(57)【要約】【課題】逆潮流および発電量急変が出来ない分散型発電装置において、余剰電力負荷装置を構成する磁性部品を振動させず、振動による異音や電気接続部等の疲労破壊につながる可能性がなく、温度過昇防止装置の動作時にアークが継続することなく短時間での電流遮断を可能とする。【解決手段】電圧上昇手段４と直流交流変換手段６の間にあって電圧上昇手段４で昇圧された直流電力を消費する余剰電力ヒータ９と、余剰電力ヒータ９が所定温度以上に温度上昇したときに閉状態から開状態になって余剰電力ヒータ９への通電を遮断する温度過昇防止装置１０と、温度過昇防止装置１０の両端を短絡可能なスイッチ１１と、スイッチ１１を間欠的に短絡するパルス発生装置１２とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電力系統と系統連系して家庭用負荷に発電電力を供給する装置であって、直流電流源と、前記直流電流源の出力電圧を所定電圧に昇圧するコンバータ装置と、前記コンバータ装置で昇圧された直流を前記商用電力系統に連系可能な交流に変換するインバータ装置と、前記コンバータ装置と前記インバータ装置の間にあって前記コンバータ装置で昇圧された直流電力を消費する余剰電力負荷装置と、前記余剰電力負荷装置が所定温度以上に温度上昇したときに閉状態から開状態になって前記余剰電力負荷装置への通電を遮断する温度過昇防止装置と、前記温度過昇防止装置の両端を短絡可能なスイッチ装置と、前記スイッチ装置を間欠的に短絡するパルス発生装置とを有する分散型発電装置。
【請求項２】
前記スイッチ装置は、前記温度過昇防止装置の両端にそれぞれコレクタとエミッタを接続したトランジスタと、前記トランジスタのコレクタに直列に接続したコンデンサにより構成した請求項１記載の分散型発電装置。
【請求項３】
前記パルス発生装置は、前記コンバータおよび前記インバータおよび前記余剰電力負荷装置と異なるパルス発信源により構成した、請求項１または２記載の分散型発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用電力系統と連系して、家庭内負荷へ交流電力を供給する分散型電源装置に関し、詳しくは、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ものである。
【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分散型発電装置の開発が盛んに進められている。こうした分散型発電装置では、例えば交流２００Ｖの系統に連系する場合であれば、燃料電池スタックやガスエンジン等の直流電流源（低電圧）から一旦、交流２００Ｖのピーク電圧より高い直流電圧（４００Ｖ程度）に昇圧し、交流２００Ｖに変換して系統に連系する構成がとられている。
【０００３】
ところで、上記の分散型発電装置は、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出力電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。小容量の分散型発電装置の場合、余剰電力を商用電力系統に逆潮流させる行為は、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。また電力事業者によっては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】
分散型発電装置における逆潮流防止対策としては、余剰電力負荷装置（ダミーの電気ヒータ）を設け、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。また余剰電力負荷装置は、制御装置の故障時等の安全性の配慮から、サーモスタット等の温度過昇防止装置を有している。
【０００５】
ところで、余剰電力負荷装置は、分散型発電装置が商用電力系統から解列した場合でも通電できるよう、交流２００Ｖよりも上流の直流側に設ける場合が多いが、直流は交流と異なり０Ｖとなるタイミングがないため、温度過昇防止装置が動作（ＯＦＦ）してもアークが継続し電流遮断できない、或いは接点へのアークによるダメージが大きく接点寿命が極端に短くなると言う課題を有していた。
【０００６】
本課題を解決する従来の技術としては、間欠的に電流を停止し短い時間でアークが遮断される様にするものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公２００９−０５７７２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に開示された従来の技術は、余剰電力負荷装置に流れる電流を間欠的に停止するため、余剰電力負荷装置を構成する磁性部品（トランス、コイル等）を振動させ、異音や電気接続部（はんだ部）等の疲労破壊につながる可能性があった。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたもので、余剰電力負荷装置を構成する磁性部品（トランス、コイル等）を振動させず、振動による異音や電気接続部（はんだ部）等の疲労破壊につながる可能性がなく、温度過昇防止装置の動作時にアークが継続することなく短時間での電流遮断を可能とする分散型発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の分散型発電装置は、商用電力系統と系統連系して家庭用負荷に発電電力を供給する装置であって、直流電流源と、前記直流電流源の出力電圧を所定電圧に昇圧するコンバータ装置と、前記コンバータ装置で昇圧された直流を前記商用電力系統に連系可能な交流に変換するインバータ装置と、前記コンバータ装置と前記インバータ装置の間にあって前記コンバータ装置で昇圧された直流電力を消費する余剰電力負荷装置と、前記余剰電力負荷装置が所定温度以上に温度上昇したときに閉状態から開状態になって前記余剰電力負荷装置への通電を遮断する温度過昇防止装置と、前記温度過昇防止装置の両端を短絡可能なスイッチ装置と、前記スイッチ装置を間欠的に短絡するパルス発生装置とを有する構成としたのである。
【００１１】
上記構成において、正常時すなわち余剰電力負荷装置の温度が所定温度より低いときは、温度過昇防止装置が閉状態であり、余剰電力負荷装置への通電電流は間欠的に停止しないので、余剰電力負荷装置を構成する磁性部品（トランス、コイル等）を振動させず、振動による異音や電気接続部（はんだ部）等の疲労破壊につながる可能性がない。
【００１２】
また、余剰電力負荷装置が所定温度以上に温度上昇したときは、温度過昇防止装置が開状態になるが、スイッチ装置を間欠的に短絡させるパルス発生装置により、温度過昇防止装置の両端が間欠的に短絡して、温度過昇防止装置への通電電流のみが間欠的に停止するので、アークが継続することなく短時間での電流遮断が可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の分散型発電装置は、余剰電力負荷装置をコンバータ装置とインバータ装置の間に設けたので、インバータ装置より系統側に余剰電力負荷装置を設けた場合と比べ、停電時に余剰電力負荷装置に通電できなくなると言う不具合がない。また、コンバータ装置より上流側に余剰電力負荷装置を設けた場合と比べ、昇圧後の直流部分から電力を取り出している分、より小さな電流で済むため電力制御に関わる部品や実装回路を小型に出来る。
【００１４】
また、温度過昇防止装置の両端を短絡可能なスイッチ装置を間欠的に短絡するように構成したことにより、余剰電力負荷装置への通電電流を一定に保ちつつ温度過昇防止装置への通電電流のみを間欠的に遮断するので、余剰電力負荷装置に用いられる磁性部品（トランス、コイル等）の振動を引き起こすことがない。また、周期的に短時間での電流遮断を行う為、温度過昇防止装置が開放したとき直流かつ高電圧を遮断したときに発生するアークによって温度過昇防止装置の接点がダメージを受ける事がなく、最悪の場合に溶着して切れない等の不具合が起こらない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１における分散型発電装置の回路図
【図２】本発明の実施の形態２における分散型発電装置の回路図
【図３】本発明の実施の形態３における分散型発電装置の回路図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１の発明は、商用電力系統と系統連系して家庭用負荷に発電電力を供給する装置であって、直流電流源と、前記直流電流源の出力電圧を所定電圧に昇圧するコンバータ装置と、前記コンバータ装置で昇圧された直流を前記商用電力系統に連系可能な交流に変換するインバータ装置と、前記コンバータ装置と前記インバータ装置の間にあって前記コンバータ装置で昇圧された直流電力を消費する余剰電力負荷装置と、前記余剰電力負荷装置が所定温度以上に温度上昇したときに閉状態から開状態になって前記余剰電力負荷装置への通電を遮断する温度過昇防止装置と、前記温度過昇防止装置の両端を短絡可能なスイッチ装置と、前記スイッチ装置を間欠的に短絡するパルス発生装置とを有する構成としたのである。
【００１７】
上記構成において、正常時すなわち余剰電力負荷装置の温度が所定温度より低いときは、温度過昇防止装置が閉状態であり、余剰電力負荷装置への通電電流は間欠的に停止しないので、余剰電力負荷装置を構成する磁性部品（トランス、コイル等）を振動させず、振動による異音や電気接続部（はんだ部）等の疲労破壊につながる可能性がない。
【００１８】
また、余剰電力負荷装置が所定温度以上に温度上昇したときは、温度過昇防止装置が開状態になるが、スイッチ装置を間欠的に短絡させるパルス発生装置により、温度過昇防止装置の両端が間欠的に短絡して、温度過昇防止装置への通電電流のみが間欠的に停止するので、アークが継続することなく短時間での電流遮断が可能となる。
【００１９】
そして、余剰電力負荷装置をコンバータ装置とインバータ装置の間に設けたので、インバータ装置より系統側に余剰電力負荷装置を設けた場合と比べ、停電時に余剰電力負荷装置に通電できなくなると言う不具合がない。また、コンバータ装置より上流側に余剰電力負荷装置を設けた場合と比べ、昇圧後の直流部分から電力を取り出している分、より小さな電流で済むため電力制御に関わる部品や実装回路を小型に出来る。
【００２０】
また、温度過昇防止装置の両端を短絡可能なスイッチ装置を間欠的に短絡するように構成したことにより、余剰電力負荷装置への通電電流を一定に保ちつつ温度過昇防止装置への通電電流のみを間欠的に遮断するので、余剰電力負荷装置に用いられる磁性部品（トランス、コイル等）の振動を引き起こすことがない。また、周期的に短時間での電流遮断を行う為、温度過昇防止装置が開放したとき直流かつ高電圧を遮断したときに発生するアークによって温度過昇防止装置の接点がダメージを受ける事がなく、最悪の場合に溶着して切れない等の不具合が起こらない。
【００２１】
第２の発明は、第１の発明において、前記スイッチ装置を、前記温度過昇防止装置の両端にそれぞれコレクタとエミッタを接続したトランジスタと、前記トランジスタのコレクタに直列に接続したコンデンサにより構成したのである。
【００２２】
これにより、トランジスタの単独故障により常時短絡状態になったとき、温度過昇防止装置が開放しても余剰電力負荷装置への通電が停止しないと言う課題を有していたが、コンデンサはトランジスタが開放から短絡に変化する過渡時のみにトランジスタへ通電するよう作用するので、トランジスタが単独故障しても常時短絡状態を継続することがない、安全性の高いシステムを構成することができる。
【００２３】
第３の発明は、第１または第２の発明において、前記パルス発生装置を、前記コンバータおよび前記インバータおよび前記余剰電力負荷装置と異なるパルス発信源により構成したのである。
【００２４】
これにより、本発明の分散型発電装置が１つのマイコンで制御され、且つマイコンが暴走状態に陥ったとき、最悪のケースとしてコンバータおよび余剰電力負荷装置が動作を継続したとき、温度過昇防止装置が開放し且つトランジスタが間欠動作しない場合が考えられるが、トランジスタはマイコンと異なるパルス発信源で構成されているため、マイコンの暴走時でも温度過昇防止装置への通電電流が確実に間欠動作するので、アークが継続することなく短時間での電流遮断が可能となる。
【００２５】
以下、本発明の分散型発電装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって、本発明が限定されるものではない。また、先に説明した実施の形態と同一構成については、同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００２６】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の分散型発電装置は、商用電力系統２と系統連系して家庭用負荷に発電電力を供給するパワーコンディショナー装置１（分散型発電装置）であって、燃料電池スタック３（直流電流源）から供給された直流電流を電圧上昇手段４（コンバータ装置）によって約４００Ｖの直流電圧に昇圧し、それを直流交流変換手段６（インバータ装置）によって交流２００Ｖに変換して商用電力系統２と系統連系する。
【００２７】
このとき系統側の擾乱、たとえば瞬時停電が起こると、開閉器７が開いてパワーコンディショナー１を電気的に商用電力系統２と切り離すが、燃料電池スタック３は急に電流が消費されなくなったことによるシステム的なアンバランス状態に陥るため、最悪の場合は発電運転を緊急停止させざるを得なくなる。
【００２８】
これを回避するため、余剰電力制御装置８は余剰電力ヒータ９に通電制御を行う（余剰電力制御装置８と余剰電力ヒータ９を合わせて余剰電力負荷装置）。余剰電力制御装置８は、燃料電池スタック３の発電量とちょうど釣り合うように余剰電力ヒータ９への通電量を制御するので、急な瞬時転電においても燃料電池スタック３はシステム的なアンバランス状態に陥ることがない。
【００２９】
しかしながら、余剰電力ヒータ９は燃料電池スタック３の発電電流のほとんどを消費するため、例えば故障時の異常加熱による火災等の拡大被害を防止するため、温度過昇防止装置１０を設けて所定の温度以上になったら電気回路を遮断するよう構成する必要がある。
【００３０】
ところが、この構成だけでは、温度過昇防止装置１０に流れている電流が直流であるため、接点開放後もアークによって接点が高温となって、接点が極めて少ない回数で溶着し、通電が遮断されない可能性がある。そこで温度過昇防止装置１０と並列に配したスイッチ１１（スイッチ装置）をパルス発生装置１２によって定期的にオン（周期は５ｍｓから３０ｍｓ程度、通電率は数パーセント以下）することにより、異常時（温度過昇防止装置１０の開放時）は余剰電力制御装置８および余剰電力ヒータ９は直流動作しつつも温度過昇防止装置１０への通電が間欠動作とする。
【００３１】
定期的に通電が遮断されるため、接点開放後のアークは短時間で遮断され接点が高温になって溶着する事はなく、また温度過昇防止装置１０の解放後もスイッチ１１を介しての通電が若干残るが、通電率が数パーセント以下と低いために余剰電力ヒータ９の異常加熱は解消される。また温度過昇防止装置１０が短絡の間は、余剰電力制御装置８への通電は遮断されないので、構成する磁性部品（トランス、コイル等）を異常振動させることがない。
【００３２】
なお、本実施の形態では、余剰電力制御装置８と余剰電力ヒータ９と温度過昇防止装置１０とスイッチ１１とパルス発生装置１２とで、余剰電力処理装置５を構成している。
【００３３】
以上のように本実施の形態の分散型発電装置としてのパワーコンディショナー装置１は、商用電力系統２と系統連系して家庭用負荷に発電電力を供給する装置であって、直流電流源としての燃料電池スタック３と、燃料電池スタック３の出力電圧を所定電圧に昇圧するコンバータ装置としての電圧上昇手段４と、電圧上昇手段４で昇圧された直流を商用電力系統２に連系可能な交流に変換するインバータ装置としての直流交流変換手段６と、電圧上昇手段４と直流交流変換手段６の間にあって電圧上昇手段４で昇圧された直流電力を消費する余剰電力負荷装置としての余剰電力制御装置８及び余剰電力ヒータ９と、前記余剰電力負荷装置としての余剰電力ヒータ９が所定温度以上に温度上昇したときに閉状態から開状態になって余剰電力負荷装置（余剰電力制御装置８と余剰電力ヒータ９）への通電を遮断する温度過昇防止装置１０と、温度過昇防止装置１０の両端を短絡可能なスイッチ装置としての温度過昇防止装置１０の両端にそれぞれコレクタとエミッタをコレクタが温度過昇防止装置１０と余剰電力ヒータ９の間になるように接続したトランジスタからなるスイッチ１１と、スイッチ１１を間欠的に短絡するパルス発生装置１２とを有する構成としたのである。
【００３４】
上記構成において、正常時すなわち余剰電力負荷装置としての余剰電力ヒータ９の温度が所定温度より低いときは、温度過昇防止装置１０が閉状態であり、余剰電力負荷装置（余剰電力制御装置８と余剰電力ヒータ９）への通電電流は間欠的に停止しないので、余剰電力負荷装置（余剰電力制御装置８と余剰電力ヒータ９）を構成する磁性部品（トランス、コイル等）を振動させず、振動による異音や電気接続部（はんだ部）等の疲労破壊につながる可能性がない。
【００３５】
また、余剰電力負荷装置としての余剰電力ヒータ９が所定温度以上に温度上昇したときは、温度過昇防止装置１０が開状態になるが、スイッチ１１を間欠的に短絡させるパルス発生装置１２により、温度過昇防止装置１０の両端が間欠的に短絡して、温度過昇防止装置１０への通電電流のみが間欠的に停止するので、アークが継続することなく短時間での電流遮断が可能となる。
【００３６】
そして、余剰電力負荷装置（余剰電力制御装置８と余剰電力ヒータ９）を電圧上昇手段４と直流交流変換手段６の間に設けたので、直流交流変換手段６より商用電力系統２側に余剰電力負荷装置（余剰電力制御装置８と余剰電力ヒータ９）を設けた場合と比べ、停電時に余剰電力負荷装置（余剰電力制御装置８と余剰電力ヒータ９）に通電できなくなると言う不具合がない。また、電圧上昇手段４より上流側に余剰電力負荷装置（余剰電力制御装置８と余剰電力ヒータ９）を設けた場合と比べ、昇圧後の直流部分から電力を取り出している分、より小さな電流で済むため電力制御に関わる部品や実装回路を小型に出来る。
【００３７】
また、温度過昇防止装置１０の両端を短絡可能なスイッチ１１を間欠的に短絡するように構成したことにより、余剰電力負荷装置（余剰電力制御装置８と余剰電力ヒータ９）への通電電流を一定に保ちつつ温度過昇防止装置１０への通電電流のみを間欠的に遮断するので、余剰電力負荷装置（余剰電力制御装置８と余剰電力ヒータ９）に用いられる磁性部品（トランス、コイル等）の振動を引き起こすことがない。また、周期的に短時間での電流遮断を行う為、温度過昇防止装置１０が開放したとき直流かつ高電圧を遮断したときに発生するアークによって温度過昇防止装置１０の接点がダメージを受ける事がなく、最悪の場合に溶着して切れない等の不具合が起こらない。
【００３８】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２の分散型発電装置は、実施の形態１の構成に加えて、スイッチ１１（トランジスタ）に直列にコンデンサ１３および放電用ダイオード１４を配した分散型発電装置である。
【００３９】
これにより、万が一スイッチ１１が単独で短絡故障した場合でも、スイッチ１１のオフからオンへの過渡時しか通電されないので、温度過昇防止装置１０の解放後にスイッチ１１を介して通電が継続してしまう事がなく、余剰電力ヒータ９の異常加熱が確実に解消される事となる。
【００４０】
以上のように本実施の形態の分散型発電装置としてのパワーコンディショナー装置１は、実施の形態１の分散型発電装置としてのパワーコンディショナー装置１の構成において、温度過昇防止装置１０の両端にそれぞれコレクタとエミッタをコレクタが温度過昇防止装置１０と余剰電力ヒータ９の間になるように接続したトランジスタからなるスイッチ１１からなるスイッチ装置の代わりに、スイッチ１１と、スイッチ１１を構成するトランジスタのコレクタに直列に接続したコンデンサ１３と、放電用ダイオード１４とからなるスイッチ装置を用いたものである。
【００４１】
ここで、スイッチ１１は、温度過昇防止装置１０の両端にそれぞれコレクタとエミッタを、コレクタについてはコンデンサ１３を介して温度過昇防止装置１０と余剰電力ヒータ９の間に、接続したトランジスタからなり、放電用ダイオード１４は、スイッチ１１と並列に、スイッチ１１を構成するトランジスタのコレクタとエミッタの間に、エミッタ側からコレクタ側に向かう方向が順方向になるように接続されるものである。
【００４２】
これにより、スイッチ１１を構成するトランジスタの単独故障により常時短絡状態になったとき、温度過昇防止装置１０が開放しても余剰電力負荷装置（余剰電力制御装置８と余剰電力ヒータ９）への通電が停止しないと言う課題を有していたが、コンデンサ１３はトランジスタが開放から短絡に変化する過渡時のみにトランジスタへ通電するよう作用するので、トランジスタが単独故障しても常時短絡状態を継続することがない、安全性の高いシステムを構成することができる。
【００４３】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３の分散型発電装置は、実施の形態１または実施の形態２の構成に加えて、スイッチ１１の間欠動作を行うパルス発信源に、マイコン以外を用いた分散型発電装置である。
【００４４】
本実施の形態では、商用電力系統２の周波数信号をパルス源とし、フォトカプラ１６を介して出力するパルス発生装置１２（異なるパルス発振源）を用いてスイッチ１１を間欠動作させる様にした。これによりマイコン暴走が発生し余剰電力ヒータ９が異常加熱し温度過昇防止装置１０が開放となっても、マイコン暴走と同時にスイッチ１１の間欠動作が停止することはなく、余剰電力ヒータ９の異常加熱がより確実に解消される事となる。
【００４５】
以上のように本実施の形態の分散型発電装置としてのパワーコンディショナー装置１は、実施の形態２の分散型発電装置としてのパワーコンディショナー装置１の構成において、パルス発生装置１２を、電圧上昇手段４及び直流交流変換手段６及び余剰電力負荷装置（余剰電力制御装置８と余剰電力ヒータ９）と異なる、マイコン以外を用いた、商用電力系統２の周波数信号をパルス源とし、フォトカプラ１６を介して出力する、パルス発信源により構成したパルス発生装置１２に置き換えたものであり、本実施の形態のパルス発生装置１２は、商用電力系統２に接続され商用電力系統２の周波数信号をパルス源とする交流同期パルス発生回路１５と、フォトカプラ１６とから構成される。
【００４６】
これにより、分散型発電装置（パワーコンディショナー装置１）が１つのマイコンで制御され、且つマイコンが暴走状態に陥ったとき、最悪のケースとして電圧上昇手段４及び余剰電力負荷装置（余剰電力制御装置８と余剰電力ヒータ９）が動作を継続したとき、温度過昇防止装置１０が開放し且つスイッチ１１を構成するトランジスタが間欠動作しない場合が考えられるが、スイッチ１１を構成するトランジスタは、マイコンと異なる、商用電力系統２の周波数信号を利用したパルス発信源で動作するように構成されているため、マイコンの暴走時でも温度過昇防止装置１０への通電電流が確実に間欠動作するので、アークが継続することなく短時間での電流遮断が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明の分散型発電装置は、余剰電力負荷装置に装着された温度過昇防止装置の両端に配したトランジスタを間欠的に動作し、余剰電力負荷装置への通電電流を一定に保ちつつ温度過昇防止装置への通電電流のみを間欠的に遮断するので、余剰電力負荷装置への間欠通電による磁性部品（トランス、コイル等）の振動を引き起こすことなく、且つ温度過昇防止装置が開放したときはアークが継続せずに短時間での電流遮断が可能とすることが出来、燃料電池やガスエンジン等の発電量急変に対応することが出来ず、且つ逆潮流することの出来ない分散型発電装置に適している。
【符号の説明】
【００４８】
１  パワーコンディショナー装置（分散型発電装置）
２  商用電力系統
３  燃料電池スタック（直流電流源）
４  電圧上昇手段（コンバータ装置）
５  余剰電力処理装置
６  直流交流変換手段（インバータ装置）
７  開閉器
８  余剰電力制御装置
９  余剰電力ヒータ（余剰電力負荷装置）
１０  温度過昇防止装置
１１  スイッチ（スイッチ装置）（トランジスタ）
１２  パルス発生装置（異なるパルス発振源）
【図１】
2011155792.tif 000003
【図２】
2011155792.tif 000004
【図３】
2011155792.tif 000005