JP6020891B2

JP6020891B2 - 発電システム

Info

Publication number: JP6020891B2
Application number: JP2012158242A
Authority: JP
Inventors: 悟司鈴木
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2016-11-02
Anticipated expiration: 2032-07-17
Also published as: JP2014023229A

Description

本発明は、発電システムに関する。

昨今、コジェネレーション装置等の発電ユニットが、自立運転により停電時の電力供給を担うものが多くなっている。例えば、特開２００６−２１７７６７号公報（特許文献１）に記載のコジェネレーション装置では、連系モードにしておくと、停電時に自動的に自立運転となり、復電時には自動的に連系運転となる。また、特開２００９−２８４５９０号公報（特許文献２）では、復電時に早急に自立運転から系統運転に切り替える技術が記載されている。

特開２００６−２１７７６７号公報特開２００９−２８４５９０号公報

しかしながら、上記装置のように復電後に自立運転から連系運転に自動的に切り替わる場合、切り替えの際に給電の瞬断や切替タイムラグによる一定時間の停電状態が発生し、自立対応負荷Ｚに供給する電力が不安定となる。短時間に当該切り替えが頻繁に起こると、自立対応負荷Ｚに悪影響が生じる。

また、上記装置では、停電となった際にスムーズに自立運転に移行することが前提となっている。しかし発電機や発電機を制御する制御装置の状態を確認しないまま自立運転に切り替わると、例えばエラー等で発電機が駆動しないまま制御装置への供給電力（非常電力）である制御電力だけが消耗してしまうおそれがある。また、自立運転と連系運転の切り替えにおいて、複雑な回路構成によるコスト増加も問題となっている。

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、簡易な構成により、不要な制御電力の消耗を抑制できると共に、負荷への悪影響を抑制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。

請求項１に記載の発明は、発電システムであって、商用電源に系統連系される発電機と、前記発電機を制御する制御装置と、系統連系された連系電力が入力される連系電力入力部と、系統連系されていない前記発電機の自立電力が入力される自立電力入力部と、前記連系電力または前記自立電力を負荷に出力する電力出力部を持つ電源切替装置と、を備え、前記電源切替装置は、前記連系電力入力部に入力された連系電力により駆動される第一継電器と、前記自立電力入力部に入力された自立電力により駆動される第二継電器と、前記第二継電器に直列接続された前記第一継電器の第一継電器第一Ｂ接点スイッチと、前記第一継電器に直列接続された前記第二継電器の第二継電器Ｂ接点スイッチと、前記連系電力入力部から入力され前記電力出力部に出力される連系電力を接続／遮断する前記第一継電器の第一継電器Ａ接点スイッチと、前記自立電力入力部から入力され前記電力出力部に出力される自立電力を接続／遮断する前記第二継電器の第二継電器Ａ接点スイッチと、前記第二継電器及び前記第一継電器第一Ｂ接点スイッチに直列接続され、前記連系電力入力部に前記連系電力が入力されていない場合にユーザの操作に応じて接続状態となり、前記連系電力入力部への前記連系電力の有無に関わらずユーザの操作に応じて遮断状態となる自立運転スイッチと、を備え、前記制御装置は、前記自立運転スイッチが接続状態になると前記発電機を自立運転させる。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記連系電力又は前記自立電力により充電され、前記自立運転スイッチが接続状態になると前記制御装置に電池電力を供給する二次電池と、前記二次電池の電池電力により駆動される第三継電器と、前記第三継電器に直列接続され、ユーザの操作に応じて接続／遮断される手動接続スイッチと、一端が前記手動接続スイッチの一端に接続され他端が前記手動接続スイッチの他端に接続された前記第三継電器の第三継電器第二Ａ接点スイッチと、を備え、前記自立運転スイッチは、前記第三継電器の第三継電器第一Ａ接点スイッチである。

請求項３に記載の発明は、請求項２において、前記二次電池の電池電力により駆動される第四継電器と、前記第四継電器に直列接続され、ユーザの操作に応じて接続／遮断される手動遮断スイッチと、前記第三継電器に直列接続される前記第四継電器の第四継電器Ｂ接点スイッチと、を備える。

請求項４に記載の発明は、請求項２又は３において、前記発電機の作動に関する所定条件が満たされた場合に前記制御装置に供給される前記電池電力を遮断する自動遮断部を備える。

請求項５に記載の発明は、請求項４において、前記自動遮断部は、前記第三継電器に直列接続され、前記所定条件が満たされた場合に遮断状態となって前記第三継電器への前記電池電力の供給を遮断する。

請求項１に記載の発明によれば、自立運転スイッチをユーザの意思により接続／遮断することができ、発電機のシステム状況（エラーの有無等）等を確認した後に連系運転から自立運転に切り替えることができる。これにより、不要な制御電力の消耗は抑制できる。また、本発明によれば、停電等が回復し復電した場合でも、ユーザが運転を切り替えない限り自立運転が継続され、接続された負荷に対して切替による瞬断無く安定して電力供給することができる。これにより、短期間における頻繁な運転切替による負荷への悪影響は抑制される。また、本発明によれば、継電器を利用した回路構成としてなっており、簡易な構成による運転切替システムの構築が可能であり、製造コストの増加が抑制される。

請求項２又は３に記載の発明によれば、非常時の制御電力は二次電池により供給される構成であって、継電器を利用した簡易な構成により自立運転スイッチを構築することができる。

請求項４に記載の発明によれば、所定条件が満たされれば自動遮断部により二次電源からの電力供給が停止され、電池電力の消耗は抑制される。請求項５に記載の発明によれば、継電器を利用した簡易な構成により自動遮断部を構築することができる。なお、非常時の制御電力は非常電力ともいえ、二次電池の電池電力は非常電力といえる。つまり、請求項１において、制御装置は、手動接続部が接続状態になると非常電力が供給される。そして、自動遮断部は、制御装置の指示により非常電力を遮断し、非常電力の消耗を抑制する。

本実施形態の発電システムの構成を示す概念図である。本実施形態の電源切替装置の回路構成を示す概念図である。本実施形態の制御電源装置の構成を示す概念図である。本実施形態の電源操作回路部の回路構成を示す概念図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。本実施形態の発電システムは、図１に示すように、主に、発電ユニット１と、制御装置２と、電源切替装置３と、制御電源切替操作装置４と、制御電源装置５と、を備えている。

発電ユニット１は、コジェネレーション装置であって、エンジン１１と、発電機１２と、インバータ１３と、連系出力部１４と、自立出力部１５と、排熱回収部１６と、発電出力切替スイッチ１７と、を備えている。主にエンジン１１と、発電機１２と、インバータ１３が発電装置を構成している。

エンジン１１は、ガスを燃料とするガスエンジンである。発電機１２は、エンジン１１の駆動力により作動して発電する。インバータ１３は、発電機１２が発電した発電電力を商用電源Ｘに基づく系統電源９０（Ｘ）に連系可能な交流電力に変換する装置である。連系出力部１４は、インバータ１３に発電出力切替スイッチ１７を介して接続される端子部であって、インバータ１３から出力される交流電力を分電盤９１に出力し、連系運転時に発電電力を系統電源９０に連系させる。自立出力部１５は、インバータ１３に発電出力切替スイッチ１７を介して接続される端子部であって、系統電源９０からの電力供給が停止した場合に、発電電力を出力する。インバータ１３の出力端子は、発電出力切替スイッチ１７を介して連系出力部１４及び自立出力部１５に接続されているが、通常時は発電出力切替スイッチ１７が連系出力部１４に接続され、自立出力部１５とインバータ１３との間が遮断されているため連系出力部１４からのみ電力が出力される。

排熱回収部１６は、発電機１２の発電に伴って発生するエンジン１１の排熱を回収する装置であって、ラジエータや熱回路で構成されている。排熱回収部１６で回収された熱は、給湯などに利用される。発電出力切替スイッチ１７は、後述する第三継電器５５４が給電された状態で切替が可能となり、第三継電器５５４が給電されていない状態でインバータ１３と連系出力部１４の接続が固定となる電磁スイッチである。発電出力切替スイッチ１７は、連系出力部１４または自立出力部１５とインバータ１３とをつなぐ位置に配置されている。

制御装置２は、ＣＰＵを有する電子制御ユニット（ＥＣＵ）であって、発電ユニット１を制御する。制御装置２は、例えば、エンジン１１を起動させるスタータに給電することでエンジン１１を起動させる。制御装置２は、例えば、電力の負荷状況に応じてエンジン１１の駆動を制御し発電量を制御する。制御装置２は、コンデンサや電池等の内部電源を有していても良く、この場合所定時間は給電なしで作動できる。

電源切替装置３は、接続端子として、分電盤９１を介して系統電源９０に接続される連系電力入力部１００と、自立出力部１５に接続された自立電力入力部１０１と、自立対応負荷Ｚに接続された電力出力部１０２と、を備えている。電源切替装置３は、自立対応負荷Ｚとの接続を、連系電力（系統電源９０）と自立電力（自立出力部１５）とで切り替えるための回路である。

具体的に、電源切替装置３は、図２に示すように、第一継電器３１と、第一継電器Ａ接点スイッチ３１１と、第一継電器Ｂ接点スイッチ３１２と、第二継電器３２と、第二継電器Ａ接点スイッチ３２１と、第二継電器Ｂ接点スイッチ３２２と、第三継電器第一Ａ接点スイッチ３３１と、を備えている。

第一継電器３１は、第二継電器Ｂ接点スイッチ３２２を介して連系電力入力部１００（系統電源９０）に並列接続されている。第一継電器３１は、第二継電器Ｂ接点スイッチ３２２が接続状態（すなわち第二継電器３２のＯＦＦ状態）となった場合に、連系電力入力部１００から電力を供給される。第一継電器３１は、各スイッチ３１１、３１２、５５２を開閉し、各スイッチ３１１、３１２、５５２の状態を接続状態と遮断状態で切り替える。

Ａ接点スイッチは、継電器本体が給電された状態で接続状態となり、継電器本体が給電されていない状態で遮断状態となる。反対に、Ｂ接点スイッチは、継電器本体が給電された状態で遮断状態となり、継電器本体が給電されていない状態で接続状態となる。つまり、各第一継電器スイッチ３１１、３１２、５５２は第一継電器３１への給電に連動し、各第二継電器スイッチ３２１、３２２は第二継電器３２への給電に連動し、各第三継電器スイッチ３３１、５５４ａ、５５４ｂは後述する第三継電器５５４への給電に連動する。後述する第四継電器５５６も同様である。

第一継電器Ａ接点スイッチ３１１は、連系電力入力部１００（系統電源９０）と電力出力部１０２（自立対応負荷Ｚ）との間を接続／遮断する電磁スイッチである。第一継電器Ｂ接点スイッチ３１２は、第三継電器第一Ａ接点スイッチ３３１と第二継電器３２との間を接続／遮断する電磁スイッチである。

第二継電器３２は、第三継電器第一Ａ接点スイッチ３３１と第一継電器Ｂ接点スイッチ３１２を介して自立電力入力部１０１（自立出力部１５）に並列接続されている。第二継電器Ａ接点スイッチ３２１は、自立電力入力部１０１（自立出力部１５）と電力出力部１０２（自立対応負荷Ｚ）との間を接続／遮断する電磁スイッチである。第二継電器Ｂ接点スイッチ３２２は、連系電力入力部１００（系統電源９０）と第一継電器３１との間を接続／遮断する電磁スイッチである。

後述する第三継電器５５４に対応する第三継電器第一Ａ接点スイッチ３３１は、自立電力入力部１０１と第一継電器Ｂ接点スイッチ３１２との間を接続／遮断する電磁スイッチである。

制御電源切替操作装置４は、制御電源装置５の手動操作装置である。ユーザは、制御電源切替操作装置４の手動操作スイッチ又はボタン（図示せず）を操作して、制御電源を切り替えることができる。詳細には後述する。

制御電源装置５は、主に制御装置２を作動させる電力である制御電力を供給する装置である。制御電源装置５は、制御装置２に制御電源供給部１８を介して制御電力を供給する。制御電源装置５は、図３に示すように、二次電池５１と、充電部５２と、第一電源部５３と、第二電源部５４と、電源操作回路部５５と、ダイオード５６、５７と、を備えている。制御電源切替操作装置４は、電源操作回路部５５に接続され、手動操作スイッチにより手動接続スイッチ５５１と手動遮断スイッチ５５５の接続／遮断を制御する機能を備えている。制御電源装置５の中で第二電源部５４を含む自立制御電源制御部６は、自立発電を行うのに特有の機能であって、第一電源部５３と離れた位置にあっても良い。たとえば、自立制御電源制御部６は発電ユニット１の外部に別構造体として独立して設置して、電線で接続しても良い。

二次電池５１は、充電可能な電池であって、ここではバッテリを用いている。二次電池５１は、充電部５２を介して発電出力切替スイッチ１７に接続されると共に、出力先として電源操作回路部５５にも接続されている。充電部５２は、バッテリ充電器であって、発電出力切替スイッチ１７を介して連系出力部１４又は自立出力部１５からの給電により二次電池５１を充電する。充電部５２は、二次電池５１の蓄電状況に応じで二次電池５１を充電する。充電部５２は、発電機１２にも接続されている。充電部５２は、連系出力部１４（系統電源９０）からの給電が無く、且つインバータ１３の発電出力がＯＦＦされている状態の時であっても、エンジン１１が作動し且つエンジン１１の動力により発電機１２が作動している時には発電機１２から給電されることもできる。

第一電源部５３は、系統電源１４（９０）から供給された電力（交流）を制御装置２が作動可能な電力（直流）に変換する装置であって、いわゆるＡＣ−ＤＣコンバータ（整流器）である。第一電源部５３の入力端子は連系出力部１４（系統電源９０）に接続され、第一電源部５３の出力端子はダイオード５６のアノードに接続されている。第一電源部５３は、ダイオード５６を介して制御装置２に制御電力を供給する。

第二電源部５４は、二次電池５１から電源操作回路部５５を介して供給された電力（直流）を制御装置２が作動可能な電力（直流）に変換する装置であって、いわゆるＤＣ−ＤＣコンバータである。第二電源部５４の入力端子は電源操作回路部５５に接続され、第二電源部５４の出力端子はダイオード５７のアノードに接続されている。第二電源部５４は、ダイオード５７を介して制御装置２に制御電力を供給する。ダイオード５６、５７は、逆流を防止するための保護回路であって、この構成により電源故障を抑制できる。

電源操作回路部５５は、二次電池５１と第二電源部５４との間に配置されている。電源操作回路部５５は、図４に示すように、手動接続スイッチ５５１と、第三継電器第二Ａ接点スイッチ５５４ａと、第三継電器第三Ａ接点スイッチ５５４ｂと、第一継電器第二Ｂ接点スイッチ５５２と、第四継電器Ｂ接点スイッチ５５６ａと、自動遮断スイッチ５５３と、第三継電器５５４と、手動遮断スイッチ５５５と、第四継電器５５６と、を備えている。手動接続スイッチ５５１と手動遮断スイッチ５５５は、制御電源切替操作装置４に収納される手動操作スイッチ（以下、接続ボタン又は遮断ボタンとも称する）に連動して接続／遮断される。

手動接続スイッチ５５１は、ユーザの操作に連動するスイッチである。手動接続スイッチ５５１の一方は二次電池５１の正極に接続され、手動接続スイッチ５５１の他方は第一継電器第二Ｂ接点スイッチ５５２に接続されている。手動接続スイッチ５５１は、ユーザにより電源切替操作装置４の接続ボタンが押されることで上記両者間が接続され、接続ボタンが押されない状態で両者間が遮断されるスイッチである。

第三継電器第二Ａ接点スイッチ５５４ａは、手動接続スイッチ５５１に並列に接続された電磁スイッチである。後述するが、手動接続スイッチ５５１が接続状態となり第三継電器５５４が給電されると、第三継電器第二Ａ接点スイッチ５５４ａが接続状態となり、手動接続スイッチ５５１が遮断状態となっても第三継電器第二Ａ接点スイッチ５５４ａを介して第三継電器５５４に向けて給電が行われることとなる。つまり、第三継電器第二Ａ接点スイッチ５５４ａは、手動接続スイッチ５５１が一度接続状態となったらそれを保持する自己保持機能を有している。

第三継電器第三Ａ接点スイッチ５５４ｂの一方は二次電池５１の正極に接続され、第三継電器第三Ａ接点スイッチ５５４ｂの他方はグランド（ＧＮＤ）と第二電源部５４に接続されている。

第一継電器第二Ｂ接点スイッチ５５２の一方は手動接続スイッチ５５１及び第三継電器第二Ａ接点スイッチ５５４ａに接続され、第一継電器第二Ｂ接点スイッチ５５２の他方は第四継電器Ｂ接点スイッチ５５６ａに接続されている。第一継電器第二Ｂ接点スイッチ５５２は、第一継電器３１が給電されると遮断状態となり、第一継電器３１が給電されていないと接続状態となる電磁スイッチである。第一継電器第二Ｂ接点スイッチ５５２は、インターロックとして機能する。

第四継電器Ｂ接点スイッチ５５６ａの一方は第一継電器第二Ｂ接点スイッチ５５２に接続され、第四継電器Ｂ接点スイッチ５５６ａの他方は自動遮断スイッチ５５３に接続されている。第四継電器Ｂ接点スイッチ５５６ａは、他のＢ接点スイッチ同様、第四継電器５５６の給電の有無に連動して接続状態／遮断状態となる。

自動遮断スイッチ（「自動遮断部」に相当する）５５３は、制御装置２の制御によりオン／オフ（接続／遮断）するスイッチである。自動遮断スイッチ５５３の一方は第四継電器Ｂ接点スイッチ５５６ａに接続され、自動遮断スイッチ５５３の他方は第三継電器５５４に接続されている。第三継電器５５４の一方は自動遮断スイッチ５５３に接続され、第三継電器５５４の他方はグランドに接続されている。第三継電器５５４も、他の継電器本体と同様の機能を発揮する。

手動遮断スイッチ５５５は、ユーザの操作に連動するスイッチである。手動遮断スイッチ５５５の一方は二次電池５１の正極に接続され、手動遮断スイッチ５５５の他方は第四継電器５５６に接続されている。手動遮断スイッチ５５５は、ユーザにより制御電源切替操作装置４の遮断ボタンが押されること（あるいは接続ボタンがＯＦＦ側に操作されること）で上記両者間が接続され、遮断ボタンが押されない状態で両者間が遮断されるスイッチである。

第四継電器５５６の一方は手動遮断スイッチ５５５に接続され、第四継電器５５６の他方はグランドで接続されている。第四継電器５５６も、他の継電器本体と同様の機能を発揮する。手動遮断スイッチの接続／遮断によって二次電池５１と第四継電器５５６の接続／遮断が決まる構成となっている。本構成によれば、手動遮断スイッチ５５５による第四継電器５５６の操作が常時有効となり、第四継電器５５６の動作が第三継電器５５４の動作より優先的に動作し、第四継電器５５６動作中の第三継電器５５４の動作が抑制される。手動遮断スイッチ５５５によれば、連系電力の供給の有無に関わらず第三継電器５５４への給電を遮断することができる。

（作用効果）
本実施形態の作用効果について説明する。通常時、すなわち系統電源９０（商用電源Ｘ）から正常に給電されている場合、制御装置２の指示により発電出力切替スイッチ１７が連系出力部１４側に切り替えられる。系統電源９０から連系出力部１４を介して供給される電力により充電部５２が二次電池５１を充電するとともに、系統電源９０から連系出力部１４を介して供給される電力は第一電源部５３が制御電力に変換して制御装置２に供給されている。

制御装置２の制御によりエンジン１１が駆動されて発電機１２が発電する。これにより、発電ユニット１は連系出力部１４から電力を出力し、分電盤９１に供給する。連系出力部１４から出力された電力は系統電源９０の電力と共に電源切替装置３の連系入力部１００に給電される。発電出力切替スイッチ１７によりインバータ１３と自立出力部１５の間は遮断されている。

分電盤９１を介して電源切替装置３の連系電力入力部１００に系統電源９０から給電がなされる。電源切替装置３では、通常時に第三継電器５５４が給電されないため、第三継電器第一Ａ接点スイッチ３３１が遮断状態となり、第二継電器３２は給電されることなく、第二継電器Ｂ接点スイッチ３２２は接続状態となる。これにより、第一継電器３１が系統電源９０（１００）から給電され、第一継電器Ａ接点スイッチ３１１が接続状態となり、系統電源９０（１００）から負荷Ｚ（１０２）に電力供給がなされる。

具体的な動作の流れとしては、通常時には第三継電器５５４に給電されていないため、第三継電器第一Ａ接点スイッチ３３１、第三継電器第二Ａ接点スイッチ５５４ａ、第三継電器第三Ａ接点スイッチ５５４ｂは遮断されている。第三継電器第一Ａ接点スイッチ３３１が遮断されているため、第二継電器３２は給電されない。第二継電器３２が給電されていないため、第二継電器Ｂ接点スイッチ３２２は接続され、第二継電器Ａ接点スイッチ３２１は遮断されている。第二継電器Ｂ接点スイッチ３２２が接続されているため、第一継電器３１は給電される。第一継電器３１が給電されているため、第一継電器Ａ接点スイッチ３１１が接続され、連系入力部１００に給電された電力は電力出力部１０２から自立対応負荷Ｚに供給される。第一継電器３１が給電されているため、第一継電器第一Ｂ接点スイッチ３１２、第一継電器第二Ｂ接点スイッチ５５２は遮断されている。通常時には第四継電器５５６に給電されていないため、第四継電器Ｂ接点スイッチ５５６ａは接続されている。

通常時は、第一継電器第二Ｂ接点スイッチ５５２が遮断状態であるため、第三継電器５５４に給電されることはない。また、手動遮断スイッチ５５５が接続状態であれば第四継電器本体５６が給電されることはない。なお、自動遮断スイッチ５５３は、制御装置２の指示により接続状態に保たれている。

通常時、制御電源装置５では、系統電源９０（連系出力部１４）から供給される電力により充電部５２が二次電池５１を１００％充電になるまで充電しつつ、第一電源部５３が系統電源９０（１４）から供給される電力を制御電力に変換して制御装置２に供給する。

＜非常時（停電時）＞
一方、非常時、すなわち停電等により商用電源Ｘからの給電が停止した場合、連系入力部１００への給電が停止され、エンジン１１が停止される。これに伴い第一継電器３１への給電が停止する。第一継電器３１が給電されていないため、第一継電器Ａ接点スイッチ３１１が遮断され、第一継電器第一Ｂ接点スイッチ３１２及び第一継電器第二Ｂ接点スイッチ５５２が接続される。第一継電器Ａ接点スイッチ３１１が遮断されるため、自立対応負荷Ｚへの系統電力９０の供給が停止される。第二継電器３２、第三継電器５５４、及び第四継電器５５６は非給電のままである。第二継電器Ａ接点スイッチ３２１、第三継電器第一Ａ接点スイッチ３３１、第三継電器第二Ａ接点スイッチ５５４ａ、及び第三継電器第三Ａ接点スイッチ５５４ｂは遮断されたままであり、第二継電器Ｂ接点スイッチ３２２、第四継電器Ｂ接点スイッチ５５６ａ、及び自動遮断スイッチ５５３は接続されたままである。

＜自立運転＞
上記非常時に、ユーザが制御電源切替スイッチ４に設けられた接続ボタンを押すと、電源操作回路部５５において、手動接続スイッチ５５１が接続状態となり、第三継電器第二Ａ接点スイッチ５５４ａが接続状態となる。つまり、停電時に、第一継電器第二Ｂ接点スイッチ５５２、第四継電器Ｂ接点スイッチ５５６ａ、及び自動遮断スイッチ５５３は接続状態であるため、手動接続スイッチ５５１が接続されると、第三継電器５５４には二次電池５１の電力が給電される。

第三継電器５５４が給電されるため、第三継電器第二Ａ接点スイッチ５５４ａが接続状態となり、手動接続スイッチ５５１が遮断されても、第三継電器５５４に電力が給電され続ける。第三継電器５５４が給電されるため、第三継電器第一Ａ接点スイッチ３３１及び第三継電器第三Ａ接点スイッチ５５４ｂが接続される。電源操作回路部５５では、第三継電器第三Ａ接点スイッチ５５４ｂが接続状態となることで、二次電池５１の電池電力が第二電源部５４に供給される。第二電源部５４は、二次電池５１からの給電電力を制御電力に変換して制御装置２に供給する。制御装置２に制御電力が供給されることで、系統電源９０からの給電が無い状態であっても発電ユニット１の制御が可能となる。これにより、エンジン１１が起動され、発電機１２が発電を開始する。制御装置２が発電出力切替スイッチ１７を自立出力部１５側に切り替えて、発電ユニット１の電力が自立出力部１５に供給される。

停電時に、第一継電器第一Ｂ接点スイッチ３１２が接続状態であるため、第三継電器第一Ａ接点スイッチ３３１が接続されると、第二継電器３２に自立出力部１５から給電される。第二継電器３２が給電されるため、第二継電器Ａ接点スイッチ３２１が接続され、発電ユニット１の発電電力が電力出力部１０２から自立対応負荷Ｚに供給される。第二継電器３２が給電されるため、第二継電器Ｂ接点スイッチ３２２は遮断される。これにより、系統電源９０が復帰しても、第一継電器３１に給電されることがないため、第一継電器Ａ接点スイッチ３１１は遮断されたままであり、自動的に系統電力９０が自立対応負荷Ｚに供給されることはない。

第１継電器本体３１が給電されないため、第一継電器第一Ｂ接点スイッチ３１２、第一継電器第二Ｂ接点スイッチ５５２は接続されたままである。第四継電器５５６は給電されないままであり、第四継電器Ｂ接点スイッチ５５６ａは接続されたままである。また、自動遮断スイッチ５５３も接続されたままである。

自立運転中には、制御電源装置５はインバータ１３の発電出力がＯＦＦしている状態でも、発電機１２が作動していれば、発電機１２から第一電源部５３を介して電力が供給される。これにより、インバータ１３がＯＦＦしていても発電機１２の作動により制御電源の供給が維持される。

このように、制御装置２に制御電力が供給されることで、系統電源９０からの給電が無い状態であっても発電ユニット１の制御が可能となり、発電出力切替スイッチ１７により、インバータ１３と自立出力部１５を接続して、発電電力を自立出力部１５に供給することができる。そして、電源切替装置３では、自立出力部１５（１０１）から第二継電器３２に給電が為され、第二継電器Ａ接点スイッチ３２１が接続状態となり、自立出力部１５（１０１）と負荷Ｚ（１０２）が接続される。つまり、自立対応負荷Ｚ（１０２）への電極供給元が系統電源１００（９０）から自立出力部１５（１０１）に切り替えられ、自立対応負荷Ｚは自立出力部１５（１０１）から電力を供給される。また、自立発電動作中には、制御電源装置５はインバータ１３の発電出力がＯＦＦしている状態でも、発電機１２が作動していれば、発電機１２から電力を供給される。

本実施形態では、一部手動で自立運転への切り替えを行うため、二次電池５１の無駄な電力消費を抑制しながら自立電力を自立対応負荷Ｚに供給することができる。

＜連系復帰＞
また、系統電源１００（９０）が復旧して停電状態でなくなった場合でも、自立発電出力部１５（１０１）が自立対応負荷Ｚ（１０２）に供給されている間は、電源切替装置３において第二継電器３２に給電され、第二継電器Ｂ接点スイッチ３２２が遮断状態であるため、自立対応負荷Ｚ（１０２）への電力供給元が系統電源１００（９０）に切り替わることなく自立出力部１５（１０１）が維持される。これにより、連系と自立が切り替わる際に生じる瞬断や切り替えのタイムラグからくる自立対応負荷Ｚへの電力遮断等が頻繁に起こることを防止し、電力不安定による自立対応負荷Ｚへの悪影響を抑制することができる。短時間で停電と復電を繰り返した場合でも、電源が不安定になることは抑制される。

そして、自立運転から連系運転への切り替えは、手動遮断スイッチ５５５が接続状態となり、第四継電器５５６が給電され、第四継電器Ｂ接点スイッチ５５６ａが遮断状態となることで行うことができる。これにより、ユーザが意図しないタイミングでの切り替えは後述する場合（所定条件が満たされた場合）を除いて生じない。

具体的な動作の流れとしては、まず、ユーザが制御電源切替操作装置４を操作し、手動遮断スイッチ５５５が接続状態になると、第四継電器５５６が給電される。第四継電器５５６が給電されるため、第四継電器Ｂ接点スイッチ５５６ａが遮断される。第四継電器Ｂ接点スイッチ５５６ａが遮断されるため、第三継電器５５４への給電が停止される。第三継電器５５４が給電されないため、第三継電器第二Ａ接点スイッチ５５４ａ及び第三継電器第三Ａ接点スイッチ５５４ｂが遮断される。手動遮断スイッチ５５５が遮断され、第四継電器５５６への給電が停止されても、第三継電器第二Ａ接点スイッチ５５４ａが遮断されているため、第三継電器５５４への給電は停止されており、第三継電器第二Ａ接点スイッチ５５４ａ及び第三継電器第三Ａ接点スイッチ５５４ｂの遮断は継続される。

第三継電器５５４に給電されないため、第三継電器第一Ａ接点スイッチ３３１が遮断される。第三継電器第一Ａ接点スイッチ３３１が遮断されるため、第二継電器３２への給電が停止される。第二継電器３２が給電されないため、第二継電器Ａ接点スイッチ３２１が遮断され、発電ユニット１の自立電力の自立対応負荷Ｚへの供給が停止される。

第二継電器３２に給電されないため、第二継電器Ｂ接点スイッチ３２２が接続される。制御装置２によりエンジン１１が起動され、発電機１２が駆動され発電する。制御装置２の指示により発電出力切替スイッチ１７が連系出力部１４側に切り替えられる。第二継電器Ｂ接点スイッチ３２２が接続されているため、第一継電器３１が給電される。第一継電器３１が給電されているため、第一継電器Ａ接点スイッチ３１１が接続され、連系入力部１００に給電された電力が電力出力部１０２から自立対応負荷Ｚに供給される。第一継電器３１が給電されているため、第一継電器第一Ｂ接点スイッチ３１２及び第一継電器第二Ｂ接点スイッチ５５２は遮断状態となる。

＜自動遮断＞
ここで、自動遮断スイッチ５５３が制御装置２の制御に応じて遮断状態となった場合、第三継電器５５４への給電が停止され、電源切替装置３の第三継電器第一Ａ接点スイッチ３３１が遮断される。これにより、第二継電器３２への給電が停止され、第二継電器Ａ接点スイッチ３２１が遮断状態となり、第二継電器Ｂ接点スイッチ３２２が接続状態となる。そして、第一継電器３１が系統電源１００（９０）から給電され、第一継電器Ａ接点スイッチ３１１が接続状態となり、系統電源１００（９０）から自立対応負荷Ｚ（１０２）に電力が供給される。

具体的な動作の流れとしては、まず、所定条件が満たされると制御装置２の制御により自動遮断スイッチ５５３が遮断される。自動遮断スイッチ５５３が遮断されるため、第三継電器５５４への給電が停止される。第三継電器５５４が給電されないため、第三継電器第二Ａ接点スイッチ５５４ａ及び第三継電器第三Ａ接点スイッチ５５４ｂが遮断される。第三継電器５５４が給電されないため、第三継電器第一Ａ接点スイッチ３３１が遮断される。第三継電器第一Ａ接点スイッチ３３１が遮断されるため、第二継電器３２への給電が停止される。

第二継電器３２が給電されないため、第二継電器Ａ接点スイッチ３２１が遮断され、発電ユニット１の電力の自立対応負荷Ｚへの供給が停止される。第二継電器３２が給電されないため、第二継電器Ｂ接点スイッチ３２２が接続される。第三継電器第二Ａ接点スイッチ５５４ａ及び第三継電器第三Ａ接点スイッチ５５４ｂが遮断されているため、二次電池５１の電力が第二電源部５４及び制御装置２に供給されることはない。

ここで、系統電源９０が復帰していない場合（停電中の場合）、第一電源部５３から制御装置２への電力供給もなくなり、システムの全電源が遮断される（自殺回路）。

一方、系統電源９０が復帰している場合、第一電源部５３から制御装置２に電力が供給されている。連系入力部１００に系統電源９０の電力が供給されており、第二継電器Ｂ接点スイッチ３２２が接続されているため、第一継電器３１が給電される。第一継電器３１が給電されているため、第一継電器Ａ接点スイッチ３１１が接続され、連系入力部１００に給電された電力は電力出力部１０２から自立対応負荷Ｚに供給される。

第一継電器３１が給電されているため、第一継電器第一Ｂ接点スイッチ３１２及び第一継電器第二Ｂ接点スイッチ５５２は遮断されている。第四継電器５５６は給電されないままであり、第四継電器Ｂ接点スイッチ５５６ａは接続されている。そして、エンジン１１が起動され、発電機１２が駆動され発電する。制御装置２の指示により発電出力切替スイッチ１７が連系出力部１４側に切り替えられる。

ここで制御装置２の制御に応じて自動遮断スイッチ５５３を作動させるケース（発電機１２の作動に関する所定条件）としては、例えば、接続ボタンをＯＮしても何も作動しない状態が所定時間続いた場合、停電中において発電ユニット１が発電停止状態となって且つエラーも発生していない状態が所定時間続いた場合、停電中において自立運転始動時に発電始動ができずに所定回数始動動作を繰り返した後に警告表示を所定時間継続して表示するもユーザによる操作がない場合、停電中において自立運転中にエラーが検出されて発電が停止した際に警告表示を所定時間継続してもユーザによる操作がない場合、及び、システムがエラーで停止した場合等が挙げられる。ここでは例えば所定時間は５分に設定され、所定回数は３回に設定されている。

停電中に制御装置２が自動遮断スイッチ５５３を制御すると、第三継電器第三Ａ接点スイッチ５５４ｂが遮断され、第二電源部５４への給電が遮断され、結果として制御装置２への電力供給もなくなり、システムの全電源が遮断される。いわゆる自殺回路を構成している。このように、本実施形態では、自動遮断スイッチ５５３を有することで、手動で自立運転とした後に、二次電池５１を消耗する状態となった場合に、電源操作回路部５５を遮断して二次電池５１の消耗を抑制することができる。

本実施形態によれば、自立運転への切り替えをユーザの意図する操作により行い、ユーザが操作しない場合やシステムがエラー停止した場合等に二次電池５１側の電源供給を自動的に遮断する構成（半自動構成）となっており、知らないうちに二次電池５１が消耗して、いざというときに自立運転できないという状況を回避することができる。

また、その他の効果として、分電盤９１の発電ユニット用ブレーカ９３と自立負荷用ブレーカ９４を操作することにより、発電ユニット１と系統電源９０、及び自立対応負荷Ｚと系統電源９０とを切り離すことで、予め停電と同じ状態を作ることができ、例えば計画停電に備えて自立運転させることができる。これにより、給電瞬断等による自立対応負荷Ｚへの悪影響を抑制することができる。また、計画停電時に、無停電電源装置（ＵＰＳ）が無くても、切り替え時の一時的な停電によるユーザが認知しない機器の停止を抑制することができる。

また、制御電源装置５が整流器であるダイオード５６、５７を保護回路として有するため、通常時の電源装置（第一電源部５３）と非常時のための補助電源装置（第二電源部５４）とを混在して構成できる。

また、本実施形態では、継電器３１、３２が排他的に操作されるように、それぞれ互いにＢ接点によるインターロックを入れており、系統電源１００（９０）側が優先的にＯＮになり、停電時で自立出力が存在する場合のみ自立運転側がＯＮされる。

なお、本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、発電ユニット１は、エンジン式でなく、燃料電池式のコジェネレーション装置であっても良い。また、発電ユニット１は、コジェネレーション装置以外であっても良い。制御電源切替操作装置４は、別の外部電源に接続されている外部コントローラによるリモート操作としても良い。発電ユニット１に、負荷切替装置３や制御電源装置５などを全て内蔵していても良い。負荷切替装置３および制御電源装置５に相当する機能を外部で構成して、発電ユニット１に追加する形式でも良い。手動遮断スイッチ５５５と第四継電器５５６による操作は第四継電器５５６を介さずに、Ｂ接点を有する手動遮断スイッチにより直接操作する形式でも良い。

分電盤９１には、各種ブレーカ（主幹ブレーカ９２、発電ユニット用ブレーカ９３、及び自立負荷用ブレーカ９４、一般負荷用ブレーカ９４ａ）が設けられている。また、図面における○中に×が記載されたマークは、ユーザが状態を確認するための表示灯を示す。自立対応負荷Ｚは、自立運転時にも給電される負荷であり、その他の負荷（一般負荷）は、系統電源９０にのみ給電される負荷である。一般負荷への給電は、分電盤９１の一般負荷用ブレーカ９４ａを介して行われる。

また、本発明は、以下のように記載することもできる。すなわち、本発明の発電システムは、発電装置と、連系運転時に発電出力を商用電源に基づく系統電源に連系させる連系出力部と、自立運転時に発電電力を出力する自立出力部と、を有する発電ユニットと、前記発電ユニットを制御する制御装置と、負荷との接続を前記系統電源から前記自立出力部に切り替える電源切替装置と、前記系統電源及び前記自立出力部に充電可能に接続された二次電池と、前記連系運転時に前記系統電源からの電力を制御電力に変換して前記制御装置に供給する第一電源部と、前記二次電池からの電力を制御電力に変換して前記制御装置に供給する第二電源部と、を有する制御電源装置と、を備え、前記制御電源装置は、ユーザの操作に応じて前記二次電池と前記第二電源部とを接続する手動接続スイッチと、前記制御装置の指示に応じて前記二次電池と前記第二電源部との接続を遮断する自動遮断部と、を有し、前記電源切替装置は、前記自動遮断部が遮断状態となった際に、負荷との接続を前記自立出力部から前記系統電源に切り替えることを特徴とする。また、本発明は、上記構成において、前記制御電源装置が、ユーザの操作に応じて前記二次電池と前記第二電源部との接続を遮断する手動遮断スイッチを備え、前記電源切替装置は、前記自動遮断部又は前記手動遮断スイッチが遮断状態となった際に、負荷との接続を前記自立出力部から前記系統電源に切り替える構成であっても良い。

１：発電ユニット、１１：エンジン、１２：発電機、１３：インバータ、
１４：連系出力部、１５：自立出力部、１６：排熱回収装置、
１７：発電出力切替スイッチ、１８：制御電源供給部、
１００：連系電力入力部、１０１：自立電力入力部、１０２：電力出力部
２：制御装置、３：電源切替装置、３１：第一継電器、
３１１：第一継電器Ａ接点スイッチ、
３１２：第一継電器第一Ｂ接点スイッチ、３２：第二継電器、
３２１：第二継電器Ａ接点スイッチ、３２２：第二継電器Ｂ接点スイッチ、
３３１：第三継電器第一Ａ接点スイッチ（自立運転スイッチ）、
４：制御電源切替操作装置、
５：制御電源装置、５１：二次電池、
５２：充電装置、５３：第一電源部、５４：第二電源部、
５５：電源操作回路部、５５１：手動接続スイッチ、
５５２：第一継電器第二Ｂ接点スイッチ、５５３：自動遮断部、
５５４：第三継電器、５５４ａ：第三継電器第二Ａ接点スイッチ、
５５４ｂ：：第三継電器第三Ａ接点スイッチ、５５５：手動遮断スイッチ、
５５６：第四継電器、５５６ａ：第四継電器Ｂ接点スイッチ、
５６、５７：ダイオード、６：自立制御電源制御部、
９０：系統電源、９１：分電盤、９２：主幹ブレーカ、
９３：発電ユニット用ブレーカ、９４：自立負荷用ブレーカ、Ｘ：商用電源

Claims

商用電源に系統連系される発電機と、
前記発電機を制御する制御装置と、
系統連系された連系電力が入力される連系電力入力部と、系統連系されていない前記発電機の自立電力が入力される自立電力入力部と、前記連系電力または前記自立電力を負荷に出力する電力出力部を持つ電源切替装置と、を備え、
前記電源切替装置は、
前記連系電力入力部に入力された連系電力により駆動される第一継電器と、
前記自立電力入力部に入力された自立電力により駆動される第二継電器と、
前記第二継電器に直列接続された前記第一継電器の第一継電器第一Ｂ接点スイッチと、
前記第一継電器に直列接続された前記第二継電器の第二継電器Ｂ接点スイッチと、
前記連系電力入力部から入力され前記電力出力部に出力される連系電力を接続／遮断する前記第一継電器の第一継電器Ａ接点スイッチと、
前記自立電力入力部から入力され前記電力出力部に出力される自立電力を接続／遮断する前記第二継電器の第二継電器Ａ接点スイッチと、
前記第二継電器及び前記第一継電器第一Ｂ接点スイッチに直列接続され、前記連系電力入力部に前記連系電力が入力されていない場合にユーザの操作に応じて接続状態となり、前記連系電力入力部への前記連系電力の有無に関わらずユーザの操作に応じて遮断状態となる自立運転スイッチと、を備え、
前記制御装置は、前記自立運転スイッチが接続状態になると前記発電機を自立運転させる発電システム。
前記連系電力又は前記自立電力により充電され、前記自立運転スイッチが接続状態になると前記制御装置に電池電力を供給する二次電池と、
前記二次電池の電池電力により駆動される第三継電器と、
前記第三継電器に直列接続され、ユーザの操作に応じて接続／遮断される手動接続スイッチと、
一端が前記手動接続スイッチの一端に接続され他端が前記手動接続スイッチの他端に接続された前記第三継電器の第三継電器第二Ａ接点スイッチと、を備え、
前記自立運転スイッチは、前記第三継電器の第三継電器第一Ａ接点スイッチである請求項１に記載の発電システム。
前記二次電池の電池電力により駆動される第四継電器と、
前記第四継電器に直列接続され、ユーザの操作に応じて接続／遮断される手動遮断スイッチと、
前記第三継電器に直列接続される前記第四継電器の第四継電器Ｂ接点スイッチと、
を備える請求項２に記載の発電システム。
前記発電機の作動に関する所定条件が満たされた場合に前記制御装置に供給される前記電池電力を遮断する自動遮断部を備える請求項２又は３の何れか一項に記載の発電システム。
前記自動遮断部は、前記第三継電器に直列接続され、前記所定条件が満たされた場合に遮断状態となって前記第三継電器への前記電池電力の供給を遮断する請求項４に記載の発電システム。