JP4201750B2 - 発電システム - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池等を用いて発電を行う発電システムに関し、特に交流負荷にて消費されない余剰電力を適切に処理する機能を有した発電システムに関する。

近年、病院、学校、一般家屋などにおいて利用可能な燃料電池等を用いた発電システムの研究が盛んである。図８に従来の発電システムのブロック構成図を示す。

図８の発電システムは、燃料電池、ガスタービン又はガスエンジン等を用いて発電を行い、直流電圧を出力する直流電源装置１０１と、直流電源装置１０１の出力電圧を異なる電圧値の直流電圧に変換して出力するＤＣ／ＤＣコンバータ１０３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３の出力電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ１０４と、交流電圧にて駆動される交流負荷１０５と、逆潮流監視センサ１０６と、ヒータ等からなる余剰電力処理用負荷１０８と、余剰電力処理用負荷１０８に対するインバータ１０４の出力電力の供給／未供給を切り換えるためのスイッチ素子１０７と、から概略構成され、連系部１０９を介して商用交流電源１０に接続されている。

図８の発電システムは、直流電源装置１０１と商用交流電源１０とで系統連系を行うシステムであり、直流電源装置１０１が発電した電力を単独で、または商用電力とともに利用できるようになっている。従って、交流負荷１０５が必要とする電力に対してインバータ１０４の出力電力が不足している場合、その不足分は商用交流電源１０からの商用電力にて補われる。つまり、交流負荷１０５は、インバータ１０４から供給される交流電圧にて、又はインバータ１０４から供給される交流電圧と商用交流電源１０から供給される商用交流電圧との双方にて駆動される。

この発電システムを家庭用に用いることを考える。例えば交流負荷１０５としてのエアーコンディショナーが駆動状態から停止状態に突然切り換わり、交流負荷１０５の消費電力がインバータ１０４の出力電力よりも少なくなった場合、余った余剰電力は商用交流電源１０側に流れ込もうとする。

この電力の商用交流電源１０側への流れ込みを、一般に逆潮流というが、燃料電池等を用いた発電システムは、電力コスト等の関係から逆潮流を防止するように構成されるのが一般的であり、図８の発電システムも、逆潮流監視センサ１０６が逆潮流の発生を監視し、逆潮流の発生を防止するようになっている。

逆潮流監視センサ１０６が逆潮流の発生したこと、又は発生しそうなことを検出した場合、直流電源装置１０１の発電量が交流負荷１０５の消費電力に比して大きすぎるのであるから、逆潮流が発生しなくなる状態まで直流電源装置１０１の発電量（出力電力）を減少させるのが、本来的には望ましい。しかしながら、直流電源装置１０１として燃料電池から成るものを例にして考えた場合、燃料電池の発電量を急激に減少させることは通常困難である。

そこで、逆潮流監視センサ１０６は、逆潮流の発生したこと、又は発生しそうなことを検出した場合、商用交流電源１０側に流れ込もうとする余剰電力を一時的に余剰電力処理用負荷１０８にて消費させるべくスイッチ素子１０７をオンにする。その後、逆潮流が発生しなくなる状態まで緩やかに直流電源装置１０１の発電量を減少させると共に、インバータ１０４の出力電力を減少させてから、スイッチ素子１０７をオフにして、インバータ１０４の出力を余剰電力処理用負荷１０８から切り離すようにしていた。これにより、逆潮流を防止しつつ、交流負荷１０５の消費電力が減少したことによって発生した余剰電力を処理することが可能となる。

ところで、落雷等の影響によって停電が発生した場合、商用交流電源１０は、商用交流電圧の連系部１０９に対する出力を停止する。このような商用交流電圧の停止を、以下、「系統停止」という。系統停止が発生した場合、事後的に電力会社等による復旧作業が行われるが、そのときに個々の家庭の発電システムが運転していて逆潮流が生じると、復旧作業の妨げとなる。従って、系統停止が発生すると、その情報はインバータ１０４に伝送され、インバータ１０４の出力は停止するようになっている。

この系統停止が発生した場合、図８の発電システムでは、余剰電力を余剰電力処理用負荷１０８にて消費させることができない。インバータ１０４の出力そのものが停止するからである。従って、系統停止が起きた場合は、直流電源装置１０１による発電を急激に停止させることとなる。直流電源装置１０１が燃料電池から成る場合は、燃料電池本体内の水素等の可燃性ガスを窒素等の不活性ガスに置換し、燃料電池本体内の水素等の可燃性ガスを燃料電池本体内から排除する処理（以下、この処理を「パージ処理」という）などを行うことにより、発電を急激に停止させることになるが、このような処理は燃料電池にストレスを与えるため、直流電源装置１０１の寿命を低下させてしまうという問題があった。

図８の発電システムが有する上記問題に鑑み、図９に示すような発電システムが提案されている（例えば、下記特許文献１、２及び３を参照）。図９において、図８と同一の部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。図９の発電システムにおいては、スイッチ素子１１７を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３の出力電力が余剰電力処理用負荷１０８に供給されるようになっている。

このように構成すれば、交流負荷１０５の消費電力が減少したことによって発生した余剰電力を処理できるだけでなく、系統停止によってインバータ１０４の出力が停止した場合でも、直流電源装置１０１の出力電力が一定になるようにスイッチ素子１１７や余剰電力処理用負荷１０８を制御することによって、直流電源装置１０１が発電した電力を処理することができ、発電の急激な停止処理を回避することが可能となる。

特開昭６０−１１７５６４号公報 特開平１０−１４２５２号公報 特開２００１−６８１２５号公報

しかしながら、図９の発電システムにおいて系統停止が発生すると、インバータ１０４の出力は直ちに停止し、瞬時にスイッチ素子１１７がオンとされるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０３側からスイッチ素子１１７を介して余剰電力処理用負荷１０８に、急激に電力が供給される。このような急激な電力の供給（急激な電流の流れ）は、スイッチ素子１１７やヒータ等の余剰電力処理用負荷１０８、配線に過大なストレスを与えることとなるため、結局、発電システムの寿命低下を招いてしまうという問題があった。また、図８又は図９の発電システムにおいて、交流負荷１０５の消費電力の減少に起因した逆潮流の発生を逆潮流監視センサ１０６が検出すると、瞬時にスイッチ素子１０７又は１１７がオンとされるため、上記と同様の問題（発電システムの寿命低下）が生じる。

そこで本発明は、発電システムの寿命低下を招くことなく、負荷の消費電力減少やインバータの停止によって生じた余剰電力を処理することができる発電システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る第１の発電システムは、直流電圧を発生して出力する直流電源装置を備え、前記直流電源装置が発電した電力を単独で、または商用電力とともに利用できるように構成された発電システムにおいて、前記直流電圧に基づく電圧を交流電圧に変換して交流負荷に供給するインバータと、前記インバータの入力側に設けられ、前記直流電圧に基づく電圧を電圧値の異なる第１電圧に変換して出力する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧にて駆動される直流負荷と、前記交流負荷の消費電力が減少したとき、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力が増加するように前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する電力制御部と、を備え、前記電力制御部の前記制御による前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力の増加は、その出力電力が徐々に増加するように行われる。

本発明に係る第２の発電システムは、直流電圧を発生して出力する直流電源装置を備え、前記直流電源装置が発電した電力を単独で、または商用電力とともに利用できるように構成された発電システムにおいて、前記直流電圧に基づく電圧を交流電圧に変換して交流負荷に供給するインバータと、前記インバータの入力側に設けられ、前記直流電圧に基づく電圧を電圧値の異なる第１電圧に変換して出力する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧にて駆動される直流負荷と、前記インバータの出力が停止したとき、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力が増加するように前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する電力制御部と、を備え、前記電力制御部の前記制御による前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力の増加は、その出力電力が徐々に増加するように行われる。

直流電源装置が発電した電力を単独で、または商用電力とともに利用できるように構成された発電システムにおいて、交流負荷の消費電力の減少（より詳しくは、例えば、交流負荷の消費電力がインバータの出力電力よりも小さくなるような減少）や系統停止等が生じた場合、交流負荷にて消費されない余剰電力が発生する。上記のように構成された第１の発電システムにおいては、交流負荷の消費電力の減少時に発生した余剰電力を、第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力を増加させることにより、直流負荷で処理することが可能である。また、第２の発電システムにおいては、系統停止時に発生した余剰電力を、第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力を増加させることにより、直流負荷で処理することが可能である。

ここで、第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力は徐々に増加するようになっているため、第１ＤＣ／ＤＣコンバータを構成するスイッチング素子及び平滑回路、直流負荷、並びに配線等に大きなストレスは加わらない。これにより、発電システムの長寿命化が実現される。加えて、急激な電流変化に伴うノイズ放射も抑制される。

また、例えば、前記電力制御部は、前記直流電源装置の出力電力が一定電力に保たれるように、前記直流電源装置、前記インバータ及び前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するようにするとよい。

交流負荷の消費電力の減少や系統停止が生じたからといって、直流電源装置の出力電力（発電量）を急激に減少させ、且つその減少を維持することは、直流電源装置の長寿命化の観点から望ましくない。そこで、電力制御部は、直流電源装置の出力電力を一定に保つようにしている。

また、例えば、第１の発電システムにおいて、前記電力制御部は、前記交流負荷の消費電力が減少したとき、一時的に前記直流電源装置の出力電力を減少させてから、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力を増加させるとともに、前記直流電源装置の出力電力を減少前の電力に回復させるとよい。

また、例えば、第２の発電システムにおいて、前記電力制御部は、前記インバータの出力が停止したとき、一時的に前記直流電源装置の出力電力を減少させてから、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力を増加させるとともに、前記直流電源装置の出力電力を減少前の電力に回復させるとよい。

また、例えば、第１の発電システムにおいて、前記電力制御部は、前記交流負荷の消費電力が減少したとき、一時的に前記直流電源装置の出力電力を減少させてから、予め定められた許容時間内に前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力を増加させるとともに、前記直流電源装置の出力電力を減少前の電力に回復させるようにしてもよい。

また、例えば、第２の発電システムにおいて、前記電力制御部は、前記インバータの出力が停止したとき、一時的に前記直流電源装置の出力電力を減少させてから、予め定められた許容時間内に前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力を増加させるとともに、前記直流電源装置の出力電力を減少前の電力に回復させるようにしてもよい。

交流負荷の消費電力の減少時や系統停止時において、第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力を徐々に増加させるようにすると、余剰電力が処理しきれないタイミングが発生し得るが、上記のようにすれば、確実に余剰電力が処理される。

そして、例えば、前記許容時間は、前記直流電源装置が急激な出力電力の変動に耐えうる時間に基づいて設定される。

直流電源装置の出力電力を急激に変化させることは、直流電源装置にストレスを与えることもある。しかし、直流電源装置の特性に応じて定められた許容時間内であれば、直流電源装置は、急激な出力電力の変動に対して寿命に影響を与えることなく耐えることができるように設計されているのが通常である。従って、上記のように許容時間を定めれば、直流電源装置の寿命に悪影響を与えることがなく、発電システムの長寿命化に寄与する。

また、例えば、前記インバータの前段に設けられ、前記直流電圧を電圧値の異なる第２電圧に変換して前記インバータに出力する第２ＤＣ／ＤＣコンバータを更に備え、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを介することなく、前記直流電圧を前記第１電圧に変換して出力するようにしてもよい。

これにより、第１ＤＣ／ＤＣコンバータは、第２ＤＣ／ＤＣコンバータを介さずに前記直流電圧を入力し、直流負荷を駆動するため、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ及び第１ＤＣ／ＤＣコンバータの２段のコンバータを介して直流負荷を駆動するよりも、発電システム全体の変換効率が向上する。

また、例えば、前記電力制御部は、前記一定電力の値、前記インバータの変換効率、及び前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの変換効率に基づいて、前記インバータ及び前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、前記直流電源装置の出力電力を前記一定電力に保つようにするとよい。

これにより、交流負荷の消費電力の減少や系統停止の前後において、直流電源装置の出力電力は正確に前記一定電力に保たれる。

また、例えば、第１の発電システムにおいて、前記電力制御部は、前記交流負荷の消費電力が減少した後に前記交流負荷の消費電力が増加した場合、前記インバータの出力電力が増加するように、且つ前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力が減少するように、前記インバータ及び前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御してもよい。

また、例えば、第２の発電システムにおいて、前記電力制御部は、前記インバータの出力が停止した後に前記インバータの出力を再開させる場合、前記インバータの出力電力が増加するように、且つ前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力が減少するように、前記インバータ及び前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御してもよい。

直流負荷は必ずしも駆動が必要な負荷とは限らないため、上記のようにインバータの出力電力の増加を優先させれば、発電システムの発電エネルギーがより有効利用される。

また、例えば、前記直流負荷は、水を加熱するためのヒータであって、前記電力制御部は、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力を増加させているとき、前記ヒータによって加熱される部分における水の流量を増加させるようにするとよい。

これにより、ヒータによって加熱される部分の異常加熱が防止される。

また、例えば、前記直流負荷は、水を加熱するためのヒータであって、前記電力制御部は、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力を増加させているとき、前記ヒータによって加熱された水の温度に応じて前記直流電源装置の出力電力を変化させるようにしてもよい。

これにより、水の不必要な加熱が抑制され、水の温度の不必要な上昇を防止することができる。また、無駄なエネルギー消費が抑制される。

また、例えば、前記直流電源装置は、燃料電池から構成するとよい。

上述した通り、本発明に係る発電システムによれば、発電システムの寿命低下を招くことなく、負荷の消費電力減少やインバータの停止によって生じた余剰電力を処理することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る発電システムにつき、図面に沿って具体的に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る発電システムのブロック構成図である。

（図１：全体ブロック図）
図１の発電システムは、直流電源装置１と、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２（以下、第１コンバータ２という）と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３（以下、第２コンバータ３という）と、インバータ４と、交流負荷５と、逆潮流監視センサ６と、電力制御部７と、直流負荷８とから概略構成され、連系部９にて商用交流電源１０と接続されている。図中、連系部９より左側が構内側であり、右側が系統側である。商用交流電源１０は、図８におけるものと同一のものである。落雷等によって商用交流電源１０側からの商用交流電圧が連系部９に供給されなくなると（系統停止すると）、連系部９は、インバータ４及び電力制御部７の夫々に系統停止信号を出力する。

直流電源装置１は、燃料電池、ガスタービン又はガスエンジン等を用いて発電を行い、直流電圧（例えば、ＤＣ５０Ｖ）を出力する。以下、直流電源装置１は、水素を燃料とした燃料電池から構成されているものを例として説明を行う。

第１コンバータ２は、直流電源装置１の出力電圧を入力し、その入力した電圧を異なる電圧値の直流電圧（例えば、ＤＣ２５Ｖ）に変換して出力する。

第２コンバータ３は、直流電源装置１の出力電圧を入力し、その入力した電圧を異なる電圧値の直流電圧（例えば、ＤＣ１４０Ｖ）に変換して出力する。

インバータ４は、第２コンバータ３の出力電圧を入力し、その入力した電圧（直流電圧）を交流電圧（例えば、ＡＣ１００Ｖ）に変換して出力する。インバータ４の出力側は逆潮流監視センサ６、連系部９を介して商用交流電源１０に接続されており、通常、インバータ４の出力電圧は、商用交流電圧と等しい。また、インバータ４は、保護継電器を備えており、連系部９から系統停止信号を入力すると、電圧（電力）の出力を停止するようになっている。

直流電源装置１の出力電圧、出力電流を夫々、Ｖｄｃ、Ｉｄｃとする。第１コンバータ２の出力電圧をＶ１（第１電圧）とし、出力電流をＩ１とする。第２コンバータ３の出力電圧をＶ２（第２電圧）とし、出力電流をＩ２とする。インバータ４の出力電圧（交流電圧）、出力電流（交流電流）を夫々、Ｖａｃ、Ｉａｃとする。尚、各電圧及び各電流は実効値である。

交流負荷５は、インバータ４から供給される交流電圧Ｖａｃを電源電圧として駆動する負荷であり、例えば、エアーコンディショナー（以下、エアコンという）、冷蔵庫等の家庭用の電気機器や、ベルトコンベア等の産業用の電気機器である。但し、交流負荷５が必要とする電力に対してインバータ４の出力電力が不足している場合、その不足分は商用交流電源１０からの商用電力にて補われる。つまり、図１の発電システムは、直流電源装置１と商用交流電源１０とで系統連系を行うシステムであり、直流電源装置１が発電した電力を単独で、または商用電力とともに利用できるようになっている。従って、交流負荷５は、インバータ４から供給される交流電圧にて、又はインバータ４から供給される交流電圧と商用交流電源１０から供給される商用交流電圧との双方にて駆動されることになる。

逆潮流監視センサ６は、インバータ４からの電流が商用交流電源１０側に流れていないか、即ち、逆潮流が発生していないかを監視（検出）し、その結果を電力制御部７に伝送する。交流負荷５の消費電力がインバータ４の出力電力より小さくなった場合、逆潮流は発生しうる。

より具体的には、逆潮流監視センサ６は、インバータ４の出力部と連系部９を接続する線路に流れる電流の向きと大きさを検出可能となっており、その向きと大きさに基づいて、逆潮流が発生しているか、又は逆潮流が発生しそうであるかを判断する（従って、逆潮流監視センサ６は、電流検出部とも呼べる）。また、逆潮流の検出と共に、商用交流電源１０側から交流負荷５に供給される電流量又は電力量をも検出可能であり、その検出結果は電力制御部７に伝送される。

尚、逆潮流監視センサ６が、逆潮流が発生している、又は逆潮流が発生しそうであると判断し、その判断結果を電力制御部７に伝送している時を、以下、逆潮流検出時という。また、逆潮流検出時でも系統停止時（系統停止信号が電力制御部７に与えられている時）でもない時を、以下、通常運転時という。

電力制御部７は、逆潮流監視センサ６からの逆潮流に関する情報及び連系部９からの系統停止信号を参照しつつ、直流電源装置１、第１コンバータ２及びインバータ４の夫々の出力電力を制御する。これらの出力電力の制御手法に関しては、後に詳説する。

直流負荷８は、第１コンバータ２から供給される直流電圧Ｖ１にて駆動する負荷であり、例えば、抵抗体からなるヒータ等である。以下、直流負荷８は、水を加熱するためのヒータであるとして説明する。直流負荷８は、第１コンバータ２の供給する電力のみによって駆動されるものであってもいいし、第１コンバータ２の供給する電力と図示されない他の電源装置から供給される電力との双方によって駆動されるものであってもいい。

連系部９は、構内側の発電システムと、系統側の商用交流電源１０とを接続している部分であり、構内側からはインバータ４の出力電圧が逆潮流監視センサ６を介して与えられ、系統側からは商用交流電源１０からの商用交流電圧が与えられている。

（図２：直流電源装置）
図２に、直流電源装置１の構成を示す。直流電源装置１は、外部から供給される天然ガスやメタノール等の燃料ガスを水素リッチガス（水素が豊富なガス）に改質する改質器２１と、外部から空気を取り入れ、電力制御部７からの空気量指令電圧に応じた量の空気を燃料電池本体２３に供給する空気量調整部２２と、改質器２１から供給される水素リッチガス中の水素と空気量調整部２２から供給される空気中の酸素とを電気化学的に反応させて発電を行い、電圧Ｖｄｃを出力する燃料電池本体２３と、発電を停止或いは発電量を減少させる際に、燃料電池本体２３内の水素ガスを窒素等の不活性ガスに置換して、燃料電池本体２３内の水素ガスを燃料電池本体内から排除する（即ち、パージ処理を行う）パージ装置２４と、から概略構成されている。

電力制御部７は、空気量調整部２２に与える空気量指令電圧を変えることにより、燃料電池本体２３に供給される空気量を変化させることができ、これによって、燃料電池本体２３の発電量を制御することが可能となっている。通常運転時においては、燃料電池本体２３に供給する単位時間当たりの水素リッチガスの量及び空気の量はそれぞれ略一定であり、直流電源装置１の発電量（出力電力）が、常に一定の電力Ｐｘ（例えば、１キロワット）となるように、直流電源装置１は構成され、且つ電力制御部７は空気量調整部２２に適切な空気量指令電圧を与えている。

（図３：第１コンバータ）
図３に、第１コンバータ２の回路構成例を示す。直流電源装置１から供給される電圧Ｖｄｃは、Ｐチャンネル（Ｐ形半導体）のＭＯＳトランジスタ（絶縁ゲート型の電界効果トランジスタ）３１のソース電極に供給され、そのドレイン電極はダイオード３２のカソード及びインダクタ３３の一端に共通接続されている。インダクタ３３の他端は、直流負荷８に印加される出力電圧Ｖ１を平滑化するためのコンデンサ３４を介して接地されている。また、ダイオード３２のアノードは接地されている。ダイオード３２、インダクタ３３及びコンデンサ３４は、第１コンバータ２の出力電圧Ｖ１を平滑化するための平滑回路を構成している。

また、出力電圧Ｖ１は抵抗３５と抵抗３６との直列回路を介して接地されており、抵抗３５と抵抗３６の接続点は、絶縁アンプ３８の入力端子に接続されている。絶縁アンプ３８の出力端子はエラーアンプ３７の反転入力端子（−）に接続されている。絶縁アンプ３８は、自身の入力端子に印加される電圧と同じ電圧を自身の出力端子から出力するバッファであるが、その入力端子と出力端子間は絶縁されている。

エラーアンプ３７の非反転入力端子（＋）には、電力制御部７が備えるデジタル／アナログ変換器（不図示）の出力端子が接続されており、その出力端子からアナログの指令電圧Ｖａが与えられている。また、エラーアンプ３７の非反転入力端子（＋）をノードＮ１と定める。

ＰＷＭコンパレータ４１の反転入力端子（−）及び非反転入力端子（＋）には、それぞれエラーアンプ３７の出力電圧及び三角波発生回路４２が出力する三角波状の電圧が与えられており、ＰＷＭコンパレータ４１は、パルス幅変調された制御信号を、フォトカプラ等の絶縁素子を用いたドライブ回路３９を介してＭＯＳトランジスタ３１のゲート電極に供給する。

エラーアンプ３７において、出力電圧Ｖ１を抵抗３５と抵抗３６とにより分圧した電圧（即ち、エラーアンプ３７の反転入力端子（−）の電圧）が、ノードＮ１の電圧（即ち、エラーアンプ３７の非反転入力端子（＋）の電圧）と比較され、定常状態においては、それら２つの電圧が等しくなるようにＭＯＳトランジスタ３１は制御される。これによって、抵抗３５、３６の抵抗値を夫々Ｒ１、Ｒ２とした場合、出力電圧Ｖ１は、Ｖ１＝Ｖａ・（Ｒ１＋Ｒ２）／Ｒ２が成立するように安定化される。

上述のように第１コンバータ２は構成されているので、電力制御部７は、指令電圧Ｖａを変化させることにより第１コンバータ２の出力電圧Ｖ１を制御することが可能となっている。また、直流負荷８が抵抗体のヒータであることからして、電力制御部７は、指令電圧Ｖａを変化させることにより第１コンバータ２の出力電力を制御することが可能となっている。

（図４：逆潮流検出時の動作）
次に、逆潮流検出時の発電システムの動作について、図４を用いて説明する。図４は、上から、それぞれ、直流電源装置１の出力電力Ｐｄｃ、インバータ４の出力電力（有効電力）Ｐａｃ、ノードＮ１の電圧、第１コンバータ２の出力電力Ｐ１を示している。ここで、Ｐｄｃ＝Ｖｄｃ・Ｉｄｃ、Ｐａｃ＝Ｖａｃ・Ｉａｃ・（インバータ出力の力率）、Ｐ１＝Ｖ１・Ｉ１、の各式が成立する。インバータ出力の力率は、ＶａｃとＩａｃの位相差を求めることによって得られるものであり、例えば、電力制御部７がその力率を求めるようにすればよい。尚、インバータ出力の力率は、通常殆ど「１」とみなせるため、その場合は、Ｐａｃ＝Ｖａｃ・Ｉａｃとなる。

まず、タイミングＴ１及びタイミングＴ１からタイミングＴ２に至るまでは、通常運転時となっており、上述したようにＰｄｃが一定の電力Ｐｘ（例えば、１キロワット）となるように、電力制御部７は、直流電源装置１、インバータ４及び第１コンバータ２の夫々の出力電力Ｐｄｃ、Ｐａｃ、Ｐ１を制御している。

具体的には、以下の式１が成立するようにＰｄｃ、Ｐａｃ及びＰ１を制御している。
Ｐｘ＝Ｐｄｃ＝（Ｐ１÷η１）＋（Ｐａｃ÷（ηａｃ×η２）） ・・・（式１）
但し、η１、ηａｃ、η２は、夫々第１コンバータ２の変換効率（入力電力に対する出力電力の比）、インバータ４の変換効率、第２コンバータ３の変換効率である。各変換効率は、各出力電力に応じて変動し得るが、実測や計算等によって各出力電力に対する各変換効率を求めておき、それらを電力制御部７に予め記憶させておくことにより、電力制御部７は、上記式１が成立するように、各出力電力を制御可能となっている。

図４は、タイミングＴ１〜Ｔ２間において、電力制御部７が指令電圧Ｖａ（図３参照）をＶａ１（但し、Ｖａ１≧０Ｖ）に保ち、ノードＮ１の電圧をＶａ１にして、Ｐ１をＶａ１に応じた値に保つ例を示している。勿論、このＶａ１を０Ｖとしても構わない。この場合は、必要に応じて直流負荷８を他の電源回路（不図示）で駆動するようにしてもよい。

タイミングＴ２にて、交流負荷５の一部であるエアコンの運転がオンからオフに切り換えられることにより、交流負荷５の消費電力が減少し、一時的に、Ｐａｃ＞（交流負荷５の消費電力）となるとする。そうすると、インバータ４からの電力が商用交流電源１０側に逆潮流しようとするため、その情報は逆潮流監視センサ６から電力制御部７に伝送される。この逆潮流に関する情報を受けた電力制御部７は、空気量調整部２２に対する空気量指令電圧（図２参照）を変化させることにより、逆潮流が発生しなくなるまで直流電源装置１の出力電力Ｐｄｃを一定電力Ｐｘから急激に減少させると共に、それに合わせてインバータ４の出力電力Ｐａｃを減少させる。

また、それと略同時に、電力制御部７は指令電圧Ｖａの増加を開始させる。より具体的には、タイミングＴ２からタイミングＴ３にかけて（例えば、数秒かけて）、指令電圧ＶａをＶａ１からＶａ２（但し、Ｖａ２＞Ｖａ１）まで徐々に増加させる。これにより、第１コンバータ２の出力電圧Ｐ１も、タイミングＴ２からタイミングＴ３にかけてノードＮ１の電圧の変化に同期するように徐々に増加する。このように、第１コンバータ２の出力電力が徐々に増加する（ソフトスタートにて増加する）ため、ＭＯＳトランジスタ３１や、ダイオード３２、インダクタ３３及びコンデンサ３４にて構成される平滑回路、直流負荷８、ＭＯＳトランジスタ３１と直流負荷８間の配線等に、大きなストレスは加わらない。このことは、発電システムの長寿命化に寄与する。加えて、急激な電流変化に伴うノイズ放射が抑制される。

また、タイミングＴ２にて、電力制御部７は、直流電源装置１の出力電力Ｐｄｃを急激に減少させるが、タイミングＴ２からタイミングＴ３にかけてＰ１が徐々に増加するのに併せて、その増加分を補うようにタイミングＴ２からタイミングＴ３にかけてＰｄｃを、逆潮流が起こらない範囲で徐々に増加させる。尚、タイミングＴ２にて減少したインバータ４の出力電力Ｐａｃは、その後タイミングＴ４に至るまでは増加しないようにしている。

タイミングＴ３にて、ノードＮ１の電圧は電圧Ｖａ２と等しくなって第１コンバータ２の出力電力Ｐ１の増加は完了し、また、直流電源装置１の出力電力Ｐｄｃは一定電力Ｐｘに回復する。タイミングＴ３からタイミングＴ４に至るまでの間、及びタイミングＴ４以降は、逆潮流は発生しておらず、また、タイミングＴ１〜Ｔ２間と同様に、上記式１が成立する。タイミングＴ１とタイミングＴ３では、インバータ４の変換効率等が異なり得るが、電力制御部７は、予め設定された一定電力Ｐｘの値、インバータの変換効率ηａｃ、第１コンバータ２の変換効率η１及び第２コンバータ３の変換効率η２に基づいて、Ｐａｃ及びＰ１を制御することにより、Ｐｄｃを正確に一定電力Ｐｘに保つようにしている。

そして、交流負荷５の消費電力が減少したことにより生じた余剰電力は、直流負荷８にて消費される。

また、タイミングＴ２〜Ｔ３間において、下記式２が成立するように電力制御部７がＰｄｃ、Ｐａｃ及びＰ１を制御してもよい。
Ｐｄｃ＝（Ｐ１÷η１）＋（Ｐａｃ÷（ηａｃ×η２）） ・・・（式２）

タイミングＴ４では、タイミングＴ２にて運転をオフとされたエアコンの運転がオンに切り換えられることにより、交流負荷５の消費電力が増加し、Ｐａｃ＜（交流負荷５の消費電力）となるとする。そうすると、商用交流電源１０からの電流が交流負荷５に流れ込み、交流負荷５は、直流電源装置１が発電した電力と商用交流電源１０による商用電力とで駆動されることになる。この時、商用交流電源１０からの電流の流れ込みを検出した逆潮流監視センサ６は、その検出結果を電力制御部７に伝送する。この検出結果を受けた電力制御部７は、上記式１の成立を維持しつつ、且つ逆潮流が発生しない範囲で、指令電圧ＶａをＶａ２からＶａ１まで徐々に減少させて（例えば、数１０ｍｓｅｃ〜数秒かけて）第１コンバータ２の出力電力Ｐ１を徐々に減少させると共に、インバータ４の出力電力Ｐａｃを徐々に増加させる。

交流負荷５の消費電力の減少によって生じた余剰電力を消費するために、タイミングＴ２〜Ｔ４にて第１コンバータ２の出力電力Ｐ１を増加させたのであるから、交流負荷５の消費電力が増加したのなら、インバータ４の出力電力Ｐａｃを増加させる一方、第１コンバータ２の出力電力Ｐ１を減少させるのが、発電システムが発電したエネルギーの有効利用にとって望ましいからである。尚、図４は、Ｐａｃ及びＰ１がタイミングＴ１と同じ値に戻るように、指令電圧ＶａをＶａ１に戻す例を示しているが、指令電圧ＶａをＶａ１と異なるＶａ１’（但し、Ｖａ２＞Ｖａ１’）にまで減少させるようにしても構わない。

また、燃料電池から成る直流電源装置１の出力電力Ｐｄｃは、常に一定電力に保たれることが望ましく、タイミングＴ２からＴ３間において、出力電力Ｐｄｃを一定電力Ｐｘより小さくすることは、直流電源装置１の長寿命化の観点から、本来的には好ましくない。出力電力Ｐｄｃを一定電力Ｐｘより小さくするために、燃料電池本体２３に供給される空気量をタイミングＴ１おけるものより減少させれば、燃料電池本体２３内は水素ガスが余った状態（以下、第１のガス余り状態という）となり、燃料電池本体２３の劣化を招きうるからである。

しかしながら、燃料電池本体２３は、比較的短時間（例えば、数秒程度）なら、寿命に影響を与えることなく第１のガス余り状態を耐えることができるように設計されているのが通常である。この寿命に影響を与えることなく第１のガス余り状態を耐えることができる時間、換言すれば、第１のガス余り状態による出力電力Ｐｄｃの変動に燃料電池本体２３（又は直流電源装置１）が寿命に影響を与えることなく耐えうる時間を、第１の許容時間（例えば、数秒程度）という。この第１の許容時間は、燃料電池本体２３又は直流電源装置１の設計時点で、燃料電池本体２３の特性に応じて定められる。

そして、タイミングＴ２とタイミングＴ３間の時間ｔが上記第１の許容時間以下となるように、電力制御部７は、第１コンバータ２を制御する（即ち、指令電圧Ｖａを変化させる）と共に直流電源装置１を制御する。時間ｔは、「第１コンバータ２の出力電力Ｐ１の増加が完了するまでの時間」や「直流電源装置１の出力電力Ｐｄｃが、一時的に減少してから一定電力Ｐｘに回復するまでの時間」と略等しいため、タイミングＴ２〜Ｔ３間の第１のガス余り状態による出力電力Ｐｄｃの急激な変動によって直流電源装置１の寿命が低下するといったことはない。

（図５：系統停止時の動作）
次に、系統停止時の発電システムの動作について、図５を用いて説明する。図５は、上から、それぞれ、直流電源装置１の出力電力Ｐｄｃ、インバータ４の出力電力（有効電力）Ｐａｃ、ノードＮ１の電圧、ノードＮ２の電圧、第１コンバータ２の出力電力Ｐ１を示している。図５において、図４と同一のものには同一の符号を付し、その再度の説明を省略する。まず、タイミングＴ６からタイミングＴ７に至るまでの動作は、図４のタイミングＴ１からタイミングＴ２に至るまでの動作と同様である。

タイミングＴ７にて、落雷等の影響により系統停止が発生すると、連系部９からの系統停止信号によりインバータ４の出力が停止する。また、連系部９からの系統停止信号を受けた電力制御部７は、空気量調整部２２に対する空気量指令電圧（図２参照）を変化させることにより、直流電源装置１の出力電力Ｐｄｃを一定電力Ｐｘから急激にゼロまで減少させる。

また、それと略同時に、電力制御部７は指令電圧Ｖａの増加を開始させる。より具体的には、タイミングＴ７からタイミングＴ８にかけて（例えば、数秒かけて）、指令電圧ＶａをＶａ１からＶａ３（但し、Ｖａ３＞Ｖａ１）まで徐々に増加させる。これにより、第１コンバータ２の出力電圧Ｐ１も、タイミングＴ７からタイミングＴ８にかけてノードＮ１の電圧の変化に同期するように徐々に増加する。このように、第１コンバータ２の出力電力が徐々に増加する（ソフトスタートにて増加する）ため、ＭＯＳトランジスタ３１や、ダイオード３２、インダクタ３３及びコンデンサ３４にて構成される平滑回路、直流負荷８、ＭＯＳトランジスタ３１と直流負荷８間の配線等に、大きなストレスは加わらない。このことは、発電システムの長寿命化に寄与する。加えて、急激な電流変化に伴うノイズ放射が抑制される。

また、タイミングＴ７にて、電力制御部７は、直流電源装置１の出力電力Ｐｄｃを急激にゼロまで減少させるが、タイミングＴ７からタイミングＴ８にかけてＰ１が徐々に増加するのに併せて、その増加分を補うようにタイミングＴ７からタイミングＴ８にかけてＰｄｃを徐々に増加させる。

タイミングＴ８では、ノードＮ１の電圧は電圧Ｖａ３と等しくなって第１コンバータ２の出力電力Ｐ１の増加は完了し、また、直流電源装置１の出力電力Ｐｄｃは一定電力Ｐｘに回復する。タイミングＴ８からタイミングＴ９に至るまでの間、及びタイミングＴ９以降は、タイミングＴ６〜Ｔ７間と同様に、上記式１が成立する。タイミングＴ６とタイミングＴ８では、インバータ４の変換効率等が異なり得るが、電力制御部７は、予め設定された一定電力Ｐｘの値、インバータの変換効率ηａｃ、第１コンバータ２の変換効率η１及び第２コンバータ３の変換効率η２に基づいて、Ｐａｃ及びＰ１を制御することにより、Ｐｄｃを正確に一定電力Ｐｘに保つようにしている。もっとも、タイミングＴ８においては、Ｐａｃ＝０、となっているため、一定電力Ｐｘの値と第１コンバータ２の変換効率η１に基づいてＰ１を制御すれば、Ｐｄｃは正確に一定電力Ｐｘに保たれる。

そして、系統停止が発生し、インバータ４の出力が停止したことにより生じた余剰電力は、直流負荷８にて消費される。

また、タイミングＴ７〜Ｔ８間において、上記式２が成立するように電力制御部７がＰｄｃ、Ｐａｃ及びＰ１を制御してもよい。

タイミングＴ９で、系統側の復旧作業等により系統停止の原因が取り除かれ、再び連系部９に商用交流電源１０からの商用交流電圧が供給されるようになる。これにより、連系部９からのインバータ４及び電力制御部７の夫々に対する系統停止信号は解除され、インバータ４は電力の出力の再開が可能な状態に戻される。系統停止信号の解除を認知した電力制御部７は、上記式１の成立を維持しつつ、且つ逆潮流が発生しない範囲で、指令電圧ＶａをＶａ３からＶａ１まで徐々に減少させて（例えば、数１０ｍｓｅｃ〜数秒かけて）第１コンバータ２の出力電力Ｐ１を徐々に減少させると共に、インバータ４の電力の出力を再開させて出力電力Ｐａｃを徐々に増加させる。

系統停止によって生じた余剰電力を消費するために、タイミングＴ７〜Ｔ９にて第１コンバータ２の出力電力Ｐ１を増加させたのであるから、系統停止が解除されたなら、インバータ４の出力電力Ｐａｃを増加させる一方、第１コンバータ２の出力電力Ｐ１を減少させるのが、発電システムの効率的な運転にとって望ましいからである。尚、図５は、Ｐａｃ及びＰ１がタイミングＴ６と同じ値に戻るように、指令電圧ＶａをＶａ１に戻す例を示しているが、指令電圧ＶａをＶａ１と異なるＶａ１’（但し、Ｖａ３＞Ｖａ１’）にまで減少させるようにしても構わない。

また、燃料電池から成る直流電源装置１の出力電力Ｐｄｃは、常に一定電力に保たれることが望ましく、タイミングＴ７からＴ８間において、出力電力Ｐｄｃを一定電力Ｐｘより小さくすることは、直流電源装置１の長寿命化の観点から、本来的には好ましくない。出力電力Ｐｄｃを一定電力Ｐｘより小さくするために、燃料電池本体２３に供給される空気量をタイミングＴ６おけるものより減少させれば、燃料電池本体２３内は水素ガスが余った状態（第１のガス余り状態）となり、燃料電池本体２３の劣化を招きうるからである。

しかしながら、図４におけるものと同様、タイミングＴ７とタイミングＴ８間の時間ｔが上記第１の許容時間以下となるように、電力制御部７は、第１コンバータ２を制御する（即ち、指令電圧Ｖａを変化させる）と共に直流電源装置１を制御するため、タイミングＴ７〜Ｔ８間の第１のガス余り状態による出力電力Ｐｄｃの急激な変動によって直流電源装置１の寿命が低下するといったことはない。

（図６：直流負荷）
図６は、ヒータから成る直流負荷８が水を加熱する部分の構成を示したものである。加熱部５１の内部には、所定の流量にて水が流れており、ヒータから成る直流負荷８は、第１コンバータ２から供給される電力量に応じて、この加熱部５１内部の水を加熱する。この加熱された水は、配管５２、５３を通って貯湯タンク５４に送られる。温度センサ５５は、貯湯タンク５４内の水（温水）の温度を検出し、その検出結果を電力制御部７に送る。また、電力制御部７は、加熱部５１の内部に流れる水の流量を変化させることが可能となっている。

図４のタイミングＴ２〜Ｔ４間、又は図５のタイミングＴ７〜Ｔ９間における特異な動作について説明する。図４のタイミングＴ２〜Ｔ４間、又は図５のタイミングＴ７〜Ｔ９間においては、第１コンバータ２の出力電圧（出力電力）がタイミングＴ１又はＴ６に比べて増加しているため、その増加量によっては加熱部５１自体や加熱部５１内部の水が高温になりすぎる（異常加熱される）場合が生じうる。そこで、電力制御部７は、図４のタイミングＴ２〜Ｔ４間、又は図５のタイミングＴ７〜Ｔ９間において、第１コンバータ２の出力電力を増加させた場合、加熱部５１の内部に流れる水の流量が増加するように、加熱部５１を制御する。これにより、加熱部５１自体や加熱部５１内部の水の異常加熱が防止される。

また、図４のタイミングＴ２〜Ｔ４間、又は図５のタイミングＴ７〜Ｔ９間においては、第１コンバータ２の出力電圧（出力電力）がタイミングＴ１又はＴ６に比べて増加しているため、その増加量によっては貯湯タンク５４の水が不必要に高温になりすぎる場合が生じうる。例えば、貯湯タンク５４内の水の設定温度が４０℃であるのに対して、実際は４５℃になってしまうこともありえる。

そこで、電力制御部７は、図４のタイミングＴ２〜Ｔ４間、又は図５のタイミングＴ７〜Ｔ９間において、第１コンバータ２の出力電力を増加させた場合、温度センサ５５による検出結果（即ち、貯湯タンク５４内の水の温度）に応じて、直流電源装置１の出力電力Ｐｄｃを一定電力Ｐｘから減少させる。

この際、直流電源装置１に何らストレスを与えることがないように緩やかな速度（例えば、−１００ワット／数１０秒）にて出力電力Ｐｄｃを減少させる。これにより、水の不必要な加熱が抑制されて貯湯タンク５４内の水の温度が正しく設定温度に維持される。また、無駄なエネルギー消費も抑制される。

ところで、第１コンバータ２は直流負荷８に電力を供給するわけであるが、第１コンバータ２へ電力を供給する手法として、第２コンバータ３の出力電圧を第１コンバータ２の入力部に供給する手法が考えられる。この場合、直流電源装置１の出力電圧は、第２コンバータ３で変換された後、再度第１コンバータ２で変換されることになるため、直流負荷８に電力を供給するにあたっての変換効率は、η１×η２となる。

一方、本実施形態において、第１コンバータ２は、第２コンバータ３を介することなく、直流電源装置１の出力電圧Ｖｄｃを直接入力して電圧Ｖ１に変換し、直流負荷８に電力を供給するようにしているので、直流負荷８に電力を供給するにあたっての変換効率は、η１となる。つまり、上記手法のように第２コンバータ３及び第１コンバータ２の２段のコンバータを介して直流負荷８を駆動するよりも、発電システム全体の変換効率が優れていると言える。

（空気量無制御）
また、図４のタイミングＴ２〜Ｔ３間、又は図５のタイミングＴ７〜Ｔ８間において、直流電源装置１の出力電力Ｐｄｃを急激に変化（例えば、数ｍｓｅｃ〜数秒あたり、±１００ワットの変化）させるべく、燃料電池本体２３に供給される空気量を制御する手法を上述したが、図４のタイミングＴ１〜Ｔ４及びＴ４以降、並びに図５のタイミングＴ６〜Ｔ９及びＴ９以降の全てにわたって、空気量を変化させないようにしてもよい。つまり、通常運転時、逆潮流検出時及び系統停止時の全てにおいて、燃料電池本体２３に供給する水素ガス及び空気の量を一定電力Ｐｘに見合った一定量に保つのである。

この場合において、図４のタイミングＴ２のように交流負荷５の消費電力が減少した時、電力制御部７は第１コンバータ２の出力電力Ｐ１を徐々にしか増加させないため、直流電源装置１からの出力電力Ｐｄｃは、一時的に一定電力Ｐｘより小さくなってからタイミングＴ２〜Ｔ３にかけて一定電力Ｐｘまで回復することとなる（図４と同様となる）。同様に、図５のタイミングＴ７のようにインバータ４の出力が停止した時、電力制御部７は第１コンバータ２の出力電力Ｐ１を徐々にしか増加させないため、直流電源装置１からの出力電力Ｐｄｃは、一時的にゼロになってからタイミングＴ７〜Ｔ８にかけて一定電力Ｐｘまで回復することとなる（図５と同様となる）。

直流電源装置１の出力電力Ｐｄｃが一時的に一定電力Ｐｘ未満となっているのに拘わらず、燃料電池本体２３に供給する水素ガス及び空気の量を一定量に保つと、燃料電池本体２３内は、水素ガス及び空気（酸素ガス）が反応せずに余った状態となる。このような状態を、以下、「第２のガス余り状態」という。

この第２のガス余り状態を持続させることは、燃料電池本体２３の劣化を招きうるが、燃料電池本体２３は、比較的短時間（例えば、数秒程度）なら、寿命に影響を与えることなく第２のガス余り状態を耐えることができるように設計されているのが通常である。この寿命に影響を与えることなく第２のガス余り状態を耐えることができる時間、換言すれば、第２のガス余り状態を伴う出力電力Ｐｄｃの変動に燃料電池本体２３（又は直流電源装置１）が寿命に影響を与えることなく耐えうる時間を、第２の許容時間（例えば、数秒程度）という。この第２の許容時間は、燃料電池本体２３又は直流電源装置１の設計時点で、燃料電池本体２３の特性に応じて定められる。

そして、タイミングＴ２〜Ｔ３間、又はタイミングＴ７〜Ｔ８間の時間ｔが上記第２の許容時間以下となるように、電力制御部７が第１コンバータ２を制御すれば（即ち、指令電圧Ｖａを変化させれば）第２のガス余り状態による出力電力Ｐｄｃの急激な変動によって直流電源装置１の寿命が低下するといったことはない。

（ローパスフィルタ）
また、図３に示す第１コンバータ２の回路構成を、図７の第１コンバータ２ａように変形してもよい。以下の動作説明から明らかなように、上述してきた構成と同様の効果を実現することができるからである。図７において、図３と同一のものは同一の符号を付して、その説明を省略する。図７においては、電力制御部７が出力する指令電圧Ｖａが、抵抗６１を介してエラーアンプ３７の非反転入力端子（＋）に供給されており、その非反転入力端子（＋）と抵抗６１の接続点は、コンデンサ６２を介して接地されている。抵抗６１とコンデンサ６２は、ローパスフィルタ６３を構成する。このローパスフィルタ６３は、第１コンバータ２の出力電力Ｐ１が徐々に増加するようにするためのソフトスタート回路として機能する。

このように構成した場合、図４のタイミングＴ２において、電力制御部７は指令電圧Ｖａを瞬時にＶａ１からＶａ２に立ち上げるようにすればよい。そうすれば、ローパスフィルタ６３の機能によりノードＮ１の電圧は徐々に増加することになり、第１コンバータ２ａの出力電圧Ｖ１及び出力電力Ｐ１も徐々に増加することになる。また、タイミングＴ４において、電力制御部７は指令電圧Ｖａを瞬時にＶａ２からＶａ１に立ち下げるようにすればよい。そうすれば、ローパスフィルタ６３の機能によりノードＮ１の電圧は徐々に減少することになり、第１コンバータ２ａの出力電圧Ｖ１及び出力電力Ｐ１も徐々に減少することになる。

同様に、図５のタイミングＴ７において、電力制御部７は指令電圧Ｖａを瞬時にＶａ１からＶａ３に立ち上げるようにすればよい。そうすれば、ローパスフィルタ６３の機能によりノードＮ１の電圧は徐々に増加することになり、第１コンバータ２ａの出力電圧Ｖ１及び出力電力Ｐ１も徐々に増加することになる。また、タイミングＴ９において、電力制御部７は指令電圧Ｖａを瞬時にＶａ３からＶａ１に立ち下げるようにすればよい。そうすれば、ローパスフィルタ６３の機能によりノードＮ１の電圧は徐々に減少することになり、第１コンバータ２ａの出力電圧Ｖ１及び出力電力Ｐ１も徐々に減少することになる。

そして、タイミングＴ２〜Ｔ３間又はタイミングＴ７〜Ｔ８間の時間である時間ｔが上記第１の許容時間以下となるように、又は上記第２の許容時間以下となるように、ローパスフィルタ６３の時定数（より具体的には、抵抗６１の抵抗値及びコンデンサ６２の静電容量値）を定めればよい。

（系統連系なし）
直流電源装置１と商用交流電源１０とで系統連系を行う発電システムを例として説明したが、本発明は系統連系を行わずに、直流電源装置１が発電した電力のみで交流負荷５を駆動する発電システムにも適用可能である。このような発電システムのブロック構成は、図１から逆潮流監視センサ６、連系部９及び商用交流電源１０を省略したものになる。この場合、系統停止に関して考慮する必要はないが、電力制御部７は、交流負荷５の消費電力の変動を監視し、交流負荷５の消費電力が減少してインバータ４の出力電力より小さくなった場合、図４に示す動作と同様の制御を行う。このような発電システムは、商用電力送電用の配線が施されていない灯台等の設備に、特に有効である。

本発明は、系統連系を行う発電システム、或いは系統連系を行うことなく単独運転を行う発電システムに好適である。また、本発明に係る発電システムは、一般家庭用の他、病院、学校、工場、事務所等、様々な場所に利用可能である。

本発明の実施の形態に係る発電システムのブロック構成図である。 図１の直流電源装置の構成を示す図である。 図１の第１ＤＣ／ＤＣコンバータの回路構成図である。 図１の発電システムの動作を説明するための図である。 図１の発電システムの動作を説明するための図である。 図１の直流負荷が水を加熱する構成を示す図である。 図１の第１ＤＣ／ＤＣコンバータの回路構成図の変形例である。 従来の発電システムのブロック構成図である。 従来の他の発電システムのブロック構成図である。

符号の説明

１ 直流電源装置
２ 第１ＤＣ／ＤＣコンバータ
３ 第２ＤＣ／ＤＣコンバータ
４ インバータ
５ 交流負荷
６ 逆潮流監視センサ
７ 電力制御部
８ 直流負荷
９ 連系部
１０ 商用交流電源
２１ 改質器
２２ 空気量調整部
２３ 燃料電池本体
２４ パージ装置
５１ 加熱部
５２、５３ 配管
５４ 貯湯タンク
５５ 温度センサ

Claims (13)

1. 直流電圧を発生して出力する直流電源装置を備え、前記直流電源装置が発電した電力を単独で、または商用電力とともに利用できるように構成された発電システムにおいて、
   前記直流電圧に基づく電圧を交流電圧に変換して交流負荷に供給するインバータと、
   前記インバータの入力側に設けられ、前記直流電圧に基づく電圧を電圧値の異なる第１電圧に変換して出力する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧にて駆動される直流負荷と、
   前記交流負荷の消費電力が減少したとき、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力が増加するように前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する電力制御部と、を備え、
   前記電力制御部の前記制御による前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力の増加は、その出力電力が徐々に増加するように行われ、
   前記電力制御部は、前記交流負荷の消費電力が減少したとき、一時的に前記直流電源装置の出力電力を減少させてから、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力を増加させるとともに、前記直流電源装置の出力電力を減少前の電力に回復させることを特徴とする発電システム。
2. 直流電圧を発生して出力する直流電源装置を備え、前記直流電源装置が発電した電力を単独で、または商用電力とともに利用できるように構成された発電システムにおいて、
   前記直流電圧に基づく電圧を交流電圧に変換して交流負荷に供給するインバータと、
   前記インバータの入力側に設けられ、前記直流電圧に基づく電圧を電圧値の異なる第１電圧に変換して出力する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧にて駆動される直流負荷と、
   前記インバータの出力が停止したとき、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力が増加するように前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する電力制御部と、を備え、
   前記電力制御部の前記制御による前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力の増加は、その出力電力が徐々に増加するように行われ、
   前記電力制御部は、前記インバータの出力が停止したとき、一時的に前記直流電源装置の出力電力を減少させてから、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力を増加させるとともに、前記直流電源装置の出力電力を減少前の電力に回復させることを特徴とする発電システム。
3. 直流電圧を発生して出力する直流電源装置を備え、前記直流電源装置が発電した電力を単独で、または商用電力とともに利用できるように構成された発電システムにおいて、
   前記直流電圧に基づく電圧を交流電圧に変換して交流負荷に供給するインバータと、
   前記インバータの入力側に設けられ、前記直流電圧に基づく電圧を電圧値の異なる第１電圧に変換して出力する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧にて駆動される直流負荷と、
   前記交流負荷の消費電力が減少したとき、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力が増加するように前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する電力制御部と、を備え、
   前記電力制御部の前記制御による前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力の増加は、その出力電力が徐々に増加するように行われ、
   前記電力制御部は、前記交流負荷の消費電力が減少したとき、一時的に前記直流電源装置の出力電力を減少させてから、予め定められた許容時間内に前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力を増加させるとともに、前記直流電源装置の出力電力を減少前の電力に回復させることを特徴とする発電システム。
4. 直流電圧を発生して出力する直流電源装置を備え、前記直流電源装置が発電した電力を単独で、または商用電力とともに利用できるように構成された発電システムにおいて、
   前記直流電圧に基づく電圧を交流電圧に変換して交流負荷に供給するインバータと、
   前記インバータの入力側に設けられ、前記直流電圧に基づく電圧を電圧値の異なる第１電圧に変換して出力する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧にて駆動される直流負荷と、
   前記インバータの出力が停止したとき、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力が増加するように前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する電力制御部と、を備え、
   前記電力制御部の前記制御による前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力の増加は、その出力電力が徐々に増加するように行われ、
   前記電力制御部は、前記インバータの出力が停止したとき、一時的に前記直流電源装置の出力電力を減少させてから、予め定められた許容時間内に前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力を増加させるとともに、前記直流電源装置の出力電力を減少前の電力に回復させることを特徴とする発電システム。
5. 前記許容時間は、前記直流電源装置が急激な出力電力の変動に耐えうる時間に基づいて設定されていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の発電システム。
6. 前記インバータの前段に設けられ、前記直流電圧を電圧値の異なる第２電圧に変換して前記インバータに出力する第２ＤＣ／ＤＣコンバータを更に備え、
   前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータは、前記第２ＤＣ／ＤＣコンバータを介することなく、前記直流電圧を前記第１電圧に変換して出力することを特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載の発電システム。
7. 直流電圧を発生して出力する直流電源装置を備え、前記直流電源装置が発電した電力を単独で、または商用電力とともに利用できるように構成された発電システムにおいて、
   前記直流電圧に基づく電圧を交流電圧に変換して交流負荷に供給するインバータと、
   前記インバータの入力側に設けられ、前記直流電圧に基づく電圧を電圧値の異なる第１電圧に変換して出力する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧にて駆動される直流負荷と、
   前記交流負荷の消費電力が減少したとき、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力が増加するように前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する電力制御部と、を備え、
   前記電力制御部の前記制御による前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力の増加は、その出力電力が徐々に増加するように行われ、
   前記電力制御部は、前記直流電源装置の出力電力が一定電力に保たれるように、前記直流電源装置、前記インバータ及び前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、
   前記電力制御部は、前記一定電力の値、前記インバータの変換効率、及び前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの変換効率に基づいて、前記インバータ及び前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、前記直流電源装置の出力電力を前記一定電力に保つことを特徴とする発電システム。
8. 直流電圧を発生して出力する直流電源装置を備え、前記直流電源装置が発電した電力を単独で、または商用電力とともに利用できるように構成された発電システムにおいて、
   前記直流電圧に基づく電圧を交流電圧に変換して交流負荷に供給するインバータと、
   前記インバータの入力側に設けられ、前記直流電圧に基づく電圧を電圧値の異なる第１電圧に変換して出力する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧にて駆動される直流負荷と、
   前記インバータの出力が停止したとき、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力が増加するように前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する電力制御部と、を備え、
   前記電力制御部の前記制御による前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力の増加は、その出力電力が徐々に増加するように行われ、
   前記電力制御部は、前記直流電源装置の出力電力が一定電力に保たれるように、前記直流電源装置、前記インバータ及び前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御し、
   前記電力制御部は、前記一定電力の値、前記インバータの変換効率、及び前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの変換効率に基づいて、前記インバータ及び前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することにより、前記直流電源装置の出力電力を前記一定電力に保つことを特徴とする発電システム。
9. 前記電力制御部は、前記交流負荷の消費電力が減少した後に前記交流負荷の消費電力が増加した場合、前記インバータの出力電力が増加するように、且つ前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力が減少するように、前記インバータ及び前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することを特徴とする請求項１又は請求項３に記載の発電システム。
10. 前記電力制御部は、前記インバータの出力が停止した後に前記インバータの出力を再開させる場合、前記インバータの出力電力が増加するように、且つ前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力が減少するように、前記インバータ及び前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御することを特徴とする請求項２又は請求項４に記載の発電システム。
11. 前記直流負荷は、水を加熱するためのヒータであって、
    前記電力制御部は、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力を増加させているとき、前記ヒータによって加熱される部分における水の流量を増加させる
    ことを特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載の発電システム。
12. 前記直流負荷は、水を加熱するためのヒータであって、
    前記電力制御部は、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電力を増加させているとき、前記ヒータによって加熱された水の温度に応じて前記直流電源装置の出力電力を変化させることを特徴とする請求項１〜請求項５の何れかに記載の発電システム。
13. 前記直流電源装置は、燃料電池から構成されている
    ことを特徴とする請求項１〜請求項１２の何れかに記載の発電システム。
    

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