JP2011010513A - 発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットに重複して備えられるセンサの検出値の異常を検出し、異常が軽微であれば発電運転を継続できる発電ユニットを提供する。
【解決手段】燃料電池ユニット１とパワーコンディショナユニット２に電圧センサ６，１２と電流センサ７，１３を備えた発電システムにおいて、燃料電池ユニット１のマイコン４が上記電圧センサ６，１２又は電流センサ７，１３の検出値の偏差Ｘを演算する。そして、この偏差Ｘを正常判定しきい値Ｙ及び異常判定しきい値Ｚと比較して、正常領域、中間領域及び異常領域のいずれに属するかを判定する。この判定結果が中間領域である場合には、上記偏差Ｘを演算した検出値のうちの安全側の検出値（低い電圧値、高い電流値）を示したセンサの以後の検出値を用いて発電制御を継続する。
【選択図】図１

Description

この発明は発電システムに関し、より詳細には、燃料電池を系統電源に連系させる発電システムにおける燃料電池とパワーコンディショナの制御技術に関する。

近時、電力会社の配電系統（系統電源）に自家発電装置である燃料電池を連係して運用する発電システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この種の発電システムにおいては、家庭内の電気負荷（以下、「負荷」と称する）に燃料電池側からの電力を供給する一方、燃料電池発電だけでは家庭内の電力がまかなえなくなると、配電系統側すなわち系統電源側から家庭内の負荷に電力を供給するようにされており、燃料電池は、負荷の状況に応じて配電系統との連系点に出力する交流電力を調整するパワーコンディショナを介して系統電源に接続されている。

図１は、この種の発電システムの概略構成を示している。図１において、１は燃料電池ユニット、２はパワーコンディショナユニット、３は系統電源を示している。

燃料電池ユニット１には、電力の発生源となるスタック（図示せず）を備えた燃料電池４と、燃料電池４を制御する制御装置を構成するマイコン（燃料電池ユニット側制御手段）５と、燃料電池４の出力電圧を監視する電圧センサ（燃料電池ユニット側電圧センサ）６と、燃料電池４の出力電流を監視する電流センサ（燃料電池ユニット側電流センサ）７と、燃料電池４からパワーコンディショナユニット２への出力（電力供給）を遮断できるように配設された出力遮断リレー８とが備えられている。

上記マイコン５は、燃料電池ユニット１に備えられた上記電圧センサ６及び電流センサ７と電気的に接続され、これら各センサ６，７の検出値（検出電圧及び検出電流）の読み込みができるように構成されるとともに、後述するパワーコンディショナユニット２のマイコン１１と通信線（たとえば、ＲＳ４８５などのシリアル通信線）１４を介して通信接続され、燃料電池ユニット１をパワーコンディショナユニット２と連系制御できるように構成されている。

一方、パワーコンディショナユニット２には、燃料電池ユニット１から供給される直流電源を昇圧するＤＣ／ＤＣコンバータ（以下、「コンバータ」と称する）９と、このコンバータ９で昇圧された直流電源を交流電源に変換するＤＣ／ＡＣインバータ（以下、「インバータ」と称する）１０と、パワーコンディショナユニット２を制御する制御装置を構成するマイコン（パワーコンディショナユニット側制御手段）１１と、パワーコンディショナユニット２への入力電圧を監視する電圧センサ（パワーコンディショナユニット側電圧センサ）１２と、パワーコンディショナユニットへの入力電流を監視する電流センサ（パワーコンディショナユニット側電流センサ）１３とが備えられている。

パワーコンディショナユニット２側のマイコン１１は、パワーコンディショナユニット２に備えられた上記電圧センサ１２及び電流センサ１３と電気的に接続されており、これら各センサ１２，１３の検出値（検出電圧及び検出電流）の読み込みができるように構成されるとともに、上記燃料電池ユニット１のマイコン５と通信接続され、パワーコンディショナユニット２を燃料電池ユニット１と連系制御できるように構成されている。

なお、パワーコンディショナユニット２と系統電源３は系統連系スイッチ１５，１５を介して接続されており、この系統連系スイッチ１５，１５をオフ（開放）にすることによって燃料電池ユニット１（つまり燃料電池４）が系統電源３から解列されるように構成されている。

そして、このように構成された従来の発電システムでは、燃料電池４での発電にあたり、燃料電池ユニット１側のマイコン５とパワーコンディショナユニット２側のマイコン１１とが以下のように連係しながら発電制御を行うように構成されている。

すなわち、燃料電池ユニット１のマイコン５は、燃料電池４による発電の開始時に、まず、電圧センサ６の検出電圧が燃料電池の正常起動の判定しきい値Ａを上回るか否かを判断する。そして、電圧センサ６の検出電圧がこのしきい値Ａを上回ると燃料電池４の動作は正常であると判定して、パワーコンディショナユニット２のマイコン１１に対して所定の起動許可信号Ｓ１を出力する。これにより、パワーコンディショナユニット２のマイコン１１がコンバータ９を起動させ、パワーコンディショナユニット２から負荷に対して交流電力が供給される（上記起動許可信号Ｓ１がマイコン１１に入力されるまでは、コンバータ９は動作停止状態（つまり、電源ラインの図示しない等価スイッチがオフの状態）となっている）。なお、この判断で電圧センサ６の検出電圧が所定時間経過しても上記しきい値Ａ以下の場合には、マイコン５は燃料電池４が故障していると判定して所定の安全動作を実行する。

そして、燃料電池４の発電開始後は、燃料電池ユニット１のマイコン５は、電圧センサ６及び電流センサ７の双方を監視する。具体的には、電圧センサ６の検出電圧がスタック劣化の判定しきい値Ｂを下回るか否かを監視し、電圧センサ６の検出電圧がしきい値Ｂを下回ると燃料電池４のスタックが劣化していると判断し、燃料電池４に対する燃料（ガス、空気、水）の供給量を増やす制御を行って発電出力を増加させる。一方、電流センサ７については、その検出電流が燃料電池４の発電量に応じて変動する許容電流値（スタックに負担をかけずにパワーコンディショナ側で引っ張ることができる電流値）Ｃを超えるか否かを監視し、電流センサ７の検出電流が許容電流値Ｃを超えると出力遮断リレー８をオフ（開放）にして燃料電池４のスタックを保護する。出力遮断リレー８は、図１に示すように、燃料電池ユニット１の電源出力ラインに設けられており、このリレー８をオフにすることでパワーコンディショナユニット２に対する電力供給が遮断される。

これに対して、パワーコンディショナユニット２側のマイコン１１は、電圧センサ１２の検出電圧と、マイコン５から受信した許容電流値Ｃとに基づいてパワーコンディショナユニット２への入力電力を算出し、この入力電力に基づいて（具体的には、入力電力にコンバータ９とインバータ１０の変換効率を乗算して）パワーコンディショナユニット２の設定出力電力Ｄを決定してコンバータ９とインバータ１０のフィードフォーワード制御を行うとともに、上記電流センサ１３の検出電流が上記許容電流値Ｃに近づくようにコンバータ９及びインバータ１０のフィードバック制御を行う。その一方で、マイコン１１は、電圧センサ１２の検出電圧を監視し、この検出電圧がコンバータ９の昇圧出力電圧（インバータ１０の出力電圧に応じて決定される電圧：たとえば、インバータ１０でＡＣ２００Ｖを供給する場合にはＤＣ３９０Ｖ）を得るために必要な最低入力電圧Ｅを下回った場合、または、コンデンサ等の耐圧電圧Ｆを上回った場合には、パワーコンディショナユニット２を停止させる制御を行う。

このように、燃料電池を用いた従来の発電システムでは、燃料電池ユニット１とパワーコンディショナユニット２を連係させて制御するにあたり、これら各ユニット１，２の双方に、それぞれ電圧センサと電流センサとが重複して設けられ、これら電圧・電流センサの検出値に基づいて燃料電池ユニット１とパワーコンディショナユニット２とを連係させている。なお、このような連系制御にあたっては、電圧センサや電流センサに代えて電力センサを用いるものも提案されている（特許文献２参照）。

特開２００５−２２９７８３号公報 特開昭６３−９８７１１号公報

しかしながら、このような従来の発電システムでは、燃料電池ユニット１とパワーコンディショナユニット２の連係制御は、これら各ユニット１，２のマイコン５，１１が読み出した検出値（マイコン５，１１の入力値）に基づいて行われているため、以下のような問題があった。

すなわち、このような構成では、センサ自体又はセンサからマイコン５，１１に至るまでの信号入力経路に何らかの異常があり、マイコン５，１１が読み出した検出値が正確な値を示していない場合であっても、読み出した検出値がセンサの故障と判定できる程に異常な値を示していなければ（換言すれば、センサやセンサからの信号入力経路の異常が軽微で、センサの検出値だけでは直ちにセンサ等に異常があると判定できない場合には）、マイコン５，１１は読み出した検出値が正しいものと判断してしまうので、発電システムを適正に制御することができなくなるという問題がある。

具体的には、燃料電池ユニット１の出力電圧をマイコン５が正確に読み出せない場合には、マイコン５は燃料電池４のスタックの劣化を検出できないので、スタックが劣化していても発電出力を増加させることができずにパワーコンディショナユニット２が正常に動作しえない（換言すれば、燃料電池４から負荷に電力を供給できない）事態が生じうる。また、パワーコンディショナユニット２の入力電圧をマイコン１１が正確に読み出せない場合には、パワーコンディショナユニット２の入力電力を正確に演算できないので上記設定出力電力Ｄに誤差が生じ、コンバータ９やインバータ１０のフィードフォーワード制御がくるい、その結果、系統に供給する電力にも誤差が生じるおそれがある。また、コンバータ９の入力電圧が上記最低入力電圧Ｅを下回っていてもそれを検出できないので、所定の昇圧出力電圧を得ることができない（つまり、インバータ１０で所望の交流電源を生成できない）事態も生じうる。さらには、コンバータ９の入力電圧が耐圧電圧Ｆを上回り、コンデンサ等を破損するおそれもある。

一方、燃料電池ユニット１の出力電流をマイコン５が正確に読み出せない場合には、上記許容電流値Ｃを超える電流が燃料電池４から引っ張られる場合があり、スタックの故障を引き起こすおそれがある。また、パワーコンディショナユニット２の入力電流をマイコン１１が正確に読み出せなければ、パワーコンディショナユニット２側で引っ張る電流を上記許容電流値Ｃに近づける制御ができなくなり、系統に供給する電力値にも誤差が生じる。

このように、燃料電池ユニット１やパワーコンディショナユニット２のマイコン５，１１が読み出した検出値が正確でないと、スタックの故障を招いたり、燃料電池４から負荷への電力供給が停止したり又は不十分となって、電力会社（系統電源）から供給を受ける電力の増加を招く（つまり、電気代の上昇を招く）といった問題がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットに重複して備えられるセンサの検出値の異常を検出し、異常が軽微であれば発電運転を継続できる発電ユニットを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に係る発電システムは、燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットとを有する発電システムであって、燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットの双方に、電圧センサ、電流センサ及び電力センサのうちの少なくともいずれか一つのセンサを備えるものにおいて、上記双方のユニットに備えられたセンサの検出値の偏差を演算する偏差演算手段と、上記偏差演算手段で演算された検出値の偏差を所定のしきい値と比較して、正常領域または正常領域を越える異常疑義領域のいずれにあるかを判定する領域判定手段と、 上記領域判定手段の判定結果が異常疑義領域である場合には、上記偏差を演算した検出値のうちの安全側の検出値を示したセンサの以後の検出値を用いて発電制御を継続する制御構成を備えたことを特徴とする。

すなわち、この発電システムでは、燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットの双方に、電圧センサ、電流センサ及び電力センサのいずれかを重複して備える発電システムにおいて、両ユニットに備えられたセンサの検出値の偏差から当該センサが正常（正常領域内）であるか、正常ではないが異常が疑われるもの（正常領域を越える異常疑義領域内）であるかを判定する。そして、検出値の偏差が異常疑義領域にある場合には、偏差を求めたセンサの検出値のうちの安全側の検出値を示したセンサの検出値を用いて以後の発電制御を継続する。

つまり、本発明の発電システムは、燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットの双方に重複して備えられ、正常であればともに同じ値を示すセンサの故障判定にあたり、両センサの検出値を比較してその偏差からセンサに異常があるかを判定する。そして、この判定の際に、偏差が正常でなく異常が疑われるとの判定（両者の偏差Ｘが、正常判定しきい値Ｙ＜偏差Ｘとの判定）を設け、両センサの検出値の偏差Ｘがこの異常疑義領域にある場合には、両検出値のうちの一方で、予め定めた条件を満たす安全側の検出値を示したセンサの検出値を用いて発電運転を継続させるようにしている。なお、安全側の検出値を決定する条件は、偏差を求める検出値が電圧値であるか、電流値であるか、さらには電力値であるかに応じて予め決定される。

本発明の請求項２に係る発電システムは、燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットとを有する発電システムであって、燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットの双方に、電圧センサ、電流センサ及び電力センサのうちの少なくともいずれか一つのセンサを備えるものにおいて、上記双方のユニットに備えられたセンサの検出値の偏差を演算する偏差演算手段と、上記偏差演算手段で演算された検出値の偏差を所定のしきい値と比較して、正常領域、中間領域及び異常領域のいずれに属するかを判定する領域判定手段と、上記領域判定手段の判定結果が中間領域である場合には、上記偏差を演算した検出値のうちの安全側の検出値を示したセンサの以後の検出値を用いて発電制御を継続する制御構成を備えたことを特徴とする。

すなわち、この発電システムでは、燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットの双方に、電圧センサ、電流センサ及び電力センサのいずれかを重複して備える発電システムにおいて、両ユニットに備えられたセンサの検出値の偏差から当該センサが正常（正常領域内）であるか、異常（異常領域内）であるか、あるいは正常とも異常とも判定し難い状態（中間領域）にあるかを判定する。そして、検出値の偏差が中間領域にある場合には、偏差を求めたセンサの検出値のうちの安全側の検出値を示したセンサの以後の検出値を用いて発電制御を継続する。

つまり、本発明の発電システムは、燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットの双方に重複して備えられ、正常であればともに同じ値を示すセンサの故障判定にあたり、両センサの検出値を比較してその偏差からセンサに異常があるかを判定する。そして、この判定の際に、正常、異常の判定の他に、正常とも異常とも判定できない中間の判定（両者の偏差Ｘが、正常判定しきい値Ｙ＜偏差Ｘ＜異常判定しきい値Ｚとなる中間領域の判定）を設け、両センサの検出値の偏差Ｘがこの中間領域にある場合には、両検出値のうちの一方で、予め定めた条件を満たす安全側の検出値を示したセンサの以後の検出値を用いて発電運転を継続させるようにしている。なお、安全側の検出値を決定する条件は、偏差を求める検出値が電圧値であるか、電流値であるか、さらには電力値であるかに応じて予め決定される。

本発明の請求項３に係る発電システムは、請求項１または２に記載の発電システムにおいて、上記偏差演算手段が上記双方のユニットに備えられたセンサの検出電圧の偏差を演算する場合には、上記安全側の検出値として、検出値が小さい電圧値を用いることを特徴とする。

すなわち、この実施態様では、燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットの双方の電圧センサの検出値の偏差を求める。そして、その偏差が上記中間領域にあるときは、それ以後は、小さい検出値を示した電圧センサの検出値を用いて発電制御を実施する。そのため、この実施態様では、安全値として選択された検出値（電圧値）が、たとえば、スタック劣化の判定しきい値Ｂを下回る場合には、燃料電池ユニット側は燃料電池の発電出力を増加させて運転を継続する。一方、パワーコンディショナユニット側は燃料電池ユニットからの入力電圧が低下（つまり、入力電力が低下）したと判断し、負荷に供給する電力を低下させて運転を継続する。

本発明の請求項４に係る発電システムは、請求項１または２に記載の発電システムにおいて、上記偏差演算手段が上記双方のユニットに備えられたセンサの検出電流の偏差を演算する場合には、上記安全側の検出値として、検出値が大きい電流値を用いることを特徴とする。

すなわち、この実施態様では、燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットの双方の電流センサの検出値の偏差を求める。そして、その偏差が上記中間領域にあるときは、それ以後は、大きい検出値を示した電流センサの検出値を用いて発電制御を実施する。そのため、この実施態様では、安全値として選択された検出値（電流値）が、たとえば、許容電流値Ｃを上回った場合には、出力遮断リレーをオフさせる。

本発明の請求項５に係る発電システムは、請求項１または２に記載の発電システムにおいて、上記偏差演算手段が、上記双方のユニットに備えられたセンサの検出電力の偏差を演算する場合には、上記安全側の検出値として、検出値が小さい電圧値又は検出値が大きい電流値の一方、あるいは、これらの両方の検出値を用いることを特徴とする。

すなわち、この実施態様では、燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットの双方の電力センサの検出値の偏差、又は、電圧センサと電流センサの検出値から演算される電力値の偏差を求める。そして、その偏差が上記中間領域にあるときは、それ以後は、電圧値については小さい方、電流値については大きい方のいずれか一方又は双方を用いて以後の発電制御を実施する。そのため、この実施態様では、安全値として選択された検出値（電圧値）が、たとえば、スタック劣化の判定しきい値Ｂを下回る場合には、燃料電池ユニット側は燃料電池の発電出力を増加させて運転を継続する一方、パワーコンディショナユニット側は燃料電池ユニットからの入力電圧が低下（つまり、入力電力が低下）したと判断し、負荷に供給する電力を低下させて運転を継続する。また、安全値として選択された検出値（電流値）が、許容電流値Ｃを上回った場合には、燃料電池ユニット側は出力遮断リレーをオフにする。

本発明に係る発電システムによれば、センサの異常が疑われる場合にセンサの検出値のうちの安全側の検出値を用いて発電運転が継続されるので、センサ等の軽微な異常で発電運転が停止したり、あるいは運転を継続させることによって燃料電池（スタック）が故障したりするおそれがなく、安全かつ効率的に発電運転を行うことができる。したがって、本発明の発電システムによれば、電力会社からの電力供給を可及的に少なくでき、経済的に優れた発電システムを提供できる。

本発明に係る発電システムの概略構成を示す回路図である。 本発明に係る発電システムにおける電圧センサの異常判定処理手順を示すフローチャートである。 本発明に係る発電システムにおける電流センサの異常判定処理手順を示すフローチャートである。 本発明に係る発電システムにおける電圧・電流センサの異常判定処理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明は、燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットとを有する発電システムであって、燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットの双方に、電圧センサ、電流センサ及び電力センサのうちの少なくともいずれか一つのセンサを備える発電システムに適用される。

すなわち、燃料電池を用いた発電システムでは、燃料電池ユニット側に、出力電圧及び出力電流（又は出力電力）を検出するための電圧センサ、電流センサ等が設けられる一方で、パワーコンディショナユニット側にも入力電圧及び入力電流（又は入力電力）を検出する電圧センサ、電流センサ等が設けられている。ここで、燃料電池ユニットからパワーコンディショナユニットへの電力供給は電源線Ｌ（図１参照）を介して行われているので、この電源線Ｌに断線等の異常がなければ、燃料電池ユニット側の電圧センサ等とパワーコンディショナユニット側の電圧センサ等は略同一の検出値を示す。本発明は、このように燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットとに重複して設けられるセンサの検出値を比較してセンサの異常を検出するとともに、センサ等の異常が軽微であれば燃料電池ユニットによる発電運転を継続できるようにした発電システムを提供する。

実施形態１
本発明の実施形態１を図１及び図２に基づいて説明する。なお、図１に示す発電システムにおいて従来の発電システムと構成が共通する部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。

本実施形態に示す発電システムは、燃料電池ユニット１の出力電圧を検出する電圧センサ６と、この電圧センサ６の検出値を読み出すマイコン５と、パワーコンディショナユニット２の入力電圧（燃料電池ユニット１から供給される直流電源の電圧）を検出する電圧センサ１２と、この電圧センサ１２の検出値を読み出すマイコン１１と、上記マイコン５とマイコン１１の通信を利用して電圧センサ６，１２の検出値の異常判定を行う。

具体的には、マイコン５又はマイコン１１のいずれか一方に電圧センサの異常判定処理を行う制御を設ける（なお、以下の説明では、燃料電池ユニット１側のマイコン５にこの異常判定処理を設けたものとする）。図２は、この電圧センサの異常判定処理手順を示すフローチャートである。

図２に示すように、この処理を開始すると、まず、マイコン５は電圧センサ６，１２の検出値を取得する（図２ステップＳ１参照）。電圧センサ６の検出値（Ｖout）はマイコン５が直接読み出す。一方、電圧センサ１２の検出値（Ｖin）は、マイコン１１が読み出した値をマイコン１１との通信によって取得する。

そして、マイコン５は、両電圧センサ６，１２の検出値を取得すると、次に、これら両センサ６，１２の検出値の偏差Ｘｖを演算する（図２ステップＳ２参照）。すなわち、燃料電池ユニット１側の電圧センサ６の検出値Ｖoutからパワーコンディショナユニット２側の電圧センサ１２の検出値Ｖinを減算して偏差（の絶対値、以下同じ）Ｘｖを求める。つまり、本実施形態では、マイコン５が燃料電池ユニット１及びパワーコンディショナユニット２に備えられた電圧センサ６，１２の検出値の偏差を演算する偏差演算手段として機能する。

偏差Ｘｖを演算すると、次に、マイコン５は、演算された偏差Ｘｖを所定のしきい値と比較して、正常領域、中間領域及び異常領域のいずれに属するかを判定する。つまり、マイコン５は偏差Ｘｖが正常領域、中間領域、異常領域のいずれに属するかを判定する領域判定手段として機能する。

具体的には、まず、この偏差Ｘｖとあらかじめ設定された電圧センサの正常判定のしきい値Ｙｖとを比較して、偏差Ｘｖが正常判定しきい値Ｙｖ以下であるかを判断する（図２ステップＳ３参照）。上述したように、燃料電池ユニットからパワーコンディショナユニットへの電力供給は電源線Ｌを介して行われているので、電源線Ｌに断線等の異常がないと仮定すれば、両電圧センサ６，１２の検出値は略同一の値を示す。したがって、この状態で偏差Ｘｖが正常判定しきい値Ｙｖ未満であれば、マイコン５は偏差Ｘｖが正常領域にあり、電圧センサ６，１２は正常に出力電圧、入力電圧を検出している（検出値は正常）と判定し、通常どおりの発電制御を行う（図２ステップＳ４参照）。

これに対して、上記偏差Ｘｖが正常判定しきい値Ｙｖ以上に大きな値を示す場合には、電圧センサ６，１２自体のいずれかに異常があるか、もしくは電圧センサ６，１２からマイコン５，１１への検出信号入力回路に異常がある（換言すれば、電圧センサ６，１２は異常である）と判断できる。なお、この場合、マイコン５とマイコン１１の通信異常も考えられるが、通信異常については通信データのパリティチェックなどの他の方法で監視するので、この処理では通信異常とは判断しない。

このようにして、電圧センサ６，１２の検出値に異常があると判断されると、次に、マイコン５は、上記偏差Ｘｖとあらかじめ設定された電圧センサの異常判定のしきい値Ｚｖとを比較して、偏差Ｘｖが異常判定しきい値Ｚｖ以上であるかを判断する（図２ステップＳ５参照）。ここで、この異常判定しきい値Ｚｖは、電圧センサ６，１２（又はこれらの検出信号入力回路）が明らかに異常（発電システムの運転を継続することが困難であるとされる程度の異常）と判定できる値に設定される。すなわち、この異常判定しきい値Ｚｖを小さく設定すると、たとえばノイズなどの軽微な異常（発電システムの運転を継続できる程度の軽微な異常）でも電圧センサ６，１２等の異常と判定してしまうので、この異常判定しきい値Ｚｖは、このような軽微な異常は異常と判定しないように設定される。なお、この異常判定しきい値Ｚｖは、上記正常判定しきい値Ｙｖよりも大きく（Ｙｖ＜Ｚｖ）設定されるのは勿論である。

そして、この判断、すなわち、上記偏差Ｘｖが異常判定しきい値Ｚｖ以上であるかの判断が肯定的であれば、マイコン５は偏差Ｘｖが異常領域にあり、電圧センサ６，１２は故障していると判断し（図２ステップＳ６参照）、所定の安全動作（たとえば、燃料電池４の発電を停止させるなど）を実行する。

これに対して、上記偏差Ｘｖが異常判定しきい値Ｚｖ未満であれば（つまり、偏差Ｘｖが、「正常判定しきい値Ｙｖ＜偏差Ｘｖ＜異常判定しきい値Ｚｖ」となる中間領域にある場合には）、マイコン５は、電圧センサ６，１２の検出値のうちの安全側の検出値を示したセンサの以後の検出値を用いて発電システムの発電制御を継続する（図２ステップＳ７参照）。

具体的には、本実施形態では、偏差Ｘをみる対象となるセンサが電圧センサ６，１２であるので、安全側の検出値としては検出値が小さい電圧値を用いる。すなわち、中間領域にあると判断された時点において、マイコン５が電圧センサ６と電圧センサ１２のうちで小さい検出値を示した電圧センサを安全側のセンサとして特定し、以後の制御においては、この安全側のセンサで検出される検出値を用いて、マイコン５，１１が発電制御及びパワーコンディショナの制御を継続する。なお、その際、燃料電池ユニット１側のセンサが安全側のセンサとして特定されると、パワーコンディショナユニット２のマイコン１１は、燃料電池ユニット１のマイコン５から通信により当該センサの検出値を取得する。

このように、本実施形態の発電システムにおいて安全側のセンサとして、小さい電圧値を示したセンサを選択するのは、発電運転の継続を決定・開始した際に、安全側の電圧センサの検出値が、たとえば、スタック劣化の判定しきい値Ｂを下回っている場合には、マイコン５が、それに応じて燃料電池の発電出力を増加させて運転を継続できるようにするためである。ここで、もし反対に大きい電圧値を示したセンサを安全側として選択すると、スタック劣化の判定しきい値Ｂを下回っていることが見逃され、スタックの破損を招くおそれがある。つまり、本実施形態では、小さい電圧値を示したセンサを安全側として選択することで、スタックを破損することなく発電運転を継続させることができる。なお、このときに安全側として燃料電池ユニット１の電圧センサ６が特定されると、パワーコンディショナユニット２のマイコン１１は入力電圧が低下したと判断することになるが、その場合には、マイコン１１は、設定出力電力Ｄを下げでコンバータ９とインバータ１０のフィードフォーワード制御及びフィードバック制御を行う。つまり、負荷に供給する電力を低下させて発電運転が継続される。

このように、本実施形態に示す発電システムでは、電圧センサ６，１２の検出値の偏差Ｘｖが中間領域にある場合には、電圧センサ６，１２の検出値のうちの小さい方の値を示したセンサの以後の検出値を用いて発電制御が継続される。

なお、このような制御を採用すると、安全側として選択・特定されたセンサの検出値が本来の電圧値よりも低い場合には、本来の電圧値が高いにもかかわらず低い検出値に基づいて発電システムを制御することになってしまい、発電出力が大きくなる一方で負荷に供給する電力が少なくなり（発電電力＞負荷への供給電力となり）、発電能力に余剰分が生じるが、この点については、たとえば、本発電システム（具体的には、燃料電池ユニット１）で発生した熱エネルギー（排熱）を給湯システムにおける貯湯タンクに貯留する湯水の加熱用の熱源として利用するなど、他のシステム（具体的には、コージェネレーションシステム）に用いるように構成しておくことにより、エネルギーが無駄に消費されるのを防止することができる。

実施形態２
本発明の第２の実施形態を図１及び図３に基づいて説明する。なお、図１に示す発電システムにおいて従来の発電システムと構成が共通する部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。

本実施形態に示す発電システムは、燃料電池ユニット１の出力電流を検出する電流センサ７と、この電流センサ７の検出値を読み出すマイコン５と、パワーコンディショナユニット２の入力電流（燃料電池ユニット１から引っ張っている電流）を検出する電流センサ１３と、この電流センサ１３の検出値を読み出すマイコン１１と、上記マイコン５とマイコン１１の通信を利用して電流センサ７，１３の検出値の異常判定を行う。

具体的には、マイコン５又はマイコン１１のいずれか一方に電流センサの異常判定処理を行う制御を設ける（なお、以下の説明では、燃料電池ユニット１側のマイコン５にこの異常判定処理を設けたものとする）。図３は、この電流センサの異常判定処理手順を示すフローチャートである。

図３に示すように、この処理を開始すると、まず、マイコン５は電流センサ７，１３の検出値を取得する（図３ステップＳ１参照）。電流センサ７の検出値（Ｉout）はマイコン５が直接読み出す。一方、電流センサ１３の検出値（Ｉin）は、マイコン１１が読み出した値をマイコン１１との通信によってマイコン５が取得する。

そして、マイコン５は、両電流センサ７，１３の検出値を取得すると、次に、これら両センサ６，１２の検出値の偏差（絶対値）Ｘｉを演算する（図３ステップＳ２参照）。すなわち、燃料電池ユニット１側の電流センサ７の検出値Ｉoutからパワーコンディショナユニット２側の電流センサ１３の検出値Ｉinを減算して偏差（絶対値）Ｘｉを求める。つまり、本実施形態では、マイコン５が電流センサ７，１３の検出値の偏差を演算する偏差演算手段として機能する。

偏差Ｘｉを演算すると、次に、マイコン５は、演算された偏差Ｘｉを所定のしきい値と比較して、正常領域、中間領域及び異常領域のいずれに属するかを判定する。つまり、マイコン５は偏差Ｘｉが正常領域、中間領域、異常領域のいずれに属するかを判定する領域判定手段として機能する。

具体的には、まず、この偏差Ｘｉとあらかじめ設定された電流センサの正常判定のしきい値Ｙｉとを比較して、偏差Ｘｉが正常判定しきい値Ｙｉ以下であるかを判断する（図３ステップＳ３参照）。このとき、電源線Ｌに断線等の異常がないと仮定すれば、両電流センサ７，１３の検出値が略同一の値を示すのは実施形態１の場合と同様である。したがって、この状態で偏差Ｘｉが正常判定しきい値Ｙｉ未満であれば、マイコン５は偏差Ｘｉが正常領域にあり、電流センサ７，１３は正常に出力電流、入力電流を検出していると判定し、通常どおりの発電制御を行う（図３ステップＳ４参照）。

これに対して、上記偏差Ｘｉが正常判定しきい値Ｙｉ以上に大きな値を示す場合には、電流センサ７，１３のいずれかに異常があるか、もしくは電流センサ７，１３からマイコン５，１１への検出信号入力回路に異常がある（電流センサ７，１３に異常がある）と判断できる。なお、この処理では通信異常は考慮しないのは実施形態１と同様である。

このようにして、電流センサ７，１３に異常があると判断されると、次に、マイコン５は、上記偏差Ｘｉとあらかじめ設定された電流センサの異常判定のしきい値Ｚｉとを比較して、偏差Ｘｉが異常判定しきい値Ｚｉ以上であるかを判断する（図３ステップＳ５参照）。ここで、この異常判定しきい値Ｚｉは、電流センサ７，１３（又はこれらの検出信号入力回路）が明らかに異常（発電システムの運転を継続することが困難であるとされる程度の異常）と判定できる値に設定する点も実施形態１と同様である。つまり、この異常判定しきい値Ｚｉは、発電システムの運転を継続できる程度の軽微な異常は異常と判定しないように設定される。また、この異常判定しきい値Ｚｉは、上記正常判定しきい値Ｙｉよりも大きく（Ｙｉ＜Ｚｉ）設定される。

そして、この判断（図３ステップＳ５の判断）が肯定的であれば、マイコン５は偏差Ｘｉが異常領域にあり、電流センサ７，１３等が故障していると判断し（図３ステップＳ６参照）、所定の安全動作（たとえば、燃料電池４の発電を停止させるなど）を実行する。

これに対して、上記偏差Ｘｉが異常判定しきい値Ｚｉ未満であれば（つまり、偏差Ｘｉが、「正常判定しきい値Ｙｉ＜偏差Ｘｉ＜異常判定しきい値Ｚｉ」となる中間領域にある場合には）、マイコン５は、電流センサ７，１３の検出値のうちの安全側の検出値を示したセンサの以後の検出値を用いて発電システムの発電制御を継続する（図３ステップＳ７参照）。

具体的には、本実施形態では、偏差Ｘをみる対象となるセンサが電流センサ７，１３であるので、安全側の検出値としては検出値が大きい電流値を用いる。すなわち、中間領域にあると判断された時点において、マイコン５が電流センサ７と電流センサ１３のうちで大きい値を示した電流センサを安全側のセンサと特定し、以後の制御においては、この安全側のセンサで検出される検出値を用いて、マイコン５，１１が発電制御及びパワーコンディショナの制御を継続する。なお、その際、燃料電池ユニット１側のセンサが安全側のセンサとして特定されると、パワーコンディショナユニット２のマイコン１１は、燃料電池ユニット１のマイコン５から通信により当該センサの検出値を取得する。

したがって、本実施形態の発電システムによれば、この安全側として選択された電流センサ検出値（電流値）が、たとえば、許容電流値Ｃを上回った場合には、出力遮断リレー８がオフになる。また、燃料電池ユニット１の電流センサ７が安全側のセンサである場合には、マイコン１１は入力電流が増加したと判断することになるが、その際、マイコン１１が燃料電池ユニット１から電流を引っ張りすぎていると判断すると設定出力電力Ｄを下げてコンバータ９とインバータ１０のフィードフォーワード制御及びフィードバック制御を行う。つまり、この場合も負荷に供給する電力を低下させて運転が継続される。

なお、本実施形態に示す発電システムにおいても、安全側として選択・特定されたセンサの検出値（電流値）が本来の電流値よりも大きい場合には、負荷に供給する電力が少なくなり、発電電力＞負荷への供給電力の状態となるが、この点については、実施形態１と同様に、本発電システム（具体的には、燃料電池ユニット１）で発生した熱エネルギー（排熱）を給湯システムにおける貯湯タンクに貯留する湯水の加熱用の熱源として利用するなど、他のシステム（具体的には、コージェネレーションシステム）に利用するようにしておくことで、エネルギーの無駄な消費を防止できる。

実施形態３
次に、本発明の第３の実施形態を図１及び図４に基づいて説明する。なお、図１に示す発電システムにおいて従来の発電システムと構成が共通する部分には同一の参照符号を付して説明を省略する。

本実施形態に示す発電システムは、上記実施形態１及び実施形態２の改変例を示している。具体的には、本実施形態では、電圧センサ６，１２と電流センサ７，１３の異常判定にあたり、燃料電池ユニット１の出力電力（電圧センサ６の検出値Ｖoutと電流センサ７の検出値Ｉoutを乗じて得た出力電力Ｐout）と、パワーコンディショナユニット２の入力電力（電圧センサ１２の検出値Ｖinと電流センサ１３の検出値Ｉinを乗じて得た入力電力Ｐin）とを比較して、電圧センサ６，１２及び電流センサ７，１３の検出値の異常判定を行う。

具体的には、マイコン５又はマイコン１１のいずれか一方にこれら電圧センサ６，１２及び電流センサ７，１３の異常判定処理を行う制御を設ける（なお、以下の説明では、燃料電池ユニット１側のマイコン５にこの異常判定処理を設けたものとする）。図４は、この電流センサの異常判定処理手順を示すフローチャートである。

図４に示すように、この処理を開始すると、まず、マイコン５は電圧センサ６，１２と電流センサ７，１３の検出値を取得して、出力電力Ｐoutと入力電力Ｐinとを演算する（図４ステップＳ１参照）。ここで、電圧センサ６及び電流センサ７の検出値はマイコン５が直接読み出す。一方、電圧センサ１２及び電流センサ１３の検出値は、マイコン１１が読み出した値をマイコン１１との通信によってマイコン５が取得する。

そして、マイコン５は、両電力値を演算すると、次に、これら両電力値の偏差Ｘｐを演算する（図４ステップＳ２参照）。すなわち、燃料電池ユニット１側の出力電力Ｐoutからパワーコンディショナユニット２側の入力電力Ｐinを減算して偏差（絶対値）Ｘｐを求める。つまり、マイコン５が電力偏差Ｘｐの偏差演算手段として機能する。

そして、偏差Ｘｐを演算すると、次に、マイコン５は、演算された偏差Ｘｐを所定のしきい値と比較して、正常領域、中間領域及び異常領域のいずれに属するかを判定する。つまり、マイコン５が領域判定手段として機能する。

具体的には、まず、この偏差Ｘｐとあらかじめ設定された電流センサの正常判定のしきい値Ｙｐとを比較して、偏差Ｘｐが正常判定しきい値Ｙｉ以下であるかを判断する（図４ステップＳ３参照）。このときも、電源線Ｌに断線等の異常がなければ、両電力値は略同一の値を示す。したがって、この状態で偏差Ｘｐが正常判定しきい値Ｙｐ未満であれば、マイコン５は偏差Ｘｐが正常領域にあり、電圧・電流の各センサ５，６，１２，１３は正常であると判定し、通常どおりの発電制御を行う（図４ステップＳ４参照）。

これに対して、上記偏差Ｘｐが正常判定しきい値Ｙｐ以上に大きな値を示す場合には、電圧センサ６，１２又は電流センサ７，１３のいずれかに異常があるか、もしくはこれらの検出信号入力回路に異常があると判断できる。なお、この処理でも通信異常は考慮しないのは実施形態１と同様である。

このようにして、電圧・電流の各センサ等に異常があると判断すると、次に、マイコン５は、上記偏差Ｘｐとあらかじめ設定された電力値の異常判定のしきい値Ｚｐとを比較して、偏差Ｘｐが異常判定しきい値Ｚｐ以上であるかを判断する（図４ステップＳ５参照）。ここで、この異常判定しきい値Ｚｐは、電圧・電流の各センサ（又はこれらの検出信号入力回路）が明らかに異常（発電システムの運転を継続することが困難であるとされる程度の異常）と判定できる値に設定する。つまり、この異常判定しきい値Ｚｐは、発電システムの運転を継続できる程度の軽微な異常は異常と判定しないように設定される。なお、この異常判定しきい値Ｚｐは、上記正常判定しきい値Ｙｐよりも大きく（Ｙｐ＜Ｚｐ）設定される。

そして、この判断（図４ステップＳ５の判断）が肯定的であれば、マイコン５は偏差Ｘｐが異常領域にあり、電圧・電流の各センサのいずれかが故障していると判断し（図４ステップＳ６参照）、所定の安全動作（たとえば、燃料電池４の発電を停止させるなど）を実行する。

これに対して、上記偏差Ｘｐが異常判定しきい値Ｚｐ未満であれば（つまり、偏差Ｘｐが、「正常判定しきい値Ｙｐ＜偏差Ｘｐ＜異常判定しきい値Ｚｐ」となる中間領域にある場合には）、マイコン５は、電圧センサ６，１２又は電流センサ７，１３の一方、あるいは双方について、安全側の検出値を用いて発電システムの発電制御を継続する（図４ステップＳ７参照）。

この場合、安全側のセンサの選択は、電圧センサ６，１２又は電流センサ７，１３の各検出値の一方についてのみ行ってもよいが、電圧センサ６，１２及び電流センサ７，１３の両方ともに安全値を示したセンサを選択して発電システムの発電制御を継続するように構成することもできる。なお、その場合、電圧センサ６，１２については小さい電圧値を示したセンサを安全側として用い、電流センサ７，１３については大きい電流値を示したセンサを安全側として用いる。なお、その際、燃料電池ユニット１側のセンサが安全側のセンサとして特定されると、パワーコンディショナユニット２のマイコン１１は、燃料電池ユニット１のマイコン５から通信により当該センサの検出値を取得するのは上記実施形態１，２と同様である。

したがって、本実施形態の発電システムによれば、上述した実施形態１及び実施形態２に示した電圧センサ６，１２に基づく発電制御と、電流センサ７，１３に基づく発電制御とが重畳的実行され、燃料電池４のスタック故障を招くことなく発電運転が継続され、燃料電池発電を効率よく利用することができる発電システムを提供できる。

なお、上述した実施形態は本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれらに限定されることなく発明の範囲内で種々の設計変更が可能である。

たとえば、上述した実施形態では、電圧センサ６，１２と電流センサ７，１３とが重複して設けられた発電システムに本発明を適用した場合を示したが、本発明はこれら電圧・電流センサに代えて、あるいはこれらと併せて電力センサを備えた発電システムにも適用することができる。すなわち、本発明は、燃料電池ユニット１側とパワーコンディショナユニット２側とで略同一の値を示す検出値を比較してその偏差からセンサの検出値の異常を判定するものであるから、たとえば、電力センサ同士の検出値を比較したり、あるいは、電圧・電流センサの検出値から得た電力値と電力センサの検出値とを比較するように構成することもできる。

また、上述した実施形態では、センサの異常判定にあたり、燃料電池ユニット１とパワーコンディショナユニット２に備えられたセンサの検出値の偏差Ｘを所定のしきい値と比較して、正常領域、中間領域及び異常領域の３つの領域に分ける場合を示したが、たとえば、両ユニット１，２に備えられたセンサの検出値の偏差を一つの正常判定しきい値と比較し、当該センサが正常（正常領域内）にあるか、あるいは、正常領域になく異常が疑われるものであるか（正常領域を越える異常疑義領域内）を判定し、異常疑義領域にある場合には、偏差Ｘを求めたセンサの検出値のうちの安全側の検出値を示したセンサの検出値を用いて以後の発電制御を継続するように構成することも可能である。

また、上述した実施形態では、偏差Ｘとしきい値との比較の結果が中間領域にある場合には安全側の検出値を示したセンサ（安全側のセンサ）の以後の検出値を用いて発電制御を継続する場合について示したが、安全側のセンサの検出値そのものを用いずに、安全側のセンサで検出される検出値を補正した値（たとえば、検出値に補正係数αを乗じて得た値など実質的に安全側のセンサの検出値）を用いて発電制御を継続するように構成することも可能である。

また、上述した実施形態では、センサ検出値の偏差Ｘが中間領域にあり発電を継続する場合、マイコン５が安全側の検出値を示したセンサを特定し、以後の制御においては、この安全側のセンサで検出される検出値を用いて、発電制御及びパワーコンディショナの制御を継続する場合を示したが、その際、たとえば、センサ検出値の偏差Ｘの算出処理を随時行うように構成し、そこで安全側の検出値を示すセンサがそれまでに安全側の検出値を示していたセンサとは異なる側のものに入れ替わった場合には、それ以後の制御は、この入れ替わった後のセンサを安全側のセンサとして採用し、その検出値を用いて以後の発電を継続するように構成することもできる。

なお、本発明は燃料電池ユニット１とパワーコンディショナユニット２とからなる発電システムであれば、燃料電池４の種別（たとえば、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）や固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）など）を問わず適用可能である。

１ 燃料電池ユニット
２ パワーコンディショナユニット
３ 系統電源
４ 燃料電池
５ マイコン（燃料電池ユニット側）
６ 電圧センサ（燃料電池ユニット側）
７ 電流センサ（燃料電池ユニット側）
９ コンバータ
１０ インバータ
１１ マイコン（パワーコンディショナ側）
１２ 電圧センサ（パワーコンディショナ側）
１３ 電流センサ（パワーコンディショナ側）
１４ 通信線
１５ 系統連系スイッチ
Ｘ 偏差
Ｙ 正常判定しきい値
Ｚ 異常判定しきい値

Claims (5)

1. 燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットとを有する発電システムであって、燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットの双方に、電圧センサ、電流センサ及び電力センサのうちの少なくともいずれか一つのセンサを備えるものにおいて、
   前記双方のユニットに備えられたセンサの検出値の偏差を演算する偏差演算手段と、
   前記偏差演算手段で演算された検出値の偏差を所定のしきい値と比較して、正常領域または正常領域を越える異常疑義領域のいずれにあるかを判定する領域判定手段と、
   前記領域判定手段の判定結果が異常疑義領域である場合には、前記偏差を演算した検出値のうちの安全側の検出値を示したセンサの以後の検出値を用いて発電制御を継続する制御構成を備えたことを特徴とする発電システム。
2. 燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットとを有する発電システムであって、燃料電池ユニットとパワーコンディショナユニットの双方に、電圧センサ、電流センサ及び電力センサのうちの少なくともいずれか一つのセンサを備えるものにおいて、
   前記双方のユニットに備えられたセンサの検出値の偏差を演算する偏差演算手段と、
   前記偏差演算手段で演算された検出値の偏差を所定のしきい値と比較して、正常領域、中間領域及び異常領域のいずれに属するかを判定する領域判定手段と、
   前記領域判定手段の判定結果が中間領域である場合には、前記偏差を演算した検出値のうちの安全側の検出値を示したセンサの以後の検出値を用いて発電制御を継続する制御構成を備えたことを特徴とする発電システム。
3. 前記偏差演算手段が前記双方のユニットに備えられたセンサの検出電圧の偏差を演算する場合には、前記安全側の検出値として、検出値が小さい電圧値を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の発電システム。
4. 前記偏差演算手段が前記双方のユニットに備えられたセンサの検出電流の偏差を演算する場合には、前記安全側の検出値として、検出値が大きい電流値を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の発電システム。
5. 前記偏差演算手段が、前記双方のユニットに備えられたセンサの検出電力の偏差を演算する場合には、前記安全側の検出値として、検出値が小さい電圧値又は検出値が大きい電流値の一方、あるいは、これらの両方の検出値を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の発電システム。

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