(57)【要約】      （修正有）【課題】電力系統の異常を受けてインバータを停止させた場合でも、燃料電池の原料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、燃料電池の劣化、および寿命の短縮を防ぐことができる燃料電池発電装置を提供する。【解決手段】電圧センサ１１１が検出する電力系統１０１の電圧値が第１の許容範囲Ｖｒｅｆ１を所定時間ｔ１超えるという第１の異常判定条件を満たすと、第１の異常判定手段１１２が異常と判定して、リレー１１０が開放する。電圧センサ１１１が検出する電力系統１０１の電圧値が第１の許容範囲Ｖｒｅｆ１より狭い第２の許容範囲Ｖｒｅｆ２を所定時間ｔ１超えるという第２の異常判定条件を満たすと、第２の異常判定手段１１３が異常と判定して、制御手段１０９がインバータ１０８の出力電力を減少させて停止させると共に燃料電池１０４の出力電力の変動が小さくなるようにヒータ１０６の消費電力の調節を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統と連系して負荷へ交流電力を供給する燃料電池発電装置において、燃料と酸化剤を反応させて直流電力を生成する燃料電池と、前記燃料電池が生成した直流電力を交流電力へ変換するインバータと、投入、開放することで前記電力系統と連系、解列させる開閉手段と、前記燃料電池の出力電力を消費させるための内部負荷と、前記インバータの出力電力と前記内部負荷の消費電力を制御する制御手段と、前記電力系統の特性値が第１の異常判定条件を満たすとき異常と判定する第１の異常判定手段と、前記電力系統の特性値が第２の異常判定条件を満たすとき異常と判定する第２の異常判定手段とを備え、前記第１の異常判定手段が異常と判定すると前記開閉手段が開放し、前記第２の異常判定手段が異常と判定すると前記制御手段が前記インバータの出力電力を減少させて停止させると共に前記燃料電池の出力電力の変動が小さくなるように前記内部負荷の消費電力の調節を行う燃料電池発電装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記インバータの出力電力を減少させる速度と前記内部負荷の消費電力を増加させる速度を略同一になるようにする請求項１に記載の燃料電池発電装置。
【請求項３】
前記第１の異常判定条件は、前記電力系統の特性値が第１の許容範囲を第１の所定時間継続して超えることであり、前記第２の異常判定条件は、前記電力系統の特性値が第２の許容範囲を第２の所定時間継続して超えることである請求項１または２に記載の燃料電池発電装置。
【請求項４】
前記第２の許容範囲は前記第１の許容範囲より狭い請求項３に記載の燃料電池発電装置。
【請求項５】
前記第２の所定時間は前記第１の所定時間より短い請求項３または４に記載の燃料電池発電装置。
【請求項６】
前記第１の許容範囲と前記第２の許容範囲のうち少なくとも前記第２の許容範囲と、前記第１の所定時間と前記第２の所定時間のうち少なくとも前記第２の所定時間を設定可能な設定手段を備えた請求項３から５のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項７】
前記電力系統の特性値は、前記電力系統の周波数、周波数の変動率、電圧、高調波成分、電圧位相の跳躍の大きさのいずれか少なくとも１つである請求項１から６のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項８】
前記第２の異常判定手段が前記第２の異常判定条件を満たしていると判定した場合に、前記第２の異常判定条件を満たしたことを表示手段に表示、報知手段により報知、運転履歴記憶手段に記憶のいずれかを行う請求項１から７のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記第２の異常判定手段が前記第２の異常判定条件を満たしていると判定してから所定時間経過しても前記第１の異常判定手段が前記第１の異常判定条件を満たしていると判定しないとき、前記インバータの出力を再開させる共に前記燃料電池の出力電力の変動が小さくなるように前記内部負荷の消費電力の調節を行う請求項１から８のいずれか１項に記載の燃料電池発電装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統と連系して、電力系統、および交流負荷へ交流電力を供給する燃料電池発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の燃料電池発電装置は、例えば図５に示す構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
以下に、特許文献１に示されている燃料電池発電装置について説明する。
【０００４】
図５は、従来の燃料電池発電装置のブロック図である。
【０００５】
図５に示すように、燃料電池発電装置は、燃料電池１、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３、インバータ４、交流負荷５、逆潮流監視センサ６、電力制御部７、直流負荷８とで構成され、連系部９を介して電力系統１０と接続される。
【０００６】
ここで、燃料電池１は、酸素と水素とを電気化学反応させて発電する。第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２は、燃料電池１の出力電圧が入力され、その入力された電圧を異なる電圧値の直流電圧（例えば、ＤＣ２５Ｖ）に変換して出力する。第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、燃料電池１の出力電圧が入力され、その入力された電圧を異なる電圧値の直流電圧（例えば、ＤＣ１４０Ｖ）に変換して出力する。
【０００７】
インバータ４は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力電圧が入力され、その入力された電圧を交流電圧（例えば、ＡＣ１００Ｖ）に変換して出力する。交流負荷５は、インバータ４から供給される交流電圧を電源電圧として駆動する。逆潮流監視センサ６は、インバータ４の電流が電力系統１０側に流れていないか、すなわち、逆潮流していないかを監視（検出）する。
【０００８】
電力制御部７は、逆潮流監視センサ６からの逆潮流に関する情報および連系部９からの系統停止信号を参照して、燃料電池１、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２、およびインバータ４の出力電力を制御する。そして、直流負荷８は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２から供給される直流電圧で駆動する負荷、例えば、抵抗体からなるヒータ等である。
【０００９】
以上のように構成された従来の燃料電池発電装置は、落雷などにより電力系統１の停止が発生し、連系部９から電力系統１０の停止信号を受信した場合、インバータ４の出力を停止させる。同時に、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力を増加させることにより、燃料電池１の発電した余剰電力を直流負荷８で消費する。この際、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電力はソフトスタートにて増加させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−６７７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記従来の構成では、電力系統１０に異常が発生した場合、インバータ４を停止させ、その後、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ２の出力電力を増加させるため、一時的に余剰電力を処理できないタイミングが発生する。その際、原料系、空気系、電気系に一時的な擾乱が生じ、燃料電池１にストレスを与え、燃料電池１を劣化させ、燃料電池１の寿命を短縮するという課題を有していた。
【００１２】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、電力系統の異常を受けてインバータを停止させた場合でも、燃料電池の原料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、燃料電池の劣化、および寿命の短縮を防ぐことができる燃料電池発電装置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】
【００１３】
上記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池発電装置は、電力系統と連系して負荷へ交流電力を供給する燃料電池発電装置において、燃料と酸化剤を反応させて直流電力を生成する燃料電池と、前記燃料電池が生成した直流電力を交流電力へ変換するインバータと、投入、開放することで前記電力系統と連系、解列させる開閉手段と、前記燃料電池の出力電力を消費させるための内部負荷と、前記インバータの出力電力と前記内部負荷の消費電力を制御する制御手段と、前記電力系統の特性値が第１の異常判定条件を満たすとき異常と判定する第１の異常判定手段と、前記電力系統の特性値が第２の異常判定条件を満たすとき異常と判定する第２の異常判定手段とを備え、前記第１の異常判定手段が異常と判定すると前記開閉手段が開放し、前記第２の異常判定手段が異常と判定すると前記制御手段が前記インバータの出力電力を減少させて停止させると共に前記燃料電池の出力電力の変動が小さくなるように前記内部負荷の消費電力の調節を行うものである。
【００１４】
これによって、電力系統の異常を受けてインバータを停止させた場合でも、燃料電池の原料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、燃料電池の劣化、および寿命の短縮を防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の燃料電池発電装置は、電力系統の異常を受けてインバータを停止させた場合でも、燃料電池の原料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、燃料電池の劣化、および寿命の短縮を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置のブロック図
【図２】同実施の形態における燃料電池発電装置の動作を示すタイミングチャート
【図３】本発明の実施の形態２における燃料電池発電装置の動作を示すタイミングチャート
【図４】本発明の実施の形態３における燃料電池発電装置の動作を示すタイミングチャート
【図５】従来の燃料電池発電装置のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
第１の発明は、電力系統と連系して負荷へ交流電力を供給する燃料電池発電装置において、燃料と酸化剤を反応させて直流電力を生成する燃料電池と、前記燃料電池が生成した直流電力を交流電力へ変換するインバータと、投入、開放することで前記電力系統と連系、解列させる開閉手段と、前記燃料電池の出力電力を消費させるための内部負荷と、前記インバータの出力電力と前記内部負荷の消費電力を制御する制御手段と、前記電力系統の特性値が第１の異常判定条件を満たすとき異常と判定する第１の異常判定手段と、前記電力系統の特性値が第２の異常判定条件を満たすとき異常と判定する第２の異常判定手段とを備え、前記第１の異常判定手段が異常と判定すると前記開閉手段が開放し、前記第２の異常判定手段が異常と判定すると前記制御手段が前記インバータの出力電力を減少させて停止させると共に前記燃料電池の出力電力の変動が小さくなるように前記内部負荷の消費電力の調節を行うものである。
【００１８】
この構成により、電力系統の特性値が第１の異常判定条件を満たすようになると、第１の異常判定手段が異常と判定して、開閉手段が開放され、また、電力系統の特性値が第２の異常判定条件を満たすようになると、第２の異常判定手段が異常と判定して、制御手段がインバータの出力電力を減少させて停止させると共に燃料電池の出力電力の変動が小さくなるように内部負荷の消費電力の調節を行うので、電力系統の異常を受けてインバータを停止させた場合でも、燃料電池の原料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、燃料電池の劣化、および寿命の短縮を防ぐことができる。
【００１９】
第２の発明は、特に、第１の発明において、制御手段は、インバータの出力電力を減少させる速度と内部負荷の消費電力を増加させる速度を略同一になるようにするものである。これにより、燃料電池は出力を変動させることなく出力先を切り替えられるため、燃料電池の原料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、燃料電池の劣化、および寿命の短縮を防ぐことができる。
【００２０】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、第１の異常判定条件は、電力系統の特性値が第１の許容範囲を第１の所定時間継続して超えることであり、第２の異常判定条件は、電力系統の特性値が第２の許容範囲を第２の所定時間継続して超えることである。これにより、電力系統、および燃料電池発電装置が供給する電力と交流負荷が需要する電力とのバランスにより電力系統の特性値が過渡的に変化した際、第１の異常判定手段、および第２の異常判定手段の誤判定を防ぐことができ、装置の信頼性を向上させることができる。
【００２１】
第４の発明は、特に、第３の発明において、第２の許容範囲は第１の許容範囲より狭くしたものである。これにより、第１の異常判定手段より先に第２の異常判定手段が異常を判定することができ、燃料電池は開閉手段の開放よるインバータを介した出力先がなくなる前に出力電力を変動させることなく出力先を切り替えられるため、燃料電池の原料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、燃料電池の劣化、および寿命の短縮を防ぐことができる。
【００２２】
第５の発明は、特に、第３または第４のいずれかの発明において、第２の所定時間は第１の所定時間より短くしたものである。これにより、第１の異常判定手段より先に第２の異常判定手段が異常を判定することができ、燃料電池は開閉手段の開放よるインバータを介した出力先がなくなる前に出力電力を変動させることなく出力先を切り替えられるため、燃料電池の原料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、燃料電池の劣化、および寿命の短縮を防ぐことができる。
【００２３】
第６の発明は、特に、第３から第５のいずれか１つの発明において、第１の許容範囲と第２の許容範囲のうち少なくとも第２の許容範囲と、第１の所定時間と第２の所定時間のうち少なくとも第２の所定時間を設定可能な設定手段を備えたものである。これにより、燃料電池発電装置が設置された電力系統の状態に合わせて第２の異常判定手段の判定感度を調節することができ、装置の信頼性を向上させることができる。
【００２４】
第７の発明は、特に、第１から第６のいずれか１つの発明において、電力系統の特性値は、電力系統の周波数、周波数の変動率、電圧、高調波成分、電圧位相の跳躍の大きさのいずれか少なくとも１つとしたものである。これにより、落雷などで電力系統に異常が発生した場合、電力系統の異常を判定することができる。
【００２５】
第８の発明は、特に、第１から第７のいずれか１つの発明において、第２の異常判定手段が第２の異常判定条件を満たしていると判定した場合に、第２の異常判定条件を満たしたことを表示手段に表示、報知手段により報知、運転履歴記憶手段に記憶のいずれかを行う。これにより、電力系統に異常があったことを、ユーザー、またはメンテマンへ確実かつ容易に知らせることができる。
【００２６】
第９の発明は、特に、第１から第８のいずれか１つの発明において、制御手段は、第２の異常判定手段が第２の異常判定条件を満たしていると判定してから所定時間経過しても第１の異常判定手段が第１の異常判定条件を満たしていると判定しないとき、インバータの出力を再開させる共に燃料電池の出力電力の変動が小さくなるように内部負荷の消費電力の調節を行う。これにより、燃料電池は出力を変動させることなく出力先を切り替えられるため、燃料電池の原料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、燃料電池の劣化、および寿命の短縮を防ぐことができる。
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるのもではない。
【００２８】
（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置について、図１と図２を参照しながら詳細に説明する。
【００２９】
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池発電装置を示すブロック図である。図２は、本実施の形態の燃料電池発電装置の動作を示すタイミングチャートである。
【００３０】
図１には、燃料電池発電装置１０２以外に、電力系統１０１と、交流負荷１０３を併せて図示している。ここで、電力系統１０１は、Ｕ相、Ｏ相、Ｗ相から成る単相三線式の交流電源である。交流負荷１０３は、電力系統１０１または燃料電池発電装置１０２から供給される交流電力を消費する機器である。
【００３１】
そして、図１に示すように、本実施の形態の燃料電池発電装置１０２は、燃料電池１０４と、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０５と、内部負荷としてのヒータ１０６と、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７と、インバータ１０８と、制御手段１０９と、開閉手段としてのリレー１１０と、電圧検出手段としての電圧センサ１１１と、第１の異常判定手段１１２と、第２の異常判定手段１１３と、設定手段としてのスイッチ１１４と、報知手段としてのＬＥＤ１１５とから、少なくとも構成されている。なお、本実施の形態では、内部負荷をヒータ１０６、開閉手段をリレー１１０、電圧検出手段を電圧センサ１１１、設定手段をスイッチ１１４、報知手段をＬＥＤ１１５としたが、同様の機能を有する他の手段を代わりに用いても構わない。
【００３２】
ここで、燃料電池１０４は、酸素と水素とを化学反応させて水を発生することで直流電力を生成する。第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０５は、絶縁トランスを含む構成を有し、燃料電池１０４が生成する直流電圧を昇圧する。ヒータ１０６は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０５が生成する直流電圧で駆動される。第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７は、絶縁トランスを含む構成を有し、燃料電池１０４が生成する直流電圧を第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０５と異なる直流電圧へ昇圧する。
【００３３】
インバータ１０８は、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７が出力する直流を交流負荷１０３で消費可能な交流へ変換する。制御手段１０９は、第１ＤＣ／ＤＣコンバータ１０５を介してヒータ１０６の消費電力を制御すると共に、第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７とインバータ１０８の出力電力を制御する。リレー１１０は、投入、開放することで電力系統１０１との連系、解列を行う。電圧センサ１１１は、電力系統１０１と燃料電池装置１０２の連系点の電圧を検出する。
【００３４】
第１の異常判定手段１１２は、電圧センサ１１１が検出する電圧値が第１の異常判定条件を満たしているとき異常と判定する。第２の異常判定手段１１３は、電圧センサ１１１が検出する電圧値が第２の異常判定条件を満たしているとき異常と判定する。スイッチ１１４は、第２の異常判定手段１１３の第２の異常判定条件を設定する。ＬＥＤ１１５は、第２の異常判定手段１１３が異常と判定したときに点灯を行う。
【００３５】
なお、第１の異常判定手段１１２の第１の異常判定条件とは、電圧センサ１１１が検出する電圧値が第１の許容範囲（本実施の形態では、１００±１０Ｖとする）を第１の所定時間（本実施の形態では、１．０ｓとする）継続して超えることであり、第２の異常判定手段１１３の第２の異常判定条件とは、電圧センサ１１１が検出する電圧値が第２の許容範囲（本実施の形態では、１００±８Ｖとする）を第２の所定時間（本実施の形態では、１．０ｓとする）継続して超えることである。
【００３６】
図２に、本実施の形態の燃料電池発電装置において、電力系統１０１が落雷などにより停止した時の交流電圧（本実施の形態では、実効値で示す）、各部の出力電力、消費電力、および状態の変化を示す。
【００３７】
ここで、（Ａ）は、連系点における電圧、つまり電圧センサ１１１が検出する電圧値である。（Ｂ）は、燃料電池１０４の出力電力である。（Ｃ）は、インバータ１０８の出力電力である。（Ｄ）は、ヒータ１０６の消費電力である。（Ｅ）は、リレー１１０の状態である。そして、（Ａ）のＶｒｅｆ１は、第１の許容範囲、Ｖｒｅｆ２は、第２の許容範囲、ｔ１は、第１の所定時間、および第２の所定時間である。
【００３８】
以上のように構成された本実施の形態の燃料電池発電装置の動作および作用について、図１、図２を用いて説明する。
【００３９】
燃料電池発電装置１０２は、燃料電池１０４が発電を開始すると、リレー１１０を投入することで電力系統１０１と連系し、交流負荷１０３へ電力を供給する。
【００４０】
燃料電池１０４から交流負荷１０３までの電力の供給の流れは、まず、燃料電池１０４が発電した直流電力を第２ＤＣ／ＤＣコンバータ１０７でインバータ１０８が出力可能な電圧まで昇圧する。本実施の形態では、例えばＤＣ４００Ｖに昇圧する。そして、インバータ１０８で昇圧された電圧を、直流から交流（本実施の形態では、例えばＡＣ２００Ｖ）へ変換し、交流負荷１０３へ供給する。
【００４１】
このような電力系統１０１と連系し、交流負荷１０３へ電力を供給している状態において、燃料電池等の発電装置は、電力系統１０１の保守、安全面から電力系統１０１が停止した場合、電力系統１０１の停止を検出し、インバータ１０８の出力を停止すると共に、リレー１１０を開放することで電力系統１０１から切り離すことが義務づけられている。
【００４２】
このとき、燃料電池１０４の出力電力を急速に減少させることは困難であるので、インバータ１０８の出力を停止させると、燃料電池発電装置１０２内部に余剰電力が発生し、燃料電池の原料系、空気系、電気系が一時的に擾乱する。そのため、余剰電力を消費する必要が生じる。以下に、電力系統１０１が停止した際に、余剰電力を発生させないための燃料電池発電装置１０２の動作について、図２を用いて説明する。
【００４３】
電力系統１０１が停止すると（図２のタイミングＴ１）、燃料電池発電装置１０２と交流負荷１０３との間でアイランディング現象が発生し、燃料電池発電装置１０２が供給する電力と交流負荷１０３が需要する電力のバランスによって緩やかに電圧が上昇する。
【００４４】
このような状態において、第２の異常判定手段１１３は、電圧センサ１１１が検出する電圧値が第２の許容範囲Ｖｒｅｆ２を所定時間ｔ１超えると異常と判定する（図２のタイミングＴ２〜Ｔ４）。
【００４５】
そして、制御手段１０９は、第２の異常判定手段１１３が異常と判定すると、配線などへのストレスを防止し、ノイズ放射を抑制するためにインバータ１０８の出力電力Ｐａｃを徐々に減少させ停止させると共に、ヒータ１０６の消費電力Ｐ１をインバータ１０８の出力電力Ｐａｃの減少速度と同速度で増加させ、最終的には燃料電池１０４の出力電力Ｐｄｃをすべてヒータ１０６で消費させる（図２のタイミングＴ４〜Ｔ５）。
【００４６】
また、ＬＥＤ１１５は、第２の異常判定手段１１３が異常と判定すると、点灯させることで第２の異常判定条件を満たしたことを報知し、ユーザーやメンテマンなどへ異常が発生したことを知らせる（図２のタイミングＴ４）。
【００４７】
一方、第１の異常判定手段１１２は、電圧センサ１１１が検出する電圧値が第１の許容範囲Ｖｒｅｆ１を所定時間ｔ１超えると異常と判定する（図２のタイミングＴ３〜Ｔ６）。
【００４８】
そして、リレー１１０は、第１の異常判定手段１１２が異常と判定すると、接点を開放することで、燃料電池発電装置１０２を電力系統１０１から切り離す（図２のタイミングＴ６）。このとき、すでに燃料電池１０４の出力電力Ｐｄｃは、すべてヒータ１０６で消費されているため、燃料電池発電装置１０２内部で消費されない電力が発生せず、燃料電池１０４の出力電力Ｐｄｃを減少させる必要がなく、安定して運転を継続することができる。
【００４９】
ここで、予めスイッチ１１４により第２の許容範囲、第２の所定時間を切り替えられるようにしておくことで、例えば電力系統１０１の状態により電圧センサ１１１が検出する電圧値が頻繁に第２の許容範囲を超えるような場合であれば、第２の許容範囲を広くしたり、第２の所定時間を長くすることで、第２の異常判定手段１１３の判定感度を低下させる。また、逆に、制御手段１０９が電力調整中に第１の異常判定手段１１２が異常と判定しまうような場合であれば、第２の許容範囲を狭くしたり、第２の所定時間を短くすることで、第２の異常判定手段１１４の判定感度を敏感にさせる。
【００５０】
なお、本実施の形態では、連系点における電力系統１０１の電圧の大きさをもとに電力系統１０１の異常を判定したが、周波数、周波数の変動率、高調波成分、電圧位相の跳躍の大きさのいずれか１つまたは２つ以上で異常を判定してもかまわない。
【００５１】
また、本実施の形態では、第２の異常判定手段１１３が第２の異常判定条件を満たしていると判定した場合、ＬＥＤ１１５を点灯することで異常を報知したが、ブザーなどによる報知、ＬＣＤなどの表示手段による表示、メモリなどによる運転履歴記憶手段への記憶を行うことで、第２の異常判定条件が満たされたことをユーザーやメンテマンなどへ知らせてもかまわない。
【００５２】
また、本実施の形態では、第２の所定時間を第１の所定時間より短く設定することで、第２の異常判定手段１１３が第１の異常判定手段１１２より先に異常と判定したが、第１の異常判定条件と第２の異常判定条件を同じにすることで、第１の異常判定手段１１３と第２の異常判定手段１１４が同時に異常と判定する、または第２の許容範囲を第１の許容範囲より大きく、もしくは第２の所定時間を第１の所定時間より長く設定することで第２の異常判定手段１１３が第１の異常判定手段１１２より後に異常と判定してもかまわない。ただし、その場合、インバータ１０８とリレー１１０の間に交流負荷を設け、第１の異常判定手段１１２が異常と判定し、リレー１１０が開放した場合、一時的にインバータ１０８を介して燃料電池１０４の出力を交流負荷で消費させ、第２の異常判定手段が異常と判定した際に出力先を切り替えることで、燃料電池１０４の出力電力を変動させることなく出力先を切り替える。
【００５３】
以上のように、本実施の形態においては、電圧センサ１１１が検出する電力系統１０１の電圧値が第１の許容範囲Ｖｒｅｆ１を所定時間ｔ１超えるという第１の異常判定条件を満たすと、第１の異常判定手段１１２が異常と判定して、リレー１１０が開放し、電圧センサ１１１が検出する電力系統１０１の電圧値が第２の許容範囲Ｖｒｅｆ２を所定時間ｔ１超えるという第１の異常判定条件を満たすと、第２の異常判定手段１１３が異常と判定して、制御手段１０９がインバータ１０８の出力電力を減少させて停止させると共に燃料電池１０４の出力電力の変動が小さくなるようにヒータ１０６の消費電力の調節を行うため、電力系統１０１の異常を受けてインバータ１０８を停止させた場合でも、燃料電池１０４の原料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、燃料電池１０４の劣化、および寿命の短縮を防ぐことができる。
【００５４】
また、本実施の形態では、制御手段１０９は、インバータ１０８の出力電力を減少させる速度とヒータ１０６の消費電力を増加させる速度を略同一にすることで、燃料電池１０４は出力を変動させることなく出力先を切り替えられるため、燃料電池１０４の原料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、燃料電池１０４の劣化、および寿命の短縮を防ぐことができる。
【００５５】
また、本実施の形態では、第１の異常判定手段１１２の第１の異常判定条件は、電力系統１０１の特性値が第１の許容範囲を第１の所定時間継続して超えることであり、第２の異常判定手段１１３の第２の異常判定条件は、電力系統１０１の特性値が第２の許容範囲を第２の所定時間継続して超えることとすることで、電力系統１０１、および燃料電池発電装置１０２が供給する電力と交流負荷１０３が需要する電力とのバランスにより電力系統１０１の特性値が過渡的に変化した際、第１の異常判定手段１１２、および第２の異常判定手段１１３の誤判定を防ぐことができ、装置の信頼性を向上させることができる。
【００５６】
また、本実施の形態では、第２の許容範囲は第１の許容範囲より狭くすることで、第１の異常判定手段１１２より先に第２の異常判定手段１１３が異常を判定することができ、燃料電池１０４はリレー１１０の開放よるインバータ１０８を介した出力先がなくなる前に出力電力を変動させることなく出力先を切り替えられるため、燃料電池１０４の原料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、燃料電池１０４の劣化、および寿命の短縮を防ぐことができる。
【００５７】
また、本実施の形態では、第１の許容範囲と第２の許容範囲のうち少なくとも第２の許容範囲と、第１の所定時間と第２の所定時間のうち少なくとも第２の所定時間を設定可能なスイッチ１１４を備えたことで、燃料電池発電装置１０２が設置された電力系統１０１の状態に合わせて第２の異常判定手段１１３の判定感度を調節することができるため、装置の信頼性を向上させることができる。
【００５８】
また、本実施の形態では、電力系統１０１の特性値は、電力系統１０１の周波数、周波数の変動率、電圧、高調波成分、電圧位相の跳躍の大きさのいずれか少なくとも１つとすることで、落雷などで電力系統１０１に異常が発生した場合、電力系統１０１の異常を判定することができる。
【００５９】
また、本実施の形態では、第２の異常判定手段１１３が第２の異常判定条件を満たしていると判定した場合に、第２の異常判定条件を満たしたことを表示手段によりに表示、ＬＥＤ１１５により報知、運転履歴記憶手段に記憶のいずれかを行うことで、電力系統１０１に異常があったことを、ユーザー、またはメンテマンへ確実かつ容易に知らせることができる。
【００６０】
（実施の形態２）
以下に、本発明の実施の形態２における燃料電池発電装置について、図１と図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態２における燃料電池発電装置の動作を示すタイミングチャートである。
【００６１】
図３に、図２と同様に、本実施の形態の燃料電池発電装置において、電力系統１０１が落雷などにより停止した時の交流電圧（本実施の形態では、実効値で示す）、各部の出力電力、消費電力、および状態の変化を示す。
【００６２】
ここで、（Ｆ）は、連系点における電圧、つまり電圧センサ１１１が検出する電圧値である。（Ｇ）は、燃料電池１０４の出力電力である。（Ｈ）は、インバータ１０８の出力電力である。（Ｉ）は、ヒータ１０６の消費電力である。（Ｊ）は、リレー１１０の状態である。そして、（Ｆ）のＶｒｅｆ３は、第１の許容範囲、および第２の許容範囲、ｔ２は、第１の所定時間、ｔ３は、第２の所定時間である。
【００６３】
つまり、図３に示すように、本実施の形態の燃料電池発電装置は、第１の許容範囲と第２の許容範囲が同じで（本実施の形態では、第１の許容範囲、第２の許容範囲共に１００±１０Ｖとする）、第２の所定時間を第１の所定時間より短くしたところが（本実施の形態では、第１の所定時間を１．０ｓ、第２の所定時間を０．９ｓとする）、実施の形態１で図２を用いて説明した方法とは異なる。
【００６４】
ここで、第１の所定時間ｔ２は、第２の所定時間ｔ３とインバータ１０８が定格出力から停止するまでのソフトストップ時間を加味した時間より長く設定されたものとする。
【００６５】
なお、本実施の形態の燃料電池発電装置の構成は、図１に示された実施の形態１の燃料電池発電装置の構成と同様であり説明を省略する。
【００６６】
以下に、本実施の形態の燃料電池発電装置の動作について、図３を用いて説明する。
【００６７】
電力系統１０１が停止すると（図３のタイミングＴ７）、燃料電池発電装置１０２と交流負荷１０３との間でアイランディング現象が発生し、燃料電池発電装置１０２が供給する電力と交流負荷１０３が需要する電力のバランスによって電圧がステップ状に上昇する。
【００６８】
このような状態において、第２の異常判定手段１１３は、電圧センサ１１１が検出する電圧値が第２の許容範囲Ｖｒｅｆ３を所定時間ｔ２超えると異常と判定する（図３のタイミングＴ７〜Ｔ８）。
【００６９】
そして、制御手段１０９は、第２の異常判定手段１１３が異常と判定すると、配線などへのストレスを防止し、ノイズ放射を抑制するためにインバータ１０８の出力電力Ｐａｃを徐々に減少させ停止させると共に、ヒータ１０６の消費電力Ｐ１をインバータ１０８の出力電力Ｐａｃの減少速度と同速度で増加させ、最終的には燃料電池１０４の出力電力Ｐｄｃをすべてヒータ１０６で消費させる（図３のタイミングＴ８〜Ｔ９）。
【００７０】
一方、第１の異常判定手段１１２は、電圧センサ１１１が検出する電圧値が第１の許容範囲Ｖｒｅｆ３を所定時間ｔ３超えると異常と判定する（図３のタイミングＴ７〜Ｔ１０）。
【００７１】
そして、リレー１１０は、第１の異常判定手段１１２が異常と判定すると、接点を開放することで、燃料電池発電装置１０２を電力系統１０１から切り離す（図３のタイミングＴ１０）。このとき、すでに燃料電池１０４の出力電力Ｐｄｃは、すべてヒータ１０６で消費されているため、燃料電池発電装置１０２内部で消費されない電力が発生せず、燃料電池１０４の出力電力Ｐｄｃを減少させる必要がなく、安定して運転を継続することができる。
【００７２】
以上のように、本実施の形態においては、第２の異常判定手段１１３の第２の所定時間を第１の異常判定手段１１２の第１の所定時間より短くすることで、第１の異常判定手段１１２より先に第２の異常判定手段１１３が異常を判定することができ、燃料電池１０４はリレー１１０の開放よるインバータ１０８を介した出力先がなくなる前に出力電力を変動させることなく出力先を切り替えられるため、燃料電池１０４の原料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、燃料電池１０４の劣化、および寿命の短縮を防ぐことができる。
【００７３】
（実施の形態３）
以下に、本発明の実施の形態３における燃料電池発電装置について、図１と図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態３における燃料電池発電装置の動作を示すタイミングチャートである。
【００７４】
図４に、図２と同様に、本実施の形態の燃料電池発電装置において、電力系統１０１の交流電圧（本実施の形態では、実効値で示す）、各部の出力電力、消費電力、および状態の変化を示す。
【００７５】
ここで、（Ｋ）は、連系点における電圧、つまり電圧センサ１１１が検出する電圧値である。（Ｌ）は、燃料電池１０４の出力電力である。（Ｍ）は、インバータ１０８の出力電力である。（Ｎ）は、ヒータ１０６の消費電力である。（Ｏ）は、リレー１１０の状態である。
【００７６】
つまり、図４に示すように、本実施の形態の燃料電池発電装置は、電圧Ｖａｃが第１の許容範囲を第１の所定時間継続して超えないところが、実施の形態１で図２を用いて説明した方法とは異なる。
【００７７】
なお、本実施の形態の燃料電池発電装置の構成は、図１に示された実施の形態１の燃料電池発電装置の構成と同様であり説明を省略する。
【００７８】
以下に、本実施の形態の燃料電池発電装置の動作について、図４を用いて説明する。
【００７９】
電力系統１０１と燃料電池発電装置１０２が供給する電力と、交流負荷１０３が需要する電力のバランスより電圧が上昇することがある（図４のタイミングＴ１１）。
【００８０】
このような状態において、第２の異常判定手段１１３は、電圧センサ１１１が検出する電圧値が第２の許容範囲Ｖｒｅｆ２を所定時間ｔ１超えると異常と判定する（図４のタイミングＴ１２〜Ｔ１５）。
【００８１】
そして、制御手段１０９は、第２の異常判定手段１１３が異常と判定すると、配線などへのストレスを防止し、ノイズ放射を抑制するためにインバータ１０８の出力電力Ｐａｃを徐々に減少させ停止させると共に、ヒータ１０６の消費電力Ｐ１をインバータ１０８の出力電力Ｐａｃの減少速度と同速度で増加させ、最終的には燃料電池１０４の出力電力Ｐｄｃをすべてヒータ１０６で消費させる（図４のタイミングＴ１５〜Ｔ１６）。
【００８２】
一方、第１の異常判定手段１１２は、電圧センサ１１１が検出する電圧値が第１の許容範囲Ｖｒｅｆ１から外れると時間計測を開始する（図４のタイミングＴ１３）。ただし、時間計測中に電圧センサ１１１が検出する電圧値が第１の許容範囲内になると、時間計測を終了する（図４のタイミングＴ１４）。
【００８３】
このような状況下で、制御手段１０９は、第２の異常判定手段１１３が異常と判定してから、時間計測を開始する（図４のタイミングＴ１５）。時間計測を開始してから、所定時間ｔ５を超えても第１の異常判定手段１１２が異常と判定しない場合、配線などへのストレスを防止し、ノイズ放射を抑制するためにインバータ１０８の出力電力Ｐａｃを上昇させると共に、ヒータ１０６の消費電力Ｐ１をインバータ１０８の出力電力Ｐａｃの増加速度と同速度で減少させ、燃料電池１０４の出力先をインバータ１０８へ切り替える（図４のタイミングＴ１７〜Ｔ１８）。そして、以後、図４のタイミングＴ１１以前と同様の動作を行う。
【００８４】
以上のように、本実施の形態においては、制御手段１０９は、第２の異常判定手段１１３が第２の異常判定条件を満たしていると判定してから所定時間経過しても第１の異常判定手段１１２が前記第１の異常判定条件を満たしていると判定しないとき、インバータ１０８の出力を再開させる共に燃料電池１０４の出力電力の変動が小さくなるようにヒータ１０６の消費電力の調節を行うことで、燃料電池１０４は出力を変動させることなく出力先を切り替えられるため、燃料電池１０４の原料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、燃料電池１０４の劣化、および寿命の短縮を防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
以上のように、本発明にかかる燃料電池発電装置は、電力系統の異常を受けてインバータを停止させた場合でも、燃料電池の原料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、燃料電池の劣化、および寿命の短縮を防ぐことができるため、家庭用、工場、病院、学校などに設置される燃料電池を用いた電力系統と連系する発電装置等の用途にも適用することができる。
【符号の説明】
【００８６】
１０１  電力系統
１０２  燃料電池発電装置
１０４  燃料電池
１０６  ヒータ（内部負荷）
１０８  インバータ
１０９  制御手段
１１０  リレー（開閉手段）
１１２  第１の異常判定手段
１１３  第２の異常判定手段
１１４  スイッチ（設定手段）
１１５  ＬＥＤ（報知手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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