分散型電源装置
【課題】アーク電流による機械式接点の損傷を防止して、確実にＯＦＦさせることができる安全で信頼性に優れた分散型電源装置を提供することを目的とする。
【解決手段】商用電力系統１０１と連系する分散型電源装置１０２において、直流電圧を生成する発電装置１０６と、発電装置１０６が生成する直流電圧を異なる電圧に変換する第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７と、機械式接点１０９を介して第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７に接続された直流負荷１０８と、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７を制御する制御手段１１２とを備え、制御手段１１２は第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力電圧を定期的に実質０Ｖにする構成を有する。
【解決手段】商用電力系統１０１と連系する分散型電源装置１０２において、直流電圧を生成する発電装置１０６と、発電装置１０６が生成する直流電圧を異なる電圧に変換する第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７と、機械式接点１０９を介して第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７に接続された直流負荷１０８と、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７を制御する制御手段１１２とを備え、制御手段１１２は第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力電圧を定期的に実質０Ｖにする構成を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用電力系統と連系して、家庭内負荷へ交流電力を供給する分散型電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、分散型電源装置としては、例えば図８、図９に示す構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下に、特許文献１に示されている分散型電源装置について説明する。
【０００４】
図８は従来の分散型電源装置のブロック図である。図８に示すように、分散型電源装置は、燃料電池からなる発電装置１、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３、インバータ４、交流負荷５、逆潮流監視センサ６、電力制御部７と直流負荷８とから少なくとも構成され、連系部９を介して商用電力系統１０と接続される。
【０００５】
ここで、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、発電装置１の出力電圧が入力され、その入力された電圧を異なる電圧値の直流電圧（例えば、ＤＣ２５Ｖ）に変換して出力する。第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、発電装置１の出力電圧が入力され、入力された電圧を異なる電圧値の直流電圧（例えば、ＤＣ１４０Ｖ）に変換して出力する。インバータ４は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧が入力され、入力された電圧を交流電圧（例えば、ＡＣ１００Ｖ）に変換して出力する。
【０００６】
交流負荷５は、インバータ４から供給される交流電圧を電源電圧として駆動される。逆潮流監視センサ６は、インバータ４の電流が商用電力系統１０側に流れていないか、すなわち、逆潮流していないかを監視（検出）する。電力制御部７は、逆潮流監視センサ６からの逆潮流に関する情報および連系部９からの系統停止信号を参照して、発電装置１、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２およびインバータ４の出力電力を制御する。そして、直流負荷８は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２から供給される直流電圧で駆動される。
【０００７】
ここで、直流負荷８であるヒータが、水を加熱する構成を例に、図９を用いて説明する。図９は、従来の分散型電源装置のヒータが水を加熱する構成を説明する構成図である。
【０００８】
図９に示すように、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２から供給される直流電圧で駆動する直流負荷８と、所定の流量で水が流れている加熱部５１と、加熱部５１に水を供給する配管５２，５３と、貯湯タンク５４と、貯湯タンクの温度を検出する温度センサ５５から構成されている。
【０００９】
以上のように構成された分散型電源装置は、交流負荷５の消費電力の減少により、逆潮流が発生した場合や、連系部９からの系統停止信号を受信した場合、インバータ４の出力を減少または停止させる。同時に、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力を増加させることにより、発電装置１の発電した余剰電力を直流負荷８で処理をする。
【００１０】
このとき、直流負荷８は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２から供給される電力量に応じて、加熱部５１内部の水を加熱する。そして、加熱された水は、配管５２，５３を通って貯湯タンク５４に送られる。ここで、温度センサ５５は、貯湯タンク５４内の水（温水）の温度を検出して、その検出結果を電力制御部７に送る。そして、検出結果に基づいて、電力制御部７は、加熱部５１の内部に流れる水の流量を変化させて、加熱部５１自体や加熱部５１内部の水の異常加熱を防止する。
【特許文献１】特開２００６−６７７５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来の構成では、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２の故障により直流負荷８に高電圧が入力されて直流負荷８の出力が大きくなった場合や、配管５２，５３内部の目詰まりにより水が滞留した場合、直流負荷８、加熱部５１自体、および加熱部５１内部の水が異常高温になるという課題を有していた。
【００１２】
上述の課題を解決する手段として、直流負荷８や加熱部５１の異常高温を検出すると、バイメタル式サーモスタットなどの過昇温防止装置からなる機械式接点をＯＦＦする、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２に、例えばヒータなどの直流負荷８を接続する構成が考えられる。
【００１３】
しかし、バイメタル式サーモスタットなどの機械式接点がＯＦＦするとき、直流負荷８に入力される電圧の大きさ、つまりバイメタル式サーモスタット内部を流れる直流の大きさによっては、アーク電流が発生する場合がある。そのため、アーク電流により機械式接点の損傷が発生し、瞬時にＯＦＦすることができない。また、最悪の場合には、機械式接点の溶着によりＯＦＦすることができず、直流負荷８で常時電力を消費するという課題がある。
【００１４】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、アーク電流による機械式接点の損傷を防止して、確実にＯＦＦさせることができる安全で信頼性に優れた分散型電源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】
【００１５】
上記従来の課題を解決するために、本発明の分散型電源装置は、商用電力系統と連系する分散型電源装置において、直流電圧の電力を発電する発電装置と、発電装置が生成する直流電圧を異なる電圧に変換する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、機械式接点を介して第１ＤＣ／ＤＣコンバータに接続された直流負荷と、第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御手段とを備え、制御手段は第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を定期的に実質０Ｖにするものである。
【００１６】
これにより、第１ＤＣ／ＤＣコンバータと直流負荷の間に接続される機械式接点がＯＦＦするときに発生するアーク電流による機械式接点の損傷を防止して、確実にＯＦＦさせることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、第１ＤＣ／ＤＣコンバータと直流負荷の間に接続される機械式接点がＯＦＦするとき、アーク電流による機械式接点の損傷を防ぎ、確実にＯＦＦすることで安全な分散型電源装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
第１の発明は、商用電力系統と連系する分散型電源装置において、直流電圧を生成する発電装置と、発電装置が生成する直流電圧を異なる電圧に変換する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、機械式接点を介して第１ＤＣ／ＤＣコンバータに接続された直流負荷と、第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御手段とを備え、制御手段は第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を定期的に実質０Ｖにする構成を有する。
【００１９】
この構成により、機械式接点がＯＦＦするとき、アーク電流による機械式接点の損傷を防止して、確実にＯＦＦする安全な分散型電源装置を実現できる。
【００２０】
第２の発明は、第１の発明において、制御手段が、第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を緩やかに降下および上昇するように制御するものである。これにより、スイッチング素子、平滑回路、直流負荷、配線などに加わる、オーバーシュートやアンダーシュートなどによる過大な負荷を防止して、分散型電源装置の長寿命化を実現することができる。
【００２１】
第３の発明は、第１または第２の発明において、制御手段が、第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が定期的に実質０Ｖになる周期および実質０Ｖになっている時間のいずれか一方を、第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧に応じて変えるものである。これにより、効率よく直流負荷に電圧を印加するとともに、確実に機械式接点をＯＦＦすることができる安全な分散型電源装置を実現する。
【００２２】
第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明において、第１ＤＣ／ＤＣコンバータが、入力側と出力側とが絶縁された状態で変圧を行う絶縁トランスを含むものである。これにより、第１ＤＣ／ＤＣコンバータの動作によって発生する高周波（高調波）が直流負荷や筐体などの対地浮遊容量を介して漏洩電流となることを防止して、安全な分散型電源装置を実現できる。
【００２３】
第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、発電装置と第１ＤＣ／ＤＣコンバータとの間に、発電装置が生成する直流電圧を異なる直流電圧に変換する第２ＤＣ／ＤＣコンバータが介在するものである。これにより、第１ＤＣ／ＤＣコンバータの、例えばトランスの巻線抵抗による熱損失やパワーデバイスのスイッチング損失などを低下させ、高効率の分散型電源装置を実現できる。
【００２４】
第６の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、機械式接点が、過昇温防止装置であるものである。これにより、ヒータなどの直流負荷で水を加熱して余剰電力を消費するときの異常過熱を防止できる。
【００２５】
第７の発明は、第６の発明において、過昇温防止装置が、バイメタル式サーモスタットであるものである。これにより、接点が溶着しやすいバイメタル式サーモスタットを用いることができる。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、先に説明した実施の形態と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００２７】
（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１における分散型電源装置について、詳細に説明する。
【００２８】
図１は、本発明の実施の形態１における分散型電源装置を示すブロック図である。図２は、本発明の実施の形態１における分散型電源装置に用いられるヒータが水を加熱する構成を示す構成図である。また、図３は、本発明の実施の形態１における分散型電源装置に用いられるヒータの印加電圧と時間の関係を示す特性図である。
【００２９】
なお、図１には、分散型電源装置１０２以外に、商用電力系統１０１と、連系部１０３と、家庭内負荷１０４と受電電力計測手段１０５を併せて図示している。ここで、商用電力系統１０１は、Ｕ相、Ｏ相、Ｗ相から成る単相三線式の交流電源であり、連系部１０３は商用電力系統１０１と分散型電源装置１０２を連系する。そして、家庭内負荷１０４は、商用電力系統１０１または分散型電源装置１０２から供給される交流電力を消費する機器である。また、受電電力計測手段１０５は、商用電力系統１０１と分散型電源装置１０２が接続された線路上に流れる電流の大きさや向き、電圧の大きさより、商用電力系統１０１から受電する電力を計測する受電電力計測装置である。
【００３０】
そして、図１に示すように、分散型電源装置１０２は、直流を生成する燃料電池などからなる発電装置１０６と、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７と、ヒータなどの直流負荷１０８と、例えばバイメタル式サーモスタットなどで過昇温防止装置を構成する機械式接点１０９と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０と、インバータ１１１と、制御手段１１２とから、少なくとも構成されている。なお、以下では、発電装置１０６を燃料電池と、過昇温防止装置を構成する機械式接点１０９をバイメタル式サーモスタットと、直流負荷１０８をヒータと記して説明する。
【００３１】
ここで、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７は、絶縁トランスを含む構成を有し、燃料電池１０６が生成する直流電圧を昇圧する。ヒータ１０８は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７が生成する直流電圧で駆動される。また、バイメタル式サーモスタット１０９は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７とヒータ１０８の間に設置され、設置された箇所の表面温度が所定値以上（例えば、９０℃）でＯＦＦする接点を有する。
【００３２】
第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０は、燃料電池１０６が生成する直流電圧を第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７と異なる直流電圧へ昇圧する。また、インバータ１１１は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０が出力する直流を家庭内負荷１０４で消費可能な交流へ変換する。そして、制御手段１１２は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０とインバータ１１１の出力制御をする。
【００３３】
このとき、図２に示すように、配管１２０には、ヒータ１０８とバイメタル式サーモスタット１０９が表面に設置され、内部に所定の流量で流れる水は、バイメタル式サーモスタット１０９がＯＮすると、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７から供給される直流電圧によりヒータ１０８で加熱される。
【００３４】
以上のように構成された分散型電源装置の動作および作用について、図１から図３を用いて説明する。
【００３５】
まず、分散型電源装置１０２は、燃料電池１０６が発電した電力を第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０でインバータ１１１が出力可能な電圧まで昇圧する。本実施の形態では、例えばＤＣ４００Ｖに昇圧する。そして、インバータ１１１は、昇圧された電圧を、直流から交流（本実施の形態では、例えばＡＣ２００Ｖ）へ変換して家庭内負荷１０４へ供給する。
【００３６】
このとき、燃料電池１０６の発電電力より家庭内負荷１０４の消費電力が大きい場合、燃料電池１０６の発電電力すべてが家庭内負荷１０４にて消費される。
【００３７】
逆に、燃料電池１０６の発電電力より家庭内負荷１０４の消費電力が小さい場合、その差分である余剰電力が発生し、その電力が商用電力系統１０１へ流れ込もうとする（以下、商用電力系統１０１へ流れ込むことを「逆潮流」という）。
【００３８】
一般に、燃料電池などの発電装置は、電力コストや商用電力系統１０１の安全面（例えば、逆潮流による交流電圧の上昇）などの関係から逆潮流を防止する必要がある。
【００３９】
そのため、常時、受電電力計測手段１０５である受電電力計測装置で逆潮流する電力を計測し、逆潮流が発生した場合、計測した電力に基づいて、制御手段１１２である制御部でインバータ１１１の出力を減少させて逆潮流を防止している。さらに、商用電力系統１０１が停止した場合、商用電力系統１０１の停止を検出し、インバータ１１１の出力を停止して、商用電力系統１０１の逆受電を防止している。なお、本実施の形態では、停電の検出方法についての説明は省略する。
【００４０】
しかし、燃料電池１０６の発電電力を急速に減少させることは困難であるので、インバータ１１１の出力を急速に減少あるいは停止させた場合、分散型電源装置１０２内部に余剰電力が発生する。そのため、余剰電力を消費する必要が生じる。
【００４１】
そこで、制御手段１１２は、インバータ１１１の出力を減少あるいは停止させる場合、図２に示す第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力を増加させ、ヒータ１０８で配管１２０内部を流れる水を加熱することにより、余剰電力を消費させる制御を行う。
【００４２】
しかし、上記で説明したように、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７やヒータ１０８の故障、あるいは配管１２０内部の目詰まりによる水の滞留により、配管１２０や配管１２０内部の水が異常高温となる場合がある。
【００４３】
それを回避するために、一般に、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７とヒータ１０８の間にバイメタル式サーモスタット１０９を配置し、配管１２０の表面温度が高温となった場合、バイメタル式サーモスタット１０９の接点をＯＦＦしている。これにより、第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を遮断して、配管１２０および配管１２０内部の水が異常高温となることを防止している。
【００４４】
しかし、バイメタル式サーモスタット１０９は、余剰電力を消費している間、常時直流が流れているため、接点をＯＦＦしようとすると、アーク電流を介して接続を維持しようとする。このとき、アーク電流により、接点が損傷し、例えば溶着した場合、正常にＯＦＦできない場合がある。
【００４５】
そこで、本実施の形態では、図３に示すように、制御手段１１２で、ヒータ１０８の印加電圧を定期的に実質０Ｖとなるように第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力を制御する。例えば、Ｔ１の周期（例えば、５０ｍｓ）に対して、Ｔ２の時間（例えば、１ｍｓ）を０Ｖとする。
【００４６】
これにより、バイメタル式サーモスタット１０９の接点がＯＦＦする際、ヒータ１０８への印加電圧が０Ｖとなり、流れる電流も０となる。その結果、アーク電流がなくなり、確実に接点をＯＦＦさせることが可能となる。
【００４７】
なお、本実施の形態では、燃料電池１０６が生成する電圧が低いため、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０で昇圧する例で説明したが、これに限られない。例えば、太陽電池や風力発電など、高い電圧を生成する発電装置を用いた場合、降圧する構成としてもよい。
【００４８】
また、本実施の形態では、配管１２０の温度により第１ＤＣ／ＤＣコンバータとヒータ間の接点をＯＦＦするために、機械式接点としてバイメタル式サーモスタット１０９を用いた例で説明したが、これに限られない。例えば、配管の温度をサーミスタなどの温度センサで計測し、例えば、接点を有するリレーなどのスイッチで構成される機械式接点など別々の手段により過昇温防止装置を構成してもよく、同様な効果や動作を実現できる。
【００４９】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力電圧を定期的に実質０Ｖにすることにより、バイメタル式サーモスタット１０９がＯＦＦするときのアーク電流によるバイメタル式サーモスタット１０９の接点の損傷を防止できる。その結果、安全で、長期的に信頼性に優れた分散型電源装置を実現できる。
【００５０】
（実施の形態２）
以下に、本発明の実施の形態２における分散型電源装置について、図面を用いて説明する。
【００５１】
図４は、本発明の実施の形態２におけるヒータの印加電圧と時間の関係を示す特性図である。
【００５２】
つまり、図４に示すように、本実施の形態の分散型電源装置は、ヒータの制御方法が、実施の形態１で図３を用いて説明した方法とは異なる。なお、分散型電源の構成や動作などは実施の形態１と同様であり説明を省略する。
【００５３】
以下に、本実施の形態の分散型電源装置のヒータの制御について、図４を用いて説明する。
【００５４】
基本的には、実施の形態１と同様に、制御手段１１２は、インバータ１１１の出力を減少あるいは停止させる場合、図２に示す第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力を増加させ、ヒータ１０８で配管１２０内部を流れる水を加熱することにより、余剰電力を消費させる。
【００５５】
つまり、本実施の形態では、図４に示すように、制御手段１１２で、ヒータ１０８の印加電圧を定期的に実質０Ｖとなるように第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力を制御する。例えば、Ｔ３の周期（例えば、５０ｍｓ）に対して、Ｔ４の時間（例えば、１ｍｓ）を０Ｖとする。
【００５６】
このとき、図４に示すように、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力電圧を０Ｖにする場合、一般にソフトストップと称される、出力電圧を緩やかにまたは徐々に降下させて０Ｖにする。その後、Ｔ４の時間、０Ｖに保持した後、一般にソフトスタートと称される、出力電圧を緩やかにまたは徐々に上昇させる。例えば、出力電圧の降下レートや上昇レートとしては、１００Ｖ／ｍｓ程度である。
【００５７】
なお、本実施の形態では、出力電圧の降下レートや上昇レートを同じ例で説明したがこれに限られず、分散型電源装置１０２の特性（電圧、電流、余剰電力）に応じて別々に設定してもよい。例えば、出力電圧の降下レートは、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７が急に停止しても、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の入出力電圧が過電圧とならないように、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の入出力電圧の上昇や下降の度合いに応じて、設定すればよい。また、出力電圧の上昇レートは、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７が急に動作を開始しても、ヒータ１０８の突入電流により第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７が過負荷状態とならないように、ヒータ１０８の容量に応じて設定すればよい。
【００５８】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、制御手段１１２は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力電圧の降下レートおよび上昇レートを緩やかにすることで、スイッチング素子、平滑回路、直流負荷、配線などに加わる、オーバーシュートやアンダーシュートなどによる過大な負荷を防止して、分散型電源装置の長寿命化を実現することができる。
【００５９】
（実施の形態３）
以下に、本発明の実施の形態３における分散型電源装置について、図面を用いて説明する。
【００６０】
図５は、本発明の実施の形態３における分散型電源装置に用いられるヒータの印加電圧と時間の関係を示す特性図である。図６は、本発明の実施の形態３における分散型電源装置に用いられるヒータの印加電圧と０Ｖになる周期および０Ｖである時間の関係を示す特性図である。
【００６１】
つまり、図５と図６に示すように、本実施の形態の分散型電源装置は、ヒータの制御方法が、実施の形態１で図３を用いて説明した方法とは異なる。なお、分散型電源の構成や動作などは実施の形態１と同様であり説明を省略する。
【００６２】
以下に、本実施の形態の分散型電源装置のヒータの制御について、図５と図６を用いて説明する。
【００６３】
基本的には、実施の形態１と同様に、制御手段１１２は、インバータ１１１の出力を減少あるいは停止させる場合、図２に示す第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力を増加させ、ヒータ１０８で配管１２０内部を流れる水を加熱することにより、余剰電力を消費させる。
【００６４】
つまり、本実施の形態では、図５に示すように、制御手段１１２で、ヒータ１０８の印加電圧を定期的に実質０Ｖとなるように第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力を制御する。例えば、Ｔ５の周期に対して、Ｔ６の時間を０Ｖとする。
【００６５】
このとき、ヒータ１０８の印加電圧、つまり、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力電圧に応じて、０Ｖにする周期（図５のＴ５）、および０Ｖの時間（図５のＴ６）を変化させる。
【００６６】
一般に、ヒータ１０８の印加電圧、つまりバイメタル式サーモスタット１０９の印加電圧が小さいほどアーク電流が小さくなるため、接点の損傷が少なくなる。
【００６７】
そこで、図６に示すように、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力電圧の大きさに応じて、Ｔ５の周期と、０ＶにするＴ６の時間を可変に制御する。具体的には、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力電圧が大きい場合、Ｔ５の周期を短くし、０ＶにするＴ６の時間を長くする。逆に、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力電圧が小さい場合、Ｔ５の周期を長くし、０ＶにするＴ６の時間を短くする。
【００６８】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、効率よくヒータ１０８に電圧を印加するとともに、確実にバイメタル式サーモスタット１０９の接点をＯＦＦすることができる安全な分散型電源装置を実現できる。
【００６９】
（実施の形態４）
以下に、本発明の実施の形態４における分散型電源装置について、詳細に説明する。
【００７０】
図７は、本発明の実施の形態４における分散型電源装置を示すブロック図である。なお、図７には、図１を用いて説明した実施の形態１と同様に、分散型電源装置１０２以外に、商用電力系統１０１と、連系部１０３と、家庭内負荷１０４と受電電力計測手段１０５を併せて図示している。また、図７において、図１と同様の構成要素については同じ符号を付け、説明は省略する。
【００７１】
つまり、図７に示すように、接点を有するバイメタル式サーモスタット１０９を介して直流負荷であるヒータ１０８と接続される第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７を、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０とインバータ１１１間に接続した点で、実施の形態１とは異なる。
【００７２】
このとき、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０が出力する電圧を異なる電圧へ変換して、バイメタル式サーモスタット１０９を介してヒータ１０８に出力する構成である。
【００７３】
以上のように構成された分散型電源装置の動作および作用について、図２、図３と図７を用いて説明する。
【００７４】
上述したように、制御手段１１２は、インバータ１１１の出力を減少あるいは停止させる場合、図２に示す第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力を増加させ、ヒータ１０８で配管１２０内部を流れる水を加熱することにより、余剰電力を消費させる。
【００７５】
そこで、本実施の形態では、図３に示すように、制御手段１１２は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０の出力を維持したまま、ヒータ１０８の印加電圧を定期的に実質０Ｖとなるように第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力を制御する。例えば、Ｔ１の周期（例えば、５０ｍｓ）に対して、Ｔ２の時間（例えば、１ｍｓ）を０Ｖとする。
【００７６】
このとき、ヒータ１０８に大電流を流さないためには、ヒータ１０８の印加電圧を高く、つまり、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力電圧を高くする必要がある。これは、ヒータ１０８の発熱が、電圧と電流の積により決まるためである。そして、通常、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０は、インバータ１１１が２００Ｖの交流電圧が出力可能なように高い電圧（例えば、４００Ｖ）を生成する。
【００７７】
つまり、燃料電池１０６と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の間に第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０を介在させることにより、ヒータ１０８に印加する電圧を、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７で高い電圧まで昇圧する必要がなくなる。その結果、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の変換効率の低下を防止できる。
【００７８】
なお、本実施の形態では、回路構成、特に絶縁トランスの形状を小さくするために、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０が出力する高電圧を高周波でスイッチングすることで変圧することが好ましい。さらに、絶縁トランスは、入力側と出力側とが絶縁された状態で変圧を行うことが好ましい。
【００７９】
これにより、非絶縁の場合に生じる、ヒータ１０８を通じて対地との間に存在する浮遊容量を介して流れる大きな漏洩電流の発生を未然に防止できる。
【００８０】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の動作によって発生する高周波が、ヒータ１０８や筐体などの対地浮遊容量を介して漏洩電流となることを防止できる。その結果、安全で信頼性に優れた分散型電源装置を実現できる。
【００８１】
また、本実施の形態によれば、ヒータ１０８と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７との間に、燃料電池１０６が生成する直流電圧を異なる直流電圧に変換する第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０が介在することにより、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の変換効率の低下を抑制し、高効率の分散型電源装置を実現できる。
【００８２】
また、本実施の形態によれば、第１ＤＣ／ＤＣコンバータを高周波でのスイッチングにより変圧できるため、第１ＤＣ／ＤＣコンバータの小型化による回路構成の小型化とともに、小型の分散型電源装置を実現できる。
【００８３】
なお、各実施の形態では、発電装置として、燃料電池を例に説明したが、これに限られない。例えば、太陽光発電装置、風力発電装置や太陽熱発電装置などであってもよく、同様の効果や作用が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明によれば、過昇温度防止装置を構成する機械式接点の、アーク電流による損傷を防ぎ、確実にＯＦＦさせることができるため、燃料電池装置、太陽光発電装置、風力発電装置や太陽熱発電装置のような分散型電源装置などの技術分野において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施の形態１における分散型電源装置を示すブロック図
【図２】同実施の形態における分散型電源装置に用いられるヒータが水を加熱する構成を示す構成図
【図３】同実施の形態における分散型電源装置に用いられるヒータの印加電圧と時間の関係を示す特性図
【図４】本発明の実施の形態２における分散型電源装置に用いられるヒータの印加電圧と時間の関係を示す特性図
【図５】本発明の実施の形態３における分散型電源装置に用いられるヒータの印加電圧と時間の関係を示す特性図
【図６】同実施の形態における分散型電源装置に用いられるヒータの印加電圧と０Ｖになる周期および０Ｖである時間の関係を示す特性図
【図７】本発明の実施の形態４における分散型電源装置を示すブロック図
【図８】従来の分散型電源装置のブロック図
【図９】従来の分散型電源装置のヒータが水を加熱する構成を説明する構成図
【符号の説明】
【００８６】
１０１ 商用電力系統
１０２ 分散型電源装置
１０３ 連系部
１０４ 家庭内負荷
１０５ 受電電力計測手段
１０６ 発電装置（燃料電池）
１０７ 第１ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０８ 直流負荷（ヒータ）
１０９ 機械式接点（バイメタル式サーモスタット）
１１０ 第２ＤＣ／ＤＣコンバータ
１１１ インバータ
１１２ 制御手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用電力系統と連系して、家庭内負荷へ交流電力を供給する分散型電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、分散型電源装置としては、例えば図８、図９に示す構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下に、特許文献１に示されている分散型電源装置について説明する。
【０００４】
図８は従来の分散型電源装置のブロック図である。図８に示すように、分散型電源装置は、燃料電池からなる発電装置１、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３、インバータ４、交流負荷５、逆潮流監視センサ６、電力制御部７と直流負荷８とから少なくとも構成され、連系部９を介して商用電力系統１０と接続される。
【０００５】
ここで、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、発電装置１の出力電圧が入力され、その入力された電圧を異なる電圧値の直流電圧（例えば、ＤＣ２５Ｖ）に変換して出力する。第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、発電装置１の出力電圧が入力され、入力された電圧を異なる電圧値の直流電圧（例えば、ＤＣ１４０Ｖ）に変換して出力する。インバータ４は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧が入力され、入力された電圧を交流電圧（例えば、ＡＣ１００Ｖ）に変換して出力する。
【０００６】
交流負荷５は、インバータ４から供給される交流電圧を電源電圧として駆動される。逆潮流監視センサ６は、インバータ４の電流が商用電力系統１０側に流れていないか、すなわち、逆潮流していないかを監視（検出）する。電力制御部７は、逆潮流監視センサ６からの逆潮流に関する情報および連系部９からの系統停止信号を参照して、発電装置１、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２およびインバータ４の出力電力を制御する。そして、直流負荷８は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２から供給される直流電圧で駆動される。
【０００７】
ここで、直流負荷８であるヒータが、水を加熱する構成を例に、図９を用いて説明する。図９は、従来の分散型電源装置のヒータが水を加熱する構成を説明する構成図である。
【０００８】
図９に示すように、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２から供給される直流電圧で駆動する直流負荷８と、所定の流量で水が流れている加熱部５１と、加熱部５１に水を供給する配管５２，５３と、貯湯タンク５４と、貯湯タンクの温度を検出する温度センサ５５から構成されている。
【０００９】
以上のように構成された分散型電源装置は、交流負荷５の消費電力の減少により、逆潮流が発生した場合や、連系部９からの系統停止信号を受信した場合、インバータ４の出力を減少または停止させる。同時に、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力を増加させることにより、発電装置１の発電した余剰電力を直流負荷８で処理をする。
【００１０】
このとき、直流負荷８は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２から供給される電力量に応じて、加熱部５１内部の水を加熱する。そして、加熱された水は、配管５２，５３を通って貯湯タンク５４に送られる。ここで、温度センサ５５は、貯湯タンク５４内の水（温水）の温度を検出して、その検出結果を電力制御部７に送る。そして、検出結果に基づいて、電力制御部７は、加熱部５１の内部に流れる水の流量を変化させて、加熱部５１自体や加熱部５１内部の水の異常加熱を防止する。
【特許文献１】特開２００６−６７７５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来の構成では、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２の故障により直流負荷８に高電圧が入力されて直流負荷８の出力が大きくなった場合や、配管５２，５３内部の目詰まりにより水が滞留した場合、直流負荷８、加熱部５１自体、および加熱部５１内部の水が異常高温になるという課題を有していた。
【００１２】
上述の課題を解決する手段として、直流負荷８や加熱部５１の異常高温を検出すると、バイメタル式サーモスタットなどの過昇温防止装置からなる機械式接点をＯＦＦする、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２に、例えばヒータなどの直流負荷８を接続する構成が考えられる。
【００１３】
しかし、バイメタル式サーモスタットなどの機械式接点がＯＦＦするとき、直流負荷８に入力される電圧の大きさ、つまりバイメタル式サーモスタット内部を流れる直流の大きさによっては、アーク電流が発生する場合がある。そのため、アーク電流により機械式接点の損傷が発生し、瞬時にＯＦＦすることができない。また、最悪の場合には、機械式接点の溶着によりＯＦＦすることができず、直流負荷８で常時電力を消費するという課題がある。
【００１４】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、アーク電流による機械式接点の損傷を防止して、確実にＯＦＦさせることができる安全で信頼性に優れた分散型電源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】
【００１５】
上記従来の課題を解決するために、本発明の分散型電源装置は、商用電力系統と連系する分散型電源装置において、直流電圧の電力を発電する発電装置と、発電装置が生成する直流電圧を異なる電圧に変換する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、機械式接点を介して第１ＤＣ／ＤＣコンバータに接続された直流負荷と、第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御手段とを備え、制御手段は第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を定期的に実質０Ｖにするものである。
【００１６】
これにより、第１ＤＣ／ＤＣコンバータと直流負荷の間に接続される機械式接点がＯＦＦするときに発生するアーク電流による機械式接点の損傷を防止して、確実にＯＦＦさせることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、第１ＤＣ／ＤＣコンバータと直流負荷の間に接続される機械式接点がＯＦＦするとき、アーク電流による機械式接点の損傷を防ぎ、確実にＯＦＦすることで安全な分散型電源装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
第１の発明は、商用電力系統と連系する分散型電源装置において、直流電圧を生成する発電装置と、発電装置が生成する直流電圧を異なる電圧に変換する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、機械式接点を介して第１ＤＣ／ＤＣコンバータに接続された直流負荷と、第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御手段とを備え、制御手段は第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を定期的に実質０Ｖにする構成を有する。
【００１９】
この構成により、機械式接点がＯＦＦするとき、アーク電流による機械式接点の損傷を防止して、確実にＯＦＦする安全な分散型電源装置を実現できる。
【００２０】
第２の発明は、第１の発明において、制御手段が、第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を緩やかに降下および上昇するように制御するものである。これにより、スイッチング素子、平滑回路、直流負荷、配線などに加わる、オーバーシュートやアンダーシュートなどによる過大な負荷を防止して、分散型電源装置の長寿命化を実現することができる。
【００２１】
第３の発明は、第１または第２の発明において、制御手段が、第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が定期的に実質０Ｖになる周期および実質０Ｖになっている時間のいずれか一方を、第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧に応じて変えるものである。これにより、効率よく直流負荷に電圧を印加するとともに、確実に機械式接点をＯＦＦすることができる安全な分散型電源装置を実現する。
【００２２】
第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明において、第１ＤＣ／ＤＣコンバータが、入力側と出力側とが絶縁された状態で変圧を行う絶縁トランスを含むものである。これにより、第１ＤＣ／ＤＣコンバータの動作によって発生する高周波（高調波）が直流負荷や筐体などの対地浮遊容量を介して漏洩電流となることを防止して、安全な分散型電源装置を実現できる。
【００２３】
第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、発電装置と第１ＤＣ／ＤＣコンバータとの間に、発電装置が生成する直流電圧を異なる直流電圧に変換する第２ＤＣ／ＤＣコンバータが介在するものである。これにより、第１ＤＣ／ＤＣコンバータの、例えばトランスの巻線抵抗による熱損失やパワーデバイスのスイッチング損失などを低下させ、高効率の分散型電源装置を実現できる。
【００２４】
第６の発明は、第１から第４のいずれかの発明において、機械式接点が、過昇温防止装置であるものである。これにより、ヒータなどの直流負荷で水を加熱して余剰電力を消費するときの異常過熱を防止できる。
【００２５】
第７の発明は、第６の発明において、過昇温防止装置が、バイメタル式サーモスタットであるものである。これにより、接点が溶着しやすいバイメタル式サーモスタットを用いることができる。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明するが、先に説明した実施の形態と同一構成については同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。なお、この実施の形態によってこの発明が限定されるものではない。
【００２７】
（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１における分散型電源装置について、詳細に説明する。
【００２８】
図１は、本発明の実施の形態１における分散型電源装置を示すブロック図である。図２は、本発明の実施の形態１における分散型電源装置に用いられるヒータが水を加熱する構成を示す構成図である。また、図３は、本発明の実施の形態１における分散型電源装置に用いられるヒータの印加電圧と時間の関係を示す特性図である。
【００２９】
なお、図１には、分散型電源装置１０２以外に、商用電力系統１０１と、連系部１０３と、家庭内負荷１０４と受電電力計測手段１０５を併せて図示している。ここで、商用電力系統１０１は、Ｕ相、Ｏ相、Ｗ相から成る単相三線式の交流電源であり、連系部１０３は商用電力系統１０１と分散型電源装置１０２を連系する。そして、家庭内負荷１０４は、商用電力系統１０１または分散型電源装置１０２から供給される交流電力を消費する機器である。また、受電電力計測手段１０５は、商用電力系統１０１と分散型電源装置１０２が接続された線路上に流れる電流の大きさや向き、電圧の大きさより、商用電力系統１０１から受電する電力を計測する受電電力計測装置である。
【００３０】
そして、図１に示すように、分散型電源装置１０２は、直流を生成する燃料電池などからなる発電装置１０６と、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７と、ヒータなどの直流負荷１０８と、例えばバイメタル式サーモスタットなどで過昇温防止装置を構成する機械式接点１０９と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０と、インバータ１１１と、制御手段１１２とから、少なくとも構成されている。なお、以下では、発電装置１０６を燃料電池と、過昇温防止装置を構成する機械式接点１０９をバイメタル式サーモスタットと、直流負荷１０８をヒータと記して説明する。
【００３１】
ここで、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７は、絶縁トランスを含む構成を有し、燃料電池１０６が生成する直流電圧を昇圧する。ヒータ１０８は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７が生成する直流電圧で駆動される。また、バイメタル式サーモスタット１０９は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７とヒータ１０８の間に設置され、設置された箇所の表面温度が所定値以上（例えば、９０℃）でＯＦＦする接点を有する。
【００３２】
第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０は、燃料電池１０６が生成する直流電圧を第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７と異なる直流電圧へ昇圧する。また、インバータ１１１は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０が出力する直流を家庭内負荷１０４で消費可能な交流へ変換する。そして、制御手段１１２は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７と第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０とインバータ１１１の出力制御をする。
【００３３】
このとき、図２に示すように、配管１２０には、ヒータ１０８とバイメタル式サーモスタット１０９が表面に設置され、内部に所定の流量で流れる水は、バイメタル式サーモスタット１０９がＯＮすると、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７から供給される直流電圧によりヒータ１０８で加熱される。
【００３４】
以上のように構成された分散型電源装置の動作および作用について、図１から図３を用いて説明する。
【００３５】
まず、分散型電源装置１０２は、燃料電池１０６が発電した電力を第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０でインバータ１１１が出力可能な電圧まで昇圧する。本実施の形態では、例えばＤＣ４００Ｖに昇圧する。そして、インバータ１１１は、昇圧された電圧を、直流から交流（本実施の形態では、例えばＡＣ２００Ｖ）へ変換して家庭内負荷１０４へ供給する。
【００３６】
このとき、燃料電池１０６の発電電力より家庭内負荷１０４の消費電力が大きい場合、燃料電池１０６の発電電力すべてが家庭内負荷１０４にて消費される。
【００３７】
逆に、燃料電池１０６の発電電力より家庭内負荷１０４の消費電力が小さい場合、その差分である余剰電力が発生し、その電力が商用電力系統１０１へ流れ込もうとする（以下、商用電力系統１０１へ流れ込むことを「逆潮流」という）。
【００３８】
一般に、燃料電池などの発電装置は、電力コストや商用電力系統１０１の安全面（例えば、逆潮流による交流電圧の上昇）などの関係から逆潮流を防止する必要がある。
【００３９】
そのため、常時、受電電力計測手段１０５である受電電力計測装置で逆潮流する電力を計測し、逆潮流が発生した場合、計測した電力に基づいて、制御手段１１２である制御部でインバータ１１１の出力を減少させて逆潮流を防止している。さらに、商用電力系統１０１が停止した場合、商用電力系統１０１の停止を検出し、インバータ１１１の出力を停止して、商用電力系統１０１の逆受電を防止している。なお、本実施の形態では、停電の検出方法についての説明は省略する。
【００４０】
しかし、燃料電池１０６の発電電力を急速に減少させることは困難であるので、インバータ１１１の出力を急速に減少あるいは停止させた場合、分散型電源装置１０２内部に余剰電力が発生する。そのため、余剰電力を消費する必要が生じる。
【００４１】
そこで、制御手段１１２は、インバータ１１１の出力を減少あるいは停止させる場合、図２に示す第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力を増加させ、ヒータ１０８で配管１２０内部を流れる水を加熱することにより、余剰電力を消費させる制御を行う。
【００４２】
しかし、上記で説明したように、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７やヒータ１０８の故障、あるいは配管１２０内部の目詰まりによる水の滞留により、配管１２０や配管１２０内部の水が異常高温となる場合がある。
【００４３】
それを回避するために、一般に、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７とヒータ１０８の間にバイメタル式サーモスタット１０９を配置し、配管１２０の表面温度が高温となった場合、バイメタル式サーモスタット１０９の接点をＯＦＦしている。これにより、第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力を遮断して、配管１２０および配管１２０内部の水が異常高温となることを防止している。
【００４４】
しかし、バイメタル式サーモスタット１０９は、余剰電力を消費している間、常時直流が流れているため、接点をＯＦＦしようとすると、アーク電流を介して接続を維持しようとする。このとき、アーク電流により、接点が損傷し、例えば溶着した場合、正常にＯＦＦできない場合がある。
【００４５】
そこで、本実施の形態では、図３に示すように、制御手段１１２で、ヒータ１０８の印加電圧を定期的に実質０Ｖとなるように第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力を制御する。例えば、Ｔ１の周期（例えば、５０ｍｓ）に対して、Ｔ２の時間（例えば、１ｍｓ）を０Ｖとする。
【００４６】
これにより、バイメタル式サーモスタット１０９の接点がＯＦＦする際、ヒータ１０８への印加電圧が０Ｖとなり、流れる電流も０となる。その結果、アーク電流がなくなり、確実に接点をＯＦＦさせることが可能となる。
【００４７】
なお、本実施の形態では、燃料電池１０６が生成する電圧が低いため、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０で昇圧する例で説明したが、これに限られない。例えば、太陽電池や風力発電など、高い電圧を生成する発電装置を用いた場合、降圧する構成としてもよい。
【００４８】
また、本実施の形態では、配管１２０の温度により第１ＤＣ／ＤＣコンバータとヒータ間の接点をＯＦＦするために、機械式接点としてバイメタル式サーモスタット１０９を用いた例で説明したが、これに限られない。例えば、配管の温度をサーミスタなどの温度センサで計測し、例えば、接点を有するリレーなどのスイッチで構成される機械式接点など別々の手段により過昇温防止装置を構成してもよく、同様な効果や動作を実現できる。
【００４９】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力電圧を定期的に実質０Ｖにすることにより、バイメタル式サーモスタット１０９がＯＦＦするときのアーク電流によるバイメタル式サーモスタット１０９の接点の損傷を防止できる。その結果、安全で、長期的に信頼性に優れた分散型電源装置を実現できる。
【００５０】
（実施の形態２）
以下に、本発明の実施の形態２における分散型電源装置について、図面を用いて説明する。
【００５１】
図４は、本発明の実施の形態２におけるヒータの印加電圧と時間の関係を示す特性図である。
【００５２】
つまり、図４に示すように、本実施の形態の分散型電源装置は、ヒータの制御方法が、実施の形態１で図３を用いて説明した方法とは異なる。なお、分散型電源の構成や動作などは実施の形態１と同様であり説明を省略する。
【００５３】
以下に、本実施の形態の分散型電源装置のヒータの制御について、図４を用いて説明する。
【００５４】
基本的には、実施の形態１と同様に、制御手段１１２は、インバータ１１１の出力を減少あるいは停止させる場合、図２に示す第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力を増加させ、ヒータ１０８で配管１２０内部を流れる水を加熱することにより、余剰電力を消費させる。
【００５５】
つまり、本実施の形態では、図４に示すように、制御手段１１２で、ヒータ１０８の印加電圧を定期的に実質０Ｖとなるように第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力を制御する。例えば、Ｔ３の周期（例えば、５０ｍｓ）に対して、Ｔ４の時間（例えば、１ｍｓ）を０Ｖとする。
【００５６】
このとき、図４に示すように、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力電圧を０Ｖにする場合、一般にソフトストップと称される、出力電圧を緩やかにまたは徐々に降下させて０Ｖにする。その後、Ｔ４の時間、０Ｖに保持した後、一般にソフトスタートと称される、出力電圧を緩やかにまたは徐々に上昇させる。例えば、出力電圧の降下レートや上昇レートとしては、１００Ｖ／ｍｓ程度である。
【００５７】
なお、本実施の形態では、出力電圧の降下レートや上昇レートを同じ例で説明したがこれに限られず、分散型電源装置１０２の特性（電圧、電流、余剰電力）に応じて別々に設定してもよい。例えば、出力電圧の降下レートは、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７が急に停止しても、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の入出力電圧が過電圧とならないように、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の入出力電圧の上昇や下降の度合いに応じて、設定すればよい。また、出力電圧の上昇レートは、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７が急に動作を開始しても、ヒータ１０８の突入電流により第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７が過負荷状態とならないように、ヒータ１０８の容量に応じて設定すればよい。
【００５８】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、制御手段１１２は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力電圧の降下レートおよび上昇レートを緩やかにすることで、スイッチング素子、平滑回路、直流負荷、配線などに加わる、オーバーシュートやアンダーシュートなどによる過大な負荷を防止して、分散型電源装置の長寿命化を実現することができる。
【００５９】
（実施の形態３）
以下に、本発明の実施の形態３における分散型電源装置について、図面を用いて説明する。
【００６０】
図５は、本発明の実施の形態３における分散型電源装置に用いられるヒータの印加電圧と時間の関係を示す特性図である。図６は、本発明の実施の形態３における分散型電源装置に用いられるヒータの印加電圧と０Ｖになる周期および０Ｖである時間の関係を示す特性図である。
【００６１】
つまり、図５と図６に示すように、本実施の形態の分散型電源装置は、ヒータの制御方法が、実施の形態１で図３を用いて説明した方法とは異なる。なお、分散型電源の構成や動作などは実施の形態１と同様であり説明を省略する。
【００６２】
以下に、本実施の形態の分散型電源装置のヒータの制御について、図５と図６を用いて説明する。
【００６３】
基本的には、実施の形態１と同様に、制御手段１１２は、インバータ１１１の出力を減少あるいは停止させる場合、図２に示す第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力を増加させ、ヒータ１０８で配管１２０内部を流れる水を加熱することにより、余剰電力を消費させる。
【００６４】
つまり、本実施の形態では、図５に示すように、制御手段１１２で、ヒータ１０８の印加電圧を定期的に実質０Ｖとなるように第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力を制御する。例えば、Ｔ５の周期に対して、Ｔ６の時間を０Ｖとする。
【００６５】
このとき、ヒータ１０８の印加電圧、つまり、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力電圧に応じて、０Ｖにする周期（図５のＴ５）、および０Ｖの時間（図５のＴ６）を変化させる。
【００６６】
一般に、ヒータ１０８の印加電圧、つまりバイメタル式サーモスタット１０９の印加電圧が小さいほどアーク電流が小さくなるため、接点の損傷が少なくなる。
【００６７】
そこで、図６に示すように、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力電圧の大きさに応じて、Ｔ５の周期と、０ＶにするＴ６の時間を可変に制御する。具体的には、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力電圧が大きい場合、Ｔ５の周期を短くし、０ＶにするＴ６の時間を長くする。逆に、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力電圧が小さい場合、Ｔ５の周期を長くし、０ＶにするＴ６の時間を短くする。
【００６８】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、効率よくヒータ１０８に電圧を印加するとともに、確実にバイメタル式サーモスタット１０９の接点をＯＦＦすることができる安全な分散型電源装置を実現できる。
【００６９】
（実施の形態４）
以下に、本発明の実施の形態４における分散型電源装置について、詳細に説明する。
【００７０】
図７は、本発明の実施の形態４における分散型電源装置を示すブロック図である。なお、図７には、図１を用いて説明した実施の形態１と同様に、分散型電源装置１０２以外に、商用電力系統１０１と、連系部１０３と、家庭内負荷１０４と受電電力計測手段１０５を併せて図示している。また、図７において、図１と同様の構成要素については同じ符号を付け、説明は省略する。
【００７１】
つまり、図７に示すように、接点を有するバイメタル式サーモスタット１０９を介して直流負荷であるヒータ１０８と接続される第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７を、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０とインバータ１１１間に接続した点で、実施の形態１とは異なる。
【００７２】
このとき、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０が出力する電圧を異なる電圧へ変換して、バイメタル式サーモスタット１０９を介してヒータ１０８に出力する構成である。
【００７３】
以上のように構成された分散型電源装置の動作および作用について、図２、図３と図７を用いて説明する。
【００７４】
上述したように、制御手段１１２は、インバータ１１１の出力を減少あるいは停止させる場合、図２に示す第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力を増加させ、ヒータ１０８で配管１２０内部を流れる水を加熱することにより、余剰電力を消費させる。
【００７５】
そこで、本実施の形態では、図３に示すように、制御手段１１２は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０の出力を維持したまま、ヒータ１０８の印加電圧を定期的に実質０Ｖとなるように第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力を制御する。例えば、Ｔ１の周期（例えば、５０ｍｓ）に対して、Ｔ２の時間（例えば、１ｍｓ）を０Ｖとする。
【００７６】
このとき、ヒータ１０８に大電流を流さないためには、ヒータ１０８の印加電圧を高く、つまり、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の出力電圧を高くする必要がある。これは、ヒータ１０８の発熱が、電圧と電流の積により決まるためである。そして、通常、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０は、インバータ１１１が２００Ｖの交流電圧が出力可能なように高い電圧（例えば、４００Ｖ）を生成する。
【００７７】
つまり、燃料電池１０６と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の間に第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０を介在させることにより、ヒータ１０８に印加する電圧を、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７で高い電圧まで昇圧する必要がなくなる。その結果、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の変換効率の低下を防止できる。
【００７８】
なお、本実施の形態では、回路構成、特に絶縁トランスの形状を小さくするために、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０が出力する高電圧を高周波でスイッチングすることで変圧することが好ましい。さらに、絶縁トランスは、入力側と出力側とが絶縁された状態で変圧を行うことが好ましい。
【００７９】
これにより、非絶縁の場合に生じる、ヒータ１０８を通じて対地との間に存在する浮遊容量を介して流れる大きな漏洩電流の発生を未然に防止できる。
【００８０】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の動作によって発生する高周波が、ヒータ１０８や筐体などの対地浮遊容量を介して漏洩電流となることを防止できる。その結果、安全で信頼性に優れた分散型電源装置を実現できる。
【００８１】
また、本実施の形態によれば、ヒータ１０８と第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７との間に、燃料電池１０６が生成する直流電圧を異なる直流電圧に変換する第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１１０が介在することにより、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７の変換効率の低下を抑制し、高効率の分散型電源装置を実現できる。
【００８２】
また、本実施の形態によれば、第１ＤＣ／ＤＣコンバータを高周波でのスイッチングにより変圧できるため、第１ＤＣ／ＤＣコンバータの小型化による回路構成の小型化とともに、小型の分散型電源装置を実現できる。
【００８３】
なお、各実施の形態では、発電装置として、燃料電池を例に説明したが、これに限られない。例えば、太陽光発電装置、風力発電装置や太陽熱発電装置などであってもよく、同様の効果や作用が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明によれば、過昇温度防止装置を構成する機械式接点の、アーク電流による損傷を防ぎ、確実にＯＦＦさせることができるため、燃料電池装置、太陽光発電装置、風力発電装置や太陽熱発電装置のような分散型電源装置などの技術分野において有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の実施の形態１における分散型電源装置を示すブロック図
【図２】同実施の形態における分散型電源装置に用いられるヒータが水を加熱する構成を示す構成図
【図３】同実施の形態における分散型電源装置に用いられるヒータの印加電圧と時間の関係を示す特性図
【図４】本発明の実施の形態２における分散型電源装置に用いられるヒータの印加電圧と時間の関係を示す特性図
【図５】本発明の実施の形態３における分散型電源装置に用いられるヒータの印加電圧と時間の関係を示す特性図
【図６】同実施の形態における分散型電源装置に用いられるヒータの印加電圧と０Ｖになる周期および０Ｖである時間の関係を示す特性図
【図７】本発明の実施の形態４における分散型電源装置を示すブロック図
【図８】従来の分散型電源装置のブロック図
【図９】従来の分散型電源装置のヒータが水を加熱する構成を説明する構成図
【符号の説明】
【００８６】
１０１ 商用電力系統
１０２ 分散型電源装置
１０３ 連系部
１０４ 家庭内負荷
１０５ 受電電力計測手段
１０６ 発電装置（燃料電池）
１０７ 第１ＤＣ／ＤＣコンバータ
１０８ 直流負荷（ヒータ）
１０９ 機械式接点（バイメタル式サーモスタット）
１１０ 第２ＤＣ／ＤＣコンバータ
１１１ インバータ
１１２ 制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電力系統と連系する分散型電源装置であって、直流電圧の電力を発電する発電装置と、前記発電装置が生成する直流電圧を異なる電圧に変換する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、機械式接点を介して前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータに接続された直流負荷と、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を定期的に実質０Ｖにする分散型電源装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を緩やかに降下および上昇するように制御する請求項１に記載の分散型電源装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が定期的に実質０Ｖになる周期および前記実質０Ｖになっている時間のいずれか一方を、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧に応じて変える請求項１または２に記載の分散型電源装置。
【請求項４】
前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータは、入力側と出力側とが絶縁された状態で変圧を行なう絶縁トランスを含む請求項１から３のいずれか１項に記載の分散型電源装置。
【請求項５】
前記発電装置と前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータとの間に、前記発電装置が生成する直流電圧を異なる直流電圧に変換する第２ＤＣ／ＤＣコンバータが介在する請求項１から４のいずれか１項に記載の分散型電源装置。
【請求項６】
前記機械式接点が、過昇温防止装置である請求項１から５のいずれか１項に記載の分散型電源装置。
【請求項７】
前記過昇温防止装置が、バイメタル式サーモスタットである請求項６に記載の分散型電源装置。
【請求項１】
商用電力系統と連系する分散型電源装置であって、直流電圧の電力を発電する発電装置と、前記発電装置が生成する直流電圧を異なる電圧に変換する第１ＤＣ／ＤＣコンバータと、機械式接点を介して前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータに接続された直流負荷と、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を定期的に実質０Ｖにする分散型電源装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧を緩やかに降下および上昇するように制御する請求項１に記載の分散型電源装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が定期的に実質０Ｖになる周期および前記実質０Ｖになっている時間のいずれか一方を、前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧に応じて変える請求項１または２に記載の分散型電源装置。
【請求項４】
前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータは、入力側と出力側とが絶縁された状態で変圧を行なう絶縁トランスを含む請求項１から３のいずれか１項に記載の分散型電源装置。
【請求項５】
前記発電装置と前記第１ＤＣ／ＤＣコンバータとの間に、前記発電装置が生成する直流電圧を異なる直流電圧に変換する第２ＤＣ／ＤＣコンバータが介在する請求項１から４のいずれか１項に記載の分散型電源装置。
【請求項６】
前記機械式接点が、過昇温防止装置である請求項１から５のいずれか１項に記載の分散型電源装置。
【請求項７】
前記過昇温防止装置が、バイメタル式サーモスタットである請求項６に記載の分散型電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−２１３４７９（Ｐ２０１０−２１３４７９Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５７７２２（Ｐ２００９−５７７２２）
【出願日】平成２１年３月１１日（２００９．３．１１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１１日（２００９．３．１１）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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