JP5920017B2 - コジェネレーションシステム - Google Patents

Description

本発明は、コジェネレーションシステムに関し、特に、商用電源が停電した時に非常用電力を出力することができるコジェネレーションシステムに関する。

コジェネレーション装置は、エンジンの駆動力を発電機にて電力を取り出したり、燃料電池のように化学反応における起電力を取り出したりして発電を行うとともに、その発電で発生する排熱を回収して熱エネルギーとして有効に利用するシステムである。発生された電力は、商用系統電力に変換されて、商用電源に給電される。

コジェネレーション装置を作動させるにあたっては、まず、商用電源から供給された電力でエンジンを回転させたり燃料電池システムを暖機およびガス改質させる必要がある。このため、商用電源で停電が生じるとシステムを始動させることができず、コジェネレーション装置による電力と熱を出力させることができない。

そこで、特許文献１には、使用者の操作によりメインスイッチ９７０を切り替えることで、連系運転と自立運転とを切り替える技術が開示されている。即ち、特許文献１の図１に開示されたコジェネレーション装置は、図１５に示すように、商用電源９１２から電気負荷９１４ａ〜９１４ｄに至る交流電力の給電路９１６に接続可能な発電機９２０と発電機９２０を駆動するエンジン９２２からなる発電装置９２４と、バッテリ９５６と、エンジン９２２の排熱を供給される熱負荷（エアコン）９４２と、その動作を制御するコントローラ９７６と、発電装置９２４の動作を制御するメインマイクロプロセッサ９５０とを備えている。使用者によってメインスイッチ９７０がＯＮされるとき、動作電源９７２の電力によりメインマイクロプロセッサ９５０により発電装置９２４が制御される。メインスイッチ９７０がＯＦＦされているとき、遠隔にいる使用者は外部端末９８４の操作により、インターネット９８２を通じて発電装置９２４の起動信号をコントローラ９７６に送信させる。起動信号に応じてバッテリ９５６の出力でサブマイクロプロセッサ９６４及びメインマイクロプロセッサ９５０を動作させ、切替スイッチ９６６を第１の端子９６６ａに接続して、エンジン９２２の駆動により発電装置９２４を起動させ、電力を出力する。

特開２００９−１９１７７５号公報 特開２００８−２２８５４３号公報

ところで、商用電源９１２で停電が生じた場合にも、発電装置９２４により電力を発生させて停電時電力を取り出すことが必要とされている。そして、停電時電力を出力する自立出力回路は、通常の発電経路である連系回路と分岐することが求められている。このため、特許文献１に記載されたコジェネレーション装置のように、発電装置９２４が商用電源９１２に接続されている回路構成である場合には、停電時にも連系出力回路を経て自立発電電力を取り出すことになり、回路構成が要求を満たさない。

そこで、特許文献２には、停電時に電力を出力する停電時出力回路を、通常の連系回路と分岐させることが開示されている。しかし、特許文献２では、連系回路と停電時出力回路の双方にインバータを設けて、電力を電気負荷での使用可能な周波数や電圧に調整している。このため、回路構成が複雑になり、システム構成の肥大化を招いている。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、停電時に連系給電路とは別個の経路から電力を取り出すことができるコジェネレーションシステムを提供することを課題とする。

（１）本発明のコジェネレーションシステムは、商用電源と電力負荷との間の商用電力経路に接続されるコジェネレーションシステムであって、
発電装置と、
前記発電装置に接続され前記発電装置により発生した電力を、前記商用電力経路を流れる商用系統電力と同期のとれた交流電力に変換する連系型変換器と、
前記連系型変換器と前記商用電力経路との間を接続可能とする連系給電路と、
前記商用電源の停電時において前記発電装置で発電し前記連系型変換器により変換された前記交流電力を取り出す停電時電力取出部と、
前記連系型変換器と前記停電時電力取出部との間を接続可能とする停電時給電路と、
前記連系給電路を遮断又は接続する遮断器と、
前記停電時に前記遮断器により前記連系給電路を遮断するとともに前記発電装置の作動により発生した電力により前記連系型変換器を作動させる自己消費運転を制御する自己消費運転制御部と、
使用者の操作により、前記交流電力を前記停電時給電路を通じて前記停電時電力取出部に給電する自立運転を実行させる自立信号と、前記交流電力を前記連系給電路を通じて前記商用電力経路に給電させる連系運転を実行させる連系信号とを切り替えて出力する外部切替手段と、
前記外部切替手段より出力された前記自立信号と前記連系信号との切替を認識する切替認識手段と、
前記停電時に前記切替認識手段により前記自立信号が認識された場合には、前記自己消費運転制御部により前記連系型変換器を前記発電装置で発生した電力で作動させて、前記発電装置により発生した前記電力を前記連系型変換器で前記交流電力に変換させて前記自立運転を実行させ、前記商用電源が正常に回復したときに前記切替認識手段により前記連系信号が認識された場合には、前記遮断器により接続された前記連系給電路を通じて前記連系運転を実行させる連系／自立運転制御部と、を備え、
前記発電装置、前記連系型変換器、前記連系給電路、前記自己消費運転制御部、前記切替認識手段、及び前記連系／自立運転制御部は、連系ユニットを構成し、
前記停電時給電路、前記停電時電力取出部、及び前記遮断器は、自立ユニットを構成しており、
前記自立ユニットは、前記遮断器を配設させた迂回路を有し、
前記連系ユニットは、前記連系給電路の途中、前記連系給電路と前記連系型変換器との間、又は前記連系給電路と前記商用電力経路との間のいずれかに前記迂回路を接続させて前記迂回路を前記連系給電路に組み入れる接続部を有することを特徴とする。

上記構成によれば、商用電源が正常であるときは、遮断器により連系給電路を接続させて、連系運転を行う。連系運転では、発電装置により生じた電力を連系型変換器により交流電力に変換させ、交流電力を連系給電路を通じて商用電力経路に給電させる。

コジェネレーション装置が発電状態で、商用電源が停電となったときには、自己消費運転制御部が遮断器を作動させて連系給電路を遮断させるとともに、発電装置の作動により発生した電力により連系型変換器を作動させる自己消費運転を行う。

使用者の操作により、外部切替手段が自立信号に切り替えられ自立信号を出力したとき、切替認識手段を通じて連系／自立運転制御部に自立信号が入力される。連系／自立運転制御部は、自立信号の入力により自立運転を実行させる。自立運転では、発電装置の発生させた電力のうち自己消費運転で消費した電力を除いた余剰電力分を連系型変換器で交流電力に変換し、変換された交流電力を停電時給電路を通じて停電時電力取出部に出力させる。

本発明のコジェネレーションシステムでは、停電時には、外部切替手段が自立信号を出力したときに、発電装置により発生した電力のうち自己消費運転で消費された分を除いた余剰の電力が連系型変換器により交流電力に変換されて停電時電力取出部に供給される。このため停電時に停電時電力取出部から交流電力を取り出すことができる。

また、コジェネレーションシステムは、商用電力経路に給電する連系給電路とは別個の停電時給電路を備えているため、停電時にも停電時給電路を通じて停電時電力取出部から非常用の交流電力を出力させることができる。

また、使用者による外部切替手段の自立運転への切替により、自立運転が開始される。このため、使用者の必要なときに自立運転を行わせることができる。

また、外部切替手段が例えば屋内に設置されており、コジェネレーションシステムの外部切替手段以外の装置が屋外に設置されている場合にも、切替認識手段により自立信号又は連系信号を確実に認識して、連系／自立運転制御部は自立運転をシステムに実行させることができる。

発電装置は、例えば、ガスエンジン、又は燃料電池などを用いることができる。連系型変換器は、発電装置により発生した電力を、商用電源からの商用系統電力と同期のとれた交流電力に変換する。連系型変換器は、例えばガスエンジンおよび発電機の場合、発電装置から発生した三相交流電力をＡＣ／ＤＣコンバータ回路で直流電力に変換する。発電装置が燃料電池である場合、直流発電のため連系型変換器はＤＣ／ＤＣコンバータを備え、その後にＤＣ／ＡＣインバータ回路で商用系統電力と同期のとれた交流電力に変換する構成となる。

連系給電路は、連系型変換器と商用電力経路との間を接続する経路である。連系給電路には、連系給電路を接続又は遮断する遮断器を配設している。遮断器は、連系給電路に１又は２つ以上配設される。特に停電時供給経路を設ける場合は、連系給電路には停電時給電路との分岐点に２つ以上の遮断器の配置が求められる。遮断器は、商用電源が正常である場合には閉じて連系給電路を接続させ、商用電源が停電である場合には解列して連系給電路を遮断させる。連系給電器は、更に、ノイズフィルタ、漏電ブレーカ、電流計などを配設してもよい。また、連系給電路の途中、連系給電路と連系型変換器との間、連系給電路と商用電力経路との間の少なくとも１つに、停電時給電路に繋がる回路を接続しても良い。

発電装置と連系型変換器と連系給電路と遮断器は連系ユニットを基本システムとして構成し、停電時給電路は自立ユニットとして構成するようにしてもよい。また、以上要素をコジェネレーションシステムとして一体に構成することも可能である。

連系給電路に連系給電器を接続・遮断する遮断器を複数配設する場合には、一部の遮断器を連系給電路とともに連系ユニットに配設し、自立運転時に使用される方の遮断器を自立ユニットに配設してもよい。連系ユニットに配設した遮断器は、連系運転時に使用されるものがよく、自立ユニットに配設した遮断器は自立運転時に又は連系／自立切替時に使用されるものがよい。

上記のように、各機器のユニット化により、システムの構成の簡素化を図ることが可能である。中でも以下のユニット構成がよい。

即ち、前記発電装置、前記連系型変換器、前記連系給電路、前記自己消費運転制御部、前記切替認識手段、及び前記連系／自立運転制御部は、連系ユニットを構成し、前記停電時給電路、前記停電時電力取出部、及び前記遮断器は、自立ユニットを構成している。

商用系統電力が停電となり自立運転が必要とされるのは、稀なケースである。このため、連系運転のみに使用される停電時給電路及び遮断器を、通常使用される発電装置、連系型変換器及び連系給電路と一体として構成するのは、システムの肥大化及びコスト増加につながる。そこで、発電装置、連系型変換器、連系給電路、自己消費運転制御部、切替認識手段、及び連系／自立運転制御部を一体の連系ユニットとし、停電時給電路と停電時電力取出部と遮断器は、連系ユニットとは別個の自立ユニットを構成することで、基本の連系ユニットに自立ユニットを追加搭載が可能となる。ゆえに、基本の連系ユニットに対して、ユーザーの志向・要求に応じて自立ユニットを追加搭載させることができる。

前記自立ユニットは、前記遮断器を配設させた迂回路を有し、
前記連系ユニットは、前記連系給電路の途中、前記連系給電路と前記連系型変換器との間、又は前記連系給電路と前記商用電力経路との間のいずれかに前記迂回路を接続させて前記迂回路を前記連系給電路に組み入れる接続部を有する。

自立ユニットは、遮断器を配設した迂回路を有している。迂回路は、連系ユニットの接続部に接続することで連系給電路に組み入れられる。このため、基本構成である連系ユニットに、自立ユニットを追加搭載することで、停電時に遮断器により迂回路を遮断して、連系給電路を遮断することができる。また、遮断器を自立ユニットに搭載することで、基本装置である連系ユニットに停電時用の機器を追加することなく、停電時に電力を取り出すことができる。このため、連系ユニットの設計変更を最小限に抑えることができ、開発コストを抑えることができる。

（２）更に、前記発電装置で発生した排熱から熱エネルギーを取り出す熱源機を備え、
前記自立ユニットは、更に、前記連系型変換器と前記熱源機との間を接続可能とする熱源機給電路を有することが好ましい。この場合には、停電時でも、発電装置で生じ連系型変換器で変換された交流電力で熱源機を作動させることができる。

（３）前記外部切替手段は、前記熱源機と前記商用電力経路との間の接続、又は前記熱源機と前記熱源機給電路との間の接続を切り替える切替スイッチを備え、前記熱源機と前記熱源機給電路との間を接続したときには前記自立信号を出力し、前記熱源機と前記商用電力経路との間を接続したときには前記連系信号を出力することが好ましい。

正常時には、切替スイッチで熱源機と商用電力経路との間を接続することで熱源機を商用系統電力により作動させ、停電時には、切替スイッチで熱源機と熱源給電回路との間を接続することで、熱源機を、発電装置により発生した電力により作動させることができる。また、停電時に熱源機と熱源給電回路との間を接続したときに、コジェネレーションシステムで自己消費運転を介して自立運転が行われ、停電時にも停電時給電回路から電力を取り出すこともできる。

また、切替スイッチの切替は、自立運転開始のトリガーとされる。停電時に、切替スイッチを使用者が操作することで、使用者の必要とするときに自立運転に切り替えることができる。

更に、切替スイッチで熱源機と熱源給電回路との間を接続することをトリガーとすることで、発電装置の作動時に発生する熱を熱源機により確実に放熱することができ、発電装置の安定作動を確保できる。

（４）前記連系／自立運転制御部は、前記商用電源の停電を感知し、且つ前記切替認識手段が前記自立信号を認識したときに、前記自立運転を実行させることが好ましい。

連系／自立運転制御部が商用電源の停電を感知し、更に、使用者の操作により切替スイッチが熱源機と前記熱源給電回路との間が接続されたときに、自立運転が実行される。これにより、停電が生じた場合に、使用者の意志により自立運転を行うことができる。また、商用電源が正常な場合に使用者が誤って切替スイッチを自立状態に切り替えて、コジェネレーションシステムを自立運転させることを防止できる。

（５）更に、前記停電時の環境状況に基づいて、前記自己消費運転制御部に前記自己消費運転を行わせるか、又は前記自己消費運転を停止させるかを判断する停電時運転制御手段を備えることが好ましい。

例えば震災や水害のように停電時の環境状況によっては、コジェネレーションシステムを作動させることが好ましくない場合がある。制御部が地震や水害などのようにコジェネレーションシステムを作動させることが好ましくない環境状況を検知したときには、自己消費運転制御部は自己消費運転を停止させることを決定し、コジェレネーションシステムを作動させてもよい環境状況であるときには、自己消費運転を行うことを決定する。こうすることで、環境状況に応じたシステム作動を実現できる。

（６）更に、前記発電装置により発生した電力を蓄電する蓄電手段を備え、前記停電時には前記蓄電手段に蓄電された電力により、前記発電装置を起動させることが好ましい。

発電装置が作動していないときに、商用系統電力が停電になったときにも、蓄電手段により予め蓄積された電力を用いて、発電装置を起動させる。これにより、発電装置から電力を発生させることができ、停電時給電路から電力を取り出すことができる。

（７）更に、太陽光により電気を発生させる太陽光発電装置を備え、前記停電時には前記太陽光発電装置により発生した電力により、前記発電装置を起動させることが好ましい。発電装置が作動していないときに、商用系統電力が停電になったときにも、太陽光発電装置により発生した電力を用いて、発電装置を起動させることができる。これにより、発電装置から電力を発生させることができ、停電時給電路から電力を取り出すことができる。

本発明のコジェネレーションシステムによれば、停電時に、遮断器により連系給電路を遮断した上で、連系型変換器が発電装置により発生された電力により作動される自己消費運転を通じて、交流電力を停電時電力取出部に出力している。このため、停電時に停電時出力部から交流電力を取り出すことができる。

第1の実施形態に係るコジェネレーション装置のブロック図である。 第１の実施形態に係る、外部切替手段と切替認識手段の図である。 第１の実施形態に係る、他の切替認識手段の図である。 第１の実施形態に係るコジェネレーション装置の停電時の作動を示すフローチャートである。 参考形態に係るコジェネレーション装置のブロック図である。 第２の実施形態に係るコジェネレーション装置のブロック図である。 第２の実施形態に係る、外部切替手段と切替認識手段と蓄電手段を示す図である。 第２の実施形態に係るコジェネレーション装置の外観斜視図である。 第２の実施形態に係るコジェネレーション装置の停電時の作動を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係るコジェネレーション装置の停電時の作動を示すフローチャートである。 第２の実施形態の変形例に係るコジェネレーション装置における自立起動制御装置のブロック図である。 第３の実施形態に係るコジェネレーション装置における自立起動制御装置のブロック図である。 第４の実施形態に係るコジェネレーション装置のブロック図である。 第５の実施形態に係るコジェネレーション装置の停電時の作動を示すフローチャートである。 従来例のコジェネレーション装置のブロック図である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るコジェネレーション装置について図１〜図４を用いて説明する。図１に示すように、コジェネレーション装置１００は、商用電源２２と電力負荷２３との間の商用電力経路８８に配設された分電盤２１に接続される。コジェネレーション装置１００は、給電装置１（連系ユニット）と、自立出力拡張制御装置（自立ユニット）３０と、自立専用コンセント４０（停電時電力取出部）と、連系／自立切替スイッチ３８（外部切替手段）と、熱源機２５とを備えている。給電装置１は、発電装置２と、電力変換装置（連系型変換器）３と、ノイズフィルタ１９と、漏電ブレーカ２０と、メイン制御部１７（自己消費運転制御部及び連系／自立運転制御部）及び認識回路１８（切替認識手段）を有するシステム制御装置１６とを備えている。分電盤２１と給電装置１との間には、電力線１ｍが接続されている。給電装置１には、電力線１ｍを接続可能とする連系出力部８５が設けられている。連系出力部８５と発電装置２との間は、連系路１ａにより接続されている。連系路１ａは、連系出力部８５で電力線１ｍと接続されて、電力線１ｍとともに連系給電路を構成する。連系路１ａ上には、発電装置２の側から連系出力部８５の側に向かって順に、電力変換装置３、ノイズフィルタ１９及び漏電ブレーカ２０を配置している。

発電装置２は、ガスエンジン及び発電機である。ガスエンジンの燃料は、都市ガス、ＰＬガスなどの燃料ガスである。発電機は、ガスエンジンにより発生した駆動力でロータが回転されることで、３相交流電力を発生させる。なお、ガスエンジンの起動方法は、電力変換装置３が備えるモータリング機能にて電気で回転させてから点火を行う。

電力変換装置３は、連系型変換器７１と、電流センサ７と、拡張接続部（接続部）１３と、連系遮断器８と、内部電源回路７３と、運転制御部１２とを備えている。連系型変換器７１と、電流センサ７と、拡張接続部１３と、連系遮断器８は、この順で、発電装置２の側から連系出力部８５の側に向けて、連系路１ａに配置されている。連系型変換器７１は、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路４と、ＤＣ／ＡＣインバータ回路５ａと、ＬＣフィルタ６とを有する。ＡＣ／ＤＣコンバータ回路４と、ＤＣ／ＡＣインバータ回路５ａと、ＬＣフィルタ６は、連系路１ａ上に発電装置２の側からこの順で配置されている。

ＡＣ／ＤＣコンバータ回路４は、例えば、高速スイッチング素子（ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなど）とダイオードを三相分６素子備えていて、発電装置２により発生した２３０Ｖの３相交流電圧を３６０Ｖの直流電力に昇圧変換する。ＤＣ／ＡＣインバータ回路５ａは、高速スイッチング素子（ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなど）とダイオードにて２相Ｈブリッジ回路より構成されており、直流電力を２００Ｖの単相交流電力に変換する。連系配線形式として単相３線接続させる。ＡＣ／ＤＣコンバータ回路４とＤＣ／ＡＣインバータ回路５ａとで、発電装置２により発生した３相交流電力を商用系統電力と同期のとれた単相２００Ｖ交流電力に変換される。ＬＣフィルタ６は、ＤＣ／ＡＣインバータ回路５ａで変換された交流電流を正弦波形に整える。

電流センサ７は、ＬＣフィルタ６を経た交流電流の電流値を測定し、電流値信号を運転制御部１２に入力させる。拡張接続部１３は、例えば、コネクタで構成され、連系路１ａに、自立出力拡張制御装置３０を接続可能にしている。連系遮断器８は、ａ接点リレー又はｂ接点リレーであり、運転制御部１２の信号により接点を開閉することで、連系路１ａを導通又は遮断させる。

ノイズフィルタ１９は、電力変換装置３で発生したノイズを連系路１ａから除去する。漏電ブレーカ２０は、安全装置であり、連系路１ａに漏電電流が流れると自動的に電気を遮断する。

内部電源回路７３は、連系路１ａの分岐点1ａから分岐して電源遮断器９及び整流回路５ｂを経て第１，第２の内部電源１０，１１に至る経路１ｕと、連系路１ａ上のＡＣ／ＤＣコンバータ回路４とＤＣ／ＡＣインバータ回路５ａとの間の直流中間部の分岐点１ｂから分岐して第１，第２の内部電源１０，１１に至る経路１ｄとを有する。電源遮断器９は、連系路１ａ上の連系遮断器８と背反の関係にある。コジェネレーションシステム起動時には、連系遮断器８が解列され、電源遮断器９が接続されて、発電装置２により発生した電力が経路１ｄ、１ｕを流れて、第１，第２の内部電源１０、１１に給電される。システム起動開始後には、連系遮断器８が接続され、電源遮断器９は解列されて、経路１ｄを経て第、第２の内部電源１０，１１に給電されながら、連系路１ａから連系電力が出力される。

第１の内部電源１０は、例えば、他励式絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路からなり、運転制御部１２、及びシステム制御装置１６に設けられたメイン制御部１７に電源を供給する。電源遮断器９は、ａ接点リレー又はｂ接点リレーであり、運転制御部１２の信号により接点を開閉することで、電源路１ｄを導通又は遮断させる。第２の内部電源１１は、例えば、第１の内部電源１０と同様、例えば、他励式絶縁型ＤＣ／ＤＣコンバータ回路からなり、給電装置１のアクチュエータ類に給電する。

電力変換装置３の運転制御部１２は、マイクロプロセッサからなり、商用電源２２が通電状態（正常）であるか又は停電状態（異常）であるかを検知するとともに、商用系統電力の通電又は停電の状態に応じて電力変換装置３の各回路や各装置を制御している。運転制御部１２は、システム制御装置１６のメイン制御部１７とともに、自己消費運転制御部及び連系／自立運転制御部を構成している。

システム制御装置１６は、メイン制御部１７と、認識回路１８とを有する。メイン制御部１７は、マイクロプロセッサからなり、運転制御部１２とマイコン間通信を行い、運転制御部１２に自己消費運転の制御、並びに連系運転及び自立運転の制御を行わせる。メイン制御部１７は、コジェネレーション装置１００内のアクチュエータ類を制御している。

認識回路１８は、メイン制御部１７と運転制御部１２との間のマイコン間通信を成立させている。また、図２に示すように、認識回路１８は、フォトカプラ１８ａを備える信号入力回路であり、後述の自立切替信号線３９を通じて外部の切替スイッチ３８に接続している。

自立出力拡張制御装置３０は、自立専用コンセント４０に交流電力を給電する装置である。自立出力拡張制御装置３０は、連系遮断器３１（遮断器）と、ノイズフィルタ３２と、自立出力遮断器３３及び自立出力部３６と、熱源機出力遮断器３４及び熱源機電力供給部３７と、自立制御回路３５とを有する。自立出力拡張制御装置３０は、電力変換装置３の拡張接続部１３に接続されている。

自立出力拡張制御装置３０は、迂回路１ｆを有する。迂回路１ｆは、連系路１ａの途中に介在されることで連系路１ａを迂回させる。迂回路１ｆは、拡張接続部１３において連系路１ａと接続している。連系路１ａの発電装置２の側と、連系路１ａの連系出力部８５の側とは、拡張接続部１３に形成された２端子に接続されており、２端子間には、迂回路１ｆが接続されている。迂回路１ｆには、連系遮断器３１が配設されている。迂回路１ｆは、連系遮断器３１よりも発電装置２の側で分岐している。迂回路１ｆから分岐した分岐路は、ノイズフィルタ３２を経て分岐点１ｇにおいて２つの経路に分岐している。この分岐した経路のうち一方の自立出力経路１ｈは、自立出力部３６に繋がり、分岐した経路のうち他方の熱源出力経路１ｉは、熱源機電力供給部３７に繋がる。なお、自立出力拡張制御装置３０のノイズフィルタ３２は、給電装置1内のノイズフィルタ１９と同様にノイズ除去を行う。

分岐点１ｇと自立出力部３６との間の自立出力経路１ｈには、自立出力遮断器３３が配設されている。分岐点１ｇと熱源機電力供給部３７との間の熱源出力経路１ｉには、熱源機出力遮断器３４が配設されている。ノイズフィルタ３２の上流（迂回路１ｆ側）には自立制御回路３５を構成している。自立制御回路３５は、自立出力経路１ｈ及び熱源出力経路１ｉへの出力電圧の検出回路と共に自立出力拡張制御装置３０内の各遮断器（３１、３３、３４）のＯＮ／ＯＦＦを行う制御回路から構成される。拡張接続部１３を介して、電力変換装置３の運転制御部１２と自立制御回路３５が接続されることで、運転制御部１２は、連系型変換器７１に自立出力経路１ｈ及び熱源出力経路１ｉへの出力電圧が所定の電圧になるように調整している。

自立出力部３６は接続端子であり、電力線１ｊに接続可能とされている。自立出力経路１ｈは、自立出力部３６で電力線１ｊに接続されて、電力線１ｊとともに停電時給電路を構成する。自立出力部３６は、電力線１ｊを介して自立専用コンセント４０に接続される。熱源機電力供給部３７は、接続端子であり、電力線１ｋに接続可能とされている。熱源出力経路１ｉは、熱源機電力供給部３７で電力線１ｋに接続されて、電力線１ｋとともに熱源機給電路を構成する。熱源機電力供給部３７は、電力線１ｋを介して熱源機２５に接続される。

連系／自立切替スイッチ３８は、コジェネレーション装置１００の外部の屋内などに配設される。連系／自立切替スイッチ３８は、２接点選択スイッチであり、熱源機２５への電力供給経路に配設される。一方の接点には商用電源（ＡＣ１００Ｖ）が接続され、もう一方の接点へは熱源機電力供給部３７からの電力線１ｋが接続される。連系運転の時は商用電源側の接点が接続され、自立運転の時は電力線１ｋ側の接点が接続される二者選択の切替を行う。連系／自立切替スイッチ３８の切替操作は、使用者が手動で行う。

図２に示すように、連系／自立切替スイッチ３８は、スイッチの動きに機械的に連動して開閉する信号スイッチ３８ａを備えている。信号スイッチ３８ａは、自立切替信号線３９上に配置されている。自立切替信号線３９は、システム制御装置１６の認識回路１８の一部が信号入力回路１６ａから外部に引き出されて、連系／自立切替スイッチ３８に引き回された信号線である。自立切替信号線３９には、フォトカプラ１８ａの発光ダイオード（発光素子）が接続されている。また、フォトカプラ１８ａのフォトトランジスタ（受光素子）は、メイン制御部１７に接続されている。自立切替信号線３９には、電圧Ｖｃ２が印加されており、フォトトランジスタのコレクタ側には、電圧Ｖｃ１が印加されている。この電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２はいずれも内部電源１０から導かれた５Ｖの直流電力である。フォトカプラ１８ａの発光素子及び受光素子の下流側は、いずれも接地されている。

連系／自立切替スイッチ３８の商用電源２２側の接点が熱源機２５と接続された場合には、信号スイッチ３８ａが開き、自立切替信号線３９には電流は流れず、認識回路１８にも電流は流れない。フォトトランジスタのコレクタ側の電位は５ｖを維持し、これをメイン制御部１７は連系信号が入力された状態と判断する。連系／自立切替スイッチ３８の電力線１ｋ側の接点が熱源機２５と接続された場合には、信号スイッチ３８ａが閉じて、自立切替信号線３９に電流が流れ、認識回路１８に電流が流れ、フォトトランジスタのコレクタ側の電位がゼロに下がる。電位の低下をメイン制御部１７は感知し、自立信号が入力されたと判断する。このようにして、認識回路１８を通じて、連系／自立切替スイッチ３８から出力された連系信号又は自立信号がメイン制御部１７に認識される。

本実施形態では、認識回路１８がフォトカプラ１８ａを備えている例を示したが,図３に示すように、フォトカプラ１８ａに代えてトランジスタ１８ｂを備えていても良い。この場合、トランジスタのベース端子に自立切替信号線３９を接続し、コレクタ端子にメイン制御部１７を接続する。自立切替信号線３９の信号スイッチ３８ａよりも上流側にはレジュレータ回路１８ｃを設置する。

また、連系／自立切替スイッチ３８として２接点選択スイッチの代わりに、信号スイッチと機械的に連動した２つコンセントを用いても良い。第１のコンセントは商用電源２２に接続され、第２のコンセントは熱源機電力供給部３７からの電力線１ｋに接続されている。停電時に、熱源機２５と接続する電力コードを、第１のコンセントに差し込むと、熱源機２５は商用電源２２からの電力で作動するとともに、信号スイッチ３８ａは自立切替信号線３９の遮断を維持し、内部消費運転のみが実行される。熱源機２５と接続する電力コードを、第２のコンセントに差し込むと、熱源機２５は、熱源機電力供給部３７を通じて、発電装置２で発生した電力で作動するとともに、信号スイッチ３８ａは自立切替信号線３９を接続し、内部消費運転が実行されつつ自立運転が実行される。

熱源機２５は、貯湯装置又は給湯器であり、給電装置１の外部に配設されている。熱源機２５と、給電装置１の発電装置２との間には、排熱回収回路２４が配設されている。排熱回収回路２４は、発電装置２であるガスエンジンの駆動により発生する熱を回収して、熱源機２５に移送する。熱源機２５は、通常時（連系運転時）には商用電源２２に接続されていて、商用電源２２から供給される交流電力で作動する。

次に、本例のコジェネレーション装置１００の作動について説明する。まず、図略の起動スイッチをＯＮとする。商用電源２２が正常（通電状態）である場合に、運転制御部１２は、商用電源２２が正常であることを検知して連系運転を行う。連系運転は、発電装置２により発生し連系型変換器７１により変換された交流電力を連系路１ａを通じて商用電力経路に給電する。

連系運転時は、連系遮断器３１を閉じて、連系路１ａを接続させる。またこの時、自立出力遮断器３３及び熱源機出力遮断器３４を解列させ電力線１ｊ、１ｋは遮断状態にある。熱源機２５は、連系／自立切替えスイッチ３８が商用電源側の接点に接続されることで、商用電源２２で動作する。

メイン制御部１７は、コジェネレーション装置１００内の各種アクチュエータ類を作動させる。メイン制御部１７は、発電装置２に起動信号を送信する。発電装置２は、起動信号を受けて、商用電源２２からの給電によりガスエンジンの出力軸に構成した発電機のモータリングを行い、ガスエンジンをクランキングさせてガスエンジンを起動させる。

点火が行われガスエンジンによりロータの駆動が開始されると、ロータの回転に対して回生制御を行うと、３相交流電力が発生される。３相交流電力は、連系路１ａを経て、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路４により、直流電力に変換される。続いて、直流電力は、ＤＣ／ＡＣインバータ回路５ａにより単相２００Ｖの交流電力に変換される。交流電力は、ＬＣフィルタ６により正弦波に整えられて、所定の周波数成分を出力する。正弦波に整えられた交流電力は、電流センサ７により電流量が検知され、更に拡張接続部１３及び迂回路１ｆを経由する。交流電力は、迂回路１ｆ内の連系遮断器３１を経て、連系路１ａに戻り、連系遮断器８を通過し、ノイズフィルタ１９でノイズを除去し、漏電ブレーカ２０及び連系／自立切替スイッチ３８を経て分電盤２１に給電される。分電盤２１に給電された交流電力は、分電盤２１で、商用電源２２から出力された商用系統電力と合流し、電力負荷２３に給電される。連系運転中、発電装置２で発生した電力の一部は、コジェネレーションシステム内で自己消費される。

ここで、電流センサ７で検知された交流電力の電流値は、運転制御部１２に出力されて、運転制御部１２により電流値が所定の出力となるようにシステムが制御される。

また、商用電源２２が正常である場合には、コジェネレーション装置１００の熱源機２５は、商用系統電力により作動する。熱源機２５は、発電機２により発生した熱エネルギーを排熱回収回路２４を通じて回収利用する。

さて、図４に示すように、ステップＳ１においてコジェネレーション装置１００が連系運転を行っている際に、ステップＳ２において、商用電源２２で停電が生じたとする。この場合、運転制御部１２は、商用電源２２で停電が生じていることを検知する。ステップＳ３において、運転制御部１２は、自立出力拡張制御装置３０の自立制御回路３５に、連系遮断器３１を解列させる命令を出力する。自立制御回路３５を経て、連系遮断器３１を解列させて、連系路１ａの迂回路１ｆを遮断する。これにより、発電装置２により発生した電力の商用電源２２への出力は停止される。運転制御部１２は、合わせて連系遮断器８も解列する。

すると、ステップＳ４において、図１の経路Ａに示すように、発電装置２により発生した交流電力は、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路４を経て直流電力に変換された後、電源路１ｄに流れて、第１，第２の内部電源１０，１１に給電される。第１の内部電源１０から運転制御部１２及びメイン制御部１７に給電され、第２の内部電源１１から補機１５に給電される。これにより、発電装置２から発生した電力が、コジェネレーション装置の内部で自己消費されて、コジェネレーション装置が自己消費運転を行い、商用電源２２への出力を絶った運転状態となる。

ここで、ステップＳ５において、使用者が連系／自立切替スイッチ３８を自立側に（熱源機２５の電源接続を商用電源２２側から電力線１ｋ側へ）切り替える。これにともない、連系／自立切替スイッチ３８から出力された自立信号が自立切替信号線３９及び認識回路１８を介してシステム制御装置１６に入力される。

ステップＳ６において、システム制御装置１６のメイン制御部１７は、自立切替信号３９を認識する。ステップＳ７において、システム制御装置１６は電力変換装置３へ自立出力を指示する。この自立出力命令により電力変換装置３の運転制御部１２は、自立出力拡張制御装置３０の自立制御回路３５経由にて、自立出力遮断器３３及び熱源機出力遮断器３４を閉じる（ＯＮ）ように制御して、自立出力経路１ｈ及び熱源出力経路１ｉに供給される電力が例えば単相交流１００Ｖとなるように制御する。

ステップＳ８において、コジェネレーション装置１００は自立運転を行う。図１の経路Ｂに示されるように、発電装置２により発生した電力が、自立専用コンセント４０及び熱源機２５に給電される。自立専用コンセント４０の使用が可能となり、また熱源機２５により熱エネルギーの利用が可能となる。

商用電源２２が停電から正常に復帰した場合には、運転制御部１２は、商用電源２２が正常に復帰したことを認識する。この場合、システムとしては、表示灯又はスピーカにより、商用電源２２が正常に復帰したことを使用者に知らせることができる（図示なし）。使用者は、系統が復帰したことを知り、連系／自立切替スイッチ３８を自立側から連系側に切り替えることで、システムを連系運転に戻すことができる。この切替え操作で、熱源機２５の電源供給は商用電源２２に切り替える。

一方、図５は、本発明の参考形態のコジェネレーション装置である。本実施形態のコジェネレーション装置１００は、図５に示す参考形態としてのコジェネレーション装置の給電装置１を基本構成とし、この基本構成に自立拡張制御装置３０を追加搭載したものである。図５に示すコジェネレーション装置１００が、図１に示すコジェネレーション装置と相違する点は、自立拡張制御装置３０及び連系／自立切替スイッチ３８が追加搭載されている点である。図５では、発電変換装置３の拡張接続部１３の２端子間を直接接続することで、連系路１ａが連結されている。図１では、自立拡張制御装置３０に形成された迂回路１ｆの２つの両端部が、拡張接続部１３の２端子にそれぞれ接続されて、連系路１ａと迂回路１ｆとが接続されている。また、図５に示すコジェネレーション装置では、連系路１ａが迂回路１ｆに接続されていない。また、熱源機２５の電源経路に連系／自立切替スイッチ３８を設けておらず、また、連系／自立切替スイッチ３８から出力される自立切替信号３９を受信する信号入力回路１６ａ及び認識回路１８も設けていない。

図５に示すコジェネレーション装置でも、商用電源２２が正常の場合には、発電装置２から発生する電力を、電力変換装置３により交流電力に変換して商用電源に給電することができる。停電が生じた場合には、連系遮断器８を遮断して連系路１ａへの電力供給を停止させるため、発電装置２により発生した電力を非常用電力として取り出せない。

本実施形態においては、図１に示すように、発電装置２の作動時に商用系統電力が停電した場合には、連系遮断器８が作動して連系路１ａが遮断され、商用電源２２への電力供給が停止される。また、自立拡張制御装置３０を通じて、商用電源２２とは別個の自立専用コンセント４０に非常用電力が供給される。このため、停電時に商用電源２２とは別個の自立専用コンセント４０から電力を取り出すことができる。また、停電時には、発電装置２から発生した電力は、電力変換装置３及び自立拡張制御装置３０を通じて熱源機２５に給電されるため、熱源機２５の利用が可能となる。

また、停電時の自立運転は、稀に行うレアケースである。連系出力運転と一体で自立運転を可能とするコジェネレーション装置は構成が肥大化し、また開発コストの増加にもつながる。本実施形態では、使用者による連系／自立切替スイッチ３８の切替により自立運転が開始される。このように、本実施形態のコジェネレーション装置１００は、使用者の志向・必要に応じて自立運転に移行させることができ、利便性が高い。

本実施形態のコジェネレーション装置１００は、熟考により既に完成している基本構成の連系型変換装置３の設計を変更させずに、新しい自立拡張制御装置３０を追加搭載している。このため、コジェネレーション装置１００の安定な作動を確保しつつ、稀に生じる停電時の非常用発電にも適用することができる。

また、連系運転中に商用電源２２に停電が生じた場合に、連系遮断器３１および８により連系路１ａを解列させ、コジェネレーション装置内での自己消費運転を行っている。このため、発電装置２及び電力変換装置３の停止・起動を省略してスムーズに自立出力部３６への非常用電力の供給が可能となる。

発電装置２は、発電時に発生する熱を廃棄しないと発電を維持することが困難である。本実施形態のコジェネレーション１００装置では、発電装置２の作動中で停電が生じた時に、自立専用コンセント４０及び熱源機２５の双方に電力を供給して、熱源機２５との連携運転を行っている。このため、発電装置２で生じた熱が熱源機２５により利用され、発電装置２の排熱が可能となり、長時間の自立発電運転が可能である。

本実施形態では、発電装置２として、ガスエンジンと発電機とを備えているが、その代わりに燃料電池を用いても良い。燃料電池には、燃料ガスを改質することで生成した水素を燃料極側に、酸素を空気極側に供給することで電池反応が起こり、電気エネルギーが生じて、５０〜１２０Ｖ程度の直流電力が出力される。燃料電池から発生する電力は直流であるため、給電装置１のコンバータ回路４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路とし、直流電流を３６０Ｖに昇圧させる。発電装置２が燃料電池である場合にも、電池反応により燃料電池が発熱するため、排熱回収回路２４及び熱源機２５を必要とする。

本実施形態では、停電時に交流電力を出力可能な停電時出力部が自立専用コンセント４０であるが、商用電力経路８８であってもよい。例えば、商用電力経路８８上の分電盤２１に、連系出力部８５からの電力線１ｍと接続する連系専用端子の他に、自立出力拡張制御装置３０からの電力線１ｊと接続する自立専用端子を設けておき、停電時には自立専用端子に商用電力経路８８を接続させることで、商用電力経路８８を通じて電力負荷２３に電力を供給される。

（第２の実施形態）
本実施形態のコジェネレーション装置は、図６に示すように、自立起動ユニット６４を備えている。自立起動ユニット６４は、蓄電手段５０と自立起動制御装置６０と充電回路６２とを有する。蓄電手段５０は、蓄電池である。

自立起動制御装置６０は、蓄電手段５０からの電力を給電装置１に供給するとともに、蓄電手段５０からの電力を発電装置２起動のために昇圧させる。自立起動制御装置６０は、自立起動制御出力部５９と、信号入力部８３と、蓄電入力部８４と、電力出力部８２と、絶縁電源回路５３と、起動制御部５４と、昇圧コンバータ回路５７とを有する。自立起動制御出力部５９は、経路Ｃを通じて、コジェネレーション装置１００のシステム制御装置１６と接続されており、システム制御装置１６と信号の送受信をしたり、システム制御装置１６にＣＰＵ電源を給電したりする。信号入力部８３は、自立切替信号線３９を介して連系／自立切替スイッチ３８と接続されていて、連系／自立切替スイッチ３８からの自立切替信号が入力される。蓄電入力部８４は、充電回路６２と接続されていて、充電回路６２から出力された蓄電用電力が入力される。電力出力部８２は、起動電力路１ｐを介して蓄電手段５０と接続されていて、蓄電手段５０からの起動用電力を電力変換装置３に出力する。

起動電力路１ｐには、蓄電手段５０から電力出力部８２に向けて順に、電圧検知回路５８、起動電力遮断器５６、昇圧コンバータ回路５７、逆流防止ダイオード８１が配設されている。電圧検知回路５８は、蓄電手段５０の電圧を検知し、検知電圧信号を、自立起動制御出力部５９を介してシステム制御装置１６に送信する。起動電力遮断器５６は、ａ接点リレーであり、起動制御部５４からの信号により開閉が切り替えられる。昇圧コンバータ回路５７は、高速スイッチング素子（ＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴなど）や絶縁トランスおよびリアクトルを主に備え、ドライブ回路５５から高速スイッチング動作指示を行うことで、電圧を昇圧させて流通させる。昇圧コンバータ回路５７は、蓄電手段５０からの１２Ｖの直流電力を、２４０Ｖの直流電力に変換する。

図６、図７に示すように、蓄電手段５０と絶縁電源回路５３との間には、制御部起動経路１ｒが介在している。制御部起動経路１ｒには、蓄電手段５０から絶縁電源回路５３に向けて順に、第１の制御電源遮断器５１、及び第２の制御電源遮断器５２が配設されている。第１の制御電源遮断器５１はａ接点リレーであり、第２の制御電源遮断器５２はｂ接点リレーである。絶縁電源回路５３は、蓄電手段５０からの１２Ｖの直流電力を、複数種の電圧の直流電力Ｖｃａ、Ｖｃｂに変換する。一方の直流電力Ｖｃａは、起動制御部５４に出力され、他方の直流電力Ｖｃｂは自立起動制御出力部５９を通じてメイン制御部１７に出力される。なお、複数電力を出力する絶縁電源回路に代えて、電源レジュレータ回路を用いて、起動制御部５４及びメイン制御部１７に電源を出力することも可能である。蓄電手段５０と蓄電入力部８４との間には蓄電路１ｓが介在している。蓄電路１ｓには充電遮断器６３が配設されている。充電遮断器６３はａ接点リレー又はｂ接点リレーである。

図７に示すように、自立起動制御装置６０は、第１の実施形態と同様のフォトカプラ１８ａを有する認識回路１８０を備えている。フォトカプラ１８ａの発光ダイオード側は、システム通電状態及び無通電状態でも、自立切替信号線３９を通じて蓄電手段５０に接続されていて、蓄電手段５０からの電圧が常時印加されている。フォトカプラ１８ａのフォトトランジスタ側も、図略ではあるが、システム通電状態及び無通電状態でも蓄電手段５０に接続されていて、蓄電手段５０からの電圧Ｖｃ１が常時印加されている。システム制御基板１６の認識回路１８は、自立起動制御装置６０の絶縁電源回路５３と接続されている。この認識回路１８がなく、自立起動制御装置６０とメイン制御部１７とが直接接続していてもよい。

本実施形態においても、図６，図７に示すように、連系／自立切替スイッチ３８の商用電源２２側の接点が熱源機２５と接続された場合には、信号スイッチ３８ａが開き、自立切替信号線３９には電流は流れず、フォトカプラ１８ａは導通しない。受光側のフォトトランジスタのコレクタ側の電位は５ｖを維持し、これを起動制御部５４は連系信号が入力された状態と判断する。また、自立切替信号線３９には電気が流れないため、第１の制御電源遮断器５１も解列した状態を維持する。

連系／自立切替スイッチ３８の電力線１ｋ側の接点が熱源機２５と接続された場合には、信号スイッチ３８ａが閉じて、自立切替信号線３９に電流が流れ、フォトカプラ１８ａが導通し、受信側のフォトトランジスタのコレクタ側の電位がゼロに下がる。電位の低下を起動制御部５４は感知し、自立信号が入力されたと判断する。

このようにして、認識回路１８０を通じて、連系／自立切替スイッチ３８から出力された連系信号又は自立信号が起動制御部５４に認識される。なお、本実施形態では、認識回路１８０がフォトカプラ１８ａを備えている例を示したが,図３に示すように、フォトカプラに代えてトランジスタ１８ｂを備えていても良い。この場合、トランジスタ１８ｂのベース端子に自立切替信号線３９を接続し、コレクタ端子に起動制御部５４を接続する。

図８に示すように、本実施形態のコジェネレーション装置は、例えば、給電装置１と、自立出力拡張制御装置３０と自立起動ユニット６４とを、それぞれ別個のケースに収容している。給電装置１を本体装置とし、自立出力拡張制御装置３０及び自立起動ユニット６４は、給電装置１に追加搭載されている。自立出力拡張制御装置３０に設けられた自立出力部３６及び熱源機電力供給部３７、並びに給電装置１に設けられた連系出力部８５は、いずれも接続端子である。自立出力部３６は電力線１ｊを接続可能とし、熱源機電力供給部３７は電力線１ｋを接続可能とし、連系出力部８５は、分殿盤２１で商用電力経路８８に繋がる電力線１ｍを接続可能としている。

本実施形態のコジェネレーション装置の給電装置１、自立出力拡張制御装置３０、連系／自立切替スイッチ３８、熱源機２５の構成は、第１の実施形態と同様である。

本実施形態のコジェネレーション装置１００では、商用電源２２が正常である場合の連系運転、及び発電装置２が作動中に停電になったときの自立運転の作動は、前記第１の実施形態と同様である。本実施形態のコジェネレーション装置１００が、第１の実施形態のコジェネレーション装置と相違するのは、発電装置２が停止しているときに商用電源２２で停電が生じた場合に、第１の実施形態では自立起動運転ができないが、本実施形態では自立起動運転ができる点である。以下、発電装置２が停止しているときに商用電源２２で停電が生じた場合の本実施形態のコジェネレーション装置の作動について図９〜図１０を用いて説明する。

まず、図９に示すように、ステップＳ１０において、コジェネレーション装置１００は、停止・待機状態である。ステップＳ１１において、この停止・待機状態で商用電源２２で停電が発生したとする。停止・待機中での停電であるため、ステップＳ１２において、システムは無通電状態となる。システム無通電状態とは、商用電源２２が停電であり、連系運転を開始し得ない状態をいう。この状態でも、前記のように認識回路１８０と自立切替信号線３９には蓄電手段５０により電圧が印加されている。蓄電手段５０の電力は消費されていない。

ステップＳ１３において、使用者が連系／自立切替スイッチ３８を手動で自立側に切り替える。第１の実施の形態と同様、熱源機２５の電源供給経路が商用電源２２から電力線１ｋ（熱源機給電路）に切り替える。これに伴い、図７に示すように、連系／自立切替スイッチ３８の操作と連動して自立信号が、自立切替信号線３９を介して、認識回路１８０及び、自立起動制御装置６０に入力される。

ステップＳ１４において、自立切替信号線３９の自立信号入力と連動して、第１の制御電源遮断器５１の接点がONとなる。自立切替信号線３９は第２の制御電源遮断器５２とは接続していない。第２の制御電源遮断器５２は、ｂ接点リレーであるため、無通電状態で接点が閉じた（ＯＮ）状態を維持している。

ステップＳ１５において、第１，第２の制御電源遮断器５１，５２の双方がＯＮとされるため、蓄電手段５０から制御部起動経路１ｒを通じて、絶縁電源回路５３に１２Ｖの直流電力が入力される。直流電力は、絶縁電源回路５３で２種類の直流電力Ｖｃａ，Ｖｃｂに変圧される。

ステップＳ１６において、一方の直流電力Ｖｃａは、起動制御部５４に入力されて、起動制御部５４が起動される。これとともに、ステップＳ１７において、他方の直流電力Ｖｃｂは、自立起動制御出力部５９に入力され、更に自立起動制御出力部５９とシステム制御装置１６とを繋ぐ経路Ｃを経由して、メイン制御部１７を有するシステム制御装置１６に給電される。これにより、システム制御装置１６が起動される。

そして、ステップＳ１８において、自立起動制御装置６０の起動制御部５４とシステム制御装置１６のメイン制御部１７との間でＣＰＵ間通信が開始される。

次に、図１０に示すように、ステップＳ１９において、起動された起動制御部５４は待機状態とされる。ステップＳ２０において、メイン制御部１７は、起動制御部５４とのＣＰＵ間通信により、自立起動制御装置６０の自立運転の起動を認識する。ステップＳ２１において、メイン制御部１７は、自立起動制御装置６０に自立運転の起動を指示する。

ステップＳ２２において、起動制御部５４は、メイン制御部１７からの自立運転の起動指示を受ける。起動制御部５４は、起動電力遮断器５６をＯＮとし、接点を閉じ、また、起動制御部５４は、昇圧コンバータ回路５７用のドライブ回路５５を動作させる。

ステップＳ２３において、蓄電手段５０からの起動用の直流電源が、起動電力路１ｐを経て流れ、昇圧コンバータ回路５７にて１２Ｖから２４０Ｖに昇圧される。起動用の直流電源は、電力出力部８１から経路Ｄを経て、給電装置１の電力変換装置３の自立起動入力回路１４に入力される。

ステップＳ２４において、自立起動入力回路１４に入力された起動用の直流電源は、連系路１ａのコンバータ回路４とインバータ回路５との間の直流中間部に入力される。ステップＳ２５、Ｓ２６において、直流中間部に入力された直流電源は、それぞれ第１，第２の内部電源１０，１１を起動させる。ステップＳ２７において、第１の内部電源１０は運転制御部１２を起動させる。ステップＳ２８において、起動された運転制御部１２は、システム制御装置１６のメイン制御部１７との間でＣＰＵ間通信を開始する。

ステップＳ２９において、メイン制御部１７は、発電装置２及び電力変換装置３にガスエンジンの起動を指示する。ステップＳ３０において、電力変換装置３では、経路Dより入力される直流電源を元に、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路４を介して３相交流電力に変換し、モータインバータ動作で発電装置２が起動される。即ち、交流電力で発電機のロータが回転される。ロータに連結されているガスエンジンをクランキングさせる。ステップ３１において、メイン制御部１７は、発電装置２のガスエンジンに点火を指示する。ガスエンジンの燃焼室内で燃料ガスに点火され、ガスエンジンへ燃焼ガスが導入される。ステップＳ３２において、燃料ガスの燃焼によりガスエンジンが起動される。ガスエンジンで熱エネルギーが発生し、クランクシャフトで回転エネルギーに変換される。

ステップＳ３３において、ガスエンジンの回転に対し電力変換装置３が回生制御を行うことで、給電装置１は発電状態に移行する。給電装置１が発電状態に移行すると、図１に示すように、自立出力遮断器３３及び熱源機出力遮断器３４は閉じられてＯＮとされる。この時、連系出力部８５の連系遮断器８および自立出力拡張制御装置３０の連系遮断器３１はＯＦＦで連系路１ａは遮断状態ある。これにより、コジェネレーション装置１００は、自立運転を開始する。連系路１ａと接続している自立出力経路１ｈ及び熱源出力経路１ｉには、発電装置２から発生した電力が流れ、自立出力経路１ｈ及び電力線１ｊを通じて自立専用コンセント４０から非常用電力として自立電力を取り出すことができる。また、熱源出力経路１ｉ及び電力線１ｋを通じて、熱源機２５に電力が供給されて、熱源機２５が作動を開始する。

ステップＳ３４において、ガスエンジンの起動により発電装置２が発電状態に移行すると、発電装置２により発生した電力が、図１に示す経路Ａを通じて、第１の内部電源１０および第２の内部電源１１に給電されて電源が確保される。システム制御装置１６のメイン制御部１７は、蓄電手段５０による電力供給を遮断する指示を自立起動装置６０に出力する。

ステップＳ３５において、メイン制御部１７の指示により、自立起動装置６０の自立制御部５４は、ドライブ回路５５の動作を停止させて昇圧コンバータ回路５７の作動を停止させる。また、自立制御部５４は、起動電力遮断器５６を解列（ＯＦＦ）させ、起動電力路１ｐを遮断させる。

また、ステップＳ３６において、メイン制御部１７は、自立起動制御出力部５９を通じて第２の制御電源遮断器５２に遮断信号を直接出力する。第２の制御電源遮断器５２が解列（ＯＦＦ）されて、制御部起動経路１ｒが遮断される。これにより、蓄電手段５０の電力消費が抑制される。

また、本実施形態のコジェネレーション装置は、蓄電手段５０に充電をすることもできる。即ち、連系運転時に、自立起動制御装置６０内の電圧監視回路５８にて、蓄電手段５０の端子間電圧を検知する。端子間電圧の状態により、システム制御装置１６のメイン制御部１７は、自立制御装置６０内の充電遮断器６３を制御する。商用電源２２が正常で連系運転をしている際または余剰の電力が発生したときなどに、充電遮断器６３をＯＮとすることで、連系路１ａ上のノイズフィルタ１９に設けられているＡＣ分岐路６１から経路Ｅを通じて、自立起動ユニット６４内の充電回路６２に交流電流を供給する。充電回路６２は、ＡＣ／ＤＣコンバータ回路であり、交流電流を直流電流に変換して蓄電手段５０により蓄電可能な形式の電流とする。充電回路６２から出力された直流電流は、蓄電路１ｓを経て蓄電手段５０に給電される。

本実施形態では、充電回路６２は、給電装置１のノイズフィルタ１９と自立起動制御装置６０の蓄電入力部８４との間にＡＣ／ＤＣ変換回路として配置したが、充電回路６２は、給電装置１と自立起動装置６０の蓄電手段５０との間であれば、どこに配置してもよい。充電回路６２は、例えば、図１１に示すように、自立起動装置６０の起動電力路１ｐの途中にＤＣ／ＤＣ変換回路として設けることもできる。充電回路６２は、起動電力路１ｐの電力出力部８２と逆流防止ダイオード８１との間に配置することがよい。この場合、充電回路６２は、ＤＣ／ＤＣインバータ回路（降圧変換器）であるとよい。図１１に示す位置に充電回路６２を配置する場合にも、充電回路６２と蓄電手段５０との間には、充電遮断器６３を配置するとよい。充電遮断器６３は、自立起動制御出力部５９を通じてメイン制御部１７の指示により開閉する。

（第３の実施形態）
本実施形態のコジェネレーション装置は、図１２に示すように、自立起動ユニット６４に更に太陽光発電装置６７が追加搭載されている。自立起動ユニット６４は、太陽光発電装置６７で生じた電力が入力される太陽光発電入力部６５と、２つの昇圧コンバータ回路５７ａ、５７ｂと、ドライブ回路５５ａ、５５ｂとを有する。太陽光発電装置６７は、太陽電池モジュールを備えており、２００Ｖ程度の直流電力を発生させ得る。２つの昇圧コンバータ回路５７ａ、５７ｂは、起動電力路１ｐ上に配置されている。一方の昇圧コンバータ回路５７ａは蓄電手段５０の側に配置され、他方の昇圧コンバータ回路５７ｂは電力出力部８２の側に配置されている。昇圧コンバータ回路５７ａと昇圧コンバータ回路５７ｂとの間には、太陽光発電入力部６５から入力される電源を合流させる接続点１ｑが形成されている。蓄電手段５０からの直流電力の電圧が１２Ｖである場合、一方の昇圧コンバータ回路５７ａは、蓄電手段５０の側から流れてくる直流電力を太陽光発電装置６７と同レベルの２００Ｖ程度まで昇圧させる。他方の昇圧コンバータ回路５７ｂは、２００Ｖの直流電力を発電装置２の起動に必要な電圧２４０〜３００Ｖ程度まで昇圧させる。ドライブ回路５５ａ、５５ｂは、起動制御部５４からの信号を受けて、昇圧コンバータ回路５７ａ、５７ｂを駆動させる。

また、太陽光発電入力部６５と接続点１ｑとの間には、逆流防止ダイオード８５が配設されている。ダイオード８５は、夜間などで太陽光発電装置６７の発電量がゼロに近いときに、起動電力路１ｐからの電流が太陽光発電装置６７に逆流することを防止している。

太陽光発電入力部６５から接続点１ｑへの経路の延長線上に、電源回路６６が設けられている。電源回路６６は、降圧変換器であり、太陽光発電入力部６５で発生した２００Ｖの直流電流を１２Ｖの直流電流に変換する。電源回路６６から生成した１２Ｖの直流電流は、起動電力路１ｐ上の蓄電手段５０と制御電源遮断器５６との間に供給される。その他の構成は、第２の実施形態と同様である。

本実施形態のコジェネレーション装置の自立起動ユニット６４以外の構成、即ち、給電装置１、自立出力拡張制御装置３０、連系／自立切替スイッチ３８、熱源機２５の構成は、第２の実施形態と同様である。

実施形態のコジェネレーション装置の作動を説明する。発電装置２が停止している間に商用電源３で停電が生じた場合、第２の実施形態と同様に、電力変換装置３が停止した後に連系／自立切替スイッチ３８が自立側に切り替えられたとき（図９のステップＳ１３）、第１，第２の制御電源遮断器５１、５２がＯＮとされる。これにより、太陽光発電装置６７で発生した２００Ｖの直流電力が、電源回路６６で１２Ｖに降圧され、制御部起動経路１ｒに入力される。また、蓄電手段５０に電力が蓄積されている場合には、蓄電手段５０からも制御起動経路１ｒに電力が入力される。制御部起動経路１ｒ上に配設されている絶縁電源回路５３は、１２Ｖの直流電力を５Ｖに降圧させる。以後、図９，図１０のステップＳ１６〜Ｓ２１を行う。

次に、起動電力遮断器５６をＯＮとするとともに、ドライブ回路５５ａ、５５ｂに昇圧信号を送り、昇圧コンバータ回路５７ａ、５７ｂを作動させる。すると、起動電源路１ｐに直流電源が流れ、起動電力路１ｐ途中の昇圧コンバータ回路５７ａで１２Ｖから２００Ｖ、昇圧コンバータ回路５７ｂで２４０Ｖ〜３００Ｖに昇圧される。ステップＳ２４〜Ｓ３３において、電力出力部８２から経路Ｄを経て運転制御部１２を起動させ、発電装置２を起動させて、給電装置１を発電状態とする。メイン制御部１７から自立起動制御装置６０に停止指示が出力され、ドライブ回路５５ａ、５５ｂの作動が停止され、起動電力遮断器５６が開放（ＯＦＦ）とされ、制御電源遮断器５２が開放（ＯＦＦ）される。

本実施形態では、自立起動制御装置６０が、蓄電手段５０を備えているだけでなく、太陽光発電装置６７にも接続されている。このため、蓄電手段５０に蓄積されている電力がゼロに近いときであっても、太陽光発電装置６７により電力が生成される。また、夜間などのように太陽光発電装置６７で生成する電力がゼロに近いときであっても、蓄電手段５０により発電装置を起動させて発電状態とすることができる。このため、自立起動制御装置６０により給電装置１を確実に起動させることができる。

本実施形態においては、商用電源２２が正常で給電装置１が連系運転しているときに、ノイズフィルタ１９から取り込み充電回路６２を通じて蓄電手段５０を蓄電している。しかし、給電装置１からの出力電力で蓄電する代わりに、太陽光発電装置６７で生成した電力を太陽光発電入力部６５及び電源回路６６を通じて蓄電手段５０に蓄電させることができる。太陽光発電装置６７により蓄電手段５０に蓄電する場合、充電回路６２、蓄電入力部８４、充電遮断器６３は不要となる。

また、本実施形態では蓄電手段５０と太陽光発電装置６７とを併用しているが、蓄電手段５０は設けていなくてもよい。蓄電手段５０を設けていない場合には、充電回路６２及び充電遮断器６３も不要となる。そして、太陽光発電装置６７により生成する電力で、発電装置２を起動させることとなる。

（第４の実施形態）
本実施形態のコジェネレーション装置は、図１３に示すように、連系／自立切替スイッチ３８の構成が第２の実施形態のコジェネレーション装置と相違する。

本実施形態では、連系／自立切替スイッチ３８は３点連動スイッチであり、連系給電路を構成する電力線と、停電時給電路を構成する電力線１ｊと、熱源機給電路を構成する電力線１ｋのそれぞれの途中に配設されていて、各線を切断、接続する。連系／自立切替スイッチ３８により、連系給電路を構成する電力線を接続（ＯＮ）、停電時給電路を構成する電力線１ｊを切断（ＯＦＦ）、熱源機給電路を構成する電力線１ｋを切断（ＯＦＦ）とすると、連系運転が行われる。連系給電路を構成する電力線を切断（ＯＦＦ）、停電時給電路を構成する電力線１ｊを接続（ＯＮ）、熱源機給電路を構成する電力線１ｋを接続（ＯＮ）とすると、自立運転が行われる。連系／自立切替スイッチ３８の切替操作は使用者が手動で行う。連系／自立切替スイッチ３８の切替は、第１の実施形態と同様に、信号スイッチ３８ａの切替に機械的に連動する（図２）。

商用電源２２が正常である場合に、連系／自立切替スイッチ３８を連系運転モードに切り替えると、熱源機２５は商用系統電力により作動される。商用電源２２に停電が生じた場合には、第２の実施形態の図９に示すステップＳ１２と同様に、コジェネレーション装置が無通電状態とされる。ステップＳ１３において、連系／自立切替スイッチ３８の切替により、自立運転モードに切り替えると、信号スイッチ３８ａが接続（ＯＮ）されて、自立切替信号線３９を通じて自立起動制御装置６０に送信される。自立起動制御装置６０の起動制御部が切替信号を検知すると、これをトリガーとして、ステップＳ１４〜Ｓ３６において、自立起動制御装置６０の起動運転が開始され、発電装置２及び電力変換装置３が起動されて自立運転が開始される。

本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、連系／自立切替スイッチ３８により熱源機２５と自立出力拡張制御装置３０とが接続されたことをトリガーとして、自立起動制御装置６０が作動を開始している。このため、発電装置２が起動するときに、熱源機２５の作動により発電装置２から発生する熱が回収される。ゆえに、発電装置２が長時間作動することができ、自立専用コンセント４０から非常用電力を長期間取り出すことができる。

（第５の実施形態）
本実施形態のコジェネレーション装置は、震度計を備えている。震度計は、図１に示すシステム制御装置１６に配設されている。震度計は震度に関する震度情報をメイン制御部１７に送信する。メイン制御部１７は震度計から送信される震度情報に基づいて、コジェネレーション装置１００の作動を停止するか、それとも自己消費運転を行うかを判断する。本実施形態のコジェネレーション装置のその他の構成は、第１の実施形態と同様である。

図１４は、本実施形態の地震発生により停電した場合のコジェネレーション装置の作動を示すフローチャートである。図１４のステップＳ１〜Ｓ８は、図４に示すフローチャートのステップＳ１〜Ｓ８と同じである。ステップＳ１において、発電装置２が作動して連系運転を行っているときに、ステップＳ２において停電が発生したとする。この場合、給電装置１の自立出力拡張制御装置３０の連系遮断器３１が解列する。迂回路１ｆが遮断されて、迂回路１ｆを接続している連系路１ａも遮断される。

次に、ステップＳ４１において、震度計が震度を検出し、震度に関する震度情報をメイン制御部１７に送信する。メイン制御部１７は、停電時運転制御手段を有する。停電時運転制御手段は、震度情報に基づいて、コジェネレーション装置１００の自己消費運転を緊急停止させるか否かの判断を行う。震度が所定値以上の場合にはステップＳ４２においてコジェネレーション装置１００の自己消費運転を緊急停止させ、所定値未満の場合にはステップＳ４３において自己消費運転に移行する。メイン制御部１７が自己消費運転を行うと判断した場合には、それ以後のステップＳ４〜Ｓ８を、図４に示す第１の実施形態のステップＳ４〜Ｓ８と同様に行う。

本実施形態においては、地震により停電が生じた場合、メイン制御部１７は、コジェネレーション装置が自己消費運転をすることが可能か、又は緊急停止をさせることが必要かを判断している。このため震度が所定値未満の場合で自己消費運転が可能である場合には、コジェネレーション装置は自己消費運転を行い、自立運転に備える。このため、停電時に不用意な停止を防止できる。また、震度が所定値以上である場合には、メイン制御部１７の判断で緊急停止される。このため、震度が大きい場合にコジェネレーション装置の自己消費運転を回避させることができる。

また、本実施形態において、ステップＳ４１において、震度が所定値以上である場合には、コジェネレーション装置１００を緊急停止させると判断する。緊急停止した場合の停電時の再起動は、第２の実施形態以降いずれかの起動構成およびステップが必要となる。

また、本実施形態においては地震により緊急停止する必要があるか否かを判断したが、発電装置２への燃料ガスの供給が停止したか否かを判断基準にすることも可能である。この場合、発電装置２への燃料ガスの供給が停止した場合にはコジェレネーション装置を緊急停止させる。

また、コジェネレーション装置の筐体内部に水分計を設けて、水分検知の際にコジェネレーション装置を救急停止させることも可能である。これにより、浸水時などの漏電を防止することができる。

（変形例）
第１〜第５の実施形態では、自立出力拡張制御装置３０を給電装置１とは別個に追加搭載している。しかし、自立出力拡張制御装置３０は、給電装置１の中に組み入れて、一体構成とすることも可能である。また、第２〜第４の実施形態では、自立起動制御装置６０を給電装置１及び自立出力拡張制御装置３０とは別個に追加搭載している。しかし、自立起動制御装置６０は、給電装置１及び自立出力拡張制御装置３０の中に組み入れて一体構成とすることも可能である。

１：給電装置、１ａ：連系路（連系給電路）、１ｆ：迂回路（連系給電路）、１ｉ：熱源出力経路（熱源機給電路）、１ｈ：自立出力経路（停電時給電路）、１ｊ：電力線（停電時給電路）、１ｋ：電力線（熱源機給電路）、１ｍ：電力線（連系給電路）、２：発電装置、３：電力変換装置（連系ユニット）、４：ＡＣ／ＤＣコンバータ回路、５ａ、５ｂ：ＤＣ／ＡＣインバータ回路、６：ＬＣフィルタ、８，３１；連系遮断器、１２：連系制御部、１３：拡張接続部（接続部）、１７：メイン制御部、１８、１８０：認識回路、１８ａ：フォトカプラ、１８ｂ：トランジスタ、２１：分電盤、２２：商用電源、２５：熱源機、３０：自立出力拡張制御装置（自立ユニット）、３６：自立出力部、３７：熱源機電力供給部（熱源機給電路）、３８：連系／自立切替スイッチ（切替スイッチ）、４０：自立専用コンセント、５０：蓄電手段、５４：起動制御部、６０：自立起動制御装置、６４：自立起動ユニット、６７：太陽光発電装置、７１：連系型変換器、７２：連系出力部、７３：内部電源回路、１００：コジェネレーション装置。

Claims (7)

1. 商用電源と電力負荷との間の商用電力経路に接続されるコジェネレーションシステムであって、
   発電装置と、
   前記発電装置に接続され前記発電装置により発生した電力を、前記商用電力経路を流れる商用系統電力と同期のとれた交流電力に変換する連系型変換器と、
   前記連系型変換器と前記商用電力経路との間を接続可能とする連系給電路と、
   前記商用電源の停電時において前記発電装置で発電し前記連系型変換器により変換された前記交流電力を取り出す停電時電力取出部と、
   前記連系型変換器と前記停電時電力取出部との間を接続可能とする停電時給電路と、
   前記連系給電路を遮断又は接続する遮断器と、
   前記停電時に前記遮断器により前記連系給電路を遮断するとともに前記発電装置の作動により発生した電力により前記連系型変換器を作動させる自己消費運転を制御する自己消費運転制御部と、
   使用者の操作により、前記交流電力を前記停電時給電路を通じて前記停電時電力取出部に給電する自立運転を実行させる自立信号と、前記交流電力を前記連系給電路を通じて前記商用電力経路に給電させる連系運転を実行させる連系信号とを切り替えて出力する外部切替手段と、
   前記外部切替手段より出力された前記自立信号と前記連系信号との切替を認識する切替認識手段と、
   前記停電時に前記切替認識手段により前記自立信号が認識された場合には、前記自己消費運転制御部により前記連系型変換器を前記発電装置で発生した電力で作動させて、前記発電装置により発生した前記電力を前記連系型変換器で前記交流電力に変換させて前記自立運転を実行させ、前記商用電源が正常に回復したときに前記切替認識手段により前記連系信号が認識された場合には、前記遮断器により接続された前記連系給電路を通じて前記連系運転を実行させる連系／自立運転制御部と、を備え、
   前記発電装置、前記連系型変換器、前記連系給電路、前記自己消費運転制御部、前記切替認識手段、及び前記連系／自立運転制御部は、連系ユニットを構成し、
   前記停電時給電路、前記停電時電力取出部、及び前記遮断器は、自立ユニットを構成しており、
   前記自立ユニットは、前記遮断器を配設させた迂回路を有し、
   前記連系ユニットは、前記連系給電路の途中、前記連系給電路と前記連系型変換器との間、又は前記連系給電路と前記商用電力経路との間のいずれかに前記迂回路を接続させて前記迂回路を前記連系給電路に組み入れる接続部を有するコジェネレーションシステム。
2. 更に、前記発電装置で発生した排熱から熱エネルギーを取り出す熱源機を備え、
   前記自立ユニットは、更に、前記連系型変換器と前記熱源機との間を接続可能とする熱源機給電路を有する請求項１に記載のコジェネレーションシステム。
3. 前記外部切替手段は、前記熱源機と前記商用電力経路との間の接続、又は前記熱源機と前記熱源機給電路との間の接続を切り替える切替スイッチを備え、前記熱源機と前記熱源機給電路との間を接続したときには前記自立信号を出力し、前記熱源機と前記商用電力経路との間を接続したときには前記連系信号を出力する請求項２に記載のコジェネレーションシステム。
4. 前記連系／自立運転制御部は、前記商用電源の停電を感知し、且つ前記切替認識手段が前記自立信号を認識したときに、前記自立運転を実行させる請求項３に記載のコジェネレーションシステム。
5. 更に、前記停電時の環境状況に基づいて、前記自己消費運転制御部に前記自己消費運転を行わせるか、又は前記自己消費運転を停止させるかを判断する停電時運転制御手段を備える請求項１〜４のいずれか１項に記載のコジェネレーションシステム。
6. 更に、前記発電装置により発生した電力を蓄電する蓄電手段を備え、
   前記停電時には前記蓄電手段に蓄電された電力により、前記発電装置を起動させる請求項１〜５のいずれか１項に記載のコジェネレーションシステム。
7. 更に、太陽光により電気を発生させる太陽光発電装置を備え、
   前記停電時には前記太陽光発電装置により発生した電力により、前記発電装置を起動させる請求項１〜６のいずれか１項に記載のコジェネレーションシステム。

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