JP2004063180A - Power inversion control method of fuel cell power generation apparatus - Google Patents

Power inversion control method of fuel cell power generation apparatus Download PDF

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fuel cell
inverter
output
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power generation
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Bunro Hashimoto
橋本　文朗
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power inversion control method of a fuel cell power generation apparatus, which can always drive a fuel cell in an adequate range without accelerating overs and shorts of a fuel and deterioration of a cell even when transient and static changes of characteristics and deterioration of the amount of the fuel supplied and the cell occur. <P>SOLUTION: An inverter control circuit 26 for controlling an inverter 24 and an output setting device 28 for commanding an output current to a fuel cell control system 22 and the inverter control circuit 26 are provided. An output current I of the fuel cell is operated from a required output and is commanded to the fuel cell control system and the inverter control circuit by the output setting device 28, a flow rate of the fuel and a flow rate of air of the fuel cell power generation apparatus are set to adequate ranges in correspondence to the commanded output current I by the fuel cell control system 22, and an input current of the inverter is controlled by the inverter control circuit 26 so as to consist with the output current I commanded. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池発電設備の逆変換制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融炭酸塩型燃料電池は、高効率かつ環境への影響が少ないなど、従来の発電装置にはない特徴を有しており、水力・火力・原子力に続く発電システムとして注目を集め、現在世界各国で鋭意研究開発が行われている。
【０００３】
特に天然ガスを燃料とする溶融炭酸塩型燃料電池を用いた発電設備（燃料電池発電プラント）では、図３に示すように改質器１０、燃料電池１１、ガスタービン１２、排熱回収熱ボイラ１５等を備え、天然ガス１を脱流器１３で脱流し水蒸気を混入して改質器１０の改質管１０ａに供給し、ここで天然ガス１を水素を含むアノードガス２に改質する。
【０００４】
燃料電池１１では、アノードガス２と酸素を含むカソードガス３とから電気化学的に発電する。燃料電池１１を出たアノード排ガス４とカソード排ガス７の一部７ａは、改質器１０の燃焼室に供給されて燃焼排ガス５を発生する。この燃焼排ガス５は、改質器１０の改質管１０ａを加熱し、改質反応に必要な熱を供給する。
【０００５】
改質器１０を出た燃焼排ガス５は、カソード入口側に供給され、ガスタービン１２から供給される加圧空気６と合流し、カソードガス３となって燃料電池１１のカソード側に供給される。反応後のカソード排ガス７の一部７ｂは、カソード循環ブロア１６によりカソードの上流側にリサイクルされ、残り７ｃは補助燃焼器１４に供給される。補助燃焼器１４は、起動時や部分負荷時に用いられ、天然ガスをカソード排ガスで燃焼し燃焼排ガスでガスタービン１２を駆動する。
【０００６】
ガスタービン１２は、カソード排ガス７ｃ及び燃焼器１４で発生した燃焼排ガスでタービンＴを駆動して圧縮機Ｃで空気を圧縮し、発電機Ｇで発電する。圧縮した加圧空気６は前述の燃料電池１１のカソード側上流に供給される。タービンＴを出た排ガスは、排熱回収ボイラ１５に供給され、ここで水蒸気を発生させたのち系外に放出される。発生した水蒸気８は燃料１に混合され改質器１０における改質反応に用いられる。
【０００７】
上述した燃料電池発電設備において、燃料電池１１（溶融炭酸塩型燃料電池）はアノード側とカソード側とからなり、次のような電極反応が行われる。
【０００８】
アノード反応（負極反応）Ｈ２＋ＣＯ３ ２−→Ｈ２Ｏ＋ＣＯ２＋２ｅ．．（１）
カソード反応（正極反応）ＣＯ２＋１／２Ｏ２＋２ｅ→ＣＯ３ ２−．．（２）
すなわちアノード側では、（１）式により水素ガスとＣＯ３ ２−とから水と炭酸ガスと電荷が生成され、カソード側では、（２）式により炭酸ガスと酸素と電荷とからＣＯ３ ２−が生成される。（１）式右辺はアノードから排出されるアノード排ガス４の成分を表しており、炭酸ガスが含まれている。また（２）式左辺はカソードに供給されるカソードガスの成分を表しており、同じく炭酸ガスが含まれている。このため上述したＣＯ２リサイクルブロア１６により、改質器で発生したＣＯ２ガスを燃料電池のカソード側に供給してカソード反応に利用するようになっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述した燃料電池発電設備において、燃料電池の出力は直流であり、これを逆変換装置（インバータ）で交流出力に変換し、外部に送電する。従来、かかるインバータの制御は、要求出力に応じて、電圧又は出力を制御していた。
【００１０】
図４（Ａ）は、燃料電池の正常時における出力特性図である。この図に示すように、燃料電池が劣化していない正常時においても、電池電圧は電流が増加するに従い、ほぼ直線的に低下する。また、この特性は、供給燃料量や電池の劣化程度によっても変化する。従って、電池電圧による発電出力の制御は従来から困難であった。
【００１１】
そのため、従来は、要求出力に応じて、インバータ出力を制御していた。
【００１２】
しかし、図４（Ａ）に示すように、発電出力は電流が増加するに従い増加するが、ある極大値を持ち、それ以上電流が増加すると発電出力はかえって低下する。また、この特性も供給燃料量や電池の劣化程度によっても変化する。そのため、従来の発電出力制御によるインバータ制御では、過渡的及び静的な電池の特性変化があると、インバーターの出力制御がさらに電池の特性変化を悪化させる方向に働き、燃料の過剰又は不足を引き起こし、発電システム全体の不安定要因となるおそれがあった。
【００１３】
すなわち、図４（Ａ）において、ある要求出力に応じて、インバータ出力Ｗ’を制御する場合、燃料電池出力Ｗは、この図の出力曲線上を上下する。この場合、燃料電池出力Ｗはインバータ出力Ｗ’よりも損失分高い値である。
【００１４】
燃料電池の最大出力時の電流を最大電流Ｉｍａｘとすると、この最大電流Ｉｍａｘより低い適正範囲で燃料電池出力Ｗが変化する限りでは、電池への影響は少ないが、適正範囲を超え、特に最大電流Ｉｍａｘを超えると、過大電流により電池の劣化をはやめるおそれがある。
【００１５】
また、燃料電池の最大電流Ｉｍａｘ及び適正電流範囲は、供給燃料量や電池の劣化程度によっても変化する。例えば、図４（Ｂ）は劣化時の出力特性図であり、正常時（破線で示す）に比べて、電圧変化が大きくなり、最大出力時の最大電流Ｉｍａｘ’は、正常時よりも小さくなる。そのためこの状態で、要求出力に応じてインバータ出力を制御すると、劣化時の最大電流Ｉｍａｘ’を超えて電流を取り出すおそれがある。
【００１６】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、過渡的及び静的な電池の特性変化、及び供給燃料量や電池の劣化がある場合でも、燃料の過・不足や電池の劣化をはやめることなく、常に適正範囲で燃料電池を運転することができる燃料電池発電設備の逆変換制御方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、燃料と空気を用いて発電する燃料電池発電設備（２０）を制御する燃料電池制御系（２２）と、発電された直流電力を交流電力に変換するインバータ（２４）とを備えた燃料電池発電設備の逆変換制御方法であって、インバータを制御するインバータ制御回路（２６）と、燃料電池制御系とインバータ制御回路に出力電流を指令する出力設定器（２８）とを備え、出力設定器（２８）により、要求出力から燃料電池の出力電流Ｉを演算してこれを燃料電池制御系とインバータ制御回路に指令し、燃料電池制御系（２２）により、指令された出力電流Ｉに対応して燃料電池発電設備の燃料流量と空気流量を適正範囲に設定し、インバータ制御回路（２６）により、指令された出力電流Ｉに一致するようにインバータの入力電流を制御する、ことを特徴とする燃料電池発電設備の逆変換制御方法が提供される。
【００１８】
上記本発明の方法によれば、出力設定器（２８）により、要求出力から燃料電池の出力電流Ｉを演算するので、過渡的及び静的な電池の特性変化、及び供給燃料量や電池の劣化がある場合でも、これらの特性を加味した適正範囲で出力電流Ｉを設定することができる。
【００１９】
また、この出力電流Ｉを燃料電池制御系に指令し、燃料電池制御系（２２）により、指令された出力電流Ｉに対応して、上述したアノード反応（１）とカソード反応（２）から、指令された出力電流Ｉに必要な流量とその適正な利用率から燃料流量と空気流量を適正範囲に設定するので、燃料電池を常に適正範囲で運転することができる。
【００２０】
さらに、インバータ制御回路（２６）により、指令された出力電流Ｉに一致するようにインバータの入力電流を制御するので、出力設定器（２８）で設定した出力電流Ｉにインバータの入力電流が制御され、インバータの発電出力を要求出力に一致させることができる。
【００２１】
従って、過渡的及び静的な電池の特性変化、及び供給燃料量や電池の劣化がある場合でも、燃料の過・不足や電池の劣化をはやめることなく、常に適正範囲で燃料電池を運転することができる
本発明の好ましい実施形態によれば、出力設定器（２８）による出力電流Ｉの指令を、燃料電池制御系へ先行し、次いで、同一の出力電流Ｉをインバータ制御回路に指令する。
【００２２】
インバーター自体の電気制御回路の動作は、燃料供給系等のプロセス制御に対してはるかに早い実行速度をもつことから、燃料電池制御系の制御を先行させることにより、燃料供給異常時等のプロセス異常に対して即座に反応量を変化させた後に、インバータ制御回路の制御を実施することにより、インバータ制御時には、燃料電池制御系を先に安定化させることができ、システムの安定性を高めることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には同一の符号を付し重複した説明を省略する。
【００２４】
図１は、本発明の燃料電池発電設備の逆変換制御方法の模式図である。この図に示すように、本発明の燃料電池発電設備の逆変換制御方法では、燃料と空気を用いて発電する燃料電池発電設備２０を制御する燃料電池制御系２２と、発電された直流電力を交流電力に変換するインバータ２４とを備える。
【００２５】
燃料電池発電設備２０は、例えば図３に例示したように、改質器１０、燃料電池１１、ガスタービン１２、排熱回収熱ボイラ１５等を備え、燃料（天然ガス１）を改質し、燃料電池１１で発電するようになっている。
【００２６】
この燃料電池発電設備２０は燃料電池制御系２２により制御される。すなわち、燃料電池発電設備２０は、これを構成する各機器および流路を制御するための制御機器、センサ、流量調節弁等を備えており、こららはすべて燃料電池制御系２２によりプロセス制御され、燃料電池発電設備２０を常に適正範囲で運転する。
【００２７】
インバータ２４は、直流電源から交流電源を得るＤＣ−ＡＣインバータであり、好ましくは入力電流制御が可能なインバータを用いる。なお、インバータの種類により回路上、入力電流制御を行うことが困難な場合には、入力電流の値を交流出力制御回路にフィードバックすることにより、実質的に入力電流制御を実現させてもよい。
【００２８】
本発明の燃料電池発電設備の逆変換制御方法では、インバータ２４を制御するインバータ制御回路２６と、燃料電池制御系２２とインバータ制御回路２６に出力電流を指令する出力設定器２８とを備える。
【００２９】
出力設定器２８は、要求出力から燃料電池の出力電流Ｉを演算してこれを燃料電池制御系とインバータ制御回路に指令する。この出力設定器２８は、過去の運転実績から、過渡的及び静的な電池の特性変化、及び供給燃料量や電池の劣化等を記憶、或いは入力できるようになっており、これらの特性変化を加味して常に適正範囲で燃料電池の出力電流Ｉを演算・設定するようになっている。
【００３０】
また、燃料電池制御系２２では、指令された出力電流Ｉに対応して燃料電池発電設備２０の燃料流量と空気流量を適正範囲に設定し、インバータ制御回路２６により、指令された出力電流Ｉに一致するようにインバータの入力電流を制御する。
【００３１】
すなわち、本発明の方法では、インバータ２４の入力電流の目標値は別の制御回路（出力設定器２８とインバータ制御回路２６）により設定され、同時に燃料供給系２２の制御回路の流量、温度制御の指令値のガイダンスとなる。
【００３２】
図２は、本発明の方法を適用した燃料電池の特性図である。この図において、ある要求出力に応じて、燃料電池の出力電流Ｉが出力設定器２８により演算／設定される。この出力電流Ｉは、燃料電池の正常時には正常時の最大電流Ｉｍａｘ以下、劣化時には劣化時の最大電流Ｉｍａｘ’以下の適正範囲に設定される。従ってこの状態で、燃料電池を運転しても、出力電流Ｉは最大電流Ｉｍａｘ、Ｉｍａｘ’以下の適正範囲にあるので、劣化時の最大電流Ｉｍａｘ’を超えて電流を取り出すおそれが全くないことがわかる。
【００３３】
上述した本発明の方法によれば、出力設定器２８により、要求出力から燃料電池の出力電流Ｉを演算するので、過渡的及び静的な電池の特性変化、及び供給燃料量や電池の劣化がある場合でも、これらの特性を加味した適正範囲で出力電流Ｉを設定することができる。
【００３４】
また、この出力電流Ｉを燃料電池制御系に指令し、燃料電池制御系２２により、指令された出力電流Ｉに対応して、上述したアノード反応（１）とカソード反応（２）から、指令された出力電流Ｉに必要な流量とその適正な利用率から燃料流量と空気流量を適正範囲に設定するので、燃料電池を常に適正範囲で運転することができる。
【００３５】
さらに、インバータ制御回路２６により、指令された出力電流Ｉに一致するようにインバータの入力電流を制御するので、出力設定器２８で設定した出力電流Ｉにインバータの入力電流が制御され、インバータの発電出力を要求出力に一致させることができる。
【００３６】
従って、過渡的及び静的な電池の特性変化、及び供給燃料量や電池の劣化がある場合でも、燃料の過・不足や電池の劣化をはやめることなく、常に適正範囲で燃料電池を運転することができる
また、出力設定器２８による出力電流Ｉの指令を、燃料電池制御系へ先行し、次いで、同一の出力電流Ｉをインバータ制御回路に指令することにより、インバーター自体の電気制御回路の動作が、燃料供給系等のプロセス制御に対してはるかに早い実行速度をもつ場合でも、燃料電池制御系の制御を先行させ、燃料供給異常時等のプロセス異常に対して即座に反応量を変化させた後に、インバータ制御回路の制御を実施することにより、インバータ制御時には、燃料電池制御系を先に安定化させることができ、システムの安定性を高めることができる。
【００３７】
なお本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。また本発明は溶融炭酸塩型燃料電池以外の燃料電池についても適用可能である。
【００３８】
【発明の効果】
上述したように本発明の燃料電池発電設備の逆変換制御方法は、過渡的及び静的な電池の特性変化、及び供給燃料量や電池の劣化がある場合でも、燃料の過・不足や電池の劣化をはやめることなく、常に適正範囲で燃料電池を運転することができる、等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池発電設備の逆変換制御方法の模式図である。
【図２】本発明の方法を適用した燃料電池の特性図である。
【図３】従来の燃料電池発電設備の全体構成図である。
【図４】燃料電池の特性図である。
【符号の説明】
１　燃料、２　アノードガス、３　カソードガス、
４　アノード排ガス、５　燃焼排ガス、６　空気、
７，７ａ，７ｂ，７ｃ　カソード排ガス、８　水蒸気、
１０　改質器、１１　燃料電池、１２　ガスタービン、
１３　脱流器、１４　補助燃焼器、１５　排熱回収熱ボイラ、
１６　カソード循環ブロア、２０　燃料電池発電設備、
２２　燃料電池制御系、２４　インバータ、
２６　インバータ制御回路、２８　出力設定器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an inverse conversion control method for a fuel cell power generation facility.
[0002]
[Prior art]
Molten carbonate fuel cells have features that are not found in conventional power generators, such as high efficiency and low environmental impact, and have attracted attention as a power generation system following hydro, thermal, and nuclear power. R & D is under way.
[0003]
In particular, in a power generation facility (fuel cell power plant) using a molten carbonate fuel cell using natural gas as a fuel, as shown in FIG. 3, a reformer 10, a fuel cell 11, a gas turbine 12, a waste heat recovery heat boiler 15 and the like, the natural gas 1 is discharged by the de-current device 13, mixed with steam and supplied to the reforming tube 10a of the reformer 10, where the natural gas 1 is reformed to the anode gas 2 containing hydrogen. .
[0004]
The fuel cell 11 electrochemically generates power from the anode gas 2 and the cathode gas 3 containing oxygen. The anode exhaust gas 4 and a part 7 a of the cathode exhaust gas 7 that have exited the fuel cell 11 are supplied to the combustion chamber of the reformer 10 to generate the combustion exhaust gas 5. The combustion exhaust gas 5 heats the reforming tube 10a of the reformer 10 and supplies heat required for the reforming reaction.
[0005]
The combustion exhaust gas 5 exiting the reformer 10 is supplied to the cathode inlet side, merges with the pressurized air 6 supplied from the gas turbine 12, becomes the cathode gas 3, and is supplied to the cathode side of the fuel cell 11. . A part 7b of the cathode exhaust gas 7 after the reaction is recycled to the upstream side of the cathode by the cathode circulation blower 16, and the remaining 7c is supplied to the auxiliary combustor 14. The auxiliary combustor 14 is used at the time of start-up or partial load, burns natural gas with cathode exhaust gas, and drives the gas turbine 12 with the combustion exhaust gas.
[0006]
The gas turbine 12 drives the turbine T with the cathode exhaust gas 7c and the combustion exhaust gas generated in the combustor 14, compresses the air with the compressor C, and generates power with the generator G. The compressed pressurized air 6 is supplied to the cathode side upstream of the fuel cell 11 described above. The exhaust gas that has exited the turbine T is supplied to an exhaust heat recovery boiler 15, where the exhaust gas generates steam and is then discharged outside the system. The generated steam 8 is mixed with the fuel 1 and used for the reforming reaction in the reformer 10.
[0007]
In the above-described fuel cell power generation facility, the fuel cell 11 (molten carbonate fuel cell) has an anode side and a cathode side, and the following electrode reactions occur.
[0008]
Anode reaction (negative electrode reaction) H 2 + CO 3 2- → H 2 O + CO 2 + 2e. . (1)
Cathode reaction (cathode reaction) CO 2 + 1 / 2O 2 + 2e → CO 3 2- . . (2)
That is, on the anode side, water, carbon dioxide gas and electric charges are generated from hydrogen gas and CO 3 2- according to equation (1), and on the cathode side, CO 3 2- is obtained from carbon dioxide gas, oxygen and electric charges according to equation (2). Is generated. The right side of the equation (1) represents a component of the anode exhaust gas 4 discharged from the anode, and contains carbon dioxide gas. Further, the left side of the expression (2) represents a component of the cathode gas supplied to the cathode, which also contains carbon dioxide gas. For this reason, the above-mentioned CO 2 recycle blower 16 supplies CO 2 gas generated in the reformer to the cathode side of the fuel cell and uses it for the cathode reaction.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described fuel cell power generation equipment, the output of the fuel cell is direct current, which is converted into an alternating current output by an inverter (inverter) and transmitted to the outside. Conventionally, such inverter control has controlled the voltage or output according to the required output.
[0010]
FIG. 4A is an output characteristic diagram in a normal state of the fuel cell. As shown in this figure, even in a normal state where the fuel cell has not deteriorated, the cell voltage decreases almost linearly as the current increases. This characteristic also changes depending on the amount of fuel supplied and the degree of deterioration of the battery. Therefore, it has been difficult to control the power generation output by the battery voltage.
[0011]
Therefore, conventionally, the inverter output has been controlled according to the required output.
[0012]
However, as shown in FIG. 4A, the power generation output increases as the current increases, but has a certain maximum value, and when the current further increases, the power generation output decreases instead. This characteristic also changes depending on the amount of supplied fuel and the degree of deterioration of the battery. Therefore, in the conventional inverter control based on power generation output control, if there is a transient or static change in the characteristics of the battery, the output control of the inverter works in a direction that further deteriorates the change in the characteristics of the battery, causing excess or insufficient fuel. However, this may be an unstable factor of the entire power generation system.
[0013]
That is, in FIG. 4A, when the inverter output W ′ is controlled in accordance with a certain required output, the fuel cell output W moves up and down on the output curve in FIG. In this case, the fuel cell output W has a value higher than the inverter output W 'by a loss.
[0014]
Assuming that the current at the time of maximum output of the fuel cell is the maximum current Imax, as long as the fuel cell output W changes within an appropriate range lower than the maximum current Imax, the effect on the battery is small, but it exceeds the appropriate range. If it exceeds Imax, the battery may be deteriorated due to an excessive current.
[0015]
Further, the maximum current Imax and the appropriate current range of the fuel cell also change depending on the amount of supplied fuel and the degree of deterioration of the cell. For example, FIG. 4B is an output characteristic diagram at the time of deterioration, in which a voltage change is larger than in a normal state (indicated by a broken line), and a maximum current Imax ′ at a maximum output is smaller than that in a normal state. . Therefore, in this state, if the inverter output is controlled according to the required output, there is a possibility that a current exceeding the maximum current Imax ′ at the time of deterioration may be extracted.
[0016]
The present invention has been made to solve such a problem. In other words, the object of the present invention is to provide a proper range of fuel without excessive or shortage of fuel or deterioration of the battery, even if there is a transient or static change in the characteristics of the battery, and the amount of fuel supplied or the deterioration of the battery. It is an object of the present invention to provide a method for controlling the reverse conversion of a fuel cell power generation facility that can operate a fuel cell using the same.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a fuel cell control system (22) that controls a fuel cell power generation facility (20) that generates power using fuel and air, and an inverter (24) that converts generated DC power into AC power. An inverter control method for controlling an inverter, comprising: an inverter control circuit (26) for controlling an inverter; and an output setting device (28) for commanding an output current to the fuel cell control system and the inverter control circuit. The output setter (28) calculates the output current I of the fuel cell from the required output, and commands this to the fuel cell control system and the inverter control circuit. The output current commanded by the fuel cell control system (22) The fuel flow rate and the air flow rate of the fuel cell power generation equipment are set to appropriate ranges in accordance with I. Control, inverse transformation method for controlling a fuel cell power plant, characterized in that there is provided.
[0018]
According to the method of the present invention, the output setter (28) calculates the output current I of the fuel cell from the required output, so that transient and static changes in the characteristics of the cell, the amount of fuel supplied and the deterioration of the cell are obtained. Even if there is, the output current I can be set within an appropriate range in consideration of these characteristics.
[0019]
Also, the output current I is commanded to the fuel cell control system, and the fuel cell control system (22) outputs the above-described anode reaction (1) and cathode reaction (2) in accordance with the output current I commanded. Since the fuel flow rate and the air flow rate are set in appropriate ranges based on the flow rate required for the commanded output current I and the appropriate utilization rate, the fuel cell can always be operated in the appropriate range.
[0020]
Further, the input current of the inverter is controlled by the inverter control circuit (26) so as to match the commanded output current I, so that the input current of the inverter is controlled to the output current I set by the output setting device (28). In addition, the power generation output of the inverter can be made to match the required output.
[0021]
Therefore, even if there is a transient or static change in the characteristics of the battery, and the amount of supplied fuel or the battery is deteriorated, the fuel cell is always operated in an appropriate range without stopping excess / deficiency of the fuel or deterioration of the battery. According to a preferred embodiment of the present invention, the command of the output current I by the output setter (28) precedes the fuel cell control system and then commands the same output current I to the inverter control circuit.
[0022]
The operation of the electric control circuit of the inverter itself has a much faster execution speed than that of the process control of the fuel supply system. By controlling the inverter control circuit immediately after changing the reaction amount, the fuel cell control system can be stabilized first during inverter control, and the system stability can be improved. it can.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, common members are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0024]
FIG. 1 is a schematic diagram of the reverse conversion control method of the fuel cell power generation equipment of the present invention. As shown in this figure, in the method for controlling the reverse conversion of a fuel cell power generation facility of the present invention, a fuel cell control system 22 that controls a fuel cell power generation facility 20 that generates power using fuel and air, and a generated DC power An inverter 24 for converting into AC power.
[0025]
The fuel cell power generation equipment 20 includes, for example, a reformer 10, a fuel cell 11, a gas turbine 12, an exhaust heat recovery heat boiler 15, and the like, as illustrated in FIG. 3, for example, and reforms fuel (natural gas 1). The fuel cell 11 generates power.
[0026]
The fuel cell power generation equipment 20 is controlled by a fuel cell control system 22. That is, the fuel cell power generation equipment 20 is provided with control devices, sensors, flow rate control valves, and the like for controlling each component and the flow path constituting the fuel cell power generation equipment 20, and all of them are process-controlled by the fuel cell control system 22. The fuel cell power plant 20 is always operated in an appropriate range.
[0027]
The inverter 24 is a DC-AC inverter that obtains AC power from DC power, and preferably uses an inverter that can control input current. If it is difficult to perform input current control on the circuit due to the type of the inverter, the input current control may be substantially realized by feeding back the value of the input current to the AC output control circuit.
[0028]
The reverse conversion control method for a fuel cell power plant of the present invention includes an inverter control circuit 26 for controlling the inverter 24, and an output setting device 28 for instructing the fuel cell control system 22 and the inverter control circuit 26 to output current.
[0029]
The output setting unit 28 calculates the output current I of the fuel cell from the required output, and instructs this to the fuel cell control system and the inverter control circuit. The output setting unit 28 is capable of storing or inputting transient and static battery characteristic changes, supply fuel amount, battery deterioration, and the like based on past operation results. In addition, the output current I of the fuel cell is always calculated and set within an appropriate range.
[0030]
Further, the fuel cell control system 22 sets the fuel flow rate and the air flow rate of the fuel cell power generation equipment 20 to appropriate ranges in accordance with the commanded output current I, and the inverter control circuit 26 adjusts the commanded output current I to The input current of the inverter is controlled so as to match.
[0031]
That is, in the method of the present invention, the target value of the input current of the inverter 24 is set by another control circuit (the output setting device 28 and the inverter control circuit 26), and at the same time, the flow rate and the temperature control of the control circuit of the fuel supply system 22 are performed. It provides guidance for the command value.
[0032]
FIG. 2 is a characteristic diagram of a fuel cell to which the method of the present invention is applied. In this drawing, the output current I of the fuel cell is calculated / set by the output setter 28 according to a certain required output. This output current I is set to an appropriate range which is equal to or less than the normal maximum current Imax when the fuel cell is normal, and equal to or less than the maximum current Imax 'when deteriorated when the fuel cell is deteriorated. Therefore, even if the fuel cell is operated in this state, the output current I is in the appropriate range of the maximum current Imax and Imax 'or less, so that there is no danger that the current will be extracted beyond the maximum current Imax' at the time of deterioration. Understand.
[0033]
According to the method of the present invention described above, the output setter 28 calculates the output current I of the fuel cell from the required output, so that transient and static changes in the characteristics of the cell, and the amount of fuel supplied and the deterioration of the cell are reduced. Even in some cases, the output current I can be set within an appropriate range in consideration of these characteristics.
[0034]
The output current I is commanded to the fuel cell control system, and the fuel cell control system 22 issues a command from the above-described anode reaction (1) and cathode reaction (2) in accordance with the commanded output current I. Since the fuel flow rate and the air flow rate are set in appropriate ranges based on the flow rate required for the output current I and the appropriate utilization rate, the fuel cell can always be operated in an appropriate range.
[0035]
Further, the input current of the inverter is controlled by the inverter control circuit 26 so as to match the commanded output current I. Therefore, the input current of the inverter is controlled by the output current I set by the output setting unit 28, and the power generation of the inverter is controlled. The output can be matched to the required output.
[0036]
Therefore, even if there is a transient or static change in the characteristics of the battery, and the amount of supplied fuel or the battery is deteriorated, the fuel cell is always operated in an appropriate range without stopping excess / deficiency of the fuel or deterioration of the battery. Further, the command of the output current I by the output setter 28 is sent to the fuel cell control system, and then the same output current I is commanded to the inverter control circuit, so that the operation of the electric control circuit of the inverter itself can be performed. However, even if it has a much faster execution speed than the process control such as the fuel supply system, the control of the fuel cell control system takes precedence, and the reaction amount is immediately changed in response to the process abnormality such as the fuel supply abnormality. After that, by performing the control of the inverter control circuit, during the inverter control, the fuel cell control system can be stabilized first, and the stability of the system can be improved.
[0037]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made without departing from the gist of the present invention. The present invention is also applicable to fuel cells other than the molten carbonate fuel cell.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, the reverse conversion control method of the fuel cell power generation equipment according to the present invention employs a transient or static change in the characteristics of the battery, and even if the amount of supplied fuel or the battery is deteriorated, the excess or shortage of the fuel or the replacement of the battery. It has an excellent effect that the fuel cell can always be operated within an appropriate range without stopping the deterioration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a method for controlling reverse conversion of a fuel cell power generation facility according to the present invention.
FIG. 2 is a characteristic diagram of a fuel cell to which the method of the present invention is applied.
FIG. 3 is an overall configuration diagram of a conventional fuel cell power generation facility.
FIG. 4 is a characteristic diagram of a fuel cell.
[Explanation of symbols]
1 fuel, 2 anode gas, 3 cathode gas,
4 anode exhaust gas, 5 combustion exhaust gas, 6 air,
7, 7a, 7b, 7c cathode exhaust gas, 8 steam,
10 reformer, 11 fuel cell, 12 gas turbine,
13 outflow device, 14 auxiliary combustor, 15 waste heat recovery heat boiler,
16 cathode circulation blower, 20 fuel cell power generation equipment,
22 fuel cell control system, 24 inverters,
26 Inverter control circuit, 28 output setting device

Claims (2)

燃料と空気を用いて発電する燃料電池発電設備（２０）を制御する燃料電池制御系（２２）と、発電された直流電力を交流電力に変換するインバータ（２４）とを備えた燃料電池発電設備の逆変換制御方法であって、
インバータを制御するインバータ制御回路（２６）と、燃料電池制御系とインバータ制御回路に出力電流を指令する出力設定器（２８）とを備え、
出力設定器（２８）により、要求出力から燃料電池の出力電流Ｉを演算してこれを燃料電池制御系とインバータ制御回路に指令し、
燃料電池制御系（２２）により、指令された出力電流Ｉに対応して燃料電池発電設備の燃料流量と空気流量を適正範囲に設定し、
インバータ制御回路（２６）により、指令された出力電流Ｉに一致するようにインバータの入力電流を制御する、ことを特徴とする燃料電池発電設備の逆変換制御方法。A fuel cell power generation system including a fuel cell control system (22) for controlling a fuel cell power generation system (20) for generating power using fuel and air, and an inverter (24) for converting generated DC power to AC power The inverse transformation control method of
An inverter control circuit (26) for controlling the inverter; an output setting device (28) for commanding an output current to the fuel cell control system and the inverter control circuit;
The output setter (28) calculates the output current I of the fuel cell from the required output, and instructs this to the fuel cell control system and the inverter control circuit,
The fuel cell control system (22) sets the fuel flow rate and the air flow rate of the fuel cell power generation equipment to appropriate ranges in accordance with the commanded output current I,
An inverter control circuit (26) for controlling an input current of an inverter so as to match a commanded output current (I). 出力設定器（２８）による出力電流Ｉの指令を、燃料電池制御系へ先行し、次いで、同一の出力電流Ｉをインバータ制御回路に指令する、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池発電設備の逆変換制御方法。2. The fuel cell according to claim 1, wherein a command of the output current I by the output setting device (28) is sent to the fuel cell control system, and then the same output current I is commanded to the inverter control circuit. Inversion control method for power generation equipment.
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