JP6424546B2 - 電力供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力供給装置に関する。

太陽光発電装置或いはエンジン駆動式発電機等の自家発電装置により発生された電力を、商用電源に系統連系させるよう構成された電力供給装置が開発されている。また、自家発電装置により発電した電力を商用電源に系統連系させることなく家庭内の電気製品（電力負荷）に電気接続することにより、商用電力を使用しない自立した電力供給システムを構築することができる。

自家発電装置にて得られた電力を電力供給対象（商用電源或いは電力負荷）に供給する場合、電力供給対象の電力の仕様（周波数、電圧等）に合わせた電力を生成する必要がある。このため、自家発電装置と電力供給対象との間には、自家発電装置により発電された電力を、電力供給対象の電力の仕様に合わせた形に変換して電力供給対象に供給するための電力調整機器が設けられる。例えば、自家発電装置により発電された電力を商用電源に系統連系する場合、自家発電装置と商用電源との間にパワーコンディショナー（ＰＣＳ）と呼ばれる系統連系装置が設けられる。

特許文献１は、内部で過電圧や過電流が発生した時に速やかに動作を停止するように構成された系統連系装置を開示する。特許文献１に記載の系統連系装置は、ＤＣ／ＤＣコンバータと、インバータと、発信制御部と、インバータの出力から高周波ノイズを除去するフィルタと、インバータ保護部と、コンデンサ放電部とを備える。フィルタはリアクトルと出力コンデンサとを有する。特許文献１に記載の系統連系装置によれば、装置内部に過電圧や過電流が発生した場合、インバータ保護部が異常信号を発信制御部及びコンデンサ放電部に出力する。発信制御部に異常信号が入力された場合、発信制御部は、ＤＣ／ＤＣコンバータ及びインバータの動作を停止させる。また、コンデンサ放電部に異常信号が入力された場合、出力コンデンサに蓄電された電力がコンデンサ放電部に放電される。こうして出力コンデンサが放電されるため、その後に作業者が系統連系装置を点検する際に出力コンデンサに蓄電された電力により感電することが防止される。

特開２００１−１８６６６４号公報

（発明が解決しようとする課題）
特許文献１に記載の系統連系装置に自家発電装置を接続させてなる電力供給装置において、自家発電装置の発電停止時に、ＤＣ／ＤＣコンバータ及びインバータの動作を停止させるとともに出力コンデンサをコンデンサ放電部に放電させることができる。このように自家発電装置の発電停止時に出力コンデンサを放電することで、自家発電装置の発電停止後に電力供給装置を点検する際における感電が防止される。しかしながら、このような電力供給装置は、出力コンデンサを放電させるためのコンデンサ放電部を装置内に組み込まなければならないことから装置構成が複雑化し、且つ、装置コストが高くなるという問題を有する。また、特許文献１に記載の系統連系装置には、ＤＣ／ＤＣコンバータとインバータとの間に中間コンデンサが設けられているが、この中間コンデンサに蓄積された電荷は放電されない。従って、自家発電装置の発電停止後の点検時に中間コンデンサに蓄電された電力によって、作業者が感電する虞がある。

本発明は、自家発電装置、ＤＣ／ＤＣコンバータ、及びインバータを備える電力供給装置において、装置コストを増加させることなく、自家発電装置の発電が停止した場合にＤＣ／ＤＣコンバータとインバータとの間に設けられる中間コンデンサに蓄電された電力を速やかに放電することができるように構成された電力供給装置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）
本発明は、自家発電装置（１０）と、自家発電装置に電気的に接続され、自家発電装置にて発電された電力に基づいて生成される直流電力を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ（２２）と、ＤＣ／ＤＣコンバータに電気的に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータにて昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータ（２３）と、ＤＣ／ＤＣコンバータとインバータとの間に設けられ、ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される電力を蓄電する中間コンデンサ（２５）と、中間コンデンサに継電部材（２７，２８）を介して接続される補機用内部電力負荷（３０，３１）と、自家発電装置、ＤＣ／ＤＣコンバータ及びインバータの各動作を制御する制御装置（２６）と、を備え、制御装置は、自家発電装置の発電が停止した場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ及びインバータの動作を停止させるとともに、中間コンデンサが補機用内部電力負荷に電気的に接続されるように継電部材を制御する停止処理部（２６１）を備える、電力供給装置（１００，１００Ａ）を提供する。

本発明によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータとインバータとの間に、ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される電力を蓄電する中間コンデンサが設けられる。この中間コンデンサは、継電部材を介して装置内の補機用内部電力負荷に接続される。そして、自家発電装置の発電が停止した場合には、ＤＣ／ＤＣコンバータ及びインバータの動作が停止されるとともに、中間コンデンサと補機用内部電力負荷が電気的に接続されるように継電部材が制御される。このため、自家発電装置の発電停止時に中間コンデンサに蓄電されていた電力は、補機用内部電力負荷で消費されることにより放電される。このように補機用内部電力負荷が中間コンデンサの放電に利用されるため、コンデンサ放電部のようなコンデンサを放電させるための専用部品を別途設ける必要がない。また、マイコン等の制御装置と比較して、補機用内部電力負荷の消費電力は大きいため、中間コンデンサに蓄電された電力を補機用内部電力負荷に流すことによって、速やかに中間コンデンサに蓄電された電力が放電される。よって、装置コストを増加させることなく、自家発電装置の発電停止時に中間コンデンサに蓄電された電力を速やかに放電することができる。

本発明において、補機用内部電力負荷とは、電力供給装置の内部に配設され、電力供給装置の機能を実現するための必須構成部品の動作を補助する部品であって、電力により駆動するものを言う。例えば、制御装置の加熱を防止するために制御装置を冷却する冷却ファンを駆動させるための冷却ファンモータ等が、補機用内部電力負荷に相当する。また、継電部材は、典型的にはリレーであるが、中間コンデンサと補機用内部電力負荷との電気的な接続を許可し或いは遮断することができるものであれば、どのようなものでもよい。また、継電部材が補機用内部電力負荷内に組み込まれていてもよい。

また、本発明において、制御装置は、電力を蓄える内部コンデンサ（２６ａ）を備える。そして、制御装置は、自家発電装置の発電が停止しているときであって中間コンデンサの放電電圧（端子電圧）が制御装置の駆動電圧（最低動作電圧）よりも大きいときには中間コンデンサに蓄電された電力により駆動され、中間コンデンサの放電電圧が制御装置の駆動電圧以下であるときには内部コンデンサに蓄電された電力により駆動されるように構成される。これによれば、制御装置に電力を供給する中間コンデンサの放電電圧が制御装置の駆動電圧以下に低下した場合に制御装置が遮断（リセット）されることが防止される。よって、制御装置の遮断により中間コンデンサの放電に支障を来すことが防止される。

また、本発明に係る電力供給装置は、インバータの出力電圧又は出力電流の異常を検出する異常検出装置（３４）を備えるのがよい。そして、制御装置は、異常検出装置がインバータの出力電圧又は出力電流の異常を検出したときに、自家発電装置の発電を停止するように構成されるのがよい。これによれば、電力供給装置内にて過電圧或いは過電流等の異常が発生すると、自家発電装置の発電が停止される。自家発電装置の発電が停止すると、制御装置の停止処理部は、ＤＣ／ＤＣコンバータ及びインバータの動作を停止させるとともに、中間コンデンサが補機用内部電力負荷に電気的に接続されるように継電部材を制御する。従って、過電圧や過電流等の異常が発生した際の点検時には中間コンデンサに蓄電された電力が補機用内部電力負荷に消費されることにより完全に放電されているため、作業者の感電を確実に防止することができる。

また、インバータが商用電源（Ｃ）に接続可能に構成されており、異常検出装置は、商用電源の停電を検知するように構成されているとよい。この場合、電力供給装置は、外部の電力負荷（Ｅ）に直接接続することができるように構成された自立電源出力部（２９）と、インバータに接続され、インバータが商用電源に電気的に接続される連系状態と、インバータが自立電源出力部に電気的に接続される自立状態とを選択的に実現することができるように構成された切換装置（２４）と、を備えるのがよい。そして、制御装置は、異常検出装置が商用電源の停電を検知していないときに連系状態が実現され、異常検出装置が商用電源の停電を検知しているときに自立状態が実現されるように、切換装置を制御するのがよい。これによれば、商用電源が停電しているときに、インバータが自立電源出力部に電気的に接続されるため、自立電源出力部を介してインバータから出力される電力を外部の電力負荷に供給することができる。このため、商用電源の停電時に自立して（すなわち商用電源とは独立に）、外部の電力負荷に電力を供給することができる。

また、本発明に係る電力供給装置は、自家発電装置の発電を停止させるための停止信号を制御装置に出力するシステム停止手段（３３）を備えるのがよい。そして、制御装置は、停止信号を入力したときに、自家発電装置の発電を停止するように構成されるのがよい。これによれば、ユーザ或いは作業者がシステム停止手段を操作することにより停止信号が制御装置に出力された場合、自家発電装置の発電が停止される。このため制御装置の停止処理部は、ＤＣ／ＤＣコンバータ及びインバータの動作を停止させるとともに、中間コンデンサが補機用内部電力負荷に電気的に接続されるように継電部材を制御する。従って、異常時ではない通常時においても自家発電装置の発電が停止したときには中間コンデンサに蓄電された電力が補機用内部電力負荷に消費されることにより完全に放電されているため、その後にユーザ或いは作業者が装置内を点検する際の感電を確実に防止することができる。

第１実施形態に係るコージェネレーションシステムの構成を示すブロック図である。 停止処理部が実行する停止処理ルーチンを示すフローチャートである。 切換装置によってインバータの出力側が自立電源出力部に接続されたコージェネレーションシステムの構成を示すブロック図である。 商用電源の停電時に制御装置が発電停止信号を出力した場合における、制御装置、発電機、廃熱ヒータ、冷却ファンモータの駆動状態の変化の一例及び、第１リレー及び第２リレーの開閉状態の変化の一例を示すタイムチャートである。 第２実施形態に係るコージェネレーションシステムの構成を示すブロック図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る電力供給装置であるコージェネレーションシステムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係るコージェネレーションシステム１００は、自家発電装置１０と、系統連系装置２０と、床暖房装置５０を備える。

自家発電装置１０は、気体燃料、液体燃料或いは固体燃料により駆動するエンジン１１と、エンジン１１の駆動により駆動して発電する発電機１２とを備える。また、エンジン１１は、冷却水回路１３を介して床暖房装置５０に熱的に接続されている。従って、エンジン１１の熱が床暖房装置５０に伝達されることにより、床暖房が実施される。

系統連系装置２０は、整流器２１、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２、インバータ２３、開閉器２４１、切換装置２４、中間コンデンサ２５、制御装置２６、第１リレー２７（継電部材）、第２リレー２８（継電部材）、自立電源出力部２９、及び、補機用内部電力負荷としての廃熱ヒータ３０及び冷却ファンモータ３１を備える。

整流器２１は、発電機１２に電気的に接続されており、発電機１２にて発電された電力（交流電力）を整流して直流電力を生成する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２２は整流器２１に電気的に接続されており、整流器２１にて生成された直流電力を必要な電圧に昇圧する。インバータ２３はＤＣ／ＤＣコンバータ２２に電気的に接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２から出力される昇圧された直流電力を交流電力に変換する。

開閉器２４１は、インバータ２３の出力側に接続される。開閉器２４１は、インバータ２３と商用電源Ｃとの開閉（接続・切断）を行う部品である。この開閉器２４１は、例えば、発電機１２の駆動が開始されたときに接続され、発電機１２の駆動が停止されたときに切断されるように、制御装置２６により開閉制御される。

切換装置２４は開閉器２４１を介してインバータ２３の出力側に接続される。切換装置２４は、インバータ２３の出力側がブレーカーＢＲを介して商用電源Ｃに接続される連系状態と、インバータ２３の出力側が自立電源出力部２９に接続される自立状態とを、選択的に実現することができるように構成される。自立電源出力部２９は、例えば系統連系装置２０の筐体に備え付けられた端子台であり、外部の電力負荷Ｅに直接接続することができるように構成される。

また、中間コンデンサ２５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２とインバータ２３との間に設けられる。中間コンデンサ２５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の出力電力（電圧）を平滑化するための部品である。また、中間コンデンサ２５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の出力電力を蓄電することもでき、且つ、蓄電した電力をインバータ２３に供給することができるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２とインバータ２３とに接続されている。

廃熱ヒータ３０は、冷却水回路１３内の冷却水を加熱するための電気ヒータである。冷却ファンモータ３１は、系統連系装置２０内の構成部品、例えば制御装置２６を冷却するための冷却ファンを駆動するための駆動部品である。廃熱ヒータ３０は、第１リレー２７を介して中間コンデンサ２５に接続されており、冷却ファンモータ３１は、第２リレー２８を介して中間コンデンサ２５に接続されている。従って、第１リレー２７のリレー接点が閉じているときには、中間コンデンサ２５と廃熱ヒータ３０が電気的に接続される。このため中間コンデンサ２５に蓄電された電力が廃熱ヒータ３０に供給される。また、第２リレー２８のリレー接点が閉じているときには、中間コンデンサ２５と冷却ファンモータ３１が電気的に接続される。このため、中間コンデンサ２５に蓄電された電力が冷却ファンモータ３１に供給される。一方、第１リレー２７のリレー接点が開放しているときには、中間コンデンサ２５と廃熱ヒータ３０が電気的に遮断され、第２リレー２８のリレー接点が開放しているときには、中間コンデンサ２５と冷却ファンモータ３１が電気的に遮断される。

制御装置２６は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータを主要構成とし、自家発電装置１０（エンジン１１、発電機１２）、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２、インバータ２３の各動作、切換装置２４の切換動作、及び、第１リレー２７及び第２リレー２８の開閉動作を制御する。この制御装置２６は、基本的には自家発電装置１０により発電された電力によって駆動される。また、制御装置２６は、内部コンデンサ２６ａを備える。内部コンデンサ２６ａは、制御装置２６に供給される電力の一部を蓄電する。制御装置２６は、この内部コンデンサ２６ａに蓄電された電力により駆動することもできるように構成されている。さらに、制御装置２６は、中間コンデンサ２５にも接続されており、中間コンデンサ２５に蓄電された電力により駆動することもできるように構成されている。さらに、制御装置２６は、商用電源Ｃにも接続されている。自家発電装置１０を始動させるときには、制御装置２６は商用電源Ｃから電力を供給する。

また、系統連系装置２０は、システム起動／停止スイッチ３２、及び、メンテナンススイッチ３３を備える。システム起動／停止スイッチ３２は、起動ボタン３２ａと停止ボタン３２ｂとを有する。ユーザが起動ボタン３２ａを押下すると、エンジン１１が始動する。一方、ユーザが停止ボタン３２ｂを押下すると、システム起動／停止スイッチ３２は停止信号を制御装置２６に出力する。メンテナンススイッチ３３はメンテナンスボタン３３ａを有する。メンテナンスボタン３３ａが押下された場合、メンテナンススイッチ３３はメンテナンス信号を制御装置２６に出力する。

さらに、系統連系装置２０は、異常検出装置３４を備える。異常検出装置３４は、インバータ２３から商用電源Ｃ側に出力される電力の電圧及び電流の異常、例えば過電圧或いは過電流が発生しているかいないかを検出する。異常検出装置３４がインバータ２３から出力される電力の異常を検出した場合、異常検出装置３４は、異常信号を制御装置２６に出力する。また、異常検出装置３４は、商用電源Ｃの停電を検知することができるように構成されている。異常検出装置３４が商用電源Ｃの停電を検知した場合、異常検出装置３４は、停電信号を制御装置２６に出力する。

上記構成のコージェネレーションシステム１００において、ユーザがシステム起動／停止スイッチ３２の起動ボタン３２ａを押下した場合、エンジン１１が始動する。なお、エンジン１１の始動に際し、商用電源Ｃからエンジン１１に電力が供給される。

エンジン１１が始動すると、エンジン１１の回転が発電機１２に伝達される。これにより発電機１２が発電する。発電機１２により発電された電力が整流器２１を通ることにより直流電力が生成される。整流器２１にて生成された直流電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２により所望の電圧まで昇圧される。昇圧された直流電力はインバータ２３に入力される。このときＤＣ／ＤＣコンバータ２２から出力された電力の一部が中間コンデンサ２５に蓄電される。中間コンデンサ２５に蓄電された電力は、必要に応じてインバータ２３に入力される。このような中間コンデンサ２５の平滑作用により、インバータ２３の出力電圧が安定する。

インバータ２３は、入力した直流電力を交流電力に変換する。インバータ２３にて変換された交流電力は、開閉器２４１を介して切換装置２４に入力される。切換装置２４は、商用電源Ｃが停電していないとき（異常検出装置３４が停電信号を出力していないとき）は、インバータ２３の出力側がブレーカーＢＲを介して商用電源Ｃに接続される連系状態を実現するように、制御装置２６によりその切換動作が制御されている。従って、商用電源Ｃが停電していない場合、インバータ２３から出力される交流電力は、切換装置２４及びブレーカーＢＲを介して商用電源Ｃに系統連系される。商用電源Ｃに系統連系された発電電力は、必要な時に、家庭内の電力負荷Ｅ、例えば冷蔵庫等に供給される。コージェネレーションシステム１００がこうして商用電源Ｃと系統連系することにより、商用電力の使用量を削減することができる。

また、エンジン１１の駆動により生じた熱は、上述したように冷却水回路１３を介して床暖房装置５０に供給される。これにより床暖房が実施される。

コージェネレーションシステム１００の運転中、制御装置２６は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２及びインバータ２３に動作制御信号を出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２２及びインバータ２３は動作制御信号に基づいて動作する。これにより、インバータ２３の出力電圧、周波数が、商用電源から供給される電力の電圧、周波数に合わせられる。

また、コージェネレーションシステム１００の運転中、廃熱ヒータ３０の駆動が必要であると制御装置２６が判断した場合、制御装置２６は、第１リレー２７に接続信号を出力する。これにより第１リレー２７のリレー接点が閉じる。このためＤＣ／ＤＣコンバータ２２から出力された電力の一部、或いは中間コンデンサ２５に蓄電された電力が、第１リレー２７を経由して廃熱ヒータ３０に供給される。これにより廃熱ヒータ３０が駆動する。一方、廃熱ヒータ３０の駆動が不必要であると制御装置２６が判断した場合、制御装置２６は、第１リレー２７に遮断信号を出力する。これにより第１リレー２７のリレー接点が開放する。このため、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２から出力された電力及び中間コンデンサ２５の蓄電電力は、廃熱ヒータ３０に供給されない。よって、廃熱ヒータ３０の駆動は停止される。

また、コージェネレーションシステム１００の運転中、冷却ファンの駆動が必要であると制御装置２６が判断した場合、制御装置２６は、第２リレー２８に接続信号を出力する。これにより第２リレー２８のリレー接点が閉じる。このためＤＣ／ＤＣコンバータ２２から出力された電力の一部、或いは中間コンデンサ２５に蓄電された電力が、第２リレー２８を経由して冷却ファンモータ３１に供給される。これにより冷却ファンが駆動する。一方、冷却ファンの駆動が不必要であると制御装置２６が判断した場合、制御装置２６は、第２リレー２８に遮断信号を出力する。これにより第２リレー２８のリレー接点が開放する。このため、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２から出力された電力及び中間コンデンサ２５の蓄電電力は、冷却ファンモータ３１に供給されない。よって、冷却ファンの駆動は停止される。

コージェネレーションシステム１００の運転中、ユーザがシステム起動／停止スイッチ３２の停止ボタン３２ｂを押下すると、システム起動／停止スイッチ３２は、制御装置２６に停止信号を出力する。制御装置２６は停止信号を入力した場合、自家発電装置１０に発電停止信号を出力する。自家発電装置１０は、発電停止信号を入力した場合、発電機１２による発電を停止する。この場合において、エンジン１１の駆動を停止させることによって発電機１２の発電を停止しても良いし、エンジン１１と発電機１２とを切り離すことによって発電機１２の発電を停止しても良い。

コージェネレーションシステム１００の運転中、異常検出装置３４がインバータ２３の出力電力の異常を検出した場合、異常検出装置３４は異常信号を制御装置２６に出力する。制御装置２６は異常信号を入力した場合、自家発電装置１０に発電停止信号を出力する。自家発電装置１０は、発電停止信号を入力した場合、発電機１２による発電を停止する。

コージェネレーションシステム１００の運転中、ユーザ或いはメンテナンス業者が、装置の点検をするために、メンテナンススイッチ３３のメンテナンスボタン３３ａを押下した場合、メンテナンススイッチ３３はメンテナンス信号を制御装置２６に出力する。制御装置２６はメンテナンス信号を入力した場合、自家発電装置１０に発電停止信号を出力する。自家発電装置１０は、発電停止信号を入力した場合、発電機１２による発電を停止する。

以上の説明からわかるように、コージェネレーションシステム１００の運転中、システム起動／停止スイッチ３２の停止ボタン３２ｂが押下された場合、異常検出装置３４がインバータ２３の出力電力の異常を検出した場合、及び、メンテナンススイッチ３３のメンテナンスボタン３３ａが押下された場合、制御装置２６は発電停止信号を出力する。これにより、発電が停止される。ここで、制御装置２６は、図１に示すように、停止処理部２６１を備えている。そして、制御装置２６は、発電停止信号を出力した場合、停止処理部２６１に停止処理を実行させる。この場合において、制御装置２６は、商用電源Ｃが停電していない場合に発電停止信号を出力したときには、商用電源Ｃからの電力により駆動して、停止処理部２６１に停止処理を実行させている。

図２は、停止処理部２６１が実行する停止処理ルーチンを示すフローチャートである。このルーチンが起動すると、停止処理部２６１は、まず、図２のステップ（以下、ステップをＳと略記する）１にて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２の動作が停止されるように、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２を制御する。次いで、Ｓ２にて、インバータ２３の動作が停止されるように、インバータ２３を制御する。

続いて停止処理部２６１は、Ｓ３にて、第１リレー２７のリレー接点が開放されているか否かを判断する。この判断は、例えば制御装置２６が第１リレー２７に直近に出力した信号が遮断信号であるか否かに基づいて判断することができる。Ｓ３にて第１リレー２７のリレー接点が開放されていると判断した場合（Ｓ３：Ｙｅｓ）、停止処理部２６１は第１リレー２７に接続信号を出力する（Ｓ４）。これにより第１リレー２７のリレー接点が閉じる。その後、停止処理部２６１はＳ５に処理を進める。一方、Ｓ３にて第１リレー２７のリレー接点が閉じていると判断した場合（Ｓ３：Ｎｏ）、停止処理部２６１はＳ４の処理を飛ばしてＳ５に処理を進める。

Ｓ５では、停止処理部２６１は、第２リレー２８のリレー接点が開放されているか否かを判断する。この判断は、例えば制御装置２６が第２リレー２８に直近に出力した信号が遮断信号であるか否かに基づいて判断することができる。Ｓ５にて第２リレー２８のリレー接点が開放されていると判断した場合（Ｓ５：Ｙｅｓ）、停止処理部２６１は第２リレー２８に接続信号を出力する（Ｓ６）。これにより第２リレー２８のリレー接点が閉じる。その後、停止処理部２６１はこのルーチンを終了する。一方、Ｓ５にて第２リレー２８のリレー接点が閉じていると判断した場合（Ｓ５：Ｎｏ）、停止処理部２６１はこのルーチンを終了する。

上記の説明及び図２に示すフローチャートからわかるように、停止処理部２６１が実行する停止処理により、第１リレー２７が開いている場合には第１リレー２７が閉じ、第１リレー２７が閉じている場合は第１リレー２７はその状態を維持する。また、第２リレー２８が開いている場合には第２リレー２８が閉じ、第２リレー２８が閉じている場合は第２リレー２８はその状態を維持する。

停止処理部２６１が上記した停止処理を実行する結果、中間コンデンサ２５が第１リレー２７を介して廃熱ヒータ３０に電気的に接続され、且つ、中間コンデンサ２５が第２リレー２８を介して冷却ファンモータ３１に電気的に接続される。このため、中間コンデンサ２５に蓄電された電力が、廃熱ヒータ３０及び冷却ファンモータ３１に供給される。これにより廃熱ヒータ３０及び冷却ファンモータ３１が駆動される。すなわち、中間コンデンサ２５に蓄電された電力が廃熱ヒータ３０及び冷却ファンモータ３１に消費される。廃熱ヒータ３０及び冷却ファンモータ３１の電力消費量は大きいので、中間コンデンサ２５が速やかに放電される。

このようにして、本実施形態においては、自家発電装置１０の発電が停止されたときに中間コンデンサ２５の蓄電電力が補機用内部電力負荷（廃熱ヒータ３０及び冷却ファンモータ３１）に消費されることによって、中間コンデンサ２５が速やかに完全に放電される。従って、ユーザがシステム起動／停止スイッチ３２の停止ボタン３２ｂを押下して自家発電装置１０の発電を停止させ、その後に系統連系装置２０を点検するために系統連系装置２０の構成部品に触れた場合、中間コンデンサ２５に蓄電された電力によってユーザが感電することはない。また、異常検出装置３４が異常を検出したことにより自家発電装置１０の発電が停止した後に、修理業者等が異常を確認するために系統連系装置２０の構成部品に触れた場合でも、中間コンデンサ２５に蓄電された電力によって修理業者等が感電することはない。さらに、メンテナンス業者がメンテナンススイッチ３３のメンテナンスボタン３３ａを押下して自家発電装置１０の発電を停止させ、その後に系統連系装置２０をメンテナンスするために系統連系装置２０の構成部品に触れた場合でも、中間コンデンサ２５に蓄電された電力によってメンテナンス業者が感電することはない。

コージェネレーションシステム１００の運転中、商用電源Ｃが停電し、異常検出装置３４が停電信号を制御装置２６に出力した場合、制御装置２６は、インバータ２３の出力側が自立電源出力部２９に接続される自立状態が実現されるように、切換装置２４を制御する。従って、商用電源Ｃの停電時には、コージェネレーションシステム１００が商用電源Ｃから切り離される。図３は、切換装置２４によってインバータ２３の出力側が自立電源出力部２９に接続されたコージェネレーションシステム１００の構成を示すブロック図である。

商用電源Ｃの停電時には、図３に示すように、インバータ２３の出力側が切換装置２４を介して自立電源出力部２９に接続されているため、家庭内の電力負荷Ｅを自立電源出力部２９に直接接続することにより、電力負荷Ｅが駆動される。このように、本実施形態に係るコージェネレーションシステム１００は、商用電源Ｃの停電時に商用電源Ｃと切り離されて自立運転することにより外部の電力負荷Ｅに電力を供給することができる。よって、停電が発生した場合であっても、冷蔵庫等の常に駆動していなければならない重要な電力負荷への電力の供給が遮断されることを効果的に防止することができる。

また、商用電源Ｃの停電時であって且つコージェネレーションシステム１００の運転中であるとき、すなわちコージェネレーションシステム１００の自立運転時に、例えばユーザがシステム起動／停止スイッチ３２の停止ボタン３２ｂを押下して、システム起動／停止スイッチ３２が制御装置２６に停止信号を出力した場合、制御装置２６は自家発電装置１０に発電停止信号を出力する。これにより自家発電装置１０による発電が停止される。また、この場合においても、制御装置２６の停止処理部２６１が停止処理を実行する。ここで、商用電源Ｃが停電し且つ自家発電装置１０による発電が停止している場合、制御装置２６はこれらの電源から電力供給を受けることができない。よって、制御装置２６は、このような場合においては、中間コンデンサ２５及び内部コンデンサ２６ａに蓄電されている電力の供給を受けて駆動して、停止処理部２６１に停止処理を実行させる。

図４は、商用電源Ｃの停電時であって且つコージェネレーションシステム１００の運転中に、制御装置２６が発電停止信号を出力した場合における、制御装置２６、発電機１２、廃熱ヒータ３０、冷却ファンモータ３１の駆動状態の変化の一例及び、第１リレー２７及び第２リレー２８の開閉状態の変化の一例を表すタイムチャートである。なお、図４において、ＯＮ状態は駆動している状態を表し、ＯＦＦ状態は駆動が停止している状態を表す。

図４に示すように、時点ｔ０にて、制御装置２６が発電停止信号を出力した場合、その時点以降、発電機１２の駆動（発電）が停止される。また、図４に示す例では、時点ｔ０の直前まで第１リレー２７が開いており、このため廃熱ヒータ３０の駆動は停止している。このような状態であるときに時点ｔ０にて制御装置２６が発電停止信号を出力した場合、停止処理部２６１が停止処理を実行することにより第１リレー２７が閉じる。このため廃熱ヒータ３０が駆動される。また、図４に示す例では、時点ｔ０の直前まで第２リレー２８は閉じており、このため冷却ファンモータ３１は駆動している。このような状態であるときに時点ｔ０にて制御装置２６が発電停止信号を出力した場合、第２リレー２８の状態（閉状態）及び冷却ファンモータ３１の駆動状態が維持される。また、制御装置２６は、発電停止信号を出力した時点ｔ０の前後において、駆動している。

制御装置２６が発電停止信号を出力した後、制御装置２６、廃熱ヒータ３０、及び冷却ファンモータ３１は、中間コンデンサ２５に蓄電された電力により駆動される。このため中間コンデンサ２５の電力が消費されていくとともに、中間コンデンサ２５の放電電圧（端子電圧）が低下していく。そして、中間コンデンサ２５の放電が完了した時点ｔ１にて、廃熱ヒータ３０及び冷却ファンモータ３１に供給される電力が絶たれる。このため時点ｔ１にて廃熱ヒータ３０及び冷却ファンモータ３１の駆動は停止する。

ここで、もし仮に、中間コンデンサ２５の放電電圧（端子電圧）が制御装置２６の駆動電圧（最低作動電圧）以下にまで低下した場合においても依然として制御装置２６が中間コンデンサ２５の蓄電電力のみにより駆動されている場合、電圧低下によって制御装置２６が遮断されるため、第１リレー２７及び第２リレー２８が開いてしまう。すると、中間コンデンサ２５と廃熱ヒータ３０との電気的接続及び中間コンデンサ２５と冷却ファンモータ３１との電気的接続がともに遮断される。このとき未だ中間コンデンサ２５に蓄電された電力が残っていると、中間コンデンサ２５内の蓄電電力を完全に放電することができない。中間コンデンサ２５内に蓄電電力が残っている場合、その後に点検等によって系統連系装置２０の各部品にユーザ等が触れたときに感電する虞がある。こうした不具合を防止するため、制御装置２６は、自立運転中の発電停止時には中間コンデンサ２５及び内部コンデンサ２６ａにより電力供給されるように構成される。そして、中間コンデンサ２５の放電電圧が制御装置２６の駆動電圧以下にまで低下する前に、例えば図４の時点ｔ１よりも前の時点ｔ＊にて、内部コンデンサ２６ａに蓄電された電力により駆動される。つまり、制御装置２６は、商用電源Ｃの停電中（自立運転中）に自家発電装置１０の発電が停止された場合であって、中間コンデンサ２５の放電電圧が制御装置２６の駆動電圧よりも大きいときには中間コンデンサ２５に蓄電された電力により駆動され、中間コンデンサ２５の放電電圧が制御装置２６の駆動電圧以下であるときには内部コンデンサ２６ａに蓄電された電力により駆動されるように構成される。制御装置２６の電力供給がこのように行われるため、制御装置２６は、中間コンデンサ２５の放電電圧が制御装置２６の駆動電圧以下となった場合でも正常に駆動する。

制御装置２６により内部コンデンサ２６ａの蓄電電力が消費されていくと、内部コンデンサ２６ａの放電電圧が徐々に低下する。そして、内部コンデンサ２６ａの放電電圧が制御装置２６の駆動電圧を下回った時点ｔ２にて、制御装置２６が遮断（リセット）される。この場合において、制御装置２６が遮断される時点ｔ２よりも前に、中間コンデンサ２５の放電が完了するように、内部コンデンサ２６ａの容量が定められている。従って、中間コンデンサ２５の放電が完了した時点ｔ１において、制御装置２６は正常に駆動しており、それ故に、時点ｔ１にて第１リレー２７の閉状態及び第２リレー２８の閉状態が維持される。つまり、時点ｔ１にて中間コンデンサ２５が完全に放電するまで、中間コンデンサ２５と廃熱ヒータ３０との電気的な接続及び中間コンデンサ２５と冷却ファンモータ３１の電気的な接続が維持される。

時点ｔ１よりも後の時点ｔ２にて制御装置２６が遮断すると、第１リレー２７及び第２リレー２８が開く。これにより中間コンデンサ２５と廃熱ヒータ３０との電気的接続及び中間コンデンサ２５と冷却ファンモータ３１との電気的接続が遮断されるが、時点ｔ２では中間コンデンサ２５の放電がすでに完了している。従って、時点ｔ２にて第１リレー２７及び第２リレー２８が開いても、中間コンデンサ２５の放電に関して影響を及ぼさない。よって、その後に点検等によって系統連系装置２０の各部品にユーザ等が触れたとしても、中間コンデンサ２５が完全に放電しているために、感電の虞がない。

このように、本実施形態によれば、自家発電装置１０の発電停止時には、中間コンデンサ２５に蓄電されていた電力が、廃熱ヒータ３０及び冷却ファンモータ３１により消費されることにより放電される。このため、コンデンサを放電させるための専用部品を別途設ける必要がない。また、廃熱ヒータ３０や冷却ファンモータ３１等の補機用内部電力負荷の消費電力は大きいため、中間コンデンサ２５に蓄電された電力が速やかに放電される。よって、装置コストを増加させることなく、自家発電装置１０の発電停止時に中間コンデンサ２５に蓄電された電力を速やかに放電することができる。さらに、商用電源Ｃの停電中（すなわちコージェネレーションシステム１００の自立運転中）に自家発電装置１０の発電が停止された場合に、制御装置２６は中間コンデンサ２５及び内部コンデンサ２６ａの蓄電電力により駆動される。具体的には、自立運転による発電が停止された場合、制御装置２６は、中間コンデンサ２５の放電電圧が制御装置２６の駆動電圧よりも大きいときには中間コンデンサ２５に蓄電された電力により駆動され、中間コンデンサ２５の放電電圧が制御装置２６の駆動電圧以下であるときには内部コンデンサ２６ａに蓄電された電力により駆動される。このため、中間コンデンサ２５の放電の途中で制御装置２６が遮断されることによって中間コンデンサ２５の放電が十分になされないことが防止される。

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態に係るコージェネレーションシステム（電力供給装置）１００Ａの構成を示すブロック図である。本実施形態に係るコージェネレーションシステム１００Ａには、第１実施形態に係るコージェネレーションシステム１００にて示した切換装置２４及び自立電源出力部２９が設けられていない。その他の構成は、第１実施形態に係るコージェネレーションシステム１００の構成と同一であるため、同一の構成については同一の符号で示す。

本実施形態に係るコージェネレーションシステム１００Ａにおいては、切換装置２４及び自立電源出力部２９が設けられていないため、商用電源Ｃの停電時には、自立運転をすることができない。しかしながら、本実施形態に係るコージェネレーションシステム１００Ａにおいても上記第１実施形態に係るコージェネレーションシステム１００と同様に、自家発電装置１０の発電が停止した際には、中間コンデンサ２５の蓄電電力が補機用内部電力負荷（廃熱ヒータ３０、冷却ファンモータ３１）により消費されるため、中間コンデンサ２５を速やかに放電させることができる。

以上のように、上記各実施形態に係る電力供給装置としてのコージェネレーションシステム１００，１００Ａは、自家発電装置１０と、自家発電装置１０に電気的に接続され、自家発電装置１０にて発電された電力に基づいて生成される直流電力を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ２２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２に電気的に接続され、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２にて昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータ２３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２とインバータ２３との間に設けられ、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２から出力される電力を蓄電する中間コンデンサ２５と、中間コンデンサ２５に第１リレー２７を介して接続される廃熱ヒータ３０及び中間コンデンサ２５に第２リレー２８を介して接続される冷却ファンモータ３１と、自家発電装置１０、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２及びインバータ２３の各動作を制御する制御装置２６と、を備える。そして、制御装置２６は、自家発電装置１０が停止した場合に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２２及びインバータ２３の動作を停止させるとともに、中間コンデンサ２５が廃熱ヒータ３０及び冷却ファンモータ３１に電気的に接続されるように第１リレー２７及び第２リレー２８を制御する停止処理部２６１を備える。

上記各実施形態によれば、自家発電装置１０の動作停止時に中間コンデンサ２５に蓄電されていた電力は、補機用内部電力負荷としての廃熱ヒータ３０及び冷却ファンモータ３１により消費されることにより放電される。このため、コンデンサを放電させるための専用部品を別途設ける必要がない。また、マイコン等の制御装置と比較して、廃熱ヒータ３０及び冷却ファンモータ３１の消費電力は大きいため、中間コンデンサ２５に蓄電された電力が速やかに放電される。よって、装置コストを増加させることなく、自家発電装置１０の発電停止時に中間コンデンサ２５に蓄電された電力を速やかに放電することができる。

また、制御装置２６は、電力を蓄える内部コンデンサ２６ａをその内部に備えている。そして、自家発電装置１０の発電動作が停止した場合、特に商用電源Ｃの停電時の自立運転中に自家発電装置１０の発電動作が停止した場合には、制御装置２６は中間コンデンサ２５の蓄電電力及び内部コンデンサ２６ａの蓄電電力により駆動される。具体的には、制御装置２６は、停電時の自立発電中に自家発電装置１０の発電が停止された場合であって、中間コンデンサ２５の放電電圧が制御装置２６の駆動電圧よりも大きいときに中間コンデンサ２５に蓄電された電力により駆動し、中間コンデンサ２５の放電電圧が制御装置２６の駆動電圧以下であるときに内部コンデンサ２６ａに蓄電された電力により駆動する。このように、制御装置２６が中間コンデンサ２５のみならず内部コンデンサ２６ａからも電力供給されるため、中間コンデンサ２５の放電電圧が制御装置２６の駆動電圧以下にまで低下した場合に制御装置２６が遮断されることによって中間コンデンサ２５の放電が阻害されることを防止することができる。

また、上記各実施形態に係るコージェネレーションシステム１００，１００Ａは、インバータ２３の出力電圧又は出力電流の異常を検出する異常検出装置３４を備える。そして、制御装置２６は、異常検出装置３４がインバータ２３の出力電圧又は出力電流の異常を検出したときに、自家発電装置１０の発電を停止するとともに、中間コンデンサ２５が廃熱ヒータ３０及び冷却ファンモータ３１に電気的に接続されるように第１リレー２７及び第２リレー２８を制御する。従って、過電圧や過電流等の異常が発生した際の点検時には中間コンデンサ２５に蓄電された電力が完全に放電されているため、作業者の感電を確実に防止することができる。

また、第１実施形態に係るコージェネレーションシステム１００によれば、インバータ２３が商用電源（Ｃ）に接続可能に構成されており、異常検出装置３４は、商用電源Ｃの停電を検知するように構成されている。また、コージェネレーションシステム１００は、外部の電力負荷（Ｅ）に直接接続することができるように構成された自立電源出力部２９と、インバータ２３に接続され、インバータ２３が商用電源Ｃに電気的に接続される連系状態と、インバータ２３が自立電源出力部２９に電気的に接続される自立状態とを選択的に実現することができるように構成された切換装置２４とを備える。そして、制御装置２６は、異常検出装置３４が商用電源Ｃの停電を検知していないときに連系状態が実現され、異常検出装置３４が商用電源Ｃの停電を検知しているときに自立状態が実現されるように、切換装置２４を制御する。これによれば、商用電源Ｃが停電したときに、インバータ２３が自立電源出力部２９に電気的に接続されるため、自立電源出力部２９を介してインバータ２３から出力される電力を外部の電力負荷Ｅに供給することができる。このため、商用電源Ｃの停電時であっても外部の電力負荷に電力を供給することができる。

また、上記各実施形態に係るコージェネレーションシステム１００，１００Ａは、自家発電装置１０の発電を停止させるための停止信号を制御装置２６に出力するシステム起動／停止スイッチ３２を備える。そして、制御装置２６は、停止信号を入力したときに、自家発電装置１０の発電を停止するとともに、中間コンデンサ２５が廃熱ヒータ３０及び冷却ファンモータ３１に電気的に接続されるように第１リレー２７及び第２リレー２８を制御する。従って、異常時ではない通常時においても自家発電装置の発電が停止したときには中間コンデンサ２５に蓄電された電力が完全に放電されるため、ユーザ或いは作業者の感電を確実に防止することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるべきものではない。例えば、上記各実施形態においては、自家発電装置として、エンジンにより駆動される発電機を示したが、太陽光発電装置、燃料電池発電装置等、それ以外の発電装置を用いることもできる。また、上記各実施形態においては、自家発電装置を商用電源に系統連系させる例について説明したが、本発明に係る電力供給装置を商用電源に系統連系させることなく直接電力負荷に接続するように構成してもよい。さらに、上記各実施形態においては、電力供給装置としてコージェネレーションシステムを例示したが、発電のみを行うように構成してもよい。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、変形可能である。

１００，１００Ａ…コージェネレーションシステム（電力供給装置）、１０…自家発電装置、１１…エンジン、１２…発電機、１３…冷却水回路、２０…系統連系装置、２１…整流器、２２…ＤＣ／ＤＣコンバータ、２３…インバータ、２４…切換装置、２４１…開閉器、２５…中間コンデンサ、２６…制御装置、２６ａ…内部コンデンサ、２６１…停止処理部、２７…第１リレー（継電部材）、２８…第２リレー（継電部材）、２９…自立電源出力部、３０…廃熱ヒータ（補機用内部電力負荷）、３１…冷却ファンモータ（補機用内部電力負荷）、３２…システム起動／停止スイッチ（システム停止手段）、３２ａ…起動ボタン、３２ｂ…停止ボタン、３３…メンテナンススイッチ、３３ａ…メンテナンスボタン、３４…異常検出装置、５０…床暖房装置

Claims (5)

1. 自家発電装置と、
   前記自家発電装置に電気的に接続され、前記自家発電装置にて発電された電力に基づいて生成される直流電力を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータと、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータに電気的に接続され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータにて昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータと、
   前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記インバータとの間に設けられ、前記ＤＣ／ＤＣコンバータから出力される電力を蓄電する中間コンデンサと、
   前記中間コンデンサに継電部材を介して接続される補機用内部電力負荷と、
   前記自家発電装置、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記インバータの各動作を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記自家発電装置の発電が停止した場合に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ及び前記インバータの動作を停止させるとともに、前記中間コンデンサが前記補機用内部電力負荷に電気的に接続されるように前記継電部材を制御する停止処理部と、電力を蓄える内部コンデンサとを備え、前記自家発電装置の発電が停止しているときであって前記中間コンデンサの放電電圧が前記制御装置の駆動電圧よりも大きいときには前記中間コンデンサに蓄電された電力により駆動され、前記中間コンデンサの放電電圧が前記制御装置の駆動電圧以下であるときには前記内部コンデンサに蓄電された電力により駆動されるように構成される、電力供給装置。
2. 請求項１に記載の電力供給装置において、
   前記インバータの出力電圧又は出力電流の異常を検出する異常検出装置を備え、
   前記制御装置は、前記異常検出装置が前記インバータの出力電圧又は出力電流の異常を検出したときに、前記自家発電装置の発電を停止するように構成される、電力供給装置。
3. 請求項２に記載の電力供給装置において、
   前記インバータが商用電源に接続可能に構成され、
   前記異常検出装置は、前記商用電源の停電を検知するように構成される、電力供給装置。
4. 請求項３に記載の電力供給装置において、
   外部の電力負荷に直接接続することができるように構成された自立電源出力部と、
   前記インバータに接続され、前記インバータが前記商用電源に電気的に接続される連系状態と、前記インバータが前記自立電源出力部に電気的に接続される自立状態とを選択的に実現することができるように構成された切換装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記異常検出装置が前記商用電源の停電を検知していないときに前記連系状態が実現され、前記異常検出装置が前記商用電源の停電を検知しているときに前記自立状態が実現されるように、前記切換装置を制御する、電力供給装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電力供給装置において、
   前記自家発電装置の発電を停止させるための停止信号を前記制御装置に出力するシステム停止手段を備え、
   前記制御装置は、前記停止信号を入力したときに、前記自家発電装置の発電を停止するように構成される、電力供給装置。
   

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