JP2011119046A - Fuel cell generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力系統と連系して、電力系統、および交流負荷へ交流電力を供給する燃料電池発電装置に関するものである。 The present invention relates to a fuel cell power generator that supplies AC power to an electric power system and an AC load in linkage with the electric power system.
従来、この種の燃料電池発電装置は、例えば図5に示す構成が開示されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, this type of fuel cell power generator has been disclosed in, for example, the configuration shown in FIG. 5 (see, for example, Patent Document 1).
以下に、特許文献1に示されている燃料電池発電装置について説明する。
Hereinafter, the fuel cell power generation device disclosed in
図5は、従来の燃料電池発電装置のブロック図である。 FIG. 5 is a block diagram of a conventional fuel cell power generator.
図5に示すように、燃料電池発電装置は、燃料電池1、第1DC/DCコンバータ2、第2DC/DCコンバータ3、インバータ4、交流負荷5、逆潮流監視センサ6、電力制御部7、直流負荷8とで構成され、連系部9を介して電力系統10と接続される。
As shown in FIG. 5, the fuel cell power generator includes a
ここで、燃料電池1は、酸素と水素とを電気化学反応させて発電する。第1DC/DCコンバータ2は、燃料電池1の出力電圧が入力され、その入力された電圧を異なる電圧値の直流電圧(例えば、DC25V)に変換して出力する。第2DC/DCコンバータ3は、燃料電池1の出力電圧が入力され、その入力された電圧を異なる電圧値の直流電圧(例えば、DC140V)に変換して出力する。
Here, the
インバータ4は、第2DC/DCコンバータ3の出力電圧が入力され、その入力された電圧を交流電圧(例えば、AC100V)に変換して出力する。交流負荷5は、インバータ4から供給される交流電圧を電源電圧として駆動する。逆潮流監視センサ6は、インバータ4の電流が電力系統10側に流れていないか、すなわち、逆潮流していないかを監視(検出)する。
The inverter 4 receives the output voltage of the second DC / DC converter 3, converts the input voltage into an AC voltage (for example, AC 100V), and outputs the AC voltage. The AC load 5 drives the AC voltage supplied from the inverter 4 as a power supply voltage. The reverse
電力制御部7は、逆潮流監視センサ6からの逆潮流に関する情報および連系部9からの系統停止信号を参照して、燃料電池1、第1DC/DCコンバータ2、およびインバータ4の出力電力を制御する。そして、直流負荷8は、第1DC/DCコンバータ2から供給される直流電圧で駆動する負荷、例えば、抵抗体からなるヒータ等である。
The power control unit 7 refers to the information on the reverse flow from the reverse
以上のように構成された従来の燃料電池発電装置は、落雷などにより電力系統1の停止が発生し、連系部9から電力系統10の停止信号を受信した場合、インバータ4の出力を停止させる。同時に、第1DC/DCコンバータ2の出力を増加させることにより、燃料電池1の発電した余剰電力を直流負荷8で消費する。この際、第1DC/DCコンバータ2の出力電力はソフトスタートにて増加させる。
The conventional fuel cell power generator configured as described above stops the output of the inverter 4 when the stop of the
しかしながら、上記従来の構成では、電力系統10に異常が発生した場合、インバータ4を停止させ、その後、第1DC/DCコンバータ2の出力電力を増加させるため、一時的に余剰電力を処理できないタイミングが発生する。その際、原料系、空気系、電気系に一時的な擾乱が生じ、燃料電池1にストレスを与え、燃料電池1を劣化させ、燃料電池1の寿命を短縮するという課題を有していた。
However, in the above conventional configuration, when an abnormality occurs in the
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、電力系統の異常を受けてインバータを停止させた場合でも、燃料電池の原料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、燃料電池の劣化、および寿命の短縮を防ぐことができる燃料電池発電装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and prevents the fuel cell material system, air system, and electrical system from being temporarily disturbed even when the inverter is stopped due to an abnormality in the power system. It is an object of the present invention to provide a fuel cell power generator that can prevent deterioration of the battery and shortening of its life.
上記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池発電装置は、電力系統と連系して負荷へ交流電力を供給する燃料電池発電装置において、燃料と酸化剤を反応させて直流電力を生成する燃料電池と、前記燃料電池が生成した直流電力を交流電力へ変換するインバータと、投入、開放することで前記電力系統と連系、解列させる開閉手段と、前記燃料電池の出力電力を消費させるための内部負荷と、前記インバータの出力電力と前記内部負荷の消費電力を制御する制御手段と、前記電力系統の特性値が第1の異常判定条件を満たすとき異常と判定する第1の異常判定手段と、前記電力系統の特性値が第2の異常判定条件を満たすとき異常と判定する第2の異常判定手段とを備え、前記第1の異常判定手段が異常と判定すると前記開閉手段が開放し、前記第2の異常判定手段が異常と判定すると前記制御手段が前記インバータの出力電力を減少させて停止させると共に前記燃料電池の出力電力の変動が小さくなるように前記内部負荷の消費電力の調節を行うものである。 In order to solve the above-described conventional problems, a fuel cell power generation device according to the present invention is a fuel cell power generation device that supplies AC power to a load in linkage with an electric power system. A fuel cell to be generated, an inverter that converts DC power generated by the fuel cell into AC power, an opening / closing means that is connected to and disconnected from the power system by turning on and off, and output power of the fuel cell An internal load for consumption, a control means for controlling the output power of the inverter and the power consumption of the internal load, and a first that determines an abnormality when a characteristic value of the power system satisfies a first abnormality determination condition. An abnormality determining means; and a second abnormality determining means for determining an abnormality when a characteristic value of the power system satisfies a second abnormality determination condition, and the opening / closing means when the first abnormality determining means determines an abnormality. But When the second abnormality determination means determines that the abnormality is present, the control means reduces the output power of the inverter and stops the power consumption, and the power consumption of the internal load is reduced so that the fluctuation of the output power of the fuel cell is reduced. To make adjustments.
これによって、電力系統の異常を受けてインバータを停止させた場合でも、燃料電池の原料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、燃料電池の劣化、および寿命の短縮を防ぐことができる。 As a result, even if the inverter is stopped due to an abnormality in the power system, it prevents temporary disturbance of the fuel cell material system, air system, and electrical system, and prevents deterioration of the fuel cell and shortening of the service life. Can do.
本発明の燃料電池発電装置は、電力系統の異常を受けてインバータを停止させた場合でも、燃料電池の原料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、燃料電池の劣化、および寿命の短縮を防ぐことができる。 The fuel cell power generation device of the present invention prevents a temporary disturbance of the raw material system, air system, and electric system of the fuel cell even when the inverter is stopped due to an abnormality in the power system, deterioration of the fuel cell, and The shortening of the life can be prevented.
第1の発明は、電力系統と連系して負荷へ交流電力を供給する燃料電池発電装置において、燃料と酸化剤を反応させて直流電力を生成する燃料電池と、前記燃料電池が生成した直流電力を交流電力へ変換するインバータと、投入、開放することで前記電力系統と連系、解列させる開閉手段と、前記燃料電池の出力電力を消費させるための内部負荷と、前記インバータの出力電力と前記内部負荷の消費電力を制御する制御手段と、前記電力系統の特性値が第1の異常判定条件を満たすとき異常と判定する第1の異常判定手段と、前記電力系統の特性値が第2の異常判定条件を満たすとき異常と判定する第2の異常判定手段とを備え、前記第1の異常判定手段が異常と判定すると前記開閉手段が開放し、前記第2の異常判定手段が異常と判定すると前記制御手段が前記インバータの出力電力を減少させて停止させると共に前記燃料電池の出力電力の変動が小さくなるように前記内部負荷の消費電力の調節を行うものである。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell power generation apparatus that supplies AC power to a load in linkage with an electric power system, a fuel cell that generates direct-current power by reacting a fuel and an oxidant, and a direct current generated by the fuel cell. An inverter that converts electric power into AC power; an opening / closing means that is connected to and disconnected from the power system by turning on and off; an internal load that consumes output power of the fuel cell; and output power of the inverter And a control means for controlling the power consumption of the internal load, a first abnormality determination means for determining an abnormality when the characteristic value of the power system satisfies a first abnormality determination condition, and a characteristic value of the power system Second abnormality determining means for determining an abnormality when two abnormality determination conditions are satisfied. When the first abnormality determining means determines that there is an abnormality, the opening / closing means is opened, and the second abnormality determining means is abnormal. Judging Said control means in which performs adjustment of the fuel cell output power power consumption change the internal load so that small with stops decreasing the output power of the inverter.
この構成により、電力系統の特性値が第1の異常判定条件を満たすようになると、第1の異常判定手段が異常と判定して、開閉手段が開放され、また、電力系統の特性値が第2の異常判定条件を満たすようになると、第2の異常判定手段が異常と判定して、制御手段がインバータの出力電力を減少させて停止させると共に燃料電池の出力電力の変動が小さくなるように内部負荷の消費電力の調節を行うので、電力系統の異常を受けてインバータを停止させた場合でも、燃料電池の原料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、燃料電池の劣化、および寿命の短縮を防ぐことができる。 With this configuration, when the characteristic value of the power system satisfies the first abnormality determination condition, the first abnormality determination means determines that the abnormality is abnormal, the opening / closing means is opened, and the characteristic value of the power system is When the second abnormality determination condition is satisfied, the second abnormality determination means determines that the abnormality is present, and the control means decreases the output power of the inverter to stop it, and the fluctuation in the output power of the fuel cell is reduced. Since the internal load power consumption is adjusted, even if the inverter is stopped due to an abnormality in the power system, the fuel cell's raw material system, air system, and electrical system are prevented from being temporarily disturbed, and the fuel cell is deteriorated. , And shortening of life can be prevented.
第2の発明は、特に、第1の発明において、制御手段は、インバータの出力電力を減少させる速度と内部負荷の消費電力を増加させる速度を略同一になるようにするものである。これにより、燃料電池は出力を変動させることなく出力先を切り替えられるため、燃料電池の原料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、燃料電池の劣化、および寿命の短縮を防ぐことができる。 In the second invention, in particular, in the first invention, the control means makes the speed at which the output power of the inverter is reduced and the speed at which the power consumption of the internal load is increased substantially the same. As a result, the output destination of the fuel cell can be switched without changing the output, so that temporary disturbance of the fuel cell material system, air system, and electrical system can be prevented, and deterioration of the fuel cell and shortening of the life can be prevented. be able to.
第3の発明は、特に、第1または第2の発明において、第1の異常判定条件は、電力系統の特性値が第1の許容範囲を第1の所定時間継続して超えることであり、第2の異常判定条件は、電力系統の特性値が第2の許容範囲を第2の所定時間継続して超えることである。これにより、電力系統、および燃料電池発電装置が供給する電力と交流負荷が需要する電力とのバランスにより電力系統の特性値が過渡的に変化した際、第1の異常判定手段、および第2の異常判定手段の誤判定を防ぐことができ、装置の信頼性を向上させることができる。 In the third invention, in particular, in the first or second invention, the first abnormality determination condition is that the characteristic value of the power system continuously exceeds the first allowable range for the first predetermined time, The second abnormality determination condition is that the characteristic value of the power system continuously exceeds the second allowable range for the second predetermined time. As a result, when the characteristic value of the power system changes transiently due to the balance between the power supplied by the power system and the fuel cell power generator and the power demanded by the AC load, the first abnormality determining means, and the second An erroneous determination by the abnormality determining means can be prevented, and the reliability of the apparatus can be improved.
第4の発明は、特に、第3の発明において、第2の許容範囲は第1の許容範囲より狭くしたものである。これにより、第1の異常判定手段より先に第2の異常判定手段が異常を判定することができ、燃料電池は開閉手段の開放よるインバータを介した出力先がなくなる前に出力電力を変動させることなく出力先を切り替えられるため、燃料電池の原料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、燃料電池の劣化、および寿命の短縮を防ぐことができる。 In the fourth invention, in particular, in the third invention, the second allowable range is narrower than the first allowable range. As a result, the second abnormality determination means can determine the abnormality prior to the first abnormality determination means, and the fuel cell varies the output power before there is no output destination via the inverter due to the opening of the opening / closing means. Since the output destination can be switched without any temporary disturbance of the fuel cell material system, air system, and electrical system, it is possible to prevent deterioration of the fuel cell and shortening of its life.
第5の発明は、特に、第3または第4のいずれかの発明において、第2の所定時間は第1の所定時間より短くしたものである。これにより、第1の異常判定手段より先に第2の異常判定手段が異常を判定することができ、燃料電池は開閉手段の開放よるインバータを介した出力先がなくなる前に出力電力を変動させることなく出力先を切り替えられるため、燃料電池の原料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、燃料電池の劣化、および寿命の短縮を防ぐことができる。 According to a fifth aspect of the invention, in particular, in the third or fourth aspect of the invention, the second predetermined time is shorter than the first predetermined time. As a result, the second abnormality determination means can determine the abnormality prior to the first abnormality determination means, and the fuel cell varies the output power before there is no output destination via the inverter due to the opening of the opening / closing means. Since the output destination can be switched without any temporary disturbance of the fuel cell material system, air system, and electrical system, it is possible to prevent deterioration of the fuel cell and shortening of its life.
第6の発明は、特に、第3から第5のいずれか1つの発明において、第1の許容範囲と第2の許容範囲のうち少なくとも第2の許容範囲と、第1の所定時間と第2の所定時間のうち少なくとも第2の所定時間を設定可能な設定手段を備えたものである。これにより、燃料電池発電装置が設置された電力系統の状態に合わせて第2の異常判定手段の判定感度を調節することができ、装置の信頼性を向上させることができる。 In a sixth aspect of the invention, in particular, in any one of the third to fifth aspects of the invention, at least a second permissible range of the first permissible range and the second permissible range, a first predetermined time, and a second Among the predetermined times, there is provided setting means capable of setting at least a second predetermined time. Thereby, the determination sensitivity of the second abnormality determination means can be adjusted in accordance with the state of the power system in which the fuel cell power generation apparatus is installed, and the reliability of the apparatus can be improved.
第7の発明は、特に、第1から第6のいずれか1つの発明において、電力系統の特性値は、電力系統の周波数、周波数の変動率、電圧、高調波成分、電圧位相の跳躍の大きさのいずれか少なくとも1つとしたものである。これにより、落雷などで電力系統に異常が発生した場合、電力系統の異常を判定することができる。 In the seventh aspect of the invention, in particular, in any one of the first to sixth aspects of the invention, the characteristic value of the power system includes the frequency of the power system, the frequency variation rate, the voltage, the harmonic component, and the magnitude of the voltage phase jump. At least one of the above. Thereby, when an abnormality occurs in the power system due to lightning or the like, the abnormality of the power system can be determined.
第8の発明は、特に、第1から第7のいずれか1つの発明において、第2の異常判定手段が第2の異常判定条件を満たしていると判定した場合に、第2の異常判定条件を満たしたことを表示手段に表示、報知手段により報知、運転履歴記憶手段に記憶のいずれかを行う。これにより、電力系統に異常があったことを、ユーザー、またはメンテマンへ確実かつ容易に知らせることができる。 In the eighth invention, in particular, in any one of the first to seventh inventions, the second abnormality determination condition is determined when the second abnormality determination means determines that the second abnormality determination condition is satisfied. Is displayed on the display means, notified by the notification means, or stored in the operation history storage means. Thereby, it can be surely and easily notified to the user or the maintenance man that there is an abnormality in the power system.
第9の発明は、特に、第1から第8のいずれか1つの発明において、制御手段は、第2の異常判定手段が第2の異常判定条件を満たしていると判定してから所定時間経過しても第1の異常判定手段が第1の異常判定条件を満たしていると判定しないとき、インバータの出力を再開させる共に燃料電池の出力電力の変動が小さくなるように内部負荷の消費電力の調節を行う。これにより、燃料電池は出力を変動させることなく出力先を切り替えられるため、燃料電池の原料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、燃料電池の劣化、および寿命の短縮を防ぐことができる。 In a ninth invention, in particular, in any one of the first to eighth inventions, a predetermined time has elapsed since the control means determined that the second abnormality determination means satisfied the second abnormality determination condition. Even if the first abnormality determination means does not determine that the first abnormality determination condition is satisfied, the power consumption of the internal load is reduced so that the output of the inverter is restarted and the fluctuation in the output power of the fuel cell is reduced. Make adjustments. As a result, the output destination of the fuel cell can be switched without changing the output, so that temporary disturbance of the fuel cell material system, air system, and electrical system can be prevented, and deterioration of the fuel cell and shortening of the life can be prevented. be able to.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるのもではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.
(実施の形態1)
以下に、本発明の実施の形態1における燃料電池発電装置について、図1と図2を参照しながら詳細に説明する。
(Embodiment 1)
Hereinafter, the fuel cell power generation apparatus according to
図1は、本発明の実施の形態1における燃料電池発電装置を示すブロック図である。図2は、本実施の形態の燃料電池発電装置の動作を示すタイミングチャートである。
FIG. 1 is a block diagram showing a fuel cell power generator according to
図1には、燃料電池発電装置102以外に、電力系統101と、交流負荷103を併せて図示している。ここで、電力系統101は、U相、O相、W相から成る単相三線式の交流電源である。交流負荷103は、電力系統101または燃料電池発電装置102から供給される交流電力を消費する機器である。
In FIG. 1, in addition to the fuel cell
そして、図1に示すように、本実施の形態の燃料電池発電装置102は、燃料電池104と、第1DC/DCコンバータ105と、内部負荷としてのヒータ106と、第2DC/DCコンバータ107と、インバータ108と、制御手段109と、開閉手段としてのリレー110と、電圧検出手段としての電圧センサ111と、第1の異常判定手段112と、第2の異常判定手段113と、設定手段としてのスイッチ114と、報知手段としてのLED115とから、少なくとも構成されている。なお、本実施の形態では、内部負荷をヒータ106、開閉手段をリレー110、電圧検出手段を電圧センサ111、設定手段をスイッチ114、報知手段をLED115としたが、同様の機能を有する他の手段を代わりに用いても構わない。
As shown in FIG. 1, the fuel cell
ここで、燃料電池104は、酸素と水素とを化学反応させて水を発生することで直流電力を生成する。第1DC/DCコンバータ105は、絶縁トランスを含む構成を有し、燃料電池104が生成する直流電圧を昇圧する。ヒータ106は、第1DC/DCコンバータ105が生成する直流電圧で駆動される。第2DC/DCコンバータ107は、絶縁トランスを含む構成を有し、燃料電池104が生成する直流電圧を第1DC/DCコンバータ105と異なる直流電圧へ昇圧する。
Here, the
インバータ108は、第2DC/DCコンバータ107が出力する直流を交流負荷103で消費可能な交流へ変換する。制御手段109は、第1DC/DCコンバータ105を介してヒータ106の消費電力を制御すると共に、第2DC/DCコンバータ107とインバータ108の出力電力を制御する。リレー110は、投入、開放することで電力系統101との連系、解列を行う。電圧センサ111は、電力系統101と燃料電池装置102の連系点の電圧を検出する。
The
第1の異常判定手段112は、電圧センサ111が検出する電圧値が第1の異常判定条件を満たしているとき異常と判定する。第2の異常判定手段113は、電圧センサ111が検出する電圧値が第2の異常判定条件を満たしているとき異常と判定する。スイッチ114は、第2の異常判定手段113の第2の異常判定条件を設定する。LED115は、第2の異常判定手段113が異常と判定したときに点灯を行う。
The first
なお、第1の異常判定手段112の第1の異常判定条件とは、電圧センサ111が検出する電圧値が第1の許容範囲(本実施の形態では、100±10Vとする)を第1の所定時間(本実施の形態では、1.0sとする)継続して超えることであり、第2の異常判定手段113の第2の異常判定条件とは、電圧センサ111が検出する電圧値が第2の許容範囲(本実施の形態では、100±8Vとする)を第2の所定時間(本実施の形態では、1.0sとする)継続して超えることである。
Note that the first abnormality determination condition of the first
図2に、本実施の形態の燃料電池発電装置において、電力系統101が落雷などにより停止した時の交流電圧(本実施の形態では、実効値で示す)、各部の出力電力、消費電力、および状態の変化を示す。
2, in the fuel cell power generator of the present embodiment, the AC voltage when the
ここで、(A)は、連系点における電圧、つまり電圧センサ111が検出する電圧値である。(B)は、燃料電池104の出力電力である。(C)は、インバータ108の出力電力である。(D)は、ヒータ106の消費電力である。(E)は、リレー110の状態である。そして、(A)のVref1は、第1の許容範囲、Vref2は、第2の許容範囲、t1は、第1の所定時間、および第2の所定時間である。
Here, (A) is a voltage at the interconnection point, that is, a voltage value detected by the
以上のように構成された本実施の形態の燃料電池発電装置の動作および作用について、図1、図2を用いて説明する。 The operation and action of the fuel cell power generator of the present embodiment configured as described above will be described with reference to FIGS.
燃料電池発電装置102は、燃料電池104が発電を開始すると、リレー110を投入することで電力系統101と連系し、交流負荷103へ電力を供給する。
When the
燃料電池104から交流負荷103までの電力の供給の流れは、まず、燃料電池104が発電した直流電力を第2DC/DCコンバータ107でインバータ108が出力可能な電圧まで昇圧する。本実施の形態では、例えばDC400Vに昇圧する。そして、インバータ108で昇圧された電圧を、直流から交流(本実施の形態では、例えばAC200V)へ変換し、交流負荷103へ供給する。
In the flow of power supply from the
このような電力系統101と連系し、交流負荷103へ電力を供給している状態において、燃料電池等の発電装置は、電力系統101の保守、安全面から電力系統101が停止した場合、電力系統101の停止を検出し、インバータ108の出力を停止すると共に、リレー110を開放することで電力系統101から切り離すことが義務づけられている。
In a state where the
このとき、燃料電池104の出力電力を急速に減少させることは困難であるので、インバータ108の出力を停止させると、燃料電池発電装置102内部に余剰電力が発生し、燃料電池の原料系、空気系、電気系が一時的に擾乱する。そのため、余剰電力を消費する必要が生じる。以下に、電力系統101が停止した際に、余剰電力を発生させないための燃料電池発電装置102の動作について、図2を用いて説明する。
At this time, since it is difficult to rapidly reduce the output power of the
電力系統101が停止すると(図2のタイミングT1)、燃料電池発電装置102と交流負荷103との間でアイランディング現象が発生し、燃料電池発電装置102が供給する電力と交流負荷103が需要する電力のバランスによって緩やかに電圧が上昇する。
When the
このような状態において、第2の異常判定手段113は、電圧センサ111が検出する電圧値が第2の許容範囲Vref2を所定時間t1超えると異常と判定する(図2のタイミングT2〜T4)。
In such a state, the second
そして、制御手段109は、第2の異常判定手段113が異常と判定すると、配線などへのストレスを防止し、ノイズ放射を抑制するためにインバータ108の出力電力Pacを徐々に減少させ停止させると共に、ヒータ106の消費電力P1をインバータ108の出力電力Pacの減少速度と同速度で増加させ、最終的には燃料電池104の出力電力Pdcをすべてヒータ106で消費させる(図2のタイミングT4〜T5)。
When the second
また、LED115は、第2の異常判定手段113が異常と判定すると、点灯させることで第2の異常判定条件を満たしたことを報知し、ユーザーやメンテマンなどへ異常が発生したことを知らせる(図2のタイミングT4)。
Further, when the second abnormality determining means 113 determines that the second abnormality determining means 113 is abnormal, the
一方、第1の異常判定手段112は、電圧センサ111が検出する電圧値が第1の許容範囲Vref1を所定時間t1超えると異常と判定する(図2のタイミングT3〜T6)。
On the other hand, the first abnormality determining means 112 determines that an abnormality occurs when the voltage value detected by the
そして、リレー110は、第1の異常判定手段112が異常と判定すると、接点を開放することで、燃料電池発電装置102を電力系統101から切り離す(図2のタイミングT6)。このとき、すでに燃料電池104の出力電力Pdcは、すべてヒータ106で消費されているため、燃料電池発電装置102内部で消費されない電力が発生せず、燃料電池104の出力電力Pdcを減少させる必要がなく、安定して運転を継続することができる。
Then, when the first
ここで、予めスイッチ114により第2の許容範囲、第2の所定時間を切り替えられるようにしておくことで、例えば電力系統101の状態により電圧センサ111が検出する電圧値が頻繁に第2の許容範囲を超えるような場合であれば、第2の許容範囲を広くしたり、第2の所定時間を長くすることで、第2の異常判定手段113の判定感度を低下させる。また、逆に、制御手段109が電力調整中に第1の異常判定手段112が異常と判定しまうような場合であれば、第2の許容範囲を狭くしたり、第2の所定時間を短くすることで、第2の異常判定手段114の判定感度を敏感にさせる。
Here, by allowing the
なお、本実施の形態では、連系点における電力系統101の電圧の大きさをもとに電力系統101の異常を判定したが、周波数、周波数の変動率、高調波成分、電圧位相の跳躍の大きさのいずれか1つまたは2つ以上で異常を判定してもかまわない。
In this embodiment, the abnormality of the
また、本実施の形態では、第2の異常判定手段113が第2の異常判定条件を満たしていると判定した場合、LED115を点灯することで異常を報知したが、ブザーなどによる報知、LCDなどの表示手段による表示、メモリなどによる運転履歴記憶手段への記憶を行うことで、第2の異常判定条件が満たされたことをユーザーやメンテマンなどへ知らせてもかまわない。
Further, in the present embodiment, when the second
また、本実施の形態では、第2の所定時間を第1の所定時間より短く設定することで、第2の異常判定手段113が第1の異常判定手段112より先に異常と判定したが、第1の異常判定条件と第2の異常判定条件を同じにすることで、第1の異常判定手段113と第2の異常判定手段114が同時に異常と判定する、または第2の許容範囲を第1の許容範囲より大きく、もしくは第2の所定時間を第1の所定時間より長く設定することで第2の異常判定手段113が第1の異常判定手段112より後に異常と判定してもかまわない。ただし、その場合、インバータ108とリレー110の間に交流負荷を設け、第1の異常判定手段112が異常と判定し、リレー110が開放した場合、一時的にインバータ108を介して燃料電池104の出力を交流負荷で消費させ、第2の異常判定手段が異常と判定した際に出力先を切り替えることで、燃料電池104の出力電力を変動させることなく出力先を切り替える。
In the present embodiment, the second
以上のように、本実施の形態においては、電圧センサ111が検出する電力系統101の電圧値が第1の許容範囲Vref1を所定時間t1超えるという第1の異常判定条件を満たすと、第1の異常判定手段112が異常と判定して、リレー110が開放し、電圧センサ111が検出する電力系統101の電圧値が第2の許容範囲Vref2を所定時間t1超えるという第1の異常判定条件を満たすと、第2の異常判定手段113が異常と判定して、制御手段109がインバータ108の出力電力を減少させて停止させると共に燃料電池104の出力電力の変動が小さくなるようにヒータ106の消費電力の調節を行うため、電力系統101の異常を受けてインバータ108を停止させた場合でも、燃料電池104の原料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、燃料電池104の劣化、および寿命の短縮を防ぐことができる。
As described above, in the present embodiment, when the first abnormality determination condition that the voltage value of the
また、本実施の形態では、制御手段109は、インバータ108の出力電力を減少させる速度とヒータ106の消費電力を増加させる速度を略同一にすることで、燃料電池104は出力を変動させることなく出力先を切り替えられるため、燃料電池104の原料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、燃料電池104の劣化、および寿命の短縮を防ぐことができる。
Further, in the present embodiment, the control means 109 makes the speed at which the output power of the
また、本実施の形態では、第1の異常判定手段112の第1の異常判定条件は、電力系統101の特性値が第1の許容範囲を第1の所定時間継続して超えることであり、第2の異常判定手段113の第2の異常判定条件は、電力系統101の特性値が第2の許容範囲を第2の所定時間継続して超えることとすることで、電力系統101、および燃料電池発電装置102が供給する電力と交流負荷103が需要する電力とのバランスにより電力系統101の特性値が過渡的に変化した際、第1の異常判定手段112、および第2の異常判定手段113の誤判定を防ぐことができ、装置の信頼性を向上させることができる。
Further, in the present embodiment, the first abnormality determination condition of the first
また、本実施の形態では、第2の許容範囲は第1の許容範囲より狭くすることで、第1の異常判定手段112より先に第2の異常判定手段113が異常を判定することができ、燃料電池104はリレー110の開放よるインバータ108を介した出力先がなくなる前に出力電力を変動させることなく出力先を切り替えられるため、燃料電池104の原料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、燃料電池104の劣化、および寿命の短縮を防ぐことができる。
In the present embodiment, the second
また、本実施の形態では、第1の許容範囲と第2の許容範囲のうち少なくとも第2の許容範囲と、第1の所定時間と第2の所定時間のうち少なくとも第2の所定時間を設定可能なスイッチ114を備えたことで、燃料電池発電装置102が設置された電力系統101の状態に合わせて第2の異常判定手段113の判定感度を調節することができるため、装置の信頼性を向上させることができる。
Further, in the present embodiment, at least the second allowable range of the first allowable range and the second allowable range, and at least the second predetermined time of the first predetermined time and the second predetermined time are set. Since the
また、本実施の形態では、電力系統101の特性値は、電力系統101の周波数、周波数の変動率、電圧、高調波成分、電圧位相の跳躍の大きさのいずれか少なくとも1つとすることで、落雷などで電力系統101に異常が発生した場合、電力系統101の異常を判定することができる。
Further, in the present embodiment, the characteristic value of the
また、本実施の形態では、第2の異常判定手段113が第2の異常判定条件を満たしていると判定した場合に、第2の異常判定条件を満たしたことを表示手段によりに表示、LED115により報知、運転履歴記憶手段に記憶のいずれかを行うことで、電力系統101に異常があったことを、ユーザー、またはメンテマンへ確実かつ容易に知らせることができる。
In the present embodiment, when the second
(実施の形態2)
以下に、本発明の実施の形態2における燃料電池発電装置について、図1と図3を用いて説明する。図3は、本発明の実施の形態2における燃料電池発電装置の動作を示すタイミングチャートである。
(Embodiment 2)
Hereinafter, a fuel cell power generator according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 3. FIG. 3 is a timing chart showing the operation of the fuel cell power generator according to Embodiment 2 of the present invention.
図3に、図2と同様に、本実施の形態の燃料電池発電装置において、電力系統101が落雷などにより停止した時の交流電圧(本実施の形態では、実効値で示す)、各部の出力電力、消費電力、および状態の変化を示す。
3, as in FIG. 2, in the fuel cell power generator of the present embodiment, the AC voltage when the
ここで、(F)は、連系点における電圧、つまり電圧センサ111が検出する電圧値である。(G)は、燃料電池104の出力電力である。(H)は、インバータ108の出力電力である。(I)は、ヒータ106の消費電力である。(J)は、リレー110の状態である。そして、(F)のVref3は、第1の許容範囲、および第2の許容範囲、t2は、第1の所定時間、t3は、第2の所定時間である。
Here, (F) is a voltage at the interconnection point, that is, a voltage value detected by the
つまり、図3に示すように、本実施の形態の燃料電池発電装置は、第1の許容範囲と第2の許容範囲が同じで(本実施の形態では、第1の許容範囲、第2の許容範囲共に100±10Vとする)、第2の所定時間を第1の所定時間より短くしたところが(本実施の形態では、第1の所定時間を1.0s、第2の所定時間を0.9sとする)、実施の形態1で図2を用いて説明した方法とは異なる。
That is, as shown in FIG. 3, in the fuel cell power generation device of the present embodiment, the first allowable range and the second allowable range are the same (in the present embodiment, the first allowable range, the second allowable range, In the present embodiment, the first predetermined time is set to 1.0 s, and the second predetermined time is set to 0. 9s), which is different from the method described in
ここで、第1の所定時間t2は、第2の所定時間t3とインバータ108が定格出力から停止するまでのソフトストップ時間を加味した時間より長く設定されたものとする。
Here, it is assumed that the first predetermined time t2 is set longer than the time including the second predetermined time t3 and the soft stop time until the
なお、本実施の形態の燃料電池発電装置の構成は、図1に示された実施の形態1の燃料電池発電装置の構成と同様であり説明を省略する。
The configuration of the fuel cell power generation device of the present embodiment is the same as the configuration of the fuel cell power generation device of
以下に、本実施の形態の燃料電池発電装置の動作について、図3を用いて説明する。 Hereinafter, the operation of the fuel cell power generator according to the present embodiment will be described with reference to FIG.
電力系統101が停止すると(図3のタイミングT7)、燃料電池発電装置102と交流負荷103との間でアイランディング現象が発生し、燃料電池発電装置102が供給する電力と交流負荷103が需要する電力のバランスによって電圧がステップ状に上昇する。
When the
このような状態において、第2の異常判定手段113は、電圧センサ111が検出する電圧値が第2の許容範囲Vref3を所定時間t2超えると異常と判定する(図3のタイミングT7〜T8)。
In such a state, the second
そして、制御手段109は、第2の異常判定手段113が異常と判定すると、配線などへのストレスを防止し、ノイズ放射を抑制するためにインバータ108の出力電力Pacを徐々に減少させ停止させると共に、ヒータ106の消費電力P1をインバータ108の出力電力Pacの減少速度と同速度で増加させ、最終的には燃料電池104の出力電力Pdcをすべてヒータ106で消費させる(図3のタイミングT8〜T9)。
When the second
一方、第1の異常判定手段112は、電圧センサ111が検出する電圧値が第1の許容範囲Vref3を所定時間t3超えると異常と判定する(図3のタイミングT7〜T10)。
On the other hand, the first abnormality determination means 112 determines that an abnormality occurs when the voltage value detected by the
そして、リレー110は、第1の異常判定手段112が異常と判定すると、接点を開放することで、燃料電池発電装置102を電力系統101から切り離す(図3のタイミングT10)。このとき、すでに燃料電池104の出力電力Pdcは、すべてヒータ106で消費されているため、燃料電池発電装置102内部で消費されない電力が発生せず、燃料電池104の出力電力Pdcを減少させる必要がなく、安定して運転を継続することができる。
Then, when the first
以上のように、本実施の形態においては、第2の異常判定手段113の第2の所定時間を第1の異常判定手段112の第1の所定時間より短くすることで、第1の異常判定手段112より先に第2の異常判定手段113が異常を判定することができ、燃料電池104はリレー110の開放よるインバータ108を介した出力先がなくなる前に出力電力を変動させることなく出力先を切り替えられるため、燃料電池104の原料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、燃料電池104の劣化、および寿命の短縮を防ぐことができる。
As described above, in the present embodiment, the first abnormality determination is performed by making the second predetermined time of the second abnormality determination means 113 shorter than the first predetermined time of the first abnormality determination means 112. The second abnormality determination means 113 can determine the abnormality before the
(実施の形態3)
以下に、本発明の実施の形態3における燃料電池発電装置について、図1と図4を用いて説明する。図4は、本発明の実施の形態3における燃料電池発電装置の動作を示すタイミングチャートである。
(Embodiment 3)
Hereinafter, a fuel cell power generator according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 4. FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the fuel cell power generator according to Embodiment 3 of the present invention.
図4に、図2と同様に、本実施の形態の燃料電池発電装置において、電力系統101の交流電圧(本実施の形態では、実効値で示す)、各部の出力電力、消費電力、および状態の変化を示す。 4, as in FIG. 2, in the fuel cell power generation device of the present embodiment, the AC voltage of the power system 101 (indicated by the effective value in the present embodiment), the output power, the power consumption, and the state of each unit Shows changes.
ここで、(K)は、連系点における電圧、つまり電圧センサ111が検出する電圧値である。(L)は、燃料電池104の出力電力である。(M)は、インバータ108の出力電力である。(N)は、ヒータ106の消費電力である。(O)は、リレー110の状態である。
Here, (K) is a voltage at the interconnection point, that is, a voltage value detected by the
つまり、図4に示すように、本実施の形態の燃料電池発電装置は、電圧Vacが第1の許容範囲を第1の所定時間継続して超えないところが、実施の形態1で図2を用いて説明した方法とは異なる。
That is, as shown in FIG. 4, the fuel cell power generation device of the present embodiment uses FIG. 2 in
なお、本実施の形態の燃料電池発電装置の構成は、図1に示された実施の形態1の燃料電池発電装置の構成と同様であり説明を省略する。
The configuration of the fuel cell power generation device of the present embodiment is the same as the configuration of the fuel cell power generation device of
以下に、本実施の形態の燃料電池発電装置の動作について、図4を用いて説明する。 Hereinafter, the operation of the fuel cell power generator of the present embodiment will be described with reference to FIG.
電力系統101と燃料電池発電装置102が供給する電力と、交流負荷103が需要する電力のバランスより電圧が上昇することがある(図4のタイミングT11)。
The voltage may rise due to the balance between the power supplied by the
このような状態において、第2の異常判定手段113は、電圧センサ111が検出する電圧値が第2の許容範囲Vref2を所定時間t1超えると異常と判定する(図4のタイミングT12〜T15)。
In such a state, the second
そして、制御手段109は、第2の異常判定手段113が異常と判定すると、配線などへのストレスを防止し、ノイズ放射を抑制するためにインバータ108の出力電力Pacを徐々に減少させ停止させると共に、ヒータ106の消費電力P1をインバータ108の出力電力Pacの減少速度と同速度で増加させ、最終的には燃料電池104の出力電力Pdcをすべてヒータ106で消費させる(図4のタイミングT15〜T16)。
When the second
一方、第1の異常判定手段112は、電圧センサ111が検出する電圧値が第1の許容範囲Vref1から外れると時間計測を開始する(図4のタイミングT13)。ただし、時間計測中に電圧センサ111が検出する電圧値が第1の許容範囲内になると、時間計測を終了する(図4のタイミングT14)。
On the other hand, the first
このような状況下で、制御手段109は、第2の異常判定手段113が異常と判定してから、時間計測を開始する(図4のタイミングT15)。時間計測を開始してから、所定時間t5を超えても第1の異常判定手段112が異常と判定しない場合、配線などへのストレスを防止し、ノイズ放射を抑制するためにインバータ108の出力電力Pacを上昇させると共に、ヒータ106の消費電力P1をインバータ108の出力電力Pacの増加速度と同速度で減少させ、燃料電池104の出力先をインバータ108へ切り替える(図4のタイミングT17〜T18)。そして、以後、図4のタイミングT11以前と同様の動作を行う。
Under such circumstances, the control means 109 starts time measurement after the second abnormality determination means 113 determines that there is an abnormality (timing T15 in FIG. 4). If the first
以上のように、本実施の形態においては、制御手段109は、第2の異常判定手段113が第2の異常判定条件を満たしていると判定してから所定時間経過しても第1の異常判定手段112が前記第1の異常判定条件を満たしていると判定しないとき、インバータ108の出力を再開させる共に燃料電池104の出力電力の変動が小さくなるようにヒータ106の消費電力の調節を行うことで、燃料電池104は出力を変動させることなく出力先を切り替えられるため、燃料電池104の原料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、燃料電池104の劣化、および寿命の短縮を防ぐことができる。
As described above, in the present embodiment, the
以上のように、本発明にかかる燃料電池発電装置は、電力系統の異常を受けてインバータを停止させた場合でも、燃料電池の原料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、燃料電池の劣化、および寿命の短縮を防ぐことができるため、家庭用、工場、病院、学校などに設置される燃料電池を用いた電力系統と連系する発電装置等の用途にも適用することができる。 As described above, the fuel cell power generator according to the present invention prevents temporary disturbance of the fuel cell material system, the air system, and the electrical system even when the inverter is stopped due to an abnormality in the power system. Because it can prevent deterioration of the fuel cell and shortening of its life, it can be applied to applications such as power generators connected to the power system using fuel cells installed in homes, factories, hospitals, schools, etc. Can do.
101 電力系統
102 燃料電池発電装置
104 燃料電池
106 ヒータ(内部負荷)
108 インバータ
109 制御手段
110 リレー(開閉手段)
112 第1の異常判定手段
113 第2の異常判定手段
114 スイッチ(設定手段)
115 LED(報知手段)
DESCRIPTION OF
108
112 First abnormality determination means 113 Second abnormality determination means 114 Switch (setting means)
115 LED (notification means)
Claims (9)
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JP2009273082A JP2011119046A (en) | 2009-12-01 | 2009-12-01 | Fuel cell generator |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2014002799A1 (en) * | 2012-06-29 | 2014-01-03 | Jx日鉱日石エネルギー株式会社 | Solid oxide fuel cell system |
WO2014002798A1 (en) * | 2012-06-29 | 2014-01-03 | Jx日鉱日石エネルギー株式会社 | Solid polymer fuel cell system |
JP2016039761A (en) * | 2014-08-11 | 2016-03-22 | 三菱重工業株式会社 | Controller for power conversion device, power system, and control method for power conversion device |
US11515551B2 (en) | 2019-05-29 | 2022-11-29 | Hyundai Motor Company | Fuel cell recovery control system and method |
-
2009
- 2009-12-01 JP JP2009273082A patent/JP2011119046A/en active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014002799A1 (en) * | 2012-06-29 | 2014-01-03 | Jx日鉱日石エネルギー株式会社 | Solid oxide fuel cell system |
WO2014002798A1 (en) * | 2012-06-29 | 2014-01-03 | Jx日鉱日石エネルギー株式会社 | Solid polymer fuel cell system |
JPWO2014002799A1 (en) * | 2012-06-29 | 2016-05-30 | Jx日鉱日石エネルギー株式会社 | Solid oxide fuel cell system |
JP2016039761A (en) * | 2014-08-11 | 2016-03-22 | 三菱重工業株式会社 | Controller for power conversion device, power system, and control method for power conversion device |
US11515551B2 (en) | 2019-05-29 | 2022-11-29 | Hyundai Motor Company | Fuel cell recovery control system and method |
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