(57)【要約】【課題】直流電力変換装置が燃料電池発電システムから直流電力を取り出せない事態を回避する。【解決手段】直流電力変換装置２０は、自身に供給された直流電圧を大きさの異なる直流電圧に変換して出力する。太陽光発電システム３１および／または３２で生成された直流電力は直流電力変換装置２０に供給される。燃料電池発電システム４０で生成された直流電力は直流電力変換装置２０に供給される。変圧回路１００は、燃料電池発電システム４０と直流電力変換装置２０とを接続する経路上に設けられている。制御部７１は、太陽光発電システム３１および／または３２から直流電力変換装置２０に直流電圧が供給されている期間において、変圧回路１００を直流電力が流れるように、変圧回路１００の変圧比を調節する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
自身に供給された直流電圧を大きさの異なる直流電圧に変換して出力する直流電力変換装置と、
太陽光発電パネルを用いて発電する太陽光発電システムであって、前記太陽光発電システムで生成された直流電力は前記直流電力変換装置に供給される太陽光発電システムと、
燃料電池を用いて発電する燃料電池発電システムであって、前記燃料電池発電システムで生成された直流電力は前記直流電力変換装置に供給される燃料電池発電システムと、
前記燃料電池発電システムと前記直流電力変換装置とを接続する経路上に設けられた変圧回路と、
前記太陽光発電システムから前記直流電力変換装置に直流電圧が供給されている期間において、前記変圧回路を直流電力が流れるように、前記変圧回路の変圧比を調節する制御部と、を備えた、電力システム。
【請求項２】
前記太陽光発電システムから前記直流電力変換装置に直流電圧が供給されている期間において前記変圧回路を流れる電流または電力が小さいとき、前記制御部は、前記変圧回路の出力電圧を上昇させる、請求項１に記載の電力システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記変圧回路から設定電圧が出力されるように前記変圧回路を制御し、
前記制御部は、第１制御モードを有し、
前記第１制御モードは、前記太陽光発電システムから前記直流電力変換装置に直流電圧が供給されている期間において、前記設定電圧を上昇させるモードである、請求項１又は２に記載の電力システム。
【請求項４】
前記制御部は、前記第１制御モードを実行しているときに前記変圧回路からの出力電流または出力電力が規定値以上になると、前記第１制御モードを終了する、請求項３に記載の電力システム。
【請求項５】
前記制御部は、出力電圧記憶部を有し、
前記出力電圧記憶部は、前記出力電流または前記出力電力が前記規定値以上になることによって前記第１制御モードが終了したときの前記設定電圧を記憶する、請求項４に記載の電力システム。
【請求項６】
前記制御部は、前記第１制御モードを実行しているときに前記設定電圧が上限値以上になると、前記第１制御モードを終了する、請求項３〜５のいずれか一項に記載の電力システム。
【請求項７】
前記制御部は、出力電圧記憶部を有し、
前記出力電圧記憶部は、前記設定電圧が前記上限値以上になることによって前記第１制御モードが終了したときの前記設定電圧を記憶する、請求項６に記載の電力システム。
【請求項８】
前記第１制御モードにおいて、前記設定電圧は、ステップ状に上昇する、請求項３〜７のいずれか一項に記載の電力システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電力システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の発電システムが提案されている。発電システムの代表例として、太陽光発電パネルを用いて発電する太陽光発電システムが挙げられる。発電システムの別の例として、燃料電池を用いて発電する燃料電池発電システムが挙げられる。
【０００３】
発電システムの出力電圧は、電力変換により変圧されることがある。特許文献１には、直流電力変換装置により、太陽光発電システムおよび燃料電池発電システムの出力電圧を変圧することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１１７６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の技術では、太陽光発電システムから出力される直流電圧と燃料電池発電システムから出力される直流電圧との関係によっては、直流電力変換装置が燃料電池発電システムから直流電力を取り出せないことがある。この点で、特許文献１の発電システムには、改善の余地がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、
自身に供給された直流電圧を大きさの異なる直流電圧に変換して出力する直流電力変換装置と、
太陽光発電パネルを用いて発電する太陽光発電システムであって、前記太陽光発電システムで生成された直流電力は前記直流電力変換装置に供給される太陽光発電システムと、
燃料電池を用いて発電する燃料電池発電システムであって、前記燃料電池発電システムで生成された直流電力は前記直流電力変換装置に供給される燃料電池発電システムと、
前記燃料電池発電システムと前記直流電力変換装置とを接続する経路上に設けられた変圧回路と、
前記太陽光発電システムから前記直流電力変換装置に直流電圧が供給されている期間において、前記変圧回路を直流電力が流れるように、前記変圧回路の変圧比を調節する制御部と、を備えた、電力システムを提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示に係る電力システムによれば、直流電力変換装置が燃料電池発電システムから直流電力を取り出せない事態を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、系統連系時における電力システムのブロック図である。
【図２】図２は、停電時における電力システムのブロック図である。
【図３】図３は、特性変換回路で得られるＶ−Ｐ特性を説明するための図である。
【図４】図４は、特性変換回路の一例を示す図である。
【図５】図５は、制御ＩＣのブロック図である。
【図６】図６は、一例に係る制御部の制御を説明するためのフローチャートである。
【図７】図７は、別例に係る制御部の制御を説明するためのフローチャートである。
【図８】図８は、燃料電池発電システムの発電電力の逆潮流回避のための制御の具体例を説明するためのフローチャートである。
【図９】図９は、特性変換回路の一具体例を示す図である。
【図１０】図１０は、特性変換回路の別例を示す図である。
【図１１】図１１は、特性変換回路の別の具体例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（本開示に係る一態様の概要）
本開示の第１態様に係る電力システムは、
自身に供給された直流電圧を大きさの異なる直流電圧に変換して出力する直流電力変換装置と、
太陽光発電パネルを用いて発電する太陽光発電システムであって、前記太陽光発電システムで生成された直流電力は前記直流電力変換装置に供給される太陽光発電システムと、
燃料電池を用いて発電する燃料電池発電システムであって、前記燃料電池発電システムで生成された直流電力は前記直流電力変換装置に供給される燃料電池発電システムと、
前記燃料電池発電システムと前記直流電力変換装置とを接続する経路上に設けられた変圧回路と、
前記太陽光発電システムから前記直流電力変換装置に直流電圧が供給されている期間において、前記変圧回路を直流電力が流れるように、前記変圧回路の変圧比を調節する制御部と、を備えている。
【００１０】
第１態様に係る電力システムによれば、直流電力変換装置が燃料電池発電システムから直流電力を取り出せない事態を回避できる。
【００１１】
本開示の第２態様において、例えば、第１態様に係る電力システムでは、前記太陽光発電システムから前記直流電力変換装置に直流電圧が供給されている期間において前記変圧回路を流れる電流または電力が小さいとき、前記制御部は、前記変圧回路の出力電圧を上昇させる。
【００１２】
第２態様のように変圧回路の出力電圧を上昇させれば、変圧回路を流れる電力を確保できる。これにより、直流電力変換装置が燃料電池発電システムから直流電力を十分に確保できる。
【００１３】
本開示の第３態様において、例えば、第１態様または第２態様に係る電力システムでは、前記制御部は、前記変圧回路から設定電圧が出力されるように前記変圧回路を制御し、前記制御部は、第１制御モードを有し、前記第１制御モードは、前記太陽光発電システムから前記直流電力変換装置に直流電圧が供給されている期間において、前記設定電圧を上昇させるモードである。
【００１４】
第３態様の制御部は、制御部の具体例である。
【００１５】
本開示の第４態様において、例えば、第３態様に係る電力システムでは、前記制御部は、前記第１制御モードを実行しているときに前記変圧回路からの出力電流または出力電力が規定値以上になると、前記第１制御モードを終了する。
【００１６】
第４態様によれば、変圧回路からの出力電力が過度に上昇することを防止できる。これにより、直流電力変換装置が燃料電池発電システムから直流電力を過度に取り出すことを防止できる。
【００１７】
本開示の第５態様において、例えば、第４態様に係る電力システムでは、前記制御部は、出力電圧記憶部を有し、前記出力電圧記憶部は、前記出力電流または前記出力電力が前記規定値以上になることによって前記第１制御モードが終了したときの前記設定電圧を記憶する。
【００１８】
第５態様によれば、制御部は、変圧回路の出力電圧を出力電圧記憶部に記憶された設定電圧に追従させることによって、燃料電池発電システムから直流電力変換装置に供給される直流電力を安定させることができる。
【００１９】
本開示の第６態様において、例えば、第３〜第５態様のいずれか１つに係る電力システムでは、前記制御部は、前記第１制御モードを実行しているときに前記設定電圧が上限値以上になると、前記第１制御モードを終了する。
【００２０】
第６態様によれば、変圧回路の出力電圧が過度に上昇することを防止できる。これにより、過大な電圧が直流電力変換装置に供給されて直流電力変換装置が壊れることを防止できる。
【００２１】
本開示の第７態様において、例えば、第６態様に係る電力システムでは、前記制御部は、出力電圧記憶部を有し、前記出力電圧記憶部は、前記設定電圧が前記上限値以上になることによって前記第１制御モードが終了したときの前記設定電圧を記憶する。
【００２２】
第７態様によれば、制御部は、変圧回路の出力電圧を出力電圧記憶部に記憶された設定電圧に追従させることによって、燃料電池発電システムから直流電力変換装置に供給される直流電力を安定させることができる。
【００２３】
本開示の第８態様において、例えば、第３〜第７態様のいずれか１つに係る電力システムでは、前記第１制御モードにおいて、前記設定電圧は、ステップ状に上昇する。
【００２４】
第８態様の設定電圧の上昇のさせ方は、設定電圧の上昇のさせ方の具体例である。
【００２５】
本明細書では、第１、第２、第３・・・という序数詞を用いることがある。ある要素に序数詞が付されている場合に、より若番の同種類の要素が存在することは必須ではない。例えば、第３接続点という用語は、第３接続点とともに第１接続点および第２接続点が必ず存在することを意として使用されているわけではない。
【００２６】
本明細書では、経路という用語を用いることがある。経路は、複数の線路を有し得るものである。接続点等についても同様である。例えば、単相３線式の経路は、２本の非接地線路と１本の接地線路を有する。単相３線式の経路どうしの接続点は、経路における各線路の接続がなされている箇所を含むある範囲の領域を示す意で使用されていると理解するべきである。
【００２７】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施の形態に限定されない。
【００２８】
（実施の形態）
図１および図２は、本実施の形態に係る電力システム３００のブロック図である。具体的には、図１は、系統連系時の電力の流れの例を示している。図２は、停電時の電力の流れの例を示している。これらの図において、実線は、電力が電路を流れていることを表す。点線は、電力が電路を流れていないことを表す。また、ＶAC1およびＶAC2は、交流電圧を表す。交流電圧ＶAC1の実効値は、交流電圧ＶAC2の実効値よりも小さい。交流電圧ＶAC1の実効値は、例えば１００Ｖである。交流電圧ＶAC2の実効値は、例えば２００Ｖである。この例では、交流電圧ＶAC1の電路または経路は、単相２線式の２本の電線により実現されている。また、交流電圧ＶAC2の電路または経路は、単相３線式の３本の電線のうちの２本の非接地線路により実現されている。
【００２９】
電力システム３００は、系統電源２００と連系する。電力システム３００には、系統電源２００から電力が供給され得る。また、電力システム３００は、系統電源２００に電力を逆潮流させ得る。電力システム３００は、パワーステーション１０と、燃料電池発電システム４０と、基板６０と、太陽光発電システム３１および３２と、蓄電装置２５と、電力切替ユニット２８と、第１分電盤８０と、第２分電盤９０と、負荷２５１，２５２および２５３と、コンセント２６０と、電流検出部２７と、を有する。以下では、第１分電盤８０を主分電盤８０と称することがある。また、第２分電盤９０を自立分電盤９０と称することがある。
【００３０】
［パワーステーション１０］
パワーステーション１０は、直流電力変換装置２０と、第１ＤＣバス１１と、第４ＤＣＤＣコンバータ１２と、第１インバータ１３と、第１解列リレー１４と、を有する。
【００３１】
本実施形態では、直流電力変換装置２０は、想定システムに対して最大電力点追従制御（以下、ＭＰＰＴ制御と称することがある）を実行できるように設計されている。ここで、想定システムは、太陽光発電パネルを用いて発電するシステムである。また、想定システムは、該想定システムの出力電圧が所定範囲内にあるときに該想定システムの出力電力がピークになるシステムである。
【００３２】
直流電力変換装置２０には、太陽光発電システム３１および３２ならびに燃料電池発電システム４０から直流電力が入力される。直流電力変換装置２０から出力された直流電力は、第１ＤＣバス１１に供給される。
【００３３】
具体的には、直流電力変換装置２０は、第１ＤＣＤＣコンバータ２１と、第２ＤＣＤＣコンバータ２２と、第３ＤＣＤＣコンバータ２３と、を有する。第１ＤＣＤＣコンバータ２１には、燃料電池発電システム４０から直流電力が入力される。第２ＤＣＤＣコンバータ２２には、第１太陽光発電システム３１から直流電力が入力される。第３ＤＣＤＣコンバータ２３には、第２太陽光発電システム３２から直流電力が入力される。これらのＤＣＤＣコンバータ２１，２２および２３から出力された直流電力は、第１ＤＣバス１１に供給される。
【００３４】
第４ＤＣＤＣコンバータ１２は、第１ＤＣバス１１から入力された直流電力を、電圧の異なる直流電力に変換する。第４ＤＣＤＣコンバータ１２で変換された直流電力は、蓄電装置２５に供給される。また、第４ＤＣＤＣコンバータ１２は、蓄電装置２５から入力された電力を、電圧の異なる直流電力に変換し、第１ＤＣバス１１に供給する。つまり、第４ＤＣＤＣコンバータ１２は、双方向ＤＣＤＣコンバータである。第４ＤＣＤＣコンバータ１２は、蓄電装置２５の端子電圧が定格範囲となるように動作する。
【００３５】
第１インバータ１３は、直流電力を交流電力に変換する。具体的には、第１インバータ１３は、第１ＤＣバス１１から入力された直流電力を、電圧ＶAC1または電圧ＶAC2の交流電力に変換する。第１インバータ１３で電圧ＶAC1の交流電力が得られる場合、その電力は電力切替ユニット２８に供給される。第１インバータ１３で電圧ＶAC2の交流電力が得られる場合、その電力は、第１解列リレー１４を介して主分電盤８０に供給される。
【００３６】
第１インバータ１３は、系統電源２００から主分電盤８０および第１解列リレー１４を介して入力された電圧ＶAC2の交流電力を、直流電力に変換することもできる。こうして得られた直流電力は、第１ＤＣバス１１および第４ＤＣＤＣコンバータ１２を介して蓄電装置２５に供給される。
【００３７】
第１解列リレー１４は、第１インバータ１３と主分電盤８０とを接続する経路上、具体的には第１インバータ１３と連系ブレーカー８１とを接続する経路上、に設けられている。第１解列リレー１４は、系統電源２００の停電が検知されたときに、第１インバータ１３と主分電盤８０との電気的接続を切り離す。
【００３８】
［太陽光発電システム３１および３２］
太陽光発電システム３１および３２は、上記の想定システムに該当する。つまり、第１太陽光発電システム３１は、少なくとも１つの太陽光発電パネル３６を有する。第１太陽光発電システム３１は、該少なくとも１つの太陽光発電パネル３６を用いて発電する。第２太陽光発電システム３２は、少なくとも１つの太陽光発電パネル３７を有する。第２太陽光発電システム３２は、該少なくとも１つの太陽光発電パネル３７を用いて発電する。太陽光発電システム３１および３２で生成された直流電力は、直流電力変換装置２０に供給される。
【００３９】
［燃料電池発電システム４０］
燃料電池発電システム４０は、燃料電池４１を用いて発電するシステムである。燃料電池発電システム４０で生成された直流電力は、直流電力変換装置２０に供給され得る。燃料電池発電システム４０で生成された交流電力は、主分電盤８０に供給され得る。
【００４０】
燃料電池発電システム４０は、燃料電池４１と、第５ＤＣＤＣコンバータ４２と、第２ＤＣバス４３と、第２インバータ４４と、第２解列リレー４８と、第６ＤＣＤＣコンバータ４５と、ヒーター４６と、貯湯ユニット４７と、マイクロコントロールユニット（以下、ＭＣＵと称することがある）５１と、低圧電源５２と、補機用電源（以下、Ｄ１電源と称することがある）５５と、交流負荷５６と、を有する。
【００４１】
燃料電池４１は、直流電力を発電する。具体的には、燃料電池４１はスタックを含む。そして、スタックが、酸素および水素から直流電力を生成する。
【００４２】
第５ＤＣＤＣコンバータ４２は、燃料電池４１で生成された直流電力を、電圧の異なる直流電力に変換する。この例では、第５ＤＣＤＣコンバータ４２は、燃料電池４１で生成された直流電力を昇圧する。昇圧された直流電力は、第２ＤＣバス４３に供給される。
【００４３】
第２インバータ４４は、第２ＤＣバス４３から入力された直流電力を、電圧ＶAC2の交流電力に変換する。第２インバータ４４で得られた交流電力は、第２解列リレー４８を介して主分電盤８０に供給される。
【００４４】
第２解列リレー４８は、第２インバータ４４と主分電盤８０とを接続する経路上、具体的には第２インバータ４４と二次連系ブレーカー８３とを接続する経路上、に設けられている。第２解列リレー４８は、系統電源２００の停電が検知されたときに、第２インバータ４４と主分電盤８０との電気的接続を切り離す。
【００４５】
第６ＤＣＤＣコンバータ４５は、第２ＤＣバス４３から入力された直流電力を、電圧の異なる直流電力に変換する。この例では、第６ＤＣＤＣコンバータ４５は、第２ＤＣバス４３から入力された直流電力を降圧する。
【００４６】
ヒーター４６は、第６ＤＣＤＣコンバータ４５で変換された直流電力を用いて、水を温める。温められた水（以下、湯と称することがある）は、貯湯ユニット４７に貯められる。
【００４７】
仮に、燃料電池４１の発電電力が第２インバータ４４の出力先の要求負荷よりも大きいときに、燃料電池発電システム４０が燃料電池４１の発電電力の全てを第２インバータ４４から出力したとする。その場合、第２インバータ４４から出力された電力のうち要求負荷を超える分（以下、余剰電力と称することがある）が系統電源２００に逆潮流されてしまう。逆潮流を避けるために、この例では、余剰電力に所定マージンを加えた電力がゼロよりも大きい場合、その電力を、第２ＤＣバス４３から第６ＤＣＤＣコンバータ４５を介してヒーター４６に供給する。つまり、第６ＤＣＤＣコンバータ４５は、余剰電力用である。また、ヒーター４６は、水を温めつつ、逆潮流を防止する。
【００４８】
交流負荷５６は、交流電圧ＶAC1で駆動する負荷である。この例では、交流負荷５６は、燃料電池発電システム４０の補機であり、具体的にはヒーターである。
【００４９】
ＭＣＵ５１は、ＤＣＤＣコンバータ４２および４５と、第２インバータ４４と、後述の保護リレー６２とを制御する。低圧電源５２は、ＭＣＵ５１と、保護リレー６２と、後述の特性変換回路１００とに、制御用の電力を供給する。Ｄ１電源５５は、ポンプ、ブロワ、弁などの、燃料電池発電システム４０の補機を動かすのに用いられる。
【００５０】
［基板６０］
基板６０は、燃料電池発電システム４０とパワーステーション１０とを接続する経路上に設けられている。基板６０には、燃料電池発電システム４０から、具体的には第２ＤＣバス４３から、直流電力が供給される。基板６０は、特性変換回路１００と、電流検出部７６と、ＬＣフィルタ６１と、保護リレー６２と、漏電ブレーカー６３と、制御ＩＣ７０と、を有する。
【００５１】
上述の説明から明らかであるように、特性変換回路１００は、燃料電池発電システム４０と直流電力変換装置２０とを接続する経路上、詳細には直流電力の経路上、に設けられている。特性変換回路１００は、第１フィードバック回路１１０と、第２フィードバック回路１２０と、を有する。第１フィードバック回路１１０は、特性変換回路１００の出力電圧の上限の目標値を規定するのに用いられる。第２フィードバック回路１２０は、特性変換回路１００の出力電力がピークになるときにおける特性変換回路１００の出力電圧（以下、最大電力点における出力電圧と称することがある）を所定範囲内の値に調整するのに用いられる。このピークは、具体的には、単一ピークである。
【００５２】
第１フィードバック回路１１０によれば、特性変換回路１００の出力電圧が過度に大きくなることを防止できる。このため、第１フィードバック回路１１０によれば、燃料電池発電システム４０から直流電力変換装置２０に過電圧が入力され直流電力変換装置２０が壊れるのを防止できる。
【００５３】
直流電力変換装置２０は、想定システムのＭＰＰＴ制御を実行できるように設計されている。上述のとおり、想定システムは、出力電圧が所定範囲内にあるときに該想定システムの出力電力がピークになるものである。第２フィードバック回路１２０によれば、その所定範囲内の値へと、特性変換回路１００の最大電力点における出力電圧を調整できる。このため、特性変換回路１００のＭＰＰＴ制御が可能となる。また、特性変換回路１００の出力電圧が上記の値となった時点で、特性変換回路１００から直流電力変換装置２０に送られる電力の増加が停止される。このため、特性変換回路１００から直流電力変換装置２０に送られる電力が過度に増加することを防止できる。燃料電池発電システム４０から特性変換回路１００に送られる電力が過度に増加することも防止できる。このため、燃料電池発電システム４０の出力電力の増加に伴って燃料電池発電システム４０の出力電流が過度に増加することを防止できる。このため、保護機能が働いて燃料電池４１の発電が停止され燃料電池発電システム４０から直流電力変換装置２０への電力供給が停止されることを防止できる。
【００５４】
この例の特性変換回路１００について、図３を用いてさらに説明する。図３において、実線は、特性変換回路１００の出力電圧と特性変換回路１００の出力電力との関係すなわちＶ−Ｐ特性を表す。点線は、特性変換回路１００の出力電圧と特性変換回路１００の出力電流との関係すなわちＶ−Ｉ特性を表す。一点鎖線は、第１フィードバック回路１１０の寄与を表す。二点鎖線は、第２フィードバック回路１２０の寄与を表す。
【００５５】
図３から理解されるように、第１フィードバック回路１１０により、特性変換回路１００のＶ−Ｉ特性は、出力電流が小さい領域において出力電圧が目標値に追従するものとなる。第２フィードバック回路１２０により、特性変換回路１００のＶ−Ｉ特性は、出力電流が大きい領域において出力電流が増加するにつれて出力電圧が低下するものとなる。これらの回路１１０および１２０の作用が相俟って、特性変換回路１００のＶ−Ｉ特性は、図３の点線に示すものとなる。結果として、特性変換回路１００のＶ−Ｐ特性は、図３の実線に示すような、単一ピークを有する上に凸のものとなる。このため、特性変換回路１００のＭＰＰＴ制御が可能となる。
【００５６】
なお、上記の所定範囲内の値は、目標値よりも低い。このため、特性変換回路１００の最大電力点における出力電圧は、目標値よりも低い。また、この例では、特性変換回路１００の入力電圧（この例では第２ＤＣバス４３における電圧）は、目標値よりも大きい。ただし、入力電圧が目標値よりも小さい場合であっても、図３に示すＶ−Ｐ特性を得ることは可能である。
【００５７】
この例では、上記の所定範囲は、太陽光発電システム３１または３２の出力電力がピークになるときにおける太陽光発電システム３１または３２の出力電圧の±２０Ｖ以内の範囲である実機基準範囲を含む。そして、第２フィードバック回路１２０は、特性変換回路１００の最大電力点における出力電圧を実機基準範囲内の値に調整するのに用いられる。電力システム３００で用いられる太陽光発電システム３１または３２が分かっている場合、その太陽光発電システムに対するＭＰＰＴ制御を実施できるように電力システム３００を設計することができる。つまり、実機基準範囲を含むように、上記の所定範囲を設定できる。さらに、特性変換回路１００の最大電力点における出力電圧が実機基準範囲内の値に調整されるように、特性変換回路１００を設計できる。この例の電力システム３００は、設計のし易さの観点から有利である。
【００５８】
この例では、直流電力変換装置２０は、第１ＤＣＤＣコンバータ２１、第２ＤＣＤＣコンバータ２２および第３ＤＣＤＣコンバータ２３を有する。第１ＤＣＤＣコンバータ２１は、ＭＰＰＴ制御によって、特性変換回路１００の出力電圧を調整する。第２ＤＣＤＣコンバータ２２は、ＭＰＰＴ制御によって、第１太陽光発電システム３１の出力電圧を調整する。第３ＤＣＤＣコンバータ２３は、ＭＰＰＴ制御によって、第２太陽光発電システム３２の出力電圧を調整する。このように、この例では、太陽光発電システム３１および３２の出力電圧ならびに特性変換回路１００の出力電圧を個別にＭＰＰＴ制御するマルチストリング型の直流電力変換装置２０が実現されている。ただし、直流電力変換装置は、これらの出力電圧を一括してＭＰＰＴ制御する集中型のものであってもよい。
【００５９】
図４に、特性変換回路１００の一例を示す。図４の特性変換回路１００は、第１フィードバック回路１１０と、第２フィードバック回路１２０と、フィードバック電流供給部１３０と、電圧電流制御回路１６０と、を有する。
【００６０】
第１フィードバック回路１１０は、第１抵抗１１１と、第２抵抗１１２と、第１シャントレギュレータ１１５と、を有する。第２フィードバック回路１２０は、第３抵抗１２１と、第４抵抗１２２と、第５抵抗１２３と、第２シャントレギュレータ１２５と、電流センサ１２８と、を有する。フィードバック電流供給部１３０は、定電圧源１３１と、第６抵抗１３２と、を有する。
【００６１】
第１フィードバック回路１１０では、第１抵抗１１１および第２抵抗１１２により、特性変換回路１００の出力電圧が分圧される。分圧された電圧が、第１抵抗１１１および第２抵抗１１２の接続点ｐ１に現れる。接続点ｐ１の電圧が、第１シャントレギュレータ１１５の参照電圧端子に入力される。参照電圧端子に入力される電圧が大きいほど、定電圧源１３１、第６抵抗１３２、第１シャントレギュレータ１１５および基準電位をこの順に流れる電流（以下、第１電流と称することがある）は、大きくなる。図４において、この電流は、第１シャントレギュレータ１１５を図示下向きに流れる電流である。
【００６２】
第２フィードバック回路１２０では、第３抵抗１２１および第４抵抗１２２により、特性変換回路１００の出力電圧が分圧される。また、電流センサ１２８が、特性変換回路１００の出力電流が大きくなるほど大きくなるセンサ電圧を生成する。第５抵抗１２３および第４抵抗１２２により、このセンサ電圧が分圧される。抵抗１２１および１２２に由来する分圧電圧に抵抗１２３および１２２に由来する分圧電圧が加算された電圧が、３つの抵抗１２１，１２２および１２３の接続点ｐ２に現れる。接続点ｐ２の電圧が、第２シャントレギュレータ１２５の参照電圧端子に入力される。参照電圧端子に入力される電圧が大きいほど、定電圧源１３１、第６抵抗１３２、第２シャントレギュレータ１２５および基準電位をこの順に流れる電流（以下、第２電流と称することがある）は、大きくなる。図４において、この電流は、第２シャントレギュレータ１２５を図示下向きに流れる電流である。本実施の形態では、電流センサ１２８は、カレントトランスである。
【００６３】
特性変換回路１００の出力電流が小さい領域では、第１電流が、定電圧源１３１から流出する電流の大部分を占める。一方、特性変換回路１００の出力電流が大きい領域では、第２電流が、定電圧源１３１から流出する電流の大部分を占める。つまり、特性変換回路１００の出力電流が小さい領域では第１フィードバック回路１１０の動作が優勢となり、特性変換回路１００の出力電流が大きい領域では第２フィードバック回路１２０の動作が優勢となる。そのように回路１１０および１２０が動作するように、抵抗１１１，１１２，１２１，１２２および１２３ならびにシャントレギュレータ１１５および１２５のパラメータが選定されている。
【００６４】
電圧電流制御回路１６０は、ＤＣＤＣコンバータとして機能する。電圧電流制御回路１６０は、定電圧源１３１から流出する電流が大きいほど、電圧電流制御回路１６０の入力電圧に対する出力電圧の比率を小さくする。このように、特性変換回路１００は、定電圧源１３１から流出する電流に応じて上記比率が調整されるようになっている。このような特性変換回路１００は、適宜設計可能である。
【００６５】
［特性変換回路１００の制御］
以下、特性変換回路１００の制御について、図５〜７を参照しながら説明する。この制御は、制御ＩＣ７０の制御部７１によって実行される。
【００６６】
図５に示すように、制御部７１は、電流値取得部７２と、電力算出部７３と、出力電圧設定部７４と、出力電圧記憶部７５と、を有する。
【００６７】
電流値取得部７２は、電流検出部７６と協働して、特性変換回路１００の出力電流の値を取得する。この例では、電流値取得部７２には、電流検出部７６からの信号が入力される。電流検出部７６は、直流電流を検出可能な公知のセンサであり得る。
【００６８】
電力算出部７３は、電流値取得部７２が取得した電流値を用いて、特性変換回路１００を流れる電力を算出する。本実施形態では、上記電流値に、特性変換回路１００の出力電圧の設定値を乗じることによって、特性変換回路１００を流れる電力の値を算出する。具体的には、出力電圧の設定値は、この電力算出時において特性変換回路１００に与えられている後述の設定電圧である。
【００６９】
出力電圧設定部７４は、設定電圧を設定する。ここで、設定電圧は、特性変換回路１００の出力電圧が追従するべき電圧である。特性変換回路１００の出力電圧は、特性変換回路１００から直流電力変換装置２０に向かって出力される電圧である。この点は、出力電流および出力電力についても同様である。
【００７０】
出力電圧記憶部７５は、設定電圧を記憶する。
【００７１】
本実施形態の一例では、制御部７１は、図６のフローチャートに従って動作する。以下では、制御周期という用語を用いることがある。１つの制御周期は、ステップＳ１で始まるものとする。
【００７２】
ステップＳ１において、特性変換回路１００の出力電流の値が取得される。ステップＳ１は、電流値取得部７２によって実行される。
【００７３】
ステップＳ２において、特性変換回路１００を流れる電力が算出される。ステップＳ２は、電力算出部７３によって実行される。
【００７４】
ステップＳ３において、ステップＳ２で算出した電力（以下、算出電力と称することがある）と規定値とが比較される。規定値は、ゼロよりも大きい値である。規定値は、例えば、ゼロよりも大きく燃料電池４１の定格発電電力以下の値である。本実施形態では、規定値は、燃料電池４１の定格発電電力である。算出電力が規定値よりも小さい場合（つまり、ステップＳ３でＹｅｓと判断された場合）、ステップＳ４に進む。算出電力が規定値以上である場合（つまり、ステップＳ３でＮｏと判断された場合）、ステップＳ６に進む。ステップＳ３は、出力電圧設定部７４によって実行される。
【００７５】
ステップＳ４において、設定電圧と上限値とが比較される。本実施形態では、上限値は、直流電力変換装置２０の仕様により規定された値である。具体的には、上限値は、直流電力変換装置２０への入力電圧が過大となり直流電力変換装置２０が壊れることを防止する観点から規定された値である。ステップＳ４での比較に用いられる設定電圧は、前回の制御周期のステップＳ５で定められたものである。設定電圧が上限値よりも小さい場合（つまり、ステップＳ４でＹｅｓと判断された場合）、ステップＳ５に進む。設定電圧が上限値以上である場合（つまり、ステップＳ４でＮｏと判断された場合）、ステップＳ６に進む。ステップＳ４は、出力電圧設定部７４によって実行される。
【００７６】
ステップＳ５において、設定電圧を上昇させる。本実施形態では、設定電圧を、ステップ状に上昇させる。制御部７１は、特性変換回路１００の出力電圧を、この上昇後の設定電圧に追従させる。ステップＳ５は、出力電圧設定部７４によって実行される。ステップＳ５の終了後、ステップＳ１に戻る。
【００７７】
特性変換回路１００の出力電圧の設定電圧への追従のさせ方は、特に限定されない。例えば、図４の抵抗１１１，１１２，１２１，１２２および１２３ならびにシャントレギュレータ１１５および１２５の少なくとも１つをパラメータ（例えば、抵抗値等）を変更可能なものとし、それらのパラメータを調節することで、そのような追従が可能となる。また、特性変換回路１００として公知のＤＣＤＣコンバータを用い、そのＤＣＤＣコンバータの変圧比を調整することによって、特性変換回路１００の出力電圧を設定電圧に追従させてもよい。
【００７８】
ステップＳ６において、設定電圧が、出力電圧記憶部７５に記憶される。ステップＳ６で記憶される設定電圧は、前回の制御周期のステップＳ５で定められたものである。
【００７９】
ステップＳ６の後には、制御部７１は、特性変換回路１００の出力電圧を、出力電圧記憶部７５に記憶された設定電圧に追従させる。なお、この設定電圧は、特性変換回路１００の出力電力を規定値よりも大きくさせるものである場合がある。しかし、本実施形態では、これを踏まえて、ステップＳ５における設定電圧の上昇幅を十分に小さくしている。このため、特性変換回路１００の出力電力が過度に大きくなるリスクは小さい。また、出力電圧記憶部７５に記憶された設定電圧は、直流電力変換装置２０への入力電圧を上限値よりも大きくさせるものである場合がある。しかし、本実施形態では、ステップＳ５における設定電圧の上昇幅を十分に小さくしている。このため、直流電力変換装置２０への入力電圧が過大となって直流電力変換装置２０が故障するリスクは小さい。もちろん、これらのリスクに備える観点から、上記の規定値および上限値を低めに設定することもできる。
【００８０】
本実施形態の別例では、制御部７１は、図７のフローチャートに従って動作する。図７のフローチャートには、図６のステップＳ２はない。このため、この別例では、図５の電力算出部７３は省略可能である。また、図７のフローチャートでは、ステップＳ３がステップＳ１３に変更されている。
【００８１】
ステップＳ１３では、ステップＳ１で取得した特性変換回路１００の出力電流の値が用いられる。ステップＳ１３では、特性変換回路１００の出力電流と規定値とが比較される。規定値は、ゼロよりも大きい値である。出力電流が規定値よりも小さい場合（つまり、ステップＳ１３でＹｅｓと判断された場合）、ステップＳ４に進む。出力電流が規定値以上である場合（つまり、ステップＳ１３でＮｏと判断された場合）、ステップＳ６に進む。ステップＳ１３は、出力電圧設定部７４によって実行される。ステップＳ１３の電流の規定値は、ステップＳ３の電力の規定値と異なっていてもよい。
【００８２】
なお、制御部７１は、本実施形態では制御ＩＣ７０に含まれているが、制御ＩＣ７０に含まれていることは必須ではない。
【００８３】
以上の説明から理解されるように、特性変換回路１００は、変圧回路と考えることができる。そして、制御部７１がその変圧回路１００を制御することによって、直流電力変換装置２０が燃料電池発電システム４０から直流電力を好適に取り出すことが可能となる。
【００８４】
このように、本実施形態では、電力システム３００は、直流電力変換装置２０と、太陽光発電システム３１および／または３２と、燃料電池発電システム４０と、変圧回路１００と、制御部７１と、を備える。直流電力変換装置２０は、直流電力変換装置２０に供給された直流電圧を大きさの異なる直流電圧に変換して出力する。太陽光発電システム３１および／または３２は、太陽光発電パネルを用いて発電する。太陽光発電システム３１および／または３２で生成された直流電力は、直流電力変換装置２０に供給される。燃料電池発電システム４０は、燃料電池４１を用いて発電する。燃料電池発電システム４０で生成された直流電力は、直流電力変換装置２０に供給される。変圧回路１００は、燃料電池発電システム４０と直流電力変換装置２０とを接続する経路上に設けられている。制御部７１は、太陽光発電システム３１および／または３２から直流電力変換装置２０に直流電圧が供給されている期間において、変圧回路１００を直流電力が流れるように、変圧回路１００の変圧比を調節する。このような調節によれば、直流電力変換装置２０が燃料電池発電システム４０から直流電力を取り出せない事態を回避できる。
【００８５】
本実施形態では、太陽光発電システム３１および／または３２から直流電力変換装置２０に直流電圧が供給されている期間において変圧回路１００を流れる電流または電力が小さいとき（具体的には、上記規定値未満のとき）、制御部７１は、変圧回路１００の出力電圧を上昇させる。このように変圧回路１００の出力電圧を上昇させれば、変圧回路１００を流れる電力を確保できる。これにより、直流電力変換装置２０が燃料電池発電システム４０から直流電力を十分に確保できる。なお、変圧回路１００を流れる電力が小さいという判断は、図６のステップＳ３で算出電力が規定値よりも小さいと判断されることに対応する。変圧回路１００を流れる電流が小さいという判断は、図７のステップＳ１３で出力電流が規定値よりも小さいと判断されることに対応する。
【００８６】
本実施形態では、制御部７１は、変圧回路１００から設定電圧が出力されるように変圧回路１００を制御する。制御部７１は、第１制御モードを有する。第１制御モードは、太陽光発電システム３１および／または３２から直流電力変換装置２０に直流電圧が供給されている期間において、設定電圧を上昇させるモードである。なお、第１制御モードは、図６のステップＳ１とステップＳ２とステップＳ３とステップＳ４とステップＳ５とがこの順で繰り返される制御モードに対応する。また、第１制御モードは、図７のＳ１とステップＳ１３とステップＳ４とステップＳ５とがこの順で繰り返される制御モードに対応する。
【００８７】
本実施形態では、制御部７１は、第１制御モードを実行しているときに変圧回路１００からの出力電流または出力電力が規定値以上になると、第１制御モードを終了する。このようにすれば、変圧回路１００からの出力電力が過度に上昇することを防止できる。これにより、直流電力変換装置２０が燃料電池発電システム４０から直流電力を過度に取り出すことを防止できる。なお、上記出力電力が規定値以上である場合は、図６のフローチャートのステップＳ３で算出電力が規定値以上であると判断される場合に対応する。上記出力電流が規定値以上である場合は、図７のフローチャートのステップＳ１３で特性変換回路１００の出力電流が規定値以上であると判断される場合に対応する。
【００８８】
本実施形態では、制御部７１は、出力電圧記憶部７５を有する。出力電圧記憶部７５は、上記出力電流または上記出力電力が規定値以上になることによって第１制御モードが終了したときの設定電圧を記憶する。本実施形態によれば、制御部７１は、変圧回路１００の出力電圧を出力電圧記憶部７５に記憶された設定電圧に追従させることによって、燃料電池発電システム４０から直流電力変換装置２０に供給される直流電力を安定させることができる。
【００８９】
本実施形態では、制御部７１は、第１制御モードを実行しているときに設定電圧が上限値以上になると、第１制御モードを終了する。このようにすれば、変圧回路１００の出力電圧が過度に上昇することを防止できる。これにより、過大な電圧が直流電力変換装置２０に供給されて直流電力変換装置２０が壊れることを防止できる。
【００９０】
本実施形態では、制御部７１は、出力電圧記憶部７５を有する。出力電圧記憶部７５は、設定電圧が上限値以上になることによって第１制御モードが終了したときの設定電圧を記憶する。本実施形態によれば、制御部７１は、変圧回路１００の出力電圧を出力電圧記憶部７５に記憶された設定電圧に追従させることによって、燃料電池発電システム４０から直流電力変換装置２０に供給される直流電力を安定させることができる。
【００９１】
また、本実施形態では、第１制御モードにおいて、設定電圧は、ステップ状に上昇する。
【００９２】
上記のように、本実施形態では、電流検出部７６の検出値を用いて変圧回路１００の変圧比を調節している。しかし、電流の検出値を用いることは、必須ではない。例えば、太陽光発電システム３１および／または３２の出力電圧を電圧センサで検出し、それらの／その検出値を用いて変圧回路１００の変圧比を調節してもよい。具体的には、電圧センサの検出値よりも変圧回路１００の出力電圧が大きくなるように、あるいは、電圧センサの検出値に所定マージンを加えた値よりも変圧回路１００の出力電圧が大きくなるように、変圧回路１００の変圧比を調節することが考えられる。このようにしても、直流電力変換装置２０が燃料電池発電システム４０から直流電力を取り出せない事態を回避できる。
【００９３】
図１および図２に戻って、特性変換回路１００の出力電力は、ＬＣフィルタ６１および保護リレー６２を介して、直流電力変換装置２０に、具体的には第１ＤＣＤＣコンバータ２１に、供給される。
【００９４】
［蓄電装置２５］
上述のように、蓄電装置２５には、第４ＤＣＤＣコンバータ１２から電力が供給される。また、蓄電装置２５は、第４ＤＣＤＣコンバータ１２に電力を供給する。
【００９５】
蓄電装置２５は、例えば、リチウム電池である。ただし、蓄電装置２５として、リチウム電池以外の電池を用いてもよい。蓄電装置２５として、キャパシタを用いてもよい。
【００９６】
［電流検出部２７］
電流検出部２７は、少なくとも１つの電流センサを有している。具体的には、電流検出部２７は、少なくとも１つの電流センサによって構成されている。電流センサは、例えば、カレントトランスである。電流検出部２７は、系統電源２００の停電検出に用いられる。
【００９７】
［主分電盤８０］
主分電盤８０は、連系ブレーカー８１と、主幹ブレーカー８２と、二次連系ブレーカー８３と、第１分岐部８５と、を有する。第１分岐部８５は、複数の分岐ブレーカーを含む。この例では、第１分岐部８５は、分岐ブレーカー８５ａ，８５ｂおよび８５ｃを含む。
【００９８】
主幹ブレーカー８２は、上流側電路８８により、系統電源２００と接続されている。上流側電路８８は、主幹ブレーカー８２を介して下流側電路８９に接続されている。
【００９９】
下流側電路８９には、二次連系ブレーカー８３が接続されている。二次連系ブレーカー８３は、主幹ブレーカー８２と第２インバータ４４とを接続する経路上に設けられている。二次連系ブレーカー８３は、第１分岐部８５と電気的に接続されている。
【０１００】
下流側電路８９には、第１分岐部８５も接続されている。第１分岐部８５の分岐ブレーカー８５ａは、主幹ブレーカー８２と電力切替ユニット２８の系統電力入力部２８ａとを接続する経路上に設けられている。分岐ブレーカー８５ｂは、主幹ブレーカー８２と第２負荷２５２とを接続する経路上に設けられている。分岐ブレーカー８５ｃは、主幹ブレーカー８２と第３負荷２５３とを接続する経路上に設けられている。
【０１０１】
上流側電路８８には、第３接続点ｐ３がある。連系ブレーカー８１は、第３接続点ｐ３と第１インバータ１３とを接続する経路上に設けられている。上流側電路８８における第３接続点ｐ３と主幹ブレーカー８２との間の位置には、電流検出部２７が設けられている。
【０１０２】
この例では、系統電源２００から第３接続点ｐ３を介して主幹ブレーカー８２に電圧ＶAC2の交流電力が供給され得る。系統電源２００から第３接続点ｐ３および連系ブレーカー８１をこの順に介して第１インバータ１３に電圧ＶAC2の交流電力が供給され得る。第１インバータ１３から連系ブレーカー８１および第３接続点ｐ３をこの順に介して系統電源２００に電圧ＶAC2の交流電力が逆潮流され得る。第１インバータ１３から連系ブレーカー８１および第３接続点ｐ３をこの順に介して主幹ブレーカー８２に電圧ＶAC2の交流電力が供給され得る。二次連系ブレーカー８３には、第２インバータ４４から電圧ＶAC2の交流電力が供給され得る。分岐ブレーカー８５ａから電力切替ユニット２８に電圧ＶAC1の交流電力が供給され得る。分岐ブレーカー８５ｂから第２負荷２５２に電圧ＶAC1の交流電力が供給され得る。分岐ブレーカー８５ｃから第３負荷２５３に電圧ＶAC2の交流電力が供給され得る。
【０１０３】
［電力切替ユニット２８］
電力切替ユニット２８は、複数の入力部と、電力出力部２８ｃと、を有する。複数の入力部は、系統電力入力部２８ａおよび自立電力入力部２８ｂを含む。電力切替ユニット２８は、複数の入力部のいずれを電力出力部２８ｃに接続するかを切り替える。この例では、電力切替ユニット２８は、系統電力入力部２８ａおよび自立電力入力部２８ｂのいずれを電力出力部２８ｃに接続するかを切り替える。この例では、こうして、電力切替ユニット２８は、第１インバータ１３と分岐ブレーカー８５ａとのいずれかを、選択的に、自立分電盤９０に、具体的には主幹ブレーカー９２に、接続する。
【０１０４】
［自立分電盤９０］
自立分電盤９０は、主幹ブレーカー９２と、第２分岐部９５を有する。第２分岐部９５は、複数の分岐ブレーカーを含む。この例では、第２分岐部９５は、分岐ブレーカー９５ａ，９５ｂおよび９５ｃを含む。
【０１０５】
主幹ブレーカー９２は、上流側電路９８により、電力切替ユニット２８と接続されている。上流側電路９８は、主幹ブレーカー９２を介して下流側電路９９に接続されている。
【０１０６】
下流側電路９９には、第２分岐部９５が接続されている。第２分岐部９５の分岐ブレーカー９５ａは、主幹ブレーカー９２とＤ１電源５５および交流負荷５６とを接続する経路上に設けられている。分岐ブレーカー９５ｂは、主幹ブレーカー９２と貯湯ユニット４７とを接続する経路上に設けられている。分岐ブレーカー９５ｃは、主幹ブレーカー９２と第１負荷２５１とを接続する経路上に設けられている。
【０１０７】
この例では、電力切替ユニット２８から主幹ブレーカー９２を介して下流側電路９９に電圧ＶAC1の交流電力が供給され得る。分岐ブレーカー９５ａからＤ１電源５５および交流負荷５６に電圧ＶAC1の交流電力が供給され得る。分岐ブレーカー９５ｂから貯湯ユニット４７に電圧ＶAC1の交流電力が供給され得る。分岐ブレーカー９５ｃからコンセント２６０を介して第１負荷２５１に電圧ＶAC1の交流電力が供給され得る。
【０１０８】
［系統連系時の電力システム３００の動作］
図１に示すように、系統連系時には、ＭＣＵ５１からの解列指令に基づき、保護リレー６２が開状態となっている。ここで、開状態は、自身を電流が流れることを禁止する状態を指す。また、電力切替ユニット２８では、系統電力入力部２８ａと電力出力部２８ｃとが接続されている。こうして、電力切替ユニット２８は、分岐ブレーカー８５ａと自立分電盤９０とを接続している。
【０１０９】
燃料電池４１で発電された電力は、第５ＤＣＤＣコンバータ４２を経由して第２ＤＣバス４３に供給される。第２ＤＣバス４３に供給された電力の一部または全部は、第２インバータ４４を経由して二次連系ブレーカー８３に供給される。
【０１１０】
二次連系ブレーカー８３に供給された電力の一部は、分岐ブレーカー８５ａと電力切替ユニット２８とをこの順に経由して、主幹ブレーカー９２に供給される。主幹ブレーカー９２に供給された電力の一部は、分岐ブレーカー９５ａを経由して、Ｄ１電源５５および交流負荷５６に供給される。主幹ブレーカー９２に供給された電力の別の一部は、分岐ブレーカー９５ｂを経由して、貯湯ユニット４７に供給される。主幹ブレーカー９２に供給された電力のさらに別の一部は、分岐ブレーカー９５ｃとコンセント２６０とをこの順に経由して、第１負荷２５１に供給される。
【０１１１】
二次連系ブレーカー８３に供給された電力の別の一部は、分岐ブレーカー８５ｂを経由して、第２負荷２５２に供給される。二次連系ブレーカー８３に供給された電力のさらに別の一部は、分岐ブレーカー８５ｃを経由して、第３負荷２５３に供給される。
【０１１２】
余剰電力に所定マージンを加えた電力がゼロよりも大きい場合、その電力は、第２ＤＣバス４３から第６ＤＣＤＣコンバータ４５を経由してヒーター４６に供給される。
【０１１３】
直流電力変換装置２０は、具体的には第２ＤＣＤＣコンバータ２２は、ＭＰＰＴ制御により、第１太陽光発電システム３１から電力を取り出し、取り出した電力を第１ＤＣバス１１に供給する。直流電力変換装置２０は、具体的には第３ＤＣＤＣコンバータ２３は、ＭＰＰＴ制御により、第２太陽光発電システム３２から電力を取り出し、取り出した電力を第１ＤＣバス１１に供給する。
【０１１４】
蓄電装置２５が満充電状態にない場合、第１ＤＣバス１１に供給された電力の一部が蓄電装置２５に供給され、該電力の残部が第１インバータ１３に供給される。蓄電装置２５が満充電状態にある場合、第１ＤＣバス１１に供給された電力の全部が第１インバータ１３に供給される。第１インバータ１３に供給された電力は、連系ブレーカー８１に供給される。
【０１１５】
上記の説明から理解されるように、この例の電力システム３００は、第２インバータ４４から二次連系ブレーカー８３へと供給される電力が、少なくとも上記マージンの分だけ、負荷２５１〜２５３、Ｄ１電源５５、交流負荷５６および貯湯ユニット４７の合計要求負荷に対して不足するように構成されている。この不足分に相当する電力が、連系ブレーカー８１から主幹ブレーカー８２を経由して下流側電路８９へと供給され、第２インバータ４４から二次連系ブレーカー８３へと供給された電力とともに、第１分岐部８５に供給される。連系ブレーカー８１に供給された電力の残部は、系統電源２００に逆潮流される。
【０１１６】
太陽光発電システム３１および３２での発電が不十分な場合、上記の不足分の電力が、系統電源２００から主幹ブレーカー８２を経由して下流側電路８９へと供給され、第２インバータ４４から二次連系ブレーカー８３へと供給された電力とともに、第１分岐部８５に供給される。また、蓄電装置２５が満充電状態でなくかつ太陽光発電システム３１および３２での発電が蓄電装置２５を充電するのに不十分な場合、系統電源２００から、第１インバータ１３、第１ＤＣバス１１および第４ＤＣＤＣコンバータ１２を経由して、蓄電装置２５に電力が供給される。
【０１１７】
［停電時の電力システム３００の動作］
図２に示すように、停電時には、ＭＣＵ５１からの並列指令に基づき、保護リレー６２が閉状態となっている。ここで、閉状態は、自身を電流が流れることを許可する状態を指す。また、電力切替ユニット２８は、第１インバータ１３と自立分電盤９０とを接続している。
【０１１８】
燃料電池４１で発電された電力は、ＤＣＤＣコンバータ４２を経由して第２ＤＣバス４３に供給される。第２ＤＣバス４３に供給された直流電力の一部または全部は、特性変換回路１００に供給される。直流電力変換装置２０は、具体的には第１ＤＣＤＣコンバータ２１は、ＭＰＰＴ制御により特性変換回路１００から（厳密にはＬＣフィルタ６１を介して）電力を取り出し、取り出した電力を第１ＤＣバス１１に供給する。
【０１１９】
また、直流電力変換装置２０は、系統連系時と同様に、太陽光発電システム３１および３２から電力を取り出し、取り出した電力を第１ＤＣバス１１に供給する。
【０１２０】
直流電力変換装置２０によって太陽光発電システム３１および３２ならびに特性変換回路１００から取り出された合計電力が第１負荷２５１、Ｄ１電源５５、交流負荷５６および貯湯ユニット４７の要求負荷よりも小さい場合、不足分に相当する電力が、蓄電装置２５から第４ＤＣＤＣコンバータ１２を経由して第１ＤＣバス１１にさらに供給される。取り出された電力が要求負荷よりも大きい場合、過剰分の電力が第４ＤＣＤＣコンバータ１２を介して蓄電装置２５に充電され、この充電を行っても過剰分の電力が余る場合は、第２ＤＣバス４３の電力の一部が第６ＤＣＤＣコンバータ４５を介してヒーター４６に供給される。
【０１２１】
このようにして、上記要求負荷に追従させられたあるいは近づけられた電力が、第１ＤＣバス１１から第１インバータ１３および電力切替ユニット２８を経由して主幹ブレーカー９２に供給される。主幹ブレーカー９２に供給された電力は、系統連系時と同様に、Ｄ１電源５５、交流負荷５６、貯湯ユニット４７および第１負荷２５１に供給される。
【０１２２】
［電力システム３００で形成されている経路］
上述の説明ならびに図１および図２から理解されるように、電力システム３００では、系統電力供給経路３５１と、逆潮流経路３５２と、自立運転時用経路３５３と、直流出力経路３５４と、交流出力経路３５５と、負荷行き経路３５６と、が形成されている。系統電力供給経路３５１は、系統電源２００から、第３接続点ｐ３、電流検出部２７および第１分岐部８５をこの順に介して、電力切替ユニット２８の系統電力入力部２８ａに交流電力を導く経路である。逆潮流経路３５２は、インバータ１３から第３接続点ｐ３を介して系統電源２００に交流電力を導く経路である。自立運転時用経路３５３は、インバータ１３から電力切替ユニット２８の自立電力入力部２８ｂに交流電力を導く経路である。直流出力経路３５４は、燃料電池発電システム４０からインバータ１３に直流電力を導く経路である。交流出力経路３５５は、燃料電池発電システム４０から二次連系ブレーカー８３を介して第１分岐部８５に交流電力を導く経路である。負荷行き経路３５６は、電力切替ユニット２８の電力出力部２８ｃから第２分岐部９５を介して燃料電池発電システム４０の交流負荷５６に交流電力を導く経路である。なお、この例では、系統電力供給経路３５１および逆潮流経路３５２は、第３接続点ｐ３から見て系統電源２００側の部分において重複している。
【０１２３】
この例では、電力システム３００は、太陽光発電パネルを有する太陽光発電システム３１および３２を備える。電力システム３００では、太陽光発電システム３１からインバータ１３に直流電力を導く経路が形成されている。また、太陽光発電システム３２からインバータ１３に直流電力を導く経路が形成されている。
【０１２４】
この例では、電力システム３００は、蓄電装置２５を備える。電力システム３００では、蓄電装置２５からインバータ１３に直流電力を導く経路が形成されている。
【０１２５】
この例では、電力システム３００は、太陽光発電パネルを有する太陽光発電システム３１および３２と、蓄電装置２５と、を備える。電力システム３００では、太陽光発電システム３１から蓄電装置２５に直流電力を導く経路が形成されている。太陽光発電システム３２から蓄電装置２５に直流電力を導く経路が形成されている。また、燃料電池発電システム４０から蓄電装置２５に直流電力を導く経路が形成されている。このため、太陽光発電システム３１および３２からのみならず、燃料電池発電システム４０からも、蓄電装置２５を充電することができる。
【０１２６】
この例では、電力システム３００は、太陽光発電パネルを有する太陽光発電システム３１および３２と、蓄電装置２５と、コンセント２６０と、を備える。電力システム３００では、太陽光発電システム３１からインバータ１３、自立運転時用経路３５３、電力切替ユニット２８および第２分岐部９５をこの順に介してコンセント２６０に電力を導く経路が形成されている。太陽光発電システム３２からインバータ１３、自立運転時用経路３５３、電力切替ユニット２８および第２分岐部９５をこの順に介してコンセント２６０に電力を導く経路が形成されている。燃料電池発電システム４０からインバータ１３、自立運転時用経路３５３、電力切替ユニット２８および第２分岐部９５をこの順に介してコンセント２６０に電力を導く経路が形成されている。蓄電装置２５からインバータ１３、自立運転時用経路３５３、電力切替ユニット２８および第２分岐部９５をこの順に介してコンセント２６０に電力を導く経路が形成されている。このため、この例では、太陽光発電システム３１および３２ならびに蓄電装置２５から電力が供給されるコンセント２６０に、燃料電池発電システム４０からも電力を供給できる。このことは、以下の理由で、停電時に便利である。すなわち、夜、雨天時などには、太陽光発電システム３１および３２は発電できない。仮にコンセント２６０に燃料電池発電システム４０から電力を供給できないとすると、夜、雨天時などに停電が続く場合において、コンセント２６０から電力を取り出し可能な期間は蓄電装置２５のみに基づく限られたものとなる。これに対し、この例では、コンセント２６０に燃料電池発電システム４０から電力を供給できるため、上記期間を延ばすことができる。夜、雨天時などに停電が続く場合において、別のコンセントへの差し替えなしで１つのコンセントから長時間電力を取り出せることは、ユーザーにとって便利である。
【０１２７】
また、この例では、コンセント２６０に対する上記接続と同様の接続が、貯湯ユニット４７にもなされている。このため、夜、雨天時などに停電が続く場合において、貯湯ユニット４７へとその動作に必要な電力を長時間供給することができる。
【０１２８】
この例の電力システム３００では、蓄電装置２５からインバータ１３、自立運転時用経路３５３、電力切替ユニット２８および第２分岐部９５をこの順に介して燃料電池発電システム４０に電力を導く経路が形成されている。具体的には、このようにして燃料電池発電システム４０のＤ１電源５５および交流負荷５６に電力を導く経路が形成されている。また、具体的には、コンセント２６０に対する上記接続と同様の接続が、燃料電池発電システム４０にもなされている。上述の説明から理解されるように、この例の蓄電装置２５は、停電時にコンセント２６０に電力を供給可能な非常用電源として機能する。この例では、さらに、蓄電装置２５は、停電時に燃料電池発電システム４０に電力を供給可能な非常用電源としても機能する。このようにすれば、停電時に燃料電池発電システム４０を起動させるための専用電源、例えば該システム４０の補機に電力を供給するための専用電源、を省略することができる。
【０１２９】
［燃料電池発電システムの発電電力の逆潮流回避について］
電力システム３００は、直流電力を発電し、直流電力をインバータ１３で交流電力に変換し、交流電力を系統電源２００に逆潮流させることと負荷に供給することとが可能なシステムである。また、電力システム３００では、燃料電池発電システム４０が適用されており、該燃料電池発電システム４０からインバータ１３に直流電力が供給されるようになっている。このような電力システム３００では、燃料電池発電システム４０から系統電源２００への電力の逆潮流を回避するために、以下の点に留意が必要である。
【０１３０】
まず、電力システム３００では、系統連系時に、燃料電池発電システム４０とは別の電源から系統電源２００への電力の逆潮流が行われる。この例では、当該別の電源は、太陽光発電システム３１および３２である。逆潮流電力に燃料電池発電システム４０で発電された電力が混じり込まないようにするには、燃料電池発電システム４０からインバータ１３への直流電力供給を系統電源２００の停電時に限定することが考えられる。そのためには、系統電源２００が停電していることを十分な精度で確認する必要がある。以下では、この課題を第１の課題と称することがある。
【０１３１】
また、系統電源２００が停電していることが確認されれば直ちに燃料電池発電システム４０からインバータ１３への直流電力供給を開始してよいわけではない。燃料電池発電システム４０の発電電力が系統電源２００へと逆潮流するのを防止するためには、この電力供給開始の前に、インバータ１３に供給される電力が負荷に供給され得る状況にあり一方系統電源２００に供給され得る状況にないことを、十分な精度で確認する必要がある。以下では、この課題を第２の課題と称することがある。
【０１３２】
この点、電力システム３００は、系統電源２００の停電を検知することができる。電力システム３００の一例では、停電検知は、能動型方式等の公知の方式を利用して実現される。停電が検知されると、電力システム３００は、電気的な接続状態を図１の状態から変化させる。具体的には、まず、第１解列リレー１４および第２解列リレー４８を解列させ開状態にする。次に、インバータ１３と自立分電盤９０とが電力切替ユニット２８を介して電気的に接続されるように、電力切替ユニット２８を切り替える。以下では、解列リレー１４および４８の解列および電力切替ユニット２８の切替の契機となる上記の停電検知を、第１の停電検知と称することがある。
【０１３３】
このようにすれば、一応は、系統電源２００の停電を確認したことになる。また、上記のようにして得られた電気的接続状態においては、インバータ１３から逆潮流経路３５２を介して系統電源２００へと電力が逆潮流されることはない。一方、この電気的接続状態においては、インバータ１３から、自立運転時用経路３５２、電力切替ユニット２８および第２分岐部９５を介して、Ｄ１電源５５、交流負荷５６、貯湯ユニット４７および第１負荷２５１へと電力を供給できる。つまり、この電気的接続状態では、インバータ１３に供給される電力は、負荷に供給可能であり、一方、系統電源２００には逆潮流されない。
【０１３４】
ただし、何らかの原因で、実際には系統電源２００は停電していないにも関わらず、誤って系統電源２００の停電が検知されることはあり得る。また、何らかの原因で、上記の電気的接続状態に至らないこともあり得る。このため、上記の第１の課題および第２の課題をより確実に解決できるような構成を採用することが望まれる。
【０１３５】
そこで、電力システム３００は、第１条件、第２条件、第３条件および第４条件が成立していると判断した後に、燃料電池発電システム４０から直流出力経路３５４を介してインバータ１３に直流電力を供給する。
【０１３６】
第１条件は、電流検出部２７の測定値が系統電源２００が停電していることを示す値であるという条件である。第２条件は、交流出力経路３５５によって燃料電池発電システム４０に入力される電圧が系統電源２００が停電していることを示す値であるという条件である。第３条件は、負荷行き経路３５６によって燃料電池発電システム４０に入力される電圧が燃料電池発電システム４０の交流負荷５６の動作電圧であるという条件である。第４条件は、交流負荷５６で電力を消費させても電流検出部２７の測定値が系統電源２００が停電していることを示す値に維持されるという条件である。
【０１３７】
この例では、電力システム３００は、電流検出部２７の測定値が第１閾値電流以下であるときに、第１条件が成立していると判断する。ここで、電流検出部２７の測定値は、電流検出部２７が１つの電流センサによって構成されている場合には、その電流センサの測定値を指す。電流検出部２７が複数の電流センサによって構成されている場合には、電流検出部２７の測定値は、複数の電流センサの測定値の合計であり得る。また、測定値として、所定期間にわたる平均値を採用することができる。要するに、電流検出部２７の測定値は、系統電源２００が停電しているか否かを判断できるものであればよい。
【０１３８】
より具体的には、この例では、系統電力供給経路３５１における電流検出部２７が設けられた部分は単相３線式の線路によって構成されている。電流検出部２７は、この単相３線式の第１非接地線路に設けられた第１電流センサと、この単相３線式の第２非接地線路に設けられた第２電流センサと、によって構成されている。そして、電力システム３００は、第１電流センサの測定値と第２電流センサの測定値の合計が第１閾値電流以下であるときに、第１条件が成立していると判断する。
【０１３９】
第１の例では、電力システム３００は、交流出力経路３５５によって燃料電池発電システム４０に入力される電圧がゼロクロスしないときに、第２条件が成立していると判断する。ここで、電圧がゼロクロスするとは、電圧の瞬時値が０Ｖを跨いで変化することを指す。
【０１４０】
第２の例では、電力システム３００は、交流出力経路３５５によって燃料電池発電システム４０に入力される電圧を、パルス波に変換する。交流出力経路３５５に交流電圧が印加されていれば、得られるパルス波は、繰り返し波形を構成する。他方、交流出力経路３５５に電圧が印加されていなければ、この変換で得られる波形は一定レベルに固定されたものとなる。第２の例では、電力システム３００は、複数周期分の繰り返し波形が検知されれば第２条件は成立していないと判断する。他方、電力システム３００は、複数周期分の繰り返し波形が検知されず、かつ、所定期間わたり得られた波形が一定レベルに固定されている場合には、第２条件は成立していると判断する。なお、第２の例は、第１の例の具体例を構成し得る。
【０１４１】
電力システム３００は、燃料電池発電システム４０以外からもインバータ１３に直流電力が供給されるように構成されている。この例では、この直流電力供給は、太陽光発電システム３６、太陽光発電システム３７および／または蓄電装置２５によって行われる。第３条件における負荷行き経路３５６によって燃料電池発電システム４０に入力される電圧は、上記電力供給によって生成される。
【０１４２】
この例では、第４条件は、交流負荷５６で電力を消費させても電流検出部２７の測定値が第１閾値電流以下に維持されるという条件である。より具体的には、この例では、交流負荷５６で電力を消費させても上記の第１電流センサの測定値と第２電流センサの測定値の合計が第１閾値電流以下に維持されるという条件である。
【０１４３】
この例では、基板６０は、直流出力経路３５４上に設けられている。そして、電力システム３００が第１条件、第２条件、第３条件および第４条件が成立していると判断した後に、基板６０が直流電力の出力を開始する。具体的には、電力システム３００が第１条件および第２条件が成立していると判断した後に基板６０の起動が開始される。ここで、基板６０が起動している状態は、特性変換回路１００において電圧電流制御回路１６０の入力電圧に対する出力電圧の比率を規定するための動作がなされている状態を指す。そして、基板６０の起動中において、電力システム３００が第３条件および第４条件が成立していると判断した後に、基板６０は、規定された比率に基づいて直流電力の出力を開始する。
【０１４４】
第１条件が成立しない場合には、系統電源２００が停電しておらず系統電源２００から第３接続点ｐ３を介して電流測定部２７に電流が供給されていることが疑われる。第２条件が成立しない場合には、系統電源２００が停電しておらず系統電源２００から第３接続点ｐ３および二次連系ブレーカー８３をこの順に介して交流出力経路３５５に電圧が供給されていることが疑われる。第１条件および第２条件が成立するが第３条件が成立しない場合には、系統電源２００は停電しているがインバータ１３から自立運転時用経路３５３および電力切替ユニット２８をこの順に介した負荷行き経路３５６への電圧供給がなされていないことが疑われる。第４条件が成立しない場合には、系統電源２００が停電しておらず系統電源２００から第３接続点ｐ３、電流測定部２７、第１分岐部８５、電力切替ユニット２８および負荷行き経路３５６をこの順に介して交流負荷５６に電力が供給されていることが疑われる。
【０１４５】
第１条件および第２条件が成立していることを確認することにより、系統電源２００が停電していることが再確認されることとなる。本実施の形態では、第１条件および第２条件が成立していると判断されない場合には、燃料電池発電システム４０から直流出力経路３５４を介したインバータ１３への直流電力の供給はなされない。このような構成は、燃料電池発電システム４０からインバータ１３への直流電力供給が系統電源２００の非停電時に行われる事態を回避するのに適している。
【０１４６】
第１条件および第２条件の両方の成立を確認する利点は、以下のとおりである。第１分岐部８５から負荷２５２，２５３等の負荷および電力切替ユニット２８に流出する電力が小さい場合がある。例えば、家庭内の電化製品の電力消費が小さい場合が、そのような場合に該当する。上記流出電力が小さい場合には、電力システム３００は、系統電源２００が停電していないにも関わらず第１条件が成立していると判断してしまう。しかし、第１条件のみならず第２条件の成立を確認することにより、このような場合であっても系統電源２００が停電していることを確認できる。一方、施工時の設定ミス等が原因で二次連系ブレーカー８３が遮断状態にある場合がある。この場合、電力システム３００は、系統電源２００が停電していないにも関わらず第２条件が成立していると判断してしまう。しかし、第２条件のみならず第１条件の成立を確認することにより、このような場合であっても系統電源２００が停電していることを確認できる。
【０１４７】
第３条件の成立を確認する利点は、以下のとおりである。何らかの原因で、インバータ１３に供給される電力を、自立運転時用経路３５３、電力切替ユニット２８および負荷行き経路３５６に供給できない場合があり得る。施工時に設定ミスが発生した場合、パワーステーション１０における自立運転時用経路３５３への電力出力機構が故障している場合、自立分電盤９０の主幹ブレーカー９２が過電流でトリップして遮断状態になっている場合等が、そのような場合に該当する。しかし、本実施の形態では、第３条件の成立を確認する。これにより、インバータ１３に供給される電力が、自立運転時用経路３５３、電力切替ユニット２８および負荷行き経路３５６に供給され得る状況にあることが確認されることとなる。
【０１４８】
具体的には、本実施の形態では、第１条件および第２条件と併せて第３条件の成立を確認する。これにより、インバータ１３に供給される電力が、逆潮流経路３５２に供給され得る状況になく、自立運転時用経路３５３、電力切替ユニット２８および負荷行き経路３５６に供給され得る状況にあることが確認されることとなる。これにより、インバータ１３に供給される電力が負荷に供給され得る状況にあり一方系統電源２００に供給され得る状況にないことが確認されることとなる。本実施の形態では、第１〜第３条件が成立していると判断されない場合には、燃料電池発電システム４０からインバータ１３への直流電力の供給はなされない。このような構成は、燃料電池発電システム４０からインバータ１３への直流電力供給を、インバータ１３に供給される電力が系統電源２００に供給され得ず負荷に供給され得る状況において実行するのに適している。
【０１４９】
さらに、本実施の形態では、第４条件の成立を確認する。第１条件および第２条件と併せて第４条件の成立を確認することにより、燃料電池発電システム４０からインバータ１３への直流電力供給が系統電源２００の非停電時に行われる事態がより確実に回避される。また、第１〜第３条件と併せて第４条件の成立を確認することにより、より確実に、燃料電池発電システム４０からインバータ１３への直流電力供給を、インバータ１３に供給される電力が系統電源２００に供給され得ず負荷に供給され得る状況において実行することが可能となる。
【０１５０】
具体的には、第４条件の成立を確認する利点は、以下のとおりである。第１分岐部８５から流出する電力が小さくかつ二次連系ブレーカー８３が遮断状態にある場合、電力システム３００は、系統電源２００が停電していないにも関わらず第１条件および第２条件が成立していると判断してしまう。しかし、第１条件および第２条件のみならず第４条件の成立を確認することにより、このような場合であっても系統電源２００が停電していることを確認できる。
【０１５１】
また、電力システム３００では、インバータ１３から第３接続点ｐ３、第１分岐部８５および電力切替ユニット２８をこの順に介して負荷行き経路３５６に電圧を供給することは不可能ではない。このような電圧供給がなされている場合には、第３条件が成立していると電力システム３００が判断した場合であっても、インバータ１３に供給される電力が逆潮流経路３５２を介して系統電源２００に逆潮流されている可能性がある。このような電圧供給がなされている可能性は、第１分岐部８５から流出する電力が小さくかつ二次連系ブレーカー８３が遮断状態にある場合を考慮すると、第１条件および第２条件の成立確認だけでは排除しきれない。しかし、第１〜第３条件のみならず第４条件を確認することにより、上記のような電圧供給がなされている可能性が排除される。このため、第１〜第３条件のみならず第４条件を確認することにより、より確実に、燃料電池発電システム４０からインバータ１３への直流電力供給を、インバータ１３に供給される電力が系統電源２００に供給され得ず負荷に供給され得る状況において実行することが可能となる。
【０１５２】
この例では、燃料電池発電システム４０が、電流検出部２７と協働して、第１条件および第４条件が成立しているか否かを判断する。また、燃料電池発電システム４０が、第２条件および第３条件が成立しているか否かを判断する。
【０１５３】
図１および２で示す位置に電流検出部２７を設けることは系統連系規定により義務付けられている。このため、第１条件および第４条件の成立確認は、電力システム３００のコスト増の原因とはなり難い。また、燃料電池発電システム４０を用いた電圧確認には、大きなコストはかからない。このため、第２条件および第３条件の成立確認は、電力システム３００のコスト増の原因とはなり難い。以上の理由で、第１〜第４条件は、燃料電池発電システム４０の発電電力の逆潮流を低コストで回避する観点から優れている。
【０１５４】
［燃料電池発電システムの発電電力の逆潮流回避のための制御の具体例］
以下、燃料電池発電システム４０の発電電力の逆潮流回避のための制御の具体例を、図８を参照しながら説明する。
【０１５５】
図８のフローチャートのフローは、上記の第１の停電検知によって、第２解列リレー４８を解列させ開状態にしたタイミングで開始される。
【０１５６】
ステップＳ１では、電力システム３００は、第２条件が成立しているか否かを判断する。第２条件が成立していると判断された場合は、フローはステップＳ２に進む。第２条件が成立していないと判断された場合は、燃料電池発電システム４０からインバータ１３への直流電力供給が開始されることなく、フローが終了する。
【０１５７】
ステップＳ２では、電力システム３００は、第１条件が成立しているか否かを判断する。第１条件が成立していると判断された場合は、フローはステップＳ３に進む。第１条件が成立していないと判断された場合は、フローはステップＳ１１に進む。
【０１５８】
ステップＳ１１では、電力システム３００は、ステップＳ２で第１条件が成立していないと判断されてからの経過時間が閾値時間ｔ１以上であるか否かを判断する。この経過時間が閾値時間ｔ１以上であると判断された場合は、燃料電池発電システム４０からインバータ１３への直流電力供給が開始されることなく、フローが終了する。この経過時間が閾値時間ｔ１未満であると判断された場合は、フローはステップＳ１に戻る。
【０１５９】
ステップＳ３では、電力システム３００は、ステップＳ２で第１条件が成立していると判断されてからの経過時間が閾値時間ｔ２以上であるか否かを判断する。この経過時間が閾値時間ｔ２以上であると判断された場合は、フローはステップＳ４に進む。この経過時間が閾値時間ｔ２未満であると判断された場合は、フローはステップＳ１に戻る。
【０１６０】
ステップＳ４では、電力システム３００は、基板６０の起動を開始させる。ステップＳ４の実行後に、フローはステップＳ５に進む。
【０１６１】
ステップＳ５では、電力システム３００は、第２条件が成立しているか否かを判断する。第２条件が成立していると判断された場合は、フローはステップＳ６に進む。第２条件が成立していないと判断された場合は、燃料電池発電システム４０からインバータ１３への直流電力供給が開始されることなく、フローが終了する。
【０１６２】
ステップＳ６では、電力システム３００は、第１条件が成立しているか否かを判断する。第１条件が成立していると判断された場合は、フローはステップＳ７に進む。第１条件が成立していないと判断された場合は、フローはステップＳ１２に進む。
【０１６３】
ステップＳ１２では、電力システム３００は、ステップＳ６で第１条件が成立していないと判断されてからの経過時間が閾値時間ｔ３以上であるか否かを判断する。この経過時間が閾値時間ｔ３以上であると判断された場合は、燃料電池発電システム４０からインバータ１３への直流電力供給が開始されることなく、フローが終了する。この経過時間が閾値時間ｔ３未満であると判断された場合は、フローはステップＳ５に戻る。
【０１６４】
ステップＳ７では、電力システム３００は、燃料電池発電システム４０の発電電力が所定電力Ｗ１に達しているか否かを判断する。発電電力が所定電力Ｗ１に達していると判断された場合は、フローはステップＳ８に進む。発電電力が所定電力Ｗ１に達していないと判断された場合は、フローはステップＳ５に戻る。所定電力Ｗ１は、例えば、燃料電池４１の定格発電電力である。なお、燃料電池発電システム４０の発電電力は、燃料電池発電システム４０から出力されない期間においては、ヒーター４６で消費される。
【０１６５】
ステップＳ８では、電力システム３００は、第３条件が成立しているか否かを判断する。第３条件が成立していると判断された場合は、フローはステップＳ９に進む。第３条件が成立していないと判断された場合は、フローはステップＳ１３に進む。
【０１６６】
ステップＳ１３では、電力システム３００は、ステップＳ８で第３条件が成立していないと判断された回数（以下、リトライ回数と称することがある）が閾値回数Ｎ以上であるか否かを判断する。リトライ回数が閾値回数Ｎ以上であると判断された場合は、燃料電池発電システム４０からインバータ１３への直流電力供給が開始されることなく、フローが終了する。リトライ回数が閾値回数Ｎ未満であると判断された場合は、フローはステップＳ８に戻る。
【０１６７】
ステップＳ９では、電力システム３００は、第４条件が成立しているか否かを判断する。第４条件が成立していると判断された場合は、フローはステップＳ１０に進む。第４条件が成立していないと判断された場合は、燃料電池発電システム４０からインバータ１３への直流電力供給が開始されることなく、フローが終了する。
【０１６８】
ステップＳ１０では、電力システム３００は、基板６０は直流電力の出力を開始させる。これにより、燃料電池発電システム４０からインバータ１３への直流電力供給が開始される。
【０１６９】
この具体例では、燃料電池発電システム４０からインバータ１３への直流電力供給が開始されることなくフローが終了した場合、図８のフローが最初から再実行される。ステップＳ１０に至り燃料電池発電システム４０からインバータ１３への直流電力供給が開始されるまで、このフローを継続して繰り返すこともできる。このようにすれば、適切なタイミングで燃料電池発電システム４０からインバータ１３への直流電力供給が開始される。
【０１７０】
燃料電池発電システム４０からインバータ１３への直流電力供給開始後においては、燃料電池発電システム４０の発電電力を第２分岐部９５に供給できる。こうして、系統電源２００が停電している状況において、燃料電池発電システム４０により、第２分岐部９５の接続先に長時間電力を供給することが可能となる。例えば、負荷２５１が電化製品である場合、その電化製品を長時間使用できる。
【０１７１】
［特性変換回路の具体例］
上記の説明から理解されるように、この例では、特性変換回路１００は、ＤＣＤＣコンバータである電圧電流制御回路１６０を有する。特性変換回路１００の出力電流が所定値未満のときにおいて、電圧電流制御回路１６０および第１フィードバック回路１１０は、協働して、特性変換回路１００の出力電圧に応じて特性変換回路１００の出力電圧を調整することによって特性変換回路１００の出力電圧を目標値に追従させる第１フィードバック制御を行う。また、特性変換回路１００の出力電流が所定値以上のときにおいて、電圧電流制御回路１００および第２フィードバック回路１２０は、協働して、特性変換回路１００の出力電流が大きいほど特性変換回路１００の出力電圧を低下させることによって特性変換回路１００の出力電力がピークになるときにおける特性変換回路１００の出力電圧を所定範囲内の値に調整する第２フィードバック制御を行う。
【０１７２】
このような第１および第２フィードバック制御を実現する特性変換回路１００は適宜設計可能であるが、以下では、特性変換回路１００の具体例である特性変換回路１００Ｘについて、図９を参照しながら説明する。以下では、図４を参照して既に説明した要素については、同一符号を付し、その説明を省略することがある。
【０１７３】
特性変換回路１００Ｘは、ＬＬＣコンバータを構成している。このＬＬＣコンバータは、定電圧源１３１から流出する電流が大きいほど高い発振周波数が規定され、発振周波数が高いほど特性変換回路１００Ｘの入力電圧に対する出力電圧の比率が小さくなるように構成されている。
【０１７４】
具体的には、特性変換回路１００Ｘは、第１フィードバック回路１１０と、第２フィードバック回路１２０と、フィードバック電流供給部１３０Ｘと、電流共振制御部１４０と、電圧電流制御回路１６０Ｘと、を有する。
【０１７５】
フィードバック電流供給部１３０Ｘは、定電圧源１３１および第６抵抗１３２に加え、第１発光ダイオード１３５を有する。第１発光ダイオード１３５には、定電圧源１３１から流出した電流が流れる。
【０１７６】
電流共振制御部１４０は、第７抵抗１４１と、第１コンデンサ１４２と、第８抵抗１４３と、第１フォトトランジスタ１４５と、制御ＩＣ１４６と、を有する。第７抵抗１４１と、第１コンデンサ１４２と、第８抵抗１４３および第１フォトトランジスタ１４５の組み合わせとは、互いに並列に接続されている。第１フォトトランジスタ１４５は、第１発光ダイオード１３５と協働して、第１フォトカプラ１５０を構成している。制御ＩＣ１４６は、定電流源１４７と、フィードバック端子１４８と、ハイサイドドライバ出力端子１４９ａと、ローサイドドライバ出力端子１４９ｂと、を有する。
【０１７７】
電流共振制御部１４０では、第１コンデンサ１４２に電荷が充電される期間（以下、充電期間と称することがある）と、第１コンデンサ１４２から電荷が放電される期間（以下、放電期間と称することがある）とが、交互に訪れる。放電期間と充電期間とは、フィードバック端子１４８の電圧に基づいて切り替わる。
【０１７８】
具体的には、充電期間において、定電流源１４７からフィードバック端子１４８を介して第１コンデンサ１４２に電荷が充電されていく。充電が進むにつれて、フィードバック端子１４８の電圧が上昇していく。フィードバック端子１４８の電圧が第１の電圧に達すると、放電期間に切り替わる。放電期間においては、定電流源１４７から第１コンデンサ１４２への電荷の充電は停止される。放電期間においては、第１コンデンサ１４２に充電された電荷は、第７抵抗１４１を介して放電される。放電期間においては、電荷が第８抵抗１４３および第１フォトトランジスタ１４５を介してさらに放電される。放電が進むにつれて、フィードバック端子１４８の電圧が低下していく。フィードバック端子１４８の電圧が第２の電圧に達すると、充電期間に切り替わる。
【０１７９】
第１発光ダイオード１３５を流れる電流が大きいほど、第１フォトトランジスタ１４５に大きい電流が流れ、放電期間における第８抵抗１４３および第１フォトトランジスタ１４５を介した電荷の放電が速くなり、放電期間が短くなり、充放電周波数が高くなる。充放電周波数は、上記の発振周波数に対応する。
【０１８０】
ある放電期間において、ハイサイドドライバ出力端子１４９ａから駆動信号が出力される。次の放電期間において、ローサイドドライバ出力端子１４９ｂから駆動信号が出力される。次の放電期間において、ハイサイドドライバ出力端子１４９ａから駆動信号が出力される。次の放電期間において、ローサイドドライバ出力端子１４９ｂから駆動信号が出力される。これが繰り返され、ドライバ出力端子１４９ａおよび１４９ｂから、互いに逆位相の駆動パルス信号が出力される。これらの駆動パルス信号の周波数は、上記の充放電周波数が高くなるほど高くなる。なお、充電期間は、両ドライバ出力端子１４９ａおよび１４９ｂのいずれからも駆動信号が出力されないデッドタイムとなる。
【０１８１】
電圧電流制御回路１６０Ｘは、第２コンデンサ１６１と、第１スイッチング素子１６２ａと、第２スイッチング素子１６２ｂと、第３コンデンサ１６３ａと、第４コンデンサ１６３ｂと、第５コンデンサ１６４と、トランス１６５と、第１ダイオード１６６ａと、第２ダイオード１６６ｂと、第６コンデンサ１６７と、を有する。
【０１８２】
スイッチング素子１６２ａおよび１６２ｂは、直列に接続されることにより、直列回路を構成している。この直列回路には、第２コンデンサ１６１が並列接続されている。第１スイッチング素子１６２ａには第３コンデンサ１６３ａが並列接続されている。第２スイッチング素子１６２ｂには第４コンデンサ１６３ｂが並列接続されている。
【０１８３】
この例では、スイッチング素子１６２ａおよび１６２ｂは、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）である。また、第５コンデンサ１６４は、共振コンデンサである。
【０１８４】
トランス１６５は、１次側の巻線である第１巻線１６５ａと、２次側の巻線である第２巻線１６５ｂおよび第３巻線１６５ｃと、を有する。
【０１８５】
第１巻線１６５ａの一端には、第１スイッチング素子１６２ａの電流流出端子と、第２スイッチング素子１６２ｂの電流流入端子と、が接続されている。第１巻線１６５ａの他端と第２スイッチング素子１６２ｂの電流流出端子との間には、第５コンデンサ１６４が接続されている。なお、この例では、電流流出端子はソース端子である。電流流入端子は、ドレイン端子である。
【０１８６】
第２巻線１６５ｂの一端には、第１ダイオード１６６ａのアノードが接続されている。第１ダイオード１６６ａのカソードには、第６コンデンサ１６７の一端と、第２ダイオード１６６ｂのカソードと、が接続されている。第２巻線１６５ｂの他端には、第６コンデンサ１６７の他端と、基準電位とが接続されている。
【０１８７】
第３巻線１６５ｃの一端には、第６コンデンサ１６７の他端と、基準電位とが接続されている。第３巻線１６５ｃの他端には、第２ダイオード１６６ｂのアノードが接続されている。
【０１８８】
第１スイッチング素子１６２ａの制御端子には、ハイサイドドライバ出力端子１４９ａから駆動パルス信号が供給される。第２スイッチング素子１６２ｂの制御端子には、ローサイドドライバ出力端子１４９ｂから駆動パルス信号が供給される。これにより、スイッチング素子１６２ａおよび１６２ｂは、互いに逆位相の駆動パルス信号が供給されることによって、交互にオンオフする。なお、この例では、制御端子は、ゲート端子である。
【０１８９】
スイッチング素子１６２ａおよび１６２ｂに供給される駆動パルス信号の周波数が高いほど、ＬＬＣ共振に基づき、電圧電流制御回路１６０Ｘの入力電圧に対する出力電圧の比率が小さくなる。
【０１９０】
［特性変換回路の別例］
図１０に、特性変換回路の別例を示す。以下では、図４の例と同様の部分については、説明を省略することがある。
【０１９１】
図１０に示す特性変換回路１９０は、図４の特性変換回路１００のフィードバック電流供給部１３０に代えて、フィードバック電流供給部１９５を有する。フィードバック電流供給部１９５は、定電圧源１３１および第６抵抗１３２に加え、第９抵抗１９１を有する。
【０１９２】
特性変換回路１９０では、特性変換回路１００と同様、第１シャントレギュレータ１１５の参照電圧端子に入力される電圧が大きいほど、定電圧源１３１、第６抵抗１３２、第１シャントレギュレータ１１５および基準電位をこの順に流れる電流すなわち第１電流が大きくなる。一方、特性変換回路１９０では、特性変換回路１００と異なり、第２シャントレギュレータ１２５の参照電圧端子に入力される電圧が大きいほど、定電圧源１３１、第９抵抗１９１、第２シャントレギュレータ１２５および基準電位をこの順に流れる電流すなわち第２電流が大きくなる。
【０１９３】
特性変換回路１９０の出力電流が小さい領域では、第１電流が、定電圧源１３１から流出する電流の大部分を占める。一方、特性変換回路１００の出力電流が大きい領域では、第２電流が、定電圧源１３１から流出する電流の大部分を占める。つまり、特性変換回路１００の出力電流が小さい領域では第１フィードバック回路１１０の動作が優勢となり、特性変換回路１００の出力電流が大きい領域では第２フィードバック回路１２０の動作が優勢となる。これらの点で、特性変換回路１９０は、特性変換回路１００と共通している。このため、特性変換回路１９０では、特性変換回路１００と同様に、電圧電流制御回路１６０の入力電圧に対する出力電圧の比率が調整される。
【０１９４】
図１１に、特性変換回路１９０の具体例である特性変換回路１９０Ｘを示す。以下では、図９の例と同様の部分については、説明を省略することがある。
【０１９５】
図１１に示す特性変換回路１９０Ｘは、図９の特性変換回路１００Ｘのフィードバック電流供給部１３０Ｘに代えて、フィードバック電流供給部１９５Ｘを有する。また、特性変換回路１９０Ｘは、特性変換回路１００Ｘの電流共振制御部１４０に代えて、電流共振制御部１９９を有する。
【０１９６】
フィードバック電流供給部１９５Ｘは、定電圧源１３１、第６抵抗１３２および第１発光ダイオード１３５に加え、第９抵抗１９１および第２発光ダイオード１９２を有する。電流共振制御部１９９は、第７抵抗１４１、第１コンデンサ１４２、第８抵抗１４３、第１フォトトランジスタ１４５および制御ＩＣ１４６に加え、第１０抵抗１９６および第２フォトトランジスタ１９７を有する。
【０１９７】
第７抵抗１４１と、第１コンデンサ１４２と、第８抵抗１４３および第１フォトトランジスタ１４５の組み合わせと、第１０抵抗１９６および第２フォトトランジスタ１９７の組み合わせとは、互いに並列に接続されている。第２発光ダイオード１９２および第２フォトトランジスタ１９７は、協働して、第２フォトカプラ１９８を構成している。
【０１９８】
電流共振制御部１９９では、電流共振制御部１４０と同様、第１コンデンサ１４２に電荷が充電される期間（以下、充電期間と称することがある）と、第１コンデンサ１４２から電荷が放電される期間（以下、放電期間と称することがある）とが、交互に訪れる。
【０１９９】
具体的には、充電期間において、定電流源１４７からフィードバック端子１４８を介して第１コンデンサ１４２に電荷が充電されていく。充電が進むにつれて、フィードバック端子１４８の電圧が上昇していく。フィードバック端子１４８の電圧が第１の電圧に達すると、放電期間に切り替わる。放電期間においては、定電流源１４７から第１コンデンサ１４２への電荷の充電は停止される。放電期間においては、第１コンデンサ１４２に充電された電荷は、第７抵抗１４１を介して放電される。放電期間においては、電荷が、第８抵抗１４３および第１フォトトランジスタ１４５を介して、または、第１０抵抗１９６および第２フォトトランジスタ１９７を介して、さらに放電される。放電が進むにつれて、フィードバック端子１４８の電圧が低下していく。フィードバック端子１４８の電圧が第２の電圧に達すると、充電期間に切り替わる。
【０２００】
電流共振制御部１９９における第１コンデンサ１４２の電荷の充電状態は、電流共振制御部１４０と同様に変化する。このため、特性変換回路１９０Ｘでは、特性変換回路１００Ｘと同様に、電圧電流制御回路１６０Ｘの入力電圧に対する出力電圧の比率が調整される。
【０２０１】
改めて断っておくが、図４の特性変換回路１００の具体例は、図９の特性変換回路１００Ｘには限られない。例えば、定電圧源１３１から流出する電流が大きいほど小さいデューティ比が規定され、そのデューティ比に基づいて動作するＤＣＤＣコンバータを特性変換回路内に構成することもできる。図１０の特性変換回路１９０の具体例についても同様である。
【０２０２】
また、図４および図９の第１フィードバック回路１１０および第２フィードバック回路１２０の構成も必須ではない。例えば、電圧センサによって電圧電流制御回路１６０の出力電圧を検出し、電流センサによって電圧電流制御回路１６０の出力電流を検出し、出力電流が小さい領域では出力電圧が一定の電圧に維持され出力電流が大きい領域では出力電流が出力電流が増えるにつれて出力電圧が下がるような制御信号をマイクロコンピュータにより生成し、該制御信号を用いて電圧電流制御回路１６０を制御してもよい。
【０２０３】
本開示に、その他の種々の変更を適用することもできる。例えば、電力システムにおける太陽光発電システムの数は１つであってもよく、３つ以上であってもよい。電力システムは、太陽光発電システムを有していないくてもよい。直流電力変換装置、第１インバータ等は、パワーステーションに組み込まれていなくてもよい。電力システムは、蓄電装置、貯湯ユニットなどの図示した一部の要素を有していないくてもよい。また、発電部と負荷の接続経路は、図示したものに限られない。例えば、コンセント２６０を省略して第１負荷２５１に電力を供給することも可能である。
【０２０４】
また、直流電力変換装置２０がＭＰＰＴ制御を行うことは必須ではない。直流電力変換装置２０は（詳細には、ＤＣＤＣコンバータ２１，２２および２３は）、負荷追従制御等の他の制御を行ってもよい。負荷追従制御は、直流電力変換装置２０が取り出す電力量を電力負荷での電力消費量または電力消費量から所定のマージンを差し引いた量に追従させる制御である。ここでいう電力消費量は、過去のデータのものまたは過去のデータから推測したものである。このような他の制御を行っているときであっても、特性変換回路（変圧回路）１００の変圧比の調整により、直流電力変換装置２０が燃料電池発電システム４０から直流電力を好適に取り出すことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０２０５】
本開示に係る技術は、例えば、太陽光発電システム用に設計された直流電力変換装置と、燃料電池発電システムと、を有する電力システムに利用可能である。
【符号の説明】
【０２０６】
１０  パワーステーション
１１，４３  ＤＣバス
１２，２１，２２，２３，４２，４５  ＤＣＤＣコンバータ
１３，４４  インバータ
１４，４８  解列リレー
２０  直流電力変換装置
２５  蓄電装置
２７，７６  電流検出部
２８  電力切替ユニット
２８ａ  系統電力入力部
２８ｂ  自立電力入力部
２８ｃ  電力出力部
３１，３２  太陽光発電システム
３６，３７  太陽光発電パネル
４０  燃料電池発電システム
４１  燃料電池
４６  ヒーター
４７  貯湯ユニット
５１  ＭＣＵ
５２  低圧電源
５５  Ｄ１電源
５６，２５１，２５２，２５３  負荷
６０  基板
６１  ＬＣフィルタ
６２  保護リレー
７０  制御ＩＣ
７１  制御部
７２  電流値取得部
７３  電力算出部
７４  出力電圧設定部
７５  出力電圧記憶部
８０，９０  分電盤
８１，８２，８３，８５ａ，８５ｂ，８５ｃ，９２，９５ａ，９５ｂ，９５ｃ  ブレーカー
８５，９５  分岐部
８８，８９，９８，９９  電路
１００，１００Ｘ  特性変換回路（変圧回路）
１１０，１２０  フィードバック回路
１１１，１１２，１２１，１２２，１２３，１３２，１４１，１４３，１９１，１９６  抵抗
１１５，１２５  シャントレギュレータ
１２８  電流センサ
１３０，１３０Ｘ、１９０，１９０Ｘ  フィードバック電流供給部
１３１  定電圧源
１３５，１９２  発光ダイオード
１４０，１９９  電流共振制御部
１４２，１６１，１６３ａ，１６３ｂ，１６４，１６７  コンデンサ
１４５，１９７  フォトトランジスタ
１４６  制御ＩＣ
１４７  定電流源
１４８，１４９ａ，１４９ｂ  端子
１５０，１９８  フォトカプラ
１６０，１６０Ｘ  電圧電流制御回路
１６２ａ，１６２ｂ  スイッチング素子
１６５  トランス
１６５ａ，１６５ｂ，１６５ｃ  巻線
１６６ａ，１６６ｂ  ダイオード
２００  系統電源
２６０  コンセント
３００  電力システム
３５１，３５２，３５３，３５４，３５５，３５６  経路
ｐ１，ｐ２，ｐ３  接続点
【図１】
2019140853.tif 000003
【図２】
2019140853.tif 000004
【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】
2019140853.tif 000009
【図８】
2019140853.tif 000010
【図９】
2019140853.tif 000011
【図１０】
2019140853.tif 000012
【図１１】
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