(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
系統連系運転および自立運転機能を備えた分散型電源として発電装置が用いられる分散型電源における受電電力計測系の故障診断方法において、
電力計測器により商用電源系統からの受電電力および前記発電装置からの送電電力を計測し、
前記計測した電力を電流または電圧の信号で前記発電装置の制御装置に入力し、
前記発電装置の停止中において前記発電装置内部にある補機の出力を変化させたとき及び家庭の負荷を変化させたときの少なくとも一方のときに、前記電力計測信号が変化しない場合に、前記電力計測器が故障していると判定することを特徴とする分散型電源における受電電力計測系の故障診断方法。
【請求項２】
前記発電装置のインバータの出力を定期的に変化させることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記発電装置のインバータを定期的に短時間ゲートブロックすることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
系統連系運転および自立運転機能を備えた分散型電源として発電装置が用いられる分散型電源における受電電力計測系の故障診断方法において、
電力計測器により商用電源系統からの受電電力および前記発電装置からの送電電力を計測し、
前記計測した電力を電流または電圧の信号で前記発電装置の制御装置に入力し、
前記発電装置のインバータの出力を変化させ、かつ前記発電装置内部にある補機の出力を変化させたときに、前記電力計測信号が変化しない場合に、前記電力計測器が故障していると判定することを特徴とする分散型電源における受電電力計測系の故障診断方法。
【請求項５】
系統連系運転および自立運転機能を備えた分散型電源として発電装置が用いられる分散型電源における受電電力計測系の故障診断方法において、
電力計測器により商用電源系統からの受電電力および前記発電装置からの送電電力を計測し、
前記計測した電力を電流または電圧の信号で前記発電装置の制御装置に入力し、
前記発電装置のインバータの出力を変化させ、かつ家庭の負荷を変化させたときに、前記電力計測信号が変化しない場合に、前記電力計測器が故障していると判定することを特徴とする分散型電源における受電電力計測系の故障診断方法。
【請求項６】
系統連系運転および自立運転機能を備えた分散型電源として発電装置が用いられる分散型電源における受電電力計測系の故障診断方法において、
電力計測器により商用電源系統からの受電電力および前記発電装置からの送電電力を計測し、
前記計測した電力を電流または電圧の信号で前記発電装置の制御装置に入力し、
前記発電装置のインバータを短時間ゲートブロックし、かつ前記発電装置内部にある補機の出力を変化させたときに、前記電力計測信号が変化しない場合に、前記電力計測器が故障していると判定することを特徴とする分散型電源における受電電力計測系の故障診断方法。
【請求項７】
系統連系運転および自立運転機能を備えた分散型電源として発電装置が用いられる分散型電源における受電電力計測系の故障診断方法において、
電力計測器により商用電源系統からの受電電力および前記発電装置からの送電電力を計測し、
前記計測した電力を電流または電圧の信号で前記発電装置の制御装置に入力し、
前記発電装置のインバータを短時間ゲートブロックし、かつ家庭の負荷を変化させたときに、前記電力計測信号が変化しない場合に、前記電力計測器が故障していると判定することを特徴とする分散型電源における受電電力計測系の故障診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分散型電源における受電電力計測系の故障診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般家庭にコージェネレーション（熱電併給）システムのような自家発電装置を設置する場合、住宅用分電盤の主幹に電力計測器として電流センサー（ＣＴ）またはＣＴに加えてトランスデューサ形電力計を設け、いわゆる逆潮流の発生の防止などを目的として、家庭の受電点における受電電力および発電電力を計測し、受電電力および発電電力をそれぞれ制御する。受電点における電流または電力の計測信号を発電装置の制御装置に入力することで、受電電力を把握し、それに基づいて受電電力の監視、発電装置の出力の制御、中性線への過負荷保護を行っている。
【０００３】
特許文献１には、系統連系運転および自立運転機能を備えた発電装置を買電と並行して家庭用負荷に接続する場合において、住宅用の分電盤（単相２線あるいは単相３線用）に発電装置を接続して運用する形態で、一般家庭の受電点で受電電力及び送電電力を監視し、またこれを用いて発電装置の出力を制御する方法が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−０６９６３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
単相２線１００Ｖ、単相２線２００Ｖあるいは単相３線２００Ｖの発電装置を連系した場合に、ある条件では中性線過負荷状態が継続する可能性があるために中性線あるいは中性線以外にＣＴを取付けて過負荷保護を行い対応する場合がある。
【０００５】
しかし、特許文献１の方法においては、電力計測器の回路に断線などの故障を生じた場合に、電力計測器から制御装置に送られる電流または電圧信号が誤った計測情報であるにも拘わらず、制御装置が受電電力を誤認識してしまい、異常を検知することができない状態のままで発電装置が運転を継続してしまうおそれがある。
【０００６】
さらに、発電装置の制御装置が逆潮流を発生させないようにインバータを制御して運転している場合には、電力計測器が故障すると、制御装置は、受電電力を監視し、逆潮流が発生していないものと判断し、逆潮流が発生した状態で発電装置の運転を継続してしまうおそれがある。これらの異常発生状態における発電装置の運転の継続を防止するためには、受電電力を計測する電力計測器そのもの自体が異常となったことを検知する必要がある。
【０００７】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、電力計測器の異常により発電装置の制御装置が受電電力を誤認識している場合においても、電力計測器の故障を確実に検出できる分散型電源における受電電力計測系の故障診断方法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】
【０００８】
本発明に係る分散型電源における受電電力計測系の故障診断方法は、系統連系運転および自立運転機能を備えた分散型電源として発電装置が用いられる分散型電源における受電電力計測系の故障診断方法において、電力計測器により商用電源系統からの受電電力および前記発電装置からの送電電力を計測し、前記計測した電力を電流または電圧の信号で前記発電装置の制御装置に入力し、前記発電装置の停止中において前記発電装置内部にある補機の出力を変化させたとき及び家庭の負荷を変化させたときの少なくとも一方のときに、前記電力計測信号が変化しない場合に、前記電力計測器が故障していると判定することを特徴とする。
【０００９】
本明細書中において「系統連系運転」とは、自家発電設備を商用電源系統と連系して負荷に電力を供給する運転方式をいう。
【００１０】
また、「自立運転機能を備えた発電装置」とは、外部電源を利用することなく、それ自体が自立して発電稼動することができる発電装置をいう。例えば、燃料電池システムは、自立運転機能を備えた発電装置といえるものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電力計測器の異常により発電装置の制御装置が受電電力を誤認識している場合においても、電力計測器の故障を確実に検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付の図面を参照して本発明を実施するための最良の実施の形態について説明する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１を参照して本発明の第１の実施の形態に用いられる装置の概要を説明する。
【００１４】
商用電源系統１は、受電点２、電力計測器３、家庭用分電盤１１を介して家庭の負荷９に接続されている。一般家庭では、商用電源系統１から受電点２に受電電力Ｐ１が供給され、さらに家庭用分電盤１１を介して家庭の負荷９に電力が供給されている。分電盤１１は、受電点２の側から順に直列に接続されたサービスブレーカ１２、漏電ブレーカ１３および複数の分岐ブレーカ１４ａ〜１４ｄを備えている。複数の分岐ブレーカ１４ａ〜１４ｄは、並列に接続され、家庭の負荷９にそれぞれ接続されている。家庭の負荷９は、通常の家電品の他にインターネット家電対応の電子機器を含むものである。
【００１５】
家庭の自家発電用発電装置４として燃料電池発電システムが設置されている。発電装置４は、燃料電池スタックを備えた発電部５、インバータ６、制御装置７および補機１０を備えている。発電部５の燃料電池スタックは、固体電解質膜、アノード触媒層、カソード触媒層が一体に接合された膜電極接合体（MEA）、アノード流路板、カソード流路板、燃料供給源および送風ファンを有している。インバータ６は、発電部５で発電された電力を調整し、出力電力Ｐ２として分電盤１１を介して家庭の負荷９に出力するものである。制御装置７は、電力計測器３から計測信号Ｓ１を受け取り、これに基づいてインバータ６の出力動作、家庭の負荷９の駆動、補機１０の駆動等をそれぞれ制御するものである。制御装置７は、メモリ部に複数の故障診断モードを随時読み出し可能に格納している。補機１０は、インバータ６からの出力電力Ｐ３により駆動され、制御装置７の制御信号Ｓ２により制御される燃料供給ポンプ、送風ファン、ヒータ等である。
【００１６】
一般家庭に上記の自家発電装置４を設置し、受電電力Ｐ１の一部を発電装置４からの送電電力Ｐ２で賄ういわゆる系統連系運転を行う場合、家庭の負荷９で消費される電力を把握するために電力計測器３を受電点２またはその近傍に設置し、受電電力Ｐ１および発電電力Ｐ２をそれぞれ計測するようにしている。電力計測器３には、電流センサー（ＣＴ）を用いてもよいし、ＣＴをトランスデューサ形電力計と組み合わせて用いるようにしてもよい。
【００１７】
一般に、系統連系運転を行なう需要家は、自己の消費電力はできるだけ自家発電装置４から供給し、不足分を商用電源系統１すなわち電力会社からの電力により補給することを望む。系統連系運転には、自家発電装置の余剰電力を電力会社に送り出すことが認められない「逆潮流なし」と、条件付きで送り出しが認められ電力会社に買い取ってもらう「逆潮流あり」との２方式があり、受電契約時にいずれかの方式で系統連系運転を行うかを決定するようになっている。しかし、電力会社による余剰電力の買い取り単価の問題もあり、「逆潮流あり」はほとんど認められず、一般家庭においては「逆潮流なし」の条件で運転されるのが一般的である。
【００１８】
このような系統連系運転では、電力計測器３により受電電力Ｐ１と発電電力Ｐ２をそれぞれ計測し、これらの計測結果を信号Ｓ１として発電装置４の制御装置７へ送る。制御装置７は、入力信号Ｓ１に基づいて家庭の負荷９に信号Ｓ３を出力するとともに、インバータ６に信号Ｓ４を出力して、家庭の需要に応じた受電電力Ｐ１および送電電力Ｐ２にそれぞれ調整制御する。
【００１９】
商用電源系統１からの受電電力Ｐ１は、受電点２において電力計測器３により直接的に測定される。一方、発電装置４からの出力電力Ｐ２は、インバータ６から分岐ブレーカ１４ａを経由して負荷９で消費される電力と、インバータ６から分岐ブレーカ１４ａ、漏電ブレーカ１３、サービスブレーカ１２を経由して受電点２に向かう電力とに分かれる。電力計測器３は、出力電力Ｐ２のうち後者の部分を測定する。
【００２０】
次に、図２を参照して第１の実施の形態の故障診断方法を説明する。
【００２１】
制御装置７は、先ず信号Ｓ４をインバータ６に発信し、インバータ６から返ってくる信号Ｓ５により発電装置４が運転中か否かを判定する（工程Ｋ１）。その判定結果がＮＯであった場合、すなわち発電装置４が停止中の場合は、後述する図３に示す第２の実施の形態の工程Ｓ１〜Ｓ４へ進む。
【００２２】
工程Ｋ１の判定結果がＹＥＳの場合、すなわち発電装置４が運転中の場合は、電力計測器３から送られてくる計測信号Ｓ１に基づいて受電点２の電力が一定期間（例えば１時間）にわたり変化しないかどうかを制御装置７は判定する（工程Ｋ２）。その判定結果がＮＯであった場合、すなわち受電点２の電力が一定期間の間に変化した場合は、電力計測器３が故障していないものと判定して最初の工程Ｋ１に戻る。
【００２３】
工程Ｋ２の判定結果がＹＥＳであった場合、すなわち受電点２の電力が一定期間の間に変化しない場合は、電力計測器３が断線等により故障しているものと判定して次の工程Ｋ３へ進む。
【００２４】
次いで、制御装置７は、複数の診断モードのうちから優先順位の高い順に選択する（工程Ｋ３）。診断モードの優先順位は、需要家の好みに応じて適宜決めることができる。このような診断モードの選択は、人間が発電装置４の表示パネルのボタンを押して手動で入力することに行ってもよい。
【００２５】
診断モード１を選択した場合は、制御装置７からインバータ６に信号Ｓ４を送り、インバータ６からの送電電力Ｐ２を強制的に変化させる（工程Ｋ４−１）。診断モード２を選択した場合は、制御装置７からインバータ６に別の信号Ｓ４を送り、インバータ６のゲート電極への給電を短時間停止してインバータ６をゲートブロックし、インバータ６からの出力電力Ｐ１を短時間だけ停止させる（工程Ｋ４−２）。診断モード３を選択した場合は、制御装置７から補機１０に信号Ｓ２を送るとともにインバータ６に別の信号Ｓ４を送り、燃料電池発電装置４内の補機１０の出力を変化させる（工程Ｋ４−３）。補機１０には、燃料供給ポンプ、送風ファン、ヒータなど種々あるが、例えばヒータへの給電量を低下させ、液体燃料の気化量を減少させて発電部５における発電量を低下させる。診断モード４を選択した場合は、制御装置７から家庭の負荷９へ信号Ｓ３を送り、家庭の負荷９を変化させる（工程Ｋ４−４）。家庭の負荷９としては、ノートパソコン等のようなインターネット家電対応の負荷を対象にすることができる。
【００２６】
選択される診断モードは１つのみに限られない。制御装置７は、複数の診断モードのうちから１つのみを選択するばかりでなく、２つ以上を選択してその組み合わせモードを用いて診断するようにしてもよい。例えば、モード１とモード３を選択して組み合わせたモード１＋３を用いて故障診断する場合、インバータ６からの出力電力Ｐ２を変化させるとともに、補機１０（例えばポンプ）の出力を変化させる（工程Ｋ４−１、工程Ｋ４−３）。これにより電力計測器３が故障しているか否かを更に確実に診断することができる。
【００２７】
また、モード２とモード３を選択して組み合わせたモード２＋３を用いて故障診断する場合、インバータ６を短時間ゲートブロックするとともに、補機１０（例えばポンプ）の出力を変化させる（工程Ｋ４−２、工程Ｋ４−３）。
【００２８】
また、例えば、モード３とモード４を選択して組み合わせたモード３＋４を用いて故障診断する場合、補機１０（例えばヒータ）の出力を変化させるとともに、家庭の負荷９を変化させる（工程Ｋ４−３、工程Ｋ４−４）。このようにしても故障診断の精度が更に向上する。
【００２９】
さらに、電力計測器３の故障診断を一定期間ごとに定期的に繰り返し行うようにすることもできる。例えば、制御装置７からインバータ６に診断モード１を実行するための信号Ｓ４を定期的に（例えば３分間隔ごとに）送ることにより、電力計測器３をほとんど常に監視し続けることができるようになる。これにより電力計測器３の故障発見の確率が飛躍的に向上し、故障を早期に発見することができるようになり、燃料電池発電装置４の異常運転を迅速に停止することが可能になる。
【００３０】
上記の故障診断を行った結果、それに応じて電力計測器３から制御装置７に入ってくる計測電力信号Ｓ１が変化する場合は、電力計測器３が正常に作動しているものと診断して、最初の工程Ｋ１へ戻る（Ｋ５→Ｋ１）。
【００３１】
一方、上記の故障診断を行っても計測電力信号Ｓ１がまったく変化しない場合は、制御装置７は電力計測器３が故障しているものと診断し、発電部５および補機１０に停止信号を送り、発電装置４の運転を停止させる（工程Ｋ６）。これにより発電装置４が異常運転から保護される。そして、電力計測器３の故障を修理または交換した後に、リセットボタンを押して発電装置７の運転を再開する。
【００３２】
本実施形態によれば、新たに故障検出装置を増設することなく、インバータ６からの送電電力Ｐ２を制御するために受電点２の電力の変化を監視している既設の制御装置７を用いて、電力計測器３の故障を確実に診断することができる。
【００３３】
また、本実施形態によれば、インバータ６からの送電電力Ｐ２を定期的に変化させることで、常に有効電力及び無効電力が常に不安定となる状態を作り出すことができるため単独運転防止機能の検出感度の向上が期待できる。
【００３４】
（第２の実施形態）
次に、図３を参照して本発明の第２の実施形態について説明する。
【００３５】
第２の実施形態は、発電装置４の停止中に電力計測器３を故障診断する方法である。
【００３６】
制御装置７は、先ず信号Ｓ４をインバータ６に発信し、インバータ６から返ってくる信号Ｓ５により発電装置４が運転中か否かを判定し（工程Ｋ１）、その判定結果がＮＯである場合、すなわち発電装置４が停止中である場合は、複数の診断モードのうちから有線順位にしたがって診断モードを選択する（工程Ｓ１）。診断モードの優先順位は、需要家の好みに応じて適宜決めることができる。このような診断モードの選択は、人間が発電装置４の表示パネルのボタンを押して手動で入力することに行ってもよい。
【００３７】
本実施形態では発電装置４が停止中であるので、インバータ６を故障診断に利用することができない。したがって、診断モード３または４のいずれかを選択することになる。診断モード３を選択した場合は、制御装置７から補機１０に信号Ｓ２を送るとともにインバータ６に別の信号Ｓ４を送り、燃料電池発電装置４内の補機１０の出力を変化させる（工程Ｓ２−１）。補機１０には、燃料供給ポンプ、送風ファン、ヒータなど種々あるが、例えばヒータへの給電量を低下させ、液体燃料の気化量を減少させて発電部５における発電量を低下させる。診断モード４を選択した場合は、制御装置７から家庭の負荷９へ信号Ｓ３を送り、家庭の負荷９を変化させる（工程Ｓ２−２）。
【００３８】
選択される診断モードは１つのみに限られない。制御装置７は、複数の診断モードのうちから１つのみを選択するばかりでなく、２つ以上を選択してその組み合わせモードを用いて診断するようにしてもよい。例えば、モード３とモード４を選択して組み合わせたモード３＋４を用いて故障診断する場合、補機１０（例えばヒータ）の出力を変化させるとともに、家庭の負荷９を変化させる（工程Ｓ２−１、工程Ｓ２−２）。このようにしても故障診断の精度が更に向上する。
【００３９】
さらに、電力計測器３の故障診断を一定期間ごとに定期的に繰り返し行うようにすることもできる。例えば、制御装置７から家庭の負荷９に診断モード４を実行するための信号Ｓ３を定期的に（例えば１０分間隔ごとに）送ることにより、電力計測器３をほとんど常に監視し続けることができるようになる。これにより電力計測器３の故障発見の確率が飛躍的に向上し、故障を早期に発見することができるようになり、燃料電池発電装置４の異常運転を迅速に停止することが可能になる。
【００４０】
上記の故障診断を行った結果、それに応じて電力計測器３から制御装置７に入ってくる計測電力信号Ｓ１が変化する場合は、電力計測器３が正常に作動しているものと診断して、最初の工程Ｋ１へ戻る（Ｓ３→Ｋ１）。
【００４１】
一方、上記の故障診断を行っても計測電力信号Ｓ１がまったく変化しない場合は、制御装置７は電力計測器３が故障しているものと診断し、電力計測器３を修理または交換する（工程Ｓ４）。
【００４２】
本実施形態によれば、電力計測器３の故障診断を発電装置４の発電前の起動時に確認することで、電力計測器３が故障した状態で発電装置４から出力電力Ｐ２を家庭の負荷９に供給することを事前に防ぐことができる。
【００４３】
また、本実施形態によれば、燃料電池などの出力変化を急激に実施できないシステムにおいてもインバータ６の送電電力Ｐ２を直接変化させることなく電力計測器３の故障診断を実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、系統連系運転および自立運転機能を備えた分散型電源としての燃料電池に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の故障診断方法が用いられる燃料電池発電システムの構成ブロック図。
【図２】本発明の故障診断方法の一例を示すフローチャート。
【図３】本発明の故障診断方法の一例を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４６】
１…商用電源系統、２…受電点、３…電力計測器、
４…発電装置（燃料電池発電システム）、
５…発電部、６…インバータ、７…制御装置、９…負荷、１０…補機、
１１…家庭用分電盤、１２…  サービスブレーカ、１３…漏電ブレーカ、
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ…分岐ブレーカ、
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５…信号、
Ｐ１…受電電力、
Ｐ２，Ｐ３…送電電力（出力電力、発電電力）。
【図１】
0004836907.tif 000002
【図２】
0004836907.tif 000003
【図３】
0004836907.tif 000004