JP2017152339A - 系統連系制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 負荷電力が低下する負荷変動時に、内部インピーダンスの変動に合わせて燃料電池の出力電力に関する目標値を設定して逆潮流を抑制可能な系統連系制御装置を提供する。
【解決手段】 本発明の系統連系制御装置（１０）によれば、制御装置（１６）は、燃料電池出力目標値設定部（４４）を備える。燃料電池出力目標値設定部（４４）は、インバータ（１４）の出力電力検出値（Ｐｏｕｔ＿ｄ）が出力電力目標値（Ｐｏｕｔ＿ｒｅｆ）と比べて大きいときに、第一目標値（Ｖ１＿ｒｅｆ，Ｉ１＿ｒｅｆ）に補正値（Ｖ２，Ｉ２）を加算または減算して、燃料電池（１１）の出力電力（ＰＦｃ）に関する目標値である燃料電池出力目標値（ＰＦｃ＿ｒｅｆ）を算出し設定する。また、補正値（Ｖ２，Ｉ２）は、燃料電池（１１）の内部インピーダンス（Ｚ０）を推定したインピーダンス推定値（Ｚ＿ｅｓｔ）と相関している。
【選択図】 図３

Description

本発明は、系統連系制御装置に関し、より詳細には、負荷電力が低下する負荷変動時の燃料電池の内部インピーダンスの推定に関する。

燃料電池の内部インピーダンスの推定に係る発明の一例として、特許文献１に記載の発明が挙げられる。特許文献１に記載のインピーダンス計測方法は、負荷の変動にともない発生したハンチング現象時の燃料電池の電流と電圧の各々の時系列データを取得する。そして、特許文献１に記載のインピーダンス計測方法は、電流の時系列データと電圧の時系列データとをそれぞれＦＦＴ法で演算処理して、演算処理された２つのデータに基づいてインピーダンスを算出する。

特開２０１３−１４５６９２号公報

系統連系制御においては、負荷電力に追従するように出力電力を制御する必要がある。特に、出力電力が負荷電力を超えてしまう逆潮流を抑制する必要があり、逆潮流が見込まれるときには、出力電力を速やかに低下させる必要がある。出力電力を低下させるためには、燃料電池の出力電流を低下させる必要があり、換言すれば、燃料電池の出力電圧を上昇させる必要がある。

しかしながら、燃料電池の出力電圧および出力電流は、発電部位の温度によって変動する内部インピーダンスの影響を受ける。そのため、逆潮流を適切に抑制するためには、内部インピーダンスの変動に合わせて、燃料電池の出力電圧の目標値または出力電流の目標値（燃料電池の出力電力に関する目標値）を設定する必要がある。

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、負荷電力が低下する負荷変動時に、内部インピーダンスの変動に合わせて燃料電池の出力電力に関する目標値を設定して逆潮流を抑制可能な系統連系制御装置を提供することを課題とする。

本発明に係る系統連系制御装置は、燃料と酸化剤ガスとによって発電する燃料電池と、前記燃料電池から出力された直流電力を昇圧するコンバータと、前記コンバータによって昇圧された直流電力を交流電力に変換して系統電源に接続されている負荷に出力するインバータと、前記インバータの出力電力を検出する出力電力検出器と、前記系統電源から前記負荷に供給される購入電力を検出する購入電力検出器と、前記出力電力検出器によって検出された出力電力検出値および前記購入電力検出器によって検出された購入電力検出値によって算出される負荷電力算出値に基づいて、前記インバータの前記出力電力が前記負荷の負荷電力に追従するように前記燃料電池の出力電力に関する目標値である燃料電池出力目標値を設定して前記コンバータおよび前記インバータを制御する制御装置と、を備える系統連系制御装置であって、前記制御装置は、前記出力電力検出値が、前記負荷電力算出値に追従して設定される前記インバータの出力電力目標値と一致するように制御して、前記燃料電池出力目標値の第一の目標値である第一目標値を算出する第一目標値算出部と、前記出力電力検出値が前記出力電力目標値と比べて大きいときに、前記燃料電池の内部インピーダンスを推定して、前記推定されたインピーダンス推定値と相関する前記第一目標値の補正値を算出する補正値算出部と、前記出力電力検出値が前記出力電力目標値と比べて大きいときに、前記第一目標値に前記補正値を加算または減算して前記燃料電池出力目標値を算出し設定する燃料電池出力目標値設定部と、を備える。

本発明に係る系統連系制御装置によれば、制御装置は、燃料電池出力目標値設定部を備える。燃料電池出力目標値設定部は、出力電力検出値が出力電力目標値と比べて大きいときに、第一目標値に補正値を加算または減算して燃料電池出力目標値を算出し設定する。また、第一目標値の補正値は、燃料電池の内部インピーダンスを推定したインピーダンス推定値と相関している。そのため、本発明に係る系統連系制御装置は、負荷電力が低下する負荷変動時（出力電力検出値が出力電力目標値と比べて大きいとき）に、内部インピーダンスの変動に合わせて燃料電池の出力電力に関する目標値である燃料電池出力目標値を設定することができ、逆潮流を抑制することができる。

系統連系制御装置１０の一例を示す構成図である。 制御装置１６の一例を示す構成図である。 制御装置１６の制御ブロックの一例を示すブロック図である。 制御装置１６の制御手順の一例を示すフローチャートである。 燃料電池１１の電圧検出値ＶＦｃ＿ｄおよび電流検出値ＩＦｃ＿ｄを格納する記憶領域の一例を示す模式図である。 インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔと第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２との関係の一例を示す図である。 変形形態に係り、制御装置１６の制御手順の一例を示すフローチャートである。

以下、本実施形態の系統連系制御装置１０を図面に基づいて説明する。なお、図面は、概念図であり、細部構造の寸法まで規定するものではない。

＜系統連系制御装置１０の構成＞
図１に示すように、本実施形態の系統連系制御装置１０は、燃料電池１１、コンバータ１２、コンデンサ１３、インバータ１４、検出器１５および制御装置１６を備えている。また、検出器１５は、出力電圧検出器１５ａ、出力電流検出器１５ｂ、直流電圧検出器１５ｃ、出力電力検出器１５ｄおよび購入電力検出器１５ｅを備えている。

燃料電池１１は、燃料と酸化剤ガスとによって発電する発電装置であり、種々の燃料電池（例えば、公知の固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）など）を用いることができる。燃料は、例えば、天然ガスなどの炭化水素系原料を改質した改質ガスを用いることができる。酸化剤ガスは、例えば、空気を用いることができる。また、燃料電池１１は、出力端子１１ａ，１１ｂを備えている。出力端子１１ａは、燃料電池１１の正極（＋）に接続されており、出力端子１１ｂは、燃料電池１１の負極（−）に接続されている。

コンバータ１２は、燃料電池１１から出力された直流電力を昇圧して、インバータ１４に出力する。コンバータ１２は、入力側端子１２ａ，１２ｂおよび出力側端子１２ｃ，１２ｄを備えている。燃料電池１１の出力端子１１ａと、コンバータ１２の入力側端子１２ａとの間には、電路１７ａが形成されている。また、燃料電池１１の出力端子１１ｂと、コンバータ１２の入力側端子１２ｂとの間には、電路１７ｂが形成されている。燃料電池１１から出力された直流電力（出力電力ＰＦｃ）は、電路１７ａ，１７ｂを介してコンバータ１２に入力される。そして、コンバータ１２によって昇圧された直流電力は、出力側端子１２ｃ，１２ｄから出力される。電路１７ａ，１７ｂは、例えば、公知の電力用電線を用いることができる。このことは、後述する電路についても同様である。

電路１７ａと電路１７ｂとの間には、出力電圧検出器１５ａが設けられており、電路１７ａには、出力電流検出器１５ｂが設けられている。出力電圧検出器１５ａは、燃料電池１１の出力電圧ＶＦｃを検出する。具体的には、出力電圧検出器１５ａは、燃料電池１１の出力端子１１ａ，１１ｂ間の直流電圧を検出する。本明細書では、出力電圧検出器１５ａによって検出された検出値を電圧検出値ＶＦｃ＿ｄという。

出力電圧検出器１５ａは、例えば、抵抗値が既知の複数の抵抗器によって電路１７ａと電路１７ｂとの間の直流電圧を分圧して、分圧された電圧値に基づいて燃料電池１１の出力端子１１ａ，１１ｂ間の直流電圧を検出することができる。具体的には、上述した抵抗器によって分圧された直流電圧は、制御装置１６に入力される。そして、制御装置１６は、公知のＡ／Ｄ変換器（図示略）などによって分圧された直流電圧を知得し、燃料電池１１の出力端子１１ａ，１１ｂ間の直流電圧を検出することができる。

出力電流検出器１５ｂは、燃料電池１１の出力電流ＩＦｃを検出する。具体的には、出力電流検出器１５ｂは、燃料電池１１の出力端子１１ａから出力される直流電流を検出する。本明細書では、出力電流検出器１５ｂによって検出された検出値を電流検出値ＩＦｃ＿ｄという。出力電流検出器１５ｂは、公知の電流検出器（例えば、カレントトランスを使用した電流検出器）を用いることができる。電流検出値ＩＦｃ＿ｄは、制御装置１６に入力される。なお、制御装置１６は、電圧検出値ＶＦｃ＿ｄと電流検出値ＩＦｃ＿ｄとを乗算して、燃料電池１１の出力電力ＰＦｃを算出することができる。

コンバータ１２は、リアクトル１２ｅ、ダイオード１２ｆおよびスイッチング素子１２ｇを備えている。これらの素子は、公知の電力用デバイスを用いることができる。例えば、スイッチング素子１２ｇは、公知の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などを用いることができる。

コンバータ１２の入力側端子１２ａと出力側端子１２ｃとの間には、電路１７ｃが形成されている。また、コンバータ１２の入力側端子１２ｂと出力側端子１２ｄとの間には、電路１７ｄが形成されている。電路１７ｃには、入力側端子１２ａ側から順に、リアクトル１２ｅ、ダイオード１２ｆが設けられている。また、リアクトル１２ｅとダイオード１２ｆとの間の電路１７ｃには、接続点１２ｉが設けられており、接続点１２ｉには、スイッチング素子１２ｇのドレイン１２ｇ１が接続されている。スイッチング素子１２ｇのソース１２ｇ２は、電路１７ｄに設けられる接続点１２ｊに接続されており、接続点１２ｉと接続点１２ｊとの間には、電路１７ｅが形成されている。なお、スイッチング素子１２ｇのゲート１２ｇ３は、駆動回路１６ｅを介して、後述する制御装置１６に接続されている。駆動回路１６ｅは、公知のドライバ回路を用いることができる。コンバータ１２は、燃料電池１１から出力された出力電力ＰＦｃを昇圧することができれば良く、上述の構成に限定されるものではない。

コンバータ１２の出力側端子１２ｃと、インバータ１４の入力側端子１４ａとの間には、電路１７ｆが形成されている。また、コンバータ１２の出力側端子１２ｄと、インバータ１４の入力側端子１４ｂとの間には、電路１７ｇが形成されている。電路１７ｆと電路１７ｇとの間には、コンデンサ１３および直流電圧検出器１５ｃが設けられている。

電路１７ｆには、接続点１３ａが設けられており、接続点１３ａには、コンデンサ１３の一端側（正極側）が接続されている。電路１７ｇには、接続点１３ｂが設けられており、接続点１３ｂには、コンデンサ１３の他端側（負極側）が接続されている。コンデンサ１３は、公知の電解コンデンサを用いることができ、コンバータ１２によって昇圧された直流電力のリップルを低減することができる。直流電圧検出器１５ｃは、コンバータ１２によって昇圧された直流電力の直流電圧Ｖｄｃを検出する。具体的には、直流電圧検出器１５ｃは、インバータ１４の入力側端子１４ａ，１４ｂ間に印加される直流電圧を検出する。本明細書では、直流電圧検出器１５ｃによって検出された検出値を直流電圧検出値Ｖｄｃ＿ｄという。

直流電圧検出器１５ｃは、例えば、抵抗値が既知の複数の抵抗器によって電路１７ｆと電路１７ｇとの間の直流電圧を分圧して、分圧された電圧値に基づいてインバータ１４の入力側端子１４ａ，１４ｂ間に印加される直流電圧を検出することができる。制御装置１６は、出力電圧検出器１５ａと同様にして、インバータ１４の入力側端子１４ａ，１４ｂ間に印加される直流電圧を算出することができる。

制御装置１６は、出力電力の目標値に基づいて、コンバータ１２を駆動させるスイッチング素子１２ｇの制御信号であるパルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号のデューティ比を決定する。制御装置１６は、ドライバ回路である駆動回路１６ｅを介して、当該デューティ比に基づくパルス信号をスイッチング素子１２ｇのゲート１２ｇ３に付与する。例えば、スイッチング素子１２ｇのゲート１２ｇ３に付与される電圧がハイレベル（所定電圧値を超えている状態）のときには、スイッチング素子１２ｇのドレイン１２ｇ１とソース１２ｇ２との間が電気的に導通された閉状態になり、リアクトル１２ｅに電磁エネルギーが蓄えられる。

スイッチング素子１２ｇのゲート１２ｇ３に付与される電圧がローレベル（所定電圧値以下の状態）のときには、スイッチング素子１２ｇのドレイン１２ｇ１とソース１２ｇ２との間が電気的に遮断された開状態になり、リアクトル１２ｅに蓄えられた電磁エネルギーがコンデンサ１３に充電されて、コンバータ１２の出力電力は増大する。このようにして、制御装置１６は、コンバータ１２の出力電力を所望の電力値（出力電力の目標値）に制御することができる。

インバータ１４は、コンバータ１２によって昇圧された直流電力を交流電力に変換して系統電源２０に接続されている負荷３０に出力する。インバータ１４は、入力側端子１４ａ，１４ｂおよび出力側端子１４ｃ，１４ｄを備えている。インバータ１４の出力側端子１４ｃと、系統電源２０の接続端子２０ａとの間には、電路２１ａが形成されている。また、インバータ１４の出力側端子１４ｄと、系統電源２０の接続端子２０ｂとの間には、電路２１ｂが形成されている。インバータ１４から出力された交流電力は、電路２１ａ，２１ｂを介して出力される。これにより、インバータ１４から出力された交流電力は、負荷３０に供給可能になっている。なお、系統電源２０として、例えば、電力会社が保有する商用の配電線網から供給される交流電源が挙げられる。また、負荷３０は、電力を駆動源とする負荷であり、例えば、家庭用電気機器（電化製品など）や産業用電気機器（ロボットなど）が挙げられる。

インバータ１４は、複数（本実施形態では、４つ）のスイッチング素子（第一スイッチング素子１４ｅ〜第四スイッチング素子１４ｈ）を備えている。第一スイッチング素子１４ｅ〜第四スイッチング素子１４ｈは、コンバータ１２のスイッチング素子１２ｇと同様に、公知の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などを用いることができる。

図１に示すように、インバータ１４の入力側端子１４ａと、第一スイッチング素子１４ｅのドレイン１４ｅ１と、第三スイッチング素子１４ｇのドレイン１４ｇ１との間には、電路１７ｈが形成されている。また、インバータ１４の入力側端子１４ｂと、第二スイッチング素子１４ｆのソース１４ｆ２と、第四スイッチング素子１４ｈのソース１４ｈ２との間には、電路１７ｉが形成されている。

第一スイッチング素子１４ｅおよび第二スイッチング素子１４ｆは、電路１７ｈと電路１７ｉとの間において直列接続されており、第一スイッチング素子１４ｅのソース１４ｅ２と、第二スイッチング素子１４ｆのドレイン１４ｆ１との間には、電路１７ｊが形成されている。また、第三スイッチング素子１４ｇおよび第四スイッチング素子１４ｈは、電路１７ｈと電路１７ｉとの間において直列接続されており、第三スイッチング素子１４ｇのソース１４ｇ２と、第四スイッチング素子１４ｈのドレイン１４ｈ１との間には、電路１７ｋが形成されている。つまり、直列接続された第一スイッチング素子１４ｅおよび第二スイッチング素子１４ｆと、直列接続された第三スイッチング素子１４ｇおよび第四スイッチング素子１４ｈとは、電路１７ｈと電路１７ｉとの間において並列接続されている。

電路１７ｊには、接続点１４ｉが設けられており、接続点１４ｉと、インバータ１４の出力側端子１４ｃとの間には、電路１７ｌが形成されている。また、電路１７ｋには、接続点１４ｊが設けられており、接続点１４ｊとインバータ１４の出力側端子１４ｄとの間には、電路１７ｍが形成されている。以上のようにして、第一スイッチング素子１４ｅ〜第四スイッチング素子１４ｈは、フルブリッジ接続されている。

第一スイッチング素子１４ｅ〜第四スイッチング素子１４ｈの各ゲート１４ｅ３〜１４ｈ３は、駆動回路１６ｆを介して、制御装置１６に接続されている。駆動回路１６ｆは、公知のドライバ回路を用いることができる。第一スイッチング素子１４ｅ〜第四スイッチング素子１４ｈは、制御装置１６から出力される駆動信号（開閉信号）に基づいて駆動制御される。

例えば、第一スイッチング素子１４ｅのゲート１４ｅ３に付与される電圧がハイレベル（所定電圧値を超えている状態）のときには、第一スイッチング素子１４ｅのドレイン１４ｅ１とソース１４ｅ２との間が電気的に導通された閉状態になる。一方、第一スイッチング素子１４ｅのゲート１４ｅ３に付与される電圧がローレベル（所定電圧値以下の状態）のときには、第一スイッチング素子１４ｅのドレイン１４ｅ１とソース１４ｅ２との間が電気的に遮断された開状態になる。以上のことは、第二スイッチング素子１４ｆ〜第四スイッチング素子１４ｈについても同様である。制御装置１６は、例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）によりデューティ比を可変して、当該デューティ比に基づいて第一スイッチング素子１４ｅ〜第四スイッチング素子１４ｈを開閉制御することができる。

インバータ１４は、第一スイッチング素子１４ｅおよび第四スイッチング素子１４ｈの両方が閉状態であり、かつ、第二スイッチング素子１４ｆおよび第三スイッチング素子１４ｇの両方が開状態である第一状態と、第一スイッチング素子１４ｅおよび第四スイッチング素子１４ｈの両方が開状態であり、かつ、第二スイッチング素子１４ｆおよび第三スイッチング素子１４ｇの両方が閉状態である第二状態とを交互に繰り返すことによって、インバータ１４の入力側端子１４ａ，１４ｂから入力された直流電力を交流電力に変換することができる。

なお、インバータ１４と負荷３０との間には、公知のフィルタ回路を設けることができる。フィルタ回路は、例えば、公知のＬＣ回路を用いることができる。これにより、インバータ１４の出力側端子１４ｃ，１４ｄから出力されるインバータ１４の出力電流Ｉｏｕｔに含まれる高調波成分が低減され、インバータ１４の出力電流Ｉｏｕｔが正弦波状に整形される。

出力電力検出器１５ｄは、インバータ１４の出力側端子１４ｃ，１４ｄから出力される出力電力Ｐｏｕｔを検出する。本明細書では、出力電力検出器１５ｄによって検出された検出値を出力電力検出値Ｐｏｕｔ＿ｄという。出力電力検出器１５ｄは、公知の電力検出器を用いることができる。また、出力電力検出器１５ｄは、系統電源２０の系統電圧（系統電源２０の接続端子２０ａと接続端子２０ｂとの間の電圧）と、インバータ１４の出力電流Ｉｏｕｔとに基づいて、インバータ１４の出力電力Ｐｏｕｔを算出して、算出値を出力電力検出値Ｐｏｕｔ＿ｄとすることもできる。

購入電力検出器１５ｅは、系統電源２０から負荷３０に供給される購入電力Ｐｇｒｉｄを検出する。本明細書では、購入電力検出器１５ｅによって検出された検出値を購入電力検出値Ｐｇｒｉｄ＿ｄという。購入電力検出器１５ｅは、公知の電力検出器を用いることができる。なお、図１では、系統電源２０から負荷３０に供給される電流を系統電流Ｉｇｒｉｄで示している。また、検出器１５は、既述した検出器に限定されるものではなく、系統連系制御装置に用いられる種々の検出器を備えることができる。

制御装置１６には、検出器１５の各検出値が入力される。本実施形態では、各検出値には、出力電圧検出器１５ａによって検出された電圧検出値ＶＦｃ＿ｄと、出力電流検出器１５ｂによって検出された電流検出値ＩＦｃ＿ｄと、直流電圧検出器１５ｃによって検出された直流電圧検出値Ｖｄｃ＿ｄと、出力電力検出器１５ｄによって検出された出力電力検出値Ｐｏｕｔ＿ｄと、購入電力検出器１５ｅによって検出された購入電力検出値Ｐｇｒｉｄ＿ｄとが含まれる。

インバータ１４の出力電力Ｐｏｕｔと負荷３０の購入電力Ｐｇｒｉｄとを加算した加算電力は、負荷３０の負荷電力ＰＬと一致する。そのため、制御装置１６は、入力された各検出値に基づいて、インバータ１４の出力電力Ｐｏｕｔが負荷３０の負荷電力ＰＬに追従するように燃料電池１１の出力電力ＰＦｃに関する目標値である燃料電池出力目標値ＰＦｃ＿ｒｅｆを設定する。そして、制御装置１６は、燃料電池出力目標値ＰＦｃ＿ｒｅｆに基づいて、コンバータ１２の１つまたは複数（本実施形態では、１つ）のスイッチング素子１２ｇを駆動制御し、インバータ１４の複数（本実施形態では、４つ）のスイッチング素子（第一スイッチング素子１４ｅ〜第四スイッチング素子１４ｈ）を駆動制御する。

図２に示すように、制御装置１６は、公知の中央演算装置１６ａ、記憶装置１６ｂおよび入出力インターフェース１６ｃを備えており、これらは、バス１６ｄを介して電気的に接続されている。制御装置１６は、これらを用いて、種々の演算処理を行うことができ、外部機器との間で、入出力信号（駆動信号を含む）の授受を行うことができる。

中央演算装置１６ａは、ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔであり、種々の演算処理を行うことができる。記憶装置１６ｂは、第一記憶装置１６ｂ１および第二記憶装置１６ｂ２を備えている。第一記憶装置１６ｂ１は、読み出しおよび書き込み可能な揮発性の記憶装置（ＲＡＭ：Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）であり、第二記憶装置１６ｂ２は、読み出し専用の不揮発性の記憶装置（ＲＯＭ：Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）である。入出力インターフェース１６ｃは、外部機器との間で、入出力信号（駆動信号を含む）の授受を行う。

例えば、中央演算装置１６ａは、第二記憶装置１６ｂ２に記憶されているインバータ１４の駆動制御プログラムを第一記憶装置１６ｂ１に読み出して、当該駆動制御プログラムを実行する。中央演算装置１６ａは、当該駆動制御プログラムに基づいて、インバータ１４の駆動信号（第一スイッチング素子１４ｅ〜第四スイッチング素子１４ｈの開閉信号）を生成する。生成された駆動信号は、入出力インターフェース１６ｃおよび駆動回路１６ｆを介して、インバータ１４の第一スイッチング素子１４ｅ〜第四スイッチング素子１４ｈの各ゲート１４ｅ３〜１４ｈ３に付与される。このようにして、インバータ１４は、制御装置１６によって駆動制御される。以上のことは、コンバータ１２についても同様であり、コンバータ１２は、制御装置１６によって駆動制御される。

＜系統連系制御装置１０による制御＞
系統連系制御においては、負荷電力ＰＬに追従するようにインバータ１４の出力電力Ｐｏｕｔ（系統連系制御装置１０の出力電力）を制御する必要がある。特に、出力電力Ｐｏｕｔが負荷電力ＰＬを超えてしまう逆潮流を抑制する必要があり、逆潮流が見込まれるときには、インバータ１４の出力電力Ｐｏｕｔを速やかに低下させる必要がある。インバータ１４の出力電力Ｐｏｕｔを低下させるためには、燃料電池１１の出力電力ＰＦｃを低下させる必要がある。

図１に示すように、燃料電池１１の出力電圧ＶＦｃは、発電によって生じる内部電圧Ｅ０から、内部インピーダンスＺ０による電圧降下分を減じて得られる。電圧降下分は、内部インピーダンスＺ０と、燃料電池１１の出力電流ＩＦｃとを乗じて得られる。つまり、燃料電池１１の出力電圧ＶＦｃは、下記数１で示される。また、燃料電池１１の出力電力ＰＦｃは、下記数２で示される。
（数１）
ＶＦｃ＝Ｅ０−Ｚ０×ＩＦｃ
（数２）
ＰＦｃ＝ＶＦｃ×ＩＦｃ＝（Ｅ０−Ｚ０×ＩＦｃ）×ＩＦｃ

燃料電池１１の発電状態が同じ場合、内部電圧Ｅ０および内部インピーダンスＺ０は、概ね一定である。そのため、燃料電池１１の出力電力ＰＦｃを低下させるためには、数２に示すように、燃料電池１１の出力電流ＩＦｃを低下させる必要がある。換言すれば、燃料電池１１の出力電力ＰＦｃを低下させるためには、数１に示すように、燃料電池１１の出力電圧ＶＦｃを上昇させる必要がある。

しかしながら、内部インピーダンスＺ０は、出力電圧ＶＦｃ等と比べて変動幅は小さいものの、発電部位（燃料と酸化剤ガスとを反応させるセルスタック）の温度によって変動する。そのため、燃料電池１１の出力電圧ＶＦｃおよび出力電流ＩＦｃは、内部インピーダンスＺ０の影響を受ける。よって、逆潮流を適切に抑制するためには、内部インピーダンスＺ０の変動に合わせて、燃料電池１１の出力電圧ＶＦｃの目標値ＶＦｃ＿ｒｅｆを設定する必要がある。このことは、燃料電池１１の出力電流ＩＦｃの目標値ＩＦｃ＿ｒｅｆについても同様に言える。

出力電圧ＶＦｃの目標値ＶＦｃ＿ｒｅｆおよび出力電流ＩＦｃの目標値ＩＦｃ＿ｒｅｆは、燃料電池１１の出力電力ＰＦｃに関する目標値であり、本明細書では、これらを燃料電池出力目標値ＰＦｃ＿ｒｅｆという。本実施形態では、燃料電池出力目標値ＰＦｃ＿ｒｅｆとして、出力電圧ＶＦｃの目標値ＶＦｃ＿ｒｅｆを例に説明する。後述するように、本発明は、出力電流ＩＦｃの目標値ＩＦｃ＿ｒｅｆについても適用することができる。

図３に示すように、制御装置１６は、制御ブロックとして捉えると、第一目標値算出部４１と、逆潮流判定部４２と、補正値算出部４３と、燃料電池出力目標値設定部４４と、電力変換器制御部４５とを備えている。また、制御装置１６は、図４に示すフローチャートに従って制御プログラムを実行する。第一目標値算出部４１は、ステップＳ１１およびステップＳ１２に示す処理を行う。逆潮流判定部４２は、ステップＳ１３に示す判断を行う。補正値算出部４３は、ステップＳ１４およびステップＳ１５に示す処理を行う。燃料電池出力目標値設定部４４は、ステップＳ１６およびステップＳ１７に示す処理を行う。電力変換器制御部４５は、ステップＳ１８に示す処理を行う。

第一目標値算出部４１は、燃料電池１１の出力電圧ＶＦｃの目標値ＶＦｃ＿ｒｅｆの第一の目標値である第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆを算出する。図３に示すように、第一目標値算出部４１は、減算器４１ａと、ＰＩ制御部４１ｂとを備えている。減算器４１ａには、出力電力検出器１５ｄによって検出された出力電力検出値Ｐｏｕｔ＿ｄと、負荷電力算出値ＰＬ＿ｄとが入力される。負荷電力算出値ＰＬ＿ｄは、出力電力検出器１５ｄによって検出された出力電力検出値Ｐｏｕｔ＿ｄおよび購入電力検出器１５ｅによって検出された購入電力検出値Ｐｇｒｉｄ＿ｄによって算出される。具体的には、負荷電力算出値ＰＬ＿ｄは、出力電力検出値Ｐｏｕｔ＿ｄと購入電力検出値Ｐｇｒｉｄ＿ｄとを加算して算出する。インバータ１４の出力電力目標値Ｐｏｕｔ＿ｒｅｆは、インバータ１４の負荷電力算出値ＰＬ＿ｄに追従して設定される（図４のステップＳ１１）。

図３に示すように、減算器４１ａは、インバータ１４の出力電力検出値Ｐｏｕｔ＿ｄから、インバータ１４の出力電力目標値Ｐｏｕｔ＿ｒｅｆを減じて偏差ΔＰｏｕｔを算出する。減算器４１ａによって算出された偏差ΔＰｏｕｔは、ＰＩ制御部４１ｂに入力される。本実施形態では、ＰＩ制御部４１ｂは、インバータ１４の出力電力検出値Ｐｏｕｔ＿ｄが、インバータ１４の出力電力目標値Ｐｏｕｔ＿ｒｅｆと一致するように、比例制御および積分制御を行う。ＰＩ制御部４１ｂは、公知の比例演算器、積分演算器および加算器（いずれも図示略）を備えている。

比例演算器は、偏差ΔＰｏｕｔに比例ゲインＫ_Ｐを乗じた演算結果を出力する。積分演算器は、偏差ΔＰｏｕｔを積分した積分値に積分ゲインＫ_Ｉを乗じた演算結果を出力する。加算器は、比例演算器の演算結果と、積分演算器の演算結果とを加算する。そして、ＰＩ制御部４１ｂは、加算器の演算結果を第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆとして出力する。なお、ＰＩ制御部４１ｂは、偏差ΔＰｏｕｔを微分した微分値に微分ゲインＫ_Ｄを乗じた演算結果を出力する微分演算器を備えることもできる。つまり、ＰＩ制御部４１ｂは、比例制御、積分制御および微分制御を行うＰＩＤ制御部とすることができる。この場合、加算器は、比例演算器の演算結果と、積分演算器の演算結果と、微分演算器の演算結果とを加算する。

このように、第一目標値算出部４１は、比例制御（Ｐ制御）、積分制御（Ｉ制御）および微分制御（Ｄ制御）のうちの少なくとも比例制御（Ｐ制御）および積分制御（Ｉ制御）によって、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆを算出することができる（図４のステップＳ１２）。なお、伝達関数Ｇ（ｓ）は、下記数３で表すことができる。但し、ｓは、ラプラス演算子を示している。比例ゲインＫ_Ｐおよび積分ゲインＫ_Ｉは、図２に示す第二記憶装置１６ｂ２に記憶されている。これらの制御ゲインは、コンバータ１２およびインバータ１４の駆動制御プログラムとともに、起動時に第二記憶装置１６ｂ２から第一記憶装置１６ｂ１に読み出される。
（数３）
Ｇ（ｓ）＝Ｋ_Ｐ＋Ｋ_Ｉ×１／ｓ

比例ゲインＫ_Ｐを大きくする程、偏差ΔＰｏｕｔを短時間に小さくすることができる。また、積分ゲインＫ_Ｉを大きくする程、偏差ΔＰｏｕｔによるオフセット（定常偏差）を短時間に０にすることができる。さらに、微分ゲインＫ_Ｄを大きくする程、偏差ΔＰｏｕｔの振動を短時間に収束することができ、外乱に対して強くなる。これらの制御ゲインは、例えば、シミュレーション、実機による検証などによって予め取得しておくと良い。なお、第一目標値算出部４１は、インバータ１４の出力電力検出値Ｐｏｕｔ＿ｄが、インバータ１４の出力電力目標値Ｐｏｕｔ＿ｒｅｆと一致するように制御して、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆを算出することができれば良く、上述した制御に限定されない。第一目標値算出部４１は、公知の種々のフィードバック制御、フィードフォワード制御などによって、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆを算出することができる。

逆潮流判定部４２は、インバータ１４の出力電力検出値Ｐｏｕｔ＿ｄが、インバータ１４の出力電力目標値Ｐｏｕｔ＿ｒｅｆと比べて大きいか否かを判断する（図４のステップＳ１３）。図３に示すように、逆潮流判定部４２には、減算器４１ａによって算出された偏差ΔＰｏｕｔが入力される。逆潮流判定部４２は、偏差ΔＰｏｕｔが正値のときには、インバータ１４の出力電力検出値Ｐｏｕｔ＿ｄが、インバータ１４の出力電力目標値Ｐｏｕｔ＿ｒｅｆと比べて大きいと判断する（図４のステップＳ１３でＹｅｓの場合であり、逆潮流が見込まれる）。一方、逆潮流判定部４２は、偏差ΔＰｏｕｔが０または負値のときには、インバータ１４の出力電力検出値Ｐｏｕｔ＿ｄが、インバータ１４の出力電力目標値Ｐｏｕｔ＿ｒｅｆ以下であると判断する（図４のステップＳ１３でＮｏの場合であり、逆潮流が見込まれない）。このようにして、逆潮流判定部４２は、逆潮流が見込まれるか否かの判断を行うことができる。

逆潮流判定部４２は、逆潮流が見込まれるか否かの判断結果を、補正値算出部４３および燃料電池出力目標値設定部４４に対して出力する。また、逆潮流判定部４２は、インバータ１４の出力電力検出値Ｐｏｕｔ＿ｄが、インバータ１４の出力電力目標値Ｐｏｕｔ＿ｒｅｆと比べて大きく、逆潮流が見込まれるとき（図４のステップＳ１３でＹｅｓの場合）には、補正値算出部４３に対して、インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔの算出開始指令を出力する。

補正値算出部４３は、インバータ１４の出力電力検出値Ｐｏｕｔ＿ｄが、インバータ１４の出力電力目標値Ｐｏｕｔ＿ｒｅｆと比べて大きいときに、燃料電池１１の内部インピーダンスＺ０を推定して、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２を算出する。図３に示すように、補正値算出部４３には、出力電圧検出器１５ａによって検出された電圧検出値ＶＦｃ＿ｄと、出力電流検出器１５ｂによって検出された電流検出値ＩＦｃ＿ｄと、逆潮流判定部４２から出力された逆潮流が見込まれるか否かの判断結果（インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔの算出開始指令を含む）とが入力される。

補正値算出部４３は、逆潮流判定部４２からインピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔの算出開始指令を受けると、インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔを算出する（図４のステップＳ１４）。燃料電池１１の内部インピーダンスＺ０を推定する方法は、限定されない。本実施形態では、補正値算出部４３は、出力電圧変化量ΔＶを出力電流変化量ΔＩで除算して、インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔを算出すると好適である。出力電圧変化量ΔＶは、出力電圧検出器１５ａによって順次検出された複数（本実施形態では、２０個）の電圧検出値ＶＦｃ＿ｄの変化量をいう。出力電流変化量ΔＩは、複数（２０個）の電圧検出値ＶＦｃ＿ｄが検出された時間と同一時間に出力電流検出器１５ｂによって順次検出された複数（本実施形態では、２０個）の電流検出値ＩＦｃ＿ｄの変化量をいう。

図５に示すように、補正値算出部４３は、図２に示す第一記憶装置１６ｂ１において、電圧検出値ＶＦｃ＿ｄを格納する複数（本実施形態では、２０個）の連続する記憶領域（Ｍ１〜Ｍ２０）を備えている。また、補正値算出部４３は、図２に示す第一記憶装置１６ｂ１において、電流検出値ＩＦｃ＿ｄを格納する複数（本実施形態では、２０個）の連続する記憶領域（Ｎ１〜Ｎ２０）を備えている。これらの記憶領域は、例えば、先入れ先出し（ＦＩＦＯ：Ｆｉｒｓｔ Ｉｎ Ｆｉｒｓｔ Ｏｕｔ）方式で構成されている。

具体的には、出力電圧検出器１５ａによって検出された電圧検出値ＶＦｃ＿ｄは、まず、記憶領域Ｍ１に格納される。次に、出力電圧検出器１５ａによって電圧検出値ＶＦｃ＿ｄが検出されると、記憶領域Ｍ１に格納されていた電圧検出値ＶＦｃ＿ｄは、記憶領域Ｍ２に移動される。そして、新しく検出された電圧検出値ＶＦｃ＿ｄは、記憶領域Ｍ１に格納される。次に、出力電圧検出器１５ａによって電圧検出値ＶＦｃ＿ｄが検出されると、記憶領域Ｍ２に格納されていた電圧検出値ＶＦｃ＿ｄは、記憶領域Ｍ３に移動され、記憶領域Ｍ１に格納されていた電圧検出値ＶＦｃ＿ｄは、記憶領域Ｍ２に移動される。そして、新しく検出された電圧検出値ＶＦｃ＿ｄは、記憶領域Ｍ１に格納される。これを電圧検出値ＶＦｃ＿ｄが検出される度に繰り返す。

記憶領域（Ｍ１〜Ｍ２０）の全てにおいて、電圧検出値ＶＦｃ＿ｄが格納された後に、出力電圧検出器１５ａによって電圧検出値ＶＦｃ＿ｄが検出されると、最も古い検出値である記憶領域Ｍ２０に格納されていた電圧検出値ＶＦｃ＿ｄが破棄されて、次に古い検出値である記憶領域Ｍ１９に格納されていた電圧検出値ＶＦｃ＿ｄが、記憶領域Ｍ２０に移動される。以上のことは、燃料電池１１の電流検出値ＩＦｃ＿ｄについても同様であり、電流検出値ＩＦｃ＿ｄは、電圧検出値ＶＦｃ＿ｄと同様にして、記憶領域（Ｎ１〜Ｎ２０）に格納される。

なお、複数（例えば、１０個）の電圧検出値ＶＦｃ＿ｄを平均して平均値を算出してから、当該平均値を記憶領域Ｍ１に格納することもできる。次に、複数（１０個）の電圧検出値ＶＦｃ＿ｄの平均値が算出されると、記憶領域Ｍ１に格納されていた複数（１０個）の電圧検出値ＶＦｃ＿ｄの平均値は、記憶領域Ｍ２に移動される。そして、新しく算出された複数（１０個）の電圧検出値ＶＦｃ＿ｄの平均値は、記憶領域Ｍ１に格納される。以降、上述した方法と同様にして、複数（１０個）の電圧検出値ＶＦｃ＿ｄの平均値を、記憶領域（Ｍ１〜Ｍ２０）に格納することができる。また、燃料電池１１の電流検出値ＩＦｃ＿ｄについても同様であり、複数（１０個）の電流検出値ＩＦｃ＿ｄの平均値を、複数（１０個）の電圧検出値ＶＦｃ＿ｄの平均値と同様にして、記憶領域（Ｎ１〜Ｎ２０）に格納することができる。

出力電圧変化量ΔＶおよび出力電流変化量ΔＩの算出方法は、限定されない。本実施形態では、補正値算出部４３は、第一電圧移動平均値Ｖａｖｅ１から第二電圧移動平均値Ｖａｖｅ２を減算して、出力電圧変化量ΔＶを算出すると好適である。また、補正値算出部４３は、第一電流移動平均値Ｉａｖｅ１から第二電流移動平均値Ｉａｖｅ２を減算して、出力電流変化量ΔＩを算出すると好適である。

第一電圧移動平均値Ｖａｖｅ１は、基準時刻ｔ０から第一時間Ｔ１経過した第一時刻ｔ１１までの間に順次検出された複数（本実施形態では、１０個）の電圧検出値ＶＦｃ＿ｄの移動平均をいう。第二電圧移動平均値Ｖａｖｅ２は、第一時刻ｔ１１から第一時間Ｔ１と同一時間経過した第二時刻ｔ１２までの間に順次検出された複数（本実施形態では、１０個）の電圧検出値ＶＦｃ＿ｄの移動平均をいう。また、第一電流移動平均値Ｉａｖｅ１は、基準時刻ｔ０から第一時刻ｔ１１までの間に順次検出された複数（本実施形態では、１０個）の電流検出値ＩＦｃ＿ｄの移動平均をいう。第二電流移動平均値Ｉａｖｅ２は、第一時刻ｔ１１から第二時刻ｔ１２までの間に順次検出された複数（本実施形態では、１０個）の電流検出値ＩＦｃ＿ｄの移動平均をいう。

図５に示す例では、補正値算出部４３は、記憶領域（Ｍ１１〜Ｍ２０）に格納されている複数（１０個）の電圧検出値ＶＦｃ＿ｄの移動平均を算出して、算出結果を第一電圧移動平均値Ｖａｖｅ１とする。補正値算出部４３は、記憶領域（Ｍ１〜Ｍ１０）に格納されている複数（１０個）の電圧検出値ＶＦｃ＿ｄの移動平均を算出して、算出結果を第二電圧移動平均値Ｖａｖｅ２とする。また、補正値算出部４３は、記憶領域（Ｎ１１〜Ｎ２０）に格納されている複数（１０個）の電流検出値ＩＦｃ＿ｄの移動平均を算出して、算出結果を第一電流移動平均値Ｉａｖｅ１とする。補正値算出部４３は、記憶領域（Ｎ１〜Ｎ１０）に格納されている複数（１０個）の電流検出値ＩＦｃ＿ｄの移動平均を算出して、算出結果を第二電流移動平均値Ｉａｖｅ２とする。

なお、上述した移動平均は、時系列データを平滑化することができれば良く、限定されない。例えば、移動平均は、個々のデータに重み付けを行わない単純移動平均であっても良く、個々のデータに重み付けを行う加重移動平均であっても良い。また、加重移動平均は、線形加重移動平均であっても良く、指数加重移動平均などであっても良い。線形加重移動平均は、最も新しいデータの重み付けが最も重く、古いデータになるほど順に重み付けを減らしていき最も古いデータの重み付けを０にする。指数加重移動平均は、線形加重移動平均の重み付けを指数関数的に減少させる。さらに、個々のデータの重み付けは、負荷電力ＰＬの変動に合わせて選択することもできる。例えば、負荷電力ＰＬの変動が大きい領域のデータの重み付けを重くし、負荷電力ＰＬの変動が小さい領域のデータの重み付けを軽くすることもできる。

このようにして、補正値算出部４３は、出力電圧変化量ΔＶを算出し、出力電流変化量ΔＩを算出する。なお、出力電圧変化量ΔＶおよび出力電流変化量ΔＩの算出順序は、限定されない。そして、補正値算出部４３は、出力電圧変化量ΔＶを出力電流変化量ΔＩで除算して、インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔを算出する。次に、補正値算出部４３は、推定されたインピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔと相関する第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２を算出する（図４のステップＳ１５）。

図１に示すように、内部インピーダンスＺ０が大きくなる程、内部インピーダンスＺ０による電圧降下分が大きくなる。その結果、発電によって生じる内部電圧Ｅ０と、燃料電池１１の出力電圧ＶＦｃとの差が大きくなる。このように、内部インピーダンスＺ０と、燃料電池１１の出力電圧ＶＦｃとの関係は、密接に関連しており、一方が変化すると他方も変化する相関関係になっている。

図６に示すように、補正値算出部４３は、インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔが大きくなる程、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２を大きくすると好適である。図６は、インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔと第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２との関係の一例を示す図である。横軸は、インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔの大きさを示し、縦軸は、補正値Ｖ２の大きさを示している。直線Ｌ１は、インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔと補正値Ｖ２との関係を示しており、この場合、インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔと補正値Ｖ２との関係は、一次関数で表すことができる。なお、同図では、インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔが０のときの補正値Ｖ２を補正値Ｖ２０で示している。

直線Ｌ１は、例えば、シミュレーション、実機による検証等によって、予め算出することができる。直線Ｌ１に示す関係は、マップ、数式等に変換されて、図２に示す第二記憶装置１６ｂ２に記憶される。直線Ｌ１に示す関係（マップ、数式等）は、コンバータ１２およびインバータ１４の駆動制御プログラムとともに、起動時に第二記憶装置１６ｂ２から第一記憶装置１６ｂ１に読み出される。なお、インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔと補正値Ｖ２との関係は、直線Ｌ１で示す一次関数に限定されるものではない。インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔと補正値Ｖ２との関係は、シミュレーション、実機による検証等の結果に合わせて規定することができ、例えば、指数関数などで表すこともできる。

図６に示すように、補正値算出部４３は、例えば、インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔがインピーダンス推定値Ｚ１１のときには、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２として、補正値Ｖ２１を出力する。補正値算出部４３は、インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔがインピーダンス推定値Ｚ１２のときには、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２として、補正値Ｖ２２を出力する。補正値算出部４３は、インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔがインピーダンス推定値Ｚ１３のときには、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２として、補正値Ｖ２３を出力する。

燃料電池出力目標値設定部４４は、インバータ１４の出力電力検出値Ｐｏｕｔ＿ｄが出力電力目標値Ｐｏｕｔ＿ｒｅｆと比べて大きいときに、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆに補正値Ｖ２を加算して、燃料電池１１の出力電圧ＶＦｃの目標値ＶＦｃ＿ｒｅｆを算出し設定する。図３に示すように、燃料電池出力目標値設定部４４は、補正値選択部４４ａと、加算器４４ｂとを備えている。補正値選択部４４ａには、逆潮流判定部４２によって判断された逆潮流が見込まれるか否かの判断結果と、補正値算出部４３によって算出された第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２と、逆潮流が見込まれないときに適用される第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２（補正量０）とが入力される。

補正値選択部４４ａは、上述した２つの第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２から一の補正値Ｖ２を選択し設定する。具体的には、補正値選択部４４ａは、逆潮流判定部４２によって逆潮流が見込まれると判断されたとき（インバータ１４の出力電力検出値Ｐｏｕｔ＿ｄが出力電力目標値Ｐｏｕｔ＿ｒｅｆと比べて大きいとき）には、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２として、補正値算出部４３によって算出された第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２を選択し設定する。一方、補正値選択部４４ａは、逆潮流判定部４２によって逆潮流が見込まれないと判断されたとき（インバータ１４の出力電力検出値Ｐｏｕｔ＿ｄが出力電力目標値Ｐｏｕｔ＿ｒｅｆ以下のとき）には、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２として、補正量０を選択し設定する（図４のステップＳ１６）。

図３に示すように、加算器４４ｂには、第一目標値算出部４１によって算出された第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆと、補正値選択部４４ａによって選択し設定された第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２とが入力される。加算器４４ｂは、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆに補正値Ｖ２を加算して、燃料電池１１の出力電圧ＶＦｃの目標値ＶＦｃ＿ｒｅｆを算出する（図４のステップＳ１７）。

このように、燃料電池出力目標値設定部４４は、逆潮流が見込まれるとき（インバータ１４の出力電力検出値Ｐｏｕｔ＿ｄが出力電力目標値Ｐｏｕｔ＿ｒｅｆと比べて大きいとき）に、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆに、インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔと相関する補正値Ｖ２を加算して、燃料電池１１の出力電圧ＶＦｃの目標値ＶＦｃ＿ｒｅｆを算出し設定する。換言すれば、燃料電池出力目標値設定部４４は、逆潮流が見込まれるときに、燃料電池１１の出力電力ＰＦｃの目標値を、インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔに応じて適切に低下させることができる。

電力変換器制御部４５は、燃料電池１１の出力電力ＰＦｃが、燃料電池１１の出力電力ＰＦｃの目標値と一致するように、コンバータ１２およびインバータ１４を制御する（図４のステップＳ１８）。具体的には、電力変換器制御部４５は、燃料電池１１の出力電力ＰＦｃの目標値に基づいて、コンバータ１２およびインバータ１４の出力目標値を設定する。そして、電力変換器制御部４５は、コンバータ１２の出力目標値に合わせて、コンバータ１２の駆動信号（スイッチング素子１２ｇの開閉信号）を生成する。また、電力変換器制御部４５は、インバータ１４の出力目標値に合わせて、インバータ１４の駆動信号（第一スイッチング素子１４ｅ〜第四スイッチング素子１４ｈの開閉信号）を生成する。

制御装置１６は、図１に示す駆動回路１６ｅを介して、生成された駆動信号をコンバータ１２のスイッチング素子１２ｇのゲート１２ｇ３に付与する。また、制御装置１６は、図１に示す駆動回路１６ｆを介して、生成された駆動信号を複数（４つ）のスイッチング素子（第一スイッチング素子１４ｅ〜第四スイッチング素子１４ｈ）の各ゲート（１４ｅ３〜１４ｈ３）に付与する。これらにより、制御装置１６は、逆潮流が見込まれるときに、インバータ１４の出力電力Ｐｏｕｔをインピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔに応じて適切に低下させることができる。

なお、制御装置１６は、燃料電池１１に供給する燃料および酸化剤ガスの供給量をそれぞれ制御して、燃料電池１１の出力電力ＰＦｃを所望の電力値（出力電力ＰＦｃの目標値）に制御する。燃料電池１１に供給する燃料および酸化剤ガスの供給量と、燃料電池１１の出力電力ＰＦｃとの関係は、例えば、シミュレーション、実機による検証等によって、予め算出することができる。これらの関係は、マップ、数式等に変換されて、図２に示す第二記憶装置１６ｂ２に記憶されている。

本実施形態の系統連系制御装置１０によれば、制御装置１６は、燃料電池出力目標値設定部４４を備える。燃料電池出力目標値設定部４４は、インバータ１４の出力電力検出値Ｐｏｕｔ＿ｄが出力電力目標値Ｐｏｕｔ＿ｒｅｆと比べて大きいときに、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆに補正値Ｖ２を加算して、燃料電池１１の出力電圧ＶＦｃの目標値ＶＦｃ＿ｒｅｆを算出し設定する。また、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２は、燃料電池１１の内部インピーダンスＺ０を推定したインピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔと相関している。そのため、本実施形態の系統連系制御装置１０は、負荷電力ＰＬが低下する負荷変動時（出力電力検出値Ｐｏｕｔ＿ｄが出力電力目標値Ｐｏｕｔ＿ｒｅｆと比べて大きいとき）に、内部インピーダンスＺ０の変動に合わせて燃料電池１１の出力電力Ｐｏｕｔに関する目標値である出力電圧ＶＦｃの目標値ＶＦｃ＿ｒｅｆを設定することができ、逆潮流を抑制することができる。

燃料電池１１は、経年劣化などによって、内部インピーダンスＺ０が増加する傾向にある。そのため、例えば、燃料電池１１の発電部位の温度と、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２との関係を予め規定したマップ等に基づいて第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２を算出すると、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２が適切でない可能性がある。また、燃料電池１１の稼働時間に応じて、これらの関係を規定したマップ等を複数用意すると、制御プログラムの複雑化、肥大化を招く可能性がある。本実施形態の系統連系制御装置１０によれば、補正値算出部４３は、燃料電池１１の内部インピーダンスＺ０を推定して、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２を算出する。そのため、本実施形態の系統連系制御装置１０は、上述した場合と比べて、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２を適正化することが容易であり、制御プログラムの複雑化、肥大化を抑制することができる。

また、本実施形態の系統連系制御装置１０によれば、補正値算出部４３は、出力電圧検出器１５ａによって順次検出された複数（２０個）の電圧検出値ＶＦｃ＿ｄの変化量である出力電圧変化量ΔＶを、複数（２０個）の電圧検出値ＶＦｃ＿ｄが検出された時間と同一時間に出力電流検出器１５ｂによって順次検出された複数（２０個）の電流検出値ＩＦｃ＿ｄの変化量である出力電流変化量ΔＩで除算して、インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔを算出する。そのため、本実施形態の系統連系制御装置１０は、特許文献１に記載の発明のように、電流の時系列データと電圧の時系列データとをそれぞれＦＦＴ法で演算処理する必要がない。よって、本実施形態の系統連系制御装置１０は、特許文献１に記載の発明と比べて、燃料電池１１の内部インピーダンスＺ０の推定に要する演算処理を簡素化することができ、短時間にインピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔを算出することができる。また、本実施形態の系統連系制御装置１０は、負荷電力ＰＬが低下する負荷変動時（出力電圧変化量ΔＶおよび出力電流変化量ΔＩの変化量が大きいとき）に、インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔを算出する。そのため、出力電圧変化量ΔＶおよび出力電流変化量ΔＩの変化量が小さいときに出力電圧変化量ΔＶを出力電流変化量ΔＩで除算することによる弊害（０に近い数値を０に近い数値で除算することによって演算結果が不定値になる不都合）を回避することができる。

さらに、本実施形態の系統連系制御装置１０によれば、補正値算出部４３は、基準時刻ｔ０から第一時間Ｔ１経過した第一時刻ｔ１１までの間に順次検出された複数（１０個）の電圧検出値ＶＦｃ＿ｄの移動平均である第一電圧移動平均値Ｖａｖｅ１から、第一時刻ｔ１１から第一時間Ｔ１と同一時間経過した第二時刻ｔ１２までの間に順次検出された複数（１０個）の電圧検出値ＶＦｃ＿ｄの移動平均である第二電圧移動平均値Ｖａｖｅ２を減算して、出力電圧変化量ΔＶを算出する。また、補正値算出部４３は、基準時刻ｔ０から第一時刻ｔ１１までの間に順次検出された複数（１０個）の電流検出値ＩＦｃ＿ｄの移動平均である第一電流移動平均値Ｉａｖｅ１から、第一時刻ｔ１１から第二時刻ｔ１２までの間に順次検出された複数（１０個）の電流検出値ＩＦｃ＿ｄの移動平均である第二電流移動平均値Ｉａｖｅ２を減算して、出力電流変化量ΔＩを算出する。そのため、本実施形態の系統連系制御装置１０は、例えば、第一時間Ｔ１に順次検出された複数の検出値を単に平均して変化量を算出し変化量同士を除算して、インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔを算出する場合と比べて、広範囲（第一時間Ｔ１の二倍の時間）の出力電圧変化量ΔＶおよび出力電流変化量ΔＩを用いてインピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔを算出することができる。よって、本実施形態の系統連系制御装置１０は、内部インピーダンスＺ０の推定精度を向上させることができる。

また、図１に示すように、内部インピーダンスＺ０が大きくなる程、内部インピーダンスＺ０による電圧降下分が大きくなる。その結果、発電によって生じる内部電圧Ｅ０と、燃料電池１１の出力電圧ＶＦｃとの差が大きくなる。つまり、インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔが大きくなる程、上述した電圧降下分の影響が大きくなるので、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆを補正する補正量を大きくする必要がある。本実施形態の系統連系制御装置１０によれば、補正値算出部４３は、インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔが大きくなる程、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２を大きくする。そのため、本実施形態の系統連系制御装置１０は、インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔに合致した適切な補正値Ｖ２によって、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆを補正することができる。

＜変形形態＞
本発明は、上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施することができる。例えば、補正値算出部４３は、燃料電池１１の発電部位の所定時間の温度変化量が所定閾値以下のときには、直近に推定したインピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔを使用することもできる。

既述したように、内部インピーダンスＺ０は、燃料電池１１の発電部位（燃料と酸化剤ガスとを反応させるセルスタック）の温度によって変動する。換言すれば、燃料電池１１の発電部位の温度変化が小さいときには、内部インピーダンスＺ０の変動も小さくなる。よって、燃料電池１１の発電部位の温度変化が小さいときには、内部インピーダンスＺ０の推定を行わないで直近に推定したインピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔを使用しても、インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔの推定誤差は少ない。

図７は、変形形態に係り、制御装置１６の制御手順の一例を示すフローチャートである。図７に示すフローチャートは、図４に示すフローチャートに対して、ステップＳ１３ａ、ステップＳ１５ａおよびステップＳ１９が追加されている。以下、実施形態と異なる点を中心に説明する。インバータ１４の出力電力検出値Ｐｏｕｔ＿ｄが、インバータ１４の出力電力目標値Ｐｏｕｔ＿ｒｅｆと比べて大きいとき（ステップＳ１３でＹｅｓの場合）に、制御装置１６は、燃料電池１１の発電部位の所定時間の温度変化量が所定閾値（温度閾値ＴＨ１）以下であるか否かを判断する（ステップＳ１３ａ）。

燃料電池１１の発電部位の温度として、例えば、既述したセルスタックの温度（セル温度、雰囲気温度など）が挙げられる。セルスタックの温度は、発電量が多くなるにつれて、上昇する傾向がある。なお、温度変化量の所定閾値（温度閾値ＴＨ１）を大きくする程、インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔの推定誤差は、大きくなる。そのため、許容されるインピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔの推定誤差を考慮して、例えば、シミュレーション、実機による検証等によって、予め、温度変化量を算出する所定時間、所定閾値（温度閾値ＴＨ１）などを設定しておくと良い。

発電部位の温度変化量が所定閾値（温度閾値ＴＨ１）を超えているとき（ステップＳ１３ａでＮｏの場合）には、補正値算出部４３は、実施形態と同様にして、インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔを算出し（ステップＳ１４）、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２を算出する（ステップＳ１５）。本変形形態では、制御装置１６は、ステップＳ１７で燃料電池１１の出力電圧ＶＦｃの目標値ＶＦｃ＿ｒｅｆを算出した後も、ステップＳ１４で算出した直近のインピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔおよびステップＳ１５で算出した直近の第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２を第一記憶装置１６ｂ１に記憶し続ける（ステップＳ１５ａ）。

一方、発電部位の温度変化量が所定閾値（温度閾値ＴＨ１）以下のとき（ステップＳ１３ａでＹｅｓの場合）には、補正値算出部４３は、インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔを、ステップＳ１５ａで記憶したインピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔに設定する。また、補正値算出部４３は、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２を、ステップＳ１５ａで記憶した補正値Ｖ２に設定する（ステップＳ１９）。そして、制御は、ステップＳ１７に進む。

本変形形態の系統連系制御装置１０によれば、補正値算出部４３は、燃料電池１１の発電部位の所定時間の温度変化量が所定閾値を超えているときに推定されたインピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔであって直近のインピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔを、温度変化量が所定閾値以下のときのインピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔとする。そのため、本変形形態の系統連系制御装置１０は、インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔの算出頻度を低減することができ、インピーダンス推定値Ｚ＿ｅｓｔの推定誤差の抑制と、演算負荷の低減との両立を図ることができる。

また、インバータ１４の出力電力検出値Ｐｏｕｔ＿ｄと、インバータ１４の出力電力目標値Ｐｏｕｔ＿ｒｅｆとの間の電力差（実施形態における偏差ΔＰｏｕｔ）が大きくなる程、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２を大きくして、燃料電池１１の出力電力ＰＦｃを速やかに低下させることもできる。この場合、補正値算出部４３は、インバータ１４の出力電力検出値Ｐｏｕｔ＿ｄとインバータ１４の出力電力目標値Ｐｏｕｔ＿ｒｅｆとの間の電力差（実施形態における偏差ΔＰｏｕｔ）と、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２との間の関係を規定する関係規定部を備えると好適である。関係規定部の上記関係には、上記電力差（実施形態における偏差ΔＰｏｕｔ）が大きくなる程、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２が大きくなる相関関係が含まれると好適である。補正値算出部４３は、上記相関関係に従って、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２を算出すると好適である。

関係規定部は、例えば、横軸に上記電力差を採り、縦軸に第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２を採り、上記電力差と第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２との間の関係を示すことにより、これらの関係を規定することができる。これらの関係は、例えば、シミュレーション、実機による検証等によって、予め算出することができる。これらの関係は、マップ、数式等に変換されて、図２に示す第二記憶装置１６ｂ２に記憶される。このように、関係規定部は、例えば、上述したマップ、数式等として捉えることができる。

本変形形態の系統連系制御装置１０によれば、補正値算出部４３は、インバータ１４の出力電力検出値Ｐｏｕｔ＿ｄとインバータ１４の出力電力目標値Ｐｏｕｔ＿ｒｅｆとの間の電力差が大きくなる程、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２が大きくなる相関関係が含まれる関係規定部を備えている。そして、補正値算出部４３は、上記相関関係に従って、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２を算出する。そのため、補正値算出部４３は、インバータ１４の出力電力検出値Ｐｏｕｔ＿ｄと、インバータ１４の出力電力目標値Ｐｏｕｔ＿ｒｅｆとの間の電力差を考慮して第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２を算出することができる。よって、本変形形態の系統連系制御装置１０は、上記電力差が大きくなる程、第一目標値Ｖ１＿ｒｅｆの補正値Ｖ２を大きくして、燃料電池１１の出力電力ＰＦｃを速やかに低下させることができる。

また、燃料電池出力目標値設定部４４は、燃料電池１１の出力電力ＰＦｃに関する目標値として、燃料電池１１の出力電流ＩＦｃの目標値ＩＦｃ＿ｒｅｆを設定することもできる。この場合、燃料電池１１の出力電流ＩＦｃの目標値ＩＦｃ＿ｒｅｆの第一の目標値を第一目標値Ｉ１＿ｒｅｆとし、第一目標値Ｉ１＿ｒｅｆの補正値を補正値Ｉ２とする。燃料電池出力目標値設定部４４は、第一目標値算出部４１によって算出された第一目標値Ｉ１＿ｒｅｆから、補正値算出部４３によって算出された第一目標値Ｉ１＿ｒｅｆの補正値Ｉ２を減算して、燃料電池１１の出力電流ＩＦｃの目標値ＩＦｃ＿ｒｅｆを算出し設定する。なお、出力電圧ＶＦｃと出力電流ＩＦｃとでは、次元が違うので、第一目標値Ｉ１＿ｒｅｆの補正値Ｉ２は、出力電圧ＶＦｃの場合の補正値Ｖ２と比べて、小さくすると良い。また、第一目標値Ｉ１＿ｒｅｆの補正値Ｉ２は、出力電圧ＶＦｃの場合の補正値Ｖ２と同様にして、例えば、シミュレーション、実機による検証等によって、予め算出することができる。

本発明に係る系統連系制御装置１０は、図４および図７に示す演算以外にも種々の演算を含めることができる。また、図４および図７に示す演算の順序は、適宜変更することができる。さらに、本発明に係る系統連系制御装置１０は、多相（例えば、三相）の系統電源およびインバータに適用することもできる。

１０：系統連系制御装置、
１１：燃料電池、１２：コンバータ、１４：インバータ、
１５ａ：出力電圧検出器、１５ｂ：出力電流検出器、
１５ｄ：出力電力検出器、１５ｅ：購入電力検出器、
１６：制御装置、
２０：系統電源、３０：負荷、
４１：第一目標値算出部、４３：補正値算出部、４４：燃料電池出力目標値設定部、
ＰＬ＿ｄ：負荷電力算出値、Ｐｏｕｔ＿ｒｅｆ：出力電力目標値、
Ｐｏｕｔ＿ｄ：出力電力検出値、
Ｖ１＿ｒｅｆ，Ｉ１＿ｒｅｆ：第一目標値、Ｖ２，Ｉ２：補正値、
ＰＦｃ＿ｒｅｆ：燃料電池出力目標値、
ｔ０：基準時刻、Ｔ１：第一時間、ｔ１１：第一時刻、ｔ１２：第二時刻、
Ｖａｖｅ１：第一電圧移動平均値、Ｖａｖｅ２：第二電圧移動平均値、
Ｉａｖｅ１：第一電流移動平均値、Ｉａｖｅ２：第二電流移動平均値、
ΔＶ：出力電圧変化量、ΔＩ：出力電流変化量。

Claims (6)

1. 燃料と酸化剤ガスとによって発電する燃料電池と、
   前記燃料電池から出力された直流電力を昇圧するコンバータと、
   前記コンバータによって昇圧された直流電力を交流電力に変換して系統電源に接続されている負荷に出力するインバータと、
   前記インバータの出力電力を検出する出力電力検出器と、
   前記系統電源から前記負荷に供給される購入電力を検出する購入電力検出器と、
   前記出力電力検出器によって検出された出力電力検出値および前記購入電力検出器によって検出された購入電力検出値によって算出される負荷電力算出値に基づいて、前記インバータの前記出力電力が前記負荷の負荷電力に追従するように前記燃料電池の出力電力に関する目標値である燃料電池出力目標値を設定して前記コンバータおよび前記インバータを制御する制御装置と、
   を備える系統連系制御装置であって、
   前記制御装置は、
   前記出力電力検出値が、前記負荷電力算出値に追従して設定される前記インバータの出力電力目標値と一致するように制御して、前記燃料電池出力目標値の第一の目標値である第一目標値を算出する第一目標値算出部と、
   前記出力電力検出値が前記出力電力目標値と比べて大きいときに、前記燃料電池の内部インピーダンスを推定して、前記推定されたインピーダンス推定値と相関する前記第一目標値の補正値を算出する補正値算出部と、
   前記出力電力検出値が前記出力電力目標値と比べて大きいときに、前記第一目標値に前記補正値を加算または減算して前記燃料電池出力目標値を算出し設定する燃料電池出力目標値設定部と、
   を備える系統連系制御装置。
2. 前記燃料電池の出力電圧を検出する出力電圧検出器と、
   前記燃料電池の出力電流を検出する出力電流検出器と、
   を備え、
   前記補正値算出部は、前記出力電圧検出器によって順次検出された複数の電圧検出値の変化量である出力電圧変化量を、前記複数の電圧検出値が検出された時間と同一時間に前記出力電流検出器によって順次検出された複数の電流検出値の変化量である出力電流変化量で除算して、前記インピーダンス推定値を算出する請求項１に記載の系統連系制御装置。
3. 前記補正値算出部は、基準時刻から第一時間経過した第一時刻までの間に順次検出された複数の電圧検出値の移動平均である第一電圧移動平均値から、前記第一時刻から前記第一時間と同一時間経過した第二時刻までの間に順次検出された複数の電圧検出値の移動平均である第二電圧移動平均値を減算して、前記出力電圧変化量を算出し、
   前記補正値算出部は、前記基準時刻から前記第一時刻までの間に順次検出された複数の電流検出値の移動平均である第一電流移動平均値から、前記第一時刻から前記第二時刻までの間に順次検出された複数の電流検出値の移動平均である第二電流移動平均値を減算して、前記出力電流変化量を算出する請求項２に記載の系統連系制御装置。
4. 前記補正値算出部は、前記燃料電池の発電部位の所定時間の温度変化量が所定閾値を超えているときに推定された前記インピーダンス推定値であって直近の前記インピーダンス推定値を、前記温度変化量が前記所定閾値以下のときの前記インピーダンス推定値とする請求項１に記載の系統連系制御装置。
5. 前記補正値算出部は、前記インピーダンス推定値が大きくなる程、前記第一目標値の前記補正値を大きくする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の系統連系制御装置。
6. 前記補正値算出部は、前記出力電力検出値と前記出力電力目標値との間の電力差と、前記第一目標値の前記補正値との間の関係を規定する関係規定部を備え、
   前記関係規定部の前記関係には、前記電力差が大きくなる程、前記第一目標値の前記補正値が大きくなる相関関係が含まれ、
   前記補正値算出部は、前記相関関係に従って、前記第一目標値の前記補正値を算出する請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の系統連系制御装置。
   

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