JP6629683B2 - 発電システム及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、発電システム及びその制御方法に関する。

近年、供給電力を安定化させるために、複数の発電装置を備える発電システムを、需要家施設に設置させることが普及しつつある。このような発電システムでは、発電装置から商用電力系統（以下「電力系統」と略記する）へ逆潮流する電流を検出するために、逆潮流検出用の電流センサが設置される。

コストを削減するために及び電流センサを設置するスペースを削減するために、電流センサの数は、少ない方がよい。そこで、複数の発電装置を備える発電システムにおいて、１つの電流センサを複数の発電装置で共有することで、電流センサの数を１つにする発電システムが開示されている（特許文献１）。

特開２０１６−１９４３１号公報

ところで、電流センサによって逆潮流を検出した際は、逆潮流を迅速に低減させることが望まれる。１つの電流センサを複数の発電装置で共有する発電システムでも、１つの電流センサによって逆潮流を検出した際に、複数の発電装置の出力電力を迅速に変動させ、逆潮流を迅速に低減させることが望まれる。

かかる点に鑑みてなされた本発明の目的は、出力電力を迅速に変動させることができる発電システムを提供することにある。

本発明の一実施形態に係る発電システムは、第１発電装置と、該第１発電装置と負荷との間に設置される第２発電装置と、電力系統と前記第１発電装置との間に設置される電流センサとを備える。前記第１発電装置は、前記電流センサから取得した電流値に基づき、前記第１発電装置の第１発電電力が、前記第２発電装置の第２発電電力以上となるように、前記第１発電電力及び前記第２発電電力を決定し、さらに、第１信号経路を経由して決定した前記第２発電電力で発電するよう前記第２発電装置に指示する第１制御部を備える。前記第２発電装置は、前記第１信号経路を経由して前記指示を取得すると、前記第２発電電力で発電するように制御する第２制御部を備える。前記第１制御部は、前記電流値によって前記電力系統への逆潮流電力を検出した際に、前記第１発電電力が前記逆潮流電力よりも大きい場合、前記第１発電電力を低減させる。
本発明の一実施形態に係る発電システムは、第１発電装置と、該第１発電装置と負荷との間に設置される第２発電装置と、電力系統と前記第１発電装置との間に設置される電流センサとを備える。前記第１発電装置は、前記電流センサから取得した電流値に基づき、前記第１発電装置の第１発電電力が、前記第２発電装置の第２発電電力以上となるように、前記第１発電電力及び前記第２発電電力を決定し、さらに、第１信号経路を経由して決定した前記第２発電電力で発電するよう前記第２発電装置に指示する第１制御部を備える。前記第２発電装置は、前記第１信号経路を経由して前記指示を取得すると、前記第２発電電力で発電するように制御する第２制御部を備える。前記第１制御部は、前記電流値によって前記電力系統への逆潮流電力を検出した際に、前記第１発電電力が前記逆潮流電力よりも小さい場合、前記第２発電装置からの電力出力を停止させる信号を、前記第１信号経路とは異なる第２信号経路を経由して前記第２発電装置に送信する。

また、本発明の一実施形態に係る発電システムの制御方法は、第１発電装置と、該第１発電装置と負荷との間に設置される第２発電装置と、電力系統と前記第１発電装置との間に設置される電流センサとを備える発電システムの制御方法である。該制御方法は、前記第１発電装置によって、前記電流センサから取得した電流値に基づき、前記第１発電装置の第１発電電力が、前記第２発電装置の第２発電電力以上となるように、前記第１発電電力及び前記第２発電電力を決定するステップと、前記第１発電装置によって、決定した前記第２発電電力で発電するように、第１信号経路を経由して前記第２発電装置に指示を送信するステップと、前記第２発電装置によって、前記第１信号経路を経由して前記指示を取得すると、前記第２発電電力で発電させるステップと、前記第１発電装置によって、前記電流値により前記電力系統への逆潮流電力を検出した際に、前記第１発電電力が前記逆潮流電力よりも大きい場合、前記第１発電電力を低減させるステップとを含む。
本発明の一実施形態に係る発電システムの制御方法は、第１発電装置と、該第１発電装置と負荷との間に設置される第２発電装置と、電力系統と前記第１発電装置との間に設置される電流センサとを備える発電システムの制御方法である。該制御方法は、前記第１発電装置によって、前記電流センサから取得した電流値に基づき、前記第１発電装置の第１発電電力が、前記第２発電装置の第２発電電力以上となるように、前記第１発電電力及び前記第２発電電力を決定するステップと、前記第１発電装置によって、決定した前記第２発電電力で発電するように、第１信号経路を経由して前記第２発電装置に指示を送信するステップと、前記第２発電装置によって、前記第１信号経路を経由して前記指示を取得すると、前記第２発電電力で発電させるステップと、前記第１発電装置によって、前記電流値により前記電力系統への逆潮流電力を検出した際に、前記第１発電電力が前記逆潮流電力よりも小さい場合、前記第２発電装置からの電力出力を停止させる信号を、前記第１信号経路とは異なる第２信号経路を経由して前記第２発電装置に送信するステップとを含む。

本発明の実施形態に係る発電システム及びその制御方法によれば、出力電力を迅速に変動させることができる。

本発明の一実施形態に係る発電システムの概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る発電システム内の各燃料電池装置の出力電力及び負荷の消費電力の一例を示す図である。 発電システム内の各燃料電池装置の出力電力及び負荷の消費電力の図２に示す状態からの変化の一例を示す図である。 発電効率を考慮して第１発電電力及び第２発電電力を決定した場合の各燃料電池装置の出力電力の図３に示す状態からの変化の一例を示す図である。 劣化の進行度合いを同等にすることを考慮して第１発電電力及び第２発電電力を決定した場合の各燃料電池装置の出力電力の図３に示す状態からの変化の一例を示す図である。 発電システム内の各燃料電池装置の出力電力及び負荷の消費電力の図２に示す状態からの変化の一例を示す図である。 発電システム内の各燃料電池装置の出力電力及び負荷の消費電力の図６に示す状態からの変化の一例を示す図である。 比較例に係る発電システム内の各燃料電池装置の出力電力及び負荷の消費電力の一例を示す図である。 比較例に係る発電システム内の各燃料電池装置の出力電力及び負荷の消費電力の図８に示す状態からの変化の一例を示す図である。 比較例に係る発電システム内の各燃料電池装置の出力電力及び負荷の消費電力の図９に示す状態からの変化の一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る発電システムの動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下では、特許請求の範囲における「発電装置」を燃料電池装置であるものとして説明するが、これに限定されない。電流センサと通信できる発電装置であれば燃料電池装置以外の発電装置でもよく、例として、蓄電装置、ガスタービン発電装置及び風力発電装置等が挙げられる。

［システム構成］
図１に示す発電システム１００は、需要家施設に設置されるものであり、電力系統３００に接続され、負荷２００に電力を供給する。図１において、各機能ブロックを結ぶ実線は電力線を示し、破線は制御線及び信号線を示す。制御線及び信号線が示す接続は、有線接続であってもよいし、無線接続であってもよい。

負荷２００は、需要家施設に設置される電気機器等である。負荷２００は、任意の数の電気機器等であってもよい。負荷２００は、発電システム１００又は電力系統３００から供給される電力を消費する。

発電システム１００は、電流センサ１０と、燃料電池装置（第１発電装置）２０と、燃料電池装置（第２発電装置）３０，４０とを備える。なお、図１に示す発電システム１００は、３つの燃料電池装置２０，３０，４０を備えているが、発電システム１００が備える燃料電池装置の数はこれに限定されず、２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。また、燃料電池装置２０，３０，４０内では、電力線、制御線及び信号線は図示を省略している。

また、本実施形態では、発電システム１００が備える複数の燃料電池装置のうち、１つの燃料電池装置がマスタに設定され、その他の燃料電池装置がスレーブに設定される。本実施形態では、図１に示すように、燃料電池装置２０がマスタに設定され、燃料電池装置３０，４０がスレーブに設定されているものとする。

電流センサ１０は、例えばＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）として構成され、電力系統３００と燃料電池装置２０との間に設置される。電流センサ１０は、電力系統３００から発電システム１００へ流れる電流（順潮流）の値及び発電システム１００から電力系統３００へ流れる電流（逆潮流）の値を検出する。電流センサ１０は、検出した電流値を、マスタである燃料電池装置２０に送信する。

燃料電池装置２０，３０，４０は、固体酸化物形燃料電池装置（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ Ｏｘｉｄｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）及び固体高分子形燃料電池装置（ＰＥＦＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）等である。

マスタである燃料電池装置２０は、電流センサ１０から取得した電流値に基づき、燃料電池装置２０，３０，４０全体の発電電力が、負荷２００の消費電力に追従するように、燃料電池装置２０，３０，４０のそれぞれの発電電力を決定する。マスタである燃料電池装置２０は、スレーブである燃料電池装置３０，４０に対し、決定した発電電力で発電するよう指示する。燃料電池装置２０は、発電部２１と、補機部２２と、電力変換部２３と、通信部２４と、記憶部２５と、制御部（第１制御部）２６とを備える。

発電部２１は、補機部２２から供給される燃料（例えば、所定割合で配合されたガス、空気及び改質水）によって電気化学反応を生起させ、直流電力を発電する。発電部２１は、発電した直流電力を、電力変換部２３に供給する。

補機部２２は、発電部２１を発電させるために必要な周辺機器であり、例えば、ガス処理部、空気処理部及び改質水処理部等を含む。

電力変換部２３は、発電部２１から供給される直流電力を交流電力に変換する。電力変換部２３は、変換後の交流電力を負荷２００に供給する。

通信部２４は、通信経路（第１信号経路）を経由して、燃料電池装置３０，４０と通信する。また、通信部２４は、電流センサ１０と通信する。

記憶部２５は、燃料電池装置２０の処理に必要な情報及び燃料電池装置２０の各機能を実現する処理内容を記述したプログラムを記憶している。

制御部２６は、燃料電池装置２０全体を制御及び管理するものであり、例えばプロセッサ等である。

制御部２６は、電流センサ１０が検出した電流値を、通信部２４を介して取得する。制御部２６は、取得した電流値に基づき、負荷２００の消費電力に追従するように、マスタである燃料電池装置２０の発電電力（以下「第１発電電力」という）及びスレーブである各燃料電池装置３０，４０の発電電力（以下「第２発電電力」という）を決定する。なお、制御部２６は、スレーブである各燃料電池装置３０，４０に対して、それぞれ異なる第２発電電力を決定してもよい。従って、本実施形態では、便宜的に、制御部２６によって燃料電池装置３０に対して決定される第２発電電力を「第２発電電力Ａ」と表記し、制御部２６によって燃料電池装置４０に対して決定される第２発電電力を「第２発電電力Ｂ」と表記する。

制御部２６は、第１発電電力及び第２発電電力Ａ，Ｂを決定すると、自装置（燃料電池装置２０）においては、決定した第１発電電力で発電するように、電力変換部２３等を制御する。また、制御部２６は、スレーブである燃料電池装置３０に対して、通信部２４を介し、通信経路を経由して、決定した第２発電電力Ａで発電するように指示する。また、スレーブである燃料電池装置４０に対して、通信部２４を介し、通信経路を経由して、決定した第２発電電力Ｂで発電するように指示する。この通信経路は、例えば、無線経路である。また、この通信経路における通信は、所定の通信プロトコルによって規定されている。

また、制御部２６は、スレーブである燃料電池装置３０からの電力出力を可能にする際は、燃料電池装置３０からの電力出力を可能にするためのデジタル信号“Ｈ”を、信号経路（第２信号経路）Ａを経由して、燃料電池装置３０に出力する。また、制御部２６は、スレーブである燃料電池装置３０からの電力出力を停止させる際は、燃料電池装置３０からの電力出力を停止させるためのデジタル信号“Ｌ”を、信号経路Ａを経由して、燃料電池装置３０に出力する。同様に、制御部２６は、スレーブである燃料電池装置４０からの電力出力を可能にする際は、燃料電池装置４０からの電力出力を可能にするためのデジタル信号“Ｈ”を、信号経路（第２信号経路）Ｂを経由して、燃料電池装置４０に出力する。また、制御部２６は、スレーブである燃料電池装置４０からの電力出力を停止させる際は、燃料電池装置４０からの電力出力を停止させるためのデジタル信号“Ｌ”を、信号経路Ｂを経由して、燃料電池装置３０に出力する。

ここで、信号経路Ａ，Ｂは、通信経路のような発電電力等の運転情報を伝搬する通信とは異なり、単に“Ｈ”又は“Ｌ”となるデジタル信号を伝搬する経路である。そのため、信号経路Ａは、燃料電池装置２０と燃料電池装置３０とを接続する有線経路であってよく、同様に、信号経路Ｂは、燃料電池装置２０と燃料電池装置４０とを接続する有線経路であってよい。さらに、信号経路Ａ，Ｂにおけるデジタル信号の伝搬では、制御部２６による所定の通信プロトコルに関する処理を行わなくてもよい。従って、信号経路Ａ，Ｂにおけるデジタル信号の伝搬速度は、通信経路における通信速度よりも、高速となる。制御部２６の処理の詳細については後述する。

スレーブである燃料電池装置３０，４０は、マスタである燃料電池装置２０からの指示に基づき、電力を発電する。燃料電池装置３０は、発電部３１と、補機部３２と、電力変換部３３と、通信部３４と、記憶部３５と、制御部（第２制御部）３６とを備える。また、燃料電池装置４０は、発電部４１と、補機部４２と、電力変換部４３と、通信部４４と、記憶部４５と、制御部（第２制御部）４６とを備える。このように、燃料電池装置３０，４０は、燃料電池装置２０と同様の構成を採用することができるが、そのような構成に限定されるものではなく、それぞれ種々の構成を採用してもよい。以下の説明においては、燃料電池装置２０，３０，４０は、同様の構成であるものとする。

燃料電池装置３０の発電部３１、補機部３２、電力変換部３３及び記憶部３５は、燃料電池装置２０の発電部２１、補機部２２、電力変換部２３及び記憶部３５と同様の機能であるため、説明を省略する。同様に、燃料電池装置４０の発電部４１、補機部４２、電力変換部４３及び記憶部４５は、燃料電池装置２０の発電部２１、補機部２２、電力変換部２３及び記憶部２５と同様の機能であるため、説明を省略する。

通信部３４は、燃料電池装置２０，４０と通信する。通信部４４は、燃料電池装置２０，３０と通信する。

制御部３６は、燃料電池装置３０全体を制御及び管理するものであり、例えばプロセッサにより構成することができる。制御部３６は、燃料電池装置２０から、通信部３４を介し通信経路を経由して、第２発電電力Ａで発電するよう指示を取得すると、指示された第２発電電力Ａで発電するように、電力変換部３３等を制御する。同様に、制御部４６は、燃料電池装置２０から、通信部４４を介し通信経路を経由して、第２発電電力Ｂで発電するよう指示を取得すると、指示された第２発電電力Ｂで発電するように、電力変換部４３等を制御する。

また、制御部３６は、燃料電池装置２０から、デジタル信号“Ｈ”を、信号経路Ａを経由して取得すると、燃料電池装置３０からの電力出力を可能にするために、電力変換部３３を起動させる。同様に、制御部４６は、燃料電池装置２０から、デジタル信号“Ｈ”を、信号経路Ｂを経由して取得すると、燃料電池装置４０からの電力出力を可能にするために、電力変換部４３を起動させる。

また、制御部３６は、燃料電池装置２０から、デジタル信号“Ｌ”を、信号経路Ａを経由して取得すると、燃料電池装置３０からの電力出力を停止させるために、電力変換部３３を停止させる。同様に、制御部４６は、燃料電池装置２０から、デジタル信号“Ｌ”を、信号経路Ｂを経由して取得すると、燃料電池装置４０からの電力出力を停止させるために、電力変換部４３を停止させる。

以下、マスタである燃料電池装置２０の制御部２６の処理の詳細について説明する。なお、以後の説明において、燃料電池装置２０，３０，４０の定格電力は３ｋＷであるものとする。

制御部２６は、電流センサ１０から取得した電流値に基づき、逆潮流電力を生じさせないように、かつ第１発電電力が第２発電電力Ａ，Ｂ以上（第１発電電力≧第２発電電力Ａ，Ｂ）となるように、第２発電電力Ａ，Ｂ及び第１発電電力を決定する。なお、逆潮流電力は、電流センサ１０から取得される電流値と、電力系統３００の電圧値とを乗算することで算出される。制御部２６は、自装置に対しては、決定した第１発電電力で発電するように、電力変換部２３等を制御する。また、制御部２６は、スレーブである燃料電池装置３０，４０に対しては、通信部２４を介し通信経路を経由して、それぞれ、決定した第２発電電力Ａ，Ｂで発電するように指示する。この制御による燃料電池装置２０，３０，４０の出力電力の一例を、図２を用いて説明する。

図２に、発電システム１００内の各燃料電池装置２０、３０，４０の出力電力及び負荷２００の消費電力の一例を示す。図２の例では、負荷２００の消費電力が７ｋＷである。そのため、制御部２６は、負荷２００の消費電力７ｋＷに対して逆潮流電力を生じさせないように、かつ第１発電電力が第２発電電力Ａ，Ｂ以上となるように、第１発電電力を３ｋＷ、第２発電電力Ａを３ｋＷ及び第２発電電力Ｂを１ｋＷに決定している。この決定により、燃料電池装置２０からの出力電力は３ｋＷとなり、燃料電池装置３０からの出力電力は３ｋＷとなり、燃料電池装置４０からの出力電力は１ｋＷとなっている。さらに、図２の例では、燃料電池装置３０，４０からの電力出力を可能にするために、制御部２６によって、デジタル信号“Ｈ”が、それぞれ、信号経路Ａを経由して燃料電池装置３０に出力され、信号経路Ｂを経由して燃料電池装置４０に出力されている。

燃料電池装置は、一般に、定格電力で定格運転を行うと、発電効率が高くなる。従って、制御部２６は、「第１発電電力≧第２発電電力Ａ，Ｂ」の関係を満たしつつ、定格電力で定格運転を行うように、第１発電電力及び第２発電電力Ａ，Ｂを決定してもよい。図２の例では、制御部２６によって、燃料電池装置２０の第１発電電力及び燃料電池装置３０の第２発電電力Ａが定格電力３ｋＷと同一値に決定されている。これにより、燃料電池装置２０，３０は、定格電力で定格運転を行うことができるため、燃料電池装置２０，３０の発電効率を高めることができる。これに対し、燃料電池装置の発電効率よりも、発電システム１００の寿命を延ばすために、各燃料電池装置２０，３０，４０の劣化の進行度合いが同等となるよう考慮して、第１発電電力及び第２発電電力Ａ，Ｂを決定してもよい。この場合、制御部２６は、「第１発電電力≧第２発電電力Ａ，Ｂ」の関係を満たしつつ、各燃料電池装置２０，３０，４０の発電電力が同等となるように、第１発電電力及び第２発電電力Ａ，Ｂを決定する。このとき、図２の例では、制御部２６は、第１発電電力を２．４ｋＷ、第２発電電力Ａを２．３ｋＷ、第２発電電力Ｂを２．３ｋＷに決定してもよい。これにより、燃料電池装置２０，３０，４０の発電電力は同等となるため、燃料電池装置２０，３０，４０の劣化の進行度合いは同等となる。

また、制御部２６は、負荷２００の消費電力が低下した際は、電流センサ１０から取得した電流値によって、電力系統３００への逆潮流電力が生じていることを検出する。その場合、制御部２６は、第１発電電力の方が、電力系統３００への逆潮流電力よりも大きいか否か判定する。

制御部２６は、電力系統３００への逆潮流電力を検出した際に、第１発電電力の方が逆潮流電力よりも大きいと判定した場合、第１発電電力を低減させるよう制御し、電力系統３００への逆潮流電力を低減させる。この制御による燃料電池装置２０，３０，４０の出力電力の変化の一例を、図３を用いて説明する。

図３に、発電システム１００内の各燃料電池装置２０、３０，４０の出力電力及び負荷２００の消費電力の図２に示す状態からの変化の一例を示す。図３の例では、負荷２００の消費電力が図２に示す７ｋＷから、６．６ｋＷに低下している。このため、負荷２００の消費電力が低下したことで生じる逆潮流電力は０．４ｋＷとなる。従って、制御部２６は、燃料電池装置２０の図２に示す第１発電電力３ｋＷの方が、逆潮流電力０．４ｋＷよりも大きいと判定する。そのため、制御部２６は、第１発電電力を低減させるよう制御し、電力系統３００への逆潮流電力を低減させる。この制御部２６の制御によって、図３の例では、第１発電電力は２．６ｋＷに低減され、これにより、電力系統３００への逆潮流電力は０ｋＷと低減されている。

このように、制御部２６は、電力系統３００への逆潮流電力を検出した際に、第１発電電力の方が逆潮流電力よりも大きいと判定した場合、自装置の第１発電電力を低減させて対処する。つまり、制御部２６は、通信経路を経由してスレーブである燃料電池装置３０，４０に発電電力を低減するよう指示するのではなく、自装置の発電電力を低減させる。これにより、通信経路における通信にかかる時間を削減することができるため、逆潮流電力を検出した際に、発電システム１００からの出力電力を迅速に低下させることができる。

制御部２６は、電力系統３００への逆潮流電力を低減させた後、再び、第１発電電力が第２発電電力Ａ，Ｂ以上となるように、第１発電電力及び第２発電電力Ａ，Ｂを決定する。この制御において、制御部２６は、発電効率を考慮して第１発電電力及び第２発電電力Ａ，Ｂを決定してもよいし、各燃料電池装置２０，３０，４０の劣化の進行度合いを同等にすることを考慮して第１発電電力及び第２発電電力Ａ，Ｂを決定してもよい。以下、発電効率を考慮した場合の燃料電池装置２０，３０，４０の出力電力の変化の一例について図４を用いて説明し、劣化の進行度合いを同等にすることを考慮した場合の燃料電池装置２０，３０，４０の出力電力の変化の一例について図５を用いて説明する。

図４に、発電効率を考慮して第１発電電力及び第２発電電力Ａ，Ｂを決定した場合の各燃料電池装置２０、３０，４０の出力電力の図３に示す状態からの変化の一例を示す。図４の例では、制御部２６によって、燃料電池装置２０の第１発電電力及び燃料電池装置３０の第２発電電力Ａが定格電力３ｋＷと同一値に決定されている。これにより、燃料電池装置２０，３０は、定格電力で定格運転を行うことができるため、燃料電池装置２０，３０の発電効率を高くすることができる。

図５に、劣化の進行度合いを同等にすることを考慮して第１発電電力及び第２発電電力Ａ，Ｂを決定した場合の各燃料電池装置２０、３０，４０の出力電力の図３に示す状態からの変化の一例を示す。図５の例では、制御部２６によって、燃料電池装置２０の第１発電電力が２．２ｋＷと決定され、燃料電池装置３０の第２発電電力Ａが２．２ｋＷと決定され燃料電池装置４０の第２発電電力Ｂが２．２ｋＷと決定されている。これにより、燃料電池装置２０，３０，４０の発電電力が同等となるため、燃料電池装置２０，３０，４０の劣化の進行度合いは同等となる。

一方、制御部２６は、電力系統３００への逆潮流電力を検出した際に、第１発電電力の方が逆潮流電力よりも小さいと判定した場合、スレーブである燃料電池装置３０，４０からの電力出力を停止させる。このとき、制御部２６は、逆潮流電力の値に応じて、燃料電池装置３０又は４０の何れか１つの燃料電池装置からの電力出力を停止させるか、燃料電池装置３０及び４０の両方の燃料電池装置からの電力出力を停止させる。制御部２６は、燃料電池装置３０からの電力出力を停止させる場合は、燃料電池装置３０からの電力出力を停止させるためのデジタル信号“Ｌ”を、信号経路Ａを経由して、燃料電池装置３０に出力する。同様に、制御部２６は、燃料電池装置４０からの電力出力を停止させる場合は、燃料電池装置４０からの電力出力を停止させるためのデジタル信号“Ｌ”を、信号経路Ｂを経由して、燃料電池装置４０に出力する。この制御による燃料電池装置２０，３０，４０の出力電力の変化の一例について図６を用いて説明する。

図６に、発電システム内の各燃料電池装置の出力電力及び負荷の消費電力の図２に示す状態からの変化の一例を示す図である。図６の例では、負荷２００の消費電力が、図２に示す７ｋＷから図６に示す２ｋＷへと、大幅に減っている。このため、負荷２００の消費電力が低下したことで生じる逆潮流電力は５ｋＷとなる。従って、制御部２６は、燃料電池装置２０の図２に示す第１発電電力３ｋＷの方が、逆潮流電力５ｋＷよりも小さいと判定する。また、逆潮流電力５ｋＷは、図２に示す燃料電池装置３０，４０の電力出力の合計４ｋＷよりも大きい。そのため、制御部２６は、燃料電池装置３０及び４０の両方の燃料電池装置からの電力出力を停止させるためのデジタル信号“Ｌ”を燃料電池装置３０，４０に出力し、燃料電池装置３０，４０からの電力出力を停止させている。

上述のように、制御部２６は、燃料電池装置３０，４０からの電力出力を停止させる際は、信号経路Ａ，Ｂにおいて単に“Ｌ”となるデジタル信号を出力すればよく、所定の通信プロトコルに関する処理を行わなくてもよい。つまり、信号経路Ａ，Ｂにおけるデジタル信号“Ｌ”の伝搬速度は、通信経路における通信速度よりも、高速である。従って、図６の例のように負荷２００の消費電力が大幅に低下した場合、本実施形態では、“Ｌ”となるデジタル信号を出力し、燃料電池装置３０，４０からの電力出力を停止させることで、発電システム１００からの出力電力を迅速に低下させることができる。

なお、図６では、燃料電池装置３０及び４０の両方の燃料電池装置からの電力出力を停止させても、依然として１ｋＷの逆潮流電力が生じている。このように、燃料電池装置３０及び４０の両方の燃料電池装置からの電力出力を停止させても、依然として逆潮流電力が生じる場合、制御部２６は、自装置での発電電力である第１発電電力を低減するよう制御する。この制御による燃料電池装置２０，３０，４０の出力電力の変化の一例について図７を用いて説明する。

図７に、発電システム内の各燃料電池装置の出力電力及び負荷の消費電力の図６に示す状態からの変化の一例を示す図である。図７の例では、第１発電電力は３ｋＷ（図６参照）から２ｋＷに低減されている。これにより、電力系統３００への逆潮流電力は０ｋＷになっている。

このように、本実施形態では、燃料電池装置３０，４０の両方の燃料電池装置からの電力出力を停止させても、依然として逆潮流電力が生じる場合には、制御部２６によって第１発電電力を低減させて、電力系統３００への逆潮流電力を低減させている。ここで、燃料電池装置では、出力電力を低減させる際は、出力電力を増加させる際とは異なり、要する時間が少なくて済む。これは、燃料電池装置では、出力電力を増加させる際は、発電部に含まれるセルスタックへの負荷を軽減するために、時間をかけて発電量を上げていかなければならないのに対し、出力電力を低減させる際は、単に電力変換部を停止させればよいためである。つまり、本実施形態に係る発電システム１００では、燃料電池装置２０からの電力出力を低減させることで、時間をかけずに図６に示す状態から図７に示す状態に移行することができる。そのため、本実施形態に係る発電システム１００では、時間をかけずに逆潮流電力を低減させることができる。以下、この効果を、比較例を用いて説明する。

（比較例）
図８に、比較例に係る発電システム１００ａ内の各燃料電池装置２０ａ、３０ａ，４０ａの出力電力及び負荷２００の消費電力の一例を示す。図７の例でも、図２の例と同様に、負荷２００の消費電力は、７ｋＷである。しかしながら、図７の例では、図２の例とは異なり、第１発電電力が第２発電電力Ａ，Ｂ未満となるように、第１発電電力及び第２発電電力Ａ，Ｂが決定されている。つまり、マスタである燃料電池装置２０の出力電力は１ｋＷであり、スレーブである燃料電池装置３０，４０の出力電力は、それぞれ、３ｋＷとなっている。

次に、図８に示す状態において、図６の例と同様に、負荷２００の消費電力が２ｋＷに大幅に低下し逆潮流電力が発生したため、燃料電池装置３０ａ，４０ａからの電力出力を停止させた状態を、図９に示す。図９では、図６の例と同様に、燃料電池装置２０ａから燃料電池装置３０ａ，４０ａに対し、デジタル信号“Ｌ”が出力され、燃料電池装置３０ａ，４０ａからの電力出力が停止させられている。しかしながら、図９の例では、図７の例とは異なり、電力系統３００から発電システム１００ａへ、１ｋＷの順潮流電力が生じている。この順潮流電力を低減させるために、燃料電池装置２０ａは、出力電力を１ｋＷから２ｋＷに増加させる。この際の発電システム１００ａ内の燃料電池装置２０ａ，３０ａ，４０ａの出力電力及び負荷２００の消費電力の一例を図１０に示す。

図１０に、比較例に係る発電システム１００ａ内の各燃料電池装置２０ａ，３０ａ，４０ａの出力電力及び負荷２００の消費電力の図９に示す状態からの変化の一例を示す。図１０の例では、燃料電池装置２０ａの出力電力が２ｋＷに増加され、順潮流電力が０ｋＷとなっている。

上述のように、燃料電池装置では、出力電力を増加させる際は、出力電力を低減させる際とは異なり、時間がかかる。従って、比較例に係る発電システム１００ａでは、時間をかけて図９に示す状態から図１０に示す状態に移行する。そのため、比較例に係る発電システム１００ａでは、図９に示すような順潮流電力が生じている時間、つまり、電力会社（電力系統３００）から電力を買っている時間が長くなる。従って、比較例に係る発電システム１００ａでは、負荷２００の消費電力の低下によって発生する逆潮流電力を低減させる際に、多くの電力を買電することになる。そのため、比較例に係る発電システム１００ａでは、効率良く逆潮流電力を低減させることができない。これに対し、本実施形態に係る発電システム１００では、時間をかけずに、図６に示す状態から図７に示す状態に移行する。従って、本実施形態に係る発電システム１００では、比較例のように多くの電力を買電しなくてもよいため、効率良く逆潮流電力を低減させることができる。

［システム動作］
本発明の一実施形態に係る発電システム１００の動作の一例について、図１１を用いて説明する。

マスタである燃料電池装置２０では、制御部２６が、電流センサ１０が検出した電流値を、通信部２４を介して取得する。制御部２６は、取得した電流値に基づき、逆潮流電力を生じさせないように、かつ第１発電電力が第２発電電力Ａ，Ｂ以上となるように、第１発電電力及び第２発電電力Ａ，Ｂを決定する（ステップＳ１０１）。制御部２６は、自装置に対しては、決定した第１発電電力で発電するように、電力変換部２３等を制御する。また、制御部２６は、スレーブである燃料電池装置３０に対して、通信部２４を介し通信経路を経由して、決定した第２発電電力Ａで発電するように指示する。同様に、制御部２６は、スレーブである燃料電池装置４０に対して、通信部２４を介し通信経路を経由して、決定した第２発電電力Ｂで発電するように指示する。

この後、負荷２００の消費電力が低下した場合、制御部２６は、電流センサ１０から取得した電流値によって、電力系統３００への逆潮流電力が生じていることを検出する（ステップＳ１０２）。すると、制御部２６は、第１発電電力の方が、電力系統３００への逆潮流電力よりも大きいか否か判定する（ステップＳ１０３）。

制御部２６は、第１発電電力の方が電力系統３００への逆潮流電力よりも大きいと判定した場合（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０４の処理に進む。一方、制御部２６は、第１発電電力の方が電力系統３００への逆潮流電力よりも小さいと判定した場合（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、ステップＳ１０６の処理に進む。

ステップＳ１０４の処理では、制御部２６は、第１発電電力を低減させ、電力系統３００への逆潮流電力を低減させるよう制御する。ステップＳ１０４の処理によって電力系統３００への逆潮流電力が低減された後、制御部２６は、再び、第１発電電力が第２発電電力Ａ，Ｂ以上となるように、第１発電電力及び第２発電電力Ａ，Ｂを決定して、制御する（ステップＳ１０５）。

このようにステップＳ１０１〜Ｓ１０４の処理によって、発電システム１００では、逆潮流電力が生じた際に、第１発電電力の方が逆潮流電力よりも大きい場合は、燃料電池装置２０の第１発電電力を低減させて、逆潮流電力を低減させる。つまり、発電システム１００では、通信経路を経由してスレーブである燃料電池装置３０，４０に発電電力を低減するよう指示するのではなく、マスタである燃料電池装置２０の発電電力を低減させる。これにより、通信経路における通信にかかる時間を削減することができるため、発電システム１００では、逆潮流電力を検出した場合に、発電システム１００からの出力電力を迅速に低下させることができる。

ステップＳ１０６の処理では、制御部２６は、スレーブである燃料電池装置３０，４０の電力出力を停止させる。このとき、制御部２６は、逆潮流電力の値に応じて、燃料電池装置３０又は４０の何れか１つの燃料電池装置からの電力出力を停止させるか、燃料電池装置３０及び４０の両方の燃料電池装置からの電力出力を停止させる。制御部２６は、燃料電池装置３０からの電力出力を停止させる場合は、燃料電池装置３０からの電力出力を停止させるためのデジタル信号“Ｌ”を、信号経路Ａを経由して、燃料電池装置３０に出力する。同様に、制御部２６は、燃料電池装置４０からの電力出力を停止させる場合は、燃料電池装置４０からの電力出力を停止させるためのデジタル信号“Ｌ”を、信号経路Ｂを経由して、燃料電池装置４０に出力する。

このようにステップＳ１０１〜Ｓ１０６の処理によって、発電システム１００では、逆潮流電力が生じた際に、第１発電電力の方が逆潮流電力よりも小さい場合は、デジタル信号“Ｌ”によって燃料電池装置３０，４０からの電力出力を停止させる。上述のように、信号経路Ａ，Ｂにおけるデジタル信号“Ｌ”の伝搬速度は、通信経路における通信速度よりも高速である。従って、発電システム１００では、逆潮流電力を検出した際に、発電システム１００からの電力出力を迅速に低下させることができる。

ステップＳ１０７の処理において、制御部２６は、ステップＳ１０６の処理を行っても、依然として逆潮流電力が生じる場合、第１発電電力を低減するよう制御する。上述のように、燃料電池装置では、出力電力を低減させる際は、出力電力を増加させる際とは異なり、要する時間が少なくて済む。従って、発電システム１００では、逆潮流電力を迅速に低減させることができる。

以上のように、本実施形態に係る発電システム１００では、マスタである燃料電池装置２０の制御部２６が、電流センサ１０から取得した電流値に基づき、第１発電電力が、第２発電電力Ａ，Ｂ以上となるように決定する。さらに、制御部２６は、逆潮流電力を検出した際に、第１発電電力の方が逆潮流電力よりも大きい場合は、燃料電池装置３０，４０に通信経路を経由して発電電力を低減させるよう指示するのではなく、燃料電池装置２０の第１発電電力を低減させる。これにより、発電システム１００では、発電システム１００からの電力出力を迅速に低下させることができる。従って、発電システム１００では、発電システム１００からの電力出力を迅速に変動させることができる。

本発明を諸図面や実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形や修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形や修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各構成部、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成部やステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。また、本発明について装置を中心に説明してきたが、本発明は装置が備えるプロセッサにより実行される方法、プログラム、又はプログラムを記録した記憶媒体としても実現し得るものであり、本発明の範囲にはこれらも包含されるものと理解されたい。

１０ 電流センサ
２０ 燃料電池装置（第１発電装置）
３０，４０ 燃料電池装置（第２発電装置）
２１，３１，４１ 発電部
２２，３２，４２ 補機部
２３，３３，４３ 電力変換部
２４，３４，４４ 通信部
２５，３５，４５ 記憶部
２６ 制御部（第１制御部）
３６，４６ 制御部（第２制御部）
２００ 負荷
３００ 電力系統

Claims (6)

1. 第１発電装置と、該第１発電装置と負荷との間に設置される第２発電装置と、電力系統と前記第１発電装置との間に設置される電流センサとを備える発電システムであって、
   前記第１発電装置は、前記電流センサから取得した電流値に基づき、前記第１発電装置の第１発電電力が、前記第２発電装置の第２発電電力以上となるように、前記第１発電電力及び前記第２発電電力を決定し、さらに、第１信号経路を経由して決定した前記第２発電電力で発電するよう前記第２発電装置に指示する第１制御部を備え、
   前記第２発電装置は、前記第１信号経路を経由して前記指示を取得すると、前記第２発電電力で発電するように制御する第２制御部を備え、
   前記第１制御部は、前記電流値によって前記電力系統への逆潮流電力を検出した際に、前記第１発電電力が前記逆潮流電力よりも大きい場合、前記第１発電電力を低減させる、発電システム。
2. 第１発電装置と、該第１発電装置と負荷との間に設置される第２発電装置と、電力系統と前記第１発電装置との間に設置される電流センサとを備える発電システムであって、
   前記第１発電装置は、前記電流センサから取得した電流値に基づき、前記第１発電装置の第１発電電力が、前記第２発電装置の第２発電電力以上となるように、前記第１発電電力及び前記第２発電電力を決定し、さらに、第１信号経路を経由して決定した前記第２発電電力で発電するよう前記第２発電装置に指示する第１制御部を備え、
   前記第２発電装置は、前記第１信号経路を経由して前記指示を取得すると、前記第２発電電力で発電するように制御する第２制御部を備え、
   前記第１制御部は、前記電流値によって前記電力系統への逆潮流電力を検出した際に、前記第１発電電力が前記逆潮流電力よりも小さい場合、前記第２発電装置からの電力出力を停止させる信号を、前記第１信号経路とは異なる第２信号経路を経由して前記第２発電装置に送信する、発電システム。
3. 請求項２に記載の発電システムにおいて、
   前記第１制御部は、前記第２発電装置からの電力出力を停止させても、前記逆潮流電力が生じる場合、前記第１発電電力を低減させる、発電システム。
4. 請求項２又は３に記載の発電システムにおいて、
   前記第２信号経路は、前記第１発電装置と前記第２発電装置とを接続する有線経路である、発電システム。
5. 第１発電装置と、該第１発電装置と負荷との間に設置される第２発電装置と、電力系統と前記第１発電装置との間に設置される電流センサとを備える発電システムの制御方法であって、
   前記第１発電装置によって、前記電流センサから取得した電流値に基づき、前記第１発電装置の第１発電電力が、前記第２発電装置の第２発電電力以上となるように、前記第１発電電力及び前記第２発電電力を決定するステップと、
   前記第１発電装置によって、決定した前記第２発電電力で発電するように、第１信号経路を経由して前記第２発電装置に指示を送信するステップと、
   前記第２発電装置によって、前記第１信号経路を経由して前記指示を取得すると、前記第２発電電力で発電させるステップと、
   前記第１発電装置によって、前記電流値により前記電力系統への逆潮流電力を検出した際に、前記第１発電電力が前記逆潮流電力よりも大きい場合、前記第１発電電力を低減させるステップと、を含む発電システムの制御方法。
6. 第１発電装置と、該第１発電装置と負荷との間に設置される第２発電装置と、電力系統と前記第１発電装置との間に設置される電流センサとを備える発電システムの制御方法であって、
   前記第１発電装置によって、前記電流センサから取得した電流値に基づき、前記第１発電装置の第１発電電力が、前記第２発電装置の第２発電電力以上となるように、前記第１発電電力及び前記第２発電電力を決定するステップと、
   前記第１発電装置によって、決定した前記第２発電電力で発電するように、第１信号経路を経由して前記第２発電装置に指示を送信するステップと、
   前記第２発電装置によって、前記第１信号経路を経由して前記指示を取得すると、前記第２発電電力で発電させるステップと、
   前記第１発電装置によって、前記電流値により前記電力系統への逆潮流電力を検出した際に、前記第１発電電力が前記逆潮流電力よりも小さい場合、前記第２発電装置からの電力出力を停止させる信号を、前記第１信号経路とは異なる第２信号経路を経由して前記第２発電装置に送信するステップと、を含む発電システムの制御方法。

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