JP2001327100A - Power supply system - Google Patents

Power supply system

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JP2001327100A JP2000143630A JP2000143630A JP2001327100A JP 2001327100 A JP2001327100 A JP 2001327100A JP 2000143630 A JP2000143630 A JP 2000143630A JP 2000143630 A JP2000143630 A JP 2000143630A JP 2001327100 A JP2001327100 A JP 2001327100A
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俊之 伊藤
Naoaki Ishikawa
直明 石川
Masanori Kuki
正憲 九鬼
Naoki Kanie
尚樹 蟹江
Masanori Yabuki
正徳 矢吹
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Osaka Gas Co Ltd
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Osaka Gas Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To supply an independent load with a high quality uninterruptible power having arranged voltage and frequency, while realizing 100% facility utilization rate for a fuel cell power generation system, even during variation of the independent load. SOLUTION: The power supply system comprises a fuel cell power generation system, connected with a DC bus and having a fuel cell outputting a DC power where a plurality of unit cells generating power through reaction of fuel gas and oxidizing agent gas are connected, and a plurality of inverters connected with the DC bus and converting DC power into AC power being supplied to an independent load. At least one inverter has an interlinking operation function with an AC system for supplying excessive power to a commercial system, i.e., the AC system, while preferentially supplying power to the independent load.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料ガスと酸化剤
ガスとの電気化学反応により発電を行なう燃料電池発電
システムを用いた電源システムに係り、特に単独負荷の
変動時にも、燃料電池発電システムの設備利用率100
%を実現しながら、電圧・周波数の揃った高品質かつ無
停電な電力を単独負荷へ供給できるようにした電源シス
テムに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power supply system using a fuel cell power generation system for generating power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas, and more particularly to a power supply system using a fuel cell power generation system even when a single load changes. Equipment utilization rate of 100
The present invention relates to a power supply system capable of supplying high-quality, uninterruptible power with a uniform voltage and frequency to a single load while realizing a single load.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、燃料電池発電システムは、電解
質として例えばリン酸を用い、天然ガス等の原燃料を改
質して得られる燃料ガスと、空気中の酸素等の酸化剤ガ
スとを電気化学的に反応させて直接発電を行なうもので
あり、高い発電効率を得ることができるものである。
2. Description of the Related Art In general, a fuel cell power generation system uses, for example, phosphoric acid as an electrolyte and converts a fuel gas obtained by reforming a raw fuel such as natural gas and an oxidizing gas such as oxygen in the air. Direct power generation is performed by chemical reaction, and high power generation efficiency can be obtained.

【0003】しかも、この燃料電池発電システムは、大
気汚染物質の排出が少なく、騒音も小さいという、環境
性に極めて優れた発電システムとして評価されてきてい
る。
[0003] Moreover, this fuel cell power generation system has been evaluated as a power generation system with extremely low environmental pollutants and low noise, which is extremely environmentally friendly.

【0004】そして、従来から、燃料電池発電システム
は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により発電
を行なう複数台の単電池を接続してなり直流電力を出力
する燃料電池発電システム本体(以下、燃料電池本体と
称する)と、この燃料電池本体からの直流電力を交流電
力に変換する逆変換装置とから構成されており、その交
流発電出力は、逆変換装置から発生する交流電力である
ため、電圧・周波数の揃った高品質な電力を供給するこ
とができるものである。
[0004] Conventionally, a fuel cell power generation system has a fuel cell power generation system (referred to as a fuel cell power generation system) that connects a plurality of cells that generate electric power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas and that outputs DC power. Hereinafter, referred to as a fuel cell body) and an inverter for converting DC power from the fuel cell body to AC power, and the AC power output is AC power generated from the inverter. Therefore, high-quality electric power having a uniform voltage and frequency can be supplied.

【0005】従って、昨今では、高効率で環境性に優れ
た燃料電池発電システムを用いた電源システムを、従来
の無停電電源システム(一般に、CVCF装置、もしく
はUPS装置と称している)の代替手段として使用する
試みが行なわれてきている。
[0005] Therefore, recently, a power supply system using a fuel cell power generation system with high efficiency and excellent environmental performance has been replaced with a conventional uninterruptible power supply system (generally referred to as a CVCF device or a UPS device). Attempts have been made to use it.

【0006】図2は、この種の無停電電源システムの代
替として使用することを目的とした、従来の燃料電池発
電システムを用いた電源システムの一例を示す概略構成
図である。
FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a power supply system using a conventional fuel cell power generation system intended to be used as an alternative to this type of uninterruptible power supply system.

【0007】本電源装置は、常時は交流系統連系運転
で、高効率で優れた環境性を最大限に発揮するために設
備利用率100%を満足しながら、系統停電時において
も単独負荷に電力を供給することを目的としたものであ
る。
[0007] The present power supply unit is always connected to the AC system, and while operating at 100% in order to maximize the efficiency and excellent environmental performance, the power supply unit can be operated with a single load even during a power outage. It is intended to supply electric power.

【0008】すなわち、図2に示すように、燃料電池本
体1は、燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応により
発電を行なう複数台の単電池を直列に接続してなり、直
流電力を出力する。
That is, as shown in FIG. 2, the fuel cell main body 1 is formed by connecting a plurality of cells which generate electric power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas in series, and outputs DC power. I do.

【0009】この燃料電池本体1から発生する直流電力
は、逆変換装置2にて交流電力に変換され、スイッチ3
を経て単独負荷4に、さらにスイッチ5を経て交流系統
6にそれぞれ接続される。
The DC power generated from the fuel cell main body 1 is converted into AC power by an inverse converter 2 and
To the single load 4 and further to the AC system 6 via the switch 5.

【0010】このように構成された燃料電池発電システ
ムを用いた電源システムにおいては、スイッチ3、およ
びスイッチ5の両方を閉とすることで、燃料電池発電シ
ステムは、単独負荷4に電力を供給しつつ、交流系統6
との連系運転を行なう。
In the power supply system using the fuel cell power generation system configured as described above, the fuel cell power generation system supplies power to the single load 4 by closing both the switch 3 and the switch 5. While AC system 6
Connected operation with.

【0011】また、この状態で、交流系統6に異常が発
生すると、スイッチ5を開として、燃料電池本体1の単
独運転に移行し、また燃料電池本体1が故障等で発電不
能となった場合には、逆にスイッチ3を開として、燃料
電池本体1を切り離し、交流系統6から単独負荷4へ電
力を連続的に供給する。
When an abnormality occurs in the AC system 6 in this state, the switch 5 is opened to shift to the independent operation of the fuel cell main body 1, and when the fuel cell main body 1 cannot generate power due to a failure or the like. On the contrary, the switch 3 is opened to disconnect the fuel cell main body 1, and the electric power is continuously supplied from the AC system 6 to the single load 4.

【0012】図3は、無停電電源システムの代替として
使用することを目的とした、従来の燃料電池発電システ
ムを用いた電源システムの他の例を示す概略構成図であ
り、図2と同一部分には同一符号を付してその説明を省
略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing another example of a power supply system using a conventional fuel cell power generation system intended to be used as a substitute for an uninterruptible power supply system. Are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted, and only different portions will be described here.

【0013】本電源システムは、例えばコンピュータや
医療用機器等のように、商用系統である交流系統からの
擾乱も許容しない機器の電源として、始めから燃料電池
本体を交流系統とは切り離して、電圧・周波数の安定し
た単独運転を行なうことを目的としたものである。
The power supply system is used as a power source for a device such as a computer or a medical device that does not allow disturbance from a commercial AC system.・ It is intended to perform isolated operation with stable frequency.

【0014】すなわち、図3に示すように、図2におけ
るスイッチ3、およびスイッチ5を省略し、これに代え
て、半導体を用いた切替スイッチ7を用いて、常時は燃
料電池本体1側に接続されて単独運転を実施し、燃料電
池本体1の故障時等の異常時にのみ、切替スイッチ7に
より交流系統6側に切替えて、交流系統6から単独負荷
4に電力を供給するものである。
That is, as shown in FIG. 3, the switch 3 and the switch 5 in FIG. 2 are omitted, and a switch 7 using a semiconductor is used instead of the switch 3 and is always connected to the fuel cell main body 1 side. Then, the isolated operation is performed, and only when an abnormality such as a failure of the fuel cell body 1 occurs, the switch is switched to the AC system 6 side by the changeover switch 7 to supply power from the AC system 6 to the independent load 4.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ように構成された燃料電池発電システムを用いた電源シ
ステムにおいては、次のような問題点がある。
However, the power supply system using the fuel cell power generation system configured as described above has the following problems.

【0016】すなわち、図2に示すような電源装置の場
合には、燃料電池本体1の設備利用率100%を実現す
ることができ、燃料電池発電システム本来の高効率と優
れた環境性を最大限に発揮することができるものの、交
流系統6との連系運転が基本であるため、交流系統6か
らの擾乱を受ける可能性があり、既存のCVCF装置と
同等の電源品質を得ることはできない。
That is, in the case of the power supply device shown in FIG. 2, the utilization factor of the fuel cell main body 1 can be achieved at 100%, and the high efficiency and excellent environmental performance inherent in the fuel cell power generation system can be maximized. Although it can be demonstrated to the maximum extent, it is possible to receive disturbance from the AC system 6 since the interconnection operation with the AC system 6 is fundamental, and it is not possible to obtain the same power supply quality as the existing CVCF device. .

【0017】また、図3に示すような電源装置の場合に
は、燃料電池本体1の単独運転が基本であるため、電源
品質は既存のCVCF装置と同等のものを得ることがで
きるが、常時、単独負荷4の変動に伴なった部分負荷運
転しか行なうことができず、燃料電池発電システム本来
の特徴である高効率と優れた環境性を最大限に発揮する
ことができない。
In the case of the power supply device as shown in FIG. 3, since the fuel cell body 1 is basically operated independently, the power supply quality can be equivalent to that of the existing CVCF device. In addition, only the partial load operation accompanying the fluctuation of the single load 4 can be performed, and the high efficiency and the excellent environmental performance, which are the inherent features of the fuel cell power generation system, cannot be maximized.

【0018】本発明の目的は、単独負荷の変動時にも、
燃料電池発電システムの設備利用率100%を実現しな
がら、電圧・周波数の揃った高品質かつ無停電な電力を
単独負荷へ供給することが可能な電源システムを提供す
ることにある。
It is an object of the present invention to provide a method for controlling a single load even when the load varies.
It is an object of the present invention to provide a power supply system capable of supplying high-quality and uninterrupted power having a uniform voltage and frequency to a single load while realizing a 100% utilization factor of a fuel cell power generation system.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1の発明では、燃料ガスと酸化剤ガスとの
電気化学反応により発電を行なう複数台の単電池を接続
してなり直流電力を出力する燃料電池を有し、直流母線
に接続された燃料電池発電システムと、直流母線に接続
され、直流電力を交流電力に変換して単独負荷へ供給す
る複数台の逆変換装置とを備え、各逆変換装置のうちの
少なくとも1台は、単独負荷への電力供給を優先しつつ
余剰の電力を商用系統である交流系統へ供給するよう
に、当該交流系統との連系運転機能を有するものとす
る。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a plurality of unit cells for generating electricity by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas are connected. A fuel cell power generation system that has a fuel cell that outputs DC power and is connected to a DC bus, and a plurality of inverters that are connected to the DC bus and convert DC power to AC power and supply it to a single load. And at least one of the inverters is connected to the AC system so as to supply surplus power to the AC system as a commercial system while giving priority to power supply to a single load. Shall be provided.

【0020】従って、請求項1の発明の電源システムに
おいては、複数台の逆変換装置のうちの一部が、交流系
統と連系することなく単独負荷運転を実施しているた
め、特定の単独負荷に対して高品質な電力を供給するこ
とができる。
Therefore, in the power supply system according to the first aspect of the present invention, since a part of the plurality of inverters performs the single load operation without being connected to the AC system, a specific single inverter is operated. High quality power can be supplied to the load.

【0021】一方、残りの少なくとも1台以上の逆変換
装置は、交流系統と連系運転を行なうことにより、単独
負荷の変動分を交流系統への電力供給として吸収し、常
時高品質な電力供給運転を優先しながら、燃料電池発電
システムとしては設備利用率100%を実現することが
できることになる。
On the other hand, at least one or more of the remaining inverters perform the interconnection operation with the AC system, thereby absorbing the fluctuation of the single load as the power supply to the AC system, and constantly supplying high-quality power. While giving priority to the operation, the fuel cell power generation system can achieve a capacity factor of 100%.

【0022】また、この系統連系用の逆変換装置の容量
が、トータルとして燃料電池発電システムの直流出力の
100%を変換可能であれば、単独負荷が無負荷になっ
た場合にも、連続100%運転を行なうことができる。
In addition, if the capacity of the inverter for the system interconnection can convert 100% of the DC output of the fuel cell power generation system in total, even if the single load becomes no load, 100% operation can be performed.

【0023】また、請求項2の発明では、上記請求項1
の発明の電源システムにおいて、直流母線に接続され、
直流電力を一定の直流電圧・電流となるように変換して
単独直流負荷へ供給する少なくとも1台の直流/直流変
換器を付加する。
According to the second aspect of the present invention, the first aspect is provided.
In the power supply system of the invention, the power supply system is connected to a DC bus,
At least one DC / DC converter for converting DC power into a constant DC voltage / current and supplying the DC power to a single DC load is added.

【0024】従って、請求項2の発明の電源システムに
おいては、上記請求項1の発明に加えて、時々刻々変化
する燃料電池発電システムの直流出力を、少なくとも1
台の直流/直流変換器によって一定の直流電圧・電流と
なるような高品質の直流電力として、単独直流負荷へ供
給することができる。
Therefore, in the power supply system according to the second aspect of the present invention, in addition to the first aspect of the present invention, the DC output of the fuel cell power generation system that changes every moment is at least one.
The DC / DC converters can supply high-quality DC power of a constant DC voltage and current to a single DC load.

【0025】さらに、請求項3の発明では、上記請求項
2の発明の電源システムにおいて、直流母線に接続さ
れ、交流電力を直流電力に変換する少なくとも1台の順
変換装置を付加し、燃科電池発電システムの直流出力が
単独負荷の容量よりも少なくなった場合に、交流系統か
らの交流電力を順変換装置にて直流電力に変換し燃科電
池発電システムの直流出力に加えて単独負荷へ供給する
ようにする。
According to a third aspect of the present invention, in the power supply system according to the second aspect of the present invention, at least one forward conversion device connected to the DC bus and converting AC power to DC power is added. When the DC output of the battery power generation system becomes smaller than the capacity of the single load, the AC power from the AC system is converted to DC power by the forward converter and added to the DC output of the fuel cell power generation system to the single load. To supply.

【0026】従って、請求項3の発明の電源システムに
おいては、上記請求項2の発明に加えて、交流電力を直
流電力に変換する少なくとも1台の順変換装置を設ける
ことにより、燃料電池発電システムの故障や点検時等
で、燃料電池発電システムの直流出力が単独負荷の容量
よりも少なくなった場合にも、交流系統から逆に電力の
供給を受け、高品質電力の単独負荷への供給をさらに無
停電化することができる。
Therefore, in the power supply system according to the third aspect of the present invention, in addition to the second aspect of the invention, at least one forward conversion device for converting AC power to DC power is provided, so that the fuel cell power generation system is provided. Even if the DC output of the fuel cell power generation system becomes smaller than the capacity of the single load due to failure or inspection of the power supply, the power supply is reversed from the AC system to supply high-quality power to the single load. Furthermore, uninterrupted power can be provided.

【0027】また、請求項4の発明では、上記請求項3
の発明の電源システムにおいて、燃料電池発電システム
と連系するように直流母線に接続され、直流電力を出力
する太陽電池,バッテリー等の直流電力供給設備を付加
する。
[0027] According to the invention of claim 4, the above-mentioned claim 3 is provided.
In the power supply system according to the invention, DC power supply equipment such as a solar cell and a battery connected to the DC bus so as to be connected to the fuel cell power generation system and outputting DC power is added.

【0028】従って、請求項4の発明の電源システムに
おいては、上記請求項3の発明に加えて、太陽電池やバ
ッテリー等の直流電力供給設備と燃料電池発電システム
とを直流で連系して、無停電直流母線を形成することが
可能となり、高品質電力の単独負荷への供給をさらによ
り一層無停電化することができる。
Therefore, in the power supply system according to the fourth aspect of the present invention, in addition to the third aspect of the present invention, a DC power supply system such as a solar cell or a battery and a fuel cell power generation system are interconnected by DC. An uninterruptible DC bus can be formed, and supply of high-quality power to a single load can be further uninterrupted.

【0029】さらに、請求項5の発明では、上記請求項
4の発明の電源システムにおいて、各逆変換装置からの
交流電力と交流系統からの交流電力とをそれぞれ各別に
入力し、通常時は逆変換装置からの交流電力を、また逆
変換装置の故障等の異常時には交流系統からの交流電力
を単独負荷へ供給するように切替えを行なう切替スイッ
チを付加する。
According to a fifth aspect of the present invention, in the power supply system according to the fourth aspect of the present invention, the AC power from each of the inverters and the AC power from the AC system are separately input, and normally the reverse power is supplied. A changeover switch is provided for switching so as to supply AC power from the converter and AC power from the AC system to a single load in the event of an abnormality such as a failure of the inverter.

【0030】従って、請求項5の発明の電源システムに
おいては、上記請求項4の発明に加えて、高品質な電力
を供給する単独負荷用の逆変換装置からの交流電力と交
流系統からの交流電力とを切替スイッチで高速に切替え
ることにより、逆変換装置の故障等の異常時には、交流
系統からの交流電力による電力供給でバックアップする
ことが可能となり、単独負荷用の逆変換装置の故障等の
異常に対しても電力供給を行なって、完全な無停電電源
を実現することができる。
Therefore, in the power supply system according to the fifth aspect of the present invention, in addition to the fourth aspect of the present invention, the AC power from the independent load inverter and the AC power from the AC system for supplying high-quality power are provided. By switching between the power and the switching switch at a high speed, in the event of an abnormality such as a failure of the inverter, it is possible to back up with power supplied by the AC power from the AC system, and the failure of the inverter for a single load, etc. By supplying power even in the event of an abnormality, a complete uninterruptible power supply can be realized.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて図面を参照して詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0032】図1は、本実施の形態による燃料電池発電
システムを用いた電源システムの一例を示す概略構成図
である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a power supply system using the fuel cell power generation system according to the present embodiment.

【0033】図1において、複数台の単電池を直列にま
たは直列かつ並列に接続してなり直流電力を出力する燃
料電池本体11と、直流電力を出力する太陽電池12、
充電可能なバッテリ13等の直流電力供給設備とを、そ
れぞれ直流母線14に接続して直流発電システムを構成
している。
In FIG. 1, a fuel cell body 11 which connects a plurality of cells in series or in series and in parallel to output DC power, a solar cell 12 which outputs DC power,
DC power supply equipment such as a rechargeable battery 13 is connected to the DC bus 14 to form a DC power generation system.

【0034】一方、直流母線14には、直流電力を交流
電力に変換して図示しない単独負荷へ高品質な電力を供
給する自立運転専用の複数台の逆変換装置15を接続し
ている。
On the other hand, the DC bus 14 is connected to a plurality of inverters 15 dedicated to independent operation for converting DC power into AC power and supplying high-quality power to a single load (not shown).

【0035】また、直流母線14には、図示しない単独
負荷への電力供給を優先しつつ余剰の電力を商用系統で
ある交流系統16へ供給するように、当該交流系統16
との連系運転機能を有する系統連系用順/逆変換装置1
7を接続している。
The AC bus 16 is connected to the DC bus 14 so that excess power is supplied to the AC system 16 which is a commercial system while giving priority to power supply to a single load (not shown).
Forward / reverse converter 1 for system interconnection with interconnection operation function
7 is connected.

【0036】すなわち、系統連系用順/逆変換装置17
は、通常時、すなわち燃料電池本体11を中核とした直
流発電システム全体の直流出力(総発電電力量)が、直
接接続される単独負荷の容量を上回っている場合には、
余剰の交流電力を交流系統16へ供給し、逆に直流発電
システム全体の直流出力(総発電電力量)が、直接接続
される単独負荷の容量を下回っている場合には、順変換
装置として機能し、交流系統16からの交流電力を直流
電力に変換し、直流発電システムの直流出力(総発電電
力量)に加えて単独負荷へ供給するようになっている。
That is, the forward / reverse conversion device 17 for system interconnection
Is normal, that is, when the DC output (total generated power amount) of the entire DC power generation system with the fuel cell main body 11 as a core exceeds the capacity of a single load directly connected,
When the surplus AC power is supplied to the AC system 16 and the DC output (total power generation) of the entire DC power generation system is less than the capacity of the directly connected single load, the device functions as a forward conversion device. Then, the AC power from the AC system 16 is converted into DC power, and is supplied to a single load in addition to the DC output (total generated power amount) of the DC power generation system.

【0037】さらに、直流母線14には、直流電力を一
定の直流電圧・電流となるように変換して図示しない単
独直流負荷へ供給する少なくとも1台の直流/直流変換
器18を接続している。
Further, the DC bus 14 is connected to at least one DC / DC converter 18 for converting DC power into a constant DC voltage / current and supplying the DC power to a single DC load (not shown). .

【0038】さらにまた、各逆変換装置15の出力側に
は、当該各逆変換装置15からの交流電力と、交流系統
16からの交流電力とをそれぞれ各別に入力し、これら
の切替えを行なう切替スイッチ19を設けている。
Further, the AC power from each of the inverters 15 and the AC power from the AC system 16 are separately input to the output side of each of the inverters 15, and switching is performed to switch between them. A switch 19 is provided.

【0039】すなわち、切替スイッチ19は、通常時
は、逆変換装置15からの交流電力を、また逆変換装置
15の故障等の異常時には、交流系統16からの交流電
力をバックアップのために単独負荷へ供給するように高
速に切替えを行なうようになっている。
That is, the changeover switch 19 normally supplies the AC power from the inverter 15 and, in the event of an abnormality such as a failure of the inverter 15, the AC power from the AC system 16 as a single load for backup. The switching is performed at a high speed so that the power is supplied to the power supply.

【0040】次に、以上のように構成した本実施の形態
の電源システムの作用について説明する。
Next, the operation of the power supply system according to the present embodiment configured as described above will be described.

【0041】図1において、燃料電池本体11と、太陽
電池12と、バッテリ13は、それぞれ直流母線14に
直流電力を出力する。
In FIG. 1, a fuel cell main body 11, a solar cell 12, and a battery 13 output DC power to a DC bus 14, respectively.

【0042】すなわち、燃料電池本体11を中核とした
直流発電システム全体は、高効率・環境性等、その特徴
を最大限発揮できるように、可能な範囲で常時再大出力
運転を実施している。
That is, the entire DC power generation system with the fuel cell main body 11 as the core always performs a re-high output operation as much as possible so as to maximize its features such as high efficiency and environmental performance. .

【0043】一方、各逆変換装置15は、交流系統16
からは完全に独立して自立運転を行ない、電圧・周波数
の整った高品質な交流電力を、コンピュータ、医療機器
等の単独負荷(重要負荷)へ供給する。
On the other hand, each inverter 15 is provided with an AC system 16
, Performs independent operation completely independently, and supplies high-quality AC power with regulated voltage and frequency to single loads (important loads) such as computers and medical equipment.

【0044】また、電圧・電流が一定の直流電力を必要
とする直流単独負荷に対しては、直流/直流変換器18
によって高品質な直流電力を供給する。
For a DC-only load requiring a constant DC power with a constant voltage and current, the DC / DC converter 18
To supply high quality DC power.

【0045】しかし、これらの単独負荷は、常に一定と
は限らず、時々刻々変化していくため、上記直流発電シ
ステム全体の総発電電力量が余剰となったり、また場合
によっては不足する可能性がある。
However, since these single loads are not always constant and change every moment, there is a possibility that the total amount of generated power of the entire DC power generation system becomes excessive or insufficient in some cases. There is.

【0046】そのため、この電力の余剰/不足について
は、交流系統16に連系している系統連系用順/逆変換
装置17により連続的に調整して、発電出力(発電電
力)を最大かつ一定に維持する。
Therefore, the surplus / deficiency of the electric power is continuously adjusted by the grid connection forward / inverting device 17 connected to the AC system 16 so that the generated output (generated power) is maximized. Keep constant.

【0047】なお、この系統連系用順/逆変換装置17
は、その容量を、接続する単独負荷の容量以上としてお
くことにより、燃料電池本体11を始めとする直流発電
システム側に異常があった場合でも、必要な高品質な電
力の供給を継続することができる。
The forward / reverse converter 17 for the system interconnection
Is to keep the supply of the required high-quality power even when the DC power generation system including the fuel cell body 11 has an abnormality by setting the capacity to be equal to or larger than the capacity of the connected single load. Can be.

【0048】すなわち、系統連系用順/逆変換装置17
は、この高品質な電源装置をさらに無停電電源装置化す
る役目も担っている。
That is, the forward / reverse conversion device 17 for system interconnection
Also plays a role in further converting this high-quality power supply into an uninterruptible power supply.

【0049】しかし、高品質な電力の供給を目的とした
逆変換装置15が故障した場合には、単独負荷に対する
無停電化は達成されなくなる。
However, when the inverter 15 for supplying high-quality power fails, the uninterruptible operation for the single load cannot be achieved.

【0050】そのため、このような場合には、逆変換装
置15の出力側に設けられた切替スイッチ19を用い
て、交流系統16からの交流電力をバックアップとして
単独負荷へ供給する。
Therefore, in such a case, the switching power supply 19 provided on the output side of the inverter 15 supplies the AC power from the AC system 16 to the single load as a backup.

【0051】上述したように、本実施の形態の電源シス
テムでは、以下のような種々の効果を得ることができ
る。
As described above, the power supply system according to the present embodiment can provide the following various effects.

【0052】(a)逆変換装置15が、交流系統16と
連系することなく単独負荷運転を行なっているため、特
定の単独負荷に対して高品質な電力を供給することが可
能となる。また、系統連系用順/逆変換装置17は、交
流系統16と連系運転を行なうことにより、単独負荷の
変動分を交流系統16への電力供給として吸収し、常時
高品質な電力供給運転を優先しながら、燃料電池発電シ
ステムとしては設備利用率100%を実現することが可
能となる。さらに、この系統連系用順/逆変換装置17
の容量が、トータルとして燃料電池本体11の直流出力
の100%を変換可能であれば、単独負荷が無負荷にな
った場合にも、連続100%運転を行なうことが可能と
なる。
(A) Since the inverter 15 performs single-load operation without being connected to the AC system 16, high-quality electric power can be supplied to a specific single load. Further, the forward / reverse conversion device 17 for system interconnection performs the interconnection operation with the AC system 16 so as to absorb the fluctuation of the single load as the electric power supply to the AC system 16, and always perform the high-quality electric power supply operation. , The fuel cell power generation system can achieve a facility utilization of 100%. Further, the forward / reverse conversion device 17 for system interconnection
If the total capacity can convert 100% of the DC output of the fuel cell main body 11, continuous 100% operation can be performed even when the single load becomes no load.

【0053】すなわち、交流系統16からは完全に独立
した、電圧・周波数の整った高品質な交流電力および高
品質な直流電力を、コンピュータや医療機器等の単独負
荷へ供給することができる一方、燃料電池発電システム
が本来持っている、高効率・省エネルギー性や優れた環
境性を最大限に発揮すべく、その時点での可能な限りの
再大出力運転を行なうことが可能となる。
In other words, high-quality AC power and high-quality DC power, which are completely independent of the AC system 16 and whose voltage and frequency are adjusted, can be supplied to a single load such as a computer or medical equipment. In order to maximize the high efficiency, energy saving, and excellent environmental performance inherent in the fuel cell power generation system, it is possible to perform as large an output operation as possible at that time.

【0054】(b)時々刻々変化する燃料電池発電シス
テムの直流出力を、直流/直流変換器18によって一定
の直流電圧・電流となるような高品質の直流電力とし
て、単独直流負荷へ供給することが可能となる。
(B) The DC output of the fuel cell power generation system, which changes every moment, is supplied to a single DC load by the DC / DC converter 18 as high-quality DC power so as to have a constant DC voltage and current. Becomes possible.

【0055】(c)系統連系用順/逆変換装置17を設
けることにより、燃料電池本体11の故障や点検時等
で、燃料電池本体11の直流出力が単独負荷の容量より
も少なくなった場合にも、交流系統16から逆に電力の
供給を受け、高品質電力の単独負荷への供給をさらに無
停電化することが可能となる。
(C) By providing the forward / reverse converter 17 for system interconnection, the DC output of the fuel cell main body 11 becomes smaller than the capacity of the single load due to failure or inspection of the fuel cell main body 11. Also in this case, the supply of power from the AC system 16 is reversed, and the supply of high-quality power to a single load can be further uninterrupted.

【0056】(d)太陽電池12やバッテリー13等の
直流電力供給設備と燃料電池本体11とを直流で連系し
て、無停電直流母線を形成することができるため、高品
質電力の単独負荷への供給をさらにより一層無停電化す
ることが可能となる。
(D) Since uninterruptible DC buses can be formed by connecting DC power supply equipment such as the solar cell 12 and the battery 13 and the fuel cell body 11 with DC, a single load of high-quality power can be obtained. Supply to the power supply can be further reduced.

【0057】(e)高品質な電力を供給する単独負荷用
の逆変換装置15からの交流電力と、交流系統16から
の交流電力とを切替スイッチ19で高速に切替えること
により、逆変換装置15の故障等の異常時には、交流系
統16からの交流電力による電力供給でバックアップす
ることができるため、単独負荷用の逆変換装置15の故
障等の異常に対しても電力供給を行なって、完全な無停
電電源を実現することが可能となる。
(E) By switching the AC power from the independent load inverter 15 for supplying high-quality power and the AC power from the AC system 16 at high speed with the switch 19, the inverter 15 is switched. In the event of a failure such as a failure, power can be backed up by the supply of AC power from the AC system 16, so that power is also supplied to a failure such as the failure of the inverter 15 for a single load and complete It is possible to realize an uninterruptible power supply.

【0058】すなわち、直流母線14および高品質交流
電力供給ラインは、発電出力と交流系統16の2重系と
なって、無停電化を達成することが可能となる。
That is, the DC bus 14 and the high-quality AC power supply line become a dual system of the power generation output and the AC system 16, so that the uninterruptible power supply can be achieved.

【0059】以上により、燃料電池発電システムを可能
な限り最大出力で運転して、高品質かつ無停電な電力を
単独負荷へ供給することができる、極めて優れた燃料電
池発電システムを得ることができる。
As described above, it is possible to obtain an extremely excellent fuel cell power generation system capable of operating the fuel cell power generation system at the maximum possible output and supplying high-quality and uninterrupted power to a single load. .

【0060】(他の実施の形態) (a)前記実施の形態では、直流電力を出力する直流電
力供給設備として、太陽電池12、バッテリー13を備
える場合について説明したが、これに限らず、直流電力
を出力する直流電力供給設備として、その他の手段を備
えるようにしてもよい。
(Other Embodiments) (a) In the above-described embodiment, a case has been described in which the solar cell 12 and the battery 13 are provided as DC power supply equipment for outputting DC power. However, the present invention is not limited to this. Other means may be provided as DC power supply equipment for outputting power.

【0061】(b)前記実施の形態では、交流系統16
との連系運転を行なうための手段として、系統連系用順
/逆変換装置17を備え、燃料電池本体11を中核とし
た直流発電システム全体の直流出力(総発電電力量)と
単独負荷の容量との大小関係に基づいて、系統連系用順
/逆変換装置17を、順変換装置または逆変換装置とし
て機能させる場合について説明したが、これに限らず、
順変換装置と逆変換装置とをそれぞれ備えるようにして
もよい。
(B) In the above embodiment, the AC system 16
As means for performing the interconnection operation with the system, a forward / inverting device 17 for system interconnection is provided, and the DC output (total power generation amount) of the entire DC power generation system with the fuel cell main body 11 at the core and the load of the single load A case has been described in which the forward / reverse converter 17 for system interconnection is caused to function as a forward converter or an inverse converter based on the magnitude relationship with the capacity. However, the present invention is not limited to this.
A forward conversion device and an inverse conversion device may be provided.

【0062】[0062]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電源シス
テムによれば、単独負荷の変動時にも、燃料電池発電シ
ステムの設備利用率100%を実現しながら、電圧・周
波数の揃った高品質かつ無停電な電力を単独負荷へ供給
することが可能となる。
As described above, according to the power supply system of the present invention, even when a single load fluctuates, a high quality battery with a uniform voltage and frequency can be achieved while achieving a 100% utilization factor of the fuel cell power generation system. In addition, it is possible to supply uninterrupted power to a single load.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による電源システムの一実施の形態を示
す概略構成図。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a power supply system according to the present invention.

【図2】従来の電源システムの一例を示す概略構成図。FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing an example of a conventional power supply system.

【図3】従来の電源システムの他の例を示す概略構成
図。
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing another example of a conventional power supply system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…燃料電池本体、 12…太陽電池、 13…バッテリ、 14…直流母線、 15…逆変換装置、 16…交流系統、 17…系統連系用順/逆変換装置、 18…直流/直流変換器、 19…切替スイッチ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Fuel cell main body, 12 ... Solar cell, 13 ... Battery, 14 ... DC bus, 15 ... Inverter, 16 ... AC system, 17 ... Forward / reverse converter for system interconnection, 18 ... DC / DC converter , 19 ... Changeover switch.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 俊之 東京都港区海岸一丁目5番20号 東京瓦斯 株式会社内 (72)発明者 石川 直明 東京都港区海岸一丁目5番20号 東京瓦斯 株式会社内 (72)発明者 九鬼 正憲 大阪府大阪市中央区平野町四丁目1番2号 大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者 蟹江 尚樹 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 矢吹 正徳 東京都港区芝浦一丁目1番1号 株式会社 東芝本社事務所内 Fターム(参考) 5G015 GA08 JA10 JA24 JA53 JA64 5G066 CA09 DA08 HB06 HB07 HB09 JB03 5H420 BB14 CC03 CC06 DD03 EA47 EB37 EB39  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Toshiyuki Ito 1-5-20 Kaigan, Minato-ku, Tokyo Inside Tokyo Gas Co., Ltd. (72) Inventor Naoaki Ishikawa 1-5-20 Kaigan, Minato-ku, Tokyo Tokyo Gas Inside (72) Inventor Masanori Kuki 4-1-2, Hirano-cho, Chuo-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Inside Osaka Gas Co., Ltd. (72) Inventor Naoki Kanie 2-4, Suehirocho, Tsurumi-ku, Yokohama, Kanagawa In the Toshiba Keihin Plant (72) Inventor Masanori Yabuki 1-1-1 Shibaura, Minato-ku, Tokyo F-term in the head office of Toshiba Corporation (reference) 5G015 GA08 JA10 JA24 JA53 JA64 5G066 CA09 DA08 HB06 HB07 HB09 JB03 5H420 BB14 CC03 CC06 DD03 EA47 EB37 EB39

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 燃料ガスと酸化剤ガスとの電気化学反応
により発電を行なう複数台の単電池を接続してなり直流
電力を出力する燃料電池を有し、直流母線に接続された
燃料電池発電システムと、 前記直流母線に接続され、直流電力を交流電力に変換し
て単独負荷へ供給する複数台の逆変換装置とを備え、 前記各逆変換装置のうちの少なくとも1台は、前記単独
負荷への電力供給を優先しつつ余剰の電力を商用系統で
ある交流系統へ供給するように、当該交流系統との連系
運転機能を有していることを特徴とする電源システム。
1. A fuel cell system comprising: a plurality of unit cells for generating power by an electrochemical reaction between a fuel gas and an oxidizing gas; and a fuel cell for outputting DC power, the fuel cell being connected to a DC bus. And a plurality of inverters connected to the DC bus and converting DC power to AC power and supplying the AC power to a single load, wherein at least one of the inverters is the single load. A power supply system having an interconnection operation function with the AC system so as to supply surplus power to an AC system which is a commercial system while giving priority to power supply to the AC system.
【請求項2】 前記請求項1に記載の電源システムにお
いて、 前記直流母線に接続され、直流電力を一定の直流電圧・
電流となるように変換して単独直流負荷へ供給する少な
くとも1台の直流/直流変換器を付加して成ることを特
徴とする電源システム。
2. The power supply system according to claim 1, wherein said power supply system is connected to said DC bus and converts DC power to a constant DC voltage
A power supply system characterized by adding at least one DC / DC converter for converting a current to a current and supplying it to a single DC load.
【請求項3】 前記請求項2に記載の電源システムにお
いて、 前記直流母線に接続され、交流電力を直流電力に変換す
る少なくとも1台の順変換装置を付加し、 前記燃科電池発電システムの直流出力が前記単独負荷の
容量よりも少なくなった場合に、前記交流系統からの交
流電力を前記順変換装置にて直流電力に変換し前記燃科
電池発電システムの直流出力に加えて単独負荷へ供給す
るようにしたことを特徴とする電源システム。
3. The power supply system according to claim 2, further comprising at least one forward conversion device connected to the DC bus and converting AC power to DC power. When the output is smaller than the capacity of the single load, the AC power from the AC system is converted to DC power by the forward converter and is supplied to the single load in addition to the DC output of the fuel cell power generation system. A power supply system characterized in that:
【請求項4】 前記請求項3に記載電源システムシステ
ムにおいて、 前記燃料電池発電システムと連系するように前記直流母
線に接続され、直流電力を出力する太陽電池,バッテリ
ー等の直流電力供給設備を付加して成ることを特徴とす
る電源システム。
4. The power supply system according to claim 3, wherein DC power supply equipment such as a solar cell or a battery connected to the DC bus so as to be connected to the fuel cell power generation system and outputting DC power is provided. A power supply system characterized by being added.
【請求項5】 前記請求項4に記載の電源システムにお
いて、 前記各逆変換装置からの交流電力と前記交流系統からの
交流電力とをそれぞれ各別に入力し、通常時は前記逆変
換装置からの交流電力を、また前記逆変換装置の故障等
の異常時には前記交流系統からの交流電力を前記単独負
荷へ供給するように切替えを行なう切替スイッチを付加
して成ることを特徴とする電源システム。
5. The power supply system according to claim 4, wherein the AC power from each of the inverters and the AC power from the AC system are individually input, and the power from the inverter is normally input. A power supply system characterized by further comprising a changeover switch for performing switching so as to supply AC power and AC power from the AC system to the single load when an abnormality such as a failure of the inverter occurs.
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