燃料電池システム
【課題】運転状態での電流検出器の故障検知が容易な燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池システムは，燃料電池と，前記燃料電池から出力される直流電流を第１の周波数の交流電流に変換して負荷に供給するインバータと，前記インバータから前記負荷に供給されるインバータ側交流電流を前記第１の周波数より小さい第２の周波数で変動させる変動制御部と，電力系統から前記負荷に供給される系統側電流を検出する電流検出部で検出される系統側電流から，前記第２の周波数に対応する周波数成分を抽出する抽出部と，前記抽出される周波数成分を所定の閾値と比較して，前記電流検出部の故障の有無を判定する判定部と，を具備する。
【解決手段】燃料電池システムは，燃料電池と，前記燃料電池から出力される直流電流を第１の周波数の交流電流に変換して負荷に供給するインバータと，前記インバータから前記負荷に供給されるインバータ側交流電流を前記第１の周波数より小さい第２の周波数で変動させる変動制御部と，電力系統から前記負荷に供給される系統側電流を検出する電流検出部で検出される系統側電流から，前記第２の周波数に対応する周波数成分を抽出する抽出部と，前記抽出される周波数成分を所定の閾値と比較して，前記電流検出部の故障の有無を判定する判定部と，を具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池と電力系統（商用電源）が連系して，負荷に電力を供給する燃料電池・電力系統連系システムが用いられている。燃料電池・電力系統連系システムでは，電力系統から負荷に供給される電力が電流検出器によって測定され，電力系統および燃料電池から供給される電力のバランスが適正になるように，燃料電池が制御される。
ここで，電流検出器の誤接続を簡単に診断できるコージェネレーションシステムの診断装置が開示されている（特許文献１参照）。
この診断装置では，発電機の運転を停止した状態において，電流検出器の検出電流に基づいて電流検出器の接続状態を診断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2002-286785号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら，この診断装置では，発電機の運転状態での電流検出器の状態診断は困難である。即ち，この診断装置では，システム設置時等の負荷が電力を消費していない状態であることを前提としているが，運転状態では発電機の停止が困難である。また，負荷の電力消費は必ずしも一定ではないため，発電機からの出力電圧を変動させても，負荷の電力消費の変動との識別が必ずしも容易ではない。
本発明は，運転状態での電流検出器の故障検知が容易な燃料電池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】
【０００５】
本発明の一態様に係る燃料電池システムは，燃料電池と，前記燃料電池から出力される直流電流を第１の周波数の交流電流に変換して負荷に供給するインバータと，前記インバータから前記負荷に供給されるインバータ側交流電流を前記第１の周波数より小さい第２の周波数で変動させる変動制御部と，電力系統から前記負荷に供給される系統側電流を検出する電流検出部で検出される系統側電流から，前記第２の周波数に対応する周波数成分を抽出する抽出部と，前記抽出される周波数成分を所定の閾値と比較して，前記電流検出部の故障の有無を判定する判定部と，を具備する。
【０００６】
インバータ（燃料電池システム）から負荷に第１の周波数の交流電流が供給される。ここで，インバータ（燃料電池システム）から前記負荷に供給されるインバータ側（燃料電池システム側）交流電流を前記第１の周波数より小さい第２の周波数で変動させる。そして，電力系統から負荷に供給される系統側電流を検出する電流検出部で検出される系統側電流から，第２の周波数に対応する周波数成分を抽出し，所定の閾値と比較して，前記電流検出部の故障の有無を判定する。即ち，燃料電池システム側から供給される電力を第２の周波数で変動させ，電力系統側の電流検出部で変動に対応する周波数成分が抽出されるか否かによって，電流検出部の故障の有無を判定する。この結果，燃料電池システムの運転状態での電流検出部の故障検知が容易となる。
【０００７】
（１）インバータ側電圧を変動させるのに，種々の手法を用いることができる。
（ａ）例えば，前記変動制御部が，インバータ側電圧を変動することで，前記インバータ側交流電流を変動させても良い。
（ｂ）追加負荷と，前記追加負荷の前記インバータへの接続の有無を切り替える切替部と，前記変動制御部が，前記切替部を制御することで，前記インバータ側交流電流を変動させてもよい。
即ち，インバータ側電圧や追加負荷の接続の有無を制御することで，インバータ側交流電流を変動できる。
【０００８】
（２）前記電流検出部で検出される系統側電流を周波数分析する分析部と，前記分析部での周波数分析の結果に基づいて，前記第２の周波数を決定する決定部と，をさらに具備しても良い。
系統側電流を周波数分析することで，例えば，系統側電流の変動の傾向を考慮して，第２の周波数を適切に決定し，判定誤りを防止できる。
【０００９】
（３）前記判定部が，前記電流検出部が故障していると判断した場合，前記燃料電池を停止させる停止制御部をさらに具備しても良い。
電流検出部が故障していると判断した場合，燃料電池を停止させることで，例えば，燃料電池から電力系統側への逆潮流を防止できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば，運転状態での電流検出器の故障検知が容易な燃料電池システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池・電力系統連系システムを表すブロック図である。
【図２】ＦＩＲフィルタのアルゴリズムを表す模式図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る燃料電池・電力系統連系システムを表すブロック図である。
【図４】消費電力の時間的変化の一例を表すグラフである。
【図５】燃料電池システムからの電力供給を変化させたときの，消費電力の時間的変化の一例を表すグラフである。
【図６】燃料電池システムからの電力供給を変化させたときの，消費電力の時間的変化の一例を表すグラフである。
【図７】燃料電池システムからの電力供給を変化させたときの，消費電力の周波数分析結果の一例を表すグラフである。
【図８】消費電力の時間的変化の一例を表すグラフである。
【図９】燃料電池システムからの電力供給を変化させたときの，消費電力の時間的変化の一例を表すグラフである。
【図１０】燃料電池システムからの電力供給を変化させたときの，消費電力の時間的変化の一例を表すグラフである。
【図１１】燃料電池システムからの電力供給を変化させたときの，消費電力の周波数分析結果の一例を表すグラフである。
【図１２】消費電力の時間的変化の一例を表すグラフである。
【図１３】燃料電池システムからの電力供給を変化させたときの，消費電力の時間的変化の一例を表すグラフである。
【図１４】燃料電池システムからの電力供給を変化させたときの，消費電力の時間的変化の一例を表すグラフである。
【図１５】燃料電池システムからの電力供給を変化させたときの，消費電力の周波数分析結果の一例を表すグラフである。
【図１６】本発明の第３実施形態に係る燃料電池・電力系統連系システムを表すブロック図である。
【図１７】本発明の第４実施形態に係る燃料電池・電力系統連系システムを表すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下，図面を参照して，本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る燃料電池・電力系統連系システムを表す図である。この燃料電池・電力系統連系システムは，燃料電池システム１０，分電盤２０，負荷Ｌ１，Ｌ２，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３を有する。燃料電池システム１０，分電盤２０（電力系統側）から負荷Ｌ１，Ｌ２に電力が供給される。
【００１３】
燃料電池システム１０は，燃料電池１１，ＤＣ−ＤＣコンバータ１２，ＤＣ−ＡＣインバータ１３，フィルタ１４，制御部１５，抽出部１６，リレーＲ１，Ｒ２，電圧検出器ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３，電流検出器ＳＣ１，ブレーカＢＲ１〜ＢＲ３，端子ＴＵ１，ＴＮ１，ＴＶ１を有する。分電盤２０は，電力系統側であり，変圧器に接続される端子ＴＵ２，ＴＮ２，ＴＶ２を有する。
【００１４】
燃料電池１１は，例えば，燃料ガス（水素，炭化水素ガス等）と酸化剤ガス（酸素等）の反応により電力（ＤＣ電圧）を発生する。
【００１５】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１２およびＤＣ−ＡＣインバータ１３の組み合わせは，燃料電池１１から出力される直流電流を第１の周波数（周波数ｆ１）の交流電流に変換して負荷に供給するインバータとして機能する。
ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は，燃料電池１１からのＤＣ電圧（直流電流）を昇圧して出力する。
ＤＣ−ＡＣインバータ１３は，ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から出力されるＤＣ電圧（直流電流）を，例えば，約２００Ｖで，周波数ｆ１（例えば，５０［Ｈｚ］，６０［Ｈｚ］）のＡＣ電圧（交流電流）に変換する。
【００１６】
フィルタ１４は，ＤＣ−ＡＣインバータ１３から出力されるＡＣ電圧に含まれるノイズ成分（高周波成分）を除去する。
【００１７】
制御部１５は，次の変動制御部，判定部，および停止制御部として機能する。
・インバータから前記負荷に供給されるインバータ側交流電流を前記第１の周波数より小さい第２の周波数で変動させる変動制御部
・抽出される周波数成分を所定の閾値と比較して，前記電流検出部の故障の有無を判定する判定部
・判定部が前記電流検出部が故障していると判断した場合，前記燃料電池を停止させる停止制御部
なお，後述のように，本実施形態では，制御部１５（変動制御部）が，インバータ側電圧（電圧Ｖ１）を変動することで，インバータ側交流電流（電流Ｉ１）を変動させる。
【００１８】
抽出部１６は，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３で検出された電流の測定結果（系統側電流の時間変化）から周波数ｆ２に対応する周波数成分を抽出する。
【００１９】
周波数成分の抽出は，ＣＰＵ（Central Processing Unit），ＭＣＵ（Micro Controller Unit），ＤＳＰ（Digital Signal Processor）による計算により実行できる。計算方法として，図２に示すＦＩＲフィルタ（Finite Impulse Response Filter）を利用できる。ＦＩＲフィルタでは，サンプリング間隔Ｔで入力されるサンプルｘ［ｉ］に係数ａ［ｉ］を乗算し，加算することで，必要な周波数成分ｙ［ｉ］を算出できる。
ｙ［ｎ］＝Σｉ＝０ｍ ａ［ｉ］・ｘ［ｎ−ｉ］
【００２０】
リレーＲ１，Ｒ２は，フィルタ１４からブレーカＢＲ１〜ＢＲ３（端子ＴＵ１，ＴＮ１，ＴＶ１）への電圧の印加の有無を切り替えるスイッチである。
【００２１】
電流検出器ＳＣ１は，リレーＲ２からの電流（端子ＴＶ１から端子ＴＵ１への電流Ｉ１）を検出する。電流検出器ＳＣ１として，例えば，カレント・トランス（ＣＴ）を利用できる。なお，これは，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３でも同様である。
【００２２】
電圧検出器ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３はそれぞれ，ブレーカＢＲ１，ＢＲ３間（端子ＴＵ１，ＴＶ１間）の電圧Ｖ１（インバータ側電圧），ブレーカＢＲ１，ＢＲ２間（端子ＴＵ１，ＴＮ１間）の電圧Ｖ２，ブレーカＢＲ２，ＢＲ３間（端子ＴＮ１，ＴＶ１間）の電圧Ｖ３を検出する。
ブレーカＢＲ１〜ＢＲ３はそれぞれ，端子ＴＵ２，ＴＮ２，ＴＶ２での電流が所定値を越えると電流を切断するスイッチである。
【００２３】
端子ＴＵ１，ＴＮ１，ＴＶ１は，燃料電池システム１０側の単相３線に対応する。端子ＴＵ１，ＴＶ１には，互いに逆位相の電圧が印加され，端子ＴＮ１は，中性線（グランド）に対応する。
【００２４】
端子ＴＵ２，ＴＮ２，ＴＶ２は，変圧器（例えば，柱上トランス）に接続され電力系統側の単相３線に対応する。端子ＴＵ２，ＴＶ２は，互いに逆位相の電圧が印加され，端子ＴＮ２は，中性線（グランド）に対応する。端子ＴＵ２，ＴＮ２間の電圧Ｖ４，端子ＴＮ２，ＴＶ２間のＡＣ電圧Ｖ５の実効値は１００［Ｖ］である。
【００２５】
電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３は，分電盤２０の端子ＴＵ２，ＴＶ２からの電流Ｉ２，Ｉ３を検出するものであり，電力系統から負荷Ｌ１，Ｌ２に供給される系統側電流を検出する電流検出部として機能する。
【００２６】
負荷Ｌ１，Ｌ２は，例えば，電気機器であり，燃料電池システム１０および電力系統の双方から電力が供給される。負荷Ｌ１は，端子ＴＵ１，ＴＵ２および端子ＴＮ１，ＴＮ２に接続される。負荷Ｌ２は，端子ＴＶ１，ＴＶ２および端子ＴＮ１，ＴＮ２に接続される。
【００２７】
燃料電池・電力系統連系システムでは，負荷Ｌ１，Ｌ２が基本的に燃料電池システム１０からの電力で動作し，電力系統からの電力の供給が小さいことが好ましい。一方，燃料電池システム１０から電力系統への送電（逆潮流）は規制（禁止）されている。
【００２８】
従い，燃料電池システム１０では，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３によって，電力系統から負荷Ｌ１，Ｌ２に供給される電流Ｉ２，Ｉ３を測定し，この電流の和（Ｉ２＋Ｉ３）の平均値が０［Ａ］以上となるように（逆潮流が発生しないように），燃料電池１１を制御する。このため，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３が正常に動作することは重要であり，燃料電池システム１０は電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３の故障を検出する機能を有する。
【００２９】
負荷Ｌ１，Ｌ２それぞれの消費電力をＰ１［Ｗ］，Ｐ２［Ｗ］とする。このとき，負荷Ｌ１，Ｌ２それぞれでの電流Ｉ４，Ｉ５は，Ｐ１／Ｖ４，Ｐ２／Ｖ５である。このとき，電流Ｉ２，Ｉ３はそれぞれ，（Ｉ４−Ｉ１），（Ｉ５−Ｉ１）である。電流Ｉ２，Ｉ３の和Ｉ０は次の式で表される。なお，既述のように，電力系統側電圧（電圧Ｖ４，Ｖ５）の実効値を１００［Ｖ］とする。
Ｉ０＝Ｉ２＋Ｉ３
＝Ｉ４＋Ｉ５−２・Ｉ１
＝Ｐ１／Ｖ４＋Ｐ２／Ｖ５−２・Ｉ１
＝（Ｐ１＋Ｐ２）／１００−２・Ｉ１
【００３０】
このように，負荷Ｌ１，Ｌ２での消費電力Ｐ１，Ｐ２に対応して，燃料電池システム１０からの電流Ｉ１を制御することで，逆潮流の発生を防止した状態（Ｉ０≧０）で，燃料電池システム１０から負荷Ｌ１，Ｌ２への電力の供給を大きくすることができる。燃料電池システム１０での電圧Ｖ１（インバータ側電圧）を制御することで，電流Ｉ１の変化が可能である。具体的には，制御部１５がＤＣ−ＤＣコンバータ１２およびＤＣ−ＡＣインバータ１３の一方または双方を制御し，ＤＣ−ＤＣコンバータ１２またはＤＣ−ＡＣインバータ１３からの出力電圧を変化させる。
【００３１】
負荷Ｌ１，Ｌ２の消費電力Ｐ１，Ｐ２を，例えば，２００［Ｗ］，５００［Ｗ］とすると，電流Ｉ３，Ｉ４はそれぞれ２［Ａ］，５［Ａ］となる。このとき，電流Ｉ１が３．５［Ａ］以下であれば，逆潮流は発生しない。
【００３２】
電流Ｉ１を３．５［Ａ］とすると，電流Ｉ２，Ｉ３はそれぞれ，−１．５［Ａ］，１．５［Ａ］となる。このとき，電流Ｉ０は０［Ａ］であり逆潮流は発生しない。また，電流Ｉ１を３．２５［Ａ］とすると，電流Ｉ２，Ｉ３はそれぞれ，−１．２５［Ａ］，１．７５［Ａ］となる。このとき，電流Ｉ０は０．５［Ａ］であり逆潮流は発生しない。一方，電流Ｉ１を３．７５［Ａ］とすると，電流Ｉ２，Ｉ３はそれぞれ，−１．７５［Ａ］，１．２５［Ａ］となる。このとき，電流Ｉ０は−０．５［Ａ］であり逆潮流が発生する。
【００３３】
燃料電池システム１０では，制御部１５が電流Ｉ１を所定周波数ｆ２で周期的に変動させる。例えば，電流Ｉ１を３．５［Ａ］，３．２５［Ａ］の間で，周波数ｆ２で変化させる。電流Ｉ１は，３．５［Ａ］，３．２５［Ａ］の２値で切り替えることができる。また，電流Ｉ１を３．５［Ａ］，３．２５［Ａ］の間で連続的に変化させてもよい。
【００３４】
周波数ｆ２は，周波数ｆ１より小さい値，例えば，０．２ｍＨｚ〜１Ｈｚの範囲の値を採用できる。周波数ｆ２が大きいと，負荷Ｌ１，Ｌ２（電気機器）へのノイズ等の原因となる。一方，周波数ｆ２が小さいと電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３の故障の検出に時間を要する。周波数ｆ２の成分を抽出するためには，この周波数ｆ２の周期の繰り返しをサンプリングする必要があるため，小さい周波数の成分（周期の長い成分）の抽出には時間を要する。検知の速度をそれほど問題としなければ，例えば，周波数ｆ２を１ｍＨｚ程度とすることができる。
【００３５】
電流Ｉ２，Ｉ３は，電流Ｉ１に応じて，周期的に変化する。このため，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３で検出された電流から所定周波数ｆ２の成分を抽出することで，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３の故障の有無を判別できる。例えば，抽出された所定周波数ｆ２の成分（周波数成分）のピーク値を閾値と比較することで，故障の有無を検出できる。周波数ｆ２の成分のピーク値の絶対値が閾値より小さければ，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３の検出結果が不備であり，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３に故障が発生していると判定できる。
本実施形態では，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３の双方において，故障を検出しているが，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３の一方のみでの故障を検出してもよい。
【００３６】
なお，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３に故障が発生していると判定した場合，制御部１５は燃料電池１１を停止させ，逆潮流の発生等を防止できる。
【００３７】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施形態を説明する。
図３は本発明の第２実施形態に係る燃料電池・電力系統連系システムを表す図である。この燃料電池・電力系統連系システムは，燃料電池システム１０ａ，分電盤２０，負荷Ｌ１，Ｌ２，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３を有する。
【００３８】
燃料電池システム１０ａは，燃料電池１１，ＤＣ−ＤＣコンバータ１２，ＤＣ−ＡＣインバータ１３，フィルタ１４，制御部１５ａ，抽出部１６，リレーＲ１，Ｒ２，電圧検出器ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３，電流検出器ＳＣ１，ブレーカＢＲ１〜ＢＲ３，端子ＴＵ１，ＴＮ１，ＴＶ１，追加負荷Ｌ３，スイッチＳＷを有する。
【００３９】
追加負荷Ｌ３，スイッチＳＷは，電流Ｉ２，Ｉ３を変動させるためのものである。スイッチＳＷは，追加負荷の前記インバータへの接続の有無を切り替える切替部として機能する。
【００４０】
制御部１５ａは，第１の実施形態と同様，変動制御部，判定部，および停止制御部として機能する。但し，制御部１５ａは，制御信号ＣＳによって，スイッチＳＷ（切替部）を制御することで，インバータ側交流電流（電流Ｉ１）を変動させる。
【００４１】
負荷Ｌ１，Ｌ２の消費電力Ｐ１，Ｐ２を２００［Ｗ］，５００［Ｗ］，電流Ｉ１を３．５［Ａ］とし，追加負荷Ｌ３の消費電力Ｐ３を５０［Ｗ］とする。スイッチＳＷがＯＦＦ状態の場合，電流Ｉ２，Ｉ３はそれぞれ−１．５［Ａ］，１．５［Ａ］である。スイッチＳＷをＯＮ状態とすると，追加負荷Ｌ３に０．２５［Ａ］の電流Ｉ６が流れる。その結果，電流Ｉ２，Ｉ３はそれぞれ−１．２５［Ａ］，１．７５［Ａ］となる。このように追加負荷Ｌ３をＯＮ／ＯＦＦさせても，電流Ｉ２，Ｉ３を変動できる。
【００４２】
図４のグラフＧ１，図５のグラフＧ２ａが，夏の消費電力Ｐ０の時間変化の一例を示すグラフである。グラフＧ１，Ｇ２ａは，横軸のスケールが異なるが，同一のデータである。図５のグラフＧ２ｂは，燃料電池システム１０での制御により消費電力Ｐを変動させた変動電力ΔＰを表す。ここでは，１５分を１周期（周波数ｆ２＝４／（６０＊６０）＝０．００１１Ｈｚ＝１．１１［ｍＨｚ］）として，電力が変化している。図５のグラフＧ２ｃ，図６のグラフＧ３は，電力Ｐと変動電力ΔＰを合計した消費電力Ｐ１（＝Ｐ０＋ΔＰ）を表す。図７のグラフＧ４ａ，Ｇ４ｂはそれぞれ，消費電力Ｐ１，Ｐ０を周波数分析した結果を表す。グラフＧ４ａに示されるように，１．１１［ｍＨｚ］の周波数ｆ２に対応するピークＰＫ１が検出される。
【００４３】
図８のグラフＧ５，図９のグラフＧ６ａが，冬の消費電力Ｐ０の時間変化の一例を示すグラフである。図９のグラフＧ６ｂは，燃料電池システム１０での制御により消費電力Ｐを変動させた変動電力ΔＰを表す。ここでは，１５分を１周期（周波数ｆ２＝１．１１［ｍＨｚ］）として，電力が変化している。図９のグラフＧ６ｃ，図１０のグラフＧ７は，電力Ｐと変動電力ΔＰを合計した消費電力Ｐ１（＝Ｐ０＋ΔＰ）を表す。図１１のグラフＧ８ａ，Ｇ８ｂはそれぞれ，消費電力Ｐ１，Ｐ０を周波数分析した結果を表す。グラフＧ８ａに示されるように，１．１１［ｍＨｚ］の周波数ｆ２に対応するピークＰＫ２が検出される。
【００４４】
図１２のグラフＧ９，図１３のグラフＧ１０ａが，春・秋の消費電力Ｐ０の時間変化の一例を示すグラフである。図１３のグラフＧ１０ｂは，燃料電池システム１０での制御により消費電力Ｐを変動させた変動電力ΔＰを表す。ここでは，１５分を１周期（周波数ｆ２＝１．１１［ｍＨｚ］）として，電力が変化している。図１３のグラフＧ１０ｃ，図１４のグラフＧ１１は，電力Ｐと変動電力ΔＰを合計した消費電力Ｐ１（＝Ｐ０＋ΔＰ）を表す。図１５のグラフＧ１２ａ，Ｇ１２ｂはそれぞれ，消費電力Ｐ１，Ｐ０を周波数分析した結果を表す。グラフＧ１２ａに示されるように，１．１１［ｍＨｚ］の周波数ｆ２に対応するピークＰＫ３が検出される。
【００４５】
以上のように，夏，冬，春・秋（中間期）の何れでも，周波数分析によって，電気機器等の使用状態に起因する消費電力Ｐの時間的変動と分離して，燃料電池システム１０による周波数ｆ２での消費電力Ｐの変動を検出できる。
なお，これらは，文献（「電機」２００８年１０月，頁２１，図４）に示されるデータに基づく，シミュレーションの結果である。即ち，図４，図８，図１２は，この文献の図４に対応している。
【００４６】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施形態を説明する。
図１６は本発明の第３実施形態に係る燃料電池・電力系統連系システムを表す図である。この燃料電池・電力系統連系システムは，燃料電池システム１０ｂ，分電盤２０，負荷Ｌ１，Ｌ２，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３を有する。
【００４７】
燃料電池システム１０ｂは，燃料電池１１，ＤＣ−ＤＣコンバータ１２，ＤＣ−ＡＣインバータ１３，フィルタ１４，制御部１５ｂ，抽出部１６，分析部１７，リレーＲ１，Ｒ２，電圧検出器ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３，電流検出器ＳＣ１，ブレーカＢＲ１〜ＢＲ３，端子ＴＵ１，ＴＮ１，ＴＶ１を有する。
【００４８】
本実施形態は，第１の実施形態に対応し，電圧Ｖ１の実効値を周波数ｆ２で周期的に変動することで，電流Ｉ１，ひいては電流Ｉ２，Ｉ３を周波数ｆ２で周期的に変動させる。
【００４９】
分析部１７は，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３での検出結果（系統側電流の時間的変化）を周波数分析する。即ち，系統側電流を周波数成分毎に分解し，それぞれの周波数成分でのピーク値を算出する。
【００５０】
制御部１５ｂは，第１，第２の実施形態と同様，変動制御部，判定部，および停止制御部として機能する。
【００５１】
さらに，制御部１５ｂは，分析部１７での分析結果に基づき，周波数ｆ２を決定する（決定部として機能する）。例えば，電流Ｉ１を一定（周期的変動しない）状態として，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３によって電力系統側の電流の時間的変化を測定し，ピークの小さい周波数ｆ２を決定する。この結果，制御部１５ｂによる電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３の故障検出の精度を向上できる。
【００５２】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施形態を説明する。
図１７は本発明の第４実施形態に係る燃料電池・電力系統連系システムを表す図である。この燃料電池・電力系統連系システムは，燃料電池システム１０ｃ，分電盤２０，負荷Ｌ１，Ｌ２，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３を有する。
【００５３】
燃料電池システム１０ｂは，燃料電池１１，ＤＣ−ＤＣコンバータ１２，ＤＣ−ＡＣインバータ１３，フィルタ１４，制御部１５ｂ，抽出部１６，分析部１７，リレーＲ１，Ｒ２，電圧検出器ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３，電流検出器ＳＣ１，ブレーカＢＲ１〜ＢＲ３，端子ＴＵ１，ＴＮ１，ＴＶ１，追加負荷Ｌ３，スイッチＳＷを有する。
【００５４】
本実施形態は，第２の実施形態に対応し，追加負荷Ｌ３を周波数ｆ２で周期的にＯＮ／ＯＦＦすることで，電流Ｉ１，ひいては電流Ｉ２，Ｉ３を周波数ｆ２で周期的に変動させる。この他の点では，本実施形態は第３の実施形態と大きく異なる訳でないので，詳細な説明を省略する。
【００５５】
（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張，変更可能であり，拡張，変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５６】
１０ 燃料電池システム
１１ 燃料電池
１２ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１３ ＤＣ−ＡＣインバータ
１４ フィルタ
１５ 制御部
１６ 抽出部
１７ 分析部
２０ 分電盤
ＢＲ１−ＢＲ３， ブレーカ
ＳＣ１−ＳＣ３ 電流検出器
Ｌ１，Ｌ２ 負荷
Ｌ３ 追加負荷
Ｒ１，Ｒ２ リレー
ＳＷ スイッチ
ＴＵ１，ＴＮ１，ＴＶ１ 端子
ＴＵ２，ＴＮ２，ＴＶ２ 端子
ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３ 電圧検出器
【技術分野】
【０００１】
本発明は，燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池と電力系統（商用電源）が連系して，負荷に電力を供給する燃料電池・電力系統連系システムが用いられている。燃料電池・電力系統連系システムでは，電力系統から負荷に供給される電力が電流検出器によって測定され，電力系統および燃料電池から供給される電力のバランスが適正になるように，燃料電池が制御される。
ここで，電流検出器の誤接続を簡単に診断できるコージェネレーションシステムの診断装置が開示されている（特許文献１参照）。
この診断装置では，発電機の運転を停止した状態において，電流検出器の検出電流に基づいて電流検出器の接続状態を診断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2002-286785号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら，この診断装置では，発電機の運転状態での電流検出器の状態診断は困難である。即ち，この診断装置では，システム設置時等の負荷が電力を消費していない状態であることを前提としているが，運転状態では発電機の停止が困難である。また，負荷の電力消費は必ずしも一定ではないため，発電機からの出力電圧を変動させても，負荷の電力消費の変動との識別が必ずしも容易ではない。
本発明は，運転状態での電流検出器の故障検知が容易な燃料電池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】
【０００５】
本発明の一態様に係る燃料電池システムは，燃料電池と，前記燃料電池から出力される直流電流を第１の周波数の交流電流に変換して負荷に供給するインバータと，前記インバータから前記負荷に供給されるインバータ側交流電流を前記第１の周波数より小さい第２の周波数で変動させる変動制御部と，電力系統から前記負荷に供給される系統側電流を検出する電流検出部で検出される系統側電流から，前記第２の周波数に対応する周波数成分を抽出する抽出部と，前記抽出される周波数成分を所定の閾値と比較して，前記電流検出部の故障の有無を判定する判定部と，を具備する。
【０００６】
インバータ（燃料電池システム）から負荷に第１の周波数の交流電流が供給される。ここで，インバータ（燃料電池システム）から前記負荷に供給されるインバータ側（燃料電池システム側）交流電流を前記第１の周波数より小さい第２の周波数で変動させる。そして，電力系統から負荷に供給される系統側電流を検出する電流検出部で検出される系統側電流から，第２の周波数に対応する周波数成分を抽出し，所定の閾値と比較して，前記電流検出部の故障の有無を判定する。即ち，燃料電池システム側から供給される電力を第２の周波数で変動させ，電力系統側の電流検出部で変動に対応する周波数成分が抽出されるか否かによって，電流検出部の故障の有無を判定する。この結果，燃料電池システムの運転状態での電流検出部の故障検知が容易となる。
【０００７】
（１）インバータ側電圧を変動させるのに，種々の手法を用いることができる。
（ａ）例えば，前記変動制御部が，インバータ側電圧を変動することで，前記インバータ側交流電流を変動させても良い。
（ｂ）追加負荷と，前記追加負荷の前記インバータへの接続の有無を切り替える切替部と，前記変動制御部が，前記切替部を制御することで，前記インバータ側交流電流を変動させてもよい。
即ち，インバータ側電圧や追加負荷の接続の有無を制御することで，インバータ側交流電流を変動できる。
【０００８】
（２）前記電流検出部で検出される系統側電流を周波数分析する分析部と，前記分析部での周波数分析の結果に基づいて，前記第２の周波数を決定する決定部と，をさらに具備しても良い。
系統側電流を周波数分析することで，例えば，系統側電流の変動の傾向を考慮して，第２の周波数を適切に決定し，判定誤りを防止できる。
【０００９】
（３）前記判定部が，前記電流検出部が故障していると判断した場合，前記燃料電池を停止させる停止制御部をさらに具備しても良い。
電流検出部が故障していると判断した場合，燃料電池を停止させることで，例えば，燃料電池から電力系統側への逆潮流を防止できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば，運転状態での電流検出器の故障検知が容易な燃料電池システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池・電力系統連系システムを表すブロック図である。
【図２】ＦＩＲフィルタのアルゴリズムを表す模式図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る燃料電池・電力系統連系システムを表すブロック図である。
【図４】消費電力の時間的変化の一例を表すグラフである。
【図５】燃料電池システムからの電力供給を変化させたときの，消費電力の時間的変化の一例を表すグラフである。
【図６】燃料電池システムからの電力供給を変化させたときの，消費電力の時間的変化の一例を表すグラフである。
【図７】燃料電池システムからの電力供給を変化させたときの，消費電力の周波数分析結果の一例を表すグラフである。
【図８】消費電力の時間的変化の一例を表すグラフである。
【図９】燃料電池システムからの電力供給を変化させたときの，消費電力の時間的変化の一例を表すグラフである。
【図１０】燃料電池システムからの電力供給を変化させたときの，消費電力の時間的変化の一例を表すグラフである。
【図１１】燃料電池システムからの電力供給を変化させたときの，消費電力の周波数分析結果の一例を表すグラフである。
【図１２】消費電力の時間的変化の一例を表すグラフである。
【図１３】燃料電池システムからの電力供給を変化させたときの，消費電力の時間的変化の一例を表すグラフである。
【図１４】燃料電池システムからの電力供給を変化させたときの，消費電力の時間的変化の一例を表すグラフである。
【図１５】燃料電池システムからの電力供給を変化させたときの，消費電力の周波数分析結果の一例を表すグラフである。
【図１６】本発明の第３実施形態に係る燃料電池・電力系統連系システムを表すブロック図である。
【図１７】本発明の第４実施形態に係る燃料電池・電力系統連系システムを表すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下，図面を参照して，本発明の実施の形態を詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る燃料電池・電力系統連系システムを表す図である。この燃料電池・電力系統連系システムは，燃料電池システム１０，分電盤２０，負荷Ｌ１，Ｌ２，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３を有する。燃料電池システム１０，分電盤２０（電力系統側）から負荷Ｌ１，Ｌ２に電力が供給される。
【００１３】
燃料電池システム１０は，燃料電池１１，ＤＣ−ＤＣコンバータ１２，ＤＣ−ＡＣインバータ１３，フィルタ１４，制御部１５，抽出部１６，リレーＲ１，Ｒ２，電圧検出器ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３，電流検出器ＳＣ１，ブレーカＢＲ１〜ＢＲ３，端子ＴＵ１，ＴＮ１，ＴＶ１を有する。分電盤２０は，電力系統側であり，変圧器に接続される端子ＴＵ２，ＴＮ２，ＴＶ２を有する。
【００１４】
燃料電池１１は，例えば，燃料ガス（水素，炭化水素ガス等）と酸化剤ガス（酸素等）の反応により電力（ＤＣ電圧）を発生する。
【００１５】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１２およびＤＣ−ＡＣインバータ１３の組み合わせは，燃料電池１１から出力される直流電流を第１の周波数（周波数ｆ１）の交流電流に変換して負荷に供給するインバータとして機能する。
ＤＣ−ＤＣコンバータ１２は，燃料電池１１からのＤＣ電圧（直流電流）を昇圧して出力する。
ＤＣ−ＡＣインバータ１３は，ＤＣ−ＤＣコンバータ１２から出力されるＤＣ電圧（直流電流）を，例えば，約２００Ｖで，周波数ｆ１（例えば，５０［Ｈｚ］，６０［Ｈｚ］）のＡＣ電圧（交流電流）に変換する。
【００１６】
フィルタ１４は，ＤＣ−ＡＣインバータ１３から出力されるＡＣ電圧に含まれるノイズ成分（高周波成分）を除去する。
【００１７】
制御部１５は，次の変動制御部，判定部，および停止制御部として機能する。
・インバータから前記負荷に供給されるインバータ側交流電流を前記第１の周波数より小さい第２の周波数で変動させる変動制御部
・抽出される周波数成分を所定の閾値と比較して，前記電流検出部の故障の有無を判定する判定部
・判定部が前記電流検出部が故障していると判断した場合，前記燃料電池を停止させる停止制御部
なお，後述のように，本実施形態では，制御部１５（変動制御部）が，インバータ側電圧（電圧Ｖ１）を変動することで，インバータ側交流電流（電流Ｉ１）を変動させる。
【００１８】
抽出部１６は，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３で検出された電流の測定結果（系統側電流の時間変化）から周波数ｆ２に対応する周波数成分を抽出する。
【００１９】
周波数成分の抽出は，ＣＰＵ（Central Processing Unit），ＭＣＵ（Micro Controller Unit），ＤＳＰ（Digital Signal Processor）による計算により実行できる。計算方法として，図２に示すＦＩＲフィルタ（Finite Impulse Response Filter）を利用できる。ＦＩＲフィルタでは，サンプリング間隔Ｔで入力されるサンプルｘ［ｉ］に係数ａ［ｉ］を乗算し，加算することで，必要な周波数成分ｙ［ｉ］を算出できる。
ｙ［ｎ］＝Σｉ＝０ｍ ａ［ｉ］・ｘ［ｎ−ｉ］
【００２０】
リレーＲ１，Ｒ２は，フィルタ１４からブレーカＢＲ１〜ＢＲ３（端子ＴＵ１，ＴＮ１，ＴＶ１）への電圧の印加の有無を切り替えるスイッチである。
【００２１】
電流検出器ＳＣ１は，リレーＲ２からの電流（端子ＴＶ１から端子ＴＵ１への電流Ｉ１）を検出する。電流検出器ＳＣ１として，例えば，カレント・トランス（ＣＴ）を利用できる。なお，これは，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３でも同様である。
【００２２】
電圧検出器ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３はそれぞれ，ブレーカＢＲ１，ＢＲ３間（端子ＴＵ１，ＴＶ１間）の電圧Ｖ１（インバータ側電圧），ブレーカＢＲ１，ＢＲ２間（端子ＴＵ１，ＴＮ１間）の電圧Ｖ２，ブレーカＢＲ２，ＢＲ３間（端子ＴＮ１，ＴＶ１間）の電圧Ｖ３を検出する。
ブレーカＢＲ１〜ＢＲ３はそれぞれ，端子ＴＵ２，ＴＮ２，ＴＶ２での電流が所定値を越えると電流を切断するスイッチである。
【００２３】
端子ＴＵ１，ＴＮ１，ＴＶ１は，燃料電池システム１０側の単相３線に対応する。端子ＴＵ１，ＴＶ１には，互いに逆位相の電圧が印加され，端子ＴＮ１は，中性線（グランド）に対応する。
【００２４】
端子ＴＵ２，ＴＮ２，ＴＶ２は，変圧器（例えば，柱上トランス）に接続され電力系統側の単相３線に対応する。端子ＴＵ２，ＴＶ２は，互いに逆位相の電圧が印加され，端子ＴＮ２は，中性線（グランド）に対応する。端子ＴＵ２，ＴＮ２間の電圧Ｖ４，端子ＴＮ２，ＴＶ２間のＡＣ電圧Ｖ５の実効値は１００［Ｖ］である。
【００２５】
電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３は，分電盤２０の端子ＴＵ２，ＴＶ２からの電流Ｉ２，Ｉ３を検出するものであり，電力系統から負荷Ｌ１，Ｌ２に供給される系統側電流を検出する電流検出部として機能する。
【００２６】
負荷Ｌ１，Ｌ２は，例えば，電気機器であり，燃料電池システム１０および電力系統の双方から電力が供給される。負荷Ｌ１は，端子ＴＵ１，ＴＵ２および端子ＴＮ１，ＴＮ２に接続される。負荷Ｌ２は，端子ＴＶ１，ＴＶ２および端子ＴＮ１，ＴＮ２に接続される。
【００２７】
燃料電池・電力系統連系システムでは，負荷Ｌ１，Ｌ２が基本的に燃料電池システム１０からの電力で動作し，電力系統からの電力の供給が小さいことが好ましい。一方，燃料電池システム１０から電力系統への送電（逆潮流）は規制（禁止）されている。
【００２８】
従い，燃料電池システム１０では，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３によって，電力系統から負荷Ｌ１，Ｌ２に供給される電流Ｉ２，Ｉ３を測定し，この電流の和（Ｉ２＋Ｉ３）の平均値が０［Ａ］以上となるように（逆潮流が発生しないように），燃料電池１１を制御する。このため，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３が正常に動作することは重要であり，燃料電池システム１０は電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３の故障を検出する機能を有する。
【００２９】
負荷Ｌ１，Ｌ２それぞれの消費電力をＰ１［Ｗ］，Ｐ２［Ｗ］とする。このとき，負荷Ｌ１，Ｌ２それぞれでの電流Ｉ４，Ｉ５は，Ｐ１／Ｖ４，Ｐ２／Ｖ５である。このとき，電流Ｉ２，Ｉ３はそれぞれ，（Ｉ４−Ｉ１），（Ｉ５−Ｉ１）である。電流Ｉ２，Ｉ３の和Ｉ０は次の式で表される。なお，既述のように，電力系統側電圧（電圧Ｖ４，Ｖ５）の実効値を１００［Ｖ］とする。
Ｉ０＝Ｉ２＋Ｉ３
＝Ｉ４＋Ｉ５−２・Ｉ１
＝Ｐ１／Ｖ４＋Ｐ２／Ｖ５−２・Ｉ１
＝（Ｐ１＋Ｐ２）／１００−２・Ｉ１
【００３０】
このように，負荷Ｌ１，Ｌ２での消費電力Ｐ１，Ｐ２に対応して，燃料電池システム１０からの電流Ｉ１を制御することで，逆潮流の発生を防止した状態（Ｉ０≧０）で，燃料電池システム１０から負荷Ｌ１，Ｌ２への電力の供給を大きくすることができる。燃料電池システム１０での電圧Ｖ１（インバータ側電圧）を制御することで，電流Ｉ１の変化が可能である。具体的には，制御部１５がＤＣ−ＤＣコンバータ１２およびＤＣ−ＡＣインバータ１３の一方または双方を制御し，ＤＣ−ＤＣコンバータ１２またはＤＣ−ＡＣインバータ１３からの出力電圧を変化させる。
【００３１】
負荷Ｌ１，Ｌ２の消費電力Ｐ１，Ｐ２を，例えば，２００［Ｗ］，５００［Ｗ］とすると，電流Ｉ３，Ｉ４はそれぞれ２［Ａ］，５［Ａ］となる。このとき，電流Ｉ１が３．５［Ａ］以下であれば，逆潮流は発生しない。
【００３２】
電流Ｉ１を３．５［Ａ］とすると，電流Ｉ２，Ｉ３はそれぞれ，−１．５［Ａ］，１．５［Ａ］となる。このとき，電流Ｉ０は０［Ａ］であり逆潮流は発生しない。また，電流Ｉ１を３．２５［Ａ］とすると，電流Ｉ２，Ｉ３はそれぞれ，−１．２５［Ａ］，１．７５［Ａ］となる。このとき，電流Ｉ０は０．５［Ａ］であり逆潮流は発生しない。一方，電流Ｉ１を３．７５［Ａ］とすると，電流Ｉ２，Ｉ３はそれぞれ，−１．７５［Ａ］，１．２５［Ａ］となる。このとき，電流Ｉ０は−０．５［Ａ］であり逆潮流が発生する。
【００３３】
燃料電池システム１０では，制御部１５が電流Ｉ１を所定周波数ｆ２で周期的に変動させる。例えば，電流Ｉ１を３．５［Ａ］，３．２５［Ａ］の間で，周波数ｆ２で変化させる。電流Ｉ１は，３．５［Ａ］，３．２５［Ａ］の２値で切り替えることができる。また，電流Ｉ１を３．５［Ａ］，３．２５［Ａ］の間で連続的に変化させてもよい。
【００３４】
周波数ｆ２は，周波数ｆ１より小さい値，例えば，０．２ｍＨｚ〜１Ｈｚの範囲の値を採用できる。周波数ｆ２が大きいと，負荷Ｌ１，Ｌ２（電気機器）へのノイズ等の原因となる。一方，周波数ｆ２が小さいと電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３の故障の検出に時間を要する。周波数ｆ２の成分を抽出するためには，この周波数ｆ２の周期の繰り返しをサンプリングする必要があるため，小さい周波数の成分（周期の長い成分）の抽出には時間を要する。検知の速度をそれほど問題としなければ，例えば，周波数ｆ２を１ｍＨｚ程度とすることができる。
【００３５】
電流Ｉ２，Ｉ３は，電流Ｉ１に応じて，周期的に変化する。このため，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３で検出された電流から所定周波数ｆ２の成分を抽出することで，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３の故障の有無を判別できる。例えば，抽出された所定周波数ｆ２の成分（周波数成分）のピーク値を閾値と比較することで，故障の有無を検出できる。周波数ｆ２の成分のピーク値の絶対値が閾値より小さければ，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３の検出結果が不備であり，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３に故障が発生していると判定できる。
本実施形態では，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３の双方において，故障を検出しているが，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３の一方のみでの故障を検出してもよい。
【００３６】
なお，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３に故障が発生していると判定した場合，制御部１５は燃料電池１１を停止させ，逆潮流の発生等を防止できる。
【００３７】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施形態を説明する。
図３は本発明の第２実施形態に係る燃料電池・電力系統連系システムを表す図である。この燃料電池・電力系統連系システムは，燃料電池システム１０ａ，分電盤２０，負荷Ｌ１，Ｌ２，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３を有する。
【００３８】
燃料電池システム１０ａは，燃料電池１１，ＤＣ−ＤＣコンバータ１２，ＤＣ−ＡＣインバータ１３，フィルタ１４，制御部１５ａ，抽出部１６，リレーＲ１，Ｒ２，電圧検出器ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３，電流検出器ＳＣ１，ブレーカＢＲ１〜ＢＲ３，端子ＴＵ１，ＴＮ１，ＴＶ１，追加負荷Ｌ３，スイッチＳＷを有する。
【００３９】
追加負荷Ｌ３，スイッチＳＷは，電流Ｉ２，Ｉ３を変動させるためのものである。スイッチＳＷは，追加負荷の前記インバータへの接続の有無を切り替える切替部として機能する。
【００４０】
制御部１５ａは，第１の実施形態と同様，変動制御部，判定部，および停止制御部として機能する。但し，制御部１５ａは，制御信号ＣＳによって，スイッチＳＷ（切替部）を制御することで，インバータ側交流電流（電流Ｉ１）を変動させる。
【００４１】
負荷Ｌ１，Ｌ２の消費電力Ｐ１，Ｐ２を２００［Ｗ］，５００［Ｗ］，電流Ｉ１を３．５［Ａ］とし，追加負荷Ｌ３の消費電力Ｐ３を５０［Ｗ］とする。スイッチＳＷがＯＦＦ状態の場合，電流Ｉ２，Ｉ３はそれぞれ−１．５［Ａ］，１．５［Ａ］である。スイッチＳＷをＯＮ状態とすると，追加負荷Ｌ３に０．２５［Ａ］の電流Ｉ６が流れる。その結果，電流Ｉ２，Ｉ３はそれぞれ−１．２５［Ａ］，１．７５［Ａ］となる。このように追加負荷Ｌ３をＯＮ／ＯＦＦさせても，電流Ｉ２，Ｉ３を変動できる。
【００４２】
図４のグラフＧ１，図５のグラフＧ２ａが，夏の消費電力Ｐ０の時間変化の一例を示すグラフである。グラフＧ１，Ｇ２ａは，横軸のスケールが異なるが，同一のデータである。図５のグラフＧ２ｂは，燃料電池システム１０での制御により消費電力Ｐを変動させた変動電力ΔＰを表す。ここでは，１５分を１周期（周波数ｆ２＝４／（６０＊６０）＝０．００１１Ｈｚ＝１．１１［ｍＨｚ］）として，電力が変化している。図５のグラフＧ２ｃ，図６のグラフＧ３は，電力Ｐと変動電力ΔＰを合計した消費電力Ｐ１（＝Ｐ０＋ΔＰ）を表す。図７のグラフＧ４ａ，Ｇ４ｂはそれぞれ，消費電力Ｐ１，Ｐ０を周波数分析した結果を表す。グラフＧ４ａに示されるように，１．１１［ｍＨｚ］の周波数ｆ２に対応するピークＰＫ１が検出される。
【００４３】
図８のグラフＧ５，図９のグラフＧ６ａが，冬の消費電力Ｐ０の時間変化の一例を示すグラフである。図９のグラフＧ６ｂは，燃料電池システム１０での制御により消費電力Ｐを変動させた変動電力ΔＰを表す。ここでは，１５分を１周期（周波数ｆ２＝１．１１［ｍＨｚ］）として，電力が変化している。図９のグラフＧ６ｃ，図１０のグラフＧ７は，電力Ｐと変動電力ΔＰを合計した消費電力Ｐ１（＝Ｐ０＋ΔＰ）を表す。図１１のグラフＧ８ａ，Ｇ８ｂはそれぞれ，消費電力Ｐ１，Ｐ０を周波数分析した結果を表す。グラフＧ８ａに示されるように，１．１１［ｍＨｚ］の周波数ｆ２に対応するピークＰＫ２が検出される。
【００４４】
図１２のグラフＧ９，図１３のグラフＧ１０ａが，春・秋の消費電力Ｐ０の時間変化の一例を示すグラフである。図１３のグラフＧ１０ｂは，燃料電池システム１０での制御により消費電力Ｐを変動させた変動電力ΔＰを表す。ここでは，１５分を１周期（周波数ｆ２＝１．１１［ｍＨｚ］）として，電力が変化している。図１３のグラフＧ１０ｃ，図１４のグラフＧ１１は，電力Ｐと変動電力ΔＰを合計した消費電力Ｐ１（＝Ｐ０＋ΔＰ）を表す。図１５のグラフＧ１２ａ，Ｇ１２ｂはそれぞれ，消費電力Ｐ１，Ｐ０を周波数分析した結果を表す。グラフＧ１２ａに示されるように，１．１１［ｍＨｚ］の周波数ｆ２に対応するピークＰＫ３が検出される。
【００４５】
以上のように，夏，冬，春・秋（中間期）の何れでも，周波数分析によって，電気機器等の使用状態に起因する消費電力Ｐの時間的変動と分離して，燃料電池システム１０による周波数ｆ２での消費電力Ｐの変動を検出できる。
なお，これらは，文献（「電機」２００８年１０月，頁２１，図４）に示されるデータに基づく，シミュレーションの結果である。即ち，図４，図８，図１２は，この文献の図４に対応している。
【００４６】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施形態を説明する。
図１６は本発明の第３実施形態に係る燃料電池・電力系統連系システムを表す図である。この燃料電池・電力系統連系システムは，燃料電池システム１０ｂ，分電盤２０，負荷Ｌ１，Ｌ２，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３を有する。
【００４７】
燃料電池システム１０ｂは，燃料電池１１，ＤＣ−ＤＣコンバータ１２，ＤＣ−ＡＣインバータ１３，フィルタ１４，制御部１５ｂ，抽出部１６，分析部１７，リレーＲ１，Ｒ２，電圧検出器ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３，電流検出器ＳＣ１，ブレーカＢＲ１〜ＢＲ３，端子ＴＵ１，ＴＮ１，ＴＶ１を有する。
【００４８】
本実施形態は，第１の実施形態に対応し，電圧Ｖ１の実効値を周波数ｆ２で周期的に変動することで，電流Ｉ１，ひいては電流Ｉ２，Ｉ３を周波数ｆ２で周期的に変動させる。
【００４９】
分析部１７は，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３での検出結果（系統側電流の時間的変化）を周波数分析する。即ち，系統側電流を周波数成分毎に分解し，それぞれの周波数成分でのピーク値を算出する。
【００５０】
制御部１５ｂは，第１，第２の実施形態と同様，変動制御部，判定部，および停止制御部として機能する。
【００５１】
さらに，制御部１５ｂは，分析部１７での分析結果に基づき，周波数ｆ２を決定する（決定部として機能する）。例えば，電流Ｉ１を一定（周期的変動しない）状態として，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３によって電力系統側の電流の時間的変化を測定し，ピークの小さい周波数ｆ２を決定する。この結果，制御部１５ｂによる電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３の故障検出の精度を向上できる。
【００５２】
（第４の実施の形態）
本発明の第４の実施形態を説明する。
図１７は本発明の第４実施形態に係る燃料電池・電力系統連系システムを表す図である。この燃料電池・電力系統連系システムは，燃料電池システム１０ｃ，分電盤２０，負荷Ｌ１，Ｌ２，電流検出器ＳＣ２，ＳＣ３を有する。
【００５３】
燃料電池システム１０ｂは，燃料電池１１，ＤＣ−ＤＣコンバータ１２，ＤＣ−ＡＣインバータ１３，フィルタ１４，制御部１５ｂ，抽出部１６，分析部１７，リレーＲ１，Ｒ２，電圧検出器ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３，電流検出器ＳＣ１，ブレーカＢＲ１〜ＢＲ３，端子ＴＵ１，ＴＮ１，ＴＶ１，追加負荷Ｌ３，スイッチＳＷを有する。
【００５４】
本実施形態は，第２の実施形態に対応し，追加負荷Ｌ３を周波数ｆ２で周期的にＯＮ／ＯＦＦすることで，電流Ｉ１，ひいては電流Ｉ２，Ｉ３を周波数ｆ２で周期的に変動させる。この他の点では，本実施形態は第３の実施形態と大きく異なる訳でないので，詳細な説明を省略する。
【００５５】
（その他の実施形態）
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張，変更可能であり，拡張，変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５６】
１０ 燃料電池システム
１１ 燃料電池
１２ ＤＣ−ＤＣコンバータ
１３ ＤＣ−ＡＣインバータ
１４ フィルタ
１５ 制御部
１６ 抽出部
１７ 分析部
２０ 分電盤
ＢＲ１−ＢＲ３， ブレーカ
ＳＣ１−ＳＣ３ 電流検出器
Ｌ１，Ｌ２ 負荷
Ｌ３ 追加負荷
Ｒ１，Ｒ２ リレー
ＳＷ スイッチ
ＴＵ１，ＴＮ１，ＴＶ１ 端子
ＴＵ２，ＴＮ２，ＴＶ２ 端子
ＳＶ１，ＳＶ２，ＳＶ３ 電圧検出器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池と，
前記燃料電池から出力される直流電流を第１の周波数の交流電流に変換して負荷に供給するインバータと，
前記インバータから前記負荷に供給されるインバータ側交流電流を前記第１の周波数より小さい第２の周波数で変動させる変動制御部と，
電力系統から前記負荷に供給される系統側電流を検出する電流検出部で検出される系統側電流から，前記第２の周波数に対応する周波数成分を抽出する抽出部と，
前記抽出される周波数成分を所定の閾値と比較して，前記電流検出部の故障の有無を判定する判定部と，
を具備することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記変動制御部が，インバータ側電圧を変動することで，前記インバータ側交流電流を変動させる
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
追加負荷と，
前記追加負荷の前記インバータへの接続の有無を切り替える切替部と，
前記変動制御部が，前記切替部を制御することで，前記インバータ側交流電流を変動させる
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記電流検出部で検出される系統側電流を周波数分析する分析部と，
前記分析部での周波数分析の結果に基づいて，前記第２の周波数を決定する決定部と，
をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記判定部が，前記電流検出部が故障していると判断した場合，前記燃料電池を停止させる停止制御部，
をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項１】
燃料電池と，
前記燃料電池から出力される直流電流を第１の周波数の交流電流に変換して負荷に供給するインバータと，
前記インバータから前記負荷に供給されるインバータ側交流電流を前記第１の周波数より小さい第２の周波数で変動させる変動制御部と，
電力系統から前記負荷に供給される系統側電流を検出する電流検出部で検出される系統側電流から，前記第２の周波数に対応する周波数成分を抽出する抽出部と，
前記抽出される周波数成分を所定の閾値と比較して，前記電流検出部の故障の有無を判定する判定部と，
を具備することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記変動制御部が，インバータ側電圧を変動することで，前記インバータ側交流電流を変動させる
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
追加負荷と，
前記追加負荷の前記インバータへの接続の有無を切り替える切替部と，
前記変動制御部が，前記切替部を制御することで，前記インバータ側交流電流を変動させる
ことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記電流検出部で検出される系統側電流を周波数分析する分析部と，
前記分析部での周波数分析の結果に基づいて，前記第２の周波数を決定する決定部と，
をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記判定部が，前記電流検出部が故障していると判断した場合，前記燃料電池を停止させる停止制御部，
をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
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【図１１】
【図１２】
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【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−１８６０２７（Ｐ２０１２−１８６０２７Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４８４７８（Ｐ２０１１−４８４７８）
【出願日】平成２３年３月７日（２０１１．３．７）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月７日（２０１１．３．７）
【出願人】（０００００４５４７）日本特殊陶業株式会社 (2,912)
【Ｆターム（参考）】
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