(57)【要約】      （修正有）【課題】インバータの３相交流電力の出力先の負荷が不平衡状態であるために、燃料電池の発電電流にリップルが生じ、その結果燃料電池が燃料不足傾向となることを回避する燃料電池システムを提供する。【解決手段】線電流に基づき顧客負荷が不平衡状態にあることを検出したときには（ステップＳ１１、Ｓ１２）、インバータから見た出力電力が平衡状態となるように、ダミー負荷の各相間可変負荷の抵抗値を算出する（ステップＳ１３）。各相間の可変負荷について、算出した抵抗値を満足する抵抗を選択し、選択した抵抗に対応するスイッチのみを閉状態として各相間に接続する。各相間に算出した抵抗値相当の抵抗を接続することにより、インバータから見た各相間の負荷容量の総和は同等となり出力電力は平衡状態となる。このため、顧客負荷が不平衡状態であることに起因して、燃料電池の発電電流にリップルが生じることを回避する。【選択図】図８
2009301742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と、
前記燃料電池で発電された直流電力を多相の交流電力に変換して負荷に供給するインバータと、を備え、
前記燃料電池には、前記燃料電池の発電電流に見合った燃料が供給されるようになっている燃料電池発電装置において、
前記負荷の不平衡状態を検出する不平衡状態検出手段と、
前記インバータの交流出力ライン間に個別に接続され且つ負荷容量可変な調整用負荷と、
前記不平衡状態検出手段の検出結果に基づき、前記インバータから見た出力電力が平衡状態となるように前記調整用負荷の負荷容量を制御する負荷容量制御手段と、を備えることを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項２】
前記負荷容量制御手段は、前記交流出力ラインのうち、１組の交流出力ラインを基準ラインとし、
前記インバータから見た前記基準ライン間の電力負荷の負荷容量の総和と他の交流出力ライン間の電力負荷の負荷容量の総和とが一致するように、前記他の交流出力ライン間の前記調整用負荷の負荷容量を制御することを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。
【請求項３】
前記調整用負荷は、１又は複数の抵抗であり且つ前記抵抗はそれぞれスイッチを介して前記交流出力ライン間に接続され、
前記負荷容量制御手段は、前記不平衡状態検出手段の検出結果に基づき、前記インバータから見た各交流出力ライン間の電力負荷の負荷容量の総和を、各交流出力ライン間で一致させるために必要な抵抗を選択し、
選択した抵抗に該当するスイッチのみを接続状態に制御することを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池発電装置。
【請求項４】
前記調整用負荷は、前記交流出力ライン間に個別に接続される抵抗と前記抵抗に電圧指令値に応じた電圧を印加する電圧印加手段と、で構成され、
前記負荷容量制御手段は、前記不平衡状態検出手段の検出結果に基づき、前記インバータから見た各交流出力ライン間の電力負荷の負荷容量の総和を、各交流出力ライン間で一致させるために必要な負荷容量に応じた前記抵抗への印加電圧を演算し、
演算した印加電圧を、前記電圧印加手段の前記電圧指令値として設定することを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池発電装置。
【請求項５】
前記電圧印加手段は、インバータ又は変圧器であることを特徴とする請求項４記載の燃料電池発電装置。
【請求項６】
前記負荷容量制御手段は、前記交流出力ラインを流れる各線電流を個別に検出する線電流検出手段を有し、
前記線電流検出手段で検出した線電流に基づき、前記調整用負荷の負荷容量を制御することを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項７】
前記負荷容量制御手段は、前記交流出力ラインを流れる電力量を個別に検出する電力量検出手段を有し、
前記電力量検出手段で検出した各相の電力量に基づき、前記調整用負荷の負荷量を制御することを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の燃料電池発電装置。
【請求項８】
燃料電池と、
前記燃料電池で発電された直流電力を多相の交流電力に変換して負荷に供給するインバータと、を備え、
前記燃料電池には、前記燃料電池の発電電流に見合った燃料が供給されるようになっている燃料電池発電装置の制御方法において、
前記インバータの交流出力ライン間の負荷容量を個別に調整可能な調整用負荷を設け、
前記負荷が不平衡状態にあるとき、前記インバータから見た出力電力が平衡状態となるように前記調整用負荷の負荷容量を制御することを特徴とする燃料電池発電装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の発電出力のみを用いて負荷への供給電力を賄い且つ燃料電池の発電出力を多相の交流電力に変換して負荷に供給する燃料電池発電装置及び燃料電池発電装置の制御方法である。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料電池発電装置を用いて負荷への電力供給を行うようにした燃料電池発電装置が提案されている。
このような燃料電池発電装置では、燃料として都市ガスやＬＰＧ等の原燃料を用い、原燃料を改質器で水素リッチな改質ガスに改質し、その結果得た改質ガスを燃料電池に供給して燃料電池発電を行っている。
【０００３】
そして、燃料電池の発電出力が負荷で必要とする電力に見合った電力量となるように改質器への原燃料の供給量を制御することにより、燃料電池の発電出力と燃料電池から見た電力負荷とのバランスを保つようにしている。
また、燃料電池発電装置では、原燃料を改質ガスに改質する必要があり、原燃料の流量を調整したとしても燃料電池に実際に供給される改質ガスの流量が変化するまでに応答時間を要する。このため、負荷への供給電力を燃料電池の発電出力のみにより賄う自立運転を行う際には、負荷に見合った発電出力となるように供給する燃料流量を制御したとしても、結果的に燃料電池が燃料不足傾向となる可能性がある。
【０００４】
ここで、負荷量の変動に対する追従特性を向上させるために、負荷変動に備えて、負荷で要求される電力に見合った燃料よりも予め多めに燃料供給を行うことにより燃料不足傾向となることを抑制するようにしたり、また、負荷の負荷量の変動パターンを予め検出しておき、この変動パターンに沿って改質ガスの流量を調整することにより、負荷変動に対する追従性を向上させるようにしたりする方法（特許文献１）等も提案されている。
【特許文献１】特開平１１−３１５２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料電池で発電された直流電力からなる発電出力は、インバータで交流電力に変換されて負荷に供給される。インバータでは、自立運転時には定電圧制御を行っており、例えば３相の平衡電圧を出力している。
このような３相の平衡電圧を出力している状態で、燃料電池の発電出力を供給すべき負荷が不平衡状態（各相の負荷間が平衡でない状態）であると、商用周波数の整数倍のリップルを含んだ電力が負荷で消費されることになる。また、燃料電池の発電電圧はほぼ一定であるため、燃料電池の発電電流にもリップル成分が現れることになる。
【０００６】
一方で、リップルの変化速度は、原燃料の流量制御速度に比較して速い。このため、燃料電池の発電電流に見合った流量となるように原燃料の流量制御を行ったとしても、燃料電池に実際に供給される改質ガスの流量変化が追いつかず、燃料電池が燃料不足となる状態が発生し、燃料電池本体が劣化する可能性がある。
前述のように、燃料を予め多めに投入することにより、燃料不足傾向となることを抑制することはできるが、リップルの大きさによっては燃料不足が生じることになり、リップルを見込んで燃料をさらに多めに投入すると、燃料の無駄な消費につながる。
そこで、この発明は、上記従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、自立運転時に、負荷が不平衡状態である場合であっても、燃料不足傾向となることを的確に回避することの可能な燃料電池発電装置及び燃料電池発電装置の制御方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る発明は、燃料電池と、前記燃料電池で発電された直流電力を多相の交流電力に変換して負荷に供給するインバータと、を備え、前記燃料電池には、前記燃料電池の発電電流に見合った燃料が供給されるようになっている燃料電池発電装置において、前記負荷の不平衡状態を検出する不平衡状態検出手段と、前記インバータの交流出力ライン間に個別に接続され且つ負荷容量可変な調整用負荷と、前記不平衡状態検出手段の検出結果に基づき、前記インバータから見た出力電力が平衡状態となるように前記調整用負荷の負荷容量を制御する負荷容量制御手段と、を備えることを特徴としている。
【０００８】
ここで、インバータからの多相の交流電力が供給される負荷が不平衡状態である場合、負荷への供給電力にリップルが生じ、燃料電池の発電電圧がほぼ一定の状態を維持すると燃料電池の発電電流にリップルが生じることになる。このため、燃料電池に、発電電流に見合った燃料供給が行われるように燃料流量を制御したとしても、燃料電池に実際に供給される燃料流量が変化するまでには応答時間を要するため、発電電流に生じるリップルの変化に対して燃料電池に供給される燃料流量の変化が追いつかず、結果的に燃料電池が燃料不足傾向となる可能性がある。
【０００９】
しかしながら、負荷が不平衡状態にあることを検出したときには、インバータの交流出力ライン間に接続された調整用負荷の負荷容量を調整し、インバータから見た出力電力が平衡状態となるように調整するため、負荷は不平衡状態ではあるが、インバータから見た出力電力は平衡状態となる。このため、燃料電池の発電電流にリップルが生じることを回避することができ、結果的に燃料電池が燃料不足傾向となることを回避することができる。
【００１０】
また、請求項２に係る発明は、前記負荷容量制御手段は、前記交流出力ラインのうち、１組の交流出力ラインを基準ラインとし、前記インバータから見た前記基準ライン間の電力負荷の負荷容量の総和と他の交流出力ライン間の電力負荷の負荷容量の総和とが一致するように、前記他の交流出力ライン間の前記調整用負荷の負荷容量を制御することを特徴としている。
【００１１】
この発明によれば、負荷容量制御手段は、ある１組の交流出力ラインを基準ラインとし、インバータから見た基準ライン間の電力負荷の負荷容量の総和に、他の交流出力ライン間の電力負荷の負荷容量の総和を一致させるようにしているため、他の交流出力ライン間の調整用負荷の負荷容量のみを制御すればよく、また調整すべき負荷容量を容易に演算することができる。
【００１２】
また、請求項３に係る発明は、前記調整用負荷は、１又は複数の抵抗であり且つ前記抵抗はそれぞれスイッチを介して前記交流出力ライン間に接続され、前記負荷容量制御手段は、前記不平衡状態検出手段の検出結果に基づき、前記インバータから見た各交流出力ライン間の電力負荷の負荷容量の総和を、各交流出力ライン間で一致させるために必要な抵抗を選択し、選択した抵抗に該当するスイッチのみを接続状態に制御することを特徴としている。
【００１３】
この発明によれば、調整用負荷として、１又は複数の抵抗を用い、必要な負荷容量を実現し得る抵抗のみを交流出力ライン間に接続するため、負荷容量の調整を容易に行うことができる。
また、請求項４に係る発明は、前記調整用負荷は、前記交流出力ライン間に個別に接続される抵抗と前記抵抗に電圧指令値に応じた電圧を印加する電圧印加手段と、で構成され、前記負荷容量制御手段は、前記不平衡状態検出手段の検出結果に基づき、前記インバータから見た各交流出力ライン間の電力負荷の負荷容量の総和を、各交流出力ライン間で一致させるために必要な負荷容量に応じた前記抵抗への印加電圧を演算し、演算した印加電圧を、前記電圧印加手段の前記電圧指令値として設定することを特徴としている。
【００１４】
また、請求項５に係る発明は、前記電圧印加手段は、インバータ又は変圧器であることを特徴としている。
この請求項４及び請求項５に係る発明によれば、調整用負荷を、抵抗と、この抵抗に電圧指令値に応じた電圧を印加する電圧印加手段とで構成し、必要な負荷容量を実現する印加電圧を、電圧印加手段により印加させるようにしたため、負荷容量の調整を容易に行うことができる。
【００１５】
また、請求項６に係る発明は、前記負荷容量制御手段は、前記交流出力ラインを流れる各線電流を個別に検出する線電流検出手段を有し、前記線電流検出手段で検出した線電流に基づき、前記調整用負荷の負荷容量を制御することを特徴としている。
また、請求項７に係る発明は、前記負荷容量制御手段は、前記交流出力ラインを流れる電力量を個別に検出する電力量検出手段を有し、前記電力量検出手段で検出した各相の電力量に基づき、前記調整用負荷の負荷量を制御することを特徴としている。
【００１６】
この請求項６又は請求項７に係る発明によれば、交流電力ラインを流れる各線電流又は電力量に基づき、調整用負荷の負荷容量を制御することにより、負荷容量の制御を容易的確に行うことができる。
また、本発明の請求項８に係る発明は、燃料電池と、前記燃料電池で発電された直流電力を多相の交流電力に変換して負荷に供給するインバータと、を備え、前記燃料電池には、前記燃料電池の発電電流に見合った燃料が供給されるようになっている燃料電池発電装置の制御方法において、前記インバータの交流出力ライン間の負荷容量を個別に調整可能な調整用負荷を設け、前記負荷が不平衡状態にあるとき、前記インバータから見た出力電力が平衡状態となるように前記調整用負荷の負荷容量を制御することを特徴としている。
【００１７】
ここで、インバータからの多相の交流電力が供給される負荷が不平衡状態である場合、負荷への供給電力にリップルが生じ、燃料電池の発電電圧がほぼ一定の状態を維持すると燃料電池の発電電流にリップルが生じることになる。このため、燃料電池に発電電流に見合った燃料供給が供給されるように燃料流量を制御したとしても、燃料電池に実際に供給される燃料流量が変化するまでには応答時間を要するため、発電電流に生じるリップルの変化に対して燃料電池に供給される燃料流量の変化が追いつかず、結果的に燃料電池が燃料不足傾向となる可能性がある。
【００１８】
しかしながら、負荷が不平衡状態にあることを検出したときには、インバータの交流出力ライン間に接続された調整用負荷の負荷容量を調整し、インバータから見た出力電力が平衡状態となるように調整するため、負荷は不平衡状態ではあるが、インバータから見た出力電力は平衡状態となる。このため、燃料電池の発電電流にリップルが生じることを回避することができ、結果的に燃料電池が燃料不足傾向となることを回避することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の請求項１に係る発明によれば、インバータから見た出力電力が平衡状態となるように、インバータの交流出力ライン間に設けた調整用負荷の負荷容量を調整するため、負荷が不平衡状態にあることに起因して、燃料電池の発電電流にリップルが生じることを回避し、燃料電池が燃料不足傾向となることを回避することができる。
また、請求項２に係る発明によれば、１組の交流出力ラインを基準ラインとし、インバーたから見た基準ライン間の電力負荷の負荷容量の総和に、他の交流出力ライン間の調整用負荷の負荷容量の総和を一致させるようにしているため、他の交流出力ライン間の調整用負荷の負荷容量のみを制御することにより容易に負荷容量調整を行うことができ、調整すべき負荷容量を容易に演算することができる。
【００２０】
また、請求項３に係る発明によれば、１又は複数の抵抗により調整用負荷を構成しているため、負荷容量の調整を容易に行うことができる。
また、請求項４及び請求項５に係る発明によれば、調整用負荷を、抵抗と、この抵抗に電圧指令値に応じた電圧を印加する電圧印加手段とで構成し、必要な負荷容量を実現する印加電圧を、電圧印加手段により印加させるようにしたため、負荷容量の調整を容易に行うことができる。
【００２１】
また、請求項６及び請求項７に係る発明によれば、交流電力ラインを流れる各線電流又は電力量に基づき、調整用負荷の負荷容量を制御するため、負荷容量を容易的確に制御することができる。
また、本発明の請求項８に係る発明によれば、インバータから見た出力電力が平衡状態となるように、インバータの交流出力ライン間に設けた調整用負荷の負荷容量を調整するため、負荷が不平衡状態にあることに起因して、燃料電池の発電電流にリップルが生じることを回避し、燃料電池が燃料不足傾向となることを回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用した燃料電池発電装置１００の概略構成を示す構成図である。
燃料電池発電装置１００は、直流電力を発生する燃料電池１と、都市ガス或いはＬＰＧなどの原燃料を、改質用蒸気を用いて改質し、水素リッチな改質ガスを燃料電池１に出力する改質器２と、燃料電池１で発生した直流電力を３相交流電力に変換するインバータ３と、ダミー負荷４と、燃料電池発電装置１００全体を制御するコントローラ５とを備え、インバータ３の３相交流出力が顧客負荷２０に供給される。
【００２３】
燃料電池１の出力側には、燃料電池１の発電電流Ｉｆｃを検出する電流センサ１ａが設けられている。また、インバータ３の交流出力を顧客負荷２０に供給するためのａ相、ｂ相、ｃ相の交流出力ライン１１ａ、１１ｂ、１１ｃには、線電流を検出するための電流センサ１２ａ、１２ｂ、１２ｃがそれぞれ設けられている。これら電流センサ１ａ及び電流センサ１２ａ〜１２ｃの検出値はコントローラ５に入力される。
【００２４】
図２は、ダミー負荷４の概略構成を示すブロック図である。
ダミー負荷４は、図２に示すように、ａ相及びｂ相の交流出力ライン１１ａ及び１１ｂ間に接続されるａｂ相間可変負荷２１ａｂと、ｂ相及びｃ相の交流出力ライン１１ｂ及び１１ｃ間に接続されるｂｃ相間可変負荷２１ｂｃと、ｃ相及びａ相の交流出力ライン１１ｃ及び１１ａ間に接続されるｃａ相間可変負荷２１ｃａと、を備える。
【００２５】
ａｂ相間可変負荷２１ａｂは、電源ライン２２Ｈ及び電源ライン２２Ｌ間に並列に接続される複数の抵抗Ｒと、各抵抗Ｒと電源ライン２２Ｈとの間のそれぞれに介挿されるスイッチＳＷとから構成される。同様に、ｂｃ相間可変負荷２１ｂｃ及びｃａ相間可変負荷２１ｃａも、電源ライン２２Ｈ及び電源ライン２２Ｌ間に並列に接続される複数の抵抗Ｒと、各抵抗Ｒと電源ライン２２Ｈとの間のそれぞれに介挿されるスイッチＳＷとから構成される。そして、ａｂ相間可変負荷２１ａｂの電源ライン２２Ｈがａ相の交流出力ライン１１ａに接続され、電源ライン２２Ｌがｂ相の交流出力ライン１１ｂに接続される。同様に、ｂｃ相間可変負荷２１ｂｃの電源ライン２２Ｈがｂ相の交流出力ライン１１ｂに接続され、電源ライン２２Ｌがｃ相の交流出力ライン１１ｃに接続される。また、ｃａ相間可変負荷２１ｃａの電源ライン２２Ｈがｃ相の交流出力ライン１１ｃに、電源ライン２２Ｌがａ相の交流出力ライン１１ａに接続される。
【００２６】
各相間可変負荷２１ａｂ、２１ｂｃ、２１ｃａ中の各スイッチＳＷは、コントローラ５からのＯＮ／ＯＦＦ指令により個別に制御される。
なお、ダミー負荷４は、燃料電池１の定格容量を１００ｋＷとした場合、各相間可変負荷２１ａｂ、２１ｂｃ、２１ｃａの負荷容量が、０〜１００ｋＷの範囲内の値となるように設計する。例えば、各相間可変負荷２１ａｂ、２１ｂｃ、２１ｃａの負荷容量を２０ｋＷとした場合、顧客負荷２０として最大２０ｋＷの単相負荷が接続された場合まで対応することができる。
【００２７】
図１に戻って、コントローラ５は、図示しない各種センサの検出信号に基づき、燃料電池発電装置１００内の各部を制御する。また、改質器２に供給される原燃料流量が、電流センサ１ａの発電電流に見合った流量となるように原燃料の流量制御を行い、燃料電池１の発電出力を、顧客負荷２０で要求される電力に見合った電力に制御する。また、電流センサ１２ａ〜１２ｃの検出値に基づき、顧客負荷２０が平衡状態にあるか否かを判断し、顧客負荷２０が不平衡状態にあるときには、インバータ３から見たインバータ３の出力電力が平衡状態となるように、ダミー負荷４の各相間可変負荷２１ａｂ、２１ｂｃ、２１ｃａの負荷容量を調整する。
【００２８】
次に、顧客負荷２０が不平衡状態にあるときの、各相間可変負荷２１ａｂ、２１ｂｃ、２１ｃａの負荷容量の算出方法を、図３〜図５を用いて説明する。なお、ここでは、簡略化のため、図３に示すように、各相間可変負荷２１ａｂ、２１ｂｃ、２１ｃａを、抵抗で構成した場合について説明する。図４は、図３中の、各電圧と各電流との関係をベクトル図で表したものである。また、図５は、図４の一部を抜き出したものである。
【００２９】
ここで、図３に示すように、ダミー負荷４の各相間可変負荷２１ａｂ、２１ｂｃ、２１ｃａの抵抗値をそれぞれ、γａｂ、γｂｃ、γｃａとする。
また、顧客負荷２０の相間負荷２０ａｂ、２０ｂｃ、２０ｃａのそれぞれの抵抗値をＲａｂ、Ｒｂｃ、Ｒｃａとし、顧客負荷２０のａｂ相間、ｂｃ相間、ｃａ相間を流れる電流を、それぞれｉａｂ、ｉｂｃ、ｉｃａとし、ａｂ相間、ｂｃ相間、ｃａ相間の相間電圧をそれぞれＶａｂ、Ｖｂｃ、Ｖｃａとする。
【００３０】
ダミー負荷４の相間可変負荷２１ａｂ、２１ｂｃ、２１ｃａの各抵抗値γａｂ、γｂｃ、γｃａは、各線電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃに基づき顧客負荷２０の各相間負荷の抵抗値Ｒａｂ、Ｒｂｃ、Ｒｃａを算出し、これらの間の過不足をなくすように決定する。
具体的には、まず、線電流Ｉａ〜Ｉｃを検出する。線電流Ｉａと、相間電圧Ｖａｂとの位相差がθａのとき、顧客負荷２０の相間負荷２０ａｂの抵抗値Ｒａｂは、以下の手順で算出することができる。
すなわち、線電流Ｉａは、相間電流ｉａｂ、ｉｃａにより次式（１）で表すことができる。
Ｉａ＝ｉａｂ−ｉｃａ      ……（１）
【００３１】
顧客負荷２０が抵抗である場合、相間電流ｉａｂ、ｉｃａは、それぞれ相間電圧Ｖａｂ、Ｖｃａと同位相となる。したがって、線電流Ｉａは、図４に示すように、相間電圧Ｖａｂ及びＶｃａベクトル方向に分解することができる。
したがって、図５から、相間電流ｉａｂは次式（２）で表すことができ、相間負荷２０ａｂの抵抗値Ｒａｂは、次式（３）から導くことができる。
Ｉａｂ＝Ｉａ・ｃｏｓ（θａ）−Ｉａ・ｓｉｎ（θａ）／ｔａｎ６０°    ……（２）
Ｒａｂ＝Ｖａｂ／Ｉａｂ      ……（３）
【００３２】
同様の手順で、相間負荷２０ｂｃ、２０ｃａの抵抗値Ｒｂｃ、Ｒｃａは次式（４）〜（７）から算出することができる。
Ｉｂｃ＝Ｉｂ・ｃｏｓ（θｂ）−Ｉｂ・ｓｉｎ（θｂ）／ｔａｎ６０°    ……（４）
Ｒｂｃ＝Ｖｂｃ／Ｉｂｃ      ……（５）
Ｉｃａ＝Ｉｃ・ｃｏｓ（θｃ）−Ｉｃ・ｓｉｎ（θｃ）／ｔａｎ６０°    ……（６）
Ｒｃａ＝Ｖｃａ／Ｉｃａ      ……（７）
なお、（４）〜（７）式中の、θｂは、線電流Ｉｂと、相間電圧Ｖｂｃとの位相差、θｃは、線電流Ｉｃと、相間電圧Ｖｃａとの位相差である。
【００３３】
各相間電圧Ｖａｂ、Ｖｂｃ、Ｖｃａは、インバータ３が制御している電圧であり、このインバータ３を制御しているコントローラ５では、インバータ３の出力電圧Ｖａ〜Ｖｃを把握している。このため、インバータ３の出力電圧Ｖａ〜Ｖｃから相間電圧Ｖａｂ、Ｖｂｃ、Ｖｃａを推定しても良いし、各相間電圧Ｖａｂ、Ｖｂｃ、Ｖｃａを検出するための電圧センサを設け、この電圧センサの検出値を用いてもよい。
【００３４】
以上により、顧客負荷２０の各相間の抵抗値Ｒａｂ、Ｒｂｃ、Ｒｃａ、すなわちインピーダンスを算出することができる。この算出した相間のインピーダンスに基づき、ダミー負荷４の各相間のインピーダンスを決定する。すなわち、不平衡状態を改善するようにダミー負荷４の各相間のインピーダンスを決定する。
例えば、次式（８）に示すように、ａｂ相間の負荷容量（γ’ａｂ+Ｒ’ａｂ）に、ｂｃ相間の負荷容量（γ’ｂｃ+Ｒ’ｂｃ）及びｃａ相間の負荷容量（γ’ｃａ+Ｒ’ｃａ）をそれぞれ一致させるように設定する。
γ’ａｂ：そのまま
γ’ｂｃ：（Ｒ’ａｂ＋γ’ａｂ）−Ｒ’ｂｃ
γ’ｃａ：（Ｒ’ａｂ＋γ’ａｂ）−Ｒ’ｃａ              ……（８）
但し、γ’ａｂ=(Ｖａｂ)2/γａｂ、γ’ｂｃ=(Ｖｂｃ)2/γｂｃ、γ’ｃａ=(Ｖｃａ)2/γｃａ、Ｒ’ａｂ=(Ｖａｂ)2/Ｒａｂ、Ｒ’ｂｃ=(Ｖｂｃ)2/Ｒｂｃ、Ｒ’ｃａ=(Ｖｃａ)2/Ｒｃａ
【００３５】
例えば、図６に示すように、顧客負荷２０として、ａｂ相間にのみ１０ｋＷの負荷が接続され、ｃ相は開放されている状態とする。ダミー負荷４として負荷が接続されていないと、顧客負荷２０は不平衡状態となる。このため、ダミー負荷４により各相間の負荷容量を調整する。
顧客負荷として、ａｂ相間には１０ｋＷの負荷が接続され、ｂｃ相間及びｃａ相間には負荷が接続されていないため、ここでは、ａｂ相間の負荷容量を基準とする。このため、ａｂ相間可変負荷２１ａｂの容量値γ’ａｂは零のままとなる。
【００３６】
前記（８）式から、ｂｃ相間可変負荷２１ｂｃの容量値γ’ｂｃはγ’ｂｃ＝（Ｒ’ａｂ＋γ’ａｂ）−Ｒ’ｂｃ＝１０＋０−０＝１０［ｋＷ］となる。また、ｃａ相間可変負荷２１ｃａの容量値γ’ｃａはγ’ｃａ＝（Ｒ’ａｂ＋γ’ａｂ）−Ｒ’ｃａ＝１０＋０−０＝１０［ｋＷ］となる。このため、図６に示すように、ダミー負荷として、ａｂ間には負荷を接続せず、ｂｃ間及びｃａ間に１０ｋＷの負荷を接続する。
【００３７】
これにより、インバータ３から見た各相間の負荷は、１０ｋＷで一定となる。すなわち、顧客負荷２０は不平衡状態ではあるが、インバータ３から見た出力電力は平衡となる。
なお、具体的には、図２に示すように、相間可変負荷２１ａｂ、２１ｂｃ、２１ｃａは複数の抵抗から構成されるため、相間可変負荷２１ｂｃ及び２１ｃａのそれぞれにおいて、抵抗値の総和が、１０ｋＷ相当となる１又は複数の抵抗を選択する。そして、相間可変負荷２１ｂｃ及び２１ｃａに対して、選択した抵抗に対応するスイッチのみを閉状態とするＯＮ／ＯＦＦ信号をコントローラ５から出力する。また、相間可変負荷２１ａｂに対して、全てのスイッチを開状態とするＯＮ／ＯＦＦ信号をコントローラ５から出力する。
【００３８】
これにより、相間可変負荷２１ｂｃ及び２１ｃａについては、選択された抵抗のみがｂｃ相間及びｃａ相間に接続され、すなわちそれぞれ１０ｋＷ相当の負荷が接続され、相間可変負荷２１ａｂについては、抵抗の接続は行われず、負荷が接続されないことになる。
なお、ここでは、ａｂ相間の負荷容量を固定して、ｂｃ相間及びｃａ相間の負荷容量をａｂ相間の負荷容量に合わせる場合について説明したが、これに限るものではない。ｂｃ相間の負荷容量を固定して、ａｂ相間及びｃａ相間の負荷容量を調整してもよく、同様に、ｃａ相間の負荷容量を固定してａｂ相間及びｂｃ相間の負荷容量を調整してもよい。
【００３９】
次に、上記実施の形態の動作を図７から図１０を用いて説明する。
ここで、図７は、コントローラ５で実行される、改質器２に供給する燃料流量を制御する燃料流量制御処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。図８は、コントローラ５で実行されるダミー負荷４の抵抗値を制御するダミー負荷制御処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。このダミー負荷制御処理は、自立運転を開始した時、或いは、自立運転開始後、予め設定した所定周期で実行される。
【００４０】
また、図９は平衡状態であるときの各部の状況を表すタイムチャート、図１０は不平衡状態であるときの各部の状況を表すタイムチャートである。図９及び図１０において、（ａ）は、各相の出力電圧、（ｂ）は各線電流、（ｃ）は各相の出力電力及びその和、（ｄ）は燃料電池１の出力電圧Ｖｉｎ及び燃料電池１の発電電流Ｉｆｃである。
コントローラ５では、予め設定した所定周期で図７に示す燃料流量制御処理を実行し、まず、電流センサ１ａの検出値である発電電流Ｉｆｃを読み込み（ステップＳ１）、この発電電流Ｉｆｃに見合った燃料流量を演算する（ステップＳ２）。そして、改質器１に供給される燃料流量が、ステップＳ２で演算された燃料流量となるように、図示しない燃料流量調節弁を制御する（ステップＳ３）。
【００４１】
この処理を所定周期で実行することにより、改質器２に供給される燃料流量が発電電流Ｉｆｃに見合った流量となるように制御され、燃料電池１の発電出力が、顧客負荷２０で要求される電力量に見合った電力量に制御される。また、インバータ３を駆動制御し、インバータ３の出力電圧が一定となるように定電圧制御を行わせ、３相平衡電圧を出力させる。
また、コントローラ５は、図８のフローチャートにしたがってダミー負荷４の抵抗値を制御する。なお、ダミー負荷４は、起動時には交流出力ライン１１ａ〜１１ｃから切り離されている。
【００４２】
コントローラ５は、まず電流センサ１２ａ〜１２ｃの検出値である線電流を読み込み（ステップＳ１１）、続いてステップＳ１２に移行し、電流センサ１２ａ〜１２ｃの検出値に基づき顧客負荷２０が平衡状態であるか否かを判断する。例えば、電流センサ１２ａ〜１２ｃの各検出値の和が略零となるか否かに基づき判断する。
そして、電流センサ１２ａ〜１２ｃの各検出値に基づき平衡状態であると判定されるときにはそのまま処理を終了し、交流出力ライン１１ａ〜１１ｃ間にダミー負荷４を接続しない。
【００４３】
このため、インバータ３から出力される各相の出力電圧Ｖａ〜Ｖｃ（図９（ａ））及び出力電流Ｉａ〜Ｉｃ（図９（ｂ））は、平衡状態となる。また、各相を流れる電力量は、図９（ｃ）に示すように平衡状態となり、各相を流れる電力量の和は略一定となる。また、燃料電池１の出力電圧Ｖｉｎもほぼ一定となるため、燃料電池１の発電電流Ｉｆｃも略一定となる（図９（ｄ））。
したがって、略一定の燃料電池１の発電電流Ｉｆｃに見合った燃料供給を行うことにより、インバータ３からみた電力負荷である顧客負荷２０で必要とする電力相当の発電出力が燃料電池１からなされる。このように過不足のない電力供給が行われるため、燃料電池１が燃料不足傾向となることはない。
【００４４】
一方、電流センサ１２ａ〜１２ｃで検出される線電流に基づき顧客負荷２０が不平衡状態であると判断されるときには、図８のステップＳ１１、ステップＳ１２を経てステップＳ１３に移行し、インバータ３から見た出力電力を、平衡状態とするためのダミー負荷４の各相間可変負荷の抵抗値を算出する。
例えば、図１０に示すように、ｂ相を流れる線電流が他相に比して小さい場合には、電流センサ１２ａ〜１２ｃの検出値から不平衡状態にあると判断される。このため、前記（８）式にしたがって、ａｂ相間の負荷容量に、ｂｃ相間の負荷容量及びｃａ相間の負荷容量を一致させるように、ａｂ相間可変抵抗γａｂを固定として、ｂｃ相間可変抵抗γｂｃ、ｃａ相間可変抵抗γｃａを算出する。
【００４５】
そして、ステップＳ１４に移行し、図２に示す相間可変負荷２１ａｂ〜２１ｃａにおいて、ステップＳ１３で算出した可変抵抗値を満足する抵抗を特定し、ステップＳ１５に移行し、ステップＳ１４で特定した抵抗に対応するスイッチのみを閉状態とするＯＮ／ＯＦＦ指令を出力する。
このＯＮ／ＯＦＦ指令にしたがって、各相間可変負荷２１ａｂ、２１ｂｃ、２１ｃａのスイッチが作動し、ｂｃ相間及びｃａ相間に、それぞれステップＳ１３で選択した抵抗のみが接続されることになる。
【００４６】
そして、各相間可変負荷２１ｂｃ及び２１ｃａの抵抗値は、各相間の電力負荷が同一となるように設定されているため、顧客負荷２０自体は不平衡状態ではあるが、インバータ３から見た出力電力は平衡状態となる。
したがって、インバータ３から出力される各相の出力電流は平衡状態となり、各相を流れる電力量の和は顧客負荷２０及びダミー負荷４で消費する電力量相当となる。このため、燃料電池１の発電電流Ｉｆｃは略一定となり、この発電電流Ｉｆｃに見合った燃料供給を行うことにより、過不足のない発電出力が行われることになって、燃料電池１が燃料不足傾向となることはない。
【００４７】
ここで、図１０に示すように、顧客負荷２０が不平衡状態にあって、ｂ相を流れる線電流が他相に比して小さい場合、インバータ３では、出力電圧が一定となるように定電圧制御を行っているため、図１０（ｃ）に示すように、出力電力の和が一定とならずリップルが生じることになる。
そして、燃料電池１の発電電圧が略一定であると、図１０（ｄ）に示すように、燃料電池１の発電電流Ｉｆｃにリップルが生じることになり、燃料電池１の発電電流Ｉｆｃに見合った発電出力を得るためにはリップルの生じた発電電流Ｉｆｃにしたがって燃料流量を制御することになる。
【００４８】
ここで、発電電流Ｉｆｃに応じて改質器２への燃料流量を制御したとしても、発電電流Ｉｆｃのリップルの変化速度に対し、燃料電池１に供給される改質ガスが実際に変化する応答速度は遅い。例えば、リップルの変化速度が、商用周波数（５０Ｈｚ／６０Ｈｚ）の６倍程度であるのに対し、燃料流量が変更されこの変更に伴って燃料電池１に実際に供給される改質器２からの改質ガスの流量が変化するまでに５〜１０秒程度要することもある。
このため、リップルの生じた発電電流Ｉｆｃにしたがって燃料流量を制御したとしても、顧客負荷２０が要求する電力量に対し、燃料電池１が発電可能な電力量が追いつかず、顧客負荷２０が要求する電流量が最大となる付近で燃料電池１の発電電流が不足傾向となる可能性がある。
【００４９】
しかしながら、上述のように、顧客負荷２０の不平衡状態に応じてダミー負荷４により負荷容量調整を行うことによって、インバータ３から見た電力負荷は平衡状態となり、燃料電池１の発電電流Ｉｆｃにリップルが生じることはない。このため、燃料電池１の発電電流Ｉｆｃに見合った燃料供給を行い、燃料電池１での発電を行わせることによって、顧客負荷２０及びダミー負荷４で必要とする電力に見合った電力供給が行われることになり、燃料電池１が燃料不足傾向となることはない。したがって、燃料電池１が燃料不足傾向となることに起因して、燃料電池１本体に影響を及ぼすことを確実に回避することができる。
【００５０】
なお、上記実施の形態においては、図２に示すように、ダミー負荷４を、複数の抵抗で構成した場合について説明したがこれに限るものではない。
例えば、図１１に示すように、ダミー負荷４を構成する相間可変負荷２１ａｂ、相間可変負荷２１ｂｃ、相間可変負荷２１ｃａのそれぞれを、インバータ１０１と、このインバータ１０１の出力電圧が印加される抵抗１０２とで構成する。そして、インバータ１０１を、出力電圧が電圧指令値となるように制御することにより負荷容量を変化させる。インバータ１０１の電圧指令値はコントローラ５で設定する。すなわち、ａｂ相間、ｂｃ相間、ｃａ相間のうち何れか１つの相間の負荷容量を固定とし、固定した相間の負荷容量に、他の２つの負荷容量を一致させるように、相間可変負荷２１の負荷容量を決定し、これに応じて出力電圧を決定する。
【００５１】
これにより、図２と同様に、ａｂ相間、ｂｃ相間、ｃａ相間に可変負荷が接続されたことと同等となり、上記と同等の作用効果を得ることができる。
また、例えば、図１２に示すように、図１１において、インバータ１０１に替えて変圧比を連続的に変化させることの可能な連続可変変圧器１０５を用いることも可能であり、また、連続可変変圧器１０５に替えてタップ変圧器等、変圧比可変な変圧器を用いてもよい。
【００５２】
また、上記実施の形態においては、ダミー負荷４として、各相間にそれぞれ可変負荷を設けた場合について説明したが、例えば、自立運転時に、顧客負荷２０として単相負荷が接続され且つ単相負荷を接続する相が予め設定されている場合等、３つの可変負荷のうち、調整が必要な可変負荷を固定することができる場合には、ダミー負荷４として、調整が必要な２つの可変負荷のみを接続可能に構成してもよい。つまり、図６に示すように、ａｂ相間にのみ単相負荷を接続する場合には、ａｂ相間に相間可変負荷を接続する必要はない。このため、ｂｃ相間及びｃａ相間にのみ相間可変負荷を接続可能な構成としてもよい。
【００５３】
また、上記実施の形態においては、ａｂ相間の負荷容量を基準として、他の相間に負荷を追加することにより負荷容量の調整を行う場合について説明したが、必ずしも追加する場合に限るものではなく、例えば、各相間に予め負荷容量を接続しておき、顧客負荷２０の不平衡状態に応じて各相間の負荷容量を増減することにより調整するようにしてもよい。
また、上記実施の形態においては、自立運転時に、顧客負荷２０の不平衡状態に応じてダミー負荷４を調整する場合について説明したが、自立運転時に限るものではなく、燃料電池１と電力系統とで連系して顧客負荷２０への電力供給を行うようにした、連系運転時においても、顧客負荷２０の不平衡状態に応じてダミー負荷４の調整を行うようにしてもよい。
【００５４】
また、上記実施の形態においては、各相の線電流Ｉａ〜Ｉｃを検出し、この線電流Ｉａ〜Ｉｃに基づき、ダミー負荷４の抵抗値を算出する場合について説明したがこれに限るものではない。例えば、各相の電力量を検出する電力計等の電力量検出手段を設け、この電力計で検出した各相の電力量に基づき不平衡状態であるか否かを判定し、不平衡状態であるときには、各相間で電力量が同等となるようにダミー負荷４の負荷容量を設定するようにしてもよい。
【００５５】
また、上記実施の形態においては、直流電力を３相交流電力に変換して顧客負荷２０に供給する場合について説明したが、これに限るものではなく、２相或いは３相以上の多相の交流電力に変換して顧客負荷２０側に供給する場合であっても適用することができる。
ここで、上記実施の形態において、ダミー負荷４が調整用負荷に対応し、図８のステップＳ１１及びステップＳ１２の処理が不平衡状態検出手段に対応し、図８のステップＳ１３〜ステップＳ１５の処理が負荷容量制御手段に対応している。
また、図１１のインバータ１０１又は図１２の変圧器１０５が電圧印加手段に対応し、電流センサ１２ａ〜１２ｃが線電流検出手段に対応している。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明を適用した燃料電池発電装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】図１のダミー負荷の一例を示す概略構成図である。
【図３】ダミー負荷の負荷量の算出方法を説明するための説明図である。
【図４】ダミー負荷の負荷量の算出方法を説明するためのベクトル図である。
【図５】ダミー負荷の負荷量の算出方法を説明するためのベクトル図である。
【図６】ダミー負荷の負荷量の算出方法を説明するための説明図である。
【図７】コントローラで実行される燃料流量制御処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図８】コントローラで実行されるダミー負荷制御処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図９】本発明の動作の一例を説明するためのタイムチャートである。
【図１０】顧客負荷が不平衡状態にあるときの各部の状況を表すタイムチャートである。
【図１１】ダミー負荷のその他の構成例を示す概略構成図である。
【図１２】ダミー負荷のその他の構成例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００５７】
１  燃料電池
１ａ  電流センサ
２  改質器
３  インバータ
４  ダミー負荷
５  コントローラ
１１ａ〜１１ｃ  交流出力ライン
１２ａ〜１２ｃ  電流センサ
２０  顧客負荷
２１ａｂ、２１ｂｃ、２１ｃａ  相間可変負荷
１００  燃料電池発電装置
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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