JP7225585B2 - 発電システムおよび電力変換装置 - Google Patents

Description

この発明は、発電システムおよび電力変換装置に関し、特に、発電部により発電された電力を変換する電力変換部を備える発電システムおよび電力変換装置に関する。

従来、発電部により発電された電力を変換する電力変換部を備える発電システムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１では、燃料電池本体から発生した直流電流を交流電流に変換するインバータ（電力変換部）を備える燃料電池システムが開示されている。この燃料電池システムでは、燃料電池本体の運転が停止する際、燃料電池本体の内部に不活性ガスが供給されるように構成されている。これにより、燃料電池本体の内部に残留している可燃性ガス（燃料ガス）のパージが行われる。なお、上記特許文献１に明確には記載されていないが、燃料ガスのパージの際には、まず、燃料ガスの供給を減少させながら不活性ガスの供給が行われる。これにより、燃料電池本体の内部の圧力が比較的高い状態が維持される。その後、残留している燃料ガスをパージするための弁が開状態にされることにより、燃料ガスのパージが行われる。

また、上記特許文献１に明記されていないが、上記特許文献１に記載のような従来の燃料電池システムでは、インバータ（電力変換部）に異常が発生した場合、燃料電池システムの動作が継続できないので、燃料電池システムが非常停止されるように構成されている。この非常停止の場合にも、燃料電池本体の内部に不活性ガスが供給されることにより、燃料電池本体の内部に残留している可燃性ガス（燃料ガス）のパージが行われる。なお、非常停止の場合、燃料ガスの供給の停止と、燃料電池本体の内部への不活性ガスの供給の開始と、燃料ガスをパージするための弁を開状態にすることとが略同時に行われる。

特開平６－２０３８６５号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のような従来の燃料電池システムにおいて、非常停止の場合には、燃料ガスの供給の停止と、燃料電池本体の内部への不活性ガスの供給の開始と、燃料ガスをパージするための弁を開状態にすることとが略同時に行われる。このため、燃料電池本体の内部への不活性ガスの供給が間に合わなくなり、燃料電池本体の内部の圧力が外部の圧力よりも低くなる場合がある。この場合、外部から燃料電池本体の内部に空気が逆流する。その結果、空気に含まれる一酸化炭素などに起因して燃料電池に含まれる触媒が劣化する。このため、燃料電池の発電効率が低下してしまう。このように、上記特許文献１に記載のような従来の燃料電池システムでは、発電部を非常停止させることに起因して、発電部の性能が劣化してしまう場合があるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、発電部を非常停止させることに起因して、発電部の性能が劣化するのを抑制することが可能な発電システムおよび電力変換装置を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による発電システムは、発電を行う発電部と、発電部により発電された電力を変換する電力変換部と、電力変換部の異常を検出する異常検出部と、制御部と、を備え、電力変換部は、上アームおよび下アームを構成する複数のスイッチング素子と、スイッチング素子と発電部との間に設けられるコンデンサとを含み、制御部は、異常検出部により、上アームおよび下アームのうちの一方のスイッチング素子の短絡、スイッチング素子の温度異常、電力変換部の内部の温度異常、発電部から電力変換部に入力される電流の過電流状態、コンデンサの電圧不足状態、および、コンデンサの電圧過多状態のうちのいずれかが検出された場合、電力変換部および発電部のうちの少なくとも一方の機能を制限した状態で運転を継続することが可能であると判定し、異常検出部により、上アームおよび下アームのうちの両方のスイッチング素子の短絡が検出された場合、電力変換部および発電部のうちの少なくとも一方の機能を制限した状態で運転を継続することが不可能であると判定し、電力変換部および発電部のうちの少なくとも一方の機能を制限した状態で運転を継続することが可能であると判定した場合、電力変換部および発電部のうちの少なくとも一方の機能を制限した状態で運転を継続させ、電力変換部および発電部のうちの少なくとも一方の機能を制限した状態で運転を継続することが不可能であると判定した場合、発電システムを停止するように制御する。

この発明の第１の局面による発電システムは、上記のように、異常検出部により異常が検出された場合に、電力変換部および発電部のうちの少なくとも一方の機能を制限した状態で運転を継続するように構成されている。これにより、異常検出部により電力変換部の異常が検出された場合に、発電システムが非常停止されずに運転が継続されるので、発電部を非常停止させることに起因して、発電部の性能が劣化するのを抑制することができる。

上記第１の局面による発電システムにおいて、好ましくは、異常検出部により異常が検出された場合に、電力変換部および発電部のうちの少なくとも一方の機能を制限した状態で、発電部の発電量を徐々に低下させて発電を停止させるように構成されている。このように構成すれば、異常検出部により異常が検出された場合でも、発電システムが非常停止されずに、発電部の発電量を徐々に低下させて発電が停止される（つまり、正常時と同様の停止動作が行われる）。これにより、異常検出部により異常が検出された場合でも、発電部の性能が劣化することを抑制しながら発電部の発電を停止させることができる。

上記第１の局面による発電システムにおいて、好ましくは、制御部は、異常検出部により異常が検出された場合に、異常が検出されていない電力変換部の部分を駆動させることにより電力変換部の運転を継続するように制御する電力変換制御部を含む。このように構成すれば、異常が検出されていない電力変換部の部分を駆動させることにより、容易に、運転を継続することができる。

この場合、好ましくは、電力変換制御部は、異常検出部により、上アームおよび下アームのうちの一方のスイッチング素子の短絡が検出された場合に、短絡が検出された相のスイッチング素子は駆動させずに、短絡していない相のスイッチング素子を駆動させることにより電力変換部の運転を継続するように制御する。このように構成すれば、短絡していない相のスイッチング素子を駆動させることにより、電力変換部から単相の交流を出力させながら電力変換部の運転を継続することができる。

上記電力変換部が複数のスイッチング素子を含む発電システムにおいて、好ましくは、電力変換制御部は、異常検出部により、上アームおよび下アームのうちの両方のスイッチング素子の短絡が検出された場合に電力変換部の運転を停止するように制御する。ここで、上アームおよび下アームのうちの両方のスイッチング素子が短絡した場合、発電部により発電された電力が、電力変換されることなく電力変換部から出力されてしまう。そこで、上記のように上アームおよび下アームのうちの両方のスイッチング素子の短絡が検出された場合、電力変換部の運転を停止することによって、電力変換されていない電力が電力変換部から出力されるのを抑制することができる。

上記電力変換部が複数のスイッチング素子を含む発電システムにおいて、好ましくは、電力変換制御部は、異常検出部により、スイッチング素子の温度異常、または、電力変換部の内部の温度異常が検出された場合、電力変換部からの出力電力を低減させた状態で電力変換部の運転を継続するように制御する。ここで、スイッチング素子の短絡等に起因して、スイッチング素子の温度が異常（高温）になる場合がある。そこで、スイッチング素子の温度異常が検出された場合、電力変換部からの出力電力を低減させる（つまり、スイッチング素子のオン時間を低減する）ことによって、スイッチング素子の温度を低下させて、発電システムの運転を継続することができる。また、電力変換部の内部に設けられる電流が流れるバスバーの劣化などに起因して、電力変換部の内部の温度が異常（高温）になる場合がある。そこで、電力変換部の内部の温度異常が検出された場合、電力変換部からの出力電力を低減させることによって、バスバーに流れる電流量が小さくなるので、バスバーの温度を低下させることができる。これにより、発電システムの運転を継続することができる。

上記異常が発生していない電力変換部の部分を駆動させることにより運転を継続する発電システムにおいて、好ましくは、電力変換制御部は、異常検出部により、発電部から電力変換部に入力される電流の過電流状態が検出された場合、電力変換部からの出力電力を低減させた状態で電力変換部の運転を継続するように制御する。ここで、電力変換部の入力側のスイッチング素子の故障などに起因して、発電部から電力変換部に入力される電流が過電流になる場合がある。そこで、上記のように、異常検出部により、発電部から電力変換部に入力される電流の過電流状態が検出された場合、電力変換部からの出力電力を低減させる（たとえば、電圧値を維持した状態で電流値を低減する）ことによって、発電部から電力変換部に入力される電流を低減することができるので、発電システムの運転を継続することができる。

上記異常が発生していない電力変換部の部分を駆動させることにより運転を継続する発電システムにおいて、好ましくは、電力変換制御部は、異常検出部により、コンデンサの電圧不足状態が検出された場合、電力変換部からの出力電力を低減させた状態で電力変換部の運転を継続するように制御する。ここで、電力変換部の出力電力が過多であることに起因して、コンデンサの電圧が不足する場合がある。そこで、上記のように、異常検出部により、コンデンサの電圧不足状態が検出された場合、電力変換部からの出力電力を低減させることによって、コンデンサの電圧不足が抑制されるので、発電システムの運転を継続することができる。

上記第１の局面による発電システムにおいて、好ましくは、制御部は、異常検出部により、コンデンサの電圧過多状態が検出された場合、発電部からの発電量を低減させた状態で発電部の運転を継続するように制御する発電制御部を含む。ここで、発電部が電力変換部を介して系統に接続されている場合、系統から電力変換部のコンデンサに電力が流入する場合がある。そこで、上記のように、コンデンサの電圧過多状態が検出された場合、発電部からの発電量を低減させることによって、コンデンサの電圧過多が抑制されるので、発電システムの運転を継続することができる。

この発明の第２の局面による電力変換装置は、発電部により発電された電力を変換する電力変換部と、電力変換部の異常を検出する異常検出部と、制御部と、を備え、電力変換部は、上アームおよび下アームを構成する複数のスイッチング素子と、スイッチング素子と発電部との間に設けられるコンデンサとを含み、制御部は、異常検出部により、上アームおよび下アームのうちの一方のスイッチング素子の短絡、スイッチング素子の温度異常、電力変換部の内部の温度異常、発電部から電力変換部に入力される電流の過電流状態、コンデンサの電圧不足状態、および、コンデンサの電圧過多状態のうちのいずれかが検出された場合、電力変換部の機能を制限した状態で運転を継続することが可能であると判定し、異常検出部により、上アームおよび下アームのうちの両方のスイッチング素子の短絡が検出された場合、電力変換部の機能を制限した状態で運転を継続することが不可能であると判定し、電力変換部の機能を制限した状態で運転を継続することが可能であると判定した場合、電力変換部の機能を制限した状態で運転を継続させ、電力変換部の機能を制限した状態で運転を継続することが不可能であると判定した場合、電力変換装置を停止するように制御する。

この発明の第２の局面による電力変換装置は、上記のように、異常検出部により異常が検出された場合に、電力変換部の機能を制限した状態で運転を継続するように制御する電力変換制御部を備える。これにより、異常検出部により電力変換部の異常が検出された場合に、発電システムが非常停止されずに運転が継続されるので、発電部を非常停止させることに起因して、発電部の性能が劣化するのを抑制することができる。

本発明によれば、上記のように、発電部を非常停止させることに起因して、発電部の性能が劣化するのを抑制することができる。

本発明の一実施形態による発電システムの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による電力変換部の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による電力変換部の構成を示す回路図である。 本発明の一実施形態による電力変換制御部の構成を示すブロック図である。 機能を制限した状態で運転される電力変換部の構成を示す図である。 ＰＷＭパルス幅を説明するための図である。 本発明の一実施形態による発電システムの動作を説明するためのフロー図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

［本実施形態］
図１～図６を参照して、本実施形態による発電システム１００の構成について説明する。

（発電システムの構成）
図１に示すように、発電システム１００は、発電部１を備えている。発電部１は、たとえば、化学反応に基づいて発電を行う燃料電池からなる。

また、発電システム１００は、補器部２を備えている。補器部２は、発電部１に気体や液体などを導入するように構成されている。たとえば、補器部２は、発電部１に燃料ガスを昇圧させて供給するブロワなどである。

また、発電システム１００は、発電制御部３を備えている。発電制御部３は、補器部２と、電力変換制御部６０とを制御するように構成されている。また、補器部２が制御されることにより、発電部１の発電量が制御される。

また、発電システム１００は、電力変換装置１０を備えている。電力変換装置１０は、発電部１により発電された直流電力を交流電力に変換する電力変換部２０を含む。図２に示すように、電力変換部２０は、複数のスイッチング素子２１を含む。なお、スイッチング素子２１は、たとえば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）からなる。スイッチング素子２１は、Ｕ相の上アームを構成するスイッチング素子２１ａ、Ｕ相の下アームを構成するスイッチング素子２１ｂ、Ｖ相の上アームを構成するスイッチング素子２１ｃ、Ｖ相の下アームを構成するスイッチング素子２１ｄ、Ｗ相の上アームを構成するスイッチング素子２１ｅ、および、Ｗ相の下アームを構成するスイッチング素子２１ｆを含む。

また、複数のスイッチング素子２１の各々には、スイッチング素子回路２２（ＩＧＢＴ回路）が設けられている。スイッチング素子回路２２には、スイッチング素子２１を駆動するための駆動回路２２ａが設けられている。

また、電力変換装置１０は、スイッチング素子２１と、発電部１との間に設けられるコンデンサ２３を含む。コンデンサ２３は、発電部１の出力の正極側と負極側とに接続されている。

また、図１および図３に示すように、電力変換装置１０は、外部出力部３０を備えている。外部出力部３０は、電力変換部２０により変換された交流電力を外部に出力するように構成されている。具体的には、図３に示すように、外部出力部３０は、各相毎に設けられる電磁接触器３１および出力端子３２を含む。

また、図３に示すように、電力変換装置１０は、補器給電部５０に電力を供給するための整流回路部４０を含む。整流回路部４０は、複数のサイリスタ４１により構成された３相全波整流回路からなる。

また、図１および図３に示すように、電力変換装置１０は、補器給電部５０を備えている。補器給電部５０は、補器部２に直流電力を供給するように構成されている。

また、図１に示すように、電力変換装置１０は、電力変換制御部６０を備えている。電力変換制御部６０は、電力変換部２０、外部出力部３０、および、補器給電部５０を制御するように構成されている。

具体的には、図４に示すように、電力変換制御部６０は、シーケンス制御部６１と、電圧制御部６２と、電流制御部６３と、ＰＷＭパルス生成部６４とを含んでいる。電圧制御部６２は、電力変換部２０からの出力電圧値を参照し、フィードバック制御を行うことにより、電力変換部２０からの出力電圧を制御している。電流制御部６３は、電力変換部２０からの出力電流値を参照し、フィードバック制御を行うことにより、電力変換部２０からの出力電流を制御している。なお、後述するように、異常検出部（短絡検出回路２２ｂ、温度センサ２４、温度センサ２６、電流検出部２７、および、電圧検出部２８、図２参照）により異常が検出されることにより電力変換部２０からの出力電力を低減させる場合、電力変換部２０からの出力電流が低減される。また、短絡検出回路２２ｂ、温度センサ２４、温度センサ２６、電流検出部２７、および、電圧検出部２８は、特許請求の範囲の「異常検出部」の一例である。

また、ＰＷＭパルス生成部６４は、電力変換部２０の複数のスイッチング素子２１を駆動させるためのＰＷＭパルスを生成するように構成されている。ＰＷＭパルス生成部６４は、電圧制御部６２からの出力（電圧指令）と、電流制御部６３からの出力（電流指令）とに基づいて、ＰＷＭパルスを生成する。シーケンス制御部６１は、電圧制御部６２および電流制御部６３の起動動作、停止動作、および、保護動作を行うように構成されている。電圧制御部６２と電流制御部６３とは、シーケンス制御部６１からの指令に基づいて動作する。

ここで、本実施形態では、電力変換制御部６０は、異常検出部（短絡検出回路２２ｂ、温度センサ２４、温度センサ２６、電流検出部２７、および、電圧検出部２８、図２参照）により異常が検出された場合に、電力変換部２０および発電部１のうちの少なくとも一方の機能を制限した状態で運転を継続するように制御するように構成されている。具体的には、異常検出部により異常が検出された場合に、電力変換制御部６０が電力変換部２０および発電部１のうちの少なくとも一方の機能を制限した状態で運転を継続できるか否かを判定する。そして、運転の継続が可能であると判定された場合、発電制御部３に機能を制限した状態で運転を継続することが通知される。その後、電力変換制御部６０と発電制御部３とによって、機能を制限した状態で運転が継続される。また、発電システム１００は、電力変換部２０および発電部１のうちの少なくとも一方の機能を制限した状態で、発電部１の発電量を徐々に低下させて発電を停止させるように構成されている。以下、詳細に説明する。

図２に示すように、電力変換部２０には、複数のスイッチング素子２１の各々の短絡故障を検出する短絡検出回路２２ｂが設けられている。短絡検出回路２２ｂは、複数のスイッチング素子２１の各々に設けられている。これにより、短絡したスイッチング素子２１を特定する（短絡したスイッチング素子２１の相、短絡したスイッチング素子２１が上アームであるか下アームであるか、を特定）ことが可能になる。また、短絡検出回路２２ｂは、スイッチング素子回路２２に含まれている。そして、短絡検出回路２２ｂにより異常（短絡）が検出された場合に、電力変換部２０の機能を制限した状態で運転を継続するように構成されている。

また、図５に示すように、電力変換制御部６０は、短絡検出回路２２ｂにより異常が検出された場合に、異常が検出されていない電力変換部２０の部分を駆動させることにより電力変換部２０の運転を継続するように制御する。具体的には、電力変換制御部６０は、短絡検出回路２２ｂにより、上アームおよび下アームのうちの一方のスイッチング素子２１の短絡が検出された場合に、外部出力部３０の電磁接触器３１をオフ状態とすることにより、電力変換部２０を系統から解列する。そして、電力変換制御部６０は、短絡が検出された相のスイッチング素子２１は駆動させずに、短絡していない相のスイッチング素子２１を駆動させることにより電力変換部２０の運転を継続するように制御する。

たとえば、図５に示すように、Ｖ相の上アームのスイッチング素子２１ｃが短絡故障した場合、Ｖ相のスイッチング素子２１ｃおよび２１ｄは駆動させずに、Ｕ相のスイッチング素子２１ａおよび２１ｂと、Ｗ相のスイッチング素子２１ｅおよび２１ｆとによって電力変換部２０が駆動される。これにより、電力変換部２０から、単相の交流の電力（図５の太い点線）が出力される。なお、電力変換部２０から出力される単相の交流の電力は、補器給電部５０に給電される。この際、Ｖ相のスイッチング素子２１ｃおよび２１ｄに接続された配線からの電力の供給を受けないように、Ｖ相のサイリスタ４１はオンされずに、Ｕ相とＷ相のサイリスタ４１がオンされる。これにより、単相の交流の電力が補器給電部５０に給電される。

また、電力変換制御部６０は、短絡検出回路２２ｂにより、上アームおよび下アームのうちの両方のスイッチング素子２１の短絡が検出された場合に電力変換部２０の運転を停止（非常停止）するように制御する。また、電力変換制御部６０から発電制御部３に対して、発電部１を非常停止する指令が伝達される。そして、発電制御部３によって、発電部１が非常停止されるように制御される。また、発電部１が燃料電池である場合には、発電部１の内部に不活性ガスが供給されて、発電部１の内部に残留していた燃料ガスのパージが行われる。

また、図２に示すように、電力変換部２０には、スイッチング素子２１の近傍に、温度センサ２４が配置されている。温度センサ２４は、１つの相に対して１つ設けられている。なお、複数のスイッチング素子２１は、冷却フィン部２５の表面上に配置されている。温度センサ２４は、冷却フィン部２５の温度を測定することにより、スイッチング素子２１の温度異常を検出する。そして、電力変換制御部６０は、温度センサ２４により、スイッチング素子２１の温度異常が検出された場合、電力変換部２０からの出力電力を低減させた状態で電力変換部２０の運転を継続するように制御する。これにより、短絡検出回路２２ｂによりスイッチング素子２１の短絡が見逃された場合でも、電力変換部２０の機能が制限された状態で発電システム１００の運転が継続される。また、電力変換制御部６０は、電力変換部２０に対する出力指令を小さくすることにより、電力変換部２０からの出力電力を低減させた状態で、発電システム１００の運転を継続するように制御する。また、電力変換制御部６０は、たとえば、温度センサ２４により検出された温度が所定のしきい値よりも高くなった場合、スイッチング素子２１の温度が異常であると判定する。

また、図２に示すように、電力変換部２０には、電力変換部２０の内部の温度を検出する温度センサ２６が配置されている。温度センサ２６は、電力変換部２０の内部の空気の温度を測定する。なお、温度センサ２６は、電力変換部２０の内部に１つ配置されている。そして、電力変換制御部６０は、温度センサ２６により、電力変換部２０の内部の温度異常が検出された場合、電力変換部２０からの出力電力を低減させた状態で電力変換部２０の運転を継続するように制御する。また、電力変換制御部６０は、たとえば、温度センサ２６により検出された温度が所定のしきい値よりも高くなった場合、電力変換部２０の内部の温度が異常であると判定する。

また、図２に示すように、電力変換部２０には、発電部１からの電力が入力される入力側に電流検出部２７が配置されている。そして、電力変換制御部６０は、電流検出部２７により、発電部１から電力変換部２０に入力される電流の過電流状態が検出された場合、電力変換部２０からの出力電力を低減させた状態で電力変換部２０の運転を継続するように制御する。なお、入力される電流の過電流は、たとえば、スイッチング素子２１の故障に起因して生じる。また、電力変換制御部６０は、電力変換部２０に入力される電流が、たとえば定格の１１０％以上になった場合に、過電流であると判定する。また、電力変換部２０からの出力電力が低減される（たとえば、電圧値を維持した状態で電流値を低減する）ことにより、電力変換部２０に入力される電流が低減される。

また、図２に示すように、電力変換部２０には、コンデンサ２３の電圧を検出する電圧検出部２８が設けられている。そして、電力変換制御部６０は、電圧検出部２８により、コンデンサ２３の電圧不足状態が検出された場合、電力変換部２０からの出力電力を低減させた状態で電力変換部２０の運転を継続するように制御する。たとえば、電圧検出部２８により検出された電圧が、定格の９０％以下になった場合、電圧不足と判定される。なお、コンデンサ２３の電圧不足は、電力変換部２０からの出力電力が過多であることに起因して生じる。また、電力変換部２０からの出力電力が低減されることにより、コンデンサ２３の電圧不足が抑制される。

また、電圧検出部２８により、コンデンサ２３の電圧過多状態が検出された場合、発電制御部３（図１参照）は、発電部１からの発電量を低減させる。そして、発電部１からの発電量を低減された状態で発電部１の運転が継続される。たとえば、電圧検出部２８により検出された電圧が、定格の１１０％以上になった場合、電圧過多と判定される。具体的には、電圧検出部２８により、コンデンサ２３の電圧過多の異常が検出された場合、電力変換制御部６０から発電制御部３に、発電部１からの発電量を低減する指令が通知される。これにより、発電制御部３は、発電部１からの発電量を低減させる。具体的には、発電制御部３は、発電部１からの発電量を低減させるように補器部２を動作させる。その結果、コンデンサ２３の電圧が低下する。

（正常時の動作）
次に、発電システム１００の正常時の動作について説明する。

図４に示すように、電力変換装置１０が起動されると、まず、電圧制御部６２が動作する。そして、電圧制御部６２は、電力変換部２０からの出力電圧を決定する。次に、発電制御部３から送信される電力指令値に基づいて、電流制御部６３は、電力変換部２０から出力電流を決定する。そして、ＰＷＭパルス生成部６４は、決定された出力電圧および出力電流をそれぞれＰＷＭパルス幅に変換するとともに、変換されたＰＷＭパルス幅を合成することによって、ＰＷＭパルスを生成する。そして、生成されたＰＷＭパルスによって、電力変換部２０のスイッチング素子２１が駆動される。

たとえば、図６に示すように、電力変換部２０の出力が１００％の状態で、決定された出力電圧（電圧指令）および出力電流（電流指令）が、振幅が１の正弦波になると仮定する。そして、ＰＷＭパルス幅が±１に収まるように、決定された出力電圧および出力電流がＰＷＭパルス幅に変換されるとともに、変換されたＰＷＭパルス幅が合成される。なお、図６では、１相分の電圧指令、電流指令、および、ＰＷＭパルス幅が示されている一方、３相交流に関しても、同様に、決定された電圧値および電流値がＰＷＭパルス幅に変換されるとともに、変換されたＰＷＭパルス幅が合成される。

（異常時の動作）
次に、発電システム１００の異常時の動作について説明する。なお、以下の動作は、主に、電力変換制御部６０によって行われる。

まず、図７に示すように、ステップＳ１において、異常検出部（短絡検出回路２２ｂ、温度センサ２４、温度センサ２６、電流検出部２７、および、電圧検出部２８）により異常が検出されたか否かが判定される。なお、この判定は、異常検出部により異常が検出されるまで繰り返し行われる。具体的には、短絡検出回路２２ｂ、温度センサ２４、温度センサ２６、電流検出部２７、および、電圧検出部２８のうちのいずれかの出力値（出力結果）に基づいて、異常が検出された場合、ステップＳ２に進む。

次に、ステップＳ２において、電力変換部２０および発電部１のうちの少なくとも一方の機能を制限した状態で運転を継続することが可能か否かが判定される。具体的には、短絡検出回路２２ｂによって、電力変換部２０の上アームおよび下アームの両方のスイッチング素子２１の短絡が検出された場合、機能を制限した状態で運転を継続することが不可能であると判定される。この場合、ステップＳ３に進んで、発電システム１００が非常停止される。

また、ステップＳ２において、電力変換部２０の上アームおよび下アームのうちの一方のスイッチング素子２１の短絡、スイッチング素子２１の温度異常、電力変換部２０の内部の温度異常、電力変換部２０に入力される電流の過電流状態、コンデンサ２３の電圧不足状態、および、コンデンサ２３の電圧過多状態のうちのいずれかが検出された場合、機能を制限した状態で運転（制限運転）を継続することが可能であると判定される。そして、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４において、検出された異常の種類に基づいて、いずれの機能を制限した状態で運転を継続するのかが判定される。具体的には、電力変換部２０の上アームおよび下アームのうちの一方のスイッチング素子２１の短絡が検出された場合、短絡していない相のスイッチング素子２１を駆動させることにより電力変換部２０の運転が継続される。スイッチング素子２１の温度異常が検出された場合、電力変換部２０の内部の温度異常が検出された場合、電力変換部２０に入力される電流の過電流状態が検出された場合、または、コンデンサ２３の電圧不足状態が検出された場合、電力変換部２０からの出力電力を低減させた状態で電力変換部２０の運転が継続される。また、コンデンサ２３の電圧過多状態が検出された場合、発電部１の発電量を低減させた状態で、発電部１の運転が継続される。

次に、ステップＳ５において、電力変換制御部６０から発電制御部３に対して、いずれの機能を制限した状態で運転を継続するかについての指令が伝達される。そして、ステップＳ６において、電力変換制御部６０および発電制御部３によって、機能を制限した状態で発電システム１００の運転が継続される。また、発電制御部３は、補器部２を制御することにより、発電部１の発電を正常時と同様に停止（正常停止）させるように制御する。

次に、ステップＳ７において、発電部１の発電が正常停止されたか否かが判定される。この判定は、発電部１の発電が正常停止されるまで繰り返し行われる。そして、ステップＳ７において、発電部１の発電が正常停止されたと判定された場合、発電システム１００の制御が終了される。

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、異常検出部（短絡検出回路２２ｂ、温度センサ２４、温度センサ２６、電流検出部２７、および、電圧検出部２８）により異常が検出された場合に、電力変換部２０および発電部１のうちの少なくとも一方の機能を制限した状態で運転を継続するように構成されている。これにより、異常検出部により電力変換部２０の異常が検出された場合に、発電システム１００が非常停止されずに運転が継続されるので、発電部１を非常停止させることに起因して、発電部１の性能が劣化するのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、異常検出部により異常が検出された場合に、電力変換部２０および発電部１のうちの少なくとも一方の機能を制限した状態で、発電部１の発電量を徐々に低下させて発電を停止させるように構成されている。これにより、異常検出部により異常が検出された場合でも、発電システム１００が非常停止されずに、発電部１の発電量を徐々に低下させて発電が停止される（つまり、正常時と同様の停止動作が行われる）。その結果、異常検出部により異常が検出された場合でも、発電部１の性能が劣化することを抑制しながら発電部１の発電を停止させることができる。

また、本実施形態では、上記のように、電力変換制御部６０は、異常検出部により異常が検出された場合に、異常が検出されていない電力変換部２０の部分を駆動させることにより電力変換部２０の運転を継続するように制御する。これにより、異常が検出されていない電力変換部２０の部分を駆動させることにより、容易に、運転を継続することができる。

また、本実施形態では、上記のように、電力変換制御部６０は、短絡検出回路２２ｂにより、上アームおよび下アームのうちの一方のスイッチング素子２１の短絡が検出された場合に、短絡が検出された相のスイッチング素子２１は駆動させずに、短絡していない相のスイッチング素子２１を駆動させることにより電力変換部２０の運転を継続するように制御する。これにより、短絡していない相のスイッチング素子２１を駆動させることにより、電力変換部２０から単相の交流を出力させながら電力変換部２０の運転を継続することができる。

また、本実施形態では、上記のように、電力変換制御部６０は、短絡検出回路２２ｂにより、上アームおよび下アームのうちの両方のスイッチング素子２１の短絡が検出された場合に電力変換部２０の運転を停止するように制御する。ここで、上アームおよび下アームのうちの両方のスイッチング素子２１が短絡した場合、発電部１により発電された電力が、電力変換されることなく電力変換部２０から出力されてしまう。そこで、上記のように上アームおよび下アームのうちの両方のスイッチング素子２１の短絡が検出された場合、電力変換部２０の運転を停止することによって、電力変換されていない電力が電力変換部２０から出力されるのを抑制することができる。

また、本実施形態では、上記のように、電力変換制御部６０は、温度センサ２４により、スイッチング素子２１の温度異常、または、温度センサ２６により、電力変換部２０の内部の温度異常が検出された場合、電力変換部２０からの出力電力を低減させた状態で電力変換部２０の運転を継続するように制御する。ここで、スイッチング素子２１の短絡等に起因して、スイッチング素子２１の温度が異常（高温）になる場合がある。そこで、スイッチング素子２１の温度異常が検出された場合、電力変換部２０からの出力電力を低減させる（つまり、スイッチング素子２１のオン時間を低減する）ことによって、スイッチング素子２１の温度を低下させて、発電システム１００の運転を継続することができる。また、電力変換部２０の内部に設けられる電流が流れるバスバーの劣化などに起因して、電力変換部２０の内部の温度が異常（高温）になる場合がある。そこで、電力変換部２０の内部の温度異常が検出された場合、電力変換部２０からの出力電力を低減させることによって、バスバーに流れる電流量が小さくなるので、バスバーの温度を低下させることができる。これにより、発電システム１００の運転を継続することができる。

また、本実施形態では、上記のように、電力変換制御部６０は、電流検出部２７により、発電部１から電力変換部２０に入力される電流の過電流状態が検出された場合、電力変換部２０からの出力電力を低減させた状態で電力変換部２０の運転を継続するように制御する。ここで、電力変換部２０の入力側のスイッチング素子２１の故障などに起因して、発電部１から電力変換部２０に入力される電流が過電流になる場合がある。そこで、上記のように、電流検出部２７により、発電部１から電力変換部２０に入力される電流の過電流状態が検出された場合、電力変換部２０からの出力電力を低減させる（たとえば、電圧値を維持した状態で電流値を低減する）ことによって、発電部１から電力変換部２０に入力される電流を低減することができるので、発電システム１００の運転を継続することができる。

また、本実施形態では、上記のように、電力変換制御部６０は、電圧検出部２８により、コンデンサ２３の電圧不足状態が検出された場合、電力変換部２０からの出力電力を低減させた状態で電力変換部２０の運転を継続するように制御する。ここで、電力変換部２０の出力電力が過多であることに起因して、コンデンサ２３の電圧が不足する場合がある。そこで、上記のように、電圧検出部２８により、コンデンサ２３の電圧不足状態が検出された場合、電力変換部２０からの出力電力を低減させることによって、コンデンサ２３の電圧不足が抑制されるので、発電システム１００の運転を継続することができる。

また、本実施形態では、上記のように、発電制御部３は、電圧検出部２８により、コンデンサ２３の電圧過多状態が検出された場合、発電部１からの発電量を低減させた状態で発電部１の運転を継続するように制御する。ここで、発電部１が電力変換部２０を介して系統に接続されている場合、系統から電力変換部２０のコンデンサ２３に電力が流入する場合がある。そこで、上記のように、コンデンサ２３の電圧過多状態が検出された場合、発電部１からの発電量を低減させることによって、コンデンサ２３の電圧過多が抑制されるので、発電システム１００の運転を継続することができる。

[変形例]
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、異常検出部により異常が検出された場合に、電力変換部および発電部のうちの一方の機能を制限した状態で運転が継続される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、異常検出部により異常が検出された場合に、電力変換部および発電部の両方の機能を制限した状態で運転を継続してもよい。

また、上記実施形態では、本発明の「発電部」として燃料電池が用いられる例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明は、燃料電池以外の発電部を有する発電システムにも適用可能である。

また、上記実施形態では、異常検出部として、短絡検出回路、温度センサ、電流検出部、および、電圧検出部が用いられる例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、短絡検出回路、温度センサ、電流検出部、および、電圧検出部以外の機器（回路）により、電力変換部の異常を検出してもよい。

また、上記実施形態では、異常検出部により、スイッチング素子の短絡、スイッチング素子の温度異常、電力変換部の内部の温度異常、電力変換部に入力される電流の過電流、コンデンサの電圧不足、および、コンデンサの電圧過多が異常として検出される例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、上記の異常以外の異常を検出するようにしてもよい。

１ 発電部
３ 発電制御部
１０ 電力変換装置
２０ 電力変換部
２１ スイッチング素子
２２ｂ 短絡検出回路（異常検出部）
２３ コンデンサ
２４ 温度センサ（異常検出部）
２６ 温度センサ（異常検出部）
２７ 電流検出部（異常検出部）
２８ 電圧検出部（異常検出部）
６０ 電力変換制御部
１００ 発電システム

Claims (10)

1. 発電を行う発電部と、
   前記発電部により発電された電力を変換する電力変換部と、
   前記電力変換部の異常を検出する異常検出部と、
   制御部と、を備え、
   前記電力変換部は、上アームおよび下アームを構成する複数のスイッチング素子と、前記スイッチング素子と前記発電部との間に設けられるコンデンサとを含み、
   前記制御部は、
   前記異常検出部により、前記上アームおよび前記下アームのうちの一方の前記スイッチング素子の短絡、前記スイッチング素子の温度異常、前記電力変換部の内部の温度異常、前記発電部から前記電力変換部に入力される電流の過電流状態、前記コンデンサの電圧不足状態、および、前記コンデンサの電圧過多状態のうちのいずれかが検出された場合、前記電力変換部および前記発電部のうちの少なくとも一方の機能を制限した状態で運転を継続することが可能であると判定し、
   前記異常検出部により、前記上アームおよび前記下アームのうちの両方の前記スイッチング素子の短絡が検出された場合、前記電力変換部および前記発電部のうちの少なくとも一方の機能を制限した状態で運転を継続することが不可能であると判定し、
   前記電力変換部および前記発電部のうちの少なくとも一方の機能を制限した状態で運転を継続することが可能であると判定した場合、前記電力変換部および前記発電部のうちの少なくとも一方の機能を制限した状態で運転を継続させ、
   前記電力変換部および前記発電部のうちの少なくとも一方の機能を制限した状態で運転を継続することが不可能であると判定した場合、発電システムを停止するように制御する、発電システム。
2. 前記異常検出部により異常が検出された場合に、前記電力変換部および前記発電部のうちの少なくとも一方の機能を制限した状態で、前記発電部の発電量を徐々に低下させて発電を停止させるように構成されている、請求項１に記載の発電システム。
3. 前記制御部は、前記異常検出部により異常が検出された場合に、異常が検出されていない前記電力変換部の部分を駆動させることにより前記電力変換部の運転を継続するように制御する電力変換制御部を含む、請求項１または２に記載の発電システム。
4. 前記電力変換制御部は、前記異常検出部により、前記上アームおよび前記下アームのうちの一方の前記スイッチング素子の短絡が検出された場合に、短絡が検出された相の前記スイッチング素子は駆動させずに、短絡していない相の前記スイッチング素子を駆動させることにより前記電力変換部の運転を継続するように制御する、請求項３に記載の発電システム。
5. 前記電力変換制御部は、前記異常検出部により、前記上アームおよび前記下アームのうちの両方の前記スイッチング素子の短絡が検出された場合に前記電力変換部の運転を停止するように制御する、請求項４に記載の発電システム。
6. 前記電力変換制御部は、前記異常検出部により、前記スイッチング素子の温度異常、または、前記電力変換部の内部の温度異常が検出された場合、前記電力変換部からの出力電力を低減させた状態で前記電力変換部の運転を継続するように制御する、請求項４または５に記載の発電システム。
7. 前記電力変換制御部は、前記異常検出部により、前記発電部から前記電力変換部に入力される電流の過電流状態が検出された場合、前記電力変換部からの出力電力を低減させた状態で前記電力変換部の運転を継続するように制御する、請求項３～６のいずれか１項に記載の発電システム。
8. 前記電力変換制御部は、前記異常検出部により、前記コンデンサの電圧不足状態が検出された場合、前記電力変換部からの出力電力を低減させた状態で前記電力変換部の運転を継続するように制御する、請求項３～７のいずれか１項に記載の発電システム。
9. 前記制御部は、前記異常検出部により、前記コンデンサの電圧過多状態が検出された場合、前記発電部からの発電量を低減させた状態で前記発電部の運転を継続するように制御する発電制御部を含む、請求項１～８のいずれか１項に記載の発電システム。
10. 発電部により発電された電力を変換する電力変換部と、
    前記電力変換部の異常を検出する異常検出部と、
    制御部と、を備え、
    前記電力変換部は、上アームおよび下アームを構成する複数のスイッチング素子と、前記スイッチング素子と前記発電部との間に設けられるコンデンサとを含み、
    前記制御部は、
    前記異常検出部により、前記上アームおよび前記下アームのうちの一方の前記スイッチング素子の短絡、前記スイッチング素子の温度異常、前記電力変換部の内部の温度異常、前記発電部から前記電力変換部に入力される電流の過電流状態、前記コンデンサの電圧不足状態、および、前記コンデンサの電圧過多状態のうちのいずれかが検出された場合、前記電力変換部の機能を制限した状態で運転を継続することが可能であると判定し、
    前記異常検出部により、前記上アームおよび前記下アームのうちの両方の前記スイッチング素子の短絡が検出された場合、前記電力変換部の機能を制限した状態で運転を継続することが不可能であると判定し、
    前記電力変換部の機能を制限した状態で運転を継続することが可能であると判定した場合、前記電力変換部の機能を制限した状態で運転を継続させ、
    前記電力変換部の機能を制限した状態で運転を継続することが不可能であると判定した場合、電力変換装置を停止するように制御する、電力変換装置。

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