JP2010250945A - 燃料電池発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力計測手段の故障判定を可能とし、装置の信頼性を向上させることができる燃料電池発電装置を提供する。
【解決手段】燃料電池発電装置１０３の出力電力を調節する系統連系インバータ１０５と、燃料電池１０４を作動させる補機１１７と、燃料電池発電装置１０３の出力電力または電力系統１０１からの受電電力を測定する電力計測手段１０９と、系統連系インバータ１０５が燃料電池発電装置１０３の出力電力を強制的に停止もしくは変化させる前と強制的に停止もしくは変化させている時との電力計測手段１０９が計測した電力の変化量を計測する電力変化量計測手段１１３と、電力変化量計測手段１１３が計測した電力の変化量が所定範囲内の場合に電力計測手段１０９が故障と判定する故障判定手段１１４とを備えたので、電力計測手段１０９の故障判定を正しく行い、装置の信頼性を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力系統と連系して、電力系統、および家庭内負荷へ交流電力を供給する燃料電池発電装置に関するものである。

従来のこの種の燃料電池発電装置としては、特許文献１に開示された分散型電源装置があった。

以下、図面を参照しながら特許文献１に示されている燃料電池発電装置の一種である分散型電源装置について説明する。

図９は、従来の燃料電池発電装置の一種である分散型電源装置のブロック図である。図９に示すように、分散型電源装置Ｓは、自家発電装置１と、分電盤２と、電力系統３と、演算記憶部７と、表示部１０とで構成され、分電盤２は、分岐断路器４と、分岐断路器４と電力系統３との間にＵ相の電流を検出する電流センサＣＴａと、Ｗ相の電流を検出する電流センサＣＴｂを備える。ここで、自家発電装置１は、電力系統３と連系接続され、発電電力を逆潮流可能な交流電力として出力する自家発電手段である。電力系統３は、Ｕ相、Ｏ相、Ｗ相から成る単相三線式の交流電源である。

演算記憶部７は、売電・買電電力の演算・記憶を行うものであり、電力系統３の電圧を検出する電圧検出信号５と、電流センサＣＴｂからの電流検出信号６ｂと電圧検出信号５からの電圧情報を受信し、電力演算を行なう電力演算部８ａと、電流センサＣＴａからの電流検出信号６ａと電圧検出信号５からの電圧情報を受信し、電力演算を行なう電力演算部８ｂと、電力演算部８ａ，８ｂからの演算結果を受信する加算演算部１４と、電力演算部８ａ，８ｂの正負の符号を記憶する不揮発性メモリ１５と、自家発電装置１の運転状態及び停止状態を受信する符号判定部１６（本従来では、逆潮流の場合を負とする）を備える。

以上のように構成された分散型電源装置Ｓは、装置設置後に、自家発電装置１が発電していないときは、逆潮流（売電）が行なわれることはあり得ないことを利用し、自家発電装置１から符号判定部１６に送られる発電情報が、通信データ無し状態（無発電状態）や、発電停止状態を知らせる信号であるときに、電流センサＣＴａ，ＣＴｂで検出した電流検出信号６ａ，６ｂを各電力演算部８ａ，８ｂで演算させる。

その各結果の絶対値が所定値以上（例として、０．１ｋＷ以上）である場合において、例えば電力演算部８ａの結果に負の符号がついている場合は、電流センサＣＴｂの逆方向設置における電力演算部８ａの符号逆転が生じていると判断されるので、符号判定部１６の不揮発性メモリ１５に符号を反転させることが必要であることを記憶させる。

そして、この場合以降は、電力演算部８ａから負の符号のデータが出力されると正の符号に、正の符号のデータが出力されると負の符号に変換するように、加算演算部１４に補正要請の信号を出力し、電流センサＣＴｂの逆方向設置による電流方向の符号逆転が正しく補正されるようになる。同様にして、電流センサＣＴａの逆方向設置における電力演算部８ｂの符号逆転が生じた場合も対応可能である。

特開２００４−２９７９５９号公報

しかしながら、上記従来の構成では、電力系統３と分散型電源装置Ｓの連系点における電流を計測する電流センサＣＴａ，ＣＴｂが故障および感度低下、また電圧センサ、電力演算部８ａ，８ｂが故障した場合、正しく受電電力を計測することができないため、表示部１０に誤った電力情報が表示されたり、自家発電装置１が発電している際に受電電力を基に行う発電量の決定や、逆潮流を防止する制御が正常にできないという課題を有していた。

本発明は、上記従来の課題を解決するもので、電力計測手段の故障判定を可能とし、装置の信頼性を向上させることができる燃料電池発電装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池発電装置は、燃料電池発電装置の出力電力を調節する電力調節手段と、燃料電池を作動させる補機と、燃料電池発電装置の出力電力または電力系統からの受電電力を測定する電力計測手段と、電力調節手段が燃料電池発電装置の出力電力を強制的に停止もしくは変化させる前と強制的に停止もしくは変化させている時との電力計測手段が計測した電力の変化量を計測する電力変化量計測手段と、電力変化量計測手段が計測した電力の変化量が所定範囲内の場合に電力計測手段が故障と判定する故障判定手段とを備えたのである。

これにより、電力計測手段の故障判定を、燃料電池発電装置の出力電力を変動させ、電力計測手段が計測する電力計測点における電力変化をもって可能とし、装置の信頼性を向上させることができる。

本発明によれば、電力計測手段の故障判定を、装置の出力電力を変動させ、電力計測手段が計測する電力計測点における電力変化をもって可能とし、装置の信頼性を向上させることができる。

本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置のブロック図 同実施の形態の燃料電池発電装置における電力計測手段の故障判定の流れを示すフローチャート 本発明の実施の形態２における燃料電池発電装置のブロック図 同実施の形態の燃料電池発電装置における電力計測手段の故障判定の流れを示すフローチャート 本発明の実施の形態３における燃料電池発電装置のブロック図 同実施の形態の燃料電池発電装置における電力計測手段の故障判定の流れを示すフローチャート 本発明の実施の形態４における燃料電池発電装置のブロック図 同実施の形態の燃料電池発電装置における電力計測手段の故障判定の流れを示すフローチャート 従来の燃料電池発電装置の一種である分散型電源装置のブロック図

第１の発明は、電力系統と系統連系して電力を供給する燃料電池発電装置であって、燃料電池発電装置の出力電力を調節する電力調節手段と、燃料電池を作動させる補機と、燃料電池発電装置の出力電力または電力系統からの受電電力を測定する電力計測手段と、電力調節手段が燃料電池発電装置の出力電力を強制的に停止もしくは変化させる前と強制的に停止もしくは変化させている時との電力計測手段が計測した電力の変化量を計測する電力変化量計測手段と、電力変化量計測手段が計測した電力の変化量が所定範囲内の場合に電力計測手段が故障と判定する故障判定手段とを備えたものである。

燃料電池発電装置の出力電力または電力系統からの受電電力を測定する電力計測手段が正常の時の、燃料電池発電装置の出力電力を強制的に停止もしくは変化させる前の電力計測手段が計測した電力と、燃料電池発電装置の出力電力を強制的に停止もしくは変化させている時の電力計測手段が計測した電力との変化量は、電力計測手段が故障している時の変化量より大きい。

したがって、燃料電池発電装置の出力電力を強制的に停止もしくは変化させる前と強制的に停止もしくは変化させている時との電力計測手段が計測した電力の変化量を計測して、変化量が所定範囲を超えていれば電力計測手段は正常、変化量が所定範囲内であれば電力計測手段は故障と判定することができる。

故に、上記構成により、電力計測手段の故障判定を、燃料電池発電装置の出力電力を変動させ、電力計測手段が計測する電力計測点における電力変化をもって可能とし、装置の信頼性を向上させることができる。

第２の発明は、第１の発明における電力調節手段を、燃料電池発電装置の出力電力を調節する機能を持った系統連系インバータで構成したことにより、電力計測手段の故障を、系統連系インバータの出力電力を変動させ、電力計測手段が計測する電力計測点における電力変化をもって可能とし、装置の信頼性を向上させることができる。

第３の発明は、第１の発明における前記電力調節手段として、補機の補機消費電力を調節することで燃料電池発電装置の出力電力を調節するものを用いたことにより、電力計測手段の故障判定を、補機の補機消費電力を調節することで燃料電池発電装置の出力電力を変動させ、電力計測手段が計測する電力計測点における電力変化をもって可能とし、装置の信頼性を向上させることができる。

第４の発明は、第１から第３のいずれかの発明において、燃料電池と電力調節手段との間に並列に接続された負荷を有し、燃料電池発電装置の出力電力を強制的に停止もしくは変化させている時に、燃料電池の発電電力の一部または全部を負荷で消費するよう構成したものであり、これにより、電力調節手段の出力電力を強制的に停止もしくは変化させているときに、燃料電池が過少負荷状態または過剰負荷状態とならないため、燃料電池を停止させることなく、安定して運転を継続することができる。

第５の発明は、第１から第４のいずれかの発明における電力調節手段が、所定時間内の電力計測手段が計測する電力の変化量が所定値以下の場合に、燃料電池発電装置の出力電力を強制的に停止もしくは変化させるものであり、これにより、電力計測手段が計測する電力計測点において、電力の変化がなく、電力の変化がないために電力計測手段が故障している疑いがあるときに故障を調べるようにすることで、不用意に電力供給を停止、低下、上昇させることなく、装置の効率低下を防ぐことができる。

第６の発明は、第１から第５のいずれかの発明における電力調節手段が、燃料電池発電装置の出力電力を所定時間の間強制的に停止もしくは変化させる動作を複数回繰り返し、故障判定手段が、電力変化量計測手段が計測した複数回の電力の変化量を基に電力計測手段の故障を判定するものである。これにより、ノイズなどによる電力計測手段が計測した電力の過渡的な変化においてロバスト性を向上させ、電力計測手段の故障判定の信頼性を向上させることができる。

第７の発明は、第４から第６のいずれかの発明における負荷が、負荷の消費電力を調節する第２電力調節手段を介して燃料電池と電力調節手段との間に接続され、電力調節手段が燃料電池発電装置の出力電力を強制的に停止もしくは変化させる場合、第２電力調節手段が、負荷による電力消費を開始または消費電力を変化させるものである。これにより、電力調節手段が出力電力を強制的に停止もしくは変化させているときに燃料電池が過少負荷状態、または過剰負荷状態とならないため、燃料電池を停止させることなく、安定して運転を継続することができる。

第８の発明は、第７の発明における第２電力調節手段が、負荷の消費電力を変化させる場合、緩やかに上昇または低下させることにより、スイッチング素子、平滑回路、直流負荷、配線などにストレスが加わらず、装置の長寿命化を実現することができる。

第９の発明は、第１から８のいずれかの発明において、故障判定手段が電力計測手段の故障を判定したことを報知する報知手段を備えたことにより、電力計測手段の故障をユーザー、またはメンテマンへ確実に知らせることができる。

以下、本発明の燃料電池発電装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。尚、この実施の形態によって本発明が限定されるのもではない。また、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。

（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置について、図１と図２を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置のブロック図を示すものである。また、図２は、同実施の形態の燃料電池発電装置における電力計測手段の故障判定の流れを示すフローチャートである。

尚、図１には、燃料電池発電装置１０３以外に、電力系統１０１、家庭内負荷１０２を併せて図示している。

ここで、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、家庭内負荷１０２は、電力系統１０１および燃料電池発電装置１０３から供給される交流電力を消費する機器である。

そして、燃料電池発電装置１０３は、燃料電池１０４と、系統連系インバータ１０５と、ヒータ１０６と、リレー１０７と、制御手段１０８と、電力計測手段１０９と、電力変化量計測手段１１３と、故障判定手段１１４と、ＬＣＤ１１５と、時間計測手段１１６と、補機１１７から構成される。

ここで、燃料電池１０４は、酸素と水素とを化学反応させて水を発生することで直流電力を生成する。補機１１７は、燃料電池１０４が直流電力を生成するのに必要な酸素や水素を燃料電池１０４へ供給するブロワ類や、燃料電池の温度を調整する水ポンプなどから構成される（詳細図は省略）。

系統連系インバータ１０５は、燃料電池１０４が生成する直流電力を電力系統１０１と連系可能な交流電力へ変換すると共に、燃料電池発電装置１０３の出力電力を調節する。ヒータ１０６は、燃料電池１０４が生成する直流電力を消費する負荷である。リレー１０７は、燃料電池１０４とヒータ１０６との間に設置され、燃料電池１０４とヒータ１０６を接続／切断する接点である。制御手段１０８は、燃料電池１０４の発電電力、系統連系インバータ１０５の出力電力、リレー１０７のＯＮ／ＯＦＦ、補機１１７の動作を制御する。

電力計測手段１０９は、電力系統１０１と燃料電池発電装置１０３の連系点における受電電力を計測し、家庭内負荷１０２、燃料電池発電装置１０３より電力系統１０１側のＵ相およびＷ相に設置された電流の大きさを検出する電流センサ１１０と、電力系統１０１の電圧を検出する電圧センサ１１１と、電流センサ１１０で検出された電流値と電圧センサ１１１で検出された電圧値の積よりＵ相、Ｗ相ごとに受電電力を演算する電力演算部１１２とで構成される。

電力変化量計測手段１１３は、電力計測手段１０９の故障を調べるために制御手段１０８の指令をもとに系統連系インバータ１０５の出力電力、補機１１７の消費電力を調節することで、燃料電池発電装置１０３の出力を停止または変化させる前と、停止または変化させている時の電力計測手段１０９が計測した受電電力の変化量を計測する。

故障判定手段１１４は、電力変化量計測手段１１３が計測した受電電力の変化量が所定値以下の場合に電力計測手段１０９が故障と判定する。ＬＣＤ１１５は報知手段であり、電力計測手段１０９が故障と判定された時に報知する。時間計測手段１１６は、時間を計測する。

尚、補機１１７の消費電力調整は、補機１１７を構成するブロワ類や水ポンプなどの少なくとも１つの運転状態を変化させることで実現できる。

本実施の形態の燃料電池発電装置１０３は、電力系統１０１と系統連系して電力を供給する燃料電池発電装置１０３であって、燃料電池発電装置１０３の出力電力を調節する電力調節手段としての系統連系インバータ１０５と、燃料電池１０４を作動させる補機１１７と、燃料電池発電装置１０３の出力電力または電力系統１０１からの受電電力を測定する電力計測手段１０９と、系統連系インバータ１０５が燃料電池発電装置１０３の出力電力を強制的に停止もしくは変化させる前と強制的に停止もしくは変化させている時との電力計測手段１０９が計測した電力の変化量を計測する電力変化量計測手段１１３と、電力変化量計測手段１１３が計測した電力の変化量が所定範囲内の場合に電力計測手段１０９が故障と判定する故障判定手段１１４とを備えたものである。

以上のように構成された本実施の形態の燃料電池発電装置の動作、作用について、以下、図１、図２を用いて説明する。

電力計測手段１０９の故障判定は、燃料電池発電装置１０３の出力電力の変動により受電電力を十分に変化させるため、系統連系インバータ１０５の出力電力が所定値（例えば、３００Ｗ）以上のとき、定期的に行う。

具体的には、制御手段１０８は、系統連系インバータ１０５の出力電力が所定値未満のときは、時間計測手段１１６の時間計測値をクリア、系統連系インバータ１０５の出力電力が所定値以上のときは時間計測手段１１６の時間計測値を取得する（ＳＴＥＰ５０１〜５０３）。このとき、取得した時間計測値が所定時間（例えば、１時間）経過していたら、時間計測手段１１６の時間計測値をクリアし、電力計測手段１０９の故障判定を開始する（ＳＴＥＰ５０４、ＳＴＥＰ５０５）。

電力計測手段１０９の故障判定は、まず電力計測手段１０９で受電電力を計測し、制御手段１０８の指令をもとに系統連系インバータ１０５は出力を停止することで、受電電力を変化させる（ＳＴＥＰ５０６、ＳＴＥＰ５０７）。このとき、制御手段１０８にてリレー１０７をＯＮし、燃料電池１０４の発電電力をヒータ１０６にてすべて消費する（ＳＴＥＰ５０８）。

系統連系インバータ１０５が停止、リレー１０７がＯＮとなった後は、再び、電力計測手段１０９にて受電電力を計測し、電力変化量計測手段１１３にてＳＴＥＰ５０６で計測した受電電力とＳＴＥＰ５０９で計測した受電電力をもとにＵ相、Ｗ相ごとの受電電力の変化量を算出し、制御手段１０８にてリレー１０７をＯＦＦする（ＳＴＥＰ５０９〜１１１）。

故障判定手段１１４は、Ｕ相、Ｗ相のいずれかにおいて電力変化量計測手段１１３がＳＴＥＰ５１０で算出した受電電力の変化量が所定値以下（例えば、５０Ｗ）のとき、電力計測手段１０９を構成する電流センサ１１０、電圧センサ１１１、電力演算部１１２のいずれかが故障、または感度低下していると判定する（ＳＴＥＰ５１２）。このとき、制御手段１０８の指令を基に燃料電池１０４は発電を停止すると共に、ＬＣＤ１１５は故障メッセージを表示することでユーザーへ電力計測手段１０９の故障を知らせる（ＳＴＥＰ５１３、ＳＴＥＰ５１４）。

一方、Ｕ相、Ｗ相のいずれにおいても電力変化量計測手段１１３がＳＴＥＰ５１０で算出した受電電力の変化量が所定値より大きいとき、電力計測手段１０９を構成する電流センサ１１０、電圧センサ１１１、電力演算部１１２のいずれも故障していないと判定する（ＳＴＥＰ５１２）。このとき、制御手段１０８の指令を基に再び系統連系インバータ１０５は出力を開始し、燃料電池発電装置１０３の運転を継続する（ＳＴＥＰ５１５）。

尚、本実施の形態では、系統連系インバータ１０５を瞬時に停止、および出力開始させたが、スイッチング素子、平滑回路、配線などに負担をかけないために系統連系インバータ１０５の出力を緩やかに低下、上昇させてもかまわない。

また、本実施の形態では、系統連系インバータ１０５の出力を停止させることで受電電力を変化させたが、出力を増加させることで受電電力を変化させてもかまわない。

また、本実施の形態では、電力変化量計測手段１１３は電力計測手段１０９が計測する受電電力の即値を用いたが、ノイズなどへのロバスト性を向上させるために所定時間の平均値、または移動平均値を用いてもかまわない。

また、本実施の形態では、系統連系インバータ１０５の出力が停止前と停止中の受電電力の変化により電力計測手段１０９の故障を判定したが、系統連系インバータ１０５の出力が停止中と再開後の受電電力の変化により電力計測手段１０９の故障を判定してもかまわない。

また、本実施の形態では、直接、燃料電池１０４とヒータ１０６を接続したが、燃料電池１０４の出力電圧が低電圧の場合、ヒータ１０６に大電流が流れるのを回避するため、燃料電池１０４とヒータ１０６の間に電圧を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ、またはインバータなどの電力変換手段を設置する構成としてもかまわない。

また、本実施の形態では、受電電力の変化量をもとに電力計測手段１０９の故障を判定したが、家庭内を複雑に這わせる電流センサ１１０の断線が多いことから、電流センサ１１０の変化量をもとに電力計測手段１０９の故障を判定してもかまわない。

また、本実施の形態では、ＬＣＤ１１５による表示にて電力計測手段１０９の故障を報知したが、燃料電池発電装置１０３付近にいないユーザーへ電力計測手段１０９の故障を報知するためにブザーなどによる音にて報知したり、メンテマンへ故障を報知するためにインターネットなどの通信網を用いてメンテナンス会社の受信端末に報知してもかまわない。

以上のように、本実施の形態において、燃料電池１０４の発電量を決定する電力系統１０１との連系点における受電電力を計測する電力計測手段１０９の故障判定を、装置の出力電力を変動させ、電力計測手段１０９が計測する電力計測点における電力変化をもって可能とし、装置の信頼性を向上させることができる。

また、本実施の形態において、系統連系インバータ１０５にて燃料電池発電装置１０３の出力電力の調節を行う構成としたことで、燃料電池１０４の発電量を決定する装置の出力電力、または電力系統１０１との連系点における受電電力を計測する電力計測手段１０９の故障を、系統連系インバータ１０５の出力電力を変動させ、電力計測手段１０９が計測する電力計測点における電力変化をもって可能とし、装置の信頼性を向上させることができる。

また、本実施の形態において、系統連系インバータ１０５の出力電力を強制的に停止もしくは変化させている時に燃料電池１０４の発電電力の一部または全部をヒータ１０６で消費するよう構成したことで、系統連系インバータ１０５の出力電力を強制的に停止もしくは変化させているときに燃料電池１０４が過少負荷状態、または過剰負荷状態とならないため、燃料電池１０４を停止させることなく、安定して運転を継続することができる。

また、本実施の形態において、故障判定手段１１４が電力計測手段１０９の故障を判定したことを報知するＬＣＤ１１５を備えたことで、電力計測手段１０９の故障をユーザー、またはメンテマンへ確実に知らせることができる。

（実施の形態２）
以下に、本発明の実施の形態２における燃料電池発電装置について、図３と図４を参照しながら詳細に説明する。

図３は、本発明の実施の形態２における燃料電池発電装置のブロック図を示すものである。また、図４は、同実施の形態の燃料電池発電装置における電力計測手段の故障判定の流れを示すフローチャートである。

ここで、図３に示された本実施の形態は、図１に示された実施の形態１の構成に加えて、制御手段１０８の指令を基に補機１１７の消費電力を調節する電力調節手段１１８を備える。ただし、電力計測手段１０９を家庭内負荷１０２と燃料電池発電装置１０３の間に設置、つまり、電力計測手段１０９は、燃料電池発電装置１０３の出力電力をＵ相、Ｗ相ごとに計測する構成が実施の形態１の構成とは異なる。

以上のように構成された本実施の形態の燃料電池発電装置の動作、作用について、以下、図３、図４を用いて説明する。

本実施の形態は、基本的には、実施の形態１と同様であるが、系統連系インバータ１０５の出力を変動させる代わりに、電力調節手段１１８にて補機１１７の消費電力を変動させることで、燃料電池発電装置１０３の出力電力を変動させる点が、実施の形態１とは異なる。

具体的には、本実施の形態では、燃料電池発電装置１０３の出力電力を十分に変化させるため、補機１１７の消費電力が所定値以下（例えば、３００Ｗ）、かつ所定時間（例えば、１時間）経過したとき、電力計測手段１０９の故障を判定する（ＳＴＥＰ６０１〜６０５）。

電力計測手段１０９の故障判定は、制御手段１０８の指令を基に系統連系インバータ１０５の出力を停止させる代わりに、電力調節手段１１８にて補機１１７の消費電力を所定値（例えば、３００Ｗ）増加させ、電力変化量計測手段１１３は、補機１１７の消費電力が所定値増加する直前と直後の電力計測手段１０９が計測する燃料電池発電装置１０３の出力電力の変化量を計測する（ＳＴＥＰ６０６〜６１１）。

そして、故障判定手段１１４は、Ｕ相、Ｗ相のいずれかにおいて電力変化量計測手段１１３がＳＴＥＰ６１０で算出した燃料電池発電装置１０３の出力電力の変化量が所定値以下（例えば、５０Ｗ）のとき、電力計測手段１０９を構成する電流センサ１１０、電圧センサ１１１、電力演算部１１２のいずれかが故障、または感度低下していると判定する（ＳＴＥＰ６１２）。このとき、制御手段１０８の指令を基に燃料電池１０４は発電を停止すると共に、ＬＣＤ１１５は故障メッセージを表示することでユーザーへ電力計測手段１０９の故障を知らせる（ＳＴＥＰ６１３、ＳＴＥＰ６１４）。

一方、Ｕ相、Ｗ相のいずれにおいても電力変化量計測手段１１３がＳＴＥＰ６１０で算出した燃料電池発電装置１０３の出力電力の変化量が所定値より大きいとき、電力計測手段１０９を構成する電流センサ１１０、電圧センサ１１１、電力演算部１１２のいずれも故障していないと判定する（ＳＴＥＰ６１２）。このとき、制御手段１０８の指令を基に電力調節手段１１２にて補機１１７の消費電力を所定値減少させ、燃料電池発電装置１０３の運転を継続する（ＳＴＥＰ６１５）。

尚、本実施の形態では、電力調節手段１１８にて補機１１７の消費電力を増加させることで燃料電池発電装置１０３の出力電力を変動させたが、補機１１７の消費電力を低下させることで燃料電池発電装置１０３の出力電力を変動させてもかまわない。

以上のように、本実施の形態において、電力調節手段１１８は、補機１１７の補機消費電力の調節をもって燃料電池発電装置１０３の出力電力を調節することで、燃料電池１０４の発電量を決定する装置の出力電力を計測する電力計測手段１０９の故障判定を、装置の出力電力を変動させ、電力計測手段１０９が計測する電力計測点における電力変化をもって可能とし、装置の信頼性を向上させることができる。

（実施の形態３）
以下に、本発明の実施の形態３における燃料電池発電装置について、図５と図６を参照しながら詳細に説明する。

図５は、本発明の実施の形態３における燃料電池発電装置のブロック図を示すものである。また、図６は、同実施の形態の燃料電池発電装置における電力計測手段の故障判定の流れを示すフローチャートである。

ここで、図５に示された本実施の形態は、図１に示された実施の形態１の構成に加えて、電力計測手段１０９の故障判定するために制御手段１０８の指令を基に系統連系インバータ１０５が出力を強制的に停止させた回数、および、系統連系インバータ１０５が出力を強制的に停止させる前と系統連系インバータ１０５が出力を強制的に停止させている時との電力変化量計測手段１１３が計測した受電電力の変化量を記憶する記憶手段１１９を備える。

以上のように構成された本実施の形態の燃料電池発電装置の動作、作用について、以下、図５、図６を用いて説明する。

電力計測手段１０９の故障判定は、燃料電池発電装置１０３の出力電力の変動により受電電力を十分に変化させるため、系統連系インバータ１０５の出力電力が所定値以上（例えば、３００Ｗ）、かつ、所定時間（例えば、１時間）の間、所定値内（例えば、−５０〜＋５０Ｗ）でしか受電電力が変化せず、電力計測手段１０９が故障している疑いがあるときに行う。

具体的には、まず、系統連系インバータ１０５の出力電力が所定値以上のとき、Ｕ相、Ｗ相ごとに電力計測手段１０９で受電電力を計測し、電力変化量計測手段１１３で電力計測手段１０９が今回計測した受電電力と前回計測した受電電力とを比較することで受電電力の変化量を算出する（ＳＴＥＰ７０１、ＳＴＥＰ７０３、ＳＴＥＰ７０４）。

その後、ＳＴＥＰ７０４で算出するＵ相、Ｗ相の受電電力の変化量がいずれも所定値内のとき時間計測手段１１６の時間計測値を取得し、時間計測手段１１６の時間計測値が所定時間経過したら、電力計測手段１０９が故障している疑いがあると判定し、時間計測手段１１６の時間計測値をクリアした後、電力計測手段１０９の故障判定を開始する（ＳＴＥＰ７０５、ＳＴＥＰ７０６、ＳＴＥＰ７０８、ＳＴＥＰ７０９）。

ここで、系統連系インバータ１０５の出力電力が所定値未満のときは受電電力の変化が十分に得られない、また、系統連系インバータ１０５の出力電力が所定値以上、かつＳＴＥＰ７０４で算出するＵ相、Ｗ相の受電電力の変化量がいずれも所定値外のときは、電力計測手段１０９が故障していないと判定し、電力計測手段１０９の故障判定を行わない。このとき、時間計測手段１１６の時間計測値をクリアする（ＳＴＥＰ７０２、ＳＴＥＰ７０７）。

電力計測手段１０９の故障判定は、まず電力計測手段１０９で受電電力を計測し、制御手段１０８の指令を基に系統連系インバータ１０５が出力を停止することで、受電電力を変化させる（ＳＴＥＰ７１０、ＳＴＥＰ７１１）。このとき、制御手段１０８にてリレー１０７をＯＮし、燃料電池１０４の発電電力をヒータ１０６にてすべて消費する（ＳＴＥＰ７１２）。

系統連系インバータ１０５が停止、リレー１０７がＯＮとなった後は、再び、電力計測手段１０９で受電電力を計測し、電力変化量計測手段１１３にてＳＴＥＰ７１０で計測した受電電力とＳＴＥＰ７１３で計測した受電電力をもとにＵ相、Ｗ相ごとに受電電力の変化量を算出するとともに、算出結果を記憶手段１１９に記憶し、制御手段１０８にてリレー１０７をＯＦＦ、記憶手段１１９に記憶する故障判定回数をカウントアップする（ＳＴＥＰ７１３〜７１６）。

その後は、記憶手段１１９に記憶する故障判定回数が所定回数以上（例えば、５回）であれば、故障判定手段１１４にて電力計測手段１０９の故障判定を行い、所定回数未満であれば、制御手段１０８の指令を基に再び系統連系インバータ１０５は出力を開始し、ＳＴＥＰ７１０以降を再び行う（ＳＴＥＰ７１７、ＳＴＥＰ７１８）。

故障判定手段１１４による電力計測手段１０９の故障判定は、Ｕ相、Ｗ相のいずれかにおいて記憶手段１１９に記憶する受電電力の変化量が所定値以下（例えば、５０Ｗ）であるデータが、所定データ数以上（例えば、３データ）のとき電力計測手段１０９を構成する電流センサ１１０、電圧センサ１１１、電力演算部１１２のいずれかが故障していると判定する（ＳＴＥＰ７１９）。このとき、制御手段１０８の指令を基に燃料電池１０４は発電を停止すると共に、ＬＣＤ１１５は故障メッセージを表示することでユーザーへ電力計測手段１０９の故障を知らせる（ＳＴＥＰ７２０、ＳＴＥＰ７２１）。

一方、Ｕ相、Ｗ相のいずれにおいても記憶手段１１９に記憶する受電電力の変化量が所定値以下（例えば、５０Ｗ）であるデータが、所定データ数未満のとき、電力計測手段１０９を構成する電流センサ１１０、電圧センサ１１１、電力演算部１１２のいずれも故障していないと判定する（ＳＴＥＰ７１９）。

このとき、制御手段１０８の指令を基に再び系統連系インバータ１０５は出力を開始し、燃料電池発電装置１０３の運転を継続する（ＳＴＥＰ７２２）。ただし、最後に、記憶手段１１９が記憶する故障判定回数と、受電電力の変化量のデータをクリアすることで、次回の電力計測手段１０９の故障判定に備える（ＳＴＥＰ７２３）。

以上のように、本実施の形態において、系統連系インバータ１０５は、所定時間内の電力変化量計測手段１１３が計測する電力の変化量が所定値以下の場合、出力電力を強制的に停止もしくは変化させることより、電力計測手段１０９が計測する計測点において、電力の変化がなく、電力計測手段１０９が故障している疑いがあるときのみ故障を調べることで、不用意に電力供給を停止、低下、上昇させず、装置の効率低下を防ぐことができる。

また、本実施の形態において、系統連系インバータ１０５は、出力電力を所定時間の間強制的に停止もしくは変化させる動作を複数回繰り返し、故障判定手段１１４は、電力変化量計測手段１１３が計測した複数回の電力の変化量を基に電力計測手段１０９の故障を判定することで、ノイズなどによる電力計測手段１０９が計測した電力の過渡的な変化においてロバスト性を向上させ、電力計測手段１０９の故障判定の信頼性を向上させることができる。

（実施の形態４）
以下に、本発明の実施の形態４における燃料電池発電装置について、図７と図８を参照しながら詳細に説明する。

図７は、本発明の実施の形態４における燃料電池発電装置のブロック図を示すものである。また、図８は、同実施の形態の燃料電池発電装置における電力計測手段の故障判定の流れを示すフローチャートである。

ここで、図７に示された本実施の形態は、図１に示された実施の形態１の構成において、リレー１０７の代わりに、ヒータ１０６に印加する電圧を調節することでヒータ１０６の消費電力を調節する第２電力調節手段としてのＤＣ／ＤＣコンバータ１２０を備え、制御手段１０８の代わりに、燃料電池１０４の発電電力、系統連系インバータ１０５の出力電力、およびＤＣ／ＤＣコンバータ１２０の出力電力を制御する第２制御手段１２１を備えたものである。

以上のように構成された本実施の形態の燃料電池発電装置の動作、作用について、以下、図７、図８を用いて説明する。ただし、電力計測手段１０９の故障判定を開始するまでの動作（ＳＴＥＰ８０１〜ＳＴＥＰ８０５）については、本実施の形態１における電力計測手段１０９の故障判定を開始するまでの動作（ＳＴＥＰ５０１〜ＳＴＥＰ５０５）と同様のため、説明を省略する。

電力計測手段１０９の故障判定は、まず電力計測手段１０９で計測した受電電力を計測し、第２制御手段１２１の指令を基に系統連系インバータ１０５は出力電力を所定値（例えば、３００Ｗ）低下させることで、受電電力を変化させる（ＳＴＥＰ８０６、ＳＴＥＰ８０７）。

このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０は、燃料電池１０４の発電電力のうち、系統連系インバータ１０５が出力低下した電力分を第２制御手段１２１の指令を基に出力電力を調節することでヒータ１０６にて消費させる（ＳＴＥＰ８０８）。

ここで、系統連系インバータ１０５は緩やかに出力低下させ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０は緩やかに出力上昇させる（例えば、３００Ｗ／ｓ）。

系統連系インバータ１０５の出力電力が低下、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０の出力電力が上昇した後、再び、電力計測手段１０９にて受電電力を計測し、電力変化量計測手段１１３にてＳＴＥＰ８０６で計測した受電電力とＳＴＥＰ８０９で計測した受電電力をもとに受電電力の変化量を算出し、第２制御手段１２１の指令を基にＤＣ／ＤＣコンバータ１２０は出力電力を緩やかに低下させ、停止する（ＳＴＥＰ８０９〜８１１）。

故障判定手段１１４は、Ｕ相、Ｗ相のいずれかにおいて電力変化量計測手段１１３がＳＴＥＰ８１０で算出したＵ相、Ｗ相の受電電力の変化量が所定値以下（例えば、５０Ｗ）のとき、電力計測手段１０９を構成する電流センサ１１０、電圧センサ１１１、電力演算部１１２のいずれかが故障、または感度低下していると判定する（ＳＴＥＰ８１２）。

このとき、第２制御手段１２１の指令を基に系統連系インバータ１０５は出力を停止、燃料電池１０４は発電を停止すると共に、ＬＣＤ１１５は故障メッセージを表示することでユーザーへ電力計測手段１０９の故障を知らせる（ＳＴＥＰ８１３〜８１５）。

一方、Ｕ相、Ｗ相のいずれにおいても電力変化量計測手段１１３がＳＴＥＰ８１０で算出した受電電力の変化量が所定値より大きいとき、電力計測手段１０９を構成する電流センサ１１０、電圧センサ１１１、電力演算部１１２のいずれも故障していないと判定する（ＳＴＥＰ８１２）。このとき、第２制御手段１２１の指令をもとに再び系統連系インバータ１０５は出力電力を上昇させ、燃料電池発電装置１０３の運転を継続する（ＳＴＥＰ８１６）。

以上のように、本実施の形態において、系統連系インバータ１０５が燃料電池発電装置１０３の出力電力を強制的に停止もしくは変化させる場合、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０は、ヒータ１０６による電力消費を開始または消費電力を変化させることで、系統連系インバータ１０５が燃料電池発電装置１０３の出力電力を強制的に停止もしくは変化させているときに燃料電池１０４が過少負荷状態、または過剰負荷状態とならないため、燃料電池１０４を停止させることなく、安定して運転を継続することができる。

また、本実施の形態において、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２０は、ヒータ１０６の消費電力を変化させる場合、緩やかに上昇または低下させることで、スイッチング素子、平滑回路、直流負荷、配線などにストレスが加わらず、装置の長寿命化を実現することができる。

本発明にかかる燃料電池発電装置は、電力計測手段の故障を、装置の出力電力を変動させ、電力計測手段が計測する電力計測点における電力変化をもって可能とし、装置の信頼性を向上させることができるため、電力系統と連系する燃料電池発電装置だけでなく、電力系統と連系する太陽光発電装置、風力発電装置、太陽熱発電装置のような分散型電源装置等の用途にも適用することができる。

１０１ 電力系統
１０４ 燃料電池
１０５ 系統連系インバータ（電力調節手段）
１０６ ヒータ（負荷）
１０９ 電力計測手段
１１３ 電力変化量計測手段
１１４ 故障判定手段
１１５ ＬＣＤ（報知手段）
１１７ 補機
１１８ 電力調節手段
１２０ ＤＣ／ＤＣコンバータ（第２電力調節手段）

Claims (9)

1. 電力系統と系統連系して電力を供給する燃料電池発電装置であって、前記燃料電池発電装置の出力電力を調節する電力調節手段と、燃料電池を作動させる補機と、前記燃料電池発電装置の出力電力または前記電力系統からの受電電力を測定する電力計測手段と、前記電力調節手段が前記燃料電池発電装置の出力電力を強制的に停止もしくは変化させる前と強制的に停止もしくは変化させている時との前記電力計測手段が計測した電力の変化量を計測する電力変化量計測手段と、前記電力変化量計測手段が計測した電力の変化量が所定範囲内の場合に前記電力計測手段が故障と判定する故障判定手段とを備えた燃料電池発電装置。
2. 前記電力調節手段は、前記燃料電池発電装置の出力電力を調節する機能を持った系統連系インバータで構成される請求項１に記載の燃料電池発電装置。
3. 前記電力調節手段は、前記補機の補機消費電力を調節することで前記燃料電池発電装置の出力電力を調節する請求項１に記載の燃料電池発電装置。
4. 前記燃料電池と前記電力調節手段との間に並列に接続された負荷を有し、前記燃料電池発電装置の出力電力を強制的に停止もしくは変化させている時に、前記燃料電池の発電電力の一部または全部を前記負荷で消費するよう構成した請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
5. 前記電力調節手段は、所定時間内の前記電力計測手段が計測する電力の変化量が所定値以下の場合に、前記燃料電池発電装置の出力電力を強制的に停止もしくは変化させる請求項１から４のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
6. 前記電力調節手段は、前記燃料電池発電装置の出力電力を所定時間の間強制的に停止もしくは変化させる動作を複数回繰り返し、前記故障判定手段は、前記電力変化量計測手段が計測した複数回の電力の変化量を基に前記電力計測手段の故障を判定する請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
7. 前記負荷は、前記負荷の消費電力を調節する第２電力調節手段を介して前記燃料電池と前記電力調節手段との間に接続され、前記電力調節手段が前記燃料電池発電装置の出力電力を強制的に停止もしくは変化させる場合、前記第２電力調節手段は、前記負荷による電力消費を開始または消費電力を変化させる請求項４から６のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
8. 前記第２電力調節手段は、前記負荷の消費電力を変化させる場合、緩やかに上昇または低下させる請求項７に記載の燃料電池発電装置。
9. 前記故障判定手段が前記電力計測手段の故障を判定したことを報知する報知手段を備えた請求項１から８のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。

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