(57)【要約】【課題】逆潮流状態を確実に回避しつつ、ダミー負荷の余剰分を最小（原理的には、零）とし、経済性、あるいは、省エネ性を悪化させることなく、しかも安価、省スペース（小型化）な燃料電池コジェネレーションシステムを提供する。【解決手段】本発明は、電力計測手段１２によって計測された電力値Ｗｉｎの電力レベルに応じて、燃料電池３の発電電力をインバータ５及び電気ヒータ１３の制御を併用して行なう。【選択図】      図１
2010093927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
単相３線式商用電力系統のＲ相及びＴ相に接続され、前記燃料電池から発電された直流電力を、前記単相３線式商用電力系統と同期のとれた交流電力に変換して系統連系を行なうインバータと、
前記燃料電池が発電する過程で発生する熱により水を加熱して温水を生成する廃熱回収部と、
前記廃熱回収部によって生成された温水を貯湯するタンクと、
前記単相３線式商用電力系統の前記インバータの接続点より上流であって、かつ前記単相３線式商用電力系統の３線のうち、いずれかの２線間に接続され、前記単相３線式商用電力系統に接続された負荷機器の上流の電力値Ｗｉｎを計測する電力計測手段と、
前記インバータが接続された前記単相３線式商用電力系統の接続点と同一の接続点に電力半導体スイッチを介して接続され、前記廃熱回収部内に設けられた電気ヒータと、
前記電力計測手段によって計測された電力値Ｗｉｎと、燃料電池コジェネレーションシステムが要求する発電指令ＷＳＰとに基づいて、前記電力半導体スイッチのオンオフ比率を制御して、前記電気ヒータの投入を制御するとともに、前記インバータを制御することにより前記燃料電池の発電電力の制御を行なう制御部とを具備し、
前記制御部は、
前記電力計測手段によって計測された電力値Ｗｉｎが順潮流方向を正として、第１の電力値Ｗ１及び第２の電力値Ｗ２（Ｗ１＞Ｗ２）が設定され、
ｉ）  電力値Ｗｉｎ≧Ｗ１である場合、
前記燃料電池の発電電力Ｗｏｕｔが、前記発電指令ＷＳＰとなるように前記インバータを制御し、かつ、前記電力半導体スイッチのオフ比率を増加させる駆動信号を前記電力半導体スイッチに出力し、
ｉｉ）  Ｗ１＞Ｗｉｎ≧Ｗ２である場合、
前記燃料電池の発電電力ＷｏｕｔをＷ１−Ｗｉｎ相等の電力を低下させるように前記インバータを制御し、かつ、前記電力半導体スイッチへの駆動信号は現状を維持し、
ｉｉｉ）  Ｗ２＞Ｗｉｎである場合、
前記燃料電池の発電電力ＷｏｕｔをＷ１−Ｗｉｎ相等の電力を低下させるように前記インバータを制御し、かつ、前記電気ヒータの消費電力をＷ２−Ｗｉｎ増加させるために、前記電力半導体スイッチのオン比率を増加させる駆動信号を前記電力半導体スイッチに出力することを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステム。
【請求項２】
前記電力計測手段は、
前記単相３線式電力系統の前記インバータの接続点より上流、かつ、前記負荷機器の接続点より上流の前記単相３線式電力系統のＲ相及びＴ相の電流をそれぞれ計測する２つの電流検出器と、
前記２つの電流検出器の二次側の電流を検出するように直列に接続され、前記２つの電流検出器の一次側が、逆方向に貫通接続され、二次側が同一極性で接続された２つの抵抗Ｒ１、Ｒ２と、
前記２つの抵抗Ｒ１、Ｒ２により検出される前記単相３線式電力系統のＲ相、Ｔ相を流れる電流和の信号ｉＲ＋ｉＴと、前記単相３線式電力系統のＲ−Ｎ間、Ｔ−Ｎ間の電圧信号ｖＲ、ｖＴとに基づいて、Ｒ相、Ｔ相を流れる瞬時電流和信号ｉＲ＋ｉＴと、Ｒ相、Ｔ相の瞬時電圧信号の平均値（ｖＲ＋ｖＴ）／２との瞬時値積の平均演算により、計測電力値Ｗｉｎを生成する計算手段と
を具備することを特徴とする請求項１記載の燃料電池コジェネレーションシステム。
【請求項３】
前記電力計測手段は、
前記単相３線式電力系統の前記インバータの接続点より上流、かつ、前記負荷機器の接続点より上流の前記単相３線式電力系統のＲ相及びＴ相の電流をそれぞれ計測する２つの電流検出器と、
前記２つの電流検出器の二次側の電流を検出するように直列に接続され、前記２つの電流検出器の一次側が、同一方向に貫通接続され、二次側が逆極性で接続された２つの抵抗Ｒ１、Ｒ２と、
前記２つの抵抗Ｒ１、Ｒ２により検出される前記単相３線式電力系統のＲ相、Ｔ相を流れる電流和の信号ｉＲ＋ｉＴと、前記単相３線式電力系統のＲ−Ｎ間、Ｔ−Ｎ間の電圧信号ｖＲ、ｖＴとに基づいて、Ｒ相、Ｔ相を流れる瞬時電流和信号ｉＲ＋ｉＴと、Ｒ相、Ｔ相の瞬時電圧信号の平均値（ｖＲ＋ｖＴ）／２との瞬時値積の平均演算により、計測電力値Ｗｉｎを生成する計算手段と
を具備することを特徴とする請求項１記載の燃料電池コジェネレーションシステム。
【請求項４】
前記電力計測手段は、
前記単相３線式電力系統の前記インバータの接続点より上流、かつ、前記負荷機器の接続点より上流の前記単相３線式電力系統のＲ相及びＴ相を流れる電流和ｉＲ＋ｉＴを一括して計測する電流検出器と、
前記電流検出器に接続された抵抗と、
前記抵抗Ｒより検出される前記単相３線式電力系統のＲ相、Ｔ相を流れる電流和の信号ｉＲ＋ｉＴと、前記単相３線式電力系統のＲ−Ｎ間、Ｔ−Ｎ間の電圧信号ｖＲ、ｖＴとに基づいて、Ｒ相、Ｔ相を流れる瞬時電流和信号ｉＲ＋ｉＴと、Ｒ相、Ｔ相の瞬時電圧信号の平均値（ｖＲ＋ｖＴ）／２との瞬時値積の平均演算により、計測電力値Ｗｉｎを生成する計算手段と
を具備することを特徴とする請求項１記載の燃料電池コジェネレーションシステム。
【請求項５】
前記電力半導体スイッチへの駆動信号は、前記電力半導体スイッチが、下記式（Ａ）によって定まる投入サイクルｎ間オンとなるように制御されることを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれか１項に記載の燃料電池コジェネレーションシステム。
ここで、
ｎ＝ＨＴＲＳＰ／電気ヒータ定格電力＊Ｍ  …式（Ａ）
ＨＴＲＳＰ：発電電力指令値ＷＳＰに対して、前記インバータの制御では不足する電力を補償する前記電気ヒータの投入電力指令値
Ｍ：  単相３線式商用電力系統の基本サイクル数(整数）
【請求項６】
前記制御部は、さらに、
ｉ）  Ｗ１＞Ｗｉｎである場合
前記発電電力ＷｏｕｔをＷ１−Ｗ２を上限リミットとして、Ｗ１−Ｗｉｎ相等の電力を低下させるように前記インバータを制御し、第二の電力値Ｗ２を、Ｗ１を上限リミットとして、新しい値Ｗ２’＝Ｗ２−Ｗｉｎに置き換え、
ｉｉ）  Ｗｉｎ≧Ｗ１である場合
現時点のＷ２’の値が、当初のＷ２の値と異なる場合、所定のレートで当初のＷ２に復帰させるよう制御することを特徴とする請求項１乃至請求項５いずれか１項に記載の燃料電池コジェネレーションシステム。
【請求項７】
前記電気ヒータの電力定格ＷＨは、
発電定格ＷＲ、発電最低電力ＷＭとして、
ＷＲ＊１．２≧ＷＨ≧ＷＲ−（Ｗ１−Ｗ２）
ＷＨ≧ＷＭ
を満たすように選定されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６いずれか１項に記載の燃料電池コジェネレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池コジェネレーションシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
系統連系を行なう発電装置において、発電中の電力系統の潮流は、ある時点の発電電力と、その下流の負荷機器消費電力の大きさにより決まる。すなわち、
発電電力＜負荷機器消費電力  →  電力系統からみて、順潮流
発電電力＞負荷機器消費電力  →  電力系統からみて、逆潮流
となる。
【０００３】
一般的に、太陽光発電等については、余剰電力（発電電力―負荷消費電力）を売電することを目的としている場合が多く、通常逆潮流しても特に問題ないが、燃料電池コジェネレーションシステムのように、規制上逆潮流が好ましくないと判断される場合や、元来有償の原燃料を元に発電しているので、売電価格と、原燃料コストとの関係で、余剰電力の売電、すなわち、定常的な逆潮流状態の継続は、経済上、好ましくないと判断される場合が多い。
【０００４】
従来、逆潮流状態を検出した場合、（燃料電池の）発電電力＞負荷機器消費電力であるので、
１．発電出力を負荷機器消費電力以下に下げる。
【０００５】
２．負荷機器以外の負荷、例えば、ダミー負荷等を投入し、見かけ上の消費電力を増やす
等の方法が提案されている。（例えば、「特許文献１」参照。）
【特許文献１】特許第３６５６５５６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の構成を、燃料電池コジェネレーションシステムに当てはめてみると、
１．発電出力を負荷機器消費電力以下に下げることについて、
元々、燃料電池コジェネレーションシステムの場合、都市ガス（メタン）や、プロパンガスを燃料として、改質器にて、化学反応により、水素リッチな改質ガスを生成し、この水素リッチな改質ガスと空気中の酸素とを燃料電池内部にて電気化学反応により発電している。
【０００７】
系統連系を行なうインバータ単独としては、発電出力を急激に絞る技術、極端な例としては、１００％（定格）→０％（停止状態と等価）については、一般的に、技術的ハードルは高くないと考えられる。
【０００８】
然しながら、その発電の元が、燃料電池である場合、インバータ出力を急激に絞ることは、その瞬間、燃料電池内部の燃料ガス、すなわち、水素（リッチ）ガスの余剰分が急激に増加してしまうことになる。上述の如く、本水素（リッチ）ガスは、改質という化学プロセスにより生成しているので、その応答時定数は、電気の応答と比較して、格段に遅いと考えられる。
【０００９】
逆を言えば、システムの状態急変等の擾乱に対する安定性には弱いと考えられる。従って、通常、燃料電池コジェネレーションシステムの発電出力の変化については、かなりの制限、例えば、許容出力変化率＝±0.5W／s等、を設け、運用している。よって、逆潮流を検出した場合、直ちに、発電出力を絞ることは、システムの安定性上、問題があり、実現困難である。
【００１０】
２．負荷機器以外の負荷、例えば、ダミー負荷等を投入し、見かけ上の消費電力を増やすことについて、
上述の如く、燃料電池コジェネレーションシステムの場合、発電状態の急激な変化には対応困難であることから、負荷機器の急変（負荷電力低下）による上位電力系統への電力の、順潮流→逆潮流状態変化に対し、負荷機器以外のダミー負荷投入は有効である。
【００１１】
この場合、ダミー負荷容量としては、負荷機器について、基本的に、最大（定格）発電状態にて、無負荷となることがありうることから、
最大（定格）発電電力≦ダミー負荷容量
が必要である。尚、このダミー負荷について、単に電力を消費させるのではなく、電気ヒータとして温水生成の補助熱原となるように構成すれば、電力の有効利用の観点からは、無駄にはならないと考えられる。
【００１２】
例えば、最大（定格）発電電力＝７００Ｗ、ダミー負荷容量＝８００Ｗとして、定格発電（７００Ｗ）中のある時点で、負荷機器消費電力が、１０００Ｗ→６００Ｗに低下した場合を考える。基本的に、発電電力（７００Ｗ）維持するので、このままでは、６００Ｗ−７００Ｗ＝−１００Ｗ  つまり、１００Ｗ逆潮流となってしまう。
【００１３】
ここで、ダミー負荷（８００Ｗ）投入により、−１００Ｗ＋８００Ｗ＝７００Ｗとなり、逆潮流状態を回避できる。然しながら、単一のダミー負荷では、本例の如く、高々１００Ｗの逆潮流状態であっても、ダミー負荷（８００Ｗ）投入により、７００Ｗ発電維持の為の原燃料（都市ガス、ＬＰＧ等）を消費しつつ、電力会社から、６００Ｗ（負荷機器）＋８００Ｗ（ダミー負荷）−７００Ｗ（発電電力）＝７００Ｗを買電する必要があり、経済性の観点からは、問題であると考えられる。
【００１４】
更に、燃料電池コジェネレーションシステムの場合、発電と、排熱回収による温水生成をバランスよく実現することにより、高いシステム効率を実現しているが、ダミー負荷（８００Ｗ）投入により、温水生成能力が格段に増加してしまうことから、発電と、温水生成のバランスが崩れてしまうことになる。特に、夏季等の一般的に熱需要（温水の消費）が少なくなる時期は問題となり、燃料電池コジェネレーションシステム＝総合効率が高い
という利点を活かしにくくなる可能性がある。
【００１５】
そこで、ダミー負荷を複数に分割（例えば、８００Ｗ→２００Ｗ×４個）し、逆潮電力に応じて、適宜ダミー負荷投入量を調整する案が提案されている。
【００１６】
この場合、１００Ｗ逆潮流であることから、２００Ｗ相等のダミー負荷を投入すれば、単一のダミー負荷投入の場合と比較し、ダミー負荷の余剰分は大きく改善（７００Ｗ→１００Ｗ）されることから、経済性、あるいは、発電と、温水生成のバランスの観点からは、大きく改善が見込まれることになる。
【００１７】
然しながら、この場合、ダミー負荷分割により、その分、各ダミー負荷の投入を制御する為の開閉器等のスイッチ手段も複数必要となり、コスト、スペース（小型化）の点で不利になる。
【００１８】
更に、ダミー負荷の余剰分は大きく改善されると入っても、この場合１００Ｗまだあり、長期的観点での経済性、あるいは、省エネ性を考えた場合、必ずしも十分とはいえない。尚、上記を改善する為、ダミー負荷を更に細分化することも考えられるが、各ダミー負荷の投入を制御する為の開閉器等のスイッチ手段も更に増え、かつ、各ダミー負荷の取り付け・配線工数も増加し、コスト、スペース（小型化）の点で問題となる。
【００１９】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、逆潮流状態を確実に回避しつつ、ダミー負荷の余剰分を最小（原理的には、零）とし、経済性、あるいは、省エネ性を悪化させることなく、しかも安価、省スペース（小型化）な燃料電池コジェネレーションシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するために、本発明の第１の発明は、燃料電池と、単相３線式商用電力系統のＲ相及びＴ相に接続され、前記燃料電池から発電された直流電力を、前記単相３線式商用電力系統と同期のとれた交流電力に変換して系統連系を行なうインバータと、前記燃料電池が発電する過程で発生する熱により水を加熱して温水を生成する廃熱回収部と、前記廃熱回収部によって生成された温水を貯湯するタンクと、前記単相３線式商用電力系統の前記インバータの接続点より上流であって、かつ前記単相３線式商用電力系統の３線のうち、いずれかの２線間に接続され、前記単相３線式商用電力系統に接続された負荷機器の上流の電力値Ｗｉｎを計測する電力計測手段と、前記インバータが接続された前記単相３線式商用電力系統の接続点と同一の接続点に電力半導体スイッチを介して接続され、前記廃熱回収部内に設けられた電気ヒータと、前記電力計測手段によって計測された電力値Ｗｉｎと、燃料電池コジェネレーションシステムが要求する発電指令ＷＳＰとに基づいて、前記電力半導体スイッチのオンオフ比率を制御して、前記電気ヒータの投入を制御するとともに、前記インバータを制御することにより前記燃料電池の発電電力の制御を行なう制御部とを具備し、
前記制御部は、
前記電力計測手段によって計測された電力値Ｗｉｎが順潮流方向を正として、第１の電力値Ｗ１及び第２の電力値Ｗ２（Ｗ１＞Ｗ２）が設定され、
ｉ）  電力値Ｗｉｎ≧Ｗ１である場合、
前記燃料電池の発電電力Ｗｏｕｔが、前記発電指令ＷＳＰとなるように前記インバータを制御し、かつ、前記電力半導体スイッチのオフ比率を増加させる駆動信号を前記電力半導体スイッチに出力し、
ｉｉ）  Ｗ１＞Ｗｉｎ≧Ｗ２である場合、
前記燃料電池の発電電力ＷｏｕｔをＷ１−Ｗｉｎ相等の電力を低下させるように前記インバータを制御し、かつ、前記電力半導体スイッチへの駆動信号は現状を維持し、
ｉｉｉ）  Ｗ２＞Ｗｉｎである場合、
前記燃料電池の発電電力ＷｏｕｔをＷ１−Ｗｉｎ相等の電力を低下させるように前記インバータを制御し、かつ、前記電気ヒータの消費電力をＷ２−Ｗｉｎ増加させるために、前記電力半導体スイッチのオン比率を増加させる駆動信号を前記電力半導体スイッチに出力することを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステム、である。
【００２１】
このような発明によれば、逆潮発生時、燃料電池の発電出力の変化を小さく抑えつつ、単一の電気ヒータのDuty制御を併用することにより、余剰投入を回避し、確実に逆潮を防止することができる。
【００２２】
本発明の第２の発明は、第１の発明において、前記電力計測手段は、前記単相３線式電力系統の前記インバータの接続点より上流、かつ、前記負荷機器の接続点より上流の前記単相３線式電力系統のＲ相及びＴ相の電流をそれぞれ計測する２つの電流検出器と、前記２つの電流検出器の二次側の電流を検出するように直列に接続され、前記２つの電流検出器の一次側が、逆方向に貫通接続され、二次側が同一極性で接続された２つの抵抗Ｒ１、Ｒ２と、前記２つの抵抗Ｒ１、Ｒ２により検出される前記単相３線式電力系統のＲ相、Ｔ相を流れる電流和の信号ｉＲ＋ｉＴと、前記単相３線式電力系統のＲ−Ｎ間、Ｔ−Ｎ間の電圧信号ｖＲ、ｖＴとに基づいて、Ｒ相、Ｔ相を流れる瞬時電流和信号ｉＲ＋ｉＴと、Ｒ相、Ｔ相の瞬時電圧信号の平均値（ｖＲ＋ｖＴ）／２との瞬時値積の平均演算により、計測電力値Ｗｉｎを生成する計算手段とを具備することを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステム、である。
【００２３】
このような発明によれば、２相（Ｒ，Ｔ）個別の電流計測・電力演算ではなく、電流和をとって、一括して電力演算を行なうことができるので、電力演算を簡素化することができ、ハードウェア面及びソフトウェア面で効果がある。
【００２４】
本発明の第３の発明は、第１の発明において、前記電力計測手段は、前記単相３線式電力系統の前記インバータの接続点より上流、かつ、前記負荷機器の接続点より上流の前記単相３線式電力系統のＲ相及びＴ相の電流をそれぞれ計測する２つの電流検出器と、前記２つの電流検出器の二次側の電流を検出するように直列に接続され、前記２つの電流検出器の一次側が、同一方向に貫通接続され、二次側が逆極性で接続された２つの抵抗Ｒ１、Ｒ２と、前記２つの抵抗Ｒ１、Ｒ２により検出される前記単相３線式電力系統のＲ相、Ｔ相を流れる電流和の信号ｉＲ＋ｉＴと、前記単相３線式電力系統のＲ−Ｎ間、Ｔ−Ｎ間の電圧信号ｖＲ、ｖＴとに基づいて、Ｒ相、Ｔ相を流れる瞬時電流和信号ｉＲ＋ｉＴと、Ｒ相、Ｔ相の瞬時電圧信号の平均値（ｖＲ＋ｖＴ）／２との瞬時値積の平均演算により、計測電力値Ｗｉｎを生成する計算手段とを具備することを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステム、である。
【００２５】
このような発明によれば、２相（Ｒ，Ｔ）個別の電流計測・電力演算ではなく、電流和をとって、一括して電力演算を行なうことができるので、電力演算を簡素化することができ、ハードウェア面及びソフトウェア面で効果がある。
【００２６】
本発明の第４の発明は、第１の発明において、前記電力計測手段は、前記単相３線式電力系統の前記インバータの接続点より上流、かつ、前記負荷機器の接続点より上流の前記単相３線式電力系統のＲ相及びＴ相を流れる電流和ｉＲ＋ｉＴを一括して計測する電流検出器と、前記電流検出器に接続された抵抗と、前記抵抗Ｒより検出される前記単相３線式電力系統のＲ相、Ｔ相を流れる電流和の信号ｉＲ＋ｉＴと、前記単相３線式電力系統のＲ−Ｎ間、Ｔ−Ｎ間の電圧信号ｖＲ、ｖＴとに基づいて、Ｒ相、Ｔ相を流れる瞬時電流和信号ｉＲ＋ｉＴと、Ｒ相、Ｔ相の瞬時電圧信号の平均値（ｖＲ＋ｖＴ）／２との瞬時値積の平均演算により、計測電力値Ｗｉｎを生成する計算手段とを具備することを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステム、である。
【００２７】
このような発明によれば、１個の電流検出器により、電力演算を行なうことができるのでシステムを安価にすることができる。
【００２８】
本発明の第５の発明は、第１乃至第４の発明のいずれかの発明において、前記電力半導体スイッチへの駆動信号は、前記電力半導体スイッチが、下記式（Ａ）によって定まる投入サイクルｎ間オンとなるように制御されることを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステム、である。
【００２９】
ここで、
ｎ＝ＨＴＲＳＰ／電気ヒータ定格電力＊Ｍ  …式（Ａ）
ＨＴＲＳＰ：発電電力指令値ＷＳＰに対して、前記インバータの制御では不足する電力を補償する前記電気ヒータの投入電力指令値
Ｍ：  単相３線式商用電力系統の基本サイクル数(整数）
このような発明によれば、負荷投入分解能を確保しながら、電気ヒータのオン・オフによる電流高調波の影響を少なくすることができる。
【００３０】
本発明の第６の発明は、第１乃至第５の発明のいずれかの発明において、前記制御部は、さらに、
ｉ）  Ｗ１＞Ｗｉｎである場合
前記発電電力ＷｏｕｔをＷ１−Ｗ２を上限リミットとして、Ｗ１−Ｗｉｎ相等の電力を低下させるように前記インバータを制御し、第二の電力値Ｗ２を、Ｗ１を上限リミットとして、新しい値Ｗ２’＝Ｗ２−Ｗｉｎに置き換え、
ｉｉ）  Ｗｉｎ≧Ｗ１である場合
現時点のＷ２’の値が、当初のＷ２の値と異なる場合、所定のレートで当初のＷ２に復帰させるよう制御することを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステム、である。
【００３１】
このような発明によれば、頻繁に負荷変動ある場合のシステム安定性を改善することができる。
【００３２】
本発明の第７の発明は、第１乃至第６の発明のいずれかの発明において、前記電気ヒータの電力定格ＷＨは、
発電定格ＷＲ、発電最低電力ＷＭとして、
ＷＲ＊１．２≧ＷＨ≧ＷＲ−（Ｗ１−Ｗ２）
ＷＨ≧ＷＭ
を満たすように選定されていることを特徴とする燃料電池コジェネレーションシステム、である。
【００３３】
このような発明によれば、電気ヒータ容量を装置発電定格以下とすることが可能となり、コストダウン、装置の小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、逆潮流状態を確実に回避しつつ、ダミー負荷の余剰分を最小（原理的には、零）とし、経済性、あるいは、省エネ性を悪化させることなく、しかも安価、省スペース（小型化）な燃料電池コジェネレーションシステムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る燃料電池コジェネレーションシステムについて説明する。
【００３６】
図１は、本発明の実施の形態に係る燃料電池コジェネレーションシステムを示す図である。
【００３７】
同図において、燃料電池３は、都市ガス（メタン）や、プロパンガスを原燃料１として、改質器にて、化学反応により、水素リッチな改質ガスを生成し、この水素リッチな改質ガスと空気中の酸素２から電気化学反応により発電する。
【００３８】
単相３線式商用電力系統４の中性相Ｎ以外の２線、Ｒ相、Ｔ相に接続され、燃料電池３から発電された直流電力を、商用電力系統４と同期のとれた所定の電圧・周波数の交流電力に変換し、系統連系を行なう単相２線式インバータ５が設けられる。
【００３９】
また、燃料電池３が発電する過程で発生する熱６により市水７を加熱して所定の温度の温水８を生成する排熱回収部９と、温水８を貯湯するタンク１０とを備える。
【００４０】
単相３線式電力系統４の単相２線式インバータ５の接続点より上流、かつ、単相３線式電力系統４のＲ−Ｎ、Ｔ−Ｎ、Ｒ−Ｔ間に任意に接続された負荷機器１１の上流の電力を計測する電力計測部１２が設けられる。
【００４１】
排熱回収部９の中には電気ヒータ１３が設けられる。この電気ヒータ１３は温水を補助的に加熱するものであり、電力半導体スイッチ１４を介して、単相２線式インバータ５と同一の接続点Ｒ−Ｔ間に接続される。電気ヒータ１３は、電力半導体スイッチ１４に入力される制御部２０からの電気ヒータ１３の投入電力指令値ＨＴＲＳＰの駆動信号に基づき、オンオフ比率を可変するよう制御される。
【００４２】
以下、制御部２０における基本制御について説明する。
【００４３】
本実施の形態においては、電力計測部１２によって計測された計測電力値Ｗｉｎを、順潮流方向を正として、第一の電力値Ｗ１、第二の電力値Ｗ２（Ｗ１＞Ｗ２）を定義する。
【００４４】
（ａ）  Ｗｉｎ≧Ｗ１である場合
燃料電池３の発電電力Ｗｏｕｔについて、燃料電池コジェネシステムが要求する発電指令ＷＳＰに基き、現状維持、もしくは、増加、減少を許容し、更に、電気ヒータ１３の投入電力指令値ＨＴＲＳＰについては、オフ比率を増加させる方向に制御する。
【００４５】
（ｂ）  Ｗ１＞Ｗｉｎ≧Ｗ２である場合
燃料電池の発電電力Ｗｏｕｔにつき、Ｗ１−Ｗｉｎ相等の電力を低下させるように制御すると共に、電気ヒータ１３の投入電力指令値ＨＴＲＳＰについては、現状値を保持する。
【００４６】
（ｃ）  Ｗ２＞Ｗｉｎである場合
発電電力Ｗｏｕｔにつき、Ｗ１−Ｗ２相等の電力を低下させるように制御すると共に、電気ヒータ１３の投入電力指令値ＨＴＲＳＰについては、Ｗ２−Ｗｉｎ相等の電力を増加させ、オン比率を増加させる方向に制御する。
【００４７】
図２は、制御部２０内に設けられる電力半導体スイッチ制御回路を示す図である。
【００４８】
電力半導体スイッチ制御回路３０は、電気ヒータ投入電力指令値ＨＴＲＳＰを受け、電力半導体スイッチ１４の駆動信号Ｓ１４を出力する。この電力半導体スイッチ１４の駆動信号Ｓ１４は、所定時間Ｔ毎のタイミング信号ｔ０毎に、電力半導体スイッチ１４のオン信号（ＯＮ期間＝Ｔｏｎ、ＯＦＦ期間＝Ｔｏｆｆ、Ｔ＝Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ：図３参照）とする。
【００４９】
電力半導体スイッチ１４のＯＮ期間＝Ｔｏｎは、電気ヒータ１３の定格電力＝ＷＨＴＲとして、
Ｔｏｎ＝ＨＴＲＳＰ／ＷＨＴＲ＊Ｔ  …（１）
で決めることとする。
【００５０】
この時、所定時間Ｔにおける電気ヒータ１３の平均投入電力ＷＨＴＲ（ＯＮ）は、
ＷＨＴＲ（ＯＮ）＝Ｔｏｎ／Ｔ＊ＷＨＴＲ  …（２）
式（２）に式（１）を代入することにより、
ＷＨＴＲ（ＯＮ）＝ＨＴＲＳＰ  …（３）
となり、単一の電気ヒータ１３、及び、（電力半導体）スイッチ１４でありながら、Ｔｏｎ時間（つまり、ＯＮ／ＯＦＦ期間の比率）を電気ヒータ投入電力指令値ＨＴＲＳＰに基づき可変することにより、０〜電気ヒータ１３定格電力（ＷＨＴＲ）間、任意に可変することが可能となる。
【００５１】
ここで、所定時間Ｔは、基本的に、温水生成の時定数（数ｓ以上）より小さく（例えば、０．５ｓ程度）しておけば、ほぼ連続制御と等価な状況とできる。従って、スイッチ１４として、機械的スイッチでは、ＯＮ／ＯＦＦ頻度が高すぎるので、電力半導体スイッチ（例えば、トライアック等）としている。
【００５２】
次に、制御部２０の動作について、図４及び図５を参照して説明する。
【００５３】
図４は、制御部において電力領域判定を行なう電力領域判定部を示すブロック図である。
【００５４】
まず、単相３線式電力系統４の単相２線式インバータ５の接続点、及び、負荷機器１１の上流の電力を計測する電力計測部１２からの電力計測値Ｗｉｎ（順潮流方向を正とする）と、予め定められた第一の電力値Ｗ１、第二の電力値Ｗ２（Ｗ１＞Ｗ２）との大小判別により、電力領域判定部４０にて、電力領域を示す電力領域信号Ｃ０（Ｃ０＝Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩ）を生成する。
【００５５】
電力領域判定部４０では、電力領域信号Ｃ０につき、
Ｗｉｎ≧Ｗ１        →  Ｃ０＝Ｉ  (順潮流状態)
Ｗ１＞Ｗｉｎ≧Ｗ２  →  Ｃ０＝ＩＩ  （少し、逆潮流状態）
Ｗ２＞Ｗｉｎ        →  Ｃ０＝ＩＩＩ  （逆潮流状態）
とする。
【００５６】
ここで、第一の電力値Ｗ１は、逆潮流方向を判定する電力値、例えば、０（Ｗ）とする。
【００５７】
ところで、前述の如く、燃料電池コジェネレーションシステムは、発電電力急変等、システム擾乱に、かなり弱い旨説明した。一般的に、変化量が微小であれば、過渡的状態は残るものの、プロセス制御状態として、温度等の各制御値の保護レベルを逸脱することなく、何とか発電維持可能と判断できる。そして、当該燃料電池コジェネレーションシステムにつき、瞬時発電電力低下許容値（ΔＷdown）を定義する。
【００５８】
例えば、ΔＷｄｏｗｎ＝５０Ｗ、ないし、１００Ｗ等。つまり、ΔＷｄｏｗｎ＝１００Ｗである場合、発電電力急変（低下）が、１００Ｗ以下（一過性）であれば、何とか、発電維持可能とするものである。そして、第二の電力値Ｗ２は、Ｗ２＝Ｗ１−ΔＷｄｏｗｎ＝−１００Ｗ（Ｗ１＝０Ｗ、ΔＷｄｏｗｎ＝１００Ｗの場合）とする。
【００５９】
そして、この電力領域信号Ｃ０により、図５に示す（２回路或いは３回路の）選択スイッチＳＥＬを制御する。
【００６０】
図５は、発電電力Ｗｏｕｔの出力を行なうためのブロック図であり、図６は、電気ヒータの投入電力指令値ＨＴＲＳＰの出力を行なうためのブロック図である。以下、電力領域信号Ｃ０によって示される電力領域に分けて説明する。
【００６１】
（ａ）  Ｃ０＝Ｉ  （順潮流状態）
この場合は、図５に示すように、基本的に、プロセス制御に基づく発電指令値ＷＳＰにより、発電電力Ｗｏｕｔを決定し、インバータを制御する。プロセス制御に基づく発電指令値ＷＳＰは、常時一定である必要はなく、図５には示していない上位制御にて、負荷機器電力や、熱需要等の状況により、変化するものとする。
【００６２】
尚、この場合、発電プロセスの安定性を考慮し、プロセス制御に基づく発電指令値ＷＳＰを、変化量制限部４１（増加、減少の１回あたりの変化量制限値をそれぞれ、ΔＷ↑、ΔＷ↓（何れも、基本的には、微小量）とする）入力し、変化量（ＷＳＰ−フィードバックされる実際の発電電力Ｗｏｕｔ）に制限を加え、更に後段の上限制限部ＵＬ（最大（定格）発電電力＝ＷＵＬ）、及び、下限制限部ＬＬ（最低発電電力（下限値）＝ＷＬＬ）を介して、実際の発電電力Ｗｏｕｔを決定する。
【００６３】
また、電気ヒータの投入電力指令値ＨＴＲＳＰについては、図６に示すように、ＨＴＲＳＰ＝０（電気ヒータ１３：完全ＯＦＦ）の場合は、このまま状態保持し、ＨＴＲＳＰ＞０である場合は、現在順潮流状態であることから、投入電力指令値ＨＴＲＳＰを減らす。
【００６４】
この場合、図６においては、１回あたりの低減量をΔＷとして、ＨＴＲＳＰを−ΔＷ／回ずつ、Ｃ０＝Ｉを継続している間、０になる方向に、減算させる。また、上限値として電気ヒータ１３の定格電力ＷＨＴＲが設定され、下限値として０が設定される。
【００６５】
尚、その他として、電力計測値Ｗｉｎ（順潮流方向を正とする）が、十分大きい場合、
Ｗｉｎ−Ｗ１を限度として減算し、ＨＴＲＳＰを短期間にて、その値を０に復帰させるようにしてもよい。
【００６６】
（ｂ）  Ｃ０＝ＩＩ  （少し、逆潮流状態）、或いはＣ０＝ＩＩＩ  （逆潮流状態）
この場合は、逆潮流状態につき、
Ａ：発電出力を下げる。（Ｗｏｕｔを下げる）
Ｂ：電気ヒータ投入。（ＨＴＲＳＰを増やす）
（もしくは、Ａ，Ｂ併用）
の制御を行なうことにより、Ｗｉｎ（現在）（＜Ｗ１）  →  Ｗｉｎ（次回）≧Ｗ１を実現する。以下、図５及び図６を参照して、説明する。
【００６７】
（ｂ−１）  Ｃ０＝ＩＩ（少し、逆潮流状態）の場合：
この場合、逆潮電力としては、あまり大きくなく、基本的に、瞬時発電電力低下許容値（ΔＷdown）以内であるので、図５に示すように、瞬時発電電力低下許容値（ΔＷdown）を限度として、発電電力Ｗｏｕｔを逆潮電力相当分（Ｗ１−Ｗｉｎ（現在））低下させるようインバータを制御する。尚、この場合、電気ヒータ１３の追加投入（Ｂ）は、基本的に必要なく、従って、図６に示すように、ＨＴＲＳＰの値の更新は、行なわないとする。
【００６８】
（ｂ−２）  Ｃ０＝ＩＩＩ（逆潮流状態）の場合：
この場合、逆潮電力相当分（Ｗ１−Ｗｉｎ（現在））は、瞬時発電電力低下許容値（ΔＷdown）よりも大きい為、“Ａ：発電出力を下げる。”単独では、調整できない。したがって、図５に示すように、発電電力Ｗｏｕｔを瞬時発電電力低下許容値（ΔＷdown）まで低下させるようインバータを制御し、かつ、図６に示すように、不足分（Ｗ２−Ｗｉｎ（現在））について、電気ヒータ１３の投入電力指令値ＨＴＲＳＰを増加（つまり、“Ｂ：電気ヒータ投入。”）することにより、制御を行なう。
【００６９】
例えば、最大（定格）発電電力＝７００Ｗ、ダミー負荷容量＝８００Ｗ、瞬時発電電力低下許容値（ΔＷdown）＝１００Ｗ、Ｗ１＝０Ｗ、Ｗ２＝−１００Ｗとして、
例１：Ｗｏｕｔ＝定格発電（７００Ｗ）中のある時点で、負荷機器消費電力が、１０００Ｗ→６５０Ｗに低下した場合
この場合、Ｗｉｎ＝６５０Ｗ−７００Ｗ＝−５０Ｗ  →  Ｃ０＝ＩＩ
従って、Ｗｏｕｔ：７００Ｗ→６５０Ｗ、ＨＴＲＳＰ＝０（現状値保持）となる。
【００７０】
例２：Ｗｏｕｔ＝定格発電（７００Ｗ）中のある時点で、負荷機器消費電力が、１０００Ｗ→５５０Ｗに低下した場合
この場合、Ｗｉｎ＝５５０Ｗ−７００Ｗ＝−１５０Ｗ  →  Ｃ０＝ＩＩＩ
従って、Ｗｏｕｔ：７００Ｗ→６００Ｗ、ＨＴＲＳＰ＝５０Ｗとなる
したがって、本発明の実施の形態によれば、単一の電気ヒータ＋電力半導体スイッチを用いて、オン期間制御を行い、かつ、逆潮流状態解消手段として、Ａ：発電出力を下げる／Ｂ：電気ヒータ投入を併用することにより、ダミー負荷である電気ヒータ投入量を抑え（余剰分については、基本的に０）つつ、確実に逆潮流防止を図ることができ、経済性、省エネ性に優れた燃料電池コジェネレーションシステムを提供することができる。更に、構成上は、単一のダミー負荷としての電気ヒータである為、コストＵＰを抑え、省スペース（小型化）を計ることができる。
【００７１】
尚、本実施の形態に係る燃料電池コジェネレーションシステムでは、発電出力を低下させることになるが、高々瞬時発電電力低下許容値（ΔＷdown）相当分（例、１００Ｗ程度）と限定されている為、再び負荷機器の消費電力が増加し、通常発電状態にする場合を考えても、比較的単時間に戻ることが可能である。
【００７２】
また、プロセス制御にも依存するが、特に、逆潮流継続時間が、ごく短い（例えば、３０秒程度以内等）であれば、発電出力低下に対し、プロセス制御自体が十分応答していない、つまり、発電出力低下前の制御状態に近いと推定される為、通常以上のレート、例えば、瞬時に発電出力低下前の発電出力に復帰させても、実害少ないと判断され、より即応性のあるシステムを提供できる。
【００７３】
（電力計測部の構成１）
次に、電力計測部の一実施の形態に係る構成について説明する。
【００７４】
図７及び図８は、本発明の実施の形態に係る電力計測部の第１の例を説明するための図である。
【００７５】
同図に示すように、単相３線式電力系統４の前記単相２線式インバータ５の接続点より上流、かつ、負荷機器１１の接続点より上流のＲ相、Ｔ相のそれぞれに、通電電流瞬時値を計測する電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２が設けられる。
【００７６】
電流計測部１２においては、ＣＴ１、ＣＴ２の二次側の電流信号を生成する抵抗Ｒ１、Ｒ２を直列に接続し、ＣＴ１、ＣＴ２の一次側を、逆方向に貫通接続すると共に、二次側を同一極性にて、直列に接続したＲ１、Ｒ２に接続する（図７）か、もしくは、ＣＴ１、ＣＴ２の一次側を、同一方向に貫通接続すると共に、二次側を逆極性にて、前記直列に接続したＲ１、Ｒ２に接続（図８）する。
【００７７】
電力計測部１２における計算部５１においては、直列に接続したＲ１＋Ｒ２の電流検出信号により、Ｒ相、Ｔ相を流れる単一の電流和の信号ｉＲ＋ｉＴと、前記単相３線式電力系統４のＲ−Ｎ間、Ｔ−Ｎ間電圧信号ｖＲ、ｖＴとを入力し、Ｒ相、Ｔ相を流れる瞬時電流和信号ｉＲ＋ｉＴと、Ｒ相、Ｔ相の瞬時電圧信号の平均値（ｖＲ＋ｖＴ）／２との瞬時値積の平均演算により、計測電力値Ｗｉｎを生成する。
【００７８】
以下、このような電力計算部５１における電力計算の理論的根拠及び効果について説明する。
【００７９】
単相３線式電力系統４の電力計測について、Ｒ相、Ｔ相を流れる電流信号ｉＲ、ｉＴと、Ｒ−Ｎ間、Ｔ−Ｎ間電圧信号ｖＲ、ｖＴとにより、瞬時電力ｗ０として、
ｗ０＝ｖＲ＊ｉＲ＋ｖＴ＊ｉＴ  …（４）
を求め、積分（加算）、平均演算を行なう必要がある。
【００８０】
然しながら、単相３線式電力系統４については、一般的には、相電圧アンバランスは、小さい、もしくは、限定されているので、
ｖＲ≒ｖＴ≒（ｖＲ＋ｖＴ）／２  …（５）
式（５）を式（４）に代入し、
ｗ０≒（ｉＲ＋ｉＴ）＊（ｖＲ＋ｖＴ）／２  …（６）
とすることができ、その結果を積分（加算）、平均演算を行なえばよい。
【００８１】
通常、これらの演算は、電流・電圧の瞬時値信号をＡ／Ｄ変換器によりＣＰＵに取り込み、ソフト演算により実行させる。
【００８２】
式（４）と式（６）を比較すると、ハード面につき、式（４）では、電流信号については、２チャンネル分のＡ／Ｄ変換が必要であるのに対し、式（６）では、電流信号について、既に加算された１つの信号（ｉＲ＋ｉＴ）としてＡ／Ｄ変換を行なえばよいことになる。
【００８３】
また、ソフト（演算処理時間）についても、式（４）では、積・和演算２回／サンプリングに対し、式（６）では、１回の積・和演算で済ませることが可能で、約半減することが可能である。
【００８４】
以上、本実施の形態においては、電力演算につき、Ａ／Ｄ変換器のチャンネルを削減でき、コストダウン、制御回路簡素化に有効であり、ソフト面では、ＣＰＵの処理能力の削減による安価ＣＰＵの採用、もしくは、空時間活用によるより高度なソフト処理への流用ができる。
【００８５】
（電力計測部の構成２）
次に、電力計測部の他の実施の形態に係る構成について説明する。
【００８６】
図９は、本発明の実施の形態に係る電力計測部の第２の例を説明するための図である。
【００８７】
同図に示すように、前記単相３線式電力系統４の前記単相２線式インバータ５の接続点より上流、かつ、負荷機器１１の接続点より上流のＲ相、Ｔ相ラインを一括して通電電流瞬時値を計測するＣＴ３が設けられる。
【００８８】
電流計測部１２における電力計算部５１においては、ＣＴ３の一次側を、Ｒ相、Ｔ相逆方向に貫通接続し、二次側に接続したＲ３の電流検出信号により、Ｒ相、Ｔ相を流れる単一の電流和の信号ｉＲ＋ｉＴと、単相３線式電力系統４のＲ−Ｎ間、Ｔ−Ｎ間電圧信号ｖＲ、ｖＴとを入力し、Ｒ相、Ｔ相を流れる瞬時電流和信号ｉＲ＋ｉＴと、Ｒ相、Ｔ相の瞬時電圧信号の平均値（ｖＲ＋ｖＴ）／２との瞬時値積の平均演算により、計測電力値Ｗｉｎを生成する。
【００８９】
以下、このような計算部５１における電力計算の理論的根拠及び効果について説明する。
【００９０】
図７及び図８に示した電力計測部では、基本的には、ＣＴ２次側を直列に接続することにより、Ｒ相、Ｔ相を流れる単一の電流和の信号ｉＲ＋ｉＴを得ることを説明した。
【００９１】
図９では、ＣＴの１次側（貫通側）にて、Ｒ，Ｔ相電流が加算される向きに構成することにより、基本的に、１つのＣＴにより、等価な効果を実現できる。
【００９２】
以上、本実施の形態においては、ＣＴを２個から１個とすることができ、より安価なシステムを提供することができる。
【００９３】
（電力半導体スイッチ制御の変形例）
電気ヒータ１３の投入電力指令値ＨＴＲＳＰに基づき、オンオフ比率を可変する電力半導体１４の制御に関し、電気ヒータ１３の投入電力指令値ＨＴＲＳＰに基づき、所定の基本サイクル数をＭとして、投入サイクル数ｎについて、ｎ＝ＨＴＲＳＰ／電気ヒータ定格電力＊Ｍ（整数）を元に、投入サイクルｎ間オンとするよう制御する。
【００９４】
前述の如く、単一の電気ヒータ＋電力半導体スイッチを用いて、オン期間制御を行うことにより、所定時間Ｔあたりの平均電力の分解能の向上（連続制御に近い状態の実現）を図ることを説明した。
【００９５】
特に、所定時間Ｔ毎のＴｉｍｉｎｇ信号ｔ０について、必ずしも、交流電源の位相情報は必要ではないが、電力系統（交流電源）の負荷となることを勘案すると、位相情報を含めた方がさらによい。
【００９６】
例えば、電気ヒータ１３をオンするＴｉｍｉｎｇを、常に電源の零位相（もしくは、１８０°位相）にしておけば、高調波電流等、電力系統に与える影響を最小に抑えることが可能である。
【００９７】
燃料電池コジェネレーションシステムにおける単相２線式インバータ５は、前述の如く、電力系統に同期して、連系運転を行うように制御する。従って、図示していないが、上位制御にて、電力系統の位相情報、例えば、交流電源の零位相情報を持っており、新たに交流電源零位相検出手段等を付加しなくても、十分対応可能である。
【００９８】
従って、ここでは、電力系統の所定の基本サイクル数をＭ（整数）として、
所定時間Ｔ＝電力系統の１サイクル周期＊Ｍ  …（７）
とする。
【００９９】
つまり、所定時間Ｔ毎のタイミング信号ｔ０は、交流電源のＭサイクル毎の零位相にて発生する信号とする。そして、電力半導体スイッチ１４のオン期間（Ｔｏｎ）についても、電力系統の１サイクル周期の整数ｎ倍（Ｍ≧ｎ≧０）とする。
【０１００】
すなわち、投入サイクル数ｎを、電気ヒータ１３の投入電力指令値ＨＴＲＳＰに基づき計算する。
【０１０１】
例えば、投入サイクル数ｎとして、
ｎ＝ＨＴＲＳＰ／電気ヒータ定格電力＊Ｍ（整数）  …（８）
とする。
【０１０２】
式（８）について、基本的に、ｎは整数である必要がある為、電気ヒータ投入の平均電力分可能につき、ある程度制約がでる。つまり、分解能は、１／Ｍとなる。
【０１０３】
例えば、系統周波数＝５０Ｈｚとし、
Ｍ＝２０とすれば、所定時間Ｔ＝０．４ｓ、分解能＝１／２０＝５％
Ｍ＝５０とすれば、所定時間Ｔ＝１．０ｓ、分解能＝１／５０＝２％
となり、実用上、即応性（所定時間Ｔに依存）、分解能につき、それ程問題にならないレベルとすることが可能である。
【０１０４】
式（８）の商の結果の整数化につき、厳密に言えば、小数点以下の処理をどうするか、すなわち、切捨て、切り上げの対応を検討しておく必要がある。
【０１０５】
例えば、切捨ての場合、厳密な意味では、ヒータ投入電力の分解能の範囲で、逆潮電力の補償が不足する可能性がある。この場合、この不足分（基本的には、ヒータ投入電力の分解能以内の微小量）につき、発電出力Ｗｏｕｔを低減させることを併用すれば、理論的に、逆潮流状態を解消可能となる。
【０１０６】
逆に、切り上げの場合、ヒータ投入電力の分解能の範囲で、逆潮電力を余分に補償する可能性がある。然しながら、この余剰分は、基本的には、ヒータ投入電力の分解能以内の微小量につき、それ程問題とはならない。
【０１０７】
更に、図４乃至図６において示した制御部２０により、余剰補償となれば、当然、逆潮流→順潮流状態となる為、電気ヒータ１３の投入電力指令値ＨＴＲＳＰ自体が低下し、この余剰分も自動調整されることになる。
【０１０８】
更に、切り上げ、切り捨て併用、すなわち、四捨五入処理とすれば、補償不足／余剰補償分については、ヒータ投入電力の分解能／２以内とすることができる。更に、式（８）について、１サイクル単位の整数化処理としたが、交流電源の電圧０となるタイミングは、２回ある。つまり、０／１８０°位相である。従って、式（８）の計算を、１サイクル単位（整数）ではなく、０．５サイクル単位で丸めることにすれば、ヒータ投入電力の分解能を、１／２に向上させるることが可能である。
【０１０９】
したがって、このような実施の形態によれば、負荷投入分解能を確保し、電気ヒータのオン・オフによる電流高調波の影響を少なくできる。
【０１１０】
（発電電力制御の変形例）
次に、発電電力制御の変形例について説明する。
【０１１１】
本変形例においては、
（Ｉ）  Ｗ１＞Ｗｉｎ（発電中の電力計測値Ｗｉｎ）の場合
発電電力Ｗｏｕｔにつき、Ｗ１−Ｗｉｎ相等の電力（Ｗ１−Ｗ２上限リミット）を低下させるように制御すると共に、第二の電力値Ｗ２を、Ｗ２−Ｗｉｎの新しい値Ｗ２’（Ｗ１上限リミット）に置き換える
（ＩＩ）  Ｗｉｎ≧Ｗ１の場合
発電電力Ｗｏｕｔにつき、燃料電池コジェネレーションシステムが要求する発電指令ＷＳＰに基き、現状維持、もしくは、増加、減少を許容すると共に、現時点のＷ２’の値が、当初のＷ２の値と異なる場合、所定のレートにて、Ｗ２に復帰させるよう制御する。
【０１１２】
以下、このような発電電力の制御を行なう理由について説明する。
【０１１３】
燃料電池コジェネレーションシステムは、基本的に、化学反応プロセスに起因して、発電電力等のダイナミックな変化（変化幅、時間・頻度）につき、全ての条件にて、システム安定化を図ることは、かなり困難であることを説明した。
【０１１４】
従って、上述の実施の形態においては、基本的に、一過性の負荷電力急低下による逆潮流状態の回避（防止）につき、説明した。特に、発電出力Ｗｏｕｔの低下制御については、瞬時発電電力低下許容値（ΔＷdown）を定義し、基本的に、その範囲内にて、出力調整を行なうものとしている。
【０１１５】
一般的に、負荷電力の変化は、制御できない。例えば、負荷変化が、１０００Ｗ→５００Ｗへ急変した場合、時系列的に、暫くこの状態（負荷電力≒５００Ｗのまま）を保持、ないし、負荷電力増加（逆潮流状態解消方向）の場合は、特に問題ないが、負荷変化が連続して発生した場合、問題となる。
【０１１６】
例えば、１０００Ｗ→５００Ｗ→４００Ｗ→３００Ｗ（発電電力＝７００Ｗ）の場合、
発電電力低下許容値（ΔＷdown）＝１００Ｗであるとして、最初に負荷電力が、１０００Ｗ→５００Ｗに低減した時点において、上述の実施の形態においては、発電出力Ｗｏｕｔを、７００Ｗ→６００Ｗ（ＨＴＲＳＰ＝１００Ｗ）として、逆潮流状態を解消させるよう制御する。
【０１１７】
然しながら、負荷電力が、引続き、５００Ｗ→４００Ｗ→３００Ｗに変化（低減）した場合、既に発電電力低下許容値（ΔＷdown）＝１００Ｗに相等する発電電力を下げているので、これ以上、発電出力を下げられないことになる。
【０１１８】
本変形例では、Ｗ２＝−１００Ｗ（初期状態）として、１００Ｗ出力を下げた時点で、Ｗ２’＝Ｗ２＋１００Ｗ＝０Ｗに置き換えることにより、瞬時的に発電出力Ｗｏｕｔを低下できる限界値について、
Ｗ１（＝０Ｗ）−Ｗ２（−１００Ｗ：初期値）＝１００Ｗ
→Ｗ１（＝０Ｗ）−Ｗ２’（０Ｗ：１００Ｗ低減後の更新値）＝０Ｗ
となり、これ以上、瞬時的に発電出力Ｗｏｕｔを低減できないことになる。
【０１１９】
この場合は、電気ヒータ投入電力指令値（ＨＴＲＳＰ）について、１００Ｗ→２００Ｗ→３００Ｗと増加させることにより、逆潮流状態の解消を実現させる。
【０１２０】
尚、この場合のＷ２’、つまり、瞬時的に発電出力Ｗｏｕｔを低下できる限界値については、時間経過とともに、発電プロセスが安定して行くので、化学反応プロセス等、本システムの応答時間に対応して、順次初期値に復帰させるように制御を行なうことで、更なる負荷変化に対する能力回復を図ることとする。
【０１２１】
したがって、本変形例によれば、頻繁に負荷変動ある場合に対し、コストをかけずに、確実に逆潮流状態を解消しつつ、システムに与える影響を最小限に留め、安定性改善を図ることができる。
【０１２２】
（ヒータ容量の最適化）
次に、本発明の実施の形態に係るヒータ容量の変形例について説明する。
【０１２３】
本実施の形態においては、電気ヒータ１３の電力定格ＷＨについて、発電定格ＷＲ、発電最低電力ＷＭとして、
ＷＲ＊１．２≧ＷＨ≧ＷＲ−（Ｗ１−Ｗ２）
ＷＨ≧ＷＭ
を満たすように選定する。
【０１２４】
上述の実施の形態では、発電電力低下許容値（ΔＷdown）以内での発電電力Ｗｏｕｔ低減と、ダミー負荷に対応する電気ヒータ投入電力量の調整の併用にて、逆潮流状態解消を実現させている。一般的には、負荷電力＝０Ｗ（完全無負荷）となる場合が想定される為、ダミー負荷に対応する電気ヒータの定格は、最大（定格）発電電力相等以上を必要とする。
【０１２５】
然しながら、本変形例では、最大（定格）発電電力−発電電力低下許容値（ΔＷdown）（Ｗ１−Ｗ２に相等）の電気ヒータ定格まで小さくすることが可能である。尚、電気ヒータ定格上限については、基本的に、発電定格見合いであることから、便宜上、１．２倍とした。
【０１２６】
したがって、本変形例では、電気ヒータ容量を装置発電定格以下とすることが可能となり、コストダウン、装置の小型化に有利となる。
【０１２７】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池コジェネレーションシステムを示す図である。
【図２】制御部内に設けられる電力半導体スイッチ制御回路を示す図である。
【図３】電力半導体スイッチへの駆動信号を示す図である。
【図４】制御部において電力領域判定を行なう電力領域判定部を示すブロック図である。
【図５】発電電力Ｗｏｕｔの出力を行なうためのブロック図である。
【図６】電気ヒータの投入電力指令値ＨＴＲＳＰの出力を行なうためのブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る電力計測部の第１の例を説明するための図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る電力計測部の第１の例を説明するための図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る電力計測部の第２の例を説明するための図である。
【符号の説明】
【０１２９】
３…燃料電池、４…単相３線式電力系統、５…単相２線式インバータ、１１…負荷機器、１３…ヒータ、１４…電力半導体スイッチ、１２…電力計測部、２０…制御部。
【図１】
2010093927.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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