(57)【要約】【課題】燃料電池のパワーコンディショナにおいて、燃料電池の補機の故障による異常を容易かつ確実に発見し得る発電装置を提供する。【解決手段】燃料電池１の補機４が、パワーコンディショナ２のＤＣリンク部９から電力供給を受けるように構成された発電装置において、パワーコンディショナ２の動作中に、制御部８が、パワーコンディショナ２の入力電力と出力電力を検出し、それら差が所定値以上であれば、インバータ回路部６を停止させ、コンバータ回路部５および燃料電池１の補機４を動作させた状態で、パワーコンディショナ２の入力電力を検出し、その検出値を所定の基準値と比較して、その誤差が許容範囲を超えている場合に、燃料電池１の補機４が故障ていると判定する。【選択図】図１
2016025808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、前記燃料電池の補機と、前記燃料電池で発電された電力を電力系統に系統連系させるパワーコンディショナとを備え、
前記パワーコンディショナが、前記燃料電池で発電された直流電力の電圧を昇圧するコンバータ回路部と、前記コンバータ回路部で昇圧された直流電力を電力系統に連系可能な交流電力に変換するインバータ回路部と、前記コンバータ回路部と前記インバータ回路部を接続するＤＣリンク部と、前記コンバータ回路部および前記インバータ回路部を制御する制御部とを備え、前記燃料電池の補機への電力供給が前記ＤＣリンク部を介して行われるように構成された発電装置において、
前記制御部は、前記パワーコンディショナの動作中に、前記パワーコンディショナの入力電力と出力電力をそれぞれ検出し、それら検出値の差が所定値以上であれば、
前記インバータ回路部を停止させ、前記コンバータ回路部および前記燃料電池の補機を動作させた状態で、前記パワーコンディショナの入力電力を検出し、その検出値と所定の基準値との比較結果に基づいて、前記燃料電池の補機の異常を判定する制御構成を備えた
ことを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記パワーコンディショナの動作開始時に、前記インバータ回路部を停止させた状態で、前記コンバータ回路部および前記燃料電池の補機を動作させ、そのときのパワーコンディショナの入力電力を検出し、その検出値と所定の基準値との比較結果に基づいて、前記燃料電池の補機の異常を判定する制御構成を備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
燃料電池と、前記燃料電池の補機と、前記燃料電池で発電された電力を電力系統に系統連系させるパワーコンディショナとを備え、
前記パワーコンディショナが、前記燃料電池で発電された直流電力の電圧を昇圧するコンバータ回路部と、前記コンバータ回路部で昇圧された直流電力を電力系統に連系可能な交流電力に変換するインバータ回路部と、前記コンバータ回路部と前記インバータ回路部を接続するＤＣリンク部と、前記コンバータ回路部および前記インバータ回路部を制御する制御部とを備え、前記燃料電池の補機への電力供給が前記ＤＣリンク部を介して行われるように構成された発電装置において、
前記制御部は、前記パワーコンディショナの動作中に、前記パワーコンディショナの入力電力と出力電力をそれぞれ検出し、それら検出値の差が所定値以上であれば、
前記インバータ回路部を停止させ、前記コンバータ回路部および前記燃料電池の補機を動作させた状態で、前記パワーコンディショナの入力電力を検出し、さらに、
系統連系させた状態で、前記コンバータ回路部および前記インバータ回路部を停止させ、前記燃料電池の補機を動作させた状態で、前記電力系統からパワーコンディショナに入力される電力を検出し、
それら検出値と所定の基準値との比較結果に基づいて、前記燃料電池の補機、前記コンバータ回路部および前記インバータ回路部の異常を判定する制御構成を備えた
ことを特徴とする発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は発電装置に関し、より詳細には、燃料電池で発電された電力を電力系統に系統連系させるパワーコンディショナを備えた発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電部として燃料電池を備えた発電装置においては、燃料電池で発電された直流電力を商用電源などの電力系統に連系可能な交流電力に変換する電力変換装置としてパワーコンディショナを備えている。
【０００３】
パワーコンディショナは、周知のとおり、燃料電池で発電された直流電力の電圧を昇圧するコンバータ回路部と、コンバータ回路部で昇圧された直流電力を電力系統に連系可能な交流電力に変換するインバータ回路部と、コンバータ回路部とインバータ回路部を接続するＤＣリンク部と、コンバータ回路部およびインバータ回路部を制御する制御部とを備えており、パワーコンディショナの動作中（コンバータ回路部およびインバー回路部の動作中）、制御部は、パワーコンディショナへの入力電力とパワーコンディショナからの出力電力を監視しながら、コンバータ回路部とインバータ回路部の動作を制御するように構成されている。
【０００４】
そして、この種のパワーコンディショナにおいては、燃料電池の補機への電力供給をＤＣリンク部から行うように構成したものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−９７７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このように燃料電池の補機への電力供給を、パワーコンディショナのＤＣリンク部から行う構成には以下のような問題があり、その改善が望まれていた。
【０００７】
すなわち、燃料電池の補機への電力供給をパワーコンディショナのＤＣリンク部から行う構成では、パワーコンディショナの動作中において、パワーコンディショナの入力電力と出力電力との間に異常とみなせる程度の差が発生した場合、制御部は、この異常が、パワーコンディショナ側（コンバータ回路部またはインバータ回路部）の故障によるものか、それとも燃料電池の補機側の故障によるものかを判断することができない。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、燃料電池のパワーコンディショナにおいて、燃料電池の補機の故障による異常を容易かつ確実に発見し得る発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の発電装置は、燃料電池と、上記燃料電池の補機と、上記燃料電池で発電された電力を電力系統に系統連系させるパワーコンディショナとを備え、上記パワーコンディショナが、上記燃料電池で発電された直流電力の電圧を昇圧するコンバータ回路部と、上記コンバータ回路部で昇圧された直流電力を電力系統に連系可能な交流電力に変換するインバータ回路部と、上記コンバータ回路部と上記インバータ回路部を接続するＤＣリンク部と、上記コンバータ回路部および上記インバータ回路部を制御する制御部とを備え、上記燃料電池の補機への電力供給が上記ＤＣリンク部を介して行われるように構成された発電装置において、上記制御部は、上記パワーコンディショナの動作中に、上記パワーコンディショナの入力電力と出力電力をそれぞれ検出し、それら検出値の差が所定値以上であれば、上記インバータ回路部を停止させ、上記コンバータ回路部および上記燃料電池の補機を動作させた状態で、上記パワーコンディショナの入力電力を検出し、その検出値と所定の基準値との比較結果に基づいて、上記燃料電池の補機の異常を判定する制御構成を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項１に係る発電装置では、燃料電池の補機がパワーコンディショナのＤＣリンク部から電力供給を受けるように構成された発電装置において、パワーコンディショナの動作中に入力電力と出力電力の差が所定値以上になった場合、パワーコンディショナの制御部が、インバータ回路部を停止させて、コンバータ回路部および燃料電池の補機を動作させた状態で、パワーコンディショナの入力電力を検出し、その検出値を所定の基準値と比較して燃料電池の補機に異常がないか否かを判定する。
【００１１】
すなわち、制御部は、インバータ回路部を停止させることによってパワーコンディショナの入力電力が燃料電池の補機のみに供給される状態とし、このときのパワーコンディショナの入力電力（つまり、燃料電池の補機の消費電力）を所定の基準値と比較することで、燃料電池の補機に異常がないか否かを判定する。
【００１２】
本発明の請求項２に記載の発電装置は、請求項１に記載の発電装置において、上記制御部は、上記パワーコンディショナの動作開始時に、上記インバータ回路部を停止させた状態で、上記コンバータ回路部および上記燃料電池の補機を動作させ、そのときのパワーコンディショナの入力電力を検出し、その検出値と所定の基準値との比較結果に基づいて、上記燃料電池の補機の異常を判定する制御構成を備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係る発電装置では、パワーコンディショナの動作開始時、すなわち、パワーコンバータ回路部およびインバータ回路部の双方を動作させる前に、コンディショナの制御部が、インバータ回路部を停止させた状態で、コンバータ回路部および燃料電池の補機を動作させて、このときのパワーコンディショナの入力電力（つまり、燃料電池の補機の消費電力）を検出する。そして、この検出値を所定の基準値と比較することで、燃料電池の補機に異常がないか否かを判定する。
【００１４】
本発明の請求項３に記載の発電装置は、燃料電池と、上記燃料電池の補機と、上記燃料電池で発電された電力を電力系統に系統連系させるパワーコンディショナとを備え、上記パワーコンディショナが、上記燃料電池で発電された直流電力の電圧を昇圧するコンバータ回路部と、上記コンバータ回路部で昇圧された直流電力を電力系統に連系可能な交流電力に変換するインバータ回路部と、上記コンバータ回路部と上記インバータ回路部を接続するＤＣリンク部と、上記コンバータ回路部および上記インバータ回路部を制御する制御部とを備え、上記燃料電池の補機への電力供給が上記ＤＣリンク部を介して行われるように構成された発電装置において、上記制御部は、上記パワーコンディショナの動作中に、上記パワーコンディショナの入力電力と出力電力をそれぞれ検出し、それら検出値の差が所定値以上であれば、上記インバータ回路部を停止させ、上記コンバータ回路部および上記燃料電池の補機を動作させた状態で、上記パワーコンディショナの入力電力を検出し、さらに、系統連系させた状態で、上記コンバータ回路部および上記インバータ回路部を停止させ、上記燃料電池の補機を動作させた状態で、上記電力系統からパワーコンディショナに入力される電力を検出し、それら検出値と所定の基準値との比較結果に基づいて、上記燃料電池の補機、上記コンバータ回路部および上記インバータ回路部の異常を判定する制御構成を備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項３に係る発電装置では、燃料電池の補機がパワーコンディショナのＤＣリンク部から電力供給を受けるように構成された発電装置において、パワーコンディショナの動作中に入力電力と出力電力の差が所定値以上になった場合、パワーコンディショナの制御部は、インバータ回路部を停止させて、コンバータ回路部および燃料電池の補機を動作させた状態で、パワーコンディショナの入力電力（つまり、燃料電池の補機の消費電力）を検出することに加えて、系統連系させた状態で、コンバータ回路部およびインバータ回路部を停止させて、上記電力系統からパワーコンディショナに入力される電力（つまり、燃料電池の補機の消費電力）を検出する。そして、これら２つの検出値と所定の基準値とを比較することで、燃料電池の補機、コンバータ回路部またはインバー回路部のいずれかに異常がないか否かを判定する。
【００１６】
すなわち、制御部は、インバータ回路部を停止させたときのパワーコンディショナの入力電力（燃料電池からの入力電力）と、コンバータ回路部およびインバータ回路部の双方を停止させたときのパワーコンディショナの入力電力（電力系統からの入力電力）の双方がともに所定の基準値との比較で異常を示すと、燃料電池の補機に異常があると判定する。これに対し、インバータ回路部を停止させたときのパワーコンディショナの入力電力だけが所定の基準値との比較で異常を示すと、コンバータ回路部に異常があると判定する。さらに、コンバータ回路部およびインバータ回路部の双方を停止させたときのパワーコンディショナの入力電力だけが所定の基準値との比較で異常を示すと、インバータ回路部に異常があると判定する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の請求項１に係る発明によれば、パワーコンディショナの動作中に入力電力と出力電力の差が所定値以上になると、パワーコンディショナの制御部が、インバータ回路部を停止させてパワーコンディショナの入力電力を検出し、その検出値から燃料電池の補機に異常がないか否かを判定するので、燃料電池の補機の異常の有無を容易かつ確実に発見することができる。そして、この判定において、燃料電池の補機に異常がないと判定されたときは、パワーコンディショナに異常があると判定できる。
【００１８】
本発明の請求項２に係る発明によれば、パワーコンディショナの動作開始時に燃料電池の補機の異常の有無が判定されるので、燃料電池の補機に異常がある状態でパワーコンディショナが動作を開始するのを防止することができる。
【００１９】
本発明の請求項３に係る発明によれば、パワーコンディショナの動作中に入力電力と出力電力の差が所定値以上になると、パワーコンディショナの制御部が、燃料電池の補機、パワーコンディショナのコンバータ回路部またはインバータ回路部のいずれかに異常がないか否かを判定するので、燃料電池の補機およびパワーコンディショナの異常の有無を容易かつ確実に発見することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る発電装置の概略構成を示す回路ブロック図である。
【図２】同発電装置におけるコンバータ回路部の故障判定手順の一例を示すフローチャートである。
【図３】同発電装置における燃料電池の補機の故障判定手順の一例を示すフローチャートである。
【図４】同発電装置における燃料電池の補機およびパワーコンディショナの故障判定手順の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
実施形態１
図１は、本発明に係る発電装置の概略構成を示している。図１に示す発電装置は、発電部を構成する燃料電池１と、燃料電池１で発電された電力を商用電源などの電力系統３に系統連系させるパワーコンディショナ２とを主要部として備えている。
【００２２】
燃料電池１は、周知のとおり、水素（水素リッチガス）と酸素（空気）の電気化学反応によって得られる電気エネルギを直流電力として取り出す発電装置であって、電気化学反応によって発電を行う燃料電池スタック（図示せず）と、燃料電池スタックの補機（燃料電池スタックを動作させるための周辺機器）４を備えて構成されている。本実施形態では、この燃料電池１として、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）が用いられるが、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）など他の形式の燃料電池を用いてもよい。
【００２３】
パワーコンディショナ２は、燃料電池１で発電された直流電力を電力系統３に連系可能な交流電力（たとえば、単相３線式交流１００Ｖ/２００Ｖ）に変換する電力変換装置であって、燃料電池１で発電された直流電力の電圧を昇圧するコンバータ回路部５と、コンバータ回路部５で昇圧された直流電力を電力系統３に連系可能な交流電力に変換するインバータ回路部６と、パワーコンディショナ２と電力系統３の連系／解列を行う系統連系スイッチ７と、コンバータ回路部５、インバータ回路部６および系統連系スイッチ７を制御する制御部８とを主要部として備えている。
【００２４】
コンバータ回路部５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路を備えて構成されている。具体的には、このＤＣ／ＤＣコンバータ回路には、たとえば、昇圧トランスを備えた絶縁型のコンバータ回路が用いられており、その出力電圧は制御部８によって制御されるように構成されている。そして、本実施形態では、このコンバータ回路部５には、スイッチング素子や昇圧トランスなど回路動作に伴って発熱する素子の近傍にサーミスタ等の温度センサ１４が備えられており、この温度センサ１４で検出される温度情報が制御部８に入力されるように構成されている（詳細は後述する）。
【００２５】
インバータ回路部６は、ＤＣリンク部（ＤＣリンクコンデンサ）９を介してコンバータ回路部５と接続されたＤＣ／ＡＣインバータ回路を備えて構成されている。具体的には、このインバータ回路部６には、制御部８によってオン／オフ制御されるスイッチング素子を備えたフルブリッジコンバータ回路（または、ハーフブリッジコンバータ回路）が備えられている。
【００２６】
系統連系スイッチ７は、インバータ回路部６と電力系統３との間に介装された系統連系用のリレー接点で構成されており、このスイッチ７の接点を閉成させることによってパワーコンディショナ２が電力系統３に系統連系される一方、接点を開放することによってパワーコンディショナ２が電力系統３から解列されるようになっている。なお、この系統連系スイッチ７の接点の閉成／開放は、制御部８によって制御される。
【００２７】
制御部８は、パワーコンディショナ２の各部の動作を制御する制御装置であって、制御中枢としてマイコンを備えている。そして、この制御部８には、上記コンバータ回路部５およびインバータ回路部６の制御に関連して、燃料電池１からパワーコンディショナ２（具体的にはコンバータ回路部５）への入力電流を検出する入力電流センサ１０と、燃料電池１からパワーコンディショナ２（具体的にはコンバータ回路部５）への入力電圧を検出する入力電圧センサ１１と、パワーコンディショナ２（具体的にはインバータ回路部６）から電力系統３に出力される出力電流を検出する出力電流センサ１２と、パワーコンディショナ２（具体的にはインバータ回路部６）から電力系統３に出力される出力電圧を検出する出力電圧センサ１３とが備えられており、これらセンサ類１０〜１３で検出される電流、電圧の情報が制御部８に入力されるようになっている。なお、入力電流センサ１０および入力電圧センサ１１は、直流電流・直流電圧測定用のセンサであり、出力電流センサ１２および出力電圧センサ１３は、交流電流・交流電圧測定用のセンサである。
【００２８】
そして、制御部８は、入力電流センサ１０および入力電圧センサ１１で検出される電流・電圧の各検出値に基づく燃料電池１からパワーコンディショナ２への入力電力ＰINの検出と、出力電流センサ１２および出力電圧センサ１３で検出される電流・電圧の各検出値に基づくパワーコンディショナ２（インバータ回路部６）からの出力電力ＰOUTの検出ができるようになっている。
【００２９】
また、この制御部８は、図示しない補機４の制御基板（補機制御部）と通信接続されており、補機制御部を介して燃料電池１の補機４の制御ができるように構成されている。
【００３０】
なお、電力系統３は、本実施形態では、単相３線式交流１００Ｖ/２００Ｖの商用電源で構成される。また、燃料電池１の補機４は、パワーコンディショナ２のＤＣリンク部９と接続され、ＤＣリンク部９を介して電力供給を受けるように構成されている。具体的には、ＤＣリンク部９から補機４への電源供給路に、ＤＣリンク部９の電圧を補機４が動作可能な電圧（たとえば、直流２４Ｖ）に変換する絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータ（図示せず）が備えられている。これにより、補機４は、燃料電池１の発電中はコンバータ回路部５を介して燃料電池１から電力供給を受けて動作し、燃料電池１の発電停止中はインバータ回路６を介して電力系統３から電力供給を受けて動作するように構成されている。なお、補機４に電力供給を行うＤＣ／ＤＣコンバータには、パワーコンディショナ２の制御部８に電力供給を行う電源出力端子（たとえば、直流１５Ｖ)も備えられている。
【００３１】
次に、このように構成された発電装置の動作について説明する。
Ａ：通常動作
この発電装置では、燃料電池１の発電中は、制御部８がパワーコンディショナ３を通常動作（コンバータ回路部５およびインバータ回路部６を動作させるとともに、系統連系スイッチ７の接点を閉成）させ、インバータ回路部６から出力される交流電力を電力系統３に連系させるようになっている。そして、このようにパワーコンディショナ２が通常動作しているとき、制御部８は、定期的に（たとえば、１００ｍ秒周期で）パワーコンディショナ２の入力電力ＰINおよび出力電力ＰOUTを検出し、インバータ回路部６から出力される交流電力が電力系統３に連系可能な電力となるように、コンバータ回路部５およびインバータ回路部６の動作を制御するようになっている。
【００３２】
Ｂ：コンバータ回路部の故障判定処理
本実施形態に示すパワーコンディショナ２では、パワーコンディショナ２の通常動作中は、制御部８が図２に示す手順で、コンバータ回路部５が故障していないかどうかを判定するように構成されている。
【００３３】
すなわち、パワーコンディショナ２が通常動作を開始すると（図２ステップＳ１参照）、制御部８は、定期的に（たとえば、上記入力電力ＰINおよび出力電力ＰOUTを検出するタイミングで）パワーコンディショナ２の入出力に電力差が生じているか否かを判断する（図２ステップＳ２参照）。具体的には、制御部８は、パワーコンディショナ２の入力電力ＰINと出力電力ＰOUTとをそれぞれ検出し、それらの検出値の差があらかじめ制御部８に設定された所定値Ｐｘ以上であるか否かを判断して、この差がＰｘ以上であるときに、パワーコンディショナ２の入出力に電力差があると判断する。なお、検出値の差が所定値Ｐｘ未満の場合は、パワーコンディショナ２および燃料電池１の補機４は正常に動作していると判断して、処理を終了する。
【００３４】
ここで、この所定値Ｐｘは、パワーコンディショナ２または燃料電池１の補機４のいずれかに故障（異常）があるとみなせる程度の電力差（つまり、パワーコンディショナ２または燃料電池１の補機４が故障しているとき生じる電力差）に基づいて設定される。具体的には、パワーコンディショナ２の性能（たとえば、燃料電池１およびパワーコンディショナ２の定格出力電力）、または、実験による経験値に基づいて設定される。
【００３５】
そして、パワーコンディショナ２の入出力に異常とみなせる電力差があると判断されると、次に、制御部８は、コンバータ回路部５に備えられた温度センサ１４の検出値に基づいてコンバータ回路部５の温度Ｔｃを測定し（図２ステップＳ３参照）、測定した温度Ｔｃと基準温度Ｔrefとを比較する。具体的には、制御部８は、測定した温度Ｔｃと基準温度Ｔrefとの差が所定値Ｘ以上であるか否かを判断する（図２ステップＳ４参照）。
【００３６】
ここで、基準温度Ｔrefは、たとえば、コンバータ回路部５が正常に動作しているときの温度に基づいて設定される。また、所定値Ｘは、測定した温度Ｔｃと基準温度Ｔrefとの差が、コンバータ回路部５の故障（異常）と判定できる程度の温度差に基づいて設定される。
【００３７】
そして、制御部８は、測定したコンバータ回路部５の温度Ｔｃと基準温度Ｔrefの差が所定値Ｘ以上である場合には、コンバータ回路部５の故障と判定する（図２ステップＳ５参照）。これに対して、両者の差が所定値Ｘ未満の場合には、コンバータ回路部５は正常であると判断する（図２ステップＳ６参照）。
【００３８】
このように、本実施形態に示すパワーコンディショナ２では、パワーコンディショナ２の通常動作時に、パワーコンディショナ２の入出力に異常とみなせる程度の電力差があると、制御部８が、コンバータ回路部５が故障していないか否かを判定するソフトウェア上の処理（コンバータ回路部５の故障判定処理）を行うように構成されるので、コンバータ回路部５の故障を容易かつ確実に発見することができる。
【００３９】
Ｃ：燃料電池の補機の故障判定処理
次に、燃料電池１の補機４の故障判定処理について説明する。
本実施形態に示すパワーコンディショナ２では、パワーコンディショナ２の通常動作中は、制御部８が図３に示す手順で、燃料電池１の補機４が故障していないかどうかを判定するように構成されている。
【００４０】
すなわち、パワーコンディショナ２が通常動作を開始すると（図３ステップＳ１参照）、制御部８は、定期的に（たとえば、上記入力電力ＰINおよび出力電力ＰOUTを検出するタイミングで）パワーコンディショナ２の入出力に電力差が生じているか否かを判断する（図３ステップＳ２参照）。なお、この図３ステップＳ２の判断は、図２ステップＳ２の判断と同じ手順で行われる。
【００４１】
そして、この判断において、パワーコンディショナ２の入出力に異常とみなせる電力差があると判断されると、次に、制御部８は、インバータ回路部６の動作を停止させ（図３ステップＳ３参照）、この状態で、パワーコンディショナ２の入力電力ＰINを検出する（図３ステップＳ４参照）。つまり、制御部８は、コンバータ回路部５および燃料電池１の補機４の動作を継続させつつ、インバータ回路部６の動作のみを停止させて、入力電力ＰINの測定を行う。その際、インバータ回路部６の動作停止に伴って制御部８は系統連系スイッチ７の接点を開放状態とし、パワーコンディショナ２を電力系統３から解列させる。したがって、この入力電力ＰINの測定は電力系統３から解列された状態で行われるため、このときの入力電力ＰINはほぼ燃料電池１の補機４の消費電力を示すことになる。すなわち、インバータ回路部６の動作停止時の入力電力ＰINは、正確には、補機４の消費電力と、制御部８の消費電力と、コンバータ回路部５の消費電力等との合計になるが、制御部８等の消費電力は小さいため、本実施形態では、入力電力ＰINを補機４の消費電力として扱うようにしている。
【００４２】
このようにして入力電力ＰINの測定が完了すると、次に、制御部８は、この測定結果ＰINと所定の基準電力値（基準値）Ｐｙとの比較を行う。具体的には、測定結果ＰINと基準電力値Ｐｙの誤差が許容範囲（図示例では１０％未満）であるか否かの判断を行う（図３ステップＳ５参照）。
【００４３】
ここで、基準電力値Ｐｙは、たとえば、コンバータ回路部５および燃料電池１の補機４がともに正常に動作しているときのパワーコンディショナ２の入力電力値、換言すれば、コンバータ回路部５および燃料電池１の補機４がともに正常に動作しているときの補機４の消費電力に基づいて設定される。また、誤差として許容される範囲は、誤差がこの範囲以上になると燃料電池１の補機４が故障（異常）しているとみなせる範囲で設定される。したがって、この図３ステップＳ５の判断における誤差の許容範囲は、図示例の１０％に限られず適宜変更可能である。
【００４４】
そして、制御部８は、測定した入力電力ＰINと基準電力値Ｐｙとの誤差が許容範囲以上である場合には、燃料電池１の補機４は故障していると判定する（図３ステップＳ６参照）。これに対して、両者の誤差が許容範囲内の場合には、燃料電池１の補機４は正常であると判定する（図３ステップＳ７参照）。
【００４５】
このように、本実施形態に示すパワーコンディショナ２では、パワーコンディショナ２の通常動作時に、パワーコンディショナ２の入出力に異常とみなせる程度の電力差があると、制御部８が、燃料電池１の補機４が故障していないか否かを判定するソフトウェア上の処理（燃料電池１の補機４の故障判定処理）を行うように構成されるので、燃料電池１の補機４の故障を容易かつ確実に発見することができる。
【００４６】
なお、この燃料電池１の補機４の故障判定処理にあたり、当該補機４の故障判定処理に先だって、または、当該補機４の故障判定処理に続いて、制御部８が、上述したコンバータ回路部５の故障判定処理を行うように構成しておくことにより、コンバータ回路部５の故障判定処理でコンバータ回路部５の故障が発見されないことを条件に、インバータ回路部６の故障を発見することができる。すなわち、たとえば、補機４の故障判定処理に先だってコンバータ回路部５の故障判定処理を実行しておくことにより、コンバータ回路部５に故障が発見されないときは、図３ステップＳ７で、インバータ回路部６の故障と判定することができる。
【００４７】
実施形態２
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
上述した実施形態１では、燃料電池１の補機４の故障判定処理をパワーコンディショナ２の通常動作中に行う場合を示したが、本実施形態では、パワーコンディショナ２の通常動作中の故障判定と併せて、または、通常動作中の故障判定に代えて、パワーコンディショナ２の動作開始時に、燃料電池１の補機４の故障判定処理を行うように構成している。なお、その他の構成は上述した実施形態１と同様であるので、構成が共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００４８】
すなわち、本実施形態に示す発電装置では、パワーコンディショナ２を起動する際に、制御部８が、系統連系スイッチ７の接点を開放状態に維持し、かつ、インバータ回路部６を停止させた状態のままで、コンバータ回路部５および燃料電池１の補機４を動作させる。
【００４９】
そして、この状態で、パワーコンディショナ２の入力電力ＰINを検出する。すなわち、制御部８は、コンバータ回路部５および燃料電池１の補機４を動作させ、インバータ回路部６を停止させた状態で入力電力ＰINの測定を行う。
【００５０】
そして、上述した図３ステップＳ５〜Ｓ７と同様の手順で測定結果ＰINと所定の基準電力値Ｐｙとを比較し、その比較結果に基づいて、燃料電池１の補機４に故障がないか否かを判定する。なお、この判定の結果、燃料電池１の補機４が正常であると判定した場合には、制御部８は、パワーコンディショナ２を通常動作させる。つまり、インバータ回路部６を動作させるとともに、系統連系スイッチ７の接点を閉成させて、パワーコンディショナ２を通常動作に移行させる。
【００５１】
このように、本実施形態に示す発電装置では、パワーコンディショナ２の動作開始時に、制御部８が燃料電池１の補機４の故障判定処理を行うので、パワーコンディショナ２が通常動作を開始する前に、燃料電池１の補機４の故障を発見することができる。特に、燃料電池１の燃料として天然ガス（いわゆる都市ガス）を使用する場合、燃料電池１への継続的なガス供給によってガス供給路中に備えられるガスメータがガス漏れと誤検知することを防止するために、燃料電池１は所定の周期で定期的に発電を一時停止するように構成されることから、この燃料電池１の発電停止／発電再開に伴ってパワーコンディショナ２も動作停止／動作再開を行う。そのため、本実施形態の構成を採用することで、定期的に燃料電池１の補機４の故障判定処理を行うことができるようになり、補機４の故障を早期に発見することができるようになる。
【００５２】
実施形態３
次に、本発明の第３の実施形態について図４に基づいて説明する。
本実施形態に示す発電装置は、実施形態１に示す発電装置にインバータ回路部６の故障判定処理を追加したものであって、その他の構成は上述した実施形態１と同様であるので、構成が共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００５３】
すなわち、本実施形態に示す発電装置では、パワーコンディショナ２が通常動作を開始すると、制御部８は、定期的に（たとえば、上記入力電力ＰINおよび出力電力ＰOUTを検出するタイミングで）パワーコンディショナ２の入出力に電力差が生じているか否かを判断する（図４ステップＳ１参照）。なお、この図４ステップＳ１の判断は、図２ステップＳ２の判断と同じ手順で行われる。
【００５４】
そして、この判断において、パワーコンディショナ２の入出力に異常とみなせる電力差があると判断されると、次に、制御部８は、インバータ回路部６の動作を停止させるとともに、系統連系スイッチ７の接点を開放（リレー接点ＯＦＦ)にし（図４ステップＳ２参照）、この状態で、パワーコンディショナ２の入力電力ＰINを検出する（図４ステップＳ３参照）。つまり、制御部８は、コンバータ回路部５および燃料電池１の補機４の動作を継続させつつ、インバータ回路部６の動作を停止させて、入力電力ＰINの測定を行う。その際、インバータ回路部６の動作停止に伴って制御部８は系統連系スイッチ７の接点を開放状態とするのは実施形態１と同様である。
【００５５】
そして、入力電力ＰINの測定が完了すると、次に、制御部８は、コンバータ回路部５の動作を停止させるとともに、系統連系スイッチ７の接点を閉成状態（リレー接点ＯＮ）にする（図４ステップＳ４参照）。つまり、制御部８は、パワーコンディショナ２を系統連系させた状態で、コンバータ回路部５およびインバータ回路部６を停止させることにより、補機４に電力系統３から電力供給を行って、燃料電池１の補機４を動作させた状態にする。なお、この電力系統３から補機４への電力供給は、動作停止中のインバータ回路部６を介して行われる。すなわち、コンバータ回路部５およびインバータ回路部６の動作を停止させ、かつ、系統連系スイッチ７の接点を閉成状態とした場合、絶縁型のコンバータ回路で構成されたコンバータ回路部５側からのＤＣリンク部９への電力供給は遮断されるが、インバータ回路部６側は、スイッチング素子に並列に接続された帰還ダイオードを介して電力系統３からの電力がＤＣリンク部９に供給されるからである。
【００５６】
そして、この状態で、制御部８は、出力電流センサ１２および出力電圧センサ１３で検出される電流・電圧の各検出値に基づいて、パワーコンディショナ２の出力側の電力、つまり、電力系統側３からパワーコンディショナ２に入力される入力電力ＰIN２を測定する（図４ステップＳ５参照）。
【００５７】
そして、制御部８は、これら入力電力ＰINおよび入力電力ＰIN２と所定の基準電力値Ｐｚとの比較を行って、燃料電池１の補機４およびパワーコンディショナ２に故障（異常）がないかどうかを判断する（図４ステップＳ６参照）。
【００５８】
ここで、上記基準電力値Ｐｚは、燃料電池１の補機４が正常であるときの補機４の消費電力値に基づいて設定される。具体的には、この基準電力値Ｐｚは、補機４の消費電力がこの値以上になると補機４が故障していると判断できる値に設定される。
【００５９】
そして、入力電力ＰINおよび入力電力ＰIN２の双方がともに基準電力値Ｐｚ以上である場合には、制御部８は、燃料電池１の補機４が故障していると判定する（図４ステップＳ７参照）。ここで、補機４の故障判定にあたり、入力電力ＰINおよび入力電力ＰIN２の双方がともに基準電力値Ｐｚ以上であることを条件としているのは、いずれか一方のみで判定すると、コンバータ回路部５またはインバータ回路部６のいずれか一方の故障による誤判定を防止するためである。
【００６０】
これに対し、入力電力ＰINおよび入力電力ＰIN２の双方がともに基準電力値Ｐｚ以上とならない場合、制御部８は、パワーコンディショナ２の故障であると判定する（図４ステップＳ８参照）。
【００６１】
ここで、この判定にあたり、制御部８は、入力電力ＰINは基準電力値Ｐｚ未満であるが、入力電力ＰIN２が基準電力値Ｐｚ以上である場合には、インバータ回路部６の故障と判定し、入力電力ＰIN２は基準電力値Ｐｚ未満であるが、入力電力ＰINが基準電力値Ｐｚ以上である場合には、コンバータ回路部５の故障と判定するように構成することができる。
【００６２】
すなわち、入力電力ＰINおよび入力電力ＰIN２の双方がともに基準電力値Ｐｚ以上とならない場合、コンバータ回路部５またはインバータ回路部６のいずれか一方が故障していると考えられるとともに、入力電力ＰIN側が基準電力値Ｐｚ以上であればコンバータ回路部５側に、また、入力電力ＰIN２側が基準電力値Ｐｚ以上であればインバータ回路部６側に故障があると推測できるからである。
【００６３】
このように、本実施形態に示す発電装置では、パワーコンディショナ２の通常動作中に、制御部８が、インバータ回路部６を停止させた状態での燃料電池１側からの入力電力ＰINと、コンバータ回路部５およびインバータ回路部６の双方を停止させた状態での電力系統３からの入力電力ＰIN２を測定して燃料電池１の補機４およびパワーコンディショナ２（コンバータ回路部５およびインバータ回路部６）の故障判定を行うように構成しているので、燃料電池１の補機４およびパワーコンディショナ２の故障個所を詳細に特定することができる。
【００６４】
実施形態４
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
本実施形態に示す発電装置は、実施形態３に示す発電装置の改変例であって、上述した実施形態３では、燃料電池１の補機４などの故障判定処理をパワーコンディショナ２の通常動作中に行う場合を示したが、本実施形態では、パワーコンディショナ２の通常動作中の故障判定と併せて、または、通常動作中の故障判定に代えて、パワーコンディショナ２の動作開始時に、燃料電池１の補機４などの故障判定処理を行うように構成している。なお、その他の構成は上述した実施形態３と同様であるので、構成が共通する部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６５】
すなわち、本実施形態に示す発電装置では、パワーコンディショナ２を起動する際に、制御部８が、パワーコンディショナ２の入出力電力差を測定することなく、コンバータ回路部５と燃料電池１の補機４のみを動作させ、そのときの入力電力ＰINを測定し、その後、コンバータ回路部５およびインバータ回路部６を停止させた状態で、電力系統３からインバータ回路部６を介して補機４への電力供給を行って補機４を動作させ、電力系統３からパワーコンディショナ２への入力電力ＰIN２を測定する。そして、これら入力電力ＰIN、ＰIN２を基準電力値Ｐｚと比較し、上述した実施形態３と同様の手順で、補機４またはパワーコンディショナ２の故障の有無を判定する。
【００６６】
このように、本実施形態に示す発電装置では、パワーコンディショナ２の動作開始時に、制御部８が燃料電池１の補機４およびパワーコンディショナ２の故障判定処理を行うので、パワーコンディショナ２が通常動作を開始する前に、燃料電池１の補機４やパワーコンディショナ２の故障を発見することができる。
【００６７】
なお、上述した実施形態は本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれに限定されることなく発明の範囲内で種々の設計変更が可能である。
【００６８】
たとえば、上述した実施形態では、パワーコンディショナ２の制御部８が、燃料電池１の補機４、パワーコンディショナ２のコンバータ回路部５またはインバータ回路部６の故障を検出する処理について説明したが、制御部８がこれらの故障を検出した場合には、パワーコンディショナ２に備えられる表示部（図示せず）や、制御部８と通信接続される他の表示装置（図示せず）などに、故障の発生を表示させるように構成したり、あるいは、検出した故障を制御部８に記憶させるように構成することができる。また、燃料電池１の補機４、パワーコンディショナ２のコンバータ回路部５またはインバータ回路部６のいずれかの故障を検出した場合、制御部８がパワーコンディショナ２の動作を停止させるように構成することも可能である。
【００６９】
また、上述した実施形態３に示す発電装置では、パワーコンディショナ２が通常動作中に行う故障判定処理のみを示したが、実施形態２に示す処理（パワーコンディショナ２の動作開始時に行う燃料電池１の補機４の故障判定処理）を追加することも可能である。
【００７０】
さらに、上述した実施形態では、本発明に係る発電装置を発電単独で用いる場合を示したが、燃料電池１で発生する排熱を利用して温水を生成するコージェネレーションシステムに本発明を適用することも可能である。
【符号の説明】
【００７１】
１              燃料電池
２              パワーコンディショナ
３              電力系統
４              燃料電池の補機
５              コンバータ回路部
６              インバータ回路部
７              系統連系スイッチ
８              制御部
９              ＤＣリンク部
１０            入力電流センサ
１１            入力電圧センサ
１２            出力電流センサ
１３            出力電圧センサ
１４            温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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