JPWO2008102542A1 - 発電装置及びその運転方法 - Google Patents

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Abstract

本発明の発電装置は、直流電力を発生する発電機(1)と、電力負荷(5)と、系統電源(8)と連系点(9)との間を流れる電流を検知する電流検知器(7)と、発電機(1)からの直流電力と連系点(9)を経由する系統電源(8)からの交流電力とを切換えて電力負荷(5)に供給する切換器４と、を備える。

Description

本発明は、直流電力を発生する発電機と、内部電力負荷と、系統電源と連系点との間を流れる電流を検知する電流検知器と、を備える発電装置及びその運転方法に関し、特に発電機からの直流電力と系統電源からの交流電力とを切換えて内部電力負荷に供給するための切換器を有する発電装置及びその運転方法に関する。
燃料電池等の発電機で直流電力を発生してこれをインバータ等の電力変換器により交流電力に変換する発電装置は、一般的には、系統電源と系統連系して使用される。このような態様で使用される発電装置においては、発電機で発電した電力と系統電源からの電力とが、外部電力負荷（例えば、家庭の使用電力）に供給される。
ところで、燃料電池等の直流電力を発生する発電機は、外部電力負荷の負荷変動に対する出力変化速度が遅いため、発電装置から電力供給を受ける全機器の総消費電力が、発電装置から出力される出力電力を下回る場合に余剰電力が発生し、系統電源への電力の逆潮流が生じる。これを防止又は緩和することが可能な発電装置が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
特許文献１に開示された発電システムにおいては、余剰電力が生じた時や系統側異常時等のインバータ出力停止時に、発電機で発生した直流電力をインバータと並列に設けられた第１ＤＣ／ＤＣコンバータを介して直流負荷に供給して、余剰電力を消費させる。これにより、余剰電力の発生時や系統側異常時等のインバータ出力停止時に、逆潮流を防止することができる。
また、特許文献２に開示された燃料電池システムにおいては、余剰電力が発生した時に、燃料電池で発生した直流電力をインバータに接続された直流負荷に供給して、余剰電力を消費させる。図４はこの特許文献２の発電装置の構成を示すブロック図であって、特許文献２の図１を簡略化した図である。
図４に示すように、この燃料電池システムは、燃料電池１０１と、燃料電池１０１から直流電力を入力されてその電圧を変換するＤＣ／ＤＣ変換器１０２と、ＤＣ／ＤＣ変換器１０２の出力を交流に変換するＤＣ／ＡＣ変換器（インバータ）１０３とを備えている。ＤＣ／ＡＣ変換器１０３の出力側は、電源配線１１０によって、連系点１０７において系統電源１０６に接続されている。連系点１０７には、外部の交流電力負荷１０９が接続されている。また、電源配線１１０には内部交流電力負荷（ヒータ）１０４が接続されている。すなわち、この燃料電池システムにおける燃料電池１０１由来の交流電力の出力側に交流電力負荷１０４が接続されている。系統電源１０６と連系点１０７とを接続する電気配線には系統電源１０６と連系点１０７との間を流れる電流を検知する電流検知器１０５が配設されている。電流検知器１０５が検知した電流は制御器１０８に入力される。制御器１０８は、電流検知器１０５が検知した電流の方向が連系点１０７から系統電源１０６へ向かう方向であると、内部交流電力負荷１０４を作動させる。これにより、燃料電池１０１で発生した余剰電力が交流の態様で内部交流電力負荷１０４で消費され、逆潮流が防止される。
特開２００６−６７７５７号公報（特に図１参照） 特開２００６−１２５６３号公報（特に図１参照）
ところで、特許文献２の燃料電池システムにおいては、逆潮流の発生を検知するためには、電流検知器１０５で検知した電流の方向が所定の方向であることを制御器１０８が認識する必要がある。電流検知器１０５はＣＴ等の電流センサで構成され、検出対象の電流の大きさと方向とを検出する。このような電流検知器１０５においては、検出対象の電流に対するその検出部（例えばＣＴ（カレントトランスフォーマ）では検出コイル）の方向（以下、単に電流検知器の方向という）が逆であると、検出対象である電流の方向を逆方向として検出する。これは、特許文献１の発電システムにおいても同様である。
そこで、従来、一般に、上述のような発電装置を設置する場合、電流検知器が所定の方向に設置されているか否か検査していた。この検査は、施工者が、系統電源との連系点とＤＣ／ＡＣ変換器との間の電源配線に所定の交流負荷を接続し、ＤＣ／ＡＣ変換器を停止（ゲートブロック）した状態でこの所定の交流負荷に系統電源から電力を供給したり停止したりし、この時に電流検知器が検出した電流の方向をチェックすることによって行っていた。従って、発電装置の設置作業に手間が掛かり、そのコストが高く付くという問題があった。
また、特許文献２の燃料電池システムでは、系統異常時に、燃料電池１０１の直流出力を交流に変換するＤＣ／ＡＣ変換器１０３をゲートブロックして系統電源１０６にＤＣ／ＡＣ変換器１０３の出力電圧が印加されないようにする必要があるが、そうすると、その際に発生する余剰電力を内部交流電力負荷１０４で消費させることができず、系統異常に適切に対処することができないという問題があった。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、発電機で発生した直流電力を交流に変換して系統連系しながら出力し、電流検知器で検知した系統電源と連系点との間の電流に基づいて内部電力負荷に余剰電力を供給するよう構成されていて、電流検知器の施工コストの低減が可能な発電装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の発電装置は、直流電力を発生する発電機と、電力負荷と、系統電源と連系点との間を流れる電流を検知する電流検知器と、前記発電機からの直流電力と前記連系点を経由する前記系統電源からの交流電力とを切換えて前記電力負荷に供給する切換器と、を備える。ここで、本発明において「発電機からの直流電力」は、「発電機を源とする直流電力」を意味し、発電機から直接到来する直流電力と発電機から中間の機器（例えばＤＣ／ＤＣ変換器）を経由して到来する直流電力との双方を含む。
このような構成とすると、発電機で発生した余剰電力を切換器によって電力負荷に供給してそこで消費させることによって逆潮流等を防止することができるとともに、連系点を経由する系統電源からの交流電力を切換器によって電力負荷に供給することによって電流検知器の設置適否検査を行うことができる。従って、余剰電力消費用に本来備える電力負荷を電流検知器の設置適否検査に用いることができることとなり、その結果、従来のように電流検知器の設置適否検査の際に専用の電力負荷を用意する必要がなくなるので、電流検知器の設置適否検査のコストを低減することができる。また、発電機で発生した余剰電力を直流のまま電力負荷に供給することができるので、系統異常時に、発電機の直流出力を交流に変換するＤＣ／ＡＣ変換器をゲートブロックしても、その際に発生する余剰電力を電力負荷で消費させることができる。このため、系統異常にも適切に対処することができる。
前記発電装置は、前記切換器の動作を制御する制御器を備え、前記制御器は、前記電流検知器により検出される電流の向きを判定する場合には、前記系統電源からの交流電力が前記電力負荷に供給されるよう前記切換器を切換え、前記発電機の余剰電力が生じた場合には、前記発電機の直流電力が前記電力負荷に供給されるよう前記切換器を切換えるよう構成されていてもよい。ここで本発明において、「余剰電力が生じた場合に、切換器を切換える」とは、「切換器を、余剰電力を電力負荷に供給する時点で当該切換器が切換えられている状態にする」ことを意味し、必ずしも余剰電力が生じたことを確認してから、切換器を切換えることを意味するものでなく、余剰電力が生じることを確認する前、すなわち電流検知器により検出される電流の向きを判定した後から余剰電力を電力負荷に供給する直前迄であればいずれの時点であっても構わない。
前記発電装置は、 前記発電機からの直流を入力されてその電圧を変換する第１のＤＣ／ＤＣ変換器と、前記第１のＤＣ／ＤＣ変換器の出力を交流に変換するＤＣ／ＡＣ変換器とを備え、前記電力負荷は、前記切換器を介して前記第１のＤＣ／ＤＣ変換器の出力側に電気的に接続されていてもよい。
前記制御器は、前記電流検知器により前記連系点から前記系統電源へ向かう電流を検知すると、前記切換器を切換えて前記発電機からの直流電力を前記電力負荷に供給するよう構成されていてもよい。
このような構成とすると、電流検知器により系統電源への電流を検知したときに発電機で発生している余剰電力を電力負荷で消費することができるので、逆潮流を防止することができる。
前記制御器は、前記切換器を切換えて前記系統電源からの交流電力を前記電力負荷に供給し、その際に前記電流検知器により検出される電流の向きを判定してもよい。
このような構成とすると、電流検知器により検出される電流の向きによって電流検知器の設置の適否を判定することができる。
前記発電装置は、表示器を備え、前記制御器は、前記判定された前記電流の向きに関連する情報を前記表示器に表示するよう構成されていてもよい。
このような構成とすると、電流検知器がその方向を誤って設置された場合に、施工者の注意を喚起することができる。
前記制御器は、前記判定された前記電流の向きが予め設定された電流の向きと逆である場合に、前記電流検知器により検知された電流の向きを反転させ、この反転させた電流に基づいて制御を行うよう構成されていてもよい。
このような構成とすると、電流検知器がその方向を誤って設置された場合でもそのまま制御を行うことができるので、電流検知器の設置修正作業が不要となり、電流検知器の施工コストを低減することができる。
前記発電機は、前記発電機の排熱を回収した熱媒体を貯える蓄熱器を備え、前記電力負荷が前記熱媒体を加熱する電気ヒータであってもよい。
このような構成とすると、余剰電力を有効利用することができ、省エネルギー性を向上することができる。
前記発電機が燃料電池システムであり、前記制御器は、前記燃料電池システムの起動処理の開始から発電開始までの間に、前記系統電源からの交流電力が前記電力負荷に供給されるよう前記切換器を切換え、前記電流検知器により検出される電流の向きを判定するよう構成されていてもよい。
このような構成とすると、電流の向きにより逆潮流を検出する発電運転に近いタイミングで電流検知器の設置適否検査が行われるので、電流検知器の不具合による異常の発生を確実に防止することができる。
前記燃料電池システムが、原料ガスから水素リッチな改質ガスを生成する改質器及び該改質器で改質生成された改質ガスのＣＯ濃度を低減するＣＯ低減器を備える水素生成装置と、前記ＣＯ濃度を低減された改質ガスを用いて発電する燃料電池と、を備えており、前記制御器は、前記ＣＯ低減器でＣＯ濃度を低減された改質ガスのＣＯ濃度が所定のレベルまで低下したときから前記燃料電池の発電開始までの間に、前記切換器の切換え及び前記電流の向きの判定を行うよう構成されていてもよい。
このような構成とすると、発電運転の直前に電流検知器の設置適否検査が行われることとなるので、電流検知器の不具合による異常の発生をより確実に防止することができる。
前記制御器は、該制御器の電源が入ったのに応じて、前記系統電源からの交流電力が前記電力負荷に供給されるよう前記切換器を切換え、前記電流検知器により検出される電流の向きを判定するよう構成されていてもよい。ここで「制御器の電源が入ったのに応じて」とは、「制御器の電源が入ったのと同時に又は制御器の電源が入ったのに連動して」という意味である。
前記発電装置は、前記第１のＤＣ／ＤＣ変換器から前記切換器までの電路上に、該第１のＤＣ／ＤＣ変換器からの直流電力の電圧を前記系統電源の電圧を超えない電圧に降下させる電圧降下器を備えてもよい。このような構成とすると、電圧降下器から切換器に至る電路と連系点から切換器に至る電路とを、その断面積及び長さ等に関して、仕様を統一することができる。
前記電圧降下器が、前記発電機からの直流電力の電圧を該発電機の余剰電力量に応じて降下させる第２のＤＣ／ＤＣ変換器で構成されていてもよい。
また、本発明に係る発電装置の運転方法は、直流電力を発生する発電機と、電力負荷と、系統電源と連系点との間を流れる電流を検知する電流検知器と、前記発電機からの直流電力と前記連系点を経由する前記系統電源からの交流電力とを切換えて前記電力負荷に供給する切換器と、を備える発電装置の運転方法であって、前記電流検知器により検出される電流の向きを判定する場合に、前記系統電源からの交流電力が前記電力負荷に供給されるよう前記切換器を切換えるステップと、前記発電機の余剰電力が生じた場合に、前記発電機の直流電力が前記電力負荷に供給されるよう前記切り替え器を切換えるステップとを含む。
このような構成とすると、電流検知器の設置適否検査のコストを低減することができ、かつ、系統異常にも適切に対処することができる。
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
本発明は上記のように構成され、発電機で発生した直流電力を交流に変換して系統連系しながら出力し、電流検知器で検知した系統電源と連系点との間の電流に基づいて内部電力負荷に余剰電力を供給するよう構成された発電装置において、電流検知器の施工のコストを低減することが可能であるという効果を奏する。
図１は本発明の実施の形態１に係る発電装置の構成を模式的に示すブロック図である。 図２は図１の発電装置の制御装置の記憶部に格納された電流検知器の設置適否検査プログラムの内容を示すフローチャートである。 図３は本発明の実施の形態２に係る発電装置の構成を模式的に示すブロック図である。 図４は従来の発電装置の構成を簡略化して示すブロック図である。 図５は図１の発電機の構成例である燃料電池システムを簡略化して示すブロック図である。 図６は図１の発電装置の制御プログラムの切換器に関する部分を抽出して示すフローチャートである。
符号の説明
１ 発電機
２ ＤＣ／ＤＣ変換器
３ ＤＣ／ＡＣ変換器
４ 切換器
５ 内部電力負荷
６ ＤＣ電圧降下器
７ 電流検知器
８ 系統電源
９ 連系点
１０ 制御器
１０ａ リトライカウンタ
１１ 外部交流電力負荷
１２ 電源配線
１３ 電流検知器
２０ 排熱回収配管
２０ａ 往路配管
２０ｂ 復路配管
２１ 蓄熱器
２２ 蓄熱量センサ
２２Ａ〜２２Ｄ 温度センサ
２３ 給湯器
２４ カラン
２５ 蓄熱情報制御器
３１ 表示装置
５０ 燃料電池システム
５１ 燃料電池
５２ 原料ガス供給器
５３ 水素生成装置
５４ 改質器
５５ ＣＯ低減器
５６ 酸化剤ガス供給器
５７ 電気出力端子
５８、５９ 温度センサ
１００ 発電装置
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態では、全ての図面を通じて同一又は相当する部分には同じ符号を付してその重複する説明を省略する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る発電装置の構成を模式的に示すブロック図である。
図１に示すように、本実施の形態１に係る発電装置は、発電機１と、ＤＣ／ＤＣ変換器（第１のＤＣ／ＤＣ変換器）２と、ＤＣ／ＡＣ変換器３と、切換器４と、内部電力負荷５と、ＤＣ電圧降下器６と、電流器検知器７と、制御器１０と、電流検知器１３と、表示装置３１と、を備えている。
発電機１は直流電力を発生する発電機で構成されている。ここでは、発電機１は例えば燃料電池システムで構成されている。燃料電池システムについては後で説明する。発電機１から出力される直流電力の電圧をＤＣ／ＤＣ変換器２が所定の電圧に変換する。ここでは、ＤＣ／ＤＣ変換器２は例えば昇圧チョッパで構成されていて、発電機１から出力される直流電力の電圧を所定の電圧（例えば約４００Ｖ）に昇圧する。このＤＣ／ＤＣ変換器２から出力される直流電力をＤＣ／ＡＣ変換器３が交流電力に変換する。ここでは、ＤＣ／ＡＣ変換器３は例えば半導体スイッチング素子からなるインバータで構成されている。ＤＣ／ＡＣ変換器３の出力端子は電源配線１２によって系統電源８との連系点９に接続される。系統電源８は、例えば、電力会社等の商用電力網である。連系点９には外部交流負荷１１が接続される。外部交流負荷１１には、例えば、一般家庭で使用されるテレビ、エアコン等の電力消費機器からなる家庭内電力負荷が該当する。これにより、ＤＣ／ＡＣ変換器３から出力される交流電力が系統電源８と系統連系しつつ外部交流負荷１１に供給される。
そして、系統電源８と連系点９とを接続する配線に電流検知器７が設置される。電流検知器７はＣＴ（カレントトランスフォーマ）等の電流センサで構成され、系統電源８と連系点９とを接続する配線を流れる電流の大きさと方向とを検出する。
また、ＤＣ／ＤＣ変換器２の出力端子にはＤＣ電圧降下器６が接続されている。ＤＣ電圧降下器６は２つの機能を有している。第１の機能は、ＤＣ／ＤＣ変換器２から出力される直流電力の電圧（例えば４００Ｖ）を系統電源８の電圧（２００Ｖ）を超えない電圧に降下させる機能である。この機能により、内部電力負荷５に直流側から直流電力を供給する場合に、交流側から交流電力が供給される場合の最大電流値を超えないようにその電流値を制限することができる。その結果、ＤＣ電圧降下器６から内部電力負荷５までの電路の断面積及び長さを交流側の電路の断面積及び長さと同様に設計することが可能となる。その結果、ＤＣ電圧降下器６から切換器４に至る電路と電源配線１２から切換器４に至る電路とを、その断面積及び長さ等に関して、仕様を統一することができる。
第２の機能は、その降下させる電圧を系統電源８の電圧を超えない範囲内で調整して、内部電力負荷５に供給する直流電力を調整する機能である。第１の機能のみを要求するのであれば、単に直流電圧を降下できる簡単な構成の電気機器を用いることができる。しかし、ここでは、第２の機能をも要求するので、これらの機能を合わせ持つＤＣ／ＤＣ変換器（第２のＤＣ／ＤＣ変換器）でＤＣ電圧降下器６が構成されている。なお、内部電力負荷５の定格電圧は例えば２００Ｖである。ＤＣ電圧降下器６の出力端子は切換器４の一方の入力端子に接続されている。切換器４の他方の入力端子は電源配線１２に接続されており、かつ切換器４の出力端子は内部電力負荷５に接続されている。切換器４は、内部電力負荷５を選択的に（切り換えて）ＤＣ電圧降下器６と電源配線１２とに接続する。内部電力負荷５は、直流及び交流の双方で動作可能な負荷で構成されている。ここでは、内部電力負荷５は、例えば、電気ヒータで構成されている。内部電力負荷５は、スイッチ（図示せず）を内蔵していて、当該スイッチの動作を後述する制御器１０により制御されて、オン・オフされる。そして、電源配線１２の切換器４との接続点と、電源配線１２のＤＣ／ＡＣ変換器３への接続点との間の該電源配線１２に電流検知器１３が設置されている。電流検知器１３は、ＣＴ等の電流センサで構成され、電源配線１２のこの部分を流れる電流の大きさを検出する。
表示装置３１は、タッチパネル等のディスプレイで構成されていて、必要な表示を行う。
制御器１０は、マイコン等の演算器で構成されていて、演算処理部、記憶部、及び指令や所要のデータを入力するため入力部を備えている（いずれも図示せず）。制御器１０は、また、その処理結果を表示装置３１の画面に表示する。制御器１０は、所要の情報を入力されて発電装置の所要の構成要素を制御することにより、発電装置全体の動作を制御する。ここで、本発明において制御器は、単独の制御器のみならず制御器群をも意味する。従って、制御器１０は、必ずしも単独の制御器で構成される必要はなく、分散配置された複数の制御器を有し、それらが協働して制御を行うように構成されていてもよい。
具体的には、制御器１０には、所定のプログラムによりリトライカウンタ１０ａが構築されており、かつ電流検知器７及び電流検知器１３から電流検知信号が入力される。一方、制御器１０は、発電機１、ＤＣ／ＡＣ変換器３、切換器４、内部電力負荷５、ＤＣ電圧降下器６、及び表示装置３１の動作を制御する。これにより、制御器１０は、発電装置１の設置時における電流検知器７の設置適否検査、逆潮流の防止、及び系統異常対処を行う。これらの動作については、後で詳述する。
次に、発電機１の構成例としての燃料電池システムについて説明する。図５は図１の発電機の構成例である燃料電池システムを簡略化して示すブロック図である。
図５に示すように、燃料電池システム５０は、周知のもので構成されている。従って、ここでは、その構成及び動作を簡単に説明する。燃料電池システム５０は、原料ガス供給器５２を備えている。原料ガス供給器５２は、例えばプランジャーポンプで構成されていて、都市ガスインフラ（図示せず）から供給される原料ガス（例えば天然ガスを主成分とする都市ガス）を昇圧し、これを水素生成装置５３に供給する。水素生成装置５３は、改質器５４とＣＯ低減器５５とを備えている。改質器５４は原料ガス供給器５２から供給される原料ガスを改質して水素リッチな改質ガスを生成する。ＣＯ低減器５５は改質器５４で生成された改質ガスのＣＯの濃度を所定のレベル（一般には１０ｐｐｍ以下）にまで低減する。具体的には、ＣＯ低減器５５は、変成器及びＣＯ酸化器の少なくともいずれかで構成されている。変成器は、改質ガス中のＣＯの濃度を変成反応により低減する。ＣＯ酸化器は、改質ガス中のＣＯの濃度を酸化により低減する。ここでは、ＣＯ低減器５５は、変成器とＣＯ酸化器とで構成されている。ＣＯ低減器５５でＣＯの濃度を低減された改質ガスは燃料ガスとして燃料電池５１のアノードに供給される。燃料電池５１は周知のもので構成されている。燃料電池５１のカソードには酸化剤ガス供給器５６から酸化剤ガスが供給される。酸化剤ガス供給器５６は、例えばブロア等で構成されていて、外気（空気）を吸入してこれを酸化剤ガスとして供給する。燃料電池５１は、供給される燃料ガスと酸化剤ガスとがアノード及びカソードで発電反応して電気を発生する。発電反応に寄与しなかった燃料ガス及び酸化剤ガスは、それぞれ、燃料電池５１の外部に排出される。一方、発生した電気は電気出力端子５７から図１のＤＣ／ＤＣ変換器２へ出力される。また、燃料電池システム５０は、変成器及びＣＯ酸化器の温度をそれぞれ検出する温度センサ５８及び温度センサ５９を備えている。温度センサ５８及び温度センサ５９でそれぞれ検出された変成器の温度及びＣＯ酸化器の温度は制御器１０に入力される。制御器１０は、入力される変成器の温度及びＣＯ酸化器の温度がそれぞれ所定の閾値温度に達した場合に、ＣＯ低減器５５でＣＯ濃度を低減された改質ガスのＣＯの濃度が上述の所定のレベルにまで低減されたと判定する。
次に、上述のように構成された本実施の形態１に係る発電装置の動作を詳細に説明する。発電装置の一般的な動作は良く知られているので、以下には、本発明に特有の動作を重点的に説明する。
まず、本発明を特徴付ける切換器４に関連する動作を説明する。図６は、図１の発電装置の制御プログラムの切換器に関する部分を抽出して示すフローチャートである。
この制御プログラムは、制御器１０の記憶部（図示せず）に格納されおり、制御器１０はその演算処理部でこのプログラムを実行することにより発電装置１の動作を制御する。
図６に示すように、制御器１０は、まず、現在時刻が、制御器１０の電源が入った時点か否か判定する（ステップＳ１０１）。具体的には、発電装置１は、その設置時に系統電源８に連系点９において接続される（図１参照）。これにより、制御器１０の電源が入る（制御器１０がオンする）。制御器１０は、その電源が入ると、まず、初期化処理を行う。その後、個々の処理を開始する。ここでは、制御器１０は、初期化処理に続いて、現在時刻が、自分自身の電源が入った時点であるか否か判定する。制御器１０は、初期化処理に続いて当該判定を行った場合には、現在時刻が制御器１０の電源が入った時点であると判定し、そうでない場合には、現在時刻が制御器１０の電源が入った時点でないと判定する。
制御器１０は、現在時刻が制御器１０の電源が入った時点であると判定した場合には（ステップＳ１０１でＹＥＳ）、電流検知器７の設置適否検査（ステップＳ１０４）を遂行し、その中で切換器４をＡＣ側（連系点９側）に切換える（ステップＳ１０５）。電流検知器７の設置適否検査（ステップＳ１０４）については後で詳しく説明する。その後、スタートに戻る。
一方、制御器１０は、現在時刻が制御器１０の電源が入った時点でないと判定した場合には（ステップＳ１０１でＮＯ）、現在時刻が発電開始前の所定期間内か否か判定する（ステップＳ１０２）。ここで、本発明において、「発電開始前の所定期間」とは、「燃料料電池システム５０の起動処理の開始から燃料電池５１の発電開始までの間の期間」をいう。なお、この判定は、「発電開始前の所定期間」のうちでも、「ＣＯ低減器５５でＣＯ濃度を低減された改質ガスのＣＯ濃度が上述の所定のレベル（１０ｐｐｍ以下）にまで低下したときから燃料電池５１の発電開始までの期間」に行うことが好ましい。ＣＯ低減器５５でＣＯ濃度を低減される改質ガスのＣＯ濃度が上述の所定のレベルにまで低下したか否かは、上述のように、制御器１０が、入力される変成器の温度及びＣＯ酸化器の温度がそれぞれ所定の閾値温度に達したか否かにより判定する。なお、ＣＯ低減器５５でＣＯ濃度を低減された改質ガスのＣＯ濃度を検出する濃度センサを設け、制御器１０が、その濃度センサで検出されるＣＯ濃度をモニタすることにより、ＣＯ低減器５５でＣＯ濃度を低減された改質ガスのＣＯ濃度が上述の所定のレベルにまで低下した否か判定しても良い。
制御器１０は、現在時刻が発電開始前の所定期間内であると判定した場合には（ステップＳ１０２でＹＥＳ）、電流検知器７の設置適否検査（ステップＳ１０４）を遂行し、その中で切換器４をＡＣ側（連系点９側）に切換える（ステップＳ１０５）。その後、スタートに戻る。電流検知器７は、家庭において他の電化製品を設置するための電気工事を行う場合に取り外される場合があり、その場合に、正常な方向に設置されない可能性がある。また、電流検知７の設置後、時間の経過により電流検知器７が故障する可能性がある。そこで、このように、「発電開始前の所定期間」に電流検知器７の設置適否検査（ステップＳ１０４）を遂行することにより、電流検知器７の不具合により発電装置１に異常が発生することを確実に防止することができる。
一方、制御器１０は、現在時刻が発電開始前の所定期間内でないと判定した場合には（ステップＳ１０２でＮＯ）、発電機１の余剰電力が発生したか否かを判定する（ステップＳ１０３）。
制御器１０は、発電機１の余剰電力が発生したと判定した場合には（ステップＳ１０３でＹＥＳ）、切換器４をＤＣ側（ＤＣ／ＤＣ変換器２側）に切換える（ステップＳ１０６）。その後、逆潮流の防止又は系統異常対処を行った(ステップＳ１０７)後、スタートに戻る。余剰電力が発生していないと判定した場合には（ステップＳ１０３でＮＯ）、そのままスタートに戻る。
次に、上述の切換器４の切換が行われる、電流検知器７の設置適否検査、逆潮流の防止、及び系統異常対処について順に説明する。
まず、発電装置の設置時における電流検知器７の設置適否の判定について説明する。
図２は、制御器１０の記憶部（図示せず）に格納された電流検知器７の設置適否検査プログラムの内容を示すフローチャートである。制御器１０はその演算処理部でこのプログラムを実行することにより、電流検知器７の設置適否検査を遂行する。
本実施の形態では、施工者が、発電装置の設置時に、電流検知器７（正確にはその検出部（例えばＣＴ（カレントトランスフォーマ）の検出コイル）を系統電源８と連系点９との間の配線に接続し、制御器１０に出力信号線を接続する。この後、これらの施工が適正に行われた否かを確認するため、制御器１０により電流検知器７の設置適否検査を行う。この設置適否検査は、電流検知器７の検出部の方向のみならず配線等の所要の作業の適否についても行われる。
具体的には、図１及び図２に示すように、まず、制御器１０は、リトライカウンタ１０ａのカウント値（以下、リトライカウント値という）を０に設定する（ステップＳ１）。
次いで、制御器１０は、電流検知器７が検出した系統電源の受電端における３相電流のうち、Ｕ相及びＷ相の電流の値（以下、受電端電流値という）を取得し、これを検査値Ａとして保存する（ステップＳ２）。
次いで、制御器１０は、内部電力負荷５を電源配線１２に接続するよう、切換器４を切り換え、その後、内部電力負荷５をオンする（動作させる）（ステップＳ３）。この時、制御器１０が、発電機１及びＤＣ／ＡＣ変換器３を停止させることは言うまでもない。また、内部電力負荷５のオン・オフは内部電力負荷５が内蔵するスイッチ（図示せず）を制御器１０が動作させることにより行われる。これにより、系統電源から交流電力が電力負荷５に供給される（図１に実線矢印で示す）。
次いで、制御器１０は、この時のＵ相及びＷ相の受電端電流値を取得し、これを検査値Ｂとして保存する（ステップＳ４）。
次いで、制御器１０は、上述の内部電力負荷５のオンから所定時間経過後、内部電力負荷５をオフする（停止させる）（ステップＳ５）。ステップＳ３で内部電力負荷５をオンしてステップＳ４で内部電力負荷５をオフするまでの時間（内部電力負荷５のオン時間）は、例えば０．１秒である。
次いで、制御器１０は、内部電力負荷オン時におけるＵ相及びＷ相の受電端電流値である検査値Ｂの符号（電流の方向）を、その記憶部に予め記憶されたＵ相及びＷ相の受電端電流の所定の符号（電流の方向）と対比し、検査値Ｂの符号が所定の符号と逆か否か判定する（ステップＳ６）。検査値Ｂの符号が逆でない場合には、ステップＳ８に進む。ここで、検査値Ｂの符号が逆でないということは、電流検知器７が正規の方向に設置されたことを意味する。
一方、検査値Ｂの符号が逆である場合には、ステップＳ７に進む。ここで、検査値Ｂの符号が逆であるということは、電流検知器７が正規の方向とは逆の方向に設置されたことを意味する。ステップ７において、制御器１０は、これ以降、電流検知器７から入力されるＵ相及びＷ相の受電端電流値を、その符号を反転して、制御に用いるようその動作を設定する。これにより、制御器１０は、この後、入力されるＵ相及びＷ相の受電端電流値の符号を反転し、この符号が反転されたＵ相及びＷ相の受電端電流値を用いて逆潮流の防止及び系統異常対処時における余剰電力処理を行う。このため、電流検知器７が、正規の方向とは逆の方向に設置された場合でも、その修正作業を行う必要が無くなり、電流検知器７の設置コストが低減される。
次いで、ステップＳ８において、制御器１０は、検査値Ｂと検査値Ａとの差分が、その記憶部に予め記憶された所定の閾値以上であるか否か判定する（ステップＳ９）。ここで、当該差分が所定の閾値以上であるということは、電流検知器７が正常に設置されたことを意味する。従って、当該差分が所定の閾値以上である場合には、制御器１０は、電流検知器５が正常である旨を表示装置３１に表示し（ステップＳ９）、その後、この検査を終了する。
一方、当該差分が所定の閾値未満であるということは、電流検知器７が正常に設置されていない（電流検知器７の配線外れ、電流検知器７の信号線の断線等）の疑いがあることを意味する。そこで、当該差分が所定の閾値未満である場合には、制御器１０は、リトライカウント値が、その記憶部に予め記憶された所定の閾値以上であるか否か判定する（ステップＳ９）。そして、リトライカウント値が所定の閾値未満であると、リトライカウント値を「１」インクリメントし（ステップＳ１１）、ステップＳ２に戻る。
これ以降、ステップＳ８で検査値Ｂと検査値Ａとの差分が所定の閾値以上である場合には、上述のようにステップＳ９を経てこの検査を終了する。この場合は、最初のステップＳ８において、ノイズ等の外乱要因により誤って電流検知器７の設置が不良と判定されたことを意味する。しかし、そうでない場合には、制御器１０は、リトライカウント値が所定の閾値に到達するまで、ステップＳ１１，Ｓ２〜８，Ｓ１０を繰り返し、ステップＳ８において、リトライカウント値が所定の閾値に到達すると、電流検知器７が異常である旨を表示装置３１に表示し（ステップＳ１２）、その後、この検査を終了する。これにより、電流検知器７の設置が不良であることが確定される。そして、この表示装置３１への電流検知器７の異常表示により、電流検知器７の設置状態の確認と修正作業の必要なことが施工者に喚起される。そして、施工者によって電流検知器７の設置状態の修正作業が完了すると、施工者が制御器１０の入力部に所定の指令を入力する。これにより、制御器１０は、再度、上述の電流検知器７の設置適否検査を行う。それでも、電流検知器７の異常が表示される場合には、施工者は、制御器１０に、電流検知器７が正常である旨表示されるまで、修正作業を繰り返す。
次に、発電装置の逆潮流の防止、及び系統異常時における対処について説明する。
図１において、制御器１０はその入力部に所定の指令（発電機１に発電を開始させる旨の指令（例えば発電要求））が入力されると、内部電力負荷５をＤＣ電圧降下器６に接続するよう、切換器４を切り換える（ＤＣ側に切換える）。ここで、切換器４を、逆潮流又は系統異常に関連して余剰電力が発生した後、ＤＣ側に切換えてもよい。上述の図６についての説明において、「余剰電力が生じた場合に、切換器４をＤＣ側に切換える」とは、「切換器４を、余剰電力を内部電力負荷５に供給する時点で当該切換器４がＤＣ側に切換えられている状態にする」ことを意味する。そして、制御器１０は、発電装置１の全体を制御して発電運転を行う。発電運転においては、発電機１が発電した直流電力がＤＣ／ＤＣ変換器２で昇圧され、ＤＣ／ＡＣ変換器３で交流に変換されて外部交流電力負荷１１に供給される。制御器１１は、基本的に外部交流電力負荷１１の消費電力の変動に追随して発電するよう発電機１を制御するが、追随し切れずに、外部交流電力負荷１１の消費電力が発電機１の発電量を上回ると、その上回る分（不足分）の電力が系統電源８から連系点９を経て外部交流電力負荷１１に供給される。一方、追随し切れずに、外部交流電力負荷１１の消費電力が発電機１の発電量を下回ると、制御器１０は以下のような逆潮流防止制御を行う。
制御器１０は、発電機１が発電している間、電流検知器７が検出するＵ相及びＷ相の受電端電流値の符号（上述のようにその符号が反転される場合にはその反転された符号）を監視する。この符号は、通常時、すなわち系統電源８から外部交流電力負荷１１に電力が供給されている時は、系統電源８から連系点９に向かう電流の方向を表する符号であるが、逆潮流時には、連系点９から系統電源８に向かう電流の方向を表す符号になる。そこで、制御器１０は、Ｕ相及びＷ相の受電端電流値の符号が、連系点９から系統電源８に向かう電流の方向を表す符号になると、逆潮流が発生していると判定する。そして、制御器１０は、内部電力負荷５をオンするとともに、電流検知器７から入力されるＵ相及びＷ相の受電端電流値に基づいて余剰電力を算出し、この算出した余剰電力に相当する電力となるようＤＣ電圧降下器６の出力を調節する。これにより、発電機１で発生した余剰電力がＤＣ／ＤＣ変換器２、ＤＣ電圧降下器６、及び切換器４を経て内部電力負荷５に供給されて（図１に点線矢印で示す）、そこで消費される。その一方、制御器１０は、電流検知器７を通じて検知される逆潮流が無くなる（Ｕ相及びＷ相の受電端電流値の符号により逆潮流と判定しなくなる）まで、発電機１の発電電力を低下するよう制御する。これにより、逆潮流が防止される。
また、制御器１０は、発電機１が発電している間、電流検知器１３が検出する電源配線１２の電流値の大きさを監視する。系統異常とは、具体的には系統の停電を指すが、これが発生すると、ＤＣ／ＡＣ変換器３から電源配線１２を通って外部交流負荷１１に向かって瞬間的に異常電流が流れる。そこで、制御器１０は、電流検知器１３で検出される電流値の大きさが所定の閾値以上になると、系統異常（停電）が発生したと判定する。そして、制御器１０は、ＤＣ／ＡＣ変換器３をゲートブロックするとともに内部電力負荷５をオンする。このゲートブロックにより、この発電装置（正確にはＤＣ／ＡＣ変換器３）によってその出力電圧が系統（系統電源８）に印加されることが防止される。一方、発電機１はその追随性に限度があるので瞬時に発電を停止することができず、このため、一時的に余剰電力が発生する。しかし、この発電機１で発生した余剰電力がＤＣ／ＤＣ変換器２、ＤＣ電圧降下器６、及び切換器４を経て内部電力負荷５に供給されて、そこで消費される。これにより、発電装置は系統異常に適切に対処することがきる。
ここで、特に以下の点を強調しておく。すなわち、逆潮流時における余剰電力を消費することのみを考慮するのであれば、内部電力負荷５にＤＣ／ＡＣ変換器３より発電機１側の電力供給経路（本実施の形態ではＤＣ／ＤＣ変換器２の出力端子）から直流電力を供給する必要は無く、ＤＣ／ＡＣ変換器３の出力側の電力供給路（電源配線１２）から内部電力負荷５に交流電力を供給すれば済む。この場合、切換器４は不要となる。しかし、逆潮流時と系統異常時との双方における余剰電力を消費することを考慮すると、このような構成では系統異常時にはＤＣ／ＡＣ変換器３がゲートブロックされてしまうので、このゲートブロックにより発電機１で発生する余剰電力を内部電力負荷５に供給することができない。そこで、本実施の形態の発電装置は、上述のように、内部電力負荷５にＤＣ／ＡＣ変換器３より発電機１側の電力供給経路から直流電力を供給するように構成されている。また、例えば、発電機がガスエンジンを用いた発電機で構成されるような場合には、その電力負荷（出力電力）の変化に対するその発電の追随性が優れている（応答速度が高い）ため、系統異常発生時に瞬時に発電を停止することができ、余剰電力が発生しない。そこで、このような発電機を用いる発電システムでは、ＤＣ／ＡＣ変換器の出力側の電力供給路から内部電力負荷に交流電力を供給するように構成すれば済む。しかし、その電力負荷の変化に対するその発電の追随性が劣る（応答速度が低い）発電機１には上述の構成は必須である。燃料電池は起動及び停止に時間が掛かるため、このような発電機の典型例である。従って、燃料電池を用いる発電システムには本発明が特に有効である。
以上に説明したように、本実施の形態の発電装置によれば、１つの内部電力負荷５に対し発電装置からの直流電力と系統電源８からの交流電力とを切換器４を介して選択的に供給することができるので、電流検知器７の設置適否検査と余剰電力消費とを１つの内部電力負荷５を用いて行うことができる。換言すれば、余剰電力消費用に本来備える内部電力負荷５を電流検知器７の設置適否検査に用いることができる。このため、従来のように電流検知器７の設置適否検査の際に専用の電力負荷を用意する必要がないので、電流検知器の設置適否検査のコストを低減することができる。また、電流検知器７の設置適否の検査を自動的に行うことができるので、電流検知７の設置適否の検査を簡素化することができる。さらに、電流検知器７の方向が正規の方向とは逆の方向に設置されてもそのままで逆潮流防止及び系統異常対処の制御を行うことができるので、電流検知７の方向の誤設置を修正する作業が不要となる。このため、電流検知器７の施工コストが低減される。
［変形例］
上記の構成例では、電流検知器７が誤設置された場合に、電流検知器７で検知される電流の符号を反転して制御に用いることにより、電流検知器７の設置修正作業を不要とした。これに対し、本変形例では、制御器１０が電流検知器７で検知される電流の符号が正規の方向と逆であると判定した場合には、制御器１０は、この逆であると判定した電流の向きをその旨の警告のメッセージとともに表示装置３１の画面に表示する。これより、施工者に、電流検知器７がその方向を誤って設置された旨の注意が喚起される。施工者は、この表示を見て、電流検知器７の設置修正作業を行う。
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２に係る発電装置の構成を模式的に示すブロック図である。
本実施の形態の発電装置は、実施の形態１の発電装置における内部電力負荷５の具体的構成を例示したものである。従って、本実施の形態の発電装置の基本的構成は実施の形態１の発電装置と同じであるので、以下、相違点のみ説明する。
図３において、内部電力負荷５は電気ヒータで構成されている。詳しく説明すると、本実施の形態の発電装置１００は、蓄熱器２１と蓄熱情報制御器２５とを備えている。蓄熱器２１は、ここでは、いわゆる積層沸き上げ方式の貯湯タンクで構成されている。この貯湯タンクからなる蓄熱器２１と発電機１とが排熱回収配管２０によって接続されている。発電機１の内部には熱媒体流路（図示せず）が形成されている。排熱回収配管２０は往路配管２０ａと復路配管２０ｂとで構成されていて、蓄熱器２１の下部が往路配管２０ａによって発電機１の熱媒体流路の入口に接続され、発電機１の熱媒体流路の出口が復路配管２０ｂによって蓄熱器２１の上部に接続されている。そして、図示されないポンプによって、熱媒体が蓄熱器２１の下部から出て、往路配管２０ａ、発電機１の熱媒体流路、及び復路配管２０ｂを通って蓄熱機２１の上部に戻るように循環される。熱媒体は、ここでは温水（湯）である。これにより、熱媒体が発電機１の排熱を回収して昇温し、この昇温した熱媒体が、蓄熱器２１の内部に、下から上へ順に温度が高くなるように貯留される。その結果、発電機１の排熱が蓄熱器２１に蓄えられる。蓄熱器２１の上部には給湯配管２５の基端が接続されていて、この給湯配管の途中及び先端に、それぞれ、バックアップ用の給湯器２３及び給湯端末としてのカラン２４が設けられている。このカラン２４を開けることによって、蓄熱器２１から熱媒体たる温水が給湯配管２５を通じて取り出され、ユーザの利用に供される。また、万一、蓄熱器２１内に熱媒体が無くなった場合には、給湯器２３のバックアップ運転により該給湯器２３から温水（熱媒体）がカラン２４に供給される。
そして、排熱回収配管２０の復路配管２０ｂに、内部電力負荷５である電気ヒータが設けられている。これにより、電気ヒータがオンすると、該電気ヒータによって復路配管２０ｂを流れる熱媒体が昇温される。その結果、余剰電力が熱に変換されて蓄熱器２１に蓄えられ、有効に利用される。
蓄熱器２１にはさらに蓄熱量センサ２２が配設されている。蓄熱量センサ２２は、複数（ここでは４つ）の温度センサ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄを有し、この複数の温度センサ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄは、例えばサーミスタ等で構成されていて、貯湯タンクからなる蓄熱器２１の側壁に鉛直方向に所定間隔で配設されている。この複数の温度センサ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄで検出される温度は蓄熱情報制御器２５に入力される。蓄熱情報制御器２５は、温度センサ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄで検出される温度と、蓄熱器２１の鉛直方向における各温度センサに対応する部位毎の容積と、に基づいて蓄熱器２１の蓄熱量を算出し、これを制御器１０に出力する。制御器１０は、この蓄熱量に基づいて発電機１の発電を制御し、この蓄熱量が蓄熱器２１の満量に相当する閾値以上となると発電を停止する。
次に、以上のように構成された発電装置の、電流検知器の設置適否検査、逆潮流防止、系統異常対処の動作を説明する。
本実施の形態の電流検知器の設置適否検査は実施の形態１における電流検知器の設置適否検査（図２のフローチャート）と基本的に同じである。但し、以下の点が考慮されている。
すなわち、図２のフローチャートのステップＳ３〜Ｓ４において、制御器１０は、電力負荷５としての電気ヒータ５を瞬時的にオン及びオフし、そのオフ時（ステップＳ２）及びオン時（ステップＳ３）における電流検知器７からの受電端電流値を取得する。これは、電力負荷５が電気ヒータであり、発電装置１００が停止していて、熱媒体が循環されていない状態でこの電気ヒータによって熱媒体を加熱するため、排熱回収配管２０内の熱媒体が過熱されないように通電時間を短くするものである。また、電気ヒータは抵抗負荷であるため、制御器１０は、有効電力の変化のみを電気ヒータのオン及びオフによる有効な受電端電流値の変化として扱う。これにより、実施の形態１と同様に電流検知器７の施工コストが低減されかつ電流検知７の設置適否の検査が簡素化される。
本実施の形態における逆潮流防止及び系統異常対処の動作は実施の形態１における逆潮流防止及び系統異常対処の動作と基本的に同じである。但し、電力負荷５としての電気ヒータ５で消費された電力は、熱として排熱回収配管２０内の熱媒体に伝達されて蓄熱器２１に蓄えられる。これにより、余剰電力が有効利用され、その結果、発電装置１００の省エネルギー性が向上する。
以上に説明したように、本実施の形態の発電装置によれば、実施の形態１で得られる効果に加えて、逆潮流時及び系統異常時に発生する余剰電力を有効に利用することができるという効果が得られる。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
本発明の発電装置は、発電機で発生した直流電力を交流に変換して系統連系しながら出力し、電流検知器で検知した系統電源と連系点との間の電流に基づいて内部負荷に余剰電力を供給するよう構成されていて、電流検知器の施工コストの低減が可能な発電装置等として有用である。
本発明は、直流電力を発生する発電機と、内部電力負荷と、系統電源と連系点との間を流れる電流を検知する電流検知器と、を備える発電装置及びその運転方法に関し、特に発電機からの直流電力と系統電源からの交流電力とを切換えて内部電力負荷に供給するための切換器を有する発電装置及びその運転方法に関する。
燃料電池等の発電機で直流電力を発生してこれをインバータ等の電力変換器により交流電力に変換する発電装置は、一般的には、系統電源と系統連系して使用される。このような態様で使用される発電装置においては、発電機で発電した電力と系統電源からの電力とが、外部電力負荷（例えば、家庭の使用電力）に供給される。
ところで、燃料電池等の直流電力を発生する発電機は、外部電力負荷の負荷変動に対する出力変化速度が遅いため、発電装置から電力供給を受ける全機器の総消費電力が、発電装置から出力される出力電力を下回る場合に余剰電力が発生し、系統電源への電力の逆潮流が生じる。これを防止又は緩和することが可能な発電装置が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
特許文献１に開示された発電システムにおいては、余剰電力が生じた時や系統側異常時等のインバータ出力停止時に、発電機で発生した直流電力をインバータと並列に設けられた第１ＤＣ／ＤＣコンバータを介して直流負荷に供給して、余剰電力を消費させる。これにより、余剰電力の発生時や系統側異常時等のインバータ出力停止時に、逆潮流を防止することができる。
また、特許文献２に開示された燃料電池システムにおいては、余剰電力が発生した時に、燃料電池で発生した直流電力をインバータに接続された直流負荷に供給して、余剰電力を消費させる。図４はこの特許文献２の発電装置の構成を示すブロック図であって、特許文献２の図１を簡略化した図である。
図４に示すように、この燃料電池システムは、燃料電池１０１と、燃料電池１０１から直流電力を入力されてその電圧を変換するＤＣ／ＤＣ変換器１０２と、ＤＣ／ＤＣ変換器１０２の出力を交流に変換するＤＣ／ＡＣ変換器（インバータ）１０３とを備えている。ＤＣ／ＡＣ変換器１０３の出力側は、電源配線１１０によって、連系点１０７において系統電源１０６に接続されている。連系点１０７には、外部の交流電力負荷１０９が接続されている。また、電源配線１１０には内部交流電力負荷（ヒータ）１０４が接続されている。すなわち、この燃料電池システムにおける燃料電池１０１由来の交流電力の出力側に交流電力負荷１０４が接続されている。系統電源１０６と連系点１０７とを接続する電気配線には系統電源１０６と連系点１０７との間を流れる電流を検知する電流検知器１０５が配設されている。電流検知器１０５が検知した電流は制御器１０８に入力される。制御器１０８は、電流検知器１０５が検知した電流の方向が連系点１０７から系統電源１０６へ向かう方向であると、内部交流電力負荷１０４を作動させる。これにより、燃料電池１０１で発生した余剰電力が交流の態様で内部交流電力負荷１０４で消費され、逆潮流が防止される。
特開２００６−６７７５７号公報（特に図１参照） 特開２００６−１２５６３号公報（特に図１参照）
ところで、特許文献２の燃料電池システムにおいては、逆潮流の発生を検知するためには、電流検知器１０５で検知した電流の方向が所定の方向であることを制御器１０８が認識する必要がある。電流検知器１０５はＣＴ等の電流センサで構成され、検出対象の電流の大きさと方向とを検出する。このような電流検知器１０５においては、検出対象の電流に対するその検出部（例えばＣＴ（カレントトランスフォーマ）では検出コイル）の方向（以下、単に電流検知器の方向という）が逆であると、検出対象である電流の方向を逆方向として検出する。これは、特許文献１の発電システムにおいても同様である。
そこで、従来、一般に、上述のような発電装置を設置する場合、電流検知器が所定の方向に設置されているか否か検査していた。この検査は、施工者が、系統電源との連系点とＤＣ／ＡＣ変換器との間の電源配線に所定の交流負荷を接続し、ＤＣ／ＡＣ変換器を停止（ゲートブロック）した状態でこの所定の交流負荷に系統電源から電力を供給したり停止したりし、この時に電流検知器が検出した電流の方向をチェックすることによって行っていた。従って、発電装置の設置作業に手間が掛かり、そのコストが高く付くという問題があった。
また、特許文献２の燃料電池システムでは、系統異常時に、燃料電池１０１の直流出力を交流に変換するＤＣ／ＡＣ変換器１０３をゲートブロックして系統電源１０６にＤＣ／ＡＣ変換器１０３の出力電圧が印加されないようにする必要があるが、そうすると、その際に発生する余剰電力を内部交流電力負荷１０４で消費させることができず、系統異常に適切に対処することができないという問題があった。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、発電機で発生した直流電力を交流に変換して系統連系しながら出力し、電流検知器で検知した系統電源と連系点との間の電流に基づいて内部電力負荷に余剰電力を供給するよう構成されていて、電流検知器の施工コストの低減が可能な発電装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の発電装置は、直流電力を発生する発電機と、電力負荷と、系統電源と連系点との間を流れる電流を検知する電流検知器と、前記発電機からの直流電力と前記連系点を経由する前記系統電源からの交流電力とを切換えて前記電力負荷に供給する切換器と、を備える。ここで、本発明において「発電機からの直流電力」は、「発電機を源とする直流電力」を意味し、発電機から直接到来する直流電力と発電機から中間の機器（例えばＤＣ／ＤＣ変換器）を経由して到来する直流電力との双方を含む。
このような構成とすると、発電機で発生した余剰電力を切換器によって電力負荷に供給してそこで消費させることによって逆潮流等を防止することができるとともに、連系点を経由する系統電源からの交流電力を切換器によって電力負荷に供給することによって電流検知器の設置適否検査を行うことができる。従って、余剰電力消費用に本来備える電力負荷を電流検知器の設置適否検査に用いることができることとなり、その結果、従来のように電流検知器の設置適否検査の際に専用の電力負荷を用意する必要がなくなるので、電流検知器の設置適否検査のコストを低減することができる。また、発電機で発生した余剰電力を直流のまま電力負荷に供給することができるので、系統異常時に、発電機の直流出力を交流に変換するＤＣ／ＡＣ変換器をゲートブロックしても、その際に発生する余剰電力を電力負荷で消費させることができる。このため、系統異常にも適切に対処することができる。
前記発電装置は、前記切換器の動作を制御する制御器を備え、前記制御器は、前記電流検知器により検出される電流の向きを判定する場合には、前記系統電源からの交流電力が前記電力負荷に供給されるよう前記切換器を切換え、前記発電機の余剰電力が生じた場合には、前記発電機の直流電力が前記電力負荷に供給されるよう前記切換器を切換えるよう構成されていてもよい。ここで本発明において、「余剰電力が生じた場合に、切換器を切換える」とは、「切換器を、余剰電力を電力負荷に供給する時点で当該切換器が切換えられている状態にする」ことを意味し、必ずしも余剰電力が生じたことを確認してから、切換器を切換えることを意味するものでなく、余剰電力が生じることを確認する前、すなわち電流検知器により検出される電流の向きを判定した後から余剰電力を電力負荷に供給する直前迄であればいずれの時点であっても構わない。
前記発電装置は、 前記発電機からの直流を入力されてその電圧を変換する第１のＤＣ／ＤＣ変換器と、前記第１のＤＣ／ＤＣ変換器の出力を交流に変換するＤＣ／ＡＣ変換器とを備え、前記電力負荷は、前記切換器を介して前記第１のＤＣ／ＤＣ変換器の出力側に電気的に接続されていてもよい。
前記制御器は、前記電流検知器により前記連系点から前記系統電源へ向かう電流を検知すると、前記切換器を切換えて前記発電機からの直流電力を前記電力負荷に供給するよう構成されていてもよい。
このような構成とすると、電流検知器により系統電源への電流を検知したときに発電機で発生している余剰電力を電力負荷で消費することができるので、逆潮流を防止することができる。
前記制御器は、前記切換器を切換えて前記系統電源からの交流電力を前記電力負荷に供給し、その際に前記電流検知器により検出される電流の向きを判定してもよい。
このような構成とすると、電流検知器により検出される電流の向きによって電流検知器の設置の適否を判定することができる。
前記発電装置は、表示器を備え、前記制御器は、前記判定された前記電流の向きに関連する情報を前記表示器に表示するよう構成されていてもよい。
このような構成とすると、電流検知器がその方向を誤って設置された場合に、施工者の注意を喚起することができる。
前記制御器は、前記判定された前記電流の向きが予め設定された電流の向きと逆である場合に、前記電流検知器により検知された電流の向きを反転させ、この反転させた電流に基づいて制御を行うよう構成されていてもよい。
このような構成とすると、電流検知器がその方向を誤って設置された場合でもそのまま制御を行うことができるので、電流検知器の設置修正作業が不要となり、電流検知器の施工コストを低減することができる。
前記発電機は、前記発電機の排熱を回収した熱媒体を貯える蓄熱器を備え、前記電力負荷が前記熱媒体を加熱する電気ヒータであってもよい。
このような構成とすると、余剰電力を有効利用することができ、省エネルギー性を向上することができる。
前記発電機が燃料電池システムであり、前記制御器は、前記燃料電池システムの起動処理の開始から発電開始までの間に、前記系統電源からの交流電力が前記電力負荷に供給されるよう前記切換器を切換え、前記電流検知器により検出される電流の向きを判定するよう構成されていてもよい。
このような構成とすると、電流の向きにより逆潮流を検出する発電運転に近いタイミングで電流検知器の設置適否検査が行われるので、電流検知器の不具合による異常の発生を確実に防止することができる。
前記燃料電池システムが、原料ガスから水素リッチな改質ガスを生成する改質器及び該改質器で改質生成された改質ガスのＣＯ濃度を低減するＣＯ低減器を備える水素生成装置と、前記ＣＯ濃度を低減された改質ガスを用いて発電する燃料電池と、を備えており、前記制御器は、前記ＣＯ低減器でＣＯ濃度を低減された改質ガスのＣＯ濃度が所定のレベルまで低下したときから前記燃料電池の発電開始までの間に、前記切換器の切換え及び前記電流の向きの判定を行うよう構成されていてもよい。
このような構成とすると、発電運転の直前に電流検知器の設置適否検査が行われることとなるので、電流検知器の不具合による異常の発生をより確実に防止することができる。
前記制御器は、該制御器の電源が入ったのに応じて、前記系統電源からの交流電力が前記電力負荷に供給されるよう前記切換器を切換え、前記電流検知器により検出される電流の向きを判定するよう構成されていてもよい。ここで「制御器の電源が入ったのに応じて」とは、「制御器の電源が入ったのと同時に又は制御器の電源が入ったのに連動して」という意味である。
前記発電装置は、前記第１のＤＣ／ＤＣ変換器から前記切換器までの電路上に、該第１のＤＣ／ＤＣ変換器からの直流電力の電圧を前記系統電源の電圧を超えない電圧に降下させる電圧降下器を備えてもよい。このような構成とすると、電圧降下器から切換器に至る電路と連系点から切換器に至る電路とを、その断面積及び長さ等に関して、仕様を統一することができる。
前記電圧降下器が、前記発電機からの直流電力の電圧を該発電機の余剰電力量に応じて降下させる第２のＤＣ／ＤＣ変換器で構成されていてもよい。
また、本発明に係る発電装置の運転方法は、直流電力を発生する発電機と、電力負荷と、系統電源と連系点との間を流れる電流を検知する電流検知器と、前記発電機からの直流電力と前記連系点を経由する前記系統電源からの交流電力とを切換えて前記電力負荷に供給する切換器と、を備える発電装置の運転方法であって、前記電流検知器により検出される電流の向きを判定する場合に、前記系統電源からの交流電力が前記電力負荷に供給されるよう前記切換器を切換えるステップと、前記発電機の余剰電力が生じた場合に、前記発電機の直流電力が前記電力負荷に供給されるよう前記切り替え器を切換えるステップとを含む。
このような構成とすると、電流検知器の設置適否検査のコストを低減することができ、かつ、系統異常にも適切に対処することができる。
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
本発明は上記のように構成され、発電機で発生した直流電力を交流に変換して系統連系しながら出力し、電流検知器で検知した系統電源と連系点との間の電流に基づいて内部電力負荷に余剰電力を供給するよう構成された発電装置において、電流検知器の施工のコストを低減することが可能であるという効果を奏する。
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態では、全ての図面を通じて同一又は相当する部分には同じ符号を付してその重複する説明を省略する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る発電装置の構成を模式的に示すブロック図である。
図１に示すように、本実施の形態１に係る発電装置は、発電機１と、ＤＣ／ＤＣ変換器（第１のＤＣ／ＤＣ変換器）２と、ＤＣ／ＡＣ変換器３と、切換器４と、内部電力負荷５と、ＤＣ電圧降下器６と、電流器検知器７と、制御器１０と、電流検知器１３と、表示装置３１と、を備えている。
発電機１は直流電力を発生する発電機で構成されている。ここでは、発電機１は例えば燃料電池システムで構成されている。燃料電池システムについては後で説明する。発電機１から出力される直流電力の電圧をＤＣ／ＤＣ変換器２が所定の電圧に変換する。ここでは、ＤＣ／ＤＣ変換器２は例えば昇圧チョッパで構成されていて、発電機１から出力される直流電力の電圧を所定の電圧（例えば約４００Ｖ）に昇圧する。このＤＣ／ＤＣ変換器２から出力される直流電力をＤＣ／ＡＣ変換器３が交流電力に変換する。ここでは、ＤＣ／ＡＣ変換器３は例えば半導体スイッチング素子からなるインバータで構成されている。ＤＣ／ＡＣ変換器３の出力端子は電源配線１２によって系統電源８との連系点９に接続される。系統電源８は、例えば、電力会社等の商用電力網である。連系点９には外部交流負荷１１が接続される。外部交流負荷１１には、例えば、一般家庭で使用されるテレビ、エアコン等の電力消費機器からなる家庭内電力負荷が該当する。これにより、ＤＣ／ＡＣ変換器３から出力される交流電力が系統電源８と系統連系しつつ外部交流負荷１１に供給される。
そして、系統電源８と連系点９とを接続する配線に電流検知器７が設置される。電流検知器７はＣＴ（カレントトランスフォーマ）等の電流センサで構成され、系統電源８と連系点９とを接続する配線を流れる電流の大きさと方向とを検出する。
また、ＤＣ／ＤＣ変換器２の出力端子にはＤＣ電圧降下器６が接続されている。ＤＣ電圧降下器６は２つの機能を有している。第１の機能は、ＤＣ／ＤＣ変換器２から出力される直流電力の電圧（例えば４００Ｖ）を系統電源８の電圧（２００Ｖ）を超えない電圧に降下させる機能である。この機能により、内部電力負荷５に直流側から直流電力を供給する場合に、交流側から交流電力が供給される場合の最大電流値を超えないようにその電流値を制限することができる。その結果、ＤＣ電圧降下器６から内部電力負荷５までの電路の断面積及び長さを交流側の電路の断面積及び長さと同様に設計することが可能となる。その結果、ＤＣ電圧降下器６から切換器４に至る電路と電源配線１２から切換器４に至る電路とを、その断面積及び長さ等に関して、仕様を統一することができる。
第２の機能は、その降下させる電圧を系統電源８の電圧を超えない範囲内で調整して、内部電力負荷５に供給する直流電力を調整する機能である。第１の機能のみを要求するのであれば、単に直流電圧を降下できる簡単な構成の電気機器を用いることができる。しかし、ここでは、第２の機能をも要求するので、これらの機能を合わせ持つＤＣ／ＤＣ変換器（第２のＤＣ／ＤＣ変換器）でＤＣ電圧降下器６が構成されている。なお、内部電力負荷５の定格電圧は例えば２００Ｖである。ＤＣ電圧降下器６の出力端子は切換器４の一方の入力端子に接続されている。切換器４の他方の入力端子は電源配線１２に接続されており、かつ切換器４の出力端子は内部電力負荷５に接続されている。切換器４は、内部電力負荷５を選択的に（切り換えて）ＤＣ電圧降下器６と電源配線１２とに接続する。内部電力負荷５は、直流及び交流の双方で動作可能な負荷で構成されている。ここでは、内部電力負荷５は、例えば、電気ヒータで構成されている。内部電力負荷５は、スイッチ（図示せず）を内蔵していて、当該スイッチの動作を後述する制御器１０により制御されて、オン・オフされる。そして、電源配線１２の切換器４との接続点と、電源配線１２のＤＣ／ＡＣ変換器３への接続点との間の該電源配線１２に電流検知器１３が設置されている。電流検知器１３は、ＣＴ等の電流センサで構成され、電源配線１２のこの部分を流れる電流の大きさを検出する。
表示装置３１は、タッチパネル等のディスプレイで構成されていて、必要な表示を行う。
制御器１０は、マイコン等の演算器で構成されていて、演算処理部、記憶部、及び指令や所要のデータを入力するため入力部を備えている（いずれも図示せず）。制御器１０は、また、その処理結果を表示装置３１の画面に表示する。制御器１０は、所要の情報を入力されて発電装置の所要の構成要素を制御することにより、発電装置全体の動作を制御する。ここで、本発明において制御器は、単独の制御器のみならず制御器群をも意味する。従って、制御器１０は、必ずしも単独の制御器で構成される必要はなく、分散配置された複数の制御器を有し、それらが協働して制御を行うように構成されていてもよい。
具体的には、制御器１０には、所定のプログラムによりリトライカウンタ１０ａが構築されており、かつ電流検知器７及び電流検知器１３から電流検知信号が入力される。一方、制御器１０は、発電機１、ＤＣ／ＡＣ変換器３、切換器４、内部電力負荷５、ＤＣ電圧降下器６、及び表示装置３１の動作を制御する。これにより、制御器１０は、発電装置１の設置時における電流検知器７の設置適否検査、逆潮流の防止、及び系統異常対処を行う。これらの動作については、後で詳述する。
次に、発電機１の構成例としての燃料電池システムについて説明する。図５は図１の発電機の構成例である燃料電池システムを簡略化して示すブロック図である。
図５に示すように、燃料電池システム５０は、周知のもので構成されている。従って、ここでは、その構成及び動作を簡単に説明する。燃料電池システム５０は、原料ガス供給器５２を備えている。原料ガス供給器５２は、例えばプランジャーポンプで構成されていて、都市ガスインフラ（図示せず）から供給される原料ガス（例えば天然ガスを主成分とする都市ガス）を昇圧し、これを水素生成装置５３に供給する。水素生成装置５３は、改質器５４とＣＯ低減器５５とを備えている。改質器５４は原料ガス供給器５２から供給される原料ガスを改質して水素リッチな改質ガスを生成する。ＣＯ低減器５５は改質器５４で生成された改質ガスのＣＯの濃度を所定のレベル（一般には１０ｐｐｍ以下）にまで低減する。具体的には、ＣＯ低減器５５は、変成器及びＣＯ酸化器の少なくともいずれかで構成されている。変成器は、改質ガス中のＣＯの濃度を変成反応により低減する。ＣＯ酸化器は、改質ガス中のＣＯの濃度を酸化により低減する。ここでは、ＣＯ低減器５５は、変成器とＣＯ酸化器とで構成されている。ＣＯ低減器５５でＣＯの濃度を低減された改質ガスは燃料ガスとして燃料電池５１のアノードに供給される。燃料電池５１は周知のもので構成されている。燃料電池５１のカソードには酸化剤ガス供給器５６から酸化剤ガスが供給される。酸化剤ガス供給器５６は、例えばブロア等で構成されていて、外気（空気）を吸入してこれを酸化剤ガスとして供給する。燃料電池５１は、供給される燃料ガスと酸化剤ガスとがアノード及びカソードで発電反応して電気を発生する。発電反応に寄与しなかった燃料ガス及び酸化剤ガスは、それぞれ、燃料電池５１の外部に排出される。一方、発生した電気は電気出力端子５７から図１のＤＣ／ＤＣ変換器２へ出力される。また、燃料電池システム５０は、変成器及びＣＯ酸化器の温度をそれぞれ検出する温度センサ５８及び温度センサ５９を備えている。温度センサ５８及び温度センサ５９でそれぞれ検出された変成器の温度及びＣＯ酸化器の温度は制御器１０に入力される。制御器１０は、入力される変成器の温度及びＣＯ酸化器の温度がそれぞれ所定の閾値温度に達した場合に、ＣＯ低減器５５でＣＯ濃度を低減された改質ガスのＣＯの濃度が上述の所定のレベルにまで低減されたと判定する。
次に、上述のように構成された本実施の形態１に係る発電装置の動作を詳細に説明する。発電装置の一般的な動作は良く知られているので、以下には、本発明に特有の動作を重点的に説明する。
まず、本発明を特徴付ける切換器４に関連する動作を説明する。図６は、図１の発電装置の制御プログラムの切換器に関する部分を抽出して示すフローチャートである。
この制御プログラムは、制御器１０の記憶部（図示せず）に格納されおり、制御器１０はその演算処理部でこのプログラムを実行することにより発電装置１の動作を制御する。
図６に示すように、制御器１０は、まず、現在時刻が、制御器１０の電源が入った時点か否か判定する（ステップＳ１０１）。具体的には、発電装置１は、その設置時に系統電源８に連系点９において接続される（図１参照）。これにより、制御器１０の電源が入る（制御器１０がオンする）。制御器１０は、その電源が入ると、まず、初期化処理を行う。その後、個々の処理を開始する。ここでは、制御器１０は、初期化処理に続いて、現在時刻が、自分自身の電源が入った時点であるか否か判定する。制御器１０は、初期化処理に続いて当該判定を行った場合には、現在時刻が制御器１０の電源が入った時点であると判定し、そうでない場合には、現在時刻が制御器１０の電源が入った時点でないと判定する。
制御器１０は、現在時刻が制御器１０の電源が入った時点であると判定した場合には（ステップＳ１０１でＹＥＳ）、電流検知器７の設置適否検査（ステップＳ１０４）を遂行し、その中で切換器４をＡＣ側（連系点９側）に切換える（ステップＳ１０５）。電流検知器７の設置適否検査（ステップＳ１０４）については後で詳しく説明する。その後、スタートに戻る。
一方、制御器１０は、現在時刻が制御器１０の電源が入った時点でないと判定した場合には（ステップＳ１０１でＮＯ）、現在時刻が発電開始前の所定期間内か否か判定する（ステップＳ１０２）。ここで、本発明において、「発電開始前の所定期間」とは、「燃料料電池システム５０の起動処理の開始から燃料電池５１の発電開始までの間の期間」をいう。なお、この判定は、「発電開始前の所定期間」のうちでも、「ＣＯ低減器５５でＣＯ濃度を低減された改質ガスのＣＯ濃度が上述の所定のレベル（１０ｐｐｍ以下）にまで低下したときから燃料電池５１の発電開始までの期間」に行うことが好ましい。ＣＯ低減器５５でＣＯ濃度を低減される改質ガスのＣＯ濃度が上述の所定のレベルにまで低下したか否かは、上述のように、制御器１０が、入力される変成器の温度及びＣＯ酸化器の温度がそれぞれ所定の閾値温度に達したか否かにより判定する。なお、ＣＯ低減器５５でＣＯ濃度を低減された改質ガスのＣＯ濃度を検出する濃度センサを設け、制御器１０が、その濃度センサで検出されるＣＯ濃度をモニタすることにより、ＣＯ低減器５５でＣＯ濃度を低減された改質ガスのＣＯ濃度が上述の所定のレベルにまで低下した否か判定しても良い。
制御器１０は、現在時刻が発電開始前の所定期間内であると判定した場合には（ステップＳ１０２でＹＥＳ）、電流検知器７の設置適否検査（ステップＳ１０４）を遂行し、その中で切換器４をＡＣ側（連系点９側）に切換える（ステップＳ１０５）。その後、スタートに戻る。電流検知器７は、家庭において他の電化製品を設置するための電気工事を行う場合に取り外される場合があり、その場合に、正常な方向に設置されない可能性がある。また、電流検知７の設置後、時間の経過により電流検知器７が故障する可能性がある。そこで、このように、「発電開始前の所定期間」に電流検知器７の設置適否検査（ステップＳ１０４）を遂行することにより、電流検知器７の不具合により発電装置１に異常が発生することを確実に防止することができる。
一方、制御器１０は、現在時刻が発電開始前の所定期間内でないと判定した場合には（ステップＳ１０２でＮＯ）、発電機１の余剰電力が発生したか否かを判定する（ステップＳ１０３）。
制御器１０は、発電機１の余剰電力が発生したと判定した場合には（ステップＳ１０３でＹＥＳ）、切換器４をＤＣ側（ＤＣ／ＤＣ変換器２側）に切換える（ステップＳ１０６）。その後、逆潮流の防止又は系統異常対処を行った(ステップＳ１０７)後、スタートに戻る。余剰電力が発生していないと判定した場合には（ステップＳ１０３でＮＯ）、そのままスタートに戻る。
次に、上述の切換器４の切換が行われる、電流検知器７の設置適否検査、逆潮流の防止、及び系統異常対処について順に説明する。
まず、発電装置の設置時における電流検知器７の設置適否の判定について説明する。
図２は、制御器１０の記憶部（図示せず）に格納された電流検知器７の設置適否検査プログラムの内容を示すフローチャートである。制御器１０はその演算処理部でこのプログラムを実行することにより、電流検知器７の設置適否検査を遂行する。
本実施の形態では、施工者が、発電装置の設置時に、電流検知器７（正確にはその検出部（例えばＣＴ（カレントトランスフォーマ）の検出コイル）を系統電源８と連系点９との間の配線に接続し、制御器１０に出力信号線を接続する。この後、これらの施工が適正に行われた否かを確認するため、制御器１０により電流検知器７の設置適否検査を行う。この設置適否検査は、電流検知器７の検出部の方向のみならず配線等の所要の作業の適否についても行われる。
具体的には、図１及び図２に示すように、まず、制御器１０は、リトライカウンタ１０ａのカウント値（以下、リトライカウント値という）を０に設定する（ステップＳ１）。
次いで、制御器１０は、電流検知器７が検出した系統電源の受電端における３相電流のうち、Ｕ相及びＷ相の電流の値（以下、受電端電流値という）を取得し、これを検査値Ａとして保存する（ステップＳ２）。
次いで、制御器１０は、内部電力負荷５を電源配線１２に接続するよう、切換器４を切り換え、その後、内部電力負荷５をオンする（動作させる）（ステップＳ３）。この時、制御器１０が、発電機１及びＤＣ／ＡＣ変換器３を停止させることは言うまでもない。また、内部電力負荷５のオン・オフは内部電力負荷５が内蔵するスイッチ（図示せず）を制御器１０が動作させることにより行われる。これにより、系統電源から交流電力が電力負荷５に供給される（図１に実線矢印で示す）。
次いで、制御器１０は、この時のＵ相及びＷ相の受電端電流値を取得し、これを検査値Ｂとして保存する（ステップＳ４）。
次いで、制御器１０は、上述の内部電力負荷５のオンから所定時間経過後、内部電力負荷５をオフする（停止させる）（ステップＳ５）。ステップＳ３で内部電力負荷５をオンしてステップＳ４で内部電力負荷５をオフするまでの時間（内部電力負荷５のオン時間）は、例えば０．１秒である。
次いで、制御器１０は、内部電力負荷オン時におけるＵ相及びＷ相の受電端電流値である検査値Ｂの符号（電流の方向）を、その記憶部に予め記憶されたＵ相及びＷ相の受電端電流の所定の符号（電流の方向）と対比し、検査値Ｂの符号が所定の符号と逆か否か判定する（ステップＳ６）。検査値Ｂの符号が逆でない場合には、ステップＳ８に進む。ここで、検査値Ｂの符号が逆でないということは、電流検知器７が正規の方向に設置されたことを意味する。
一方、検査値Ｂの符号が逆である場合には、ステップＳ７に進む。ここで、検査値Ｂの符号が逆であるということは、電流検知器７が正規の方向とは逆の方向に設置されたことを意味する。ステップ７において、制御器１０は、これ以降、電流検知器７から入力されるＵ相及びＷ相の受電端電流値を、その符号を反転して、制御に用いるようその動作を設定する。これにより、制御器１０は、この後、入力されるＵ相及びＷ相の受電端電流値の符号を反転し、この符号が反転されたＵ相及びＷ相の受電端電流値を用いて逆潮流の防止及び系統異常対処時における余剰電力処理を行う。このため、電流検知器７が、正規の方向とは逆の方向に設置された場合でも、その修正作業を行う必要が無くなり、電流検知器７の設置コストが低減される。
次いで、ステップＳ８において、制御器１０は、検査値Ｂと検査値Ａとの差分が、その記憶部に予め記憶された所定の閾値以上であるか否か判定する（ステップＳ９）。ここで、当該差分が所定の閾値以上であるということは、電流検知器７が正常に設置されたことを意味する。従って、当該差分が所定の閾値以上である場合には、制御器１０は、電流検知器５が正常である旨を表示装置３１に表示し（ステップＳ９）、その後、この検査を終了する。
一方、当該差分が所定の閾値未満であるということは、電流検知器７が正常に設置されていない（電流検知器７の配線外れ、電流検知器７の信号線の断線等）の疑いがあることを意味する。そこで、当該差分が所定の閾値未満である場合には、制御器１０は、リトライカウント値が、その記憶部に予め記憶された所定の閾値以上であるか否か判定する（ステップＳ９）。そして、リトライカウント値が所定の閾値未満であると、リトライカウント値を「１」インクリメントし（ステップＳ１１）、ステップＳ２に戻る。
これ以降、ステップＳ８で検査値Ｂと検査値Ａとの差分が所定の閾値以上である場合には、上述のようにステップＳ９を経てこの検査を終了する。この場合は、最初のステップＳ８において、ノイズ等の外乱要因により誤って電流検知器７の設置が不良と判定されたことを意味する。しかし、そうでない場合には、制御器１０は、リトライカウント値が所定の閾値に到達するまで、ステップＳ１１，Ｓ２〜８，Ｓ１０を繰り返し、ステップＳ８において、リトライカウント値が所定の閾値に到達すると、電流検知器７が異常である旨を表示装置３１に表示し（ステップＳ１２）、その後、この検査を終了する。これにより、電流検知器７の設置が不良であることが確定される。そして、この表示装置３１への電流検知器７の異常表示により、電流検知器７の設置状態の確認と修正作業の必要なことが施工者に喚起される。そして、施工者によって電流検知器７の設置状態の修正作業が完了すると、施工者が制御器１０の入力部に所定の指令を入力する。これにより、制御器１０は、再度、上述の電流検知器７の設置適否検査を行う。それでも、電流検知器７の異常が表示される場合には、施工者は、制御器１０に、電流検知器７が正常である旨表示されるまで、修正作業を繰り返す。
次に、発電装置の逆潮流の防止、及び系統異常時における対処について説明する。
図１において、制御器１０はその入力部に所定の指令（発電機１に発電を開始させる旨の指令（例えば発電要求））が入力されると、内部電力負荷５をＤＣ電圧降下器６に接続するよう、切換器４を切り換える（ＤＣ側に切換える）。ここで、切換器４を、逆潮流又は系統異常に関連して余剰電力が発生した後、ＤＣ側に切換えてもよい。上述の図６についての説明において、「余剰電力が生じた場合に、切換器４をＤＣ側に切換える」とは、「切換器４を、余剰電力を内部電力負荷５に供給する時点で当該切換器４がＤＣ側に切換えられている状態にする」ことを意味する。そして、制御器１０は、発電装置１の全体を制御して発電運転を行う。発電運転においては、発電機１が発電した直流電力がＤＣ／ＤＣ変換器２で昇圧され、ＤＣ／ＡＣ変換器３で交流に変換されて外部交流電力負荷１１に供給される。制御器１１は、基本的に外部交流電力負荷１１の消費電力の変動に追随して発電するよう発電機１を制御するが、追随し切れずに、外部交流電力負荷１１の消費電力が発電機１の発電量を上回ると、その上回る分（不足分）の電力が系統電源８から連系点９を経て外部交流電力負荷１１に供給される。一方、追随し切れずに、外部交流電力負荷１１の消費電力が発電機１の発電量を下回ると、制御器１０は以下のような逆潮流防止制御を行う。
制御器１０は、発電機１が発電している間、電流検知器７が検出するＵ相及びＷ相の受電端電流値の符号（上述のようにその符号が反転される場合にはその反転された符号）を監視する。この符号は、通常時、すなわち系統電源８から外部交流電力負荷１１に電力が供給されている時は、系統電源８から連系点９に向かう電流の方向を表する符号であるが、逆潮流時には、連系点９から系統電源８に向かう電流の方向を表す符号になる。そこで、制御器１０は、Ｕ相及びＷ相の受電端電流値の符号が、連系点９から系統電源８に向かう電流の方向を表す符号になると、逆潮流が発生していると判定する。そして、制御器１０は、内部電力負荷５をオンするとともに、電流検知器７から入力されるＵ相及びＷ相の受電端電流値に基づいて余剰電力を算出し、この算出した余剰電力に相当する電力となるようＤＣ電圧降下器６の出力を調節する。これにより、発電機１で発生した余剰電力がＤＣ／ＤＣ変換器２、ＤＣ電圧降下器６、及び切換器４を経て内部電力負荷５に供給されて（図１に点線矢印で示す）、そこで消費される。その一方、制御器１０は、電流検知器７を通じて検知される逆潮流が無くなる（Ｕ相及びＷ相の受電端電流値の符号により逆潮流と判定しなくなる）まで、発電機１の発電電力を低下するよう制御する。これにより、逆潮流が防止される。
また、制御器１０は、発電機１が発電している間、電流検知器１３が検出する電源配線１２の電流値の大きさを監視する。系統異常とは、具体的には系統の停電を指すが、これが発生すると、ＤＣ／ＡＣ変換器３から電源配線１２を通って外部交流負荷１１に向かって瞬間的に異常電流が流れる。そこで、制御器１０は、電流検知器１３で検出される電流値の大きさが所定の閾値以上になると、系統異常（停電）が発生したと判定する。そして、制御器１０は、ＤＣ／ＡＣ変換器３をゲートブロックするとともに内部電力負荷５をオンする。このゲートブロックにより、この発電装置（正確にはＤＣ／ＡＣ変換器３）によってその出力電圧が系統（系統電源８）に印加されることが防止される。一方、発電機１はその追随性に限度があるので瞬時に発電を停止することができず、このため、一時的に余剰電力が発生する。しかし、この発電機１で発生した余剰電力がＤＣ／ＤＣ変換器２、ＤＣ電圧降下器６、及び切換器４を経て内部電力負荷５に供給されて、そこで消費される。これにより、発電装置は系統異常に適切に対処することがきる。
ここで、特に以下の点を強調しておく。すなわち、逆潮流時における余剰電力を消費することのみを考慮するのであれば、内部電力負荷５にＤＣ／ＡＣ変換器３より発電機１側の電力供給経路（本実施の形態ではＤＣ／ＤＣ変換器２の出力端子）から直流電力を供給する必要は無く、ＤＣ／ＡＣ変換器３の出力側の電力供給路（電源配線１２）から内部電力負荷５に交流電力を供給すれば済む。この場合、切換器４は不要となる。しかし、逆潮流時と系統異常時との双方における余剰電力を消費することを考慮すると、このような構成では系統異常時にはＤＣ／ＡＣ変換器３がゲートブロックされてしまうので、このゲートブロックにより発電機１で発生する余剰電力を内部電力負荷５に供給することができない。そこで、本実施の形態の発電装置は、上述のように、内部電力負荷５にＤＣ／ＡＣ変換器３より発電機１側の電力供給経路から直流電力を供給するように構成されている。また、例えば、発電機がガスエンジンを用いた発電機で構成されるような場合には、その電力負荷（出力電力）の変化に対するその発電の追随性が優れている（応答速度が高い）ため、系統異常発生時に瞬時に発電を停止することができ、余剰電力が発生しない。そこで、このような発電機を用いる発電システムでは、ＤＣ／ＡＣ変換器の出力側の電力供給路から内部電力負荷に交流電力を供給するように構成すれば済む。しかし、その電力負荷の変化に対するその発電の追随性が劣る（応答速度が低い）発電機１には上述の構成は必須である。燃料電池は起動及び停止に時間が掛かるため、このような発電機の典型例である。従って、燃料電池を用いる発電システムには本発明が特に有効である。
以上に説明したように、本実施の形態の発電装置によれば、１つの内部電力負荷５に対し発電装置からの直流電力と系統電源８からの交流電力とを切換器４を介して選択的に供給することができるので、電流検知器７の設置適否検査と余剰電力消費とを１つの内部電力負荷５を用いて行うことができる。換言すれば、余剰電力消費用に本来備える内部電力負荷５を電流検知器７の設置適否検査に用いることができる。このため、従来のように電流検知器７の設置適否検査の際に専用の電力負荷を用意する必要がないので、電流検知器の設置適否検査のコストを低減することができる。また、電流検知器７の設置適否の検査を自動的に行うことができるので、電流検知７の設置適否の検査を簡素化することができる。さらに、電流検知器７の方向が正規の方向とは逆の方向に設置されてもそのままで逆潮流防止及び系統異常対処の制御を行うことができるので、電流検知７の方向の誤設置を修正する作業が不要となる。このため、電流検知器７の施工コストが低減される。
［変形例］
上記の構成例では、電流検知器７が誤設置された場合に、電流検知器７で検知される電流の符号を反転して制御に用いることにより、電流検知器７の設置修正作業を不要とした。これに対し、本変形例では、制御器１０が電流検知器７で検知される電流の符号が正規の方向と逆であると判定した場合には、制御器１０は、この逆であると判定した電流の向きをその旨の警告のメッセージとともに表示装置３１の画面に表示する。これより、施工者に、電流検知器７がその方向を誤って設置された旨の注意が喚起される。施工者は、この表示を見て、電流検知器７の設置修正作業を行う。
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２に係る発電装置の構成を模式的に示すブロック図である。

本実施の形態の発電装置は、実施の形態１の発電装置における内部電力負荷５の具体的構成を例示したものである。従って、本実施の形態の発電装置の基本的構成は実施の形態１の発電装置と同じであるので、以下、相違点のみ説明する。
図３において、内部電力負荷５は電気ヒータで構成されている。詳しく説明すると、本実施の形態の発電装置１００は、蓄熱器２１と蓄熱情報制御器２５とを備えている。蓄熱器２１は、ここでは、いわゆる積層沸き上げ方式の貯湯タンクで構成されている。この貯湯タンクからなる蓄熱器２１と発電機１とが排熱回収配管２０によって接続されている。発電機１の内部には熱媒体流路（図示せず）が形成されている。排熱回収配管２０は往路配管２０ａと復路配管２０ｂとで構成されていて、蓄熱器２１の下部が往路配管２０ａによって発電機１の熱媒体流路の入口に接続され、発電機１の熱媒体流路の出口が復路配管２０ｂによって蓄熱器２１の上部に接続されている。そして、図示されないポンプによって、熱媒体が蓄熱器２１の下部から出て、往路配管２０ａ、発電機１の熱媒体流路、及び復路配管２０ｂを通って蓄熱機２１の上部に戻るように循環される。熱媒体は、ここでは温水（湯）である。これにより、熱媒体が発電機１の排熱を回収して昇温し、この昇温した熱媒体が、蓄熱器２１の内部に、下から上へ順に温度が高くなるように貯留される。その結果、発電機１の排熱が蓄熱器２１に蓄えられる。蓄熱器２１の上部には給湯配管２５の基端が接続されていて、この給湯配管の途中及び先端に、それぞれ、バックアップ用の給湯器２３及び給湯端末としてのカラン２４が設けられている。このカラン２４を開けることによって、蓄熱器２１から熱媒体たる温水が給湯配管２５を通じて取り出され、ユーザの利用に供される。また、万一、蓄熱器２１内に熱媒体が無くなった場合には、給湯器２３のバックアップ運転により該給湯器２３から温水（熱媒体）がカラン２４に供給される。
そして、排熱回収配管２０の復路配管２０ｂに、内部電力負荷５である電気ヒータが設けられている。これにより、電気ヒータがオンすると、該電気ヒータによって復路配管２０ｂを流れる熱媒体が昇温される。その結果、余剰電力が熱に変換されて蓄熱器２１に蓄えられ、有効に利用される。
蓄熱器２１にはさらに蓄熱量センサ２２が配設されている。蓄熱量センサ２２は、複数（ここでは４つ）の温度センサ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄを有し、この複数の温度センサ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄは、例えばサーミスタ等で構成されていて、貯湯タンクからなる蓄熱器２１の側壁に鉛直方向に所定間隔で配設されている。この複数の温度センサ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄで検出される温度は蓄熱情報制御器２５に入力される。蓄熱情報制御器２５は、温度センサ２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄで検出される温度と、蓄熱器２１の鉛直方向における各温度センサに対応する部位毎の容積と、に基づいて蓄熱器２１の蓄熱量を算出し、これを制御器１０に出力する。制御器１０は、この蓄熱量に基づいて発電機１の発電を制御し、この蓄熱量が蓄熱器２１の満量に相当する閾値以上となると発電を停止する。
次に、以上のように構成された発電装置の、電流検知器の設置適否検査、逆潮流防止、系統異常対処の動作を説明する。
本実施の形態の電流検知器の設置適否検査は実施の形態１における電流検知器の設置適否検査（図２のフローチャート）と基本的に同じである。但し、以下の点が考慮されている。
すなわち、図２のフローチャートのステップＳ３〜Ｓ４において、制御器１０は、電力負荷５としての電気ヒータ５を瞬時的にオン及びオフし、そのオフ時（ステップＳ２）及びオン時（ステップＳ３）における電流検知器７からの受電端電流値を取得する。これは、電力負荷５が電気ヒータであり、発電装置１００が停止していて、熱媒体が循環されていない状態でこの電気ヒータによって熱媒体を加熱するため、排熱回収配管２０内の熱媒体が過熱されないように通電時間を短くするものである。また、電気ヒータは抵抗負荷であるため、制御器１０は、有効電力の変化のみを電気ヒータのオン及びオフによる有効な受電端電流値の変化として扱う。これにより、実施の形態１と同様に電流検知器７の施工コストが低減されかつ電流検知７の設置適否の検査が簡素化される。
本実施の形態における逆潮流防止及び系統異常対処の動作は実施の形態１における逆潮流防止及び系統異常対処の動作と基本的に同じである。但し、電力負荷５としての電気ヒータ５で消費された電力は、熱として排熱回収配管２０内の熱媒体に伝達されて蓄熱器２１に蓄えられる。これにより、余剰電力が有効利用され、その結果、発電装置１００の省エネルギー性が向上する。
以上に説明したように、本実施の形態の発電装置によれば、実施の形態１で得られる効果に加えて、逆潮流時及び系統異常時に発生する余剰電力を有効に利用することができるという効果が得られる。
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
本発明の発電装置は、発電機で発生した直流電力を交流に変換して系統連系しながら出力し、電流検知器で検知した系統電源と連系点との間の電流に基づいて内部負荷に余剰電力を供給するよう構成されていて、電流検知器の施工コストの低減が可能な発電装置等として有用である。
図１は本発明の実施の形態１に係る発電装置の構成を模式的に示すブロック図である。 図２は図１の発電装置の制御装置の記憶部に格納された電流検知器の設置適否検査プログラムの内容を示すフローチャートである。 図３は本発明の実施の形態２に係る発電装置の構成を模式的に示すブロック図である。 図４は従来の発電装置の構成を簡略化して示すブロック図である。 図５は図１の発電機の構成例である燃料電池システムを簡略化して示すブロック図である。 図６は図１の発電装置の制御プログラムの切換器に関する部分を抽出して示すフローチャートである。
符号の説明
１ 発電機
２ ＤＣ／ＤＣ変換器
３ ＤＣ／ＡＣ変換器
４ 切換器
５ 内部電力負荷
６ ＤＣ電圧降下器
７ 電流検知器
８ 系統電源
９ 連系点
１０ 制御器
１０ａ リトライカウンタ
１１ 外部交流電力負荷
１２ 電源配線
１３ 電流検知器
２０ 排熱回収配管
２０ａ 往路配管
２０ｂ 復路配管
２１ 蓄熱器
２２ 蓄熱量センサ
２２Ａ〜２２Ｄ 温度センサ
２３ 給湯器
２４ カラン
２５ 蓄熱情報制御器
３１ 表示装置
５０ 燃料電池システム
５１ 燃料電池
５２ 原料ガス供給器
５３ 水素生成装置
５４ 改質器
５５ ＣＯ低減器
５６ 酸化剤ガス供給器
５７ 電気出力端子
５８、５９ 温度センサ
１００ 発電装置
上記課題を解決するため、本発明の発電装置は、直流電力を発生する発電機と、電力負荷と、系統電源と連系点との間を流れる電流を検知する電流検知器と、前記発電機からの直流電力と前記連系点を経由する前記系統電源からの交流電力とを切換えて前記電力負荷に供給する切換器と、前記切換器の動作を制御する制御器を備え、前記制御器は、前記電流検知器により検出される電流の向きを判定する場合には、前記系統電源からの交流電力が前記電力負荷に供給されるよう前記切換器を切換え、前記発電機の余剰電力が生じた場合には、前記発電機の直流電力が前記電力負荷に供給されるよう前記切換器を切換えるよう構成されている。ここで、本発明において「発電機からの直流電力」は、「発電機を源とする直流電力」を意味し、発電機から直接到来する直流電力と発電機から中間の機器（例えばＤＣ／ＤＣ変換器）を経由して到来する直流電力との双方を含む。また、「余剰電力が生じた場合に、切換器を切換える」とは、「切換器を、余剰電力を電力負荷に供給する時点で当該切換器が切換えられている状態にする」ことを意味し、必ずしも余剰電力が生じたことを確認してから、切換器を切換えることを意味するものでなく、余剰電力が生じることを確認する前、すなわち電流検知器により検出される電流の向きを判定した後から余剰電力を電力負荷に供給する直前迄であればいずれの時点であっても構わない。
このような構成とすると、電流検知器の設置適否検査のコストを低減することができ、かつ、系統異常にも適切に対処することができる。
また、前記制御器は、前記電流検知器により検出される電流の向きを判定してから前記発電機の余剰電力が前記電力負荷に供給されるまでの間に、前記発電機の直流電力が前記電力負荷に供給されるように前記切換器を切換えるよう構成されていてもよい。

Claims (13)

  1. 直流電力を発生する発電機と、電力負荷と、系統電源と連系点との間を流れる電流を検知する電流検知器と、前記発電機からの直流電力と前記連系点を経由する前記系統電源からの交流電力とを切換えて前記電力負荷に供給する切換器と、を備える、発電装置。
  2. 前記切換器の動作を制御する制御器を備え、前記制御器は、前記電流検知器により検出される電流の向きを判定する場合には、前記系統電源からの交流電力が前記電力負荷に供給されるよう前記切換器を切換え、前記発電機の余剰電力が生じた場合には、前記発電機の直流電力が前記電力負荷に供給されるよう前記切換器を切換えるよう構成されている、請求項１に記載の発電装置。
  3. 前記発電機からの直流を入力されてその電圧を変換する第１のＤＣ／ＤＣ変換器と、前記第１のＤＣ／ＤＣ変換器の出力を交流に変換するＤＣ／ＡＣ変換器とを備え、前記電力負荷は、前記切換器を介して前記第１のＤＣ／ＤＣ変換器の出力側に電気的に接続されている、請求項１に記載の発電装置。
  4. 前記制御器は、前記電流検知器により前記連系点から前記系統電源へ向かう電流を検知すると、前記切換器を切換えて前記発電機からの直流電力を前記電力負荷に供給するよう構成されている、請求項２に記載の発電装置。
  5. 表示器を備え、
    前記制御器は、前記判定された前記電流の向きに関連する情報を前記表示器に表示するよう構成されている、請求項４に記載の発電装置。
  6. 前記制御器は、前記判定された前記電流の向きが予め設定された電流の向きと逆である場合に、前記電流検知器により検知された電流の向きを反転させ、この反転させた電流に基づいて制御を行うよう構成されている、請求項４に記載の発電装置。
  7. 前記発電機の排熱を回収した熱媒体を貯える蓄熱器を備え、前記電力負荷が前記熱媒体を加熱する電気ヒータである、請求項１に記載の発電装置。
  8. 前記発電機が燃料電池システムであり、
    前記制御器は、前記燃料電池システムの起動処理の開始から発電開始までの間に、前記系統電源からの交流電力が前記電力負荷に供給されるよう前記切換器を切換え、前記電流検知器により検出される電流の向きを判定するよう構成されている、請求項１に記載の発電装置。
  9. 前記燃料電池システムが、原料ガスから水素リッチな改質ガスを生成する改質器及び該改質器で改質生成された改質ガスのＣＯ濃度を低減するＣＯ低減器を備える水素生成装置と、前記ＣＯ濃度を低減された改質ガスを用いて発電する燃料電池と、を備えており、
    前記制御器は、前記ＣＯ低減器でＣＯ濃度を低減された改質ガスのＣＯ濃度が所定のレベルまで低下したときから前記燃料電池の発電開始までの間に、前記切換器の切換え及び前記電流の向きの判定を行うよう構成されている、請求項８に記載の発電装置。
  10. 前記制御器は、該制御器の電源が入ったのに応じて、前記系統電源からの交流電力が前記電力負荷に供給されるよう前記切換器を切換え、前記電流検知器により検出される電流の向きを判定するよう構成されている、請求項１に記載の発電装置。
  11. 前記第１のＤＣ／ＤＣ変換器から前記切換器までの電路上に、該第１のＤＣ／ＤＣ変換器からの直流電力の電圧を前記系統電源の電圧を超えない電圧に降下させる電圧降下器を備えた、請求項３に記載の発電装置。
  12. 前記電圧降下器が、前記発電機からの直流電力の電圧を該発電機の余剰電力量に応じて降下させる第２のＤＣ／ＤＣ変換器で構成されている、請求項１１に記載の発電装置。
  13. 直流電力を発生する発電機と、電力負荷と、系統電源と連系点との間を流れる電流を検知する電流検知器と、前記発電機からの直流電力と前記連系点を経由する前記系統電源からの交流電力とを切換えて前記電力負荷に供給する切換器と、を備える発電装置の運転方法であって、
    前記電流検知器により検出される電流の向きを判定する場合に、前記系統電源からの交流電力が前記電力負荷に供給されるよう前記切換器を切換えるステップと、前記発電機の余剰電力が生じた場合に、前記発電機の直流電力が前記電力負荷に供給されるよう前記切り替え器を切換えるステップとを含む、発電装置の運転方法。
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