JP2016103931A

JP2016103931A - 燃料電池系統連系システム

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Publication number: JP2016103931A
Application number: JP2014241665A
Authority: JP
Inventors: 立樹杉浦; Tatsuki Sugiura
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2014-11-28
Filing date: 2014-11-28
Publication date: 2016-06-02
Anticipated expiration: 2034-11-28
Also published as: JP6387809B2

Abstract

【課題】逆潮流を防止する燃料電池系統連系システムを提供する。【解決手段】制御部５０は、電気計測装置４０により検出された電気量の値が第１閾値を超える場合、燃料電池１０から出力させる電気量を増加させ、電気量の値が第１閾値を超えていた状態から第１閾値以下になった場合、燃料電池１０から出力させる電気量を維持させ、電気量の値が第１閾値以下且つ第２閾値を超える場合であって前記電気計測装置により検出される電気量の値が所定回数連続して減少したことを検出した場合、燃料電池１０から出力させる電気量を減少させ、電気量の値が第２閾値以下であって０ではない場合、パワーコンディショナ２０から出力される電気量を抑制させ、電気量の値が０である場合に、パワーコンディショナ２０及び燃料電池１０を系統電源８１から解列するとともに、インバータ部（系統連系インバータ２２）をゲートブロックする。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料電池と商用電源系統とを連系する燃料電池系統連系システムに関する。

燃料電池等の発電部と商用電源系統（以下「系統」という）と、を連系する燃料電池系統連系システムが知られている。燃料電池及び系統電源に電気的に接続される分電部には、複数の負荷が電気的に接続される。燃料電池系統連系システムでは、燃料電池、及び／又は系統電源から各負荷に、各負荷で消費される電気が供給される。

ところで、燃料電池系統連系システムでは、燃料電池で発電した電気が系統電源側に逆潮流しないように、燃料電池から系統に出力する電気量を制御する必要がある。

特許文献１には、複数の電流センサを設け、各電流センサからの出力結果に基づいて、電源装置からの電力の出力を制御して、逆潮流を防止する装置が記載されている。

特開２０１３−１５０４８５号公報

また、他の方法として、分電部に接続されている各負荷のそれぞれに電力計を電気的に接続して、各負荷で消費される電気量を測定し、測定された電気量に基づいて燃料電池から出力される電気量を制御する方法が考えられる。しかし、この方法は、負荷の数分だけ電力計が必要であるという問題がある。

また、燃料電池に電力計を電気的に接続して、燃料電池から出力される電気量を測定し、負荷で消費される電力と測定した電気量とに基づいて、逆潮流しないように燃料電池から出力される電気量を制御する方法が考えられる。

しかし、燃料電池においては、電気量の出力を制御しようとしても、その制御がすぐに出力に反映されず、すぐに出力を低下させることはできない。

したがって、本発明は、複数の電力計を必要とせず、且つ負荷によって消費される電気量に応じて、燃料電池から系統に出力される電気量を制御して、逆潮流を防止する燃料電池系統連系システムを提供することを目的とする。

本発明は、燃料電池を有する燃料電池システムと、前記燃料電池及び系統電源に電気的に接続可能であると共に電気を消費する負荷に電気的に接続される分電部と、前記分電部と系統電源との間において系統電源から負荷へ供給される電気量を検出する電気計測装置と、前記分電部と前記燃料電池とを電気的に接続／遮断する切換えを行う切換え部と、前記燃料電池から出力された直流電圧を昇圧するコンバータ部と、前記コンバータ部で昇圧された直流電圧を、系統電源と同期の取れた交流電圧に変換するインバータ部と、を有するパワーコンディショナと、前記電気計測装置により検出された電気量に基づき、前記燃料電池から出力される電気量を制御するように、前記燃料電池システムを制御可能であり、前記パワーコンディショナから出力される電気量を制御するように、前記パワーコンディショナを制御可能であり、前記分電部と前記燃料電池とを電気的に接続／遮断する切換えを行うように、前記切換え部を制御可能である制御部と、を備え、前記制御部は、前記電気計測装置により検出された電気量の値が第１閾値を超える場合には、前記燃料電池から出力される電気量を増加させるように前記燃料電池システムを制御し、前記電気計測装置により検出された電気量の値が、第１閾値を超えていた状態から第１閾値以下になった場合には、前記電気計測装置により検出された電気量の値が第１閾値以下になった時点における前記燃料電池から出力される電気量を維持するように、前記燃料電池システムを制御し、前記電気計測装置により検出された電気量の値が第１閾値以下且つ第２閾値を超える場合であって、前記電気計測装置により検出される電気量の値が所定回数連続して減少したことを検出した場合には、前記燃料電池から出力される電気量を減少させるように前記燃料電池システムを制御し、前記電気計測装置により検出された電気量の値が第２閾値以下であって０ではない場合には、前記パワーコンディショナから出力される電気量を抑制するように前記パワーコンディショナを制御し、前記電気計測装置により検出された電気量の値が０である場合には、前記分電部と前記燃料電池とを電気的に遮断する切換えを行うように、前記切換え部を制御して、前記パワーコンディショナ及び前記燃料電池を系統電源から解列するとともに、前記インバータ部をゲートブロックするように前記パワーコンディショナを制御する燃料電池系統連系システムに関する。

また、前記制御部は、前記電気計測装置により検出された電気量の値が、第２閾値以下であって０ではない状態から第１閾値以下且つ第２閾値を超える状態になった場合には、前記パワーコンディショナから出力される電気量の抑制を解除するように前記パワーコンディショナを制御することが好ましい。

本発明によれば、複数の電力計を必要とせず、且つ負荷によって消費される電気量に応じて、燃料電池から系統に出力される電気量を制御して、逆潮流を防止する燃料電池系統連系システムを提供することができる。

本発明の実施形態に係る燃料電池系統連系システム１を示すブロック図である。電気計測装置４０の検出結果に基づく、制御部５０による各装置に対する制御の流れを示すフローチャートである。図２から続くフローチャートの続きを示す。制御部５０による各装置に対する制御の流れを示すフローチャートである。図４から続くフローチャートの続きを示す。

以下、本発明の実施形態による燃料電池系統連系システム１について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態による燃料電池系統連系システム１を示すブロック図である。
以下の説明において「系統」とは、図１における位置Ｐ１から位置Ｐ２までの範囲を示す。例えば「系統」は、系統電源８１の下流側から分電部４１（負荷４２）を含む範囲を示す。
また、逆潮流とは、燃料電池１０から出力された電気が、図１における位置Ｐ１よりも系統電源８１側に流れること示す。
また、フルロードとは、燃料電池１０の電気出力が最大となっている燃料電池１０の状態を示す。燃料電池１０は、フルロードの場合に最も効率よく電気を発電（出力）することができる。

図１に示すように、燃料電池系統連系システム１は、燃料電池１０を有する燃料電池システム２と、パワーコンディショナ２０と、電気計測装置４０と、分電部４１と、制御部５０と、蓄電部としての蓄電池６０と、直流駆動型補機としての補機７０と、ダイオード（７１、７２、７４及び７６）と、補機用コンバータ部としてのＤＣ／ＤＣコンバータ７３、及びＡＣ／ＤＣコンバータ７５と、スイッチ（第１スイッチ１１、第２スイッチ１２、第３スイッチ１３、切換え部としての第４スイッチ１４、第５スイッチ１５、及び第６スイッチ１６）と、を備える。燃料電池システム２は、燃料電池１０と、改質器３０と、改質器３０と燃料電池１０とを接続するラインＬと、改質器３０に燃料ガスを供給するガス供給部（図示せず）と、を有する。

燃料電池系統連系システム１は、発電部である燃料電池１０と系統とを連系させることにより、分電部４１に電気的に接続される負荷４２に対して電力を供給する。

［接続状態の説明］
以下の説明における電気的な接続とは、プリント基板上の配線、絶縁被覆された銅線により構成された導線等の、電気を伝達可能なものによる接続の総称である。

パワーコンディショナ２０は、コンバータ部としてのＤＣ／ＤＣコンバータ２１と、系統連系インバータ部としての系統連系インバータ２２と、を有する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１には、第３スイッチ１３が電気的に接続されており、第３スイッチ１３には、燃料電池１０が電気的に接続されている。また、第３スイッチ１３及び燃料電池１０には、第２スイッチ１２が電気的に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１には、系統連系インバータ２２が電気的に接続されている。燃料電池１０とＤＣ／ＤＣコンバータ２１とは、第３スイッチ１３を介して電気的に接続／遮断可能である。第３スイッチ１３が閉じられている場合、燃料電池１０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１と、系統連系インバータ２２とは、この順で電気的に直列接続される。より詳細には、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１と系統連系インバータ２２とは、ＤＣバスにより電気的に接続されている。

系統連系インバータ２２には、第４スイッチ１４が電気的に接続されている。第４スイッチ１４には、系統が電気的に接続されている。系統連系インバータ２２と系統とは、第４スイッチ１４を介して電気的に接続／遮断可能である。

また、系統連系インバータ２２には、第５スイッチ１５が電気的に接続されている。第５スイッチ１５には、蓄電池６０が電気的に接続されている。蓄電池６０には、第６スイッチ１６が電気的に接続されている。第６スイッチ１６には、ダイオード７１が電気的に接続されている。系統連系インバータ２２と蓄電池６０とは、第５スイッチ１５を介して電気的に接続／遮断可能である。すなわち、蓄電池６０は、第５スイッチ１５と、系統連系インバータ２２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１と、第３スイッチ１３と、を介して、燃料電池１０に電気的に接続されている。

燃料電池１０には、所定のラインＬ（図１の鎖線で示されるライン）を介して改質器３０が接続されている。「ライン」とは、流路、経路、及び管路等の総称である。

第４スイッチ１４には、分電部４１が電気的に接続されている。分電部４１には、系統電源８１及び第１スイッチ１１が電気的に接続されている。また、分電部４１には、複数の負荷４２が電気的に接続されている。電気計測装置４０は、分電部４１と系統電源８１との間において系統電源８１から負荷４２へ供給される電気量を検出できるように、配置されている。

第２スイッチ１２には、ダイオード７２が電気的に接続されている。ダイオード７２には、ＤＣ／ＤＣコンバータ７３が電気的に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ７３には、ダイオード７４が電気的に接続されている。

第１スイッチ１１には、ＡＣ／ＤＣコンバータ７５が電気的に接続されている。ＡＣ／ＤＣコンバータ７５には、ダイオード７６が電気的に接続されている。ダイオード７４及びダイオード７６には、補機７０及びコンデンサ７７が電気的に接続されている。また、補機７０及びコンデンサ７７は接地されている。

従って、燃料電池１０と、第２スイッチ１２と、ダイオード７２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ７３と、ダイオード７４と、補機７０とは、この順番に電気的に接続されている。また、燃料電池１０と、第２スイッチ１２と、ダイオード７２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ７３と、ダイオード７４と、コンデンサ７７とは、この順番で電気的に接続されている。

また、蓄電池６０と、第６スイッチ１６、ダイオード７１、ＤＣ／ＤＣコンバータ７３と、ダイオード７４と、補機７０とは、この順番で電気的に接続されている。蓄電池６０と、第６スイッチ１６、ダイオード７１、ＤＣ／ＤＣコンバータ７３と、ダイオード７４と、コンデンサ７７とは、この順番で電気的に接続されている。

また、系統電源８１と、第１スイッチ１１と、ＡＣ／ＤＣコンバータ７５と、ダイオード７６と、補機７０とは、この順番で電気的に接続されている。系統電源８１と、第１スイッチ１１と、ＡＣ／ＤＣコンバータ７５と、ダイオード７６と、コンデンサ７７とは、この順番で電気的に接続されている。

制御部５０は、スイッチ（１１乃至１６）と、系統連系インバータ２２と、ガス供給部（図示せず）と、電気計測装置４０と、補機７０とに、電気信号を伝達可能に電気的に接続されている。

［各装置の説明］
燃料電池１０は、例えば、ＳＯＦＣ（固体酸化物形燃料電池）により構成される。燃料電池１０においては、改質器３０から供給された、水素を含む改質ガス（以下、「改質ガス」という）と、燃料電池１０に供給された空気中の酸素とが反応することによる発電が行われる。燃料電池１０によって発電された直流電圧は、第２スイッチ１２及びダイオード７２を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ７３に出力され、また、第３スイッチ１３を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１に出力される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、燃料電池１０から出力される１１２．５Ｖ程度の直流電圧を、所定の直流電圧に変換（昇圧）する。所定の直流電圧とは、例えば、系統連系インバータ２２において系統に供給可能な電圧（例えば、ＡＣ２００Ｖ）の生成ができる程度の電圧（例えば、ＤＣ２８０Ｖ）であり、この出力電圧は、固定値である。

系統連系インバータ２２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２１から出力される直流電圧を、系統に供給可能な所定の交流電圧（例えば、ＡＣ２００Ｖ）に変換して系統に供給する。系統連系インバータ２２は、交流電圧を系統に供給するため、系統連系インバータ２２から出力される交流電圧の値は、固定値である。一方、系統連系インバータ２２は、系統連系インバータ２２から出力される電流の値を制御可能である。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１及び系統連系インバータ２２のトータルでの変換効率は、９３％程度である。

改質器３０は、都市ガス等の燃料ガスを供給可能な燃料ガス供給部（図示せず）に接続され、燃料電池１０に対して、燃料電池１０が発電の際に使用する改質ガスを所定のラインＬを介して供給する。制御部５０により、ラインＬの上流側に接続されているガス供給部（図示せず）からのガスの流量が制御されると、改質器３０から燃料電池１０に供給される改質ガスの流量が制御される。改質器３０から燃料電池１０に供給される改質ガスの流量が制御されると、燃料電池１０から出力される電気量が制御される。

電気計測装置４０は、系統電源８１から負荷４２に供給される電気量（すなわち、負荷４２で消費される電力）を検出する。蓄電池６０は、燃料電池１０から供給される電気によって充電させられる。具体的には、電気計測装置４０は、「ＣＴ（ＣｕｒｒｅｎｔＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）」を有する電流センサにより構成されている。

分電部４１は、系統電源８１及び／又は燃料電池１０から出力される電気を、負荷４２に分電させる装置を示す。負荷４２は、分電部４１に電気的に接続され、分電部４１を介して供給される電気を消費する装置により構成されている。

補機７０は、燃料電池１０において発電するために用いられる装置である。補機７０は、例えば、空気を燃料電池１０に供給するためのファン等である。補機７０は、例えば、直流電圧（ＤＣ２４Ｖ）により駆動可能である。補機７０は、燃料電池１０において発電された電気、蓄電池６０に蓄えられている電気、系統電源８１からの電気、のうちの何れか１つによって駆動される。

コンデンサ７７は、補機７０へ供給される電気が切り替わる際に利用される。例えば、補機７０が燃料電池１０から出力される電気によって駆動されている状態で、燃料電池１０が故障した場合を想定する。すると、補機７０へ供給される電気が燃料電池１０から系統電源８１に切り替えられる（第２スイッチ１２が開かれ第１スイッチ１１が閉じられる）。切り替えている間には、燃料電池１０及び系統電源８１のいずれからも、補機７０には電気は供給されない。この間、コンデンサ７７に蓄えられている電気により、補機７０が一時的に駆動させられる。コンデンサ７７は、燃料電池１０において発電された電気、蓄電池６０に蓄えられている電気、及び系統電源８１からの電気のうちの何れか１つによって充電される。コンデンサ７７の容量は、蓄電池６０の容量よりも遙かに小さい。

ダイオード７２及び７４は、燃料電池１０からＤＣ／ＤＣコンバータ７３を介して、補機７０及びコンデンサ７７へ電流を供給する整流作用を有する。また、ダイオード７１及び７４は、蓄電池６０からＤＣ／ＤＣコンバータ７３を介して、補機７０及びコンデンサ７７へ電流を供給する整流作用を有する。また、ダイオード７６は、系統電源８１からＡＣ／ＤＣコンバータ７５を介して、補機７０及びコンデンサ７７へ電流を供給する整流作用を有する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ７３は、燃料電池１０から出力される直流電圧を、所定の直流電圧に変換（昇圧）して、補機７０に供給する。ＡＣ／ＤＣコンバータ７５は、系統電源８１から出力される交流電圧を補機７０が利用可能な直流電圧に変換して、補機７０に供給する。

制御部５０は、シーケンサーにより構成されており、燃料電池１０について起動から発電までの一連の動作を制御する。制御部５０は、マイコンにより構成されていてもよい。具体的に、例えば、制御部５０は、電気計測装置４０により検出された電気量を定期的に（例えば、所定の時間的間隔で）取得する。そして、制御部５０は、電気計測装置４０により検出された電気量に基づき、燃料電池システム２（例えば、ガス供給部（図示せず）から改質器３０に供給される燃料ガスの量）と、スイッチ（１１乃至１６）の開閉と、パワーコンディショナ２０から出力される電気量と、補機７０と、を制御する。また、制御部５０は、電気計測装置４０により検出された電気量と、燃料電池１０から出力される電気量とに基づき、負荷４２から要求される電気量（負荷４２で消費される電気量）を検知する。

［検出された電気量に基づいて逆潮流を防止する制御方法］
次に、電気計測装置４０により検出された電気量に基づいて逆潮流を防止する、制御部５０による各装置に対する制御を、図２及び図３を参照して説明する。図２は、電気計測装置４０の検出結果に基づく、制御部５０による各装置に対する制御の流れを示すフローチャートの一部である。図３は、図２から続くフローチャートの残りの部分である。本制御は、例えば、燃料電池１０が起動され、燃料電池１０において発電されている状態になっており、且つ、電気計測装置４０により検出された電気量が第１閾値を超えている状態になった時点以降に行われる制御である。具体的には、後述の図４のフローチャートにおけるステップＳＴ３０２の処理における判断がなされている場合に行われる処理である。

ステップＳＴ２０１において、制御部５０は、電気計測装置４０により検出された電気量の値が第１閾値を超えているか否かを判断する。本実施形態における第１閾値の値は、１．０ｋＷである。
検出された電気量の値が第１閾値を超えている場合（ＹＥＳ）には、制御部５０の処理は、ステップＳＴ２０２に移行する。ステップＳＴ２０２において、制御部５０は、燃料電池１０から出力される電気量を増加させるように燃料電池システム２を制御する。具体的には、制御部５０は、改質器３０に接続されているガス供給部（図示せず）を制御して改質器３０へ供給される燃料ガスの供給量を増やす。改質器３０へ供給される燃料ガスの供給量が増加されることにより、改質器３０から燃料電池１０へ供給される改質ガスの供給量が増える。これにより、燃料電池１０において、より多くの電気が発電される。そして、制御部５０の処理は、ステップＳＴ２０１へ移行する。
以下の説明では、電気計測装置４０により検出された電気量の値が第１閾値を超えている場合を「（１）の場合」という。

ステップＳＴ２０１において、検出された電気量の値が第１閾値を超えている状態から第１閾値以下になった場合（ＮＯ）には、制御部５０の処理は、ステップＳＴ２０３に移行する。ステップＳＴ２０３において、制御部５０は、燃料電池システム２で発電される電気量を、検出された電気量が第１閾値以下となった時点において出力されていた電気量に維持されるように、燃料電池システム２を制御する。具体的には、制御部５０は、改質器３０に供給されている燃料ガスの供給量が、電気量の値が第１閾値以下になった時点の供給量に維持されるように、ガス供給部（図示せず）を制御する。このように制御することにより、燃料電池１０において発電される電気量の値は、第１閾値以下になった時点に燃料電池１０において発電されていた電気量に維持される。
以下の説明では、電気計測装置４０により検出された電気量の値が第１閾値を超えている状態から第１閾値以下になった場合を「（２）の場合」という。

ステップＳＴ２０４において、制御部５０は、電気計測装置４０により検出された電気量の値が第１閾値以下且つ第２閾値を超える場合であって、電気計測装置４０により検出される電気量の値が所定回数連続して減少（例えば、３回連続して減少）したことを検出したか否かを判断する。本実施形態における第２閾値の値は、０．５ｋＷである。

電気計測装置４０により検出された電気量の値が第１閾値以下且つ第２閾値を超える場合であって、電気計測装置４０により検出される電気量の値が所定回数連続して減少したことを検出した場合（ＹＥＳ）には、制御部５０の処理は、ステップＳＴ２０５に移行する。ステップＳＴ２０５では、制御部５０は、燃料電池１０から出力される電気量を減少させるように燃料電池システム２を制御する。具体的に、制御部５０は、改質器３０に供給されている燃料ガスの供給量が減少されるようにガス供給部（図示せず）を制御する。このとき、制御部５０は、例えば、電気計測装置４０により検出される電気量の値が１．０ｋＷ以上になるまで、ガス供給部（図示せず）を制御する。制御部５０がこのように制御することにより、燃料電池１０において発電されていた電気量が減少される状態となる。そして、制御部５０の処理は、ステップＳＴ２０６へと移行する。

一方、ステップＳＴ２０４において、電気計測装置４０により検出された電気量の値が第１閾値以下且つ第２閾値を超える場合であって、電気計測装置４０により検出される電気量の値が所定回数連続して減少したことを検出しない場合（ＮＯ）には、制御部５０の処理は、定期的（所定時間経過後）に、ステップＳＴ２０４に移行する。
以下の説明では、電気計測装置４０により検出された電気量の値が第１閾値以下且つ第２閾値を超える場合であって、電気計測装置４０により検出される電気量の値が所定回数連続して減少したことを検出した場合を「（３）の場合」という。

図３に示すように、ステップＳＴ２０６において、制御部５０は、電気計測装置４０により検出された電気量の値が第２閾値（例えば、０．５ｋＷ）以下であって０ではないか否かを判断する。
電気計測装置４０により検出された電気量の値が第２閾値（例えば、０．５ｋＷ）以下であって０ではない場合（ＹＥＳ）には、制御部５０の処理は、ステップＳＴ２０７に移行する。ステップＳＴ２０７において、制御部５０は、パワーコンディショナ２０から出力される電気量を抑制するようにパワーコンディショナ２０を制御する。具体的に、制御部５０は、パワーコンディショナ２０が有するパワー抑制機能を制御して、パワーコンディショナ２０の出力を抑制する。このとき、制御部５０は、例えば、電気計測装置４０により検出される電気量の値が０．５ｋＷ以上になるまで、パワーコンディショナ２０が有するパワー抑制機能を制御する。制御部５０がこのように制御することにより、燃料電池１０において出力されていた電気量に関わらず（電気量が維持されながら）、系統に供給される電気量が抑制される状態となる。そして、制御部５０の処理は、ステップＳＴ２０８に移行する。

一方、ステップＳＴ２０６の判断がＮＯの場合、制御部５０の処理は、定期的（所定時間経過後）に、ステップＳＴ２０６に移行する。
以下の説明では、電気計測装置４０により検出された電気量の値が第２閾値以下であって０ではない場合を「（４）の場合」という。

ステップＳＴ２０８において、制御部５０は、電気計測装置４０により検出された電気量の値が０であるか否かを判断する。電気計測装置４０により検出された電気量の値が０である場合（ＹＥＳ）、制御部５０の処理は、ステップＳＴ２０９に移行する。ステップＳＴ２０９において、制御部５０は、分電部４１と燃料電池１０とを電気的に遮断する切換えを行うように、切換え部（第４スイッチ１４）を制御して、分電部４１と燃料電池１０とを電気的に遮断する。また、制御部５０は、インバータ部（系統連系インバータ２２）をゲートブロックするとともに、パワーコンディショナ２０及び燃料電池１０を系統電源８１から解列するようにパワーコンディショナ２０を制御する。
具体的に、制御部５０は、インバータ部（系統連系インバータ２２）をゲートブロックするとともに、第４スイッチ１４を開くように制御する。或いは、制御部５０は、インバータ部（系統連系インバータ２２）をゲートブロックするとともに、第３スイッチ１３と第４スイッチ１４と、を開くように制御する。

制御部５０が、このように制御することにより、燃料電池１０からパワーコンディショナ２０に対して電気が供給されなくなり、且つパワーコンディショナ２０から系統に対して電気が供給されない状態となる。すなわち、制御部５０によるこのような制御により、燃料電池１０から系統に対して供給される電気量が実質的に０とされる状態となる。
以下の説明では、電気計測装置４０により検出された電気量の値が０である場合を「（５）の場合」という。

ステップＳＴ２０９の処理を行った後、制御部５０は、所定の時間経過後に、パワーコンディショナ２０及び燃料電池１０を系統電源８１に並列させるともに、インバータ部（系統連系インバータ２２）を系統電源８１に並列（ゲートブロックを解除）させるようにパワーコンディショナ２０を制御する。その後、燃料電池１０が再起動された後に、制御部５０の処理は、ステップＳＴ２０１に移行する。

一方、ステップＳＴ２０８において、電気計測装置４０により検出された電気量の値が０でない場合（ＮＯ）には、制御部５０の処理は、ステップＳＴ２１０に移行する。ステップＳＴ２１０において、制御部５０は、電気計測装置４０により検出された電気量の値が、第２閾値以下であって０ではない状態から、第１閾値以下且つ第２閾値を超えている状態になったか否かを判断する。

電気計測装置４０により検出された電気量の値が、第２閾値以下であって０ではない状態から、第１閾値以下且つ第２閾値を超えている状態になった場合（ＹＥＳ）には、制御部５０の処理は、ステップＳＴ２１１に移行する。ステップＳＴ２１１において、制御部５０は、パワーコンディショナ２０の出力の抑制を解除する（ＳＴ２１１）。その後、制御部５０の処理は、ステップＳＴ２０４に移行する。

制御部５０によるこのような制御により、パワーコンディショナ２０から出力される電気量の抑制が解除されるので、パワーコンディショナ２０で昇圧された後に交流電圧に変換された電気は、電気量が抑制されることなく、系統に供給される。

一方、ステップＳＴ２１０において、電気計測装置４０により検出された電気量の値が、第２閾値以下であって０ではない状態から、第１閾値以下且つ第２閾値を超えている状態になっていない場合（ＮＯ）には、制御部５０の処理は、ステップＳＴ２０８に移行する。
以下の説明では、電気計測装置４０により検出された電気量の値が、第２閾値（例えば、０．５ｋＷ）以下であって０ではない状態から、第１閾値以下且つ第２閾値を超える状態になった場合を「（６）の場合」という。

［蓄電池６０及びコンデンサ７７に充電する際の制御方法］
次に、燃料電池系統連系システム１の起動から、蓄電池６０及びコンデンサ７７に充電が行われる際の、制御部５０による、各装置に対する制御の流れについて、図４及び図５を参照しながら説明する。図４は、制御部５０による各装置に対する制御の流れを示すフローチャートの一部である。図５は、図４から続くフローチャートの残りの部分である。本制御は、燃料電池系統連系システム１の起動時に行われる処理である。制御部５０は、図４及び図５で示される制御と並行して上述の図２及び図３に示される制御を行う。

先ず、第１スイッチ１１〜第６スイッチ１６が開いている初期状態において、燃料電池１０が起動される。ステップＳＴ３０１において、制御部５０は、第１スイッチ１１が閉じられるように第１スイッチ１１を制御する。これにより、補機７０に、系統電源８１から電気が供給される。そして、制御部５０による処理は、ステップＳＴ３０２へ移行する。

ステップＳＴ３０２において、制御部５０は、改質器３０に供給される燃料ガスの量が最大となるようにガス供給部（図示せず）を制御した後、所定の時間が経過したか否かを判断する。所定の時間が経過している場合、燃料電池１０から十分な量の電流が引き出されており、燃料電池１０がフルロードで発電している状態になっていると想定できるからである。そして、ステップＳＴ３０２において、制御部５０は、燃料電池１０が最高出力で発電している状態（すなわち、燃料電池１０がフルロードで発電している状態）であるか否かを判断する。

燃料電池１０がフルロードで発電していると判断した場合（ＹＥＳ）には、制御部５０の処理は、ステップＳＴ３０３に移行する。一方、燃料電池１０がフルロードで発電していないと判断した場合（ＮＯ）には、制御部５０の処理は、ステップＳＴ３０２に移行する。

ステップＳＴ３０３において、制御部５０は、第２スイッチ１２が閉じられるように第２スイッチ１２を制御するとともに、第１スイッチ１１が開けられるように第１スイッチ１１を制御する。これにより、負荷４２と補機７０とに系統電源８１から電気が供給されなくなり、負荷４２と補機７０とに燃料電池１０から電気が供給される。

ステップＳＴ３０４において、制御部５０は、負荷４２から要求される電気量（負荷４２によって消費される電気量）が燃料電池１０から供給される電気量よりも多いか否かを判断する。ここで「負荷４２から要求される電気量」とは、実際に負荷４２から要求される電気量を示す。以下のステップでは、制御部５０は、燃料電池１０から出力される電気量が「負荷４２から要求される電気量」よりも少なくなるように、操作することにより調整して、燃料電池１０を制御する。

負荷４２から要求される電気量が燃料電池１０から供給される電気量よりも多い場合（ＹＥＳ）には、制御部５０の処理は、ステップＳＴ３０６に移行する。ステップＳＴ３０６において、制御部５０は、第３スイッチ１３及び第４スイッチ１４を閉じるように、第３スイッチ１３及び第４スイッチ１４を制御する。これにより、燃料電池１０で発電された電気は、補機７０及び負荷４２で利用される。そして、制御部５０による処理は、ステップＳＴ３０４へ移行する。

一方、負荷４２から要求される電気量が燃料電池１０から供給される電気量以下である場合（ＮＯ）には、制御部５０の処理は、ステップＳＴ３０５に移行する。ステップＳＴ３０５において、制御部５０は、第３スイッチ１３と第４スイッチ１４と第５スイッチ１５とを閉じるように、第３スイッチ１３と第４スイッチ１４と第５スイッチ１５とを制御する。これにより、燃料電池１０で発電された電気は、補機７０及び負荷４２で利用されるとともに、余剰分の電気量（燃料電池１０で発電される電気量から補機７０及び負荷４２で利用される電気量を差し引いた電気量）が蓄電池６０に供給される。そして、制御部５０の処理は、ステップＳＴ３０７へ移行する。

ステップＳＴ３０７において、制御部５０は、蓄電池６０の充電が完了しても、依然として負荷４２から要求される電気量が燃料電池１０から供給される電気量以下であるか否かを判断する。

負荷４２から要求される電気量が燃料電池１０から供給される電気量以下である場合（ＹＥＳ）には、制御部５０の処理は、ステップＳＴ３０９に移行する。ステップＳＴ３０９において、制御部５０は、第２スイッチ１２が開くように第２スイッチ１２を制御するとともに、第６スイッチ１６が閉じるように第６スイッチ１６を制御する。これにより、燃料電池１０から補機７０に対する電気の供給がされなくなる。また、蓄電池６０から補機７０に対して電気が供給される。そして、制御部５０の処理は、ステップＳＴ３１０へ移行する。

一方、ステップＳＴ３０７において、負荷４２から要求される電気量が燃料電池１０から供給される電気量よりも多い場合（ＮＯ）には、制御部５０の処理は、ステップＳＴ３０８に移行する。ステップＳＴ３０８において、制御部５０は、燃料電池１０から出力される電気量が維持されるように燃料電池システム２を制御する。制御部５０の処理は、定期的に（所定の時間間隔で）、ステップＳＴ３０７に移行する。

ステップＳＴ３１０において、制御部５０は、燃料電池１０から蓄電池６０に電気を供給しても、依然として、負荷４２から要求される電気量が燃料電池１０から供給される電気量以下であるか否かを判断する。

負荷４２から要求される電気量が燃料電池１０から供給される電気量以下である場合（ＮＯ）には、制御部５０の処理は、ステップＳＴ３１１に移行する。ステップＳＴ３１１において、制御部５０は、燃料電池１０が発電させる電気量を少なくするため、燃料電池システム２を制御する。
具体的には、制御部５０は、燃料電池１０が供給される電気量を所定値以下の量に制限するため、ガス供給部（図示せず）から提供される燃料ガスの量を少なくするようにガス供給部を制御する。制御部５０により、ガス供給部から提供される燃料ガスの量が少なくされると、改質器３０から燃料電池１０に供給される改質ガスの量が少なくなり、結果、燃料電池１０から供給される電気量が所定位置以下に制限される。その後、制御部５０は、所定のタイミングで「燃料電池１０の発電量を増加させる」制御を行う。

一方、ステップＳＴ３１０において、負荷４２から要求される電気量が燃料電池１０から供給される電気量よりも多い場合（ＹＥＳ）には、制御部５０の処理は、ステップＳＴ３１２に移行する。ステップＳＴ３１２において、制御部５０は、燃料電池１０から出力される電気量が維持されるように燃料電池システム２を制御する。制御部５０の処理は、定期的に（所定の時間間隔で）、ステップＳＴ３１０に移行する。

上記本実施形態の燃料電池系統連系システム１によれば、以下のような効果を得ることができる。
燃料電池系統連系システム１は、燃料電池１０を有する燃料電池システム２と、燃料電池１０及び系統電源８１に電気的に接続可能であると共に電気を消費する負荷４２に電気的に接続される分電部４１と、分電部４１と系統電源８１との間において系統電源８１から負荷４２へ供給される電気量を検出する電気計測装置４０と、分電部４１と燃料電池１０とを電気的に接続／遮断する切換えを行う切換え部（第４スイッチ１４）と、燃料電池１０から出力された直流電圧を昇圧するコンバータ部（ＤＣ／ＤＣコンバータ２１）と、コンバータ部（ＤＣ／ＤＣコンバータ２１）で昇圧された直流電圧を、系統電源と同期の取れた交流電圧に変換するインバータ部（系統連系インバータ２２）と、を有するパワーコンディショナ２０と、電気計測装置４０により検出された電気量に基づき、燃料電池１０から出力される電気量を制御するように、燃料電池システム２を制御可能であり、パワーコンディショナ２０から出力される電気量を制御するように、パワーコンディショナ２０を制御可能であり、分電部４１と燃料電池１０とを電気的に接続／遮断する切換えを行うように、切換え部（第４スイッチ１４）を制御可能である制御部５０と、を備えている。
電気計測装置４０により検出された電気量の値が第１閾値を超える場合（（１）の場合）には、制御部５０は、燃料電池１０から出力される電気量を増加させるように燃料電池システム２を制御する。
電気計測装置４０により検出された電気量の値が、第１閾値を超えていた状態から第１閾値以下になった場合（（２）の場合）には、制御部５０は、電気計測装置４０により検出された電気量の値が第１閾値以下になった時点における燃料電池１０から出力される電気量を維持するように、燃料電池システム２を制御する。
電気計測装置４０により検出された電気量の値が第１閾値以下且つ第２閾値を超える場合であって、電気計測装置４０により検出される電気量の値が所定回数連続して減少したことを検出した場合（（３）の場合）には、制御部５０は、燃料電池１０から出力される電気量を減少させるように燃料電池システム２を制御する。
電気計測装置４０により検出された電気量の値が第２閾値以下であって０ではない場合（（４）の場合）には、制御部５０は、パワーコンディショナ２０から出力される電気量を抑制するようにパワーコンディショナ２０を制御する。
電気計測装置４０により検出された電気量の値が０である場合（（５）の場合）には、制御部５０は、分電部４１と燃料電池１０とを電気的に遮断する切換えを行うように、切換え部（第４スイッチ１４）を制御して、パワーコンディショナ２０及び燃料電池１０を系統電源８１から解列するとともに、インバータ部（系統連系インバータ２２）をゲートブロックするようにパワーコンディショナ２０を制御する。

［（１）の場合］
（１）の場合、複数の負荷４２が分電部４１に接続されているが、負荷４２に対しては、系統電源８１から多くの電気が供給されている状態だと推定できる。したがって、制御部５０は、燃料電池１０の電気出力がフルロードになるように制御することができる。このため、燃料電池１０において効率よく発電を行うことができる。

［（２）の場合］
（２）の場合、燃料電池１０において出力される電気量が徐々に増加しているとともに、系統電源８１から出力される電気量が徐々に減少している状態だと想定できる。制御部５０は、系統電源８１から出力される電気量の減少が実質的に止まるように、燃料電池１０において出力される電気量を維持するように（出力される電気量が増加するのを防止するように）燃料電池システム２を制御することができる。

［（３）の場合］
（３）の場合、燃料電池１０から出力される電気量は維持されているので、分電部４１において使用される電気量が減っている状態だと想定できる。ここで、制御部５０は、減少する系統電源８１から出力される電気量よりも、燃料電池１０から出力される電気量が少なくなるように燃料電池システム２を制御することができる（例えば、電気計測装置４０で検出される電気量が第１閾値以上となるまで燃料電池システム２を制御することができる）。

［（４）の場合］
（４）の場合、（３）の場合から更に、分電部４１において使用される電気量が減っている状態だと想定できる。ここで、制御部５０は、系統電源８１から系統に出力される電気量よりも、燃料電池１０側から系統に出力される電気量が少なくなるように、燃料電池１０から出力される電気量に関わらず、パワーコンディショナ２０から出力される電気量を抑制するようにパワーコンディショナ２０（パワー抑制機能）を制御することができる（例えば、電気計測装置４０で検出される電気量が第２閾値以上となるまでパワーコンディショナ２０を制御することができる）。

［（５）の場合］
（５）の場合、分電部４１に接続されている負荷４２の数が、（４）の場合よりも更に減り、実質的に０となっている状態であると想定できる。このため、制御部５０は、パワーコンディショナ２０及び燃料電池１０を系統電源８１から解列する（第４スイッチを開く）とともに、インバータ部（系統連系インバータ２２）をゲートブロックするようにパワーコンディショナ２０を制御することができる。これにより、制御部５０は、燃料電池１０から系統に対して供給される電気量を実質的に０とすることができ、逆潮流を防止することができる。

また、電気計測装置４０により検出された電気量の値が、第２閾値以下であって０ではない状態から第１閾値以下且つ第２閾値を超える状態になった場合（（６）の場合）には、制御部５０は、パワーコンディショナ２０から出力される電気量の抑制を解除するようにパワーコンディショナ２０を制御する。

［（６）の場合］
（６）場合、分電部４１に接続される負荷４２が、（４）の場合から、徐々に増えている状態であると想定できる。このため、制御部５０は、パワーコンディショナ２０から出力される電気量の抑制を解除するようにパワーコンディショナ２０を制御することができる。（６）の場合、系統電源８１から系統に出力されている電気量は徐々に多くなっている。

以上（１）乃至（５）の場合、及び（６）において、制御部５０は、負荷４２によって消費される電気量に応じて、燃料電池から系統に出力される電気量を制御して、逆潮流を防止することができる。また、本実施例において、配置される電力計は、系統電源８１と分電部４１との間に電気的に接続される電気計測装置４０のみであり、複数の電力計を必要としない。

本発明は、上記実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的範囲において変形が可能である。例えば、燃料電池系統連系システムに、燃料電池１０、補機７０及びコンデンサ７７が、複数備えられていてもよい。また、コンデンサ７７、蓄電池６０は設けられていなくてもよい。

１燃料電池系統連系システム。
２燃料電池システム
１０燃料電池
１４第４スイッチ（切替え部）
２０パワーコンディショナ
２１ＤＣ／ＤＣコンバータ（昇圧コンバータ部）
２２系統連系インバータ（系統連系インバータ部）
４０電気計測装置
４１分電部
４２負荷
５０制御部
８１系統電源

Claims

燃料電池を有する燃料電池システムと、
前記燃料電池及び系統電源に電気的に接続可能であると共に電気を消費する負荷に電気的に接続される分電部と、
前記分電部と系統電源との間において系統電源から負荷へ供給される電気量を検出する電気計測装置と、
前記分電部と前記燃料電池とを電気的に接続／遮断する切換えを行う切換え部と、
前記燃料電池から出力された直流電圧を昇圧するコンバータ部と、前記コンバータ部で昇圧された直流電圧を、系統電源と同期の取れた交流電圧に変換するインバータ部と、を有するパワーコンディショナと、
前記電気計測装置により検出された電気量に基づき、前記燃料電池から出力される電気量を制御するように、前記燃料電池システムを制御可能であり、前記パワーコンディショナから出力される電気量を制御するように、前記パワーコンディショナを制御可能であり、前記分電部と前記燃料電池とを電気的に接続／遮断する切換えを行うように、前記切換え部を制御可能である制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記電気計測装置により検出された電気量の値が第１閾値を超える場合には、前記燃料電池から出力される電気量を増加させるように前記燃料電池システムを制御し、
前記電気計測装置により検出された電気量の値が、第１閾値を超えていた状態から第１閾値以下になった場合には、前記電気計測装置により検出された電気量の値が第１閾値以下になった時点における前記燃料電池から出力される電気量を維持するように、前記燃料電池システムを制御し、
前記電気計測装置により検出された電気量の値が第１閾値以下且つ第２閾値を超える場合であって、前記電気計測装置により検出される電気量の値が所定回数連続して減少したことを検出した場合には、前記燃料電池から出力される電気量を減少させるように前記燃料電池システムを制御し、
前記電気計測装置により検出された電気量の値が第２閾値以下であって０ではない場合には、前記パワーコンディショナから出力される電気量を抑制するように前記パワーコンディショナを制御し、
前記電気計測装置により検出された電気量の値が０である場合には、前記分電部と前記燃料電池とを電気的に遮断する切換えを行うように、前記切換え部を制御して、前記パワーコンディショナ及び前記燃料電池を系統電源から解列するとともに、前記インバータ部をゲートブロックするように前記パワーコンディショナを制御する燃料電池系統連系システム。
前記制御部は、
前記電気計測装置により検出された電気量の値が、第２閾値以下であって０ではない状態から第１閾値以下且つ第２閾値を超える状態になった場合には、前記パワーコンディショナから出力される電気量の抑制を解除するように前記パワーコンディショナを制御する請求項１に記載の燃料電池系統連系システム。