(57)【要約】      （修正有）【課題】コジェネレーション装置における余剰電力をダミー電力負荷に消費させるタイミングとその通電時間を精度良く制御して電力逆潮流を防止する。【解決手段】コジェネレーション装置の自家用電力負荷にダミー電力負荷を並列接続する。商用電力系統側へ流れる逆潮流電力を測定する電力計測器を設ける。逆潮流電力が第１の所定電力を超えている間には加算計数を、第１の所定電力に満たない場合には最小値ゼロまでの減算計数を行なう加減計時タイマーを受ける。加減計時タイマーの計時時間が第１の所定時間を超えた場合は超えた時点から第２の所定時間（Ｔ２）だけダミー電力負荷へ電力供給を行なう。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電力系統（５）と系統連携して自家用電力負荷（６）に発電電力を供給するコジェネレーション装置であって、
コジェネレーション装置の自家用電力負荷に並列接続したダミー電力負荷（１１）と、該ダミー電力負荷への電力供給をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御手段とを備え、
該制御手段は、クロックパルスを加減計数して加減計時を行なう加減計時タイマーと商用電力系統側へ流れる逆潮流電力（Ｐ）を測定する電力計測器（１４）を備え、前記加減計時タイマーには前記電力計測器の計測電力（Ｐ）が第１の所定電力（Ｐ１）を超えている間には加算計数を、第１の所定電力に満たない場合には最小値ゼロまでの減算計数を、第１の所定電力より小さい第２の所定電力（Ｐ２）以下となった場合にはゼロにリセットさせる計数を行なわせ、前記ダミー電力負荷に対しては前記加減計時タイマーの計時時間が第１の所定時間（Ｔ１）を超えた時点から第２の所定時間（Ｔ２）だけ電力供給を行なうように構成したことを特徴とするコジェネレーション装置。
【請求項２】
請求項１に記載のコジェネレーション装置において、前記第２の所定時間（Ｔ２）の計時は、前記ダミー電力負荷への電力供給開始後に前記加減計時タイマーの計時時間が第１の所定時間（Ｔ１）を下回った時点から開始することを特徴とするコジェネレーション装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のコジェネレーション装置において、前記制御手段は前記加減計時タイマーの計時時間が前記第１の所定時間より長い第３の所定時間（Ｔ３）を超えた場合にはコジェネレーション装置の発電を停止させるか、又は商用電力系統からの解列を行なわせることを特徴とするコジェネレーション装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載のコジェネレーション装置において、前記ダミー電力負荷の消費電力をコジェネレーション装置の定格発電電力以上としたことを特徴とするコジェネレーション装置。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載のコジェネレーション装置において、前記制御手段は前記加減計時タイマーの計時時間が最後にゼロを離れた時点から前記第１の所定時間（Ｔ１）に到達するまでの間における前記計測電力（Ｐ）の平均値を算出し、前記第２の所定時間Ｔ２を該平均値に比例して決定することを特徴とするコジェネレーション装置。
【請求項６】
請求項１乃至４の何れかに記載のコジェネレーション装置において、前記制御手段は前記加減計時タイマーの計時時間が最後にゼロを離れた時点から前記第１の所定時間（Ｔ１）に到達するまでの間における前記計測電力（Ｐ）と前記第１の所定電力（Ｐ１）との差電力の平均値を算出し、前記第２の所定時間Ｔ２を該平均値に比例して決定することを特徴とするコジェネレーション装置。
【請求項７】
請求項１乃至４の何れかに記載のコジェネレーション装置において、前記制御手段は前記加減計時タイマーの計時時間が前記第１の所定時間（Ｔ１）に達した瞬間の前記電力計測器の計測電力（Ｐ）と前記第１の所定電力（Ｐ１）との差電力に比例して前記第２の所定時間Ｔ２を決定することを特徴とするコジェネレーション装置。
【請求項８】
請求項１又は２に記載のコジェネレーション装置において、前記ダミー電力負荷は、発電電力が単相交流の場合には略同一定格の複数の配管ヒータを並列接続し、それら配管ヒータを発電過程で発生する排熱を回収する熱回収水の通る配管（８ａ）の周りに軸対称に取り付けたことを特徴とするコジェネレーション装置。
【請求項９】
請求項１又は２に記載のコジェネレーション装置において、前記制御手段は前記ダミー電力負荷への電力の供給と停止の操作を電力半導体スイッチを用いて行なうことを特徴とするコジェネレーション装置。
【請求項１０】
請求項９に記載のコジェネレーション装置において、前記制御手段は前記ダミー電力負荷への電力の供給開始を前記電力半導体スイッチにかかる電圧がゼロとなるゼロクロスのタイミングで行ない、供給停止も供給停止条件が成立した後のゼロクロスのタイミングで行なうことを特徴とするコジェネレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力と熱エネルギーを発生するコジェネレーション装置に関し、特には発電電力が商用電力系統と系統連系している場合に商用電力系統への電力逆潮流を防止する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃料電池やガスエンジン等を用いて発電を行なわせると同時にその発電で発生する排熱を利用して給湯も行なわせるコジェネレーション装置の開発が盛んに進められている。こうしたコジェネレーション装置では、その自家用電力負荷への供給電力が不足した場合には不足分を系統連携した商用電力系統からの買電で補う構成が採られている。
【０００３】
コジェネレーション装置は、発電部の特性からその発電電力を急変させることは一般に困難である。従って、自家用電力負荷の消費電力が急激に低下した場合には電力出力の減少が追いつかず、余剰電力が商用電力系統に流れ込む電力逆潮流を生ずる。小容量のコジェネレーション装置の場合、余剰電力を商用電力系統に逆潮流させるいわゆる売電は売電価格と発電のための燃料費等とのバランス上、必ずしも経済的でないことが多い。従って、通商産業省資源エネルギー庁の定める電力系統連係技術要件ガイドラインに従い余剰電力が発生しても商用電力系統へ逆潮流はさせないという条件の下で商用電力系統と接続することが多い。
【０００４】
小容量のコジェネレーション装置における逆潮流防止対策としては、ダミーの電力負荷を複数個設け、余剰電力が発生しそうになった場合にはそれらに電力を消費させて余剰電力の発生を防止する方法が採られている。このダミー電力負荷で発生するエネルギーは、通常は給湯水の加熱に利用されるので全てが無駄になる訳ではない。しかし、ダミー電力負荷に多くの電力を消費させることは、装置全体のエネルギー効率、電力供給と給湯の双方をバランス良く行なうという装置の目的から見ると好ましいことではない。
【０００５】
電力効率について言えば、ダミー電力負荷の切り換えによる消費電力の調整は段階的で制御の分解能が粗いため、余裕を見て必要以上の電力をダミー電力負荷に消費させる必要がありエネルギー効率を低下させる。分解能を高めるためにダミー電力負荷の個数を増やすのでは、負荷切り換え用の電力スイッチの個数や制御回路が増えて設備コストの上昇や故障確率の増大を招く。この他、電力逆潮流防止のための切り換えには高速応答が要求される他、負荷切り換えの際に電力供給線に発生するノイズを低減させる必要もある。
【特許文献１】特開２０００−３２０４０１号公報
【特許文献２】特開２００４−２９７９０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その課題は、コジェネレーション装置における余剰電力をダミー電力負荷に消費させるタイミングとその通電時間を精度良く制御して電力逆潮流を防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、商用電力系統（５）と系統連携して自家用電力負荷（６）に発電電力を供給するコジェネレーション装置であって、コジェネレーション装置の自家用電力負荷に並列接続したダミー電力負荷（１１）と、そのダミー電力負荷への電力供給をＯＮ／ＯＦＦ制御する制御手段とを備え、制御手段は、クロックパルスを加減計数して加減計時を行なう加減計時タイマーと商用電力系統側へ流れる逆潮流電力（Ｐ）を測定する電力計測器（１４）を備え、その加減計時タイマーには電力計測器の計測電力（Ｐ）が第１の所定電力（Ｐ１）を超えている間には加算計数を、第１の所定電力に満たない場合には最小値ゼロまでの減算計数を、第１の所定電力より小さい第２の所定電力（Ｐ２）以下となった場合にはゼロにリセットさせる計数を行なわせ、ダミー電力負荷に対しては加減計時タイマーの計時時間が第１の所定時間（Ｔ１）を超えた時点から第２の所定時間（Ｔ２）だけ電力供給を行なうように構成したことを特徴とするコジェネレーション装置である。
【０００８】
電力逆潮流が発生したことの判定は、一般には一定電力以上の逆潮流が一定時間以上継続したことを基準に行なわれる。本発明のコジェネレーション装置によれば、逆潮流電力が第１の所定電力を超えた期間から超えない期間を引いた時間を計時し、その計時時間が第１の所定時間を超えるとダミー電力負荷に第２の所定時間だけ電力供給を行なって消費電力を増加させる。従って、逆潮流電力がダミー電力負荷の消費電力分だけ減少するため、電力逆潮流の発生と判定される事態を回避できる効果を奏する。また、ダミー電力負荷への電力供給は第２の所定時間だけ継続されるため、ダミー電力負荷への電力供給の頻繁なＯＮ／ＯＦＦ動作が回避される。そして、そうしたＯＮ／ＯＦＦ動作期間中に自家用電力負荷の消費電力の増加あるいは発電電力の減少によりダミー電力負荷に電力を消費させなくても逆潮流が生じない状態に復帰させることができる。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のコジェネレーション装置において、第２の所定時間（Ｔ２）の計時は、ダミー電力負荷への電力供給開始後に加減計時タイマーの計時時間が第１の所定時間（Ｔ１）を下回った時点から開始することを特徴とする。
【００１０】
ダミー電力負荷の消費電力定格を大きな値にしておけば、ダミー電力負荷への電力供給開始と同時に逆潮流電力はなくなる。しかし、何らかの異常が発生してダミー電力負荷への電力供給の開始が遅れたり、電力供給されたものの１００％の定格電力が消費されなかったりして逆潮流電力が十分に低下しない事態が生じないとも限らない。そのような場合を考慮すると、第２の所定時間の計時開始を加減計時タイマーの計時時間が第１の所定時間を下回った時点から行なう方が逆潮流防止に効果がある。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のコジェネレーション装置において、制御手段は加減計時タイマーの計時時間が第１の所定時間より長い第３の所定時間（Ｔ３）を超えた場合にはコジェネレーション装置の発電を停止させるか、又は商用電力系統からの解列を行なわせることを特徴とする。
【００１２】
このような構成によれば、ダミー電力負荷への電力供給開始後も何らかの異常により第１の所定電力以上の逆潮流が継続したとしても、加減計時タイマーの計時時間が第３の所定時間に達した時点でコジェネレーション装置の発電停止又は商用電力系統からの解列が行なわれる。従って、最終的に電力逆潮流の発生と判定される事態を回避できる効果を奏する。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れかに記載のコジェネレーション装置において、ダミー電力負荷の消費電力をコジェネレーション装置の定格発電電力以上としたことを特徴とする。
【００１４】
ダミー電力負荷の消費電力がコジェネレーション装置の定格発電電力以上であれば、ダミー電力負荷に発電電力の全てを消費させることができるので、逆潮流電力を確実にゼロ以下にすることができる。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載のコジェネレーション装置において、制御手段は加減計時タイマーの計時時間が最後にゼロを離れた時点から第１の所定時間（Ｔ１）に到達するまでの間における計測電力（Ｐ）の平均値を算出し、第２の所定時間Ｔ２をその平均値に比例して決定することを特徴とする
第１の所定時間に到達するまでの電力平均値が高いことは、逆潮流電力の値が大きいことを意味する。従って、ダミー電力負荷への電力供給時間をその電力平均値に比例して長くする方が電力逆潮流の発生と判定される事態を効果的に回避することができる。
【００１６】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載のコジェネレーション装置において、制御手段は加減計時タイマーの計時時間が最後にゼロを離れた時点から第１の所定時間（Ｔ１）に到達するまでの間における計測電力（Ｐ）と第１の所定電力（Ｐ１）との差電力の平均値を算出し、第２の所定時間Ｔ２をその平均値に比例して決定することを特徴とする。
【００１７】
第１の所定時間に到達するまでの間における計測電力（Ｐ）と第１の所定電力（Ｐ１）との差電力の平均値が高いことは逆潮流電力の値が大きいことを意味する。従って、ダミー電力負荷への電力供給時間をその平均値に比例して長くする方が電力逆潮流の発生と判定される事態を効果的に回避することができる。
【００１８】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載のコジェネレーション装置において、制御手段は加減計時タイマーの計時時間が第１の所定時間（Ｔ１）に達した瞬間の電力計測器の計測電力（Ｐ）と第１の所定電力（Ｐ１）との差電力に比例して第２の所定時間Ｔ２を決定することを特徴とする。
【００１９】
第１の所定時間に達した瞬間における電力計測器の計測電力と第１の所定電力との差電力が大きいことはそれだけ逆潮流電力が大きいことを意味する。従って、ダミー電力負荷への電力供給時間をその差電力に比例して長くする方が電力逆潮流の発生と判定される事態を効果的に回避することができる。
【００２０】
また、請求項８に記載の発明は、請求項１又は２に記載のコジェネレーション装置において、ダミー電力負荷は、発電電力が単相交流の場合には略同一定格の複数の配管ヒータを並列接続し、それら配管ヒータを発電過程で発生する排熱を回収する熱回収水の通る配管（８ａ）の周りに軸対称に取り付けたことを特徴とする。
【００２１】
このようにダミー電力負荷で発生するエネルギーを熱回収水の加熱に利用すれば、装置全体としてのエネルギー効率を高めることができる。また、分割した配管ヒータを並列接続しておけば、一部が断線したとしても残りのヒータで電力を消費させることができる。また、分割した配管ヒータを配管の周りに軸対称に取り付ければ配管を均一加熱することができる。
【００２２】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１又は２に記載のコジェネレーション装置において、制御手段はダミー電力負荷への電力の供給と停止の操作を電力半導体スイッチを用いて行なうことを特徴とする。
このように電力半導体スイッチを使用すれば高速なＯＮ／ＯＦＦ動作ができるだけでなく、頻繁なＯＮ／ＯＦＦ動作に対しても装置の信頼性を高めることができる。
【００２３】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載のコジェネレーション装置において、制御手段はダミー電力負荷への電力の供給開始を電力半導体スイッチにかかる電圧がゼロとなるゼロクロスのタイミングで行ない、供給停止も供給停止条件が成立した後のゼロクロスのタイミングで行なうことを特徴とする。
【００２４】
このようにゼロクロスのタイミングでのＯＮ／ＯＦＦ動作を行なわせれば、ダミー電力負荷に流れる電流波形が正弦波となるため、ＯＮ／ＯＦＦ動作に起因する商用電力系統への高調波の影響を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明に係るコジェネレーション装置の一実施の形態を図面を参照して詳しく説明する。図１はそのコジェネレーション装置１の構成をブロック図で示したものである。本実施形態では、コジェネレーション装置として燃料電池を発電に使用するタイプを例に挙げて説明する。
【００２６】
燃料電池を発電に使用する図１のコジェネレーション装置１では、改質器２、燃料電池３、インバータ４が発電部を構成する。天然ガス等の原料ガスは改質器２に供給され、水蒸気雰囲気下で加熱されて水素リッチな改質ガスに改質される。生成された改質ガスは燃料電池３に供給される。燃料電池３内では改質ガスと外部から供給された空気等の酸化性ガスとが電気化学反応を起こして直流電力が生成される。生成された直流電力はインバータ４に送られて商用電力系統５に系統連系した単相あるいは三相の交流電力に変換される。そして自家用電力負荷６に供給される。インバータ４の出力線が商用電力系統５に接続されているのは、発電電力の不足分を買電で補うためである。
【００２７】
コジェネレーション装置１では、発電を行なうと同時に発電過程で発生する排熱を利用して給湯も行なう。燃料電池３における発電過程で発生した排熱ガス及び改質器２で発生した排熱ガスは熱交換器７に導かれる。排熱ガスは熱交換器７内で循環路８内を通る循環水と熱交換して冷水を温水に変える。循環水は循環ポンプ９によって貯湯槽１０の底部より取り出され、熱交換器７内を通る循環路８を通過中に温水にされて貯湯槽１０に回帰する。貯湯槽１０の上部に溜まった温水は給湯負荷に暖房用等として供給される。給湯により減少した水は外部からの市水で補充される。
【００２８】
「背景技術」の項で説明したように小型のコジェネレーション装置では、コジェネレーション装置から商用電力系統に余剰電力を流す電力逆潮流を行なわない装置が多い。本実施形態のコジェネレーション装置１でも、電力逆潮流は許されないという条件が課されているものとする。但し、その電力逆潮流は瞬時も許されないという訳ではなく、所定電力以上の逆潮流が所定時間以上継続する電力逆潮流が許されないとされているものとする。例えば、コジェネレーション装置１の定格発電電力の０．５％を超える逆潮流を０．５秒以上継続させないという条件が課されているものとする。本発明は、このような定義の制約条件（以下、この定義を判定に使用する際には電力逆潮流判定条件という。）が課されているコジェネレーション装置に適用した場合に効果を発揮する発明である。
【００２９】
コジェネレーション装置１は、電力逆潮流を生じさせないように自家用電力負荷６が消費している電力より僅かに少ない電力を発電するように制御装置（図示せず。）によって制御される。このような電力制御を行なっている途中で自家用電力負荷６の消費電力が急減すると発電電力が消費電力を上回ることになる。その際、発電電力もそれに合わせて急減させることができれば電力逆潮流は防止できる。しかし、燃料電池３を使用した発電の場合、改質器２における改質ガス生成能力の応答性、燃料電池３内での発電の応答性が良くないために発電電力を急激に変化させることは困難である。
【００３０】
コジェネレーション装置１では、こうした場合の余剰電力を消費させるダミー電力負荷として電気ヒータ１１を設けている。電気ヒータ１１としては配管ヒータを用い、貯湯槽１０に戻る温水の循環路８の配管周りに取り付けている。これにより余剰電力を熱エネルギーに変えて温水の加熱に有効利用する。
【００３１】
電気ヒータ１１は、自家用電力負荷６に並列接続されている。電気ヒータ１１の電力のＯＮ／ＯＦＦは電力開閉スイッチ１２によって行ない、その開閉制御は逆潮流防止制御装置１３により行なう。コジェネレーション装置１と商用電力系統５との接続部には、商用電力系統５側へ流れる逆潮流電力を測定する電力計測器１４が取り付けてあり、その測定値は逆潮流防止制御装置１３に入力される。特許請求の範囲に記載した制御手段は、本実施形態の場合、この逆潮流防止制御装置１３、電力計測器１４、電力開閉スイッチ１２により構成されている。
【００３２】
逆潮流防止制御装置１３は、制御回路１３ａとクロックパルス発生回路１３ｂを備える。制御回路１３ａはマイクロコンピュータを主体に構成されており、内部には図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、それらを接続するバスライン、Ｉ／Ｏインターフェース、電源装置などを備える。制御回路１３ａは、クロックパルス発生回路１３ｂで生成されたクロックパルスを加減計数して加減計時を行なうソフトウェアで構成したタイマーを有する。電力計測器１４の測定値は制御回路１３ａに入力されている。
【００３３】
次に、このような構成の下で電力逆潮流を防止する逆潮流防止制御装置１３の動作について図２〜図４を参照して説明する。図２は制御の考え方を説明する図であり、図３、図３はその考え方を実行するために制御回路１３ａが実行する制御フローである。
【００３４】
制御回路１３ａ内に設けた上述の加減計時を行なうソフトウェア・タイマーを加減タイマーと呼び、その計時時間をＵＤＴで表わす。制御回路１３ａ内にはもう一つ別に加算計時のみを行なうソフトウェア・タイマーを設ける。そのタイマーを加算タイマーと呼び、その加算計時時間をＵＴで表わす。この二つのタイマーは制御回路１３ａの電源が立ち上がった際にリセットしておく。また、電力計測器１４が計測した計測電力の値をＰで表わし、Ｐの値はコジェネレーション装置１側から商用電力系統５に向かって流れる逆潮流電力を正とする。
【００３５】
図３の制御フローは、クロックパルス発生回路１３ｂからのクロックパルスの入力を受ける度に割込み処理として実行が開始される。クロックパルスが入力されると、最初のステップＳ１で電力計測器１４が計測している計測電力（逆潮流電力）Ｐの値を読み込む。続くステップＳ２では、読み込んだ逆潮流電力Ｐを第１の所定電力Ｐ１と比較する。
【００３６】
以下、図２をも参照して説明する。図２の（１）は縦軸に電力計測器１４が計測した逆潮流電力Ｐを、横軸に時間ｔをとり、その上に曲線で逆潮流電力Ｐの変化を例示したものである。第１の所定電力Ｐ１はかなり高い値に設定してあって、本実施形態では逆潮流電力Ｐの値がこの第１の所定電力Ｐ１を超えている場合には前記加減タイマーに加算計時を、超えていない場合には減算計時を行なわせる。
【００３７】
従って、ステップＳ２にて逆潮流電力Ｐの値が第１の所定電力Ｐ１を超えていた場合にはステップＳ３に移り、加減タイマーの加減計時時間ＵＤＴにクロックパルスの周期Δｔを加算してステップＳ４に移る。超えていない場合は加算を行なわず、後述する図４のステップＳ１２に移る。従って、図２の（１）に例示するように逆潮流電力Ｐが変化した場合には、図２の（３）に示すように時刻ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４間では加減タイマーの加減計時時間ＵＤＴは上昇する。
【００３８】
後で説明するように逆潮流電力Ｐの値が第１の所定電力Ｐ１を超えていない場合には、加減タイマーは減算計時（但し、負にはしない。）を行なう。従って、加減タイマーの保持する加減計時時間ＵＤＴは、ゼロから正方向に計時を開始した以降におけて逆潮流電力Ｐが第１の所定電力Ｐ１を超えていた時間から超えていなかった時間を差し引いた時間を表わしていることになる。
【００３９】
このことから加減計時時間ＵＤＴの値が大きいことは逆潮流電力Ｐの高い期間が長く継続してきたことを表わし、これは前述した電力逆潮流判定条件の満たされる事態が生ずる危険性が高まってきていることを意味する。即ち、加減計時時間ＵＤＴの値は、電力逆潮流判定条件が満たされる事態が発生する危険度を表わしていると言える。
【００４０】
本実施形態では、この加減計時時間ＵＤＴが大きな値である第３の所定時間Ｔ３を超えた場合には、電力逆潮流判定条件の満たされる事態が生ずる危険性が差し迫っていると判断して発電を停止させるか、又は、商用電力系統５との接続を断つ操作を行なう。
【００４１】
その判断のために、ステップＳ４では、加減タイマーの加減計時時間ＵＤＴを第３の所定時間Ｔ３と比較する。そして、加減計時時間ＵＤＴが第３の所定時間Ｔ３を超えていた場合には、ステップＳ５にて発電を停止させるか、又は、商用電力系統５からの解列を行なって電力逆潮流判定条件が満たされる事態を回避する。発電停止は、インバータ４のスイッチング動作を停止させることで瞬時に行なうことができる。商用電力系統５からの解列は、図示しない遮断機又は電磁開閉器を動作させることで瞬時に行なうことができる。
【００４２】
こうして発電停止又は解列を行なって電力逆潮流判定条件の満たされる事態を回避した後には、ステップＳ６にて加減計時時間ＵＤＴをゼロにリセットしておく。続くステップＳ７では、後でその役割を説明する前述の加算タイマーの加算計時時間ＵＴもゼロにリセットしておく。
【００４３】
ステップＳ４にて、加減計時時間ＵＤＴが第３の所定時間Ｔ３を超えていないと判定された場合はステップＳ８に移る。ステップＳ８では加減計時時間ＵＤＴの値と第１の所定時間Ｔ１との比較を行なう。この第１の所定時間Ｔ１は、図２の（３）に示すように前述した第３の所定時間Ｔ３よりは少ない時間である。発電停止又は解列を行なわなければならない程には事態が切迫していないが、電力逆潮流判定条件の満たされる事態の生ずる危険性が高まってきているために予防措置を採る必要のある状態である。
【００４４】
従って、加減計時時間ＵＤＴがこの第１の所定時間Ｔ１を超えている場合には、ダミー電力負荷である電気ヒータ１１に電力供給を行なって消費電力を増加させ、電力逆潮流の状態を解消させる。ステップＳ９では、電気ヒータ１１に通電中か否かをチェックする。通電中でなければステップＳ１０にて電力供給を開始し、ステップＳ１１にて前述の加算タイマーの加算計時時間ＵＴをゼロにリセットして終了する。ゼロにリセットするのは、続くクロックパルスから加算計時にて電気ヒータ１１の通電時間を計時するための準備である。
【００４５】
ステップＳ１０にて電気ヒータ１１に電力供給を開始すると、逆潮流電力Ｐは直ちに負の値となり逆潮流は解消する。図２における時刻ｔ４の前後がこの状態を表わしている。電気ヒータ１１の消費電力は大きい程よい。好ましくは、発電電力の定格以上にしておくとよい。そうすれば、発電電力の全てを電気ヒータ１１が消費することになり、逆潮流は起こり得ないからである。
【００４６】
ステップＳ９にて電気ヒータ１１に通電中であった場合には、ステップＳ１１に移り加算計時時間ＵＴをゼロにリセットして終了する。通電中の場合にも加算計時時間ＵＴをゼロにするのは、加算タイマーに加減計時時間ＵＤＴが第１の所定時間Ｔ１を下回ってからの電気ヒータ１１の通電時間を計時させるためある。通電は第２の所定時間Ｔ２だけ行なわせるが、その第２の所定時間Ｔ２の計時は通電開始と同時に開始するよりも加減計時時間ＵＤＴが第１の所定時間Ｔ１を下回ってから開始する方が電気ヒータ１１の通電開始遅れ、消費電力異常等の場合に安全方向に働くためである。
【００４７】
ステップＳ８にて加減計時時間ＵＤＴが第１の所定時間Ｔ１を超えていない場合は何もしないで終了する。逆潮流電力Ｐは第１の所定電力Ｐ１を超えているものの加減計時時間ＵＤＴがまだ第１の所定時間Ｔ１に達していないからであり、第１の所定時間Ｔ１を超えないことには逆潮流防止のための通電は開始しないことにしているからである。この状態は、例えば図２における時刻ｔ１〜ｔ２の期間、時刻ｔ３〜ｔ４の期間に相当する。
【００４８】
ステップＳ２にて逆潮流電力Ｐの値が第１の所定電力Ｐ１を超えていなかった場合には図４のステップＳ１２に移る。ステップＳ１２では逆潮流電力Ｐの値を第２の所定電力Ｐ２と比較する。この第２の所定電力２の値は、逆潮流電力Ｐの値がその値に満たない場合には加減計時時間ＵＤＴの値をゼロにリセットするものとして決めた値である。第２の所定電力Ｐ２は、マイナスの値としてもよいしゼロとしてもよい。要するに、逆潮流電力Ｐの値がその値に満たなければ、前述した電力逆潮流判定条件の満たされるような事態は早期には起こり得ないと予想される値に決めておく。従って、逆潮流電力Ｐがその第２の所定電力Ｐ２の値に満たない場合にはステップＳ１４にて加減計時時間ＵＤＴの値をゼロにリセットする。そしてステップＳ１７に移る。超えていた場合はリセットせずにステップＳ１４に移る。
【００４９】
ステップＳ１４では、加減計時時間ＵＤＴからクロックパルスの周期Δｔを減算する。続くステップＳ１５では減算後のＵＤＴの値が負でないかチェックし、負であった場合にはステップＳ１６でＵＤＴの値をゼロにリセットしてステップＳ１７に移る。負でなかった場合にはそのままステップＳ１７に移る。
【００５０】
ステップＳ１７では、電気ヒータ１１に通電中であるか否かをチェックする。通電中でない場合はそのまま終了する。逆潮流電力Ｐが第１の所定電力Ｐ１を超えておらず、通電中でもないためである。
【００５１】
ステップＳ１７で通電中であった場合にはステップＳ１８に移る。ステップＳ１８が実行されるのは逆潮流電力Ｐが第１の所定電力Ｐ１を超えておらず、電気ヒータ１１に通電されている状態ということになる。このような状態は、加減タイマーの加減計時時間ＵＤＴが第１の所定時間Ｔ１を超え、前述したようにステップＳ９にて通電を開始した後に生ずる。本実施形態では、通電を開始すると逆潮流電力Ｐが負の値となって逆潮流が起こり得ない状態となる。その時、直ぐに通電を停止すると逆潮流電力Ｐは再び第１の所定電力Ｐ１を超えてしまう。そうすると、短い時間間隔で電気ヒータ１１のＯＮ／ＯＦＦが繰り返されるハンチングが起こり得る。従って、本実施形態では、一旦通電を開始したならば、その通電により加減計時時間ＵＤＴが第１の所定時間Ｔ１を下回ってから少なくとも第２の所定時間Ｔ２だけは通電を継続させてハンチングを防止する。加算タイマーは、この通電開始からの時間を計時して第２の所定時間Ｔ２を経過したか否かを判定するためのものである。
【００５２】
そのため、ステップＳ１７で通電中と判定された場合はステップＳ１８で加算タイマーの加算計時時間ＵＴに周期Δｔの加算を行なう。そして、次のステップＳ１９では加算後の加算計時時間ＵＴが第２の所定時間Ｔ２を超えているか否かの判定を行なう。超えていない場合には、そのまま、つまり通電を継続したまま終了する。超えていた場合にはステップＳ２０に移り電気ヒータ１１への通電を停止する。そして、ステップＳ２１で加算計時時間ＵＴをゼロに戻して終了する。
【００５３】
このようにして加減計時時間ＵＤＴが第１の所定時間Ｔ１を超えた時点から少なくとも第２の所定時間Ｔ２だけは電気ヒータ１１に電力を消費させて逆潮流を防止させるので、その間に自家用電力負荷６の消費電力の増大、発電電力の減少等があって直ぐには大きな逆潮流は生じないことが期待される。また、仮に電気ヒータ１１への電力供給を停止した直後に、逆潮流電力Ｐが再び第１の所定電力Ｐ１を超えることになったとしても、加減タイマーの加減計時時間ＵＤＴが第１の所定時間Ｔ１を超えるまでは通電は再開されない。従って、電気ヒータ１１が短い時間間隔でＯＮ／ＯＦＦを繰り返すハンチングは防止される。同時に電力逆潮流判定条件の満たされる事態も防止される。
【００５４】
このような制御フローが実行されることにより加減計時時間ＵＤＴの値は、逆潮流電力Ｐの値が第１の所定電力Ｐ１を超えると増加し、その後に第１の所定電力Ｐ１以下となると減少する。図２の（１）の曲線に示すように逆潮流電力Ｐが変化した場合、時刻ｔ０〜ｔ１の間では逆潮流電力Ｐは第１の所定電力Ｐ１以下であるため、図２の（３）に示すように加減計時時間ＵＤＴはゼロのままである。時刻ｔ１〜ｔ２の間では第１の所定電力Ｐ１を超えるため加減計時時間ＵＤＴは加算計時で上昇する。時刻ｔ２〜ｔ３の間では第１の所定電力Ｐ１以下であるため加減計時時間ＵＤＴは減算計時で下降する。
【００５５】
時刻ｔ２〜ｔ３間の時間が長いと減算計時により加減計時時間ＵＤＴがゼロとなることがある。その場合はそれ以上の減算計時は行なわれない。また、時刻ｔ２〜ｔ３間で逆潮流電力Ｐの値が第２の所定電力Ｐ２以下になる瞬間が生じたとすると、ステップＳ１３の処理によりその時点で加減計時時間ＵＤＴはゼロにリセットされる。
【００５６】
時刻ｔ３にて逆潮流電力Ｐが再び第１の所定電力Ｐ１を超えると、加減計時時間ＵＤＴは再び上昇を開始する。第１の所定電力Ｐ１を超える期間が長く継続すると、時刻ｔ４において加減タイマーの加減計時時間ＵＤＴが第１の所定時間Ｔ１を超える。第１の所定時間Ｔ１を超えると直ちに電気ヒータ１１への通電が開始されて時刻ｔ４〜ｔ５の期間のように逆潮流電力Ｐは負の値となる。これにより電力逆潮流判定条件の満たされる事態は防止される。
【００５７】
時刻ｔ４において一旦、通電が開始されると少なくとも第２の所定時間Ｔ２だけは通電が継続される。従って、その間に自家用電力負荷６の消費電力の増大、発電電力の減少等、逆潮流が生じにくい状態になることが期待される。しかし、その期待通りにならなかった場合には、時刻ｔ５において通電が停止されると直ぐに逆潮流電力Ｐが再び第１の所定電力Ｐ１を超える。超えると加減計時時間ＵＤＴが減算計時を開始する。
【００５８】
減算計時が継続して計時時間が再び時刻ｔ６において第１の所定時間Ｔ１を超えると電気ヒータ１１への通電が再び開始される。そして、第２の所定時間Ｔ２だけの通電が行なわれる。このような通電のＯＮ／ＯＦＦを繰り返している内にやがて消費電力の増大、発電電力の減少があって通電を停止しても逆潮流電力Ｐが第１の所定電力Ｐ１を超えない状態となり、電力逆潮流の発生と判定される事態が回避される。
【００５９】
電気ヒータ１１は一旦通電が開始されると第２の所定時間Ｔ２だけは通電が継続されるし、電気ヒータ１１への通電開始前には少なくとも第１の所定時間Ｔ１だけの通電停止時間が存在する。従って、電気ヒータ１１が短い時間間隔でＯＮ／ＯＦＦを繰り返すハンチングの発生も防止される。このようにして本実施形態のコジェネレーション装置１は、電力逆潮流の発生と判定される事態を回避する効果を奏する。
【００６０】
なお、電気ヒータ１１に電力供給を行なう第２の所定時間Ｔ２は一定の時間としてもよいが、加減計時時間ＵＤＴが第１の所定時間Ｔ１に達する前の逆潮流電力Ｐの値によって時間を調整すると良い。逆潮流電力Ｐの値が大きい場合には、第２の所定時間Ｔ２を長くした方が電気ヒータ１１のＯＮ／ＯＦＦハンチングを少なくすることができるし、電力逆潮流判定条件の満たされる事態の発生が防止される効果を高めることができる。従って、加減計時時間ＵＤＴが第１の所定時間Ｔ１に達する前の時間Ｔ１の期間中における逆潮流電力Ｐの平均値、あるいは逆潮流電力Ｐと第１の所定電力Ｐ１との差電力の平均値を算出しておいて第２の所定時間Ｔ２をその平均値に比例させると良い。また、平均値の代わりに第１の所定時間Ｔ１に達した瞬間における逆潮流電力Ｐと第１の所定電力Ｐ１との差電力に比例させてもよい。
【００６１】
また、ダミー電力負荷としての電気ヒータ１１は余剰電力を消費して電力逆潮流の発生を防止させるものであるから、電力供給を受けた場合には確実に電力を消費する必要がある。従って、電力供給を受けたにも関わらずヒータの断線等で電力を消費できない事態が生じないようにしておく必要がある。そのため、発電電力が単相交流の場合には例えば図５に示すように電気ヒータ１１の発熱部を複数（例えば４）に分割して並列接続しておくとよい。こうしておけば分割した一部の発熱部に断線が生じたとしても、その部分の消費電力が減少するのみで依然として電力が消費されるからである。
【００６２】
また、分割した発熱部１１ａ〜１１ｄは、例えば図６に示すように循環路８の配管８ａの周りに軸対称に配置するとよい。このように配置すれば配管８ａを均一に加熱できるからである。発電電力が三相交流の場合には、電気ヒータ１１の発熱部を３分割してΔ接続又はＹ接続して図７に例示するように配管８ａの周りに軸対称に配置するとよい。
【００６３】
まり、電気ヒータ１１への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを行なう電力開閉スイッチ１２にはサイリスタ、トライアック等の電力半導体スイッチを用いると良い。電力半導体スイッチを使用すれば高速なＯＮ／ＯＦＦ動作ができるだけでなく、頻繁なＯＮ／ＯＦＦ動作に対しても装置の信頼性を高めることができるからである。
【００６４】
また、その電力の供給開始は、電力半導体スイッチにかかる電圧がゼロとなるゼロクロスのタイミングで行ない、供給停止も供給停止条件が成立した後のゼロクロスのタイミングで行なうと良い。このようにゼロクロスのタイミングでのＯＮ／ＯＦＦ動作を行なわせれば、電気ヒータ１１に流れる電流波形を正弦波とすることができるため、ＯＮ／ＯＦＦ動作に起因する商用電力系統への高調波の影響を軽減できるからである。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明に係るコジェネレーション装置１の構成例である。
【図２】本発明における電力逆潮流防止の考え方を説明する図である。
【図３】制御回路１３ａが実行する制御フローである。
【図４】図３の制御フローの続き部分である。
【図５】電気ヒータ１１の接続例である。
【図６】電気ヒータ１１の配置例である。
【図７】電気ヒータ１１の他の配置例である。
【符号の説明】
【００６６】
図面中、１はコジェネレーション装置、５は商用電力系統、６は自家用電力負荷、８ａは配管、１１は電気ヒータ（ダミー電力負荷）、１２は電力開閉スイッチ、１３は逆潮流防止制御装置、１３ａは制御回路、１３ｂはクロックパルス発生回路、１４は電力計測器、Ｐは逆潮流電力（計測電力）、Ｐ１は第１の所定電力、Ｐ２は第２の所定電力、Ｔ１は第１の所定時間、Ｔ２は第２の所定時間、Ｔ３は第３の所定時間を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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