JP2015043642A - パワーコンディショナ - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池の劣化を招くことなく、電流変動抑制用の電気負荷の駆動回路の異常判定が行えるパワーコンディショナを提供する。【解決手段】燃料電池２の発電電力を電力系統３に連系させるパワーコンディショナ１であって、ＤＣリンク部１４に、補機用電源部１５と、電気ヒータ３１と電気ヒータ３１に直列に接続されるＦＥＴ３２，３３からなる電気ヒータの駆動回路３４とが接続されたものにおいて、制御部１３は、コンバータ回路部１０およびインバータ回路部１１の動作が停止した状態で、出力電流センサ２３を介して電力系統３からの電力をＤＣリンク部１４に供給しつつＦＥＴ３２，３３を所定のパターンでオン／オフさせて、このときの出力電流センサ２３の検出値に基づいて電気ヒータの駆動回路３４の異常判定を行う。【選択図】図１

Description

この発明はパワーコンディショナに関し、より詳細には、発電部として燃料電池を備えた発電システムに使用されるパワーコンディショナに関する。

近年、家庭向けのコージェネレーション装置の発電システムとして、燃料電池式の発電システムが普及しつつある。このような燃料電池式の発電システムにおいては、燃料電池で発電された直流電力を商用電源などの電力系統に連系させるパワーコンディショナ（系統連系インバータ装置）が備えられている。

ところで、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）などの燃料電池においては、発電電流の上昇変動が許容値よりも大きいとスタックが劣化することから、この種の燃料電池に用いるパワーコンディショナには、その入力電流（つまり、燃料電池の出力電流）の上昇変動を一定値内に収めるために、パワーコンディショナに燃料電池の出力電流の変動を抑制する電気負荷（たとえば、電気ヒータなど）を備えたものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００３−２２９１５４号公報

しかしながら、このような従来のパワーコンディショナには以下のような問題があり、その改善が望まれていた。

すなわち、従来のパワーコンディショナには、上述した電流変動抑制用の電気負荷を駆動する駆動回路の異常を診断する適当な方法がなかったため、電気負荷の駆動回路が故障しても故障に気付かないまま放置され、その結果、電気負荷で不要な電力が消費され続けたり、あるいは、燃料電池の発電電流を許容値内に抑制できずにスタックの劣化を招くといった事態が起こり得るという問題があった。

そのため、電気負荷の駆動回路の異常判定（動作確認）を行わせることが考えられるが、動作確認のために電気負荷を動作させることによって、燃料電池の発電電流の許容値を超えてしまい、却ってスタックの劣化を招くおそれもあった。

本発明は、このような従来の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、燃料電池の劣化を招くことなく、電流変動抑制用の電気負荷の駆動回路の異常判定が行えるパワーコンディショナ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に記載のパワーコンディショナは、燃料電池の発電電力を電力系統に連系させるためのパワーコンディショナであって、コンバータ回路部とインバータ回路部の間のＤＣリンク部に、上記燃料電池の電流変動抑制用の電気負荷およびこの電気負荷に直列に接続される２つのスイッチ素子からなる電気負荷の駆動回路が接続されているものにおいて、上記パワーコンディショナの制御部は、上記コンバータ回路部および上記インバータ回路部の動作が停止した状態で、電流センサを介して上記電力系統からの電力を上記ＤＣリンク部に供給しながら上記２つのスイッチ素子を所定のパターンでオン／オフさせて、このときの上記電流センサの検出値に基づいて上記電気負荷の駆動回路の異常判定を行う第１判定手順を有することを特徴とする。

すなわち、この請求項１に係るパワーコンディショナでは、燃料電池の電流変動抑制用に備えられた電気負荷の駆動回路の異常判定が、パワーコンディショナのコンバータ回路部とインバータ回路部の動作が停止した状態で（換言すれば、パワーコンディショナの出力停止時に）、電力系統側から供給される電力を用いて行われるので、燃料電池を発電させることなく（発電停止状態を維持したままで）駆動回路の異常判定が行われる。そのため、この請求項１に係るパワーコンディショナでは、燃料電池のスタックの劣化を招くことなく、電流変動抑制用の電気負荷の駆動回路の異常判定を行うことができる。

また、本発明の請求項２に記載のパワーコンディショナは、請求項１に記載のパワーコンディショナにおいて、上記電流センサとして、上記パワーコンディショナの出力電流検出用の電流センサを用いることを特徴とする。

この請求項２に係るパワーコンディショナでは、燃料電池の電流変動抑制用に備えられた電気負荷の駆動回路の異常判定にあたり、当該異常判定に利用する電流値の検出をパワーコンディショナの出力電流検出用の電流センサ、すなわち、既設の電流センサで行うことから、異常判定にあたって新たな電流センサを増設する必要がなく、低コストで電気負荷の駆動回路の異常判定を行うことができる。

また、本発明の請求項３に記載のパワーコンディショナは、請求項１または２に記載のパワーコンディショナにおいて、上記パワーコンディショナの制御部は、上記コンバータ回路部および上記インバータ回路部の動作中において、逆潮流が発生したときに、上記２つのスイッチ素子を所定のパターンでオン／オフさせて、このときの上記パワーコンディショナの入力電力、上記パワーコンディショナの出力電力および上記燃料電池の補機の消費電力とに基づいて上記電気負荷の駆動回路の異常判定を行う第２判定手順を有することを特徴とする。

すなわち、この請求項３に係るパワーコンディショナでは、燃料電池の電流変動抑制用に備えられた電気負荷の駆動回路の異常判定が、パワーコンディショナのコンバータ回路部およびインバータ回路部の動作中（換言すれば、燃料電池の発電中）に逆潮流が発生したタイミングで、逆潮流となった余剰な電力を用いて行われるので、燃料電池の発電電力を用いて駆動回路の異常判定を行うことに伴って起きる発電電流が許容値を超えるおそれが軽減される。

また、本発明の請求項４に記載のパワーコンディショナは、請求項３に記載のパワーコンディショナにおいて、上記パワーコンディショナの制御部は、上記第２判定手順を実行するときに、上記コンバータ回路部の出力電圧を低下させる制御を行うことを特徴とする。

すなわち、この請求項４に係るパワーコンディショナでは、燃料電池の発電電力を用いて電気負荷の駆動回路の異常判定を行うにあたり、コンバータ回路部の出力電圧を下げる制御が行われるので、異常判定に伴う電気負荷の消費電力が低下する。そのため、異常判定によって発電電流が許容値を超えるおそれを少なくすることができる。

また、本発明の請求項５に記載のパワーコンディショナは、請求項１から４のいずれかに記載のパワーコンディショナにおいて、上記パワーコンディショナの制御部は、上記第１判定手順または上記第２判定手順を実行するときにおいて、上記２つのスイッチ素子をオン／オフさせる信号がＰＷＭ信号であることを特徴とする。

すなわち、この請求項５に係るパワーコンディショナでは、２つのスイッチ素子をオン／オフさせる信号がＰＷＭ信号とされるので、異常判定に伴う電気負荷の消費電力を制御部がコントロールでき、消費電力を少なくすることができる。そのため、異常判定によって発電電流が許容値を超えるおそれを少なくすることができる。

本発明に係るパワーコンディショナによれば、パワーコンディショナの制御部が、燃料電池の電流変動抑制用に備えられた電気負荷を駆動する駆動回路の異常判定を行うので、電気負荷の駆動回路の異常（故障）を早期に発見することができる。

しかも、電気負荷の駆動回路の異常判定（第１判定手順および第２判定手順）は、燃料電池の発電電流が許容値を超えないようその手順が設定されているので、スタックの劣化を招くことなく電気負荷の駆動回路の異常判定を行うことができる。

本発明に係るパワーコンディショナの概略構成を示すブロック回路図である。 同パワーコンディショナにおける燃料電池の発電電力とパワーコンディショナの出力電力等との関係を模式的に示した説明図であり、図２（ａ）は逆潮流がないときの状態を、図２（ｂ）は逆潮流発生時の状態を、図２（ｃ）は逆潮流状態で電気負荷（電気ヒータ）を動作させたときの状態をそれぞれ示している。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係るパワーコンディショナの概略構成を示している。この図１に示すパワーコンディショナ１は、燃料電池（具体的には、固体酸化物型燃料電池：ＳＯＦＣ）２で発電された直流電力を商用電源などの電力系統３に連系させるための系統連系インバータ装置であって、周知のとおり、燃料電池２で発電された直流電力の電圧を所定の電圧まで昇圧するコンバータ回路部１０と、コンバータ回路部１０で昇圧された直流電力を電力系統３に連系可能な交流電力（たとえば、単相交流１００／２００Ｖ）に変換するインバータ回路部１１と、インバータ回路部１１から出力される交流電力を電力系統３に連系させるための系統連系リレー１２と、これらコンバータ回路部１０、インバータ回路部１１および系統連系リレー１２の動作を制御する制御部１３とを主要部として構成されている。

コンバータ回路部１０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路で構成されている。本実施形態では、このコンバータ回路部１０には絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータ回路が用いられている。そして、コンバータ回路部１０の入力側には、パワーコンディショナ１への入力電流（つまり、燃料電池２の出力電流）を検出するための入力電流センサ２１と、パワーコンディショナ１への入力電圧（つまり、燃料電池２の出力電圧）を検出するための入力電圧センサ２２とが備えられている。

インバータ回路部１１は、ＤＣリンク部（ＤＣリンクコンデンサ）１４を介してコンバータ回路部１０と接続されたＤＣ／ＡＣインバータ回路で構成される。本実施形態では、このインバータ回路部１１にはスイッチング素子にＦＥＴを用いた単相フルブリッジインバータ回路が用いられている。そして、インバータ回路部１１の出力側には、パワーコンディショナ１からの出力電流を検出するための出力電流センサ（電流センサ）２３と、パワーコンディショナ１からの出力電圧を検出するための出力電圧センサ２４とが備えられている。

なお、ここで、上記入力電流センサ２１、入力電圧センサ２２、出力電流センサ２３および出力電圧センサ２４は、いずれも従来からパワーコンディショナ１に備えられているセンサであって、これら各センサはいずれも信号線２５を介して制御部１３に接続され、制御部１３において、これら各センサの検出値を取得できるようになっている。

系統連系リレー１２は、制御部１３によって制御されるスイッチ回路で構成される。本実施形態では、この系統連系リレー１２には、電力系統３の接続先を、インバータ回路部１１側に設定する接点ａと、接続先を補機給電回路１６側に設定する接点ｂとを備えた２接点切換型のスイッチ回路が用いられている。そして、制御部１３は、パワーコンディショナ１を電力系統３に連系させるときには電力系統３を接点ａ側に接続させる一方、パワーコンディショナ１を電力系統３から解列させるときには電力系統３を接点ｂ側に接続させるように構成されている。

ここで、補機給電回路１６について説明する。補機給電回路１６は、燃料電池２を起動するときに、燃料電池２の起動に必要な周辺機器で構成される補機４に給電を行うための回路であって、この補機給電回路１６には、電力系統３から供給される交流電力を直流電力に変換する整流回路部（図示例では、ダイオードブリッジ回路）１７が備えられており、この整流回路部１７の出力側がＤＣリンク部１４に接続され、整流回路部１７で整流された直流電力がＤＣリンク部１４に供給されるように構成されている。

そして、補機４は、補機電源部１５を介してＤＣリンク部１４に接続されており、燃料電池２の起動時（つまり、燃料電池２が発電していないとき）には、電力系統３から補機給電回路１６、ＤＣリンク部１４を介して補機電源部１５に供給される電力に基づいて動作するようになっている。これに対して、燃料電池２の起動後（つまり、燃料電池２の発電中）は、系統連系リレー１２は接点ａ側に接続されるので、補機４は、コンバータ回路部１０から出力され、ＤＣリンク部１４を介して補機電源部１５に供給される電力に基づいて動作する。なお、補機電源部１５には、ＤＣリンク部１４から供給される電力から補機４の動作に必要な電圧の電力を生成するＤＣ／ＤＣコンバータ回路が備えられている。

また、ＤＣリンク部１４に関連して、本実施形態に示すパワーコンディショナ１では、ＤＣリンク部１４に、燃料電池２の電流変動抑制用の電気負荷を構成する電気ヒータ３１と、この電気ヒータ３１に直列に接続される２つのＦＥＴ（スイッチ素子）３２，３３からなる電気ヒータ３１の駆動回路３４が接続されている。

ここで、この電気ヒータ３１の駆動回路３４を構成する２つのＦＥＴ３２，３３は、いずれも制御部１３からの制御信号（ＯＮ／ＯＦ信号）に基づいてオンまたはオフするように構成されており、制御部１３は、電気ヒータ３１を動作させるときには、ＦＥＴ３２，３３の双方にオンを指示する制御信号を出力して電気ヒータ３１を動作させ、電気ヒータ３１を停止させる場合には、ＦＥＴ３２，３３の双方にオフを指示する制御信号を出力して電気ヒータ３１を停止させるようになっている。なお、ここで、電気ヒータ３１の動作／停止の制御にあたり２つのＦＥＴ３２，３３を用いるのは、後述する駆動回路３４の異常判定処理によってＦＥＴ３２，３３の１素子故障の検出ができるようにするためである。

制御部１３は、パワーコンディショナ１の各部を制御する制御装置であって、制御中枢としてマイコン（図示せず）を備えており、上述したコンバータ回路部１０、インバータ回路部１１および系統連系リレー１２の動作制御に加えて、本実施形態では、電気ヒータ３１の駆動回路３４の異常判定処理を行うように構成されている。なお、この制御部１３は、補機電源部１５と同様に、ＤＣリンク部１４と接続された制御部用電源部（図示せず）と接続されており、この制御部用電源部を介して燃料電池２側または電力系統３側から電力供給を受けるように構成されている。

次に、制御部１３による電気ヒータ３１の駆動回路３４の異常判定処理について説明する。

本実施形態に示すパワーコンディショナ１は、電気ヒータ３１の駆動回路３４の異常判定の手順として、以下に示す２通りの判定手順を有しており、制御部１３は、そのうちの一方または双方を用いて電気ヒータ３１の駆動回路３４の異常判定を行うように構成されている。

Ａ：燃料電池２が発電停止中の異常判定処理手順（第１判定手順）
燃料電池２の発電が停止すると、制御部１３は、コンバータ回路部１０およびインバータ回路部１１の双方の動作を停止させて、パワーコンディショナ１の出力を停止させる。そして、コンバータ回路部１０およびインバータ回路部１１の動作停止により、系統連系リレー１２はｂ接点側に接続される。

燃料電池２の発電停止中の異常判定処理は、この状態、つまり、コンバータ回路部１０およびインバータ回路部１１の双方の動作が停止した状態で開始される。なお、この異常判定処理を実施するタイミングは、燃料電池２が発電停止中であれば何時でもよい。

そして、この異常判定処理を開始した制御部１３は、次に、系統連系リレー１２を接点ｂ側から接点ａ側、つまり、補機給電回路１６側からインバータ回路部１１側に切り換える。

これにより、電力系統３側から供給される電力がＤＣリンク部１４に供給される。すなわち、本実施形態のパワーコンディショナ１は、インバータ回路部１１に、スイッチング素子としてＦＥＴを用いた単相フルブリッジインバータ回路が用いられているので、電力系統３から供給される交流電力はＦＥＴの帰還ダイオード（図示せず）で整流され、ＤＣリンク部１４に供給される。あるいは、インバータ回路部１１のＦＥＴを動作させて昇圧動作を行ってＤＣリンク部１４に供給される。

そして、制御部１３は、このときに出力電流センサ２３の検出値を基準値Ｉ_a として記憶する。ちなみに、このときに出力電流センサ２３で検出される電流値（基準値Ｉ_a ）は、電気ヒータ３１の駆動回路３４が正常であれば電気ヒータ３１は停止していることから、補機４および制御部１３に流れる電流値となるが、制御部１３に流れる電流は補機４に流れる電流と比較すると小さいため、ここでは便宜的に、出力電流センサ２３で検出される電流値は、補機４に流れる電流値とみなすこととする。なお、パワーコンディショナ１の停止中における補機４の消費電力はほぼ一定である。したがって、ここで検出される電流値（基準値Ｉ_a ）もほぼ一定の値となる。

このようにして、制御部１３が基準値Ｉ_aを記憶すると、次に制御部１３は、所定のパターンでＦＥＴ３２，３３をオン／オフさせて、その時の出力電流センサ２３の検出値を比較値Ｉ_b として取得し、これを基準値Ｉ_aと比較することによって、駆動回路３４の異常判定を行う。

本実施形態では、制御部１３は、上記所定のパターンとして３パターンを用い、各パターンごとに電気ヒータ３１が正常に動作しているか、あるいは正常に停止しているかを判定する。具体的には、（ａ）ＦＥＴ３２をオン、ＦＥＴ３３をオフに制御する第１パターンで電気ヒータ３１が停止しているか、（ｂ）ＦＥＴ３２をオフ、ＦＥＴ３３をオンに制御する第２パターンで電気ヒータ３１が停止しているか、（ｃ）ＦＥＴ３２およびＦＥＴ３３の双方をオンに制御する第３パターンで電気ヒータ３１が動作しているか、をそれぞれ判定する。

ここで、電気ヒータ３１が動作しているか、停止しているかの判定は、以下の数式（１）および（２）に基づいて行い、数式（１）が成立すれば、電気ヒータ３１は停止していると判定し、数式（２）が成立すれば電気ヒータ３１は動作していると判定する。
基準値Ｉ_a＋α≧比較値Ｉ_b・・・数式（１）
基準値Ｉ_a＋α＜比較値Ｉ_b・・・数式（２）
なお、数式（１）、（２）におけるαは補機４の電流値の変動を考慮して適宜設定されるが、本実施形態では、α＝１０％とされる。

そして、この判定の結果、上記（ａ）から（ｃ）の各パターンのいずれかにおいて、制御の内容と異なる結果がでたとき（具体的には、上記第１パターンまたは第２パターンで電気ヒータ３１が動作していると判定されたり、上記第３パターンで電気ヒータ３１が停止していると判定されたとき）は、制御部１３は、駆動回路３４は異常であると判定する。その際、本実施形態では、この判定を第１乃至第３の３パターンで行っているので、制御部１３は、ＦＥＴ３２，３３のいずれが異常であるかの特定を行う。

このようにして、制御部１３が駆動回路３４に異常があると判定したときは、制御部１３は、パワーコンディショナ１に備えられる図示しない表示部や音声出力部などを通じて、駆動回路３４に異常がある旨や異常が発見されたＦＥＴ３２，３３を特定する情報を外部に報知する。

このように、燃料電池２が発電停止中のときは、コンバータ回路部１０およびインバータ回路部１１の動作が停止した状態で、制御部１３が、出力電流センサ２３を介して電力系統３からの電力をＤＣリンク部１４に供給しつつ、ＦＥＴ３２，３３を所定のパターンでオン／オフさせ、このときの出力電流センサ２３の検出値に基づいて電気ヒータ３１の駆動回路３４の異常判定を行うことで、燃料電池２を発電させることなく電気ヒータ３１の駆動回路３４の異常判定ができるので、電気ヒータ３１の駆動回路３４の異常判定によって燃料電池２のスタックが劣化することが回避される。

なお、本実施形態では、上記数式（１）、（２）で使用する基準値Ｉ_aとして、出力電流センサ２３の検出値を用いる場合を示したが、この基準値Ｉ_aには、たとえば、補機４の構成や機種などに応じてあらかじめ設定される既定値を用いることも可能である。

Ｂ：燃料電池２が発電中の異常判定処理手順（第２判定手順）
燃料電池２が発電中の異常判定処理は、燃料電池２が発電中、すなわち、コンバータ回路部１０およびインバータ回路部１１の動作中において、逆潮流が発生したときに、以下の手順で行われる。なお、この燃料電池２が発電中の異常判定処理は、随時行うことができるほか、たとえば、一定時間の経過や発電回数が一定回数に達するなどの条件を付して定期的に行われるようにすることができる。

すなわち、燃料電池２が発電中である場合、逆潮流のない通常状態では、図２（ａ）に示すように、燃料電池２の発電電力（ＦＣ発電量）は、パワーコンディショナ１の出力電力（正確には、出力電力×１／変換効率）と補機４で消費される補機電力（正確には、補機電力×１／変換効率）とを合計したものと釣り合っているが、逆潮流が発生すると、制御部１３は、インバータ回路部１１の出力を低下させる制御を行って逆潮流状態から通常状態に復帰させようとする。それにより、図２（ｂ）に示すように、燃料電池２の発電電力が、パワーコンディショナ１の出力電力と補機電力との合計よりも大きくなって、発電電力に余剰な電力が発生するため、通常状態に復帰するまでの間は、図２（ｃ）に示すように、電気ヒータ３１で電力を消費しても（ヒータ電力があっても）、燃料電池２の発電電力を超えるおそれが少ない。つまり、逆潮流状態にあるときは、燃料電池２の発電電力を使って電気ヒータ３１を動作させて駆動回路３４の異常判定を行っても、燃料電池２のスタックを劣化させるおそれが少ない。

そのため、燃料電池２の発電中に行う駆動回路３４の異常判定は、この逆潮流状態で行う。具体的には、制御部１３が逆潮流の発生を検出すると、制御部１３は、上述した燃料電池２が発電停止中の異常判定処理手順と同様に、所定のパターンでＦＥＴ３２，３３をオン／オフさせて、各パターンごとに電気ヒータ３１が正常に動作しているか、あるいは正常に停止しているかを判定する。具体的には、（ａ）ＦＥＴ３２をオン、ＦＥＴ３３をオフに制御する第１パターンで電気ヒータ３１が停止しているか、（ｂ）ＦＥＴ３２をオフ、ＦＥＴ３３をオンに制御する第２パターンで電気ヒータ３１が停止しているか、（ｃ）ＦＥＴ３２およびＦＥＴ３３の双方をオンに制御する第３パターンで電気ヒータ３１が動作しているか、をそれぞれ判定する。

そして、この場合における電気ヒータ３１が動作しているか、停止しているかの判定は、以下のようにして行う。

すなわち、燃料電池２が発電中のパワーコンディショナ１では、「入力電力＝出力電力×変換効率＋補機電力×変換効率＋ヒータ電力」の関係が成立するので、以下の数式（３）が成立する場合は電気ヒータ３１は停止していると判定し、数式（４）が成立する場合は電気ヒータ３１は動作していると判定する。
入力電力＝出力電力×１／変換効率＋補機電力×１／変換効率・・・数式（３）
入力電力＞出力電力×１／変換効率＋補機電力×１／変換効率・・・数式（４）
なお、この数式（３）、（４）における入力電力は、制御部１３が、入力電流センサ２１の検出値（入力電流値）×入力電圧センサ２２の検出値（入力電圧値）で求め、出力電力は、出力電流センサ２３の検出値（出力電流値）×出力電圧センサ２４の検出値（出力電圧値）で求める。

そして、この判定の結果、上記（ａ）から（ｃ）の各パターンのいずれかにおいて、制御の内容と異なる結果がでたとき（具体的には、上記第１パターンまたは第２パターンで電気ヒータ３１が動作していると判定されたり、上記第３パターンで電気ヒータ３１が停止していると判定されたとき）は、制御部１３は、電気ヒータ３１の駆動回路３４は異常であると判定する。その際、本実施形態では、この判定を第１乃至第３の３パターンで行っているので、制御部１３は、ＦＥＴ３２，３３のいずれが異常であるかの特定も行う。

そして、電気ヒータ３１の駆動回路３４に異常があると判定したときは、上述した燃料電池２が発電停止中における異常判定処理手順と同様に、制御部１３は、パワーコンディショナ１に備えられる図示しない表示部や音声出力部などを通じて、駆動回路３４に異常がある旨や異常が発見されたＦＥＴ３２，３３を特定する情報を外部に報知する。

このように、燃料電池２が発電中は、逆潮流による余剰な電力を利用して電気ヒータ３１の駆動回路３４の異常判定を行うので、駆動回路３４の異常判定に伴って電気ヒータ３１を動作させても、燃料電池２の発電電力を超える電力が使用されるおそれが少なく、燃料電池２のスタックの劣化を回避できる。

なお、この燃料電池２が発電中に行う電気ヒータ３１の駆動回路３４の異常判定処理においては、制御部１３が当該異常判定処理手順を実行するときに、コンバータ回路部１０の出力電圧を低下させる制御（たとえば、ＤＣリンク部１４の電圧（ＤＣリンク電圧）を、コンバータ回路部１０で生成でき、かつ、インバータ回路部１１が電力系統３に連系可能な電圧を出力できる最低電圧まで低下させる制御）を行うことにより、異常判定処理に伴って電気ヒータ３１を動作させたときのヒータ電力を軽減することができるので、異常判定処理の実行に伴って燃料電池２の発電電流が許容値を超えるおそれをより軽減させることができる。

また、燃料電池２が発電停止中であるか発電中であるかを問わず、電気ヒータ３１の駆動回路３４の異常判定によりＦＥＴ３２，３３をオン／オフさせるときに、ＦＥＴ３２，３３に与える制御信号をＰＷＭ信号とすることで、電気ヒータ３１での消費電力を制御部１３がコントロールでき、駆動回路３４の異常判定時における電力系統３から供給される電力または燃料電池２の発電電力の消費を低減させることができる。

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、燃料電池２として、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）を用いた場合を示したが、本発明に係るパワーコンディショナ１は他の形式の燃料電池のパワーコンディショナ１にも適用可能である。

また、上述した実施形態では、燃料電池２の電流変動抑制用の電気負荷として電気ヒータ３１を用いた場合を示したが、この電気負荷としては電気ヒータ以外の電気負荷を用いることも可能である。

また、上述した実施形態では、インバータ回路部１１を構成するＤＣ／ＡＣインバータ回路のスイッチング素子としてＦＥＴを用いた場合を示したが、インバータ回路のスイッチング素子としてはＦＥＴ以外の他の半導体素子を用いることも可能である。

また、上述した実施形態では、燃料電池２が発電停止中における電気ヒータ３１の駆動回路３４の異常判定において、電力系統３からの電力をＤＣリンク部１４に供給するにあたり、系統連系リレー１２をａ接点側（インバータ回路部１１側）に切り換えて行う場合を示したが、系統連系リレー１２をｂ接点側（補機給電回路１６側）にしてＤＣリンク部１４に電力を供給するように構成することもできる。なお、この場合は、補機給電回路１６側にも電流センサを設けておき、この電流センサの検出値に基づいて駆動回路３４の異常判定が行われる。

また、上述した実施形態では、燃料電池２が発電中における電気ヒータ３１の駆動回路３４の異常判定は、逆潮流が発生している場合に行う構成を示したが、逆潮流が発生していないときであっても、制御部１３が、インバータ回路部１１の出力電力を低減させて、その際に、コンバータ回路部１０の出力電圧を低下させて行ったり、ＦＥＴ３２，３３をＰＷＭ信号で制御して行うように構成することもできる。ただし、この場合、電気ヒータ３１の駆動回路３４の異常判定のためだけにインバータ回路部１１の出力電力を低減させることになるので、逆潮流時に行う場合と比較して、不必要に電力系統３からの購入電力の増加を招くことになる。

１ パワーコンディショナ
２ 燃料電池
３ 電力系統
４ 補機
１０ コンバータ回路部
１１ インバータ回路部
１２ 系統連系リレー
１３ 制御部
１４ ＤＣリンク部
１５ 補機電源部
１６ 補機給電回路
１７ 整流回路部
２３ 出力電流センサ（電流センサ）
３１ 電気ヒータ（電気負荷）
３２，３３ ＦＥＴ（スイッチ素子）
３４ 電気ヒータの駆動回路

Claims (5)

1. 燃料電池の発電電力を電力系統に連系させるためのパワーコンディショナであって、コンバータ回路部とインバータ回路部の間のＤＣリンク部に、前記燃料電池の電流変動抑制用の電気負荷およびこの電気負荷に直列に接続される２つのスイッチ素子からなる電気負荷の駆動回路が接続されているものにおいて、
   前記パワーコンディショナの制御部は、前記コンバータ回路部および前記インバータ回路部の動作が停止した状態で、電流センサを介して前記電力系統からの電力を前記ＤＣリンク部に供給しながら前記２つのスイッチ素子を所定のパターンでオン／オフさせて、このときの前記電流センサの検出値に基づいて前記電気負荷の駆動回路の異常判定を行う第１判定手順を有することを特徴とするパワーコンディショナ。
2. 前記電流センサとして、前記パワーコンディショナの出力電流検出用の電流センサを用いることを特徴とする請求項１に記載のパワーコンディショナ。
3. 前記パワーコンディショナの制御部は、前記コンバータ回路部および前記インバータ回路部の動作中において、逆潮流が発生したときに、前記２つのスイッチ素子を所定のパターンでオン／オフさせて、このときの前記パワーコンディショナの入力電力、前記パワーコンディショナの出力電力および前記燃料電池の補機の消費電力とに基づいて前記電気負荷の駆動回路の異常判定を行う第２判定手順を有することを特徴とする請求項１または２に記載のパワーコンディショナ。
4. 前記パワーコンディショナの制御部は、前記第２判定手順を実行するときに、前記コンバータ回路部の出力電圧を低下させる制御を行うことを特徴とする請求項３に記載のパワーコンディショナ。
5. 前記パワーコンディショナの制御部は、前記第１判定手順または前記第２判定手順を実行するときにおいて、前記２つのスイッチ素子をオン／オフさせる信号がＰＷＭ信号であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のパワーコンディショナ。

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