(57)【要約】【課題】発電機の専用ブレーカーが遮断しても、過度の電圧がかかり過電圧保護器が破壊されるのを防止し、安全に運転可能な発電装置及びコージェネレーションシステムを提供する。【解決手段】発電機１の発電電流を制御する発電電流制御器２と、発電機１と連系点１７との間の電路に設けられ、発電機１の余剰電力を消費する余剰電力負荷６と、発電量制御器２と連系点１７との間の電路を遮断する専用ブレーカー１６と、発電量制御器と専用ブレーカー１６との間に設けられ、系統電源１１からの過電圧に対する保護機能を有する過電圧保護器５と、発電機１の発電中に発電電流制御器２と連系点１７との間の電路において電流が遮断されたことを検知する遮断検知器と、制御器２３と、を備え、制御器２３は、遮断検知器により電路の遮断が検知されると発電機１から余剰電力負荷６への通電量を増加するよう制御する発電装置。【選択図】図１
2008079444.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
系統電源と連系して負荷に電力を供給する発電装置であって、
発電を行う発電機と、
前記発電機の発電電流を制御する発電電流制御器と、
前記発電機と連系点との間の電路に設けられ、前記負荷に消費されない前記発電機の余剰電力を消費するための余剰電力負荷と、
前記発電電流制御器と前記連系点との間の電路を遮断する遮断器と、
前記発電電流制御器と前記遮断器との間に設けられ、系統電源からの過電圧に対する保護機能を有する過電圧保護器と、
前記発電機の発電中に前記発電電流制御器と前記連系点との間の電路において電流が遮断されたことを検知する遮断検知器と、
制御器と、を備え、
前記制御器は、前記遮断検知器により前記電路の遮断が検知されると、前記発電機から前記余剰電力負荷への通電量を増加するよう制御する、発電装置。
【請求項２】
前記遮断検知器は、前記発電電流制御器からの出力電流を検出する電流検出器と、前記発電機の発電中に前記電流検出器で検出される電流値が所定の閾値以下になると前記電路が遮断されたと判定する遮断判定器と、を備える、請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記発電電流制御器に対して前記発電機で発電するべき電流値を指令する発電電流指令器を備え、
前記遮断判定器は、前記発電電流指令器により指令される電流値が所定の閾値以上であり、かつ、前記電流検知器で検知される電流値が所定の閾値以下になると、前記発電機の発電中に前記電路が遮断されたと判定する、請求項２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記遮断検知器は、前記発電電流制御器の出力側の電圧を検出する電圧検出器と、前記発電機の発電中に前記電圧検出器で検知される電圧値が所定の閾値以上になると前記電路が遮断されたと判定する遮断判定器と、を備える、請求項１に記載の発電装置。
【請求項５】
前記発電電流制御器に対して前記発電機で発電するべき電流値を指令する発電電流指令器を備え、
前記遮断判定器は、前記発電電流指令器により指令される電流値が所定の閾値以上であり、かつ、前記電圧検出器で検出される電圧値が所定の閾値以上になると、前記電路が遮断されたと判定する、請求項４に記載の発電装置。
【請求項６】
前記遮断検知器は、前記発電電流制御器からの出力電流を検出する電流検出器をさらに備え、
前記遮断判定器は、前記発電機の発電中に前記電流検出器で検出される電流値が所定の閾値以下であり、かつ、前記発電電流指令器により指令される電流値が所定の閾値以上であり、かつ、前記電圧検出器で検出される電圧値が所定の閾値以上になると、前記電路が遮断されたと判定する、請求項５に記載の発電装置。
【請求項７】
前記制御器は、前記発電機から前記余剰電力負荷への通電量を前記電圧検出器で検出される電圧値に比例して制御する、請求項１に記載の発電装置。
【請求項８】
前記制御器は、前記発電機から前記余剰電力負荷への通電量を増加させてから所定時間経過後、前記電圧検出器で検出された電圧値が所定の閾値以下であると、前記発電機から前記余剰電力負荷への通電量を減少するよう制御する、請求項１に記載の発電装置。
【請求項９】
前記過電圧保護器は、前記発電電流制御器と前記系統電源との間の電路の電圧が、所定の閾値以上になると電気的に導通し、外部に放電する機能を有する、請求項１に記載の発電装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の発電装置と、前記発電機の排熱を熱媒体により回収する排熱回収装置と、を備え、
前記余剰電力負荷は、前記排熱回収装置内の前記熱媒体を加熱するためのヒータである、コージェネレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池等の発電機を備える発電装置及びそれを備えるコージェネレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
コージェネレーションシステムは、燃料電池やガスタービンやディーゼルエンジンなどの原動機等を用いて発電して電力を供給するとともに、その発電の際に発生する熱を回収して、外部への熱供給に有効利用するシステムである。このようなコージェネレーションシステムは、系統電源と系統連系されており、燃料電池等で発電した電力と系統電源からの電力が、外部電力負荷（例えば、家庭の使用電力負荷）に供給される。
【０００３】
コージェネレーションシステムを構成する燃料電池等は、外部電力負荷の負荷変動に対する出力変化速度が遅いため、コージェネレーションシステムから電力供給を受ける全機器の総消費電力が、コージェネレーションシステムから出力される出力電力を下回る場合、余剰電力が発生し、系統電源への電力の逆潮流が生じる。これを防止又は緩和するコージェネレーションシステムの負荷調整方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に開示されているコージェネレーションシステムの負荷調整方法は、余剰電力が生じて逆潮流が発生する場合に、予め登録した電力消費調整機器の少なくとも一部を強制的に運転制御する方法である。これにより、総消費電力が増加するため、逆潮流の程度が緩和、或いは、逆潮流の防止を図ることができる。
【特許文献１】特開２００３−１５３４４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、このようなコージェネレーションシステムには、一般に雷サージ等の一時的な過電圧からシステムを構成する機器を保護するために過電圧保護装置（バリスタ等）が設けられている。また、コージェネレーションシステムには、系統電源と連系点との間の電路を遮断し、系統電源と外部電力負荷及び発電機とを電気的に切り離す主幹ブレーカーとは別に、発電機と連系点との間の電路を遮断し、発電機と系統電源及び外部電力負荷とを電気的に切り離す専用ブレーカーが設けられているが、コージェネレーションシステムの運転中に、専用ブレーカーが誤って人為的に切断される場合がある。このように、発電機と系統電源及び外部電力負荷とが電気的に切り離されても、発電機が発電を継続している場合、発電機から出力された電力は行き場を失い過電圧保護器に過電圧が長期に亘ってかかり、過電圧保護器が破壊される可能性がある。
【０００６】
本発明は、以上の課題を鑑みてなされたものであり、系統連系している発電装置に設けられた過電圧保護器が破壊されるのを防止し、安全に運転可能な発電装置及びそれを備えるコージェネレーションシステム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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明の発電装置は、系統電源と連系して負荷に電力を供給する発電装置であって、発電を行う発電機と、前記発電機の発電電流を制御する発電電流制御器と、前記発電機と連系点との間の電路に設けられ、前記負荷に消費されない前記発電機の余剰電力を消費するための余剰電力負荷と、前記発電電流制御器と前記連系点との間の電路を遮断する遮断器と、前記発電電流制御器と前記遮断器との間に設けられ、系統電源からの過電圧に対する保護機能を有する過電圧保護器と、前記発電機の発電中に前記発電電流制御器と前記連系点との間の電路において電流が遮断されたことを検知する遮断検知器と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記遮断検知器により前記電路の遮断が検知されると、前記発電機から前記余剰電力負荷への通電量を増加するよう制御する。
【０００８】
これにより、発電機が発電中に発電電流制御器と連系点との間の電路が遮断されると、これを電流遮断検知器により検出して、発電機から余剰電力負荷への通電量を増加させるので、過電圧保護器が対処すべき過電圧が緩和される。その結果、過電圧保護器に過電圧が長期に亘ってかかることを防止し、発電装置全体の故障を防止することができる。
【０００９】
また、本発明の発電装置では、前記遮断検知器は、前記発電電流制御器からの出力電流を検出する電流検出器と、前記発電機の発電中に前記電流検出器で検出される電流値が所定の閾値以下になると前記電路が遮断されたと判定する遮断判定器と、を備えてもよい。
【００１０】
また、本発明の発電装置では、前記発電電流制御器に対して前記発電機で発電するべき電流値を指令する発電電流指令器を備え、前記遮断判定器は、前記発電電流指令器により指令される電流値が所定の閾値以上であり、かつ、前記電流検知器で検知される電流値が所定の閾値以下になると、前記発電機の発電中に前記電路が遮断されたと判定してもよい。
【００１１】
また、本発明の発電装置では、前記遮断検知器は、前記発電電流制御器の出力側の電圧を検出する電圧検出器と、前記発電機の発電中に前記電圧検出器で検知される電圧値が所定の閾値以上になると前記電路が遮断されたと判定する遮断判定器と、を備えてもよい。
【００１２】
また、本発明の発電装置では、前記発電電流制御器に対して前記発電機で発電するべき電流値を指令する発電電流指令器を備え、前記遮断判定器は、前記発電電流指令器により指令される電流値が所定の閾値以上であり、かつ、前記電圧検出器で検出される電圧値が所定の閾値以上になると、前記電路が遮断されたと判定してもよい。
【００１３】
また、本発明の発電装置では、前記遮断検知器は、前記発電電流制御器からの出力電流を検出する電流検出器をさらに備え、前記遮断判定器は、前記発電機の発電中に前記電流検出器で検出される電流値が所定の閾値以下であり、かつ、前記発電電流指令器により指令される電流値が所定の閾値以上であり、かつ、前記電圧検出器で検出される電圧値が所定の閾値以上になると、前記電路が遮断されたと判定してもよい。
【００１４】
また、本発明の発電装置では、前記制御器は、前記発電機から前記余剰電力負荷への通電量を前記電圧検出器で検出される電圧値に比例して制御してもよい。
【００１５】
また、本発明の発電装置では、前記制御器は、前記発電機から前記余剰電力負荷への通電量を増加させてから所定時間経過後、前記電圧検出器で検出された電圧値が所定の閾値以下であると、前記発電機から前記余剰電力負荷への通電量を減少するよう制御してもよい。
【００１６】
また、本発明の発電装置では、前記過電圧保護器は、前記発電電流制御器と前記系統電源との間の電路の電圧が、所定の閾値以上になると電気的に導通し、外部に放電する機能を有してもよい。
【００１７】
また、本発明のコージェネレーションシステムは、前記発電装置と、前記発電機の排熱を熱媒体により回収する排熱回収装置と、を備え、前記余剰電力負荷は、前記排熱回収装置内の前記熱媒体を加熱するためのヒータである。
【００１８】
これにより、発電機が発電中に発電電流制御器と連系点との間で電流が遮断されると、これを電流遮断検知器により検出して、発電機から余剰電力負荷への通電量を増加させるので、過電圧保護器が対処すべき過電圧が緩和される。その結果、過電圧保護器に過電圧が長期に亘ってかかることを防止し、コージェネレーションシステム全体の故障を防止することができる。また、発電電流制御器と連系点との間の電路が遮断されると、発電機で発電された電力が外部電力負荷で消費できず余剰電力が発生するが、この余剰電力をヒータで消費させることにより、熱媒体を加熱して利用することで無駄なエネルギーロスを防止することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の発電装置及びそれを備えるコージェネレーションシステムによれば、発電機が発電中に発電電流制御器と連系点との間の電路が遮断されても、発電機から余剰電力負荷への通電量を増加させるので、過電圧保護器が対処すべき過電圧が緩和され、過電圧保護器の故障が抑制される。また、電路が遮断した際の余剰電力をヒータで消費させるので、エネルギーロスを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るコージェネレーションシステムの構成を模式的に示すブロック図である。
【００２１】
まず、本実施の形態１に係るコージェネレーションシステムの構成について説明する。
【００２２】
図１に示すように、本実施の形態１に係るコージェネレーションシステム１０１は、発電機１、発電電流制御器２、電流検出器４、過電圧保護器５、余剰電力負荷（ヒータ）６、第１電流調整器８、第２電流調整器９、専用ブレーカー１６、及び制御装置１０を有する発電装置と、排熱回収装置７と、を備えている。
【００２３】
発電機１は、燃料電池、又はガスタービンやディーゼルエンジン等の原動機であり、電気を発生する装置が用いられている。発電機１の図示されない出力端子には、発電電流制御器２が接続されている。
【００２４】
発電電流制御器２は、コージェネレーションシステム１０１の外部へ出力する電流を制御する。ここでは、発電機１が直流電力を発生するので、発電電流制御器２は、発電機１で発生した直流電力を昇圧するコンバータとコンバータから出力される直流電力を交流電力に変換するインバータとを有している。発電電流制御器２の出力端子（図示せず）には、出力配線（電路）１８の一端が接続されており、出力配線１８の他端には、系統連系点１７が設けられている。そして、系統連系点１７には、適宜な配線により系統電源１１が接続され、発電電流制御器２と系統電源１１が、系統連系点１７で系統連系されている。
【００２５】
また、系統連系点１７には、適宜な配線により外部電力負荷１２が接続されており、系統連系点１７と外部電力負荷１２との間には、個別ブレーカー１３が設けられている。系統連系点１７と系統電源１１の間には、主幹電流検出器１５が設けられており、主幹電流検出器１５と系統電源１１との間には、主幹ブレーカー１４が設けられている。一方、発電電流制御器２と系統連系点１７との間には、本発明の遮断器である専用ブレーカー１６が設けられており、専用ブレーカー１４と発電電流制御器２との間には、電流検出器４が設けられている。そして、電流検出器４と専用ブレーカー１６の間には、過電圧保護器５が設けられている。これにより、発電機１及び／又は系統電源１１から外部電力負荷１２に電力が供給される。なお、ここでは、電流検出器４は、過電圧保護器５より発電電流制御器２側に設けられているが、これに限定されず、過電圧保護器５と専用ブレーカー１６の間に設けてもよい。
【００２６】
外部電力負荷１２は、ここでは、一般家庭で使用される電力消費機器を想定しており、主幹ブレーカー１４は、各家庭に設けられているブレーカーであって、系統電源１１と家庭内配線との間を切断するものであり、個別ブレーカー１３は、所定のコンセントごとに設けられたブレーカーである。そして、専用ブレーカー１６は、コージェネレーションシステム１０１（正確には、発電電流制御器２）と系統電源１１及び家庭内配線との間を切断するブレーカーである。
【００２７】
主幹電流検出器１５は、系統電源１１から供給される電流（電力）を検出し、その電流情報は制御装置１０に入力される。主幹電流検出器１５は、ここでは、カレントトランス等の電流センサで構成されており、電流の大きさを検出し、また、電流の向きを検出することで、逆潮流が発生しているかを検出している。なお、主幹電流検出器１５として、例えば、シャント抵抗を用いた電流センサ、カレントトランスを系統電線にクランプし、１次電流に比例した２次巻き線電流から電流検知するクランプ式交流電流センサ、交流電流を直接計測する交流電流計等を使用してもよい。
【００２８】
電流検出器４は、出力配線１８を流れる電流を検出し、その電流情報は、制御装置１０に入力される。電流検出器４は、カレントトランス等の電流センサ、シャント抵抗を用いた電流センサ、カレントトランスを出力配線１８にクランプし、１次電流に比例した２次巻き線電流から電流検知するクランプ式交流電流センサ、交流電流を直接計測する交流電流計等を用いることができる。
【００２９】
過電圧保護器５は、周知のもので構成されている。このため、その構成は、簡単に説明する。過電圧保護器５は、その両端に印加される電圧が特定の電圧より小さい間はその抵抗値が大きく（遮断している）、その両端に印加される電圧がこの特定の電圧を越えるとその抵抗値が急激に小さくなる（導通する）回路素子で構成されている。このような回路素子として、例えば、バリスタが挙げられる。過電圧保護器５は、一方の端子が出力配線１８に接続され、他方の端子が接地されている。過保護電圧器５を構成する回路素子には、過電圧保護器５の作動電圧（発電電流制御器２の定格出力電圧より高い電圧に設定される）に相当する上記特定の電圧を有するものが用いられている。従って、常時は、過電圧保護器５は遮断していて、出力配線１８の電圧（グランドに対する電位）は過電圧保護器５とは無関係に定まる。しかし、雷サージ等により出力配線１８の電圧が上昇し、過電圧保護器５の作動電圧を越えると、過電圧保護器５が導通して、出力配線１８を流れる電流をグランドにバイパスする。これにより、出力配線１８の電圧が、過電圧保護器５の作動電圧以上に上昇しないように抑制される。その結果、コージェネレーションシステム１０１内の出力配線１８に電気的に繋がっている電気機器に過電圧が印加されることが防止され、これらの電気機器が過電圧から保護される。
【００３０】
また、発電機１には、発電電流制御器２と並列に余剰電力負荷６が接続されている。余剰電力負荷６は、ここでは、ヒータ６で構成されている。ヒータ６は、ここでは、排熱回収装置（ここでは貯湯タンク）７に接続された熱媒体循環路１９に設けられている。熱媒体循環路１９には流量を調整しながら熱媒体を循環させるための循環ポンプ（図示せず）が設けられている。排熱回収装置７には、熱媒体となるべき市水を供給するための水供給配管（図示せず）と熱媒体としての貯湯水を利用者に供給するための貯湯水供給配管が接続されている。これにより、発電機１で発生した余剰電力がヒータ６に供給され、それにより熱媒体が加熱される。その結果、この余剰電力が熱媒体の保有する熱として排熱回収装置７に回収される。
【００３１】
ところで、ヒータ６は通電により発熱する部材で構成されており、このヒータ６には、互いに並列に接続された第１電流調整器８と第２電流調整器９とが直列に接続されている。第１電流調整器８と第２電流調整器９とは、共に、後述する制御装置１０からの制御信号によってヒータ６に通電される電流を変化させることができるように構成されている。従って、第１電流調整器８と第２電流調整器９とを互いに独立して制御することによってヒータ６に通電される電流を互いに独立して調整することができる。
【００３２】
これにより、ヒータ６は、発電機１で発電される電力を用いて、排熱回収装置７から供給される熱媒体を加熱し、加熱された高温の熱媒体が、排熱回収装置７に供給され、排熱回収装置７から貯湯水（熱媒体）が利用者に供給される。なお、ヒータ６は、ここでは、シースヒータ等公知の電気ヒータを用いている。また、排熱回収装置７に供給される熱媒体を、発電機１の排熱を回収するように構成してもよい。
【００３３】
第１電流調整器８及び第２電流調整器９は、ここでは、図１に示すように、それぞれ、トランジスタで構成されている。そして、これらのトランジスタのゲートに制御装置１０から制御信号がそれぞれ入力されている。従って、制御信号として電圧信号を入力することにより、その電圧に応じてトランジスタの主端子間（ここではエミッタ−コレクタ間）のインピーダンスが変化し、その変化に応じてヒータ６に通電される電流が変化する。
【００３４】
第２電流調整器９は、過電圧が生じた場合に、ヒータ６に通電される電流を調整し、第１電流調整器８は、それ以外の場合、例えば、逆潮流が生じた場合等にヒータ６に通電される電流を調整する。また、第１電流調整器８と第２電流調整器９とを別個に設けないで、１つの電流調整器でヒータ６に通電される電流を調整する構成としてもよく、また、制御装置１０から直接ヒータ６の加熱量を調整できる構成としてもよい。
【００３５】
制御装置１０は、発電制御器（発電電流指令器）２１、遮断判定器２２及び制御器２３を有している。制御装置１０は、マイコン等のコンピュータによって構成されており、ＣＰＵからなる演算処理部、半導体メモリから構成された記憶部（内部メモリ）、操作入力部、表示部、及びカレンダー機能を有する時計部（いずれも図示せず）を有している。そして、図示されない記憶部に格納された所定のソフトウェアによって、各制御器２１、２２、２３が実現されている。本発明の発電電流指令器である発電制御器２１には、主幹電流検出器１５で検出される電流情報が入力される。また、発電制御器２１は、発電機１、発電電流制御器２、及び第２電流調整器９に所定の制御信号を出力してこれらを制御する。遮断判定器２２には、電流検出器４で検出される電流情報と、発電制御器２１から発電電流制御器２に出力される制御信号が入力される。遮断判定器２２は、これらに基づいて、発電機１と系統電源１１との間で電流が遮断されたか否かを判定する。この遮断判定器２２及び電流検出器４が本発明の遮断検出器として機能する。また、制御器２３は、遮断判定器２２の判定結果に基づいて、第１電流調整器８に制御信号を出力してこれを制御する。そして、図示されない演算処理部が、記憶部に格納された所定の制御プログラムを読み出し、これを実行することにより、これらの情報を処理し、かつ、これらの制御を含むコージェネレーションシステムに関する各種の制御を行う。なお、コージェネレーションシステムの制御及び過電圧印加防止制御については、後述する。
【００３６】
ここで、本明細書において、制御器とは、単独の制御器だけでなく、複数の制御器が協働してコージェネレーションシステムの制御を実行する制御器群をも意味する。このため、制御器１０は、単独の制御器から構成される必要はなく、複数の制御器が分散配置され、それらが協働してコージェネレーションシステムを制御するように構成されていてもよい。
【００３７】
次に、本実施の形態１に係るコージェネレーションシステム１０１の制御（動作）について説明する。
【００３８】
まず、通常時における動作について説明する。この場合、発電制御器２１は、主幹電流検出器１５から系統電源１１から外部電力負荷１２に供給されている電流情報（ここでは、電流値及び電流が流れる向き）を取得し、発電機１に発電指令を出すとともに、発電電流制御器２に出力電流指令を出す。これにより、発電電流制御器２が出力電流指令に応じた電流を出力し、出力配線１８を介して外部電力負荷１２に電力を供給する。このとき、発電機１では、発電指令に従って発電電流制御器２から出力される電流に見合った発電が行われる。また、電流検出器４は、出力配線１８を流れる電流を検出し、遮断判定器２２にその電流情報を入力する。
【００３９】
そして、発電制御器２１は、電流が系統連系点１７から系統電源１１に流れている情報を、主幹電流検出器１５から取得すると、逆潮流が生じていると判定する。この判定を基に発電制御器２１は、余剰電力負荷（ヒータ）６に余剰電力を供給するべく、第１電流調整器８に所定の制御信号を出力して、ヒータ６に通電する電流を調整する。これにより、本実施の形態１に係るコージェネレーションシステム１０１は、外部電力負荷１２で消費される電力が、発電機１から出力される電力よりも大きくなるように、即ち、逆潮流が生じないように制御される。
【００４０】
次に、発電機１の発電中（制御装置１０の発電制御器２１から発電機１に運転停止指令が出されていない状態）に、発電機１と系統電源１１との間において電流が遮断された（以下、発電機−系統間電流遮断という）場合について説明する。これは、例えば、屋内配線工事をするときに、発電機１を停止させずに専用ブレーカー１６を切断したような場合である。この場合、外部電力負荷１２に発電機１で発電した電力が供給されない。従って、出力配線１８には電流が流れず、電流検出器４では、電流値が０アンペアであることが検出される。
【００４１】
一方、発電電流制御器２は、その特性により出力配線１８に電流が流れるように電圧を上昇させる。そして、出力配線１８の電圧が、過電圧保護器５の作動電圧を超えると、過電圧保護器５が導通して、出力配線１８の電圧を過電圧保護器５の作動電圧以上に上昇しないように抑制する。しかし、発電機１と系統電源１１との間において電流が遮断されているため、このままであると、発電機１の発電が停止されるまで、長期に亘って過電圧保護器５が導通され、過電圧保護器５が破壊されるおそれがある。
【００４２】
そこで、本発明では、遮断判定器２２が、電流検出器４で検出された電流情報に基づいて、発電電流制御器−系統連系点間電路遮断が発生したか否かを判定する。そして、遮断判定器２２が、発電電流制御器−系統連系点間電路遮断が発生したと判定すると、制御器２３が、第２電流調整器９に制御信号を出力して、ヒータ６に所要の電流を通電させる。これにより、発電機１の出力電圧、すなわち、発電電流制御器２に入力される電圧が、発電機１の出力電流−出力電圧特性に従って低下する。その結果、発電電流制御器２の出力電圧がその特性に従って低下し、過電圧保護器５の作動電圧未満になると、過電圧保護器５が遮断する。つまり、過電圧保護器５にかかる電圧が緩和される。
【００４３】
これにより、過電圧保護器５に過電圧が長期に亘ってかかることを防止することができる。
【００４４】
次に、本実施の形態１に係るコージェネレーションシステム１０１の過電圧保護器保護制御について、図２を参照して詳細に説明する。
【００４５】
図２は、図１に示した制御装置１０の図示されない記憶部に格納された過電圧保護器保護プログラムの内容を概略的に示すフローチャートである。
【００４６】
まず、遮断判定器２２は、発電制御器２１から出力される出力電流指令を取得し（ステップＳ１）、図示されない記憶部に記憶されている出力電流指令の指令電流値（以下、指令値という）の所定の閾値（ここでは、０アンペアとする）とステップＳ１で取得した指令値とを比較する（ステップＳ２）。そして、所定の閾値以下である場合は、発電機１に発電制御器２１から発電指令が出されていない（発電機１で発電が行われていない）場合であるので、本プログラムを終了する。一方、ステップＳ１で取得した指令値が、所定の閾値よりも大きい場合には、ステップＳ３に進む。
【００４７】
ステップＳ３では、遮断判定器２２は、電流検出器４から出力配線１８を流れる電流値情報を取得する。次に、遮断判定器２２は、記憶部に記憶されている電流値の所定の閾値（ここでは、０アンペアとする）と、ステップＳ３で取得した電流値とを比較する（ステップＳ４）。そして、所定の閾値よりも大きい場合には、発電電流制御器−系統連系点間電路遮断が発生していないと判定し、本プログラムのスタートに戻り、ステップＳ１〜ステップＳ４を繰り返す。一方、ステップＳ３で取得した電流値が、所定の閾値以下である場合には、遮断判定器２２は、発電機１と系統電源１１との間において電流が遮断されたと判定する（発電電流制御器−系統連系点間電路遮断が発生したと判定する）。すると、制御器２３は、この判定結果を取得して、第２電流調整器９に制御信号を出力して、ヒータ６に所要の電流を通電させ（ステップＳ５）、本プログラムを終了する。
【００４８】
次に、遮断判定器２２の発電電流制御器１と系統連系点１１との間の電流遮断が発生したか否かの判定の原理について、図３を参照して説明する。
【００４９】
図３は、図１に示したコージェネレーションシステム１０１を構成する発電電流制御器２の特性を示したグラフである。
【００５０】
上述したように、発電電流制御器２は、インバータを有しており、このインバータは、ＰＷＭ方式で電流を制御する装置である。そして、図３に示すように、発電電流制御器２の制御量（ＰＷＭの通電率）と発電電流制御器２から出力される電流（出力配線１８を流れる電流）は比例関係にある。これは、発電電流制御器２は、発電制御器２１から出力電流指令によって指令された電流値となるようにＰＷＭの通電率を調整し、それによって、出力配線１８にこの出力電流指令に従った電流を出力するからである。
【００５１】
このため、遮断判定器２２は、発電電流制御器２に出力された出力電流指令値を取得し、指令値が所定の関係である場合に、電流検出器４で検出された電流値が０アンペアであるか否かを判定することによって、発電電流制御器−系統連系点間電路遮断が発生したか否かを的確に判定することができる。
【００５２】
このように、本実施の形態１に係るコージェネレーションシステムでは、発電機１が発電中に系統電源１１と発電機１との間で電流が遮断されたことを電流検出器４により検出して、ヒータ６に通電をすることにより、過電圧保護器５に過電圧が長期に亘ってかかることを防止し、コージェネレーションシステム１０１全体の故障を防止することができる。
【００５３】
なお、本実施の形態では、発電制御器２１から出される指令値と、電流検出器４で検出された電流値と、を遮断判定器２２が取得して、発電電流制御器−系統連系点間電路遮断が発生しているかを判定したが、これに限定されず、電流検出器４で検出された電流値のみを遮断判定器２２が取得して、発電電流制御器−系統連系点間電路遮断が発生しているかを判定してもよい。
【００５４】
次に、本実施の形態１に係るコージェネレーションシステム１０１の変形例について説明する。
【００５５】
[変形例１]
図４は、本実施の形態１の変形例１のコージェネレーションシステム１０１の構成を模式的に示すブロック図である。なお、以下の説明では、図１と同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５６】
図４に示すように、変形例１では、図１の電流検出器４に代えて電圧検出器３が、出力配線１８の途中に設けられており、電圧検出器３が検出した出力配線１８の電圧値を基に、遮断判定器２２が発電機１と系統電源１１との間において電流が遮断されたかを判定する構成となっている。従って、本変形例においては、遮断判定器２２及び電圧検出器３が本発明の遮断検出器として機能する。
【００５７】
具体的には、遮断判定器２２は、電圧検出器３で検出された出力配線１８の電圧値が、図示されない記憶部に記憶されている電圧の所定の閾値（ここでは、過電圧保護器５が作動する電圧値よりも大きく、過電圧保護器５が破壊される電圧値よりも小さい電圧値とする）以上であり、かつ、発電制御器２１から出された指令値が、所定の閾値以上である場合には、発電電流制御器１と系統連系点１１との間において電流が遮断されている（発電電流制御器−系統連系点間電路遮断が発生した）と判定する。
【００５８】
なお、本変形例においても、発電制御器２１から出される指令値と、電圧検出器３で検出された電圧値と、を遮断判定器２２が取得して、発電電流制御器−系統連系点間電流遮断が発生しているかを判定したが、これに限定されず、電圧検出器３で検出された電圧値のみで、発電電流制御器−系統連系点間電流遮断が発生しているかを判定してもよい。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係るコージェネレーションシステムは、基本的構成は、実施の形態１に係るコージェネレーションシステム１０１と同じであるが、以下の点で異なる。
【００５９】
図５は、本発明の実施の形態２に係るコージェネレーションシステムの構成を模式的に示すブロック図である。
【００６０】
本実施の形態２に係るコージェネレーションシステムは、基本的構成は、実施の形態１に係るコージェネレーションシステム１０１と同じであるが、以下の点で異なる。
【００６１】
図５に示すように、本実施の形態２に係るコージェネレーションシステム１０１では、発電装置を構成する電流検出器４に加えて、電圧検出器３が、出力配線１８の途中に設けられており、遮断判定器２２、電圧検出器３及び電流検出器４が本発明の遮断検出器として機能している。なお、ここでは、電圧検出器３は、電流検出器４より発電電流制御器２側に設けられているが、これに限定されず、発電電流制御器２と過電圧保護器５の間に設けられていれば、電流検出器４より過電圧保護器５側に設けられていてもよい。
【００６２】
次に、本実施の形態２に係るコージェネレーションシステム１０１の過電圧保護器保護制御について、図６を参照して説明する。
【００６３】
図６は、図５に示した制御装置１０の図示されない記憶部に格納された過電圧保護器保護プログラムの内容を概略的に示すフローチャートである。
【００６４】
まず、遮断判定器２２は、発電制御器２１から出された指令値を取得し（ステップＳ１１）、図示されない記憶部に記憶されている指令値の所定の閾値（ここでは、０アンペアとする）とステップＳ１１で取得した指令値とを比較する（ステップＳ１２）。そして、所定の閾値以下である場合は、発電機１に発電制御器２１から発電指令が出されていない（発電機１で発電が行われていない）場合であるので、本プログラムを終了する。一方、ステップＳ１１で取得した指令値が、所定の閾値よりも大きい場合には、ステップＳ１３に進む。
【００６５】
ステップＳ１３では、遮断判定器２２は、電流検出器４から出力配線１８を流れる電流値情報と、電圧検出器３から出力配線１８の電圧値情報と、を取得する。次に、遮断判定器２２は、記憶部に記憶されている電流値の所定の閾値（ここでは、０アンペアとする）とステップＳ１３で取得した電流値とを比較し、かつ、記憶部に記憶されている電圧値の所定の閾値（ここでは、過電圧保護器５が作動する電圧値よりも大きく、過電圧保護器５が破壊される電圧値よりも小さい電圧値とする）とステップＳ１３で取得した電圧値と、を比較する。（ステップＳ１４）そして、電流値が所定の閾値よりも大きく、かつ、電圧値が所定の閾値よりも小さい場合には、発電電流制御器−系統連系点間電路遮断が発生していないと判定し、本プログラムのスタートに戻り、ステップＳ１１〜ステップＳ１４を繰り返す。一方、ステップＳ１３で取得した電流値が、所定の閾値以下で、かつ、ステップ１３で取得した電圧値が、所定の閾値以上である場合には、ステップＳ１５に進む。なお、電流値が、所定の閾値以下である場合には、必ず電圧値は、所定の閾値以上になる。
【００６６】
ステップＳ１５では、遮断判定器２２は、電圧検出器３から出力配線１８を流れる電圧値情報を取得する。そして、遮断判定器２２は、ステップＳ１５で取得した電圧値情報を基に、第２電流調整器９で調整する電流量（ヒータ６に通電する電流量）を算出する（ステップＳ１６）。そして、制御器２３は、遮断判定器２２で算出された電流量を基に、第２電流調整器９に制御信号を出力し（ステップＳ１７）、第２電流調整器９は、この制御信号に従って発電電流制御器２からヒータ６に通電される電流を調整する。
【００６７】
次に、遮断判定器２２は、図示されない時計部から時間情報を取得し（ステップＳ１８）、記憶部に記憶されている所定時間を経過したか否かを判定する（ステップＳ１９）。このとき、所定時間を経過していない場合は、ステップＳ１５〜ステップＳ１９を繰り返し、所定時間を経過すると、ステップＳ２０に進む。
【００６８】
ステップＳ２０では、遮断判定器２２は、再び電圧検出器３から出力配線１８を流れる電圧値情報を取得する。そして、記憶部に記憶されている電圧の所定の閾値（ここでは、過電圧保護器５が作動する電圧値よりも大きく、過電圧保護器５が破壊される電圧値よりも小さい電圧値とする）と、ステップＳ２０で取得した電圧値と、を比較する（ステップＳ２１）。
【００６９】
ステップＳ２０で取得した電圧値が、所定の閾値よりも高い場合には、誤作動である可能性が高いため、遮断判定器２２は、制御器２３にヒータ作動停止指令を伝達し（ステップＳ２２）、本プログラムを終了する。これにより、制御器２３は、第２電流調整器９に指令を出してヒータ６の通電を停止させる。一方、所定の閾値以下である場合には、遮断判定器２２は、制御器２３にヒータ作動継続指令を伝達し（ステップＳ２３）、本プログラムを終了する。これにより、制御器２３は、第２電流調整器９に制御信号を出力してヒータ６の通電を継続させる。
【００７０】
次に、本実施の形態２に係るコージェネレーションシステム１０１の第２電流調整器９における電流調整量について、図７を参照して説明する。
【００７１】
図７は、図５における発電機１と系統電源１１との間において電流が遮断された場合の出力配線１８を流れる電圧の経時変化を示したグラフである。図７において、Ｖ1は、過電圧保護器５が破壊される電圧値であり、Ｖ2は、発電電流制御器２における出力電圧が不足することによってエラー信号が出される電圧値である。また、実線は、ヒータ６に通電しない場合の出力配線１８にかかる電圧の経時変化であり、破線は、ヒータ６に通電する電流が適切な場合の電圧の経時変化であり、一点鎖線は、ヒータ６に通電する電流が少ない場合の電圧の経時変化であり、二点鎖線は、ヒータ６に通電する電流が多い場合の電圧の経時変化である。
【００７２】
図７に示すように、時刻ｔで発電機１と系統電源１１との間において電流が遮断されたとする。このとき、ヒータ６に通電を行わない場合には、実線で示したように、出力配線１８の電圧は、発電電流制御器２から出力される電力が消費されないため、過電圧保護器５が破壊される電圧値Ｖ1を超えるので、過電圧保護器５が破壊される。また、ヒータ６に通電する電流が少ない場合には、一点鎖線で示したように、過電圧保護器５が破壊される電圧値Ｖ1近くまで電圧値が増加するため、過電圧保護機５が故障するおそれがある。一方、ヒータ６に通電する電流が多い場合には、二点鎖線で示したように、エラー信号が出される電圧値Ｖ2よりも小さい電圧となり、発電電流制御器２からエラー信号が出されて、発電電流制御器２から出力される電流を調整する制御が行われるため、制御が複雑となる。
【００７３】
そこで、本実施の形態２では、電圧検出器３で検出された電圧値（正確には、単位時間当たりの電圧増加量）に基づいて、第２電流調整器９で調整する電流量を算出して、ヒータ６を制御する。これにより、図７の破線で示したように、適切な電圧が出力配線１８にかかるように制御される。
【００７４】
このように、本実施の形態２に係るコージェネレーションシステム１０１では、発電機１が発電中に発電電流制御器２２と系統連系点１７との間で電流が遮断されたことを電圧検出器３及び電流検出器４の出力信号に基づいて検出することにより、遮断判定器２２で電流が遮断されたと誤って判定されることを減少させることができる。また、電圧検出器３で検出された電圧値に基づいてヒータ６に通電する電流を制御することにより、過電圧保護器５に過電圧が長期に亘ってかかることを防止するとともに、発電機１で発電された余剰電力を効率よく消費することができる。
【００７５】
なお、本実施の形態２に係るコージェネレーションシステム１０１では、発電制御器２１から出される指令値と、電流検出器４で検出された電流値と、電圧検出器３で検出された電圧値と、を遮断判定器２２が取得して、発電制御器−系統連系点間電路遮断が発生しているかを判定したが、これに限定されず、電流検出器４で検出された電流値と及び電圧検出器３で検出された電圧値から発電制御器−系統連系点間電路遮断が発生しているかを判定してもよい。また、変形例１の過電圧保護器保護制御において、実施の形態２に係るコージェネレーションシステム１０１の過電圧保護器保護制御のように、電圧検出器３で検出された電圧値に基づいて、ヒータ６に流す電流量を調整するように制御されてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明の発電装置は、本発明の発電装置及びそれを備えるコージェネレーションシステムによれば、発電機が発電中に発電電流制御器と連系点との間の電路が遮断されても、発電機から余剰電力負荷への通電量を増加させるので、過電圧保護器が対処すべき過電圧が緩和され、過電圧保護器の故障が抑制されるので、余剰電力を効率よく消費することからエネルギー効率の良いコージェネレーションシステムとして有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の形態１に係るコージェネレーションシステムの構成を模式的に示すブロック図。
【図２】図１に示した制御装置の図示されない記憶部に格納された過電圧保護器保護プログラムの内容を概略的に示すフローチャート。
【図３】図１に示したコージェネレーションシステムを構成する発電電流制御器の特性を示したグラフ。
【図４】実施の形態１の変形例１のコージェネレーションシステムの構成を模式的に示すブロック図。
【図５】本発明の実施の形態２に係るコージェネレーションシステムの構成を模式的に示すブロック図。
【図６】図５に示した制御装置の図示されない記憶部に格納された過電圧保護器保護プログラムの内容を概略的に示すフローチャート。
【図７】図５における発電機と系統電源との間において電流が遮断された場合の出力配線を流れる電圧の経時変化を示したグラフ。
【符号の説明】
【００７８】
１  発電機
２  発電流制御器
３  電圧検出器
４  電流検出器
５  過電圧保護器
６  余剰電力負荷（ヒータ）
７  排熱回収装置
８  第１電流調整器
９  第２電流調整器
１０  制御装置
１１  系統電源
１２  外部電力負荷
１３  個別ブレーカー
１４  主幹ブレーカー
１５  主幹電流検出器
１６  専用ブレーカー
１７  系統連系点
１８  出力配線（電路）
１９  熱媒体循環路
２１  発電制御器
２２  遮断判定器
２３  制御器
１０１  コージェネレーションシステム
【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】
2008079444.tif 000007
【図６】
2008079444.tif 000008
【図７】
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