特許 5983997 電源システムおよび電源システムの運転方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5983997

(24)【登録日】2016年8月12日

(45)【発行日】2016年9月6日

(54)【発明の名称】電源システムおよび電源システムの運転方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/38 20060101AFI20160823BHJP

   H02J 7/34 20060101ALI20160823BHJP

   H02J 9/06 20060101ALI20160823BHJP

   H01M 8/00 20160101ALI20160823BHJP

【ＦＩ】

   H02J3/38 110

   H02J3/38 170

   H02J3/38 180

   H02J7/34 H

   H02J9/06 110

   H01M8/00 A

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-131875(P2012-131875)

(22)【出願日】2012年6月11日

(65)【公開番号】特開2013-258804(P2013-258804A)

(43)【公開日】2013年12月26日

【審査請求日】2015年4月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006633

【氏名又は名称】京セラ株式会社

(72)【発明者】

【氏名】河野 岳史

(72)【発明者】

【氏名】石井 隆文

【審査官】 早川 卓哉

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−１８４８９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２２６５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平９−２１５２０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平９−２７１１４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２４７８４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／０９７３１４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１３／１７９５９９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ３／００−３／５０

Ｈ０２Ｊ７／００−７／１２

Ｈ０２Ｊ７／３４−７／３６

Ｈ０２Ｊ９／００−９／０８

Ｈ０１Ｍ８／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力系統との連系運転および自立運転によって電力を供給する電源システムであって、
前記電力系統から単相３線式交流電力が供給される３本の電路を有する分電盤と、
単相３線式交流電力に接続される燃料電池装置と、
単相２線式交流電力を自立出力する蓄電池装置と、
単相３線式交流電力と単相２線式交流電力とを互いに変換するトランスと、
を備え、
前記３本の電路は、前記電力系統の停電時においても電力の供給を必要とする重要負荷が接続されている２本の電路を含み、
前記トランスは、前記燃料電池装置と前記蓄電池装置の自立出力端子との間、または、前記燃料電池装置と前記２本の電路との間に設けられ、
前記蓄電池装置は、電力系統の停電時において、前記２本の電路に単相２線式交流電力を自立出力するとともに、前記トランスを介して前記燃料電池装置に単相３線式交流電力を自立出力し、
前記燃料電池装置は、電力系統の停電時において、前記トランスを介して前記２本の電路に単相２線式交流電力を供給することを特徴とする電源システム。

【請求項2】

前記３本の電路のうち前記２本の電路とは異なる組合せの２本の電路に、前記重要負荷以外の負荷が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電源システム。

【請求項3】

前記電力系統と前記３本の電路との間に設けられた第１スイッチと、
前記燃料電池装置と前記３本の電路との間に設けられた第２スイッチと、
前記蓄電池装置の前記自立出力端子と前記２本の電路との間に設けられた第３スイッチと、
前記燃料電池装置と前記トランスとの間に設けられた第４スイッチと、
連系運転と自立運転とを切り替えるための制御を行う制御手段と、
をさらに備え、
前記制御手段は、前記電力系統の停電を検出したことに応じて、前記第１スイッチおよび前記第２スイッチを解列するとともに、前記第３スイッチおよび前記第４スイッチを投入するように制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源システム。

【請求項4】

前記電力系統と前記３本の電路との間に設けられた第１スイッチと、
前記蓄電池装置の前記自立出力端子と前記２本の電路との間に設けられた第３スイッチと、
前記燃料電池装置と前記３本の電路とが接続された状態、および、前記燃料電池装置と前記トランスとが接続された状態を切り替える切替器と、
連系運転と自立運転とを切り替えるための制御を行う制御手段と、
をさらに備え、
前記制御手段は、前記電力系統の停電を検出したことに応じて、前記第１スイッチを解列し、前記第３スイッチを投入するように制御するとともに、前記燃料電池装置と前記トランスとを接続するように前記切替器を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源システム。

【請求項5】

前記燃料電池装置は、前記２本の電路と前記蓄電池装置の自立出力とが接続されている位置と、前記２本の電路と前記重要負荷とが接続されている位置との間において、前記３本の電路に接続されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の電源システム。

【請求項6】

電力系統の停電時においても電力の供給を必要とする重要負荷が接続されている２本の電路を含み、前記電力系統から単相３線式交流電力が供給される３本の電路と、前記３本の電路に単相３線式交流電力を供給する燃料電池装置と、前記２本の電路に単相２線式交流電力を自立出力する蓄電池装置と、前記燃料電池装置および前記蓄電池装置の間または前記燃料電池装置および前記２本の電路の間に設けられたトランスと、を備える電源システムにおける運転方法であって、
前記電力系統の停電を検出するステップと、
前記電力系統の停電を検出した後、前記電力系統と前記３本の電路との間に設けられた第１スイッチ、および、前記燃料電池装置と前記３本の電路との間に設けられた第２スイッチを解列するステップと、
前記第１スイッチおよび前記第２スイッチを解列した後、前記蓄電池装置と前記２本の電路との間に設けられた第３スイッチおよび前記燃料電池装置と前記トランスとの間に設けられた第４スイッチを投入するステップと、
前記第３スイッチおよび前記第４スイッチを投入した後、前記蓄電池装置の自立運転を開始するステップと、
を備えることを特徴とする電源システムの運転方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電源システムおよび電源システムの運転方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、直流電力をインバータによって単相２線式の交流電力に変換して出力するインバータ装置と、単相３線式の電力システムとをトランスを介して接続し、単相３線式のシステムに接続された負荷に系統連系運転および自立運転によって電力を供給する電源システムがある（特許文献１参照）。このような電源システムでは、自立運転を行う場合、電力系統を切り離し、インバータ装置の出力をトランスを介して単相３線式の交流電力に変換して負荷に供給する。

【0003】

また、燃料電池を備える電源システムが知られている。この燃料電池は、通常は単相３線式の交流システムに接続されるように構成されている。このため、上述の電源システムに燃料電池を設ける場合、通常は単相３線式の電路に接続される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平９−９８５８１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上述の電源システムでは、自立運転時において、インバータ装置は、重要負荷を動作させるのに要する電力をトランスを介して重要負荷に供給するので、その電力に相当するトランスを設ける必要がある。この重要負荷を動作させるのに要する電力は数ｋＷ程度であるので、大型のトランスが必要になる。また、負荷の消費電力が０であるときであっても、トランスに電圧が発生している限りトランスの鉄損により電力が消費されてしまう。この鉄損は、トランスが大きいほど増加することが知られている。

【0006】

そこで本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、トランスを小型化し、電力の損失を抑制可能な電源システムおよび電源システムの運転方法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】

【0007】

上記課題を解決するため、本発明に係る電源システムは、電力系統との連系運転および自立運転によって電力を供給する電源システムであって、電力系統から単相３線式交流電力が供給される３本の電路を有する分電盤と、単相３線式交流電力に接続される燃料電池装置と、単相２線式交流電力を自立出力する蓄電池装置と、単相３線式交流電力と単相２線式交流電力とを互いに変換するトランスと、を備え、３本の電路は、電力系統の停電時においても電力の供給を必要とする重要負荷が接続されている２本の電路を含み、トランスは、燃料電池装置と蓄電池装置の自立出力端子との間、または、燃料電池装置と上述の２本の電路との間に設けられ、蓄電池装置は、電力系統の停電時において、上述の２本の電路に単相２線式交流電力を自立出力するとともに、トランスを介して燃料電池装置に単相３線式交流電力を自立出力し、燃料電池装置は、電力系統の停電時において、トランスを介して２本の電路に単相２線式交流電力を供給する。

【0008】

この電源システムにおいては、蓄電池装置は、電力系統の停電時において、重要負荷が接続されている２本の電路に単相２線式交流電力を供給するとともに、トランスを介して燃料電池装置に単相３線式交流電力を供給する。すなわち、蓄電池装置は、電力系統の停電時において、トランスを介することなく重要負荷に電力を供給し、トランスを介して燃料電池装置に電力を供給する。このため、トランスの大きさは、燃料電池装置の出力電力の大きさにより定められ、重要負荷に供給される電力の大きさとは無関係となる。したがって、トランスを介して重要負荷に電力を供給する構成と比較して、トランスを小型化できる。また、トランスを小型化することにより、トランスの鉄損を低減できるので、電力の損失の抑制が可能となる。さらに、トランスを小型化することにより、励磁電流が小さくなるので、蓄電池装置が自立運転を開始する時に、異常停止の可能性を低減することができる。

【0009】

３本の電路のうち重要負荷が接続されている２本の電路とは異なる組合せの２本の電路に、重要負荷以外の負荷が接続されてもよい。電力系統の停電時には、蓄電池装置および燃料電池装置の限られた電力を利用することから、重要負荷以外の通常負荷には電力を供給しないようにする必要がある。上述の電源システムにおいては、電力系統の停電時には、重要負荷が接続されている２本の電路に単相２線式交流電力が供給され、３本の電路のうち重要負荷が接続されていない電路には電力が供給されない。そこで、重要負荷が接続されている２本の電路とは異なる組合せの２本の電路に通常負荷が接続された構成とすることにより、通常負荷を３本の電路から解列するためのスイッチを設けることなく、電力系統の停電時において通常負荷に電力を供給しないようにすることができる。その結果、電源システムの小型化が可能となる。

【0010】

電源システムは、電力系統と３本の電路との間に設けられた第１スイッチと、燃料電池装置と３本の電路との間に設けられた第２スイッチと、蓄電池装置の自立出力端子と２本の電路との間に設けられた第３スイッチと、燃料電池装置とトランスとの間に設けられた第４スイッチと、連系運転と自立運転とを切り替えるための制御を行う制御手段と、をさらに備えてもよい。この場合、制御手段は、電力系統の停電を検出したことに応じて、第１スイッチおよび第２スイッチを解列するとともに、第３スイッチおよび第４スイッチを投入するよう制御する。この構成によれば、電力系統が停電した場合に、電源システムを電力系統から解列し、燃料電池装置を３本の電路から解列し、蓄電池装置を重要負荷が接続されている２本の電路に接続し、蓄電池装置と燃料電池装置とをトランスを介して接続することができる。このため、蓄電池装置は、自立運転時において、トランスを介することなく重要負荷に電力を供給し、トランスを介して燃料電池装置に電力を供給することができる。その結果、トランスを介して重要負荷に電力を供給する構成と比較して、トランスを小型化でき、電力の損失の抑制が可能となる。

【0011】

電源システムは、電力系統と３本の電路との間に設けられた第１スイッチと、蓄電池装置の自立出力端子と２本の電路との間に設けられた第３スイッチと、燃料電池装置と３本の電路とが接続された状態、および、燃料電池装置とトランスとが接続された状態を切り替える切替器と、連系運転と自立運転とを切り替えるための制御を行う制御手段と、をさらに備えてもよい。この場合、制御手段は、電力系統の停電を検出したことに応じて、第１スイッチを解列し、第３スイッチを投入するように制御するとともに、燃料電池装置とトランスとを接続するように切替器を制御する。この構成によれば、切替器によって燃料電池装置と３本の電路またはトランスのいずれかとを選択的に接続することができ、電源システムの小型化が可能となる。

【0012】

燃料電池装置は、２本の電路と蓄電池装置の自立出力とが接続されている位置と、２本の電路と重要負荷とが接続されている位置との間において、３本の電路に接続されてもよい。この構成においても、トランスを介して重要負荷に電力を供給する構成と比較して、トランスを小型化でき、電力の損失の抑制が可能となる。また、この構成においては、燃料電池装置の発電電力から重要負荷による消費電力を差し引いた電力が正である限り、燃料電池装置が逆潮流防止装置を具備している場合であっても、燃料電池装置が安定して発電を継続することができる。

【0013】

本発明に係る電源システムの運転方法は、電力系統の停電時においても電力の供給を必要とする重要負荷が接続されている２本の電路を含み、電力系統から単相３線式交流電力が供給される３本の電路と、３本の電路に単相３線式交流電力を供給する燃料電池装置と、２本の電路に単相２線式交流電力を自立出力する蓄電池装置と、燃料電池装置および蓄電池装置の間または燃料電池装置および２本の電路の間に設けられたトランスと、を備える電源システムにおける運転方法である。この電源システムの運転方法は、電力系統の停電を検出するステップと、電力系統の停電を検出した後、電力系統と３本の電路との間に設けられた第１スイッチ、および、燃料電池装置と３本の電路との間に設けられた第２スイッチを解列するステップと、第１スイッチおよび第２スイッチを解列した後、蓄電池装置と２本の電路との間に設けられた第３スイッチおよび燃料電池装置とトランスとの間に設けられた第４スイッチを投入するステップと、第３スイッチおよび第４スイッチを投入した後、蓄電池装置の自立運転を開始するステップと、を備える。

【0014】

この電源システムの運転方法においては、電力系統の停電を検出することに応じて、電源システムを電力系統から解列し、燃料電池装置を３本の電路から解列し、蓄電池装置を重要負荷が接続されている２本の電路に接続し、蓄電池装置と燃料電池装置とをトランスを介して接続する。その後、蓄電池装置は自立運転を開始する。このため、蓄電池装置は、トランスを介することなく重要負荷に電力を供給し、トランスを介して燃料電池装置に電力を供給することができる。その結果、トランスを介して重要負荷に電力を供給する構成と比較して、トランスを小型化でき、電力の損失の抑制が可能となる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、トランスを小型化でき、電力の損失を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】第１実施形態に係る電源システムの概略構成図である。

【図2】図１の電源システムの運転方法を示すフローチャートである。

【図3】比較例の電源システムの概略構成図である。

【図4】第２実施形態に係る電源システムの概略構成図である。

【図5】第３実施形態に係る電源システムの概略構成図である。

【図6】第４実施形態に係る電源システムの概略構成図である。

【図7】第５実施形態に係る電源システムの概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0018】

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る電源システムの概略構成図である。図１に示されるように、電源システム１は、商用電源を有する電力系統１０との連系により宅内の電力供給対象である機器（通常負荷２１および重要負荷２２）に電力を供給するシステムである。この電源システム１は、分電盤２と、燃料電池装置３と、蓄電池装置４と、トランス５と、制御部６（制御手段）と、を備えている。

【0019】

分電盤２は、回路Ｌ１を有している。回路Ｌ１は、電圧線ｕ、電圧線ｖおよび中性線ｏの３本の電路からなる単相３線式の電路である。この回路Ｌ１には、通常負荷２１および重要負荷２２が接続されている。通常負荷２１および重要負荷２２には、回路Ｌ１を介して電力が供給される。

【0020】

通常負荷２１は、電力系統１０の停電時に動作させる必要がない機器であって、例えば、ドライヤーなどである。通常負荷２１には、１００Ｖで動作する通常負荷２１ａと、２００Ｖで動作する通常負荷２１ｂとが含まれている。通常負荷２１ａは、回路Ｌ１の電圧線ｖと中性線ｏとに接続され、通常負荷２１ｂは、回路Ｌ１の電圧線ｕと電圧線ｖとに接続されている。重要負荷２２は、電力系統１０の停電時においても動作させる必要がある機器であって、例えば、冷蔵庫、テレビ、照明などである。重要負荷２２は、１００Ｖで動作し、回路Ｌ１の電圧線ｕと中性線ｏとに接続されている。

【0021】

燃料電池装置３は、発電した直流電力を単相３線式の交流電力に変換して、単相３線式の交流電力（２００Ｖ）を出力する。燃料電池装置３の出力は、代表的には１ｋＷ以下であって、例えば７００Ｗ程度である。また、燃料電池装置３は、単相３線式の回路Ｌ２によって、回路Ｌ１に電気的に接続されている。また、燃料電池装置３は、燃料電池セルおよびパワーコンディショナを有している。

【0022】

燃料電池セルは、発電反応により直流電力を出力する。パワーコンディショナは、燃料電池セルから出力された直流電力を単相３線式の交流電力に変換して、単相３線式の交流電力を回路Ｌ２に出力する。また、パワーコンディショナは、回路Ｌ２の電圧が所定値以下になった等の異常を検知すると、燃料電池装置３を所定の時間アイドリングモードとする。そして、パワーコンディショナは、所定の時間経過後、燃料電池装置３をスタートアップする。このとき、パワーコンディショナーは、回路Ｌ２に再び異常が見出された場合は、燃料電池装置３を再度アイドリングモードとする。

【0023】

蓄電池装置４は、燃料電池装置３、太陽電池または電力系統１０からの電力を充電しておき、充電した電力を単相２線式の交流電力（１００Ｖ）として自立出力端子から回路Ｌ３に出力する。蓄電池装置４は、自立運転時において燃料電池装置３を動作させるとともに、重要負荷２２に電力を供給する。このため、蓄電池装置４の出力は、例えば２ｋＷ程度と、燃料電池装置３の出力よりも大きい必要がある。また、蓄電池装置４の自立出力端子は、単相２線式の回路Ｌ３によって、回路Ｌ１の電圧線ｕおよび中性線ｏに電気的に接続されるとともに、蓄電池装置４の連系出力端子は、単相３線式の回路Ｌ４によって、回路Ｌ１に電気的に接続されている。

【0024】

また、蓄電池装置４は、蓄電池およびパワーコンディショナを有している。蓄電池は、燃料電池装置３、太陽電池または電力系統１０からの電力を蓄える。パワーコンディショナは、系統連系運転時において、回路Ｌ４から入力した単相３線式の交流電力を直流電力に変換して、蓄電池に出力する。また、パワーコンディショナは、自立運転時において、蓄電池から出力された直流電力を単相２線式の交流電力に変換して、単相２線式の交流電力を回路Ｌ３に出力する。このように、蓄電池装置４は、回路Ｌ３によって、回路Ｌ１のうち重要負荷２２が接続されている２本の電路に接続されており、自立運転時に重要負荷２２に電力を供給する。

【0025】

トランス５は、燃料電池装置３と蓄電池装置４との間に設けられ、回路Ｌ２に供給される単相３線式の電力と、回路Ｌ３に供給される単相２線式の電力と、を互いに変換する。トランス５は、回路Ｌ２を介して燃料電池装置３に電気的に接続されており、回路Ｌ３を介して蓄電池装置４に電気的に接続されている。

【0026】

制御部６は、電力系統１０の電力供給状態に応じて、系統連系ブレーカ１１（第１スイッチ）、ブレーカ１２（第２スイッチ）、ブレーカ１３（第３スイッチ）およびブレーカ１４（第４スイッチ）の開閉を制御する。系統連系ブレーカ１１は、回路Ｌ１上に設けられている。ブレーカ１２は、回路Ｌ２上に設けられている。ブレーカ１３は、回路Ｌ３上に設けられている。ブレーカ１４は、トランス５と回路Ｌ２との間に設けられている。

【0027】

制御部６は、系統連系ブレーカ１１を開閉制御することによって、電力系統１０と電源システム１とを電気的に解列または接続する。また、制御部６は、ブレーカ１２を開閉制御することによって、燃料電池装置３と回路Ｌ１とを電気的に解列または接続する。また、制御部６は、ブレーカ１３を開閉制御することによって、蓄電池装置４と回路Ｌ１とを電気的に解列または接続する。また、制御部６は、ブレーカ１４を開閉制御することによって、トランス５と回路Ｌ２とを電気的に解列または接続する。

【0028】

制御部６は、連系運転時において、系統連系ブレーカ１１およびブレーカ１２を投入し、ブレーカ１３およびブレーカ１４を解列するように制御する。また、制御部６は、電力系統１０の電力供給が停止したことを検出すると、系統連系ブレーカ１１およびブレーカ１２を解列し、ブレーカ１３およびブレーカ１４を投入するように制御する。

【0029】

なお、回路Ｌ１において、回路Ｌ３が接続されている位置は、回路Ｌ２が接続されている位置よりも通常負荷２１および重要負荷２２が接続されている位置から離れている。また、回路Ｌ１において、回路Ｌ２が接続されている位置は、回路Ｌ４が接続されている位置よりも通常負荷２１および重要負荷２２が接続されている位置から離れている。すなわち、回路Ｌ１において、負荷側から回路Ｌ４、回路Ｌ２、回路Ｌ３の順で接続されており、燃料電池装置３は、回路Ｌ１において蓄電池装置４が接続されている位置と重要負荷２２が接続されている位置との間において、回路Ｌ１に接続されている。

【0030】

次に、電源システム１の電力系統１０との連系運転について説明する。電力系統１０との連系運転時においては、系統連系ブレーカ１１およびブレーカ１２は投入されており、ブレーカ１３およびブレーカ１４は解列されている。このとき、電力系統１０から回路Ｌ１に単相３線式交流電力が供給される。そして、燃料電池装置３は、回路Ｌ２を介して電力系統１０から電力を供給され、回路Ｌ２を介して回路Ｌ１に単相３線式交流電力を供給する。このため、電力系統１０および燃料電池装置３によって、回路Ｌ１に接続されている通常負荷２１ａ、通常負荷２１ｂおよび重要負荷２２に、それぞれ電力が供給される。また、蓄電池装置４は、回路Ｌ４を介して電力系統１０からの電力を充電している。

【0031】

続いて、電源システム１の自立運転について説明する。図２は、電力系統１０の停電時における電源システム１の運転方法を示すフローチャートである。まず、制御部６は、電力系統１０の電力供給が停止したことを検出する（ステップＳ０１）。次に、制御部６は、系統連系ブレーカ１１を解列するように制御する（ステップＳ０２）。これにより、電源システム１は、電力系統１０から切り離される。そして、制御部６は、ブレーカ１２を解列するように制御する（ステップＳ０３）。なお、系統連系ブレーカ１１およびブレーカ１２の解列順は任意であるので、ステップＳ０３の後にステップＳ０２を行ってもよく、ステップＳ０２およびステップＳ０３を同時に行ってもよい。

【0032】

続いて、制御部６は、ブレーカ１３およびブレーカ１４を投入するように制御する（ステップＳ０４）。このステップＳ０１〜ステップＳ０４において、燃料電池装置３は、回路Ｌ２の電圧が所定値以下になったことを検知し、アイドリングモードとなっている。

【0033】

そして、蓄電池装置４は自立運転を開始する（ステップＳ０５）。蓄電池装置４は、自立運転時において、回路Ｌ３に単相２線式交流電力を出力し、回路Ｌ１の電圧線ｕと中性線ｏとに単相２線式交流電力を供給する。また、回路Ｌ３に出力された単相２線式交流電力は、トランス５によって単相３線式交流電力に変換され、変換された単相３線式交流電力は回路Ｌ２を介して燃料電池装置３に供給される。

【0034】

これにより、燃料電池装置３は、回路Ｌ２の電圧が所定値以上になったことを検知し、動作を開始する。そして、燃料電池装置３は、単相３線式交流電力を回路Ｌ２に出力する。この回路Ｌ２に出力された単相３線式交流電力は、トランス５によって単相２線式交流電力に変換され、変換された単相２線式交流電力は回路Ｌ３を介して回路Ｌ１の電圧線ｕと中性線ｏとに供給される。

【0035】

このように、自立運転時には、蓄電池装置４および燃料電池装置３から回路Ｌ１の電圧線ｕと中性線ｏとに電力が供給される。重要負荷２２は、回路Ｌ１の電圧線ｕと中性線ｏとに接続されているので、重要負荷２２に電力が供給される。一方、通常負荷２１ａは、回路Ｌ１の電圧線ｖと中性線ｏとに接続され、通常負荷２１ｂは、回路Ｌ１の電圧線ｕと電圧線ｖとに接続されているので、通常負荷２１ａおよび通常負荷２１ｂには電力が供給されない。

【0036】

次に、図１および図３を用いて、電源システム１の作用効果を説明する。図３は、比較例の電源システム１００の概略構成図である。図３に示されるように、電源システム１００は、電力系統１０の停電時に燃料電池装置３および蓄電池装置４から回路Ｌ１に電力を供給する構成、並びに、通常負荷２１および重要負荷２２を回路Ｌ１に接続する構成において、上述した第１実施形態の電源システム１と相違している。すなわち、電源システム１００は、トランス５に代えてトランス５０を備え、ブレーカ１２、ブレーカ１３およびブレーカ１４に代えてブレーカ３１およびブレーカ３２を備えている。

【0037】

また、電源システム１００において、通常負荷２１には、１００Ｖで動作する通常負荷２１ａおよび通常負荷２１ｃと、２００Ｖで動作する通常負荷２１ｂとが含まれている。通常負荷２１ａは、回路Ｌ１の電圧線ｖと中性線ｏとに接続され、通常負荷２１ｂは、回路Ｌ１の電圧線ｕと電圧線ｖとに接続され、通常負荷２１ｃは、回路Ｌ１の電圧線ｕと中性線ｏとに接続されている。重要負荷２２には、１００Ｖで動作する重要負荷２２ａおよび重要負荷２２ｂが含まれている。重要負荷２２ａは、回路Ｌ１の電圧線ｕと中性線ｏとに接続され、重要負荷２２ｂは、回路Ｌ１の電圧線ｖと中性線ｏとに接続されている。

【0038】

トランス５０は、蓄電池装置４と回路Ｌ１との間に設けられ、回路Ｌ３を介して蓄電池装置４に電気的に接続されており、単相３線式の回路Ｌ５を介して回路Ｌ１に電気的に接続されている。このトランス５０は、回路Ｌ３に供給される単相２線式の電力を単相３線式交流電力に変換して、変換した単相３線式交流電力を回路Ｌ５に出力する。

【0039】

制御部６は、電力系統１０の電力供給状態に応じて、系統連系ブレーカ１１、ブレーカ３１およびブレーカ３２（ブレーカ３２ａ、ブレーカ３２ｂ、ブレーカ３２ｃ）の開閉を制御する。ブレーカ３１は、回路Ｌ５上に設けられている。ブレーカ３２ａは、通常負荷２１ａと回路Ｌ１との間に設けられている。ブレーカ３２ｂは、通常負荷２１ｂと回路Ｌ１との間に設けられている。ブレーカ３２ｃは、通常負荷２１ｃと回路Ｌ１との間に設けられている。

【0040】

制御部６は、連系運転時において、系統連系ブレーカ１１およびブレーカ３２を投入し、ブレーカ３１を解列するように制御する。また、制御部６は、電力系統１０の電力供給が停止したことを検出すると、系統連系ブレーカ１１およびブレーカ３２を解列し、ブレーカ３１を投入するように制御する。

【0041】

このような電源システム１００では、蓄電池装置４は、電力系統１０の停電時において、トランス５０を介して重要負荷２２が接続されている回路Ｌ１に単相３線式交流電力を供給するとともに、トランス５０を介して燃料電池装置３に単相３線式交流電力を供給する。このため、トランス５０の大きさは、燃料電池装置３の出力電力および重要負荷２２に供給する必要がある電力の大きさに依存する。したがって、トランス５０は、２ｋＷ程度の大きな電力に耐えうる大型のトランスを用いる必要がある。

【0042】

一方、電源システム１では、蓄電池装置４は、電力系統１０の停電時において、重要負荷２２が接続されている電圧線ｕおよび中性線ｏに単相２線式交流電力を供給するとともに、トランス５を介して燃料電池装置３に単相３線式交流電力を供給する。すなわち、蓄電池装置４は、トランス５を介することなく重要負荷２２に電力を供給し、トランス５を介して燃料電池装置３に電力を供給する。このため、トランス５の大きさは、燃料電池装置３の出力電力の大きさにより定められ、重要負荷２２に供給される電力の大きさとは無関係となる。したがって、電源システム１００のトランス５０と比較して、トランス５を小型化できる。また、トランスでは、二次側に電力を供給していない時であっても、トランスに電圧が印加されている限り、鉄損により電力が消費されるが、トランス５０よりもトランス５を小型化することにより、トランス５０の鉄損よりもトランス５の鉄損を低減できる。その結果、電源システム１００と比較して、電源システム１における電力の損失の抑制が可能となる。

【0043】

また、電力系統１０の停電時には、蓄電池装置４および燃料電池装置３の限られた電力を利用することから、重要負荷２２以外の通常負荷２１には電力を供給しないようにする必要がある。電源システム１００では、重要負荷２２は、電圧線ｕおよび中性線ｏ、または、電圧線ｖおよび中性線ｏに接続され、通常負荷２１は、電圧線ｕおよび中性線ｏ、電圧線ｖおよび中性線ｏ、または、電圧線ｕおよび電圧線ｖに接続されている。そして、電源システム１００では、電力系統１０の停電時において重要負荷２２に電力を供給するために、回路Ｌ１のすべての電路に電力を供給している。このため、電源システム１００においては、電力系統１０の停電時において、通常負荷２１を回路Ｌ１から解列するためのブレーカ３２が必要になる。さらに、ブレーカ３２としては、いずれも対応する通常負荷２１を遮断する必要があるため、大型のものを使用する必要がある。

【0044】

一方、電源システム１では、回路Ｌ１のうち重要負荷２２が接続されている電圧線ｕおよび中性線ｏとは異なる組合せの２本の電路（電圧線ｖおよび中性線ｏ、または、電圧線ｕおよび電圧線ｖ）に、通常負荷２１が接続されている。また、電源システム１では、電力系統１０の停電時には、電圧線ｕおよび中性線ｏにのみ単相２線式交流電力が供給される。このため、通常負荷２１を回路Ｌ１から解列するためのブレーカを設けることなく、電力系統１０の停電時において通常負荷２１に電力が供給されないようにすることができる。その結果、電源システム１の小型化が可能となる。

【0045】

また、電源システム１００では、重要負荷２２が電圧線ｕおよび中性線ｏ、または、電圧線ｖおよび中性線ｏに接続されているので、重要負荷２２ａと重要負荷２２ｂとが各相にバランスよく配置されていない場合には不平衡が生じ、トランス５０の中性線に大きな電流が流れるおそれがある。一方、電源システム１では、重要負荷２２は電圧線ｕおよび中性線ｏにのみ接続されているので、大きな不平衡が生じることはなく、トランス５の中性線に大きな電流が流れる懸念がない。

【0046】

［第２実施形態］
図４は、第２実施形態に係る電源システムの概略構成図である。図４に示されるように、回路Ｌ１における燃料電池装置３および蓄電池装置４の接続位置において、上述した第１実施形態の電源システム１と相違している。すなわち、第２実施形態の電源システム１Ａでは、回路Ｌ１において、回路Ｌ２が接続されている位置は、回路Ｌ３が接続されている位置よりも通常負荷２１および重要負荷２２が接続されている位置から離れている。また、回路Ｌ１において、回路Ｌ３が接続されている位置は、回路Ｌ４が接続されている位置よりも通常負荷２１および重要負荷２２が接続されている位置から離れている。すなわち、回路Ｌ１において、負荷側から回路Ｌ４、回路Ｌ３、回路Ｌ２の順で接続されており、蓄電池装置４は、回路Ｌ１において燃料電池装置３が接続されている位置と重要負荷２２が接続されている位置との間において、回路Ｌ１に接続されている。

【0047】

以上の第２実施形態の電源システム１Ａによっても、上述した第１実施形態の電源システム１と同様の効果が奏される。

【0048】

［第３実施形態］
図５は、第３実施形態に係る電源システムの概略構成図である。図５に示されるように、燃料電池装置３と回路Ｌ１との解列と、燃料電池装置３とトランス５との接続とが連動するように構成されている点において、上述した第１実施形態の電源システム１と相違している。すなわち、第３実施形態の電源システム１Ｂは、ブレーカ１２およびブレーカ１４に代えて、切替器１５を備えている。

【0049】

切替器１５は、回路Ｌ２上に設けられた２接点型の切替器である。すなわち、制御部６は、切替器１５を切替制御することによって、燃料電池装置３をトランス５または回路Ｌ１のいずれか一方に選択的に接続するとともに、燃料電池装置３を他方から解列する。具体的に説明すると、制御部６は、連系運転時において、系統連系ブレーカ１１を投入し、ブレーカ１３を解列し、切替器１５を回路Ｌ１側に接続するように制御する。また、制御部６は、電力系統１０の電力供給が停止したことを検出すると、系統連系ブレーカ１１を解列し、ブレーカ１３を投入し、切替器１５をトランス５側に接続するように制御する。

【0050】

以上の第３実施形態の電源システム１Ｂによっても、上述した第１実施形態の電源システム１と同様の効果が奏される。さらに、第３実施形態の電源システム１Ｂでは、ブレーカ１２およびブレーカ１４に代えて切替器１５を用いることにより、ブレーカの数をさらに減らすことができ、電源システム１Ｂの小型化が可能となる。第１および第２実施形態においては、誤動作によって、ブレーカ１２とブレーカ１４とが同時にＯＮとなり、回路Ｌ１において事故が発生しないよう、対策が必要であるが、第３実施形態においては、その懸念がない。

【0051】

［第４実施形態］
図６は、第４実施形態に係る電源システムの概略構成図である。図６に示されるように、トランス５の接続位置において、上述した第１実施形態の電源システム１と相違している。すなわち、第４実施形態の電源システム１Ｃでは、トランス５は、燃料電池装置３と分電盤２との間に設けられ、回路Ｌ２を介して燃料電池装置３に電気的に接続されており、回路Ｌ１の電圧線ｕおよび中性線ｏに電気的に接続されている。トランス５は、回路Ｌ２に供給される単相３線式の電力と、回路Ｌ１の電圧線ｕおよび中性線ｏに供給される単相２線式の電力と、を互いに変換する。

【0052】

以上の第４実施形態の電源システム１Ｃによっても、上述した第１実施形態の電源システム１と同様の効果が奏される。

【0053】

［第５実施形態］
図７は、第５実施形態に係る電源システムの概略構成図である。図７に示されるように、トランス５の接続位置において、上述した第３実施形態の電源システム１Ｂと相違している。すなわち、第５実施形態の電源システム１Ｄでは、トランス５は、燃料電池装置３と分電盤２との間に設けられ、回路Ｌ２を介して燃料電池装置３に電気的に接続され、回路Ｌ１の電圧線ｕおよび中性線ｏに電気的に接続されている。トランス５は、回路Ｌ２に供給される単相３線式の電力と、回路Ｌ１の電圧線ｕおよび中性線ｏに供給される単相２線式の電力と、を互いに変換する。

【0054】

以上の第５実施形態の電源システム１Ｄによっても、上述した第３実施形態の電源システム１Ｂと同様の効果が奏される。

【0055】

なお、本発明に係る電源システムおよび電源システムの運転方法は上記第１〜第５実施形態に記載したものに限定されない。例えば、重要負荷２２は、回路Ｌ１の電圧線ｖと中性線ｏとに接続されていてもよい。この場合、通常負荷２１ａは、回路Ｌ１の電圧線ｕと中性線ｏとに接続され、蓄電池装置４は、回路Ｌ３によって、回路Ｌ１の電圧線ｖおよび中性線ｏに電気的に接続される。すなわち、蓄電池装置４が回路Ｌ３によって接続される回路Ｌ１の２本の電路に、重要負荷２２が接続されていればよく、通常負荷２１がその２本の電路に接続されていなければよい。

【符号の説明】

【0056】

１，１Ａ，１Ｂ…電源システム、２…分電盤、３…燃料電池装置、４…蓄電池装置、５…トランス、６…制御部（制御手段）、１０…電力系統、１１…系統連系ブレーカ（第１スイッチ）、１２…ブレーカ（第２スイッチ）、１３…ブレーカ（第３スイッチ）、１４…ブレーカ（第４スイッチ）、１５…切替器、２１，２１ａ，２１ｂ…通常負荷、２２…重要負荷、ｏ…中性線、ｕ…電圧線、ｖ…電圧線。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】