JP2011119046A - Fuel cell generator - Google Patents

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Hiroaki Kako
裕章 加来
Hiroshi Nagasato
洋 永里
Shinobu Kake
忍 懸
Keiichi Sato
圭一 佐藤
Akihito Otani
昭仁 大谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell generator capable of preventing deterioration and life shortening of a fuel cell by preventing temporary disorder in a raw material system, an air system, and an electrical system of the fuel cell even when an inverter is stopped upon receipt of abnormality of a power system. <P>SOLUTION: When a first abnormality determining condition that a voltage value of the power system 101 detected by a voltage sensor 111 exceeds a first allowable range Vref 1 for a predetermined time t1 is satisfied, a first abnormality determining means 112 determines abnormality to open a relay 110. When a second abnormality determining condition that the voltage value of the power system 101 detected by the voltage sensor 111 exceeds a second allowable range Vref 2 narrower than the first allowable range Vref 1 for the predetermined time t1 is satisfied, a second abnormality determining means 113 determines the abnormality to decrease and stop an output power of the inverter 108 by a control means 109 and to adjust the power consumption of a heater 106 so as to reduce a fluctuation of the output power of the fuel cell 104. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

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 Patent Document 1 will be described.

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 fuel cell 1, a first DC / DC converter 2, a second DC / DC converter 3, an inverter 4, an AC load 5, a reverse power flow monitoring sensor 6, a power control unit 7, a direct current. It is comprised with the load 8, and is connected with the electric power grid | system 10 through the connection part 9. FIG.

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 fuel cell 1 generates electricity by causing an electrochemical reaction between oxygen and hydrogen. The first DC / DC converter 2 receives the output voltage of the fuel cell 1, converts the input voltage to a DC voltage (for example, DC 25 V) having a different voltage value, and outputs the DC voltage. The second DC / DC converter 3 receives the output voltage of the fuel cell 1, converts the input voltage into a DC voltage (for example, DC 140 V) having a different voltage value, and outputs the DC voltage.

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 flow monitoring sensor 6 monitors (detects) whether the current of the inverter 4 does not flow to the power system 10 side, that is, whether reverse current is flowing.

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 flow monitoring sensor 6 and the system stop signal from the interconnection unit 9 to determine the output power of the fuel cell 1, the first DC / DC converter 2, and the inverter 4. Control. The DC load 8 is a load driven by a DC voltage supplied from the first DC / DC converter 2, for example, a heater made of a resistor.

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 power system 1 occurs due to a lightning strike or the like and the stop signal of the power system 10 is received from the interconnection unit 9. . At the same time, surplus power generated by the fuel cell 1 is consumed by the DC load 8 by increasing the output of the first DC / DC converter 2. At this time, the output power of the first DC / DC converter 2 is increased by soft start.

特開2006−67757号公報JP 2006-67757 A

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 power system 10, the inverter 4 is stopped and then the output power of the first DC / DC converter 2 is increased. appear. At that time, a temporary disturbance occurs in the raw material system, the air system, and the electric system, and there is a problem that the fuel cell 1 is stressed, the fuel cell 1 is deteriorated, and the life of the fuel cell 1 is shortened.

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.

本発明の実施の形態1における燃料電池発電装置のブロック図1 is a block diagram of a fuel cell power generator according to Embodiment 1 of the present invention. 同実施の形態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Timing chart showing operation of fuel cell power generator in same embodiment 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Timing chart showing the operation of the fuel cell power generator in Embodiment 2 of the present invention 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Timing chart showing the operation of the fuel cell power generator in Embodiment 3 of the present invention 従来の燃料電池発電装置のブロック図Block diagram of conventional fuel cell power generator

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 Embodiment 1 of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.

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 Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a timing chart showing the operation of the fuel cell power generator of the present embodiment.

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 power generation apparatus 102, a power system 101 and an AC load 103 are shown together. Here, the electric power system 101 is a single-phase three-wire AC power source including a U phase, an O phase, and a W phase. The AC load 103 is a device that consumes AC power supplied from the power system 101 or the fuel cell power generator 102.

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 power generation apparatus 102 of the present embodiment includes a fuel cell 104, a first DC / DC converter 105, a heater 106 as an internal load, a second DC / DC converter 107, Inverter 108, control means 109, relay 110 as opening / closing means, voltage sensor 111 as voltage detection means, first abnormality determination means 112, second abnormality determination means 113, and switch as setting means 114 and an LED 115 as a notification means. In this embodiment, the internal load is the heater 106, the opening / closing means is the relay 110, the voltage detecting means is the voltage sensor 111, the setting means is the switch 114, and the notification means is the LED 115, but other means having the same function are used. May be used instead.

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 fuel cell 104 generates direct-current power by generating water by chemically reacting oxygen and hydrogen. The first DC / DC converter 105 has a configuration including an insulating transformer, and boosts the DC voltage generated by the fuel cell 104. The heater 106 is driven by a DC voltage generated by the first DC / DC converter 105. The second DC / DC converter 107 has a configuration including an insulating transformer, and boosts the DC voltage generated by the fuel cell 104 to a DC voltage different from that of the first DC / DC converter 105.

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 inverter 108 converts the direct current output from the second DC / DC converter 107 into an alternating current that can be consumed by the alternating current load 103. The control means 109 controls the power consumption of the heater 106 via the first DC / DC converter 105 and also controls the output power of the second DC / DC converter 107 and the inverter 108. The relay 110 is connected to and disconnected from the power system 101 by turning on and off. The voltage sensor 111 detects the voltage at the connection point between the power system 101 and the fuel cell device 102.

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 abnormality determination unit 112 determines that an abnormality has occurred when the voltage value detected by the voltage sensor 111 satisfies the first abnormality determination condition. The second abnormality determination unit 113 determines that an abnormality has occurred when the voltage value detected by the voltage sensor 111 satisfies the second abnormality determination condition. The switch 114 sets the second abnormality determination condition of the second abnormality determination unit 113. The LED 115 is turned on when the second abnormality determination unit 113 determines that there is an abnormality.

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 abnormality determination unit 112 is that the voltage value detected by the voltage sensor 111 is a first allowable range (in this embodiment, 100 ± 10 V). The second abnormality determination condition of the second abnormality determination means 113 is that the voltage value detected by the voltage sensor 111 is the first value. The allowable range of 2 (100 ± 8 V in this embodiment) is continuously exceeded for a second predetermined time (1.0 s in this embodiment).

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 power system 101 is stopped due to lightning or the like (indicated by an effective value in the present embodiment), output power of each unit, power consumption, and Indicates a change in state.

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 voltage sensor 111. (B) is the output power of the fuel cell 104. (C) is the output power of the inverter 108. (D) is the power consumption of the heater 106. (E) is the state of the relay 110. In (A), Vref1 is a first allowable range, Vref2 is a second allowable range, and t1 is a first predetermined time and a second predetermined time.

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 fuel cell 104 starts power generation, the fuel cell power generation device 102 is connected to the power system 101 by turning on the relay 110 and supplies power to the AC load 103.

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 fuel cell 104 to the AC load 103, first, the DC power generated by the fuel cell 104 is boosted by the second DC / DC converter 107 to a voltage that the inverter 108 can output. In the present embodiment, the voltage is boosted to, for example, DC 400V. Then, the voltage boosted by the inverter 108 is converted from direct current to alternating current (in this embodiment, for example, AC 200 V) and supplied to the alternating current load 103.

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 power system 101 is connected to the AC load 103 and the power generation apparatus such as a fuel cell is connected to the power system 101, the power system 101 is stopped when the power system 101 is stopped for the maintenance and safety of the power system 101. It is obliged to detect the stop of the system 101, stop the output of the inverter 108, and disconnect the power system 101 by opening the relay 110.

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 fuel cell 104, when the output of the inverter 108 is stopped, surplus power is generated inside the fuel cell power generation device 102, and the fuel cell raw material system, air Systems and electrical systems are temporarily disturbed. Therefore, it is necessary to consume surplus power. Hereinafter, the operation of the fuel cell power generation apparatus 102 for preventing surplus power from being generated when the power system 101 is stopped will be described with reference to FIG.

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 power system 101 stops (timing T1 in FIG. 2), an islanding phenomenon occurs between the fuel cell power generation apparatus 102 and the AC load 103, and the power supplied by the fuel cell power generation apparatus 102 and the AC load 103 are in demand. The voltage rises slowly due to the balance of power.

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 abnormality determination unit 113 determines that an abnormality occurs when the voltage value detected by the voltage sensor 111 exceeds the second allowable range Vref2 for a predetermined time t1 (timing T2 to T4 in FIG. 2).

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 abnormality determination unit 113 determines that the abnormality is present, the control unit 109 gradually reduces and stops the output power Pac of the inverter 108 in order to prevent stress on the wiring and to suppress noise emission. The power consumption P1 of the heater 106 is increased at the same speed as the decrease speed of the output power Pac of the inverter 108, and finally the output power Pdc of the fuel cell 104 is completely consumed by the heater 106 (timing T4 to T5 in FIG. 2). ).

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 LED 115 is lit to notify that the second abnormality determining condition is satisfied, and notify the user, maintenance man, etc. that abnormality has occurred (see FIG. 2 timing T4).

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 voltage sensor 111 exceeds the first allowable range Vref1 for a predetermined time t1 (timing T3 to T6 in FIG. 2).

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 abnormality determination unit 112 determines that the relay 110 is abnormal, the relay 110 disconnects the fuel cell power generator 102 from the power system 101 by opening the contact (timing T6 in FIG. 2). At this time, since all the output power Pdc of the fuel cell 104 is already consumed by the heater 106, no power that is not consumed inside the fuel cell power generation apparatus 102 is generated, and it is necessary to reduce the output power Pdc of the fuel cell 104. The operation can be continued stably.

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 switch 114 to switch between the second allowable range and the second predetermined time in advance, for example, the voltage value detected by the voltage sensor 111 depending on the state of the power system 101 is frequently changed to the second allowable range. If it exceeds the range, the determination sensitivity of the second abnormality determination unit 113 is lowered by widening the second allowable range or extending the second predetermined time. Conversely, if the control means 109 determines that the first abnormality determination means 112 is abnormal during power adjustment, the second allowable range is narrowed or the second predetermined time is shortened. Thus, the determination sensitivity of the second abnormality determination unit 114 is made sensitive.

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 power system 101 is determined based on the magnitude of the voltage of the power system 101 at the interconnection point. However, the frequency, the fluctuation rate of the frequency, the harmonic component, and the jump of the voltage phase are determined. An abnormality may be determined based on any one or more of the sizes.

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 abnormality determination unit 113 determines that the second abnormality determination condition is satisfied, the abnormality is notified by turning on the LED 115, but notification by a buzzer or the like, LCD, etc. It is also possible to notify the user, maintainer, or the like that the second abnormality determination condition has been satisfied by performing display on the display means and storage in the operation history storage means using a memory or the like.

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 abnormality determination unit 113 determines that the second predetermined time is shorter than the first predetermined time, so that the second abnormality determination unit 113 determines that there is an abnormality before the first abnormality determination unit 112. By making the first abnormality determination condition and the second abnormality determination condition the same, the first abnormality determination means 113 and the second abnormality determination means 114 simultaneously determine that there is an abnormality, or the second allowable range is It may be determined that the second abnormality determination means 113 is abnormal after the first abnormality determination means 112 by setting the second predetermined time longer than the first predetermined time or larger than the allowable range of 1. . However, in that case, when an AC load is provided between the inverter 108 and the relay 110 and the first abnormality determination unit 112 determines that the abnormality is detected and the relay 110 is opened, the fuel cell 104 is temporarily connected via the inverter 108. The output is consumed by an AC load, and the output destination is switched without changing the output power of the fuel cell 104 by switching the output destination when the second abnormality determination means determines that the abnormality has occurred.

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 power system 101 detected by the voltage sensor 111 exceeds the first allowable range Vref1 for the predetermined time t1 is satisfied, The abnormality determination unit 112 determines that an abnormality has occurred, the relay 110 is opened, and the first abnormality determination condition that the voltage value of the power system 101 detected by the voltage sensor 111 exceeds the second allowable range Vref2 for a predetermined time t1. Then, the second abnormality determination means 113 determines that there is an abnormality, and the control means 109 reduces the output power of the inverter 108 to stop it, and the power consumption of the heater 106 so that the fluctuation of the output power of the fuel cell 104 becomes small. Therefore, even if the inverter 108 is stopped due to an abnormality in the power system 101, the fuel cell 104 raw material system, air system, electrical system Preventing temporary disturbances, it is possible to prevent deterioration of the fuel cell 104, and a shortening of life.

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 inverter 108 decreases and the speed at which the power consumption of the heater 106 increase substantially the same, so that the fuel cell 104 does not fluctuate the output. Since the output destination can be switched, temporary disturbance of the raw material system, air system, and electrical system of the fuel cell 104 can be prevented, and deterioration of the fuel cell 104 and shortening of the life can be prevented.

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 abnormality determination unit 112 is that the characteristic value of the power system 101 continuously exceeds the first allowable range for the first predetermined time, The second abnormality determination condition of the second abnormality determination means 113 is that the characteristic value of the electric power system 101 continuously exceeds the second allowable range for the second predetermined time, so that the electric power system 101 and the fuel When the characteristic value of the power system 101 changes transiently due to the balance between the power supplied by the battery power generation apparatus 102 and the power demanded by the AC load 103, the first abnormality determination means 112 and the second abnormality determination means 113 Can be prevented, and the reliability of the apparatus can be improved.

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 abnormality determination unit 113 can determine the abnormality before the first abnormality determination unit 112 by making the second allowable range narrower than the first allowable range. Since the output destination of the fuel cell 104 can be switched without changing the output power before the output destination via the inverter 108 due to the opening of the relay 110 disappears, the fuel cell 104 is temporarily connected to the raw material system, air system, and electrical system. Can be prevented, and deterioration of the fuel cell 104 and shortening of its life can be prevented.

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 switch 114 is provided, the determination sensitivity of the second abnormality determination unit 113 can be adjusted in accordance with the state of the power system 101 in which the fuel cell power generation apparatus 102 is installed. Can be improved.

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 power system 101 is at least one of the frequency of the power system 101, the frequency variation rate, the voltage, the harmonic component, and the magnitude of the voltage phase jump, When an abnormality occurs in the power system 101 due to a lightning strike or the like, the abnormality of the power system 101 can be determined.

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 abnormality determination unit 113 determines that the second abnormality determination condition is satisfied, the display unit displays that the second abnormality determination condition is satisfied, and the LED 115 By performing either notification or storage in the operation history storage means, it is possible to reliably and easily notify the user or maintenance man that there is an abnormality in the power system 101.

(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 power system 101 is stopped due to lightning strike (indicated by the effective value in the present embodiment), the output of each part Shows power, power consumption, and state changes.

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 voltage sensor 111. (G) is the output power of the fuel cell 104. (H) is the output power of the inverter 108. (I) is the power consumption of the heater 106. (J) is the state of the relay 110. In (F), Vref3 is a first allowable range and a second allowable range, t2 is a first predetermined time, and t3 is a second predetermined time.

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 Embodiment 1 with reference to FIG.

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 inverter 108 stops from the rated output.

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 Embodiment 1 shown in FIG.

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 power system 101 is stopped (timing T7 in FIG. 3), an islanding phenomenon occurs between the fuel cell power generation device 102 and the AC load 103, and the power supplied by the fuel cell power generation device 102 and the AC load 103 are in demand. The voltage rises stepwise due to the balance of power.

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 abnormality determination unit 113 determines that an abnormality occurs when the voltage value detected by the voltage sensor 111 exceeds the second allowable range Vref3 for a predetermined time t2 (timing T7 to T8 in FIG. 3).

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 abnormality determination unit 113 determines that the abnormality is present, the control unit 109 gradually reduces and stops the output power Pac of the inverter 108 in order to prevent stress on the wiring and to suppress noise emission. Then, the power consumption P1 of the heater 106 is increased at the same speed as the decrease speed of the output power Pac of the inverter 108, and finally the output power Pdc of the fuel cell 104 is completely consumed by the heater 106 (timing T8 to T9 in FIG. 3). ).

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 voltage sensor 111 exceeds the first allowable range Vref3 for a predetermined time t3 (timing T7 to T10 in FIG. 3).

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 abnormality determination unit 112 determines that the relay 110 is abnormal, the relay 110 disconnects the fuel cell power generator 102 from the power system 101 by opening the contact (timing T10 in FIG. 3). At this time, since all the output power Pdc of the fuel cell 104 is already consumed by the heater 106, no power that is not consumed inside the fuel cell power generation apparatus 102 is generated, and it is necessary to reduce the output power Pdc of the fuel cell 104. The operation can be continued stably.

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 means 112, and the fuel cell 104 outputs the output destination without changing the output power before the output destination via the inverter 108 due to the opening of the relay 110 disappears. Therefore, temporary disturbance of the raw material system, air system, and electric system of the fuel cell 104 can be prevented, and deterioration of the fuel cell 104 and shortening of the life can be prevented.

(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 voltage sensor 111. (L) is the output power of the fuel cell 104. (M) is the output power of the inverter 108. (N) is the power consumption of the heater 106. (O) is the state of the relay 110.

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 Embodiment 1 except that the voltage Vac does not continuously exceed the first allowable range for the first predetermined time. This is different from the method described above.

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 Embodiment 1 shown in FIG.

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 power system 101 and the fuel cell power generator 102 and the power demanded by the AC load 103 (timing T11 in FIG. 4).

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 abnormality determination unit 113 determines that an abnormality occurs when the voltage value detected by the voltage sensor 111 exceeds the second allowable range Vref2 for a predetermined time t1 (timing T12 to T15 in FIG. 4).

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 abnormality determination unit 113 determines that the abnormality is present, the control unit 109 gradually reduces and stops the output power Pac of the inverter 108 in order to prevent stress on the wiring and to suppress noise emission. The power consumption P1 of the heater 106 is increased at the same speed as the decrease speed of the output power Pac of the inverter 108, and finally the output power Pdc of the fuel cell 104 is completely consumed by the heater 106 (timing T15 to T16 in FIG. 4). ).

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 abnormality determination unit 112 starts time measurement when the voltage value detected by the voltage sensor 111 is out of the first allowable range Vref1 (timing T13 in FIG. 4). However, when the voltage value detected by the voltage sensor 111 during the time measurement falls within the first allowable range, the time measurement is terminated (timing T14 in FIG. 4).

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 abnormality determination unit 112 does not determine that there is an abnormality even after the predetermined time t5 has elapsed since the start of time measurement, the output power of the inverter 108 is prevented in order to prevent stress on the wiring and suppress noise emission. While increasing Pac, the power consumption P1 of the heater 106 is decreased at the same speed as the increase speed of the output power Pac of the inverter 108, and the output destination of the fuel cell 104 is switched to the inverter 108 (timing T17 to T18 in FIG. 4). Thereafter, the same operation as before the timing T11 in FIG. 4 is performed.

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 control unit 109 determines that the first abnormality has occurred even after a predetermined time has elapsed since the second abnormality determination unit 113 determined that the second abnormality determination condition was satisfied. When the determination unit 112 does not determine that the first abnormality determination condition is satisfied, the output of the inverter 108 is restarted and the power consumption of the heater 106 is adjusted so that the fluctuation of the output power of the fuel cell 104 is reduced. Thus, since the fuel cell 104 can switch the output destination without changing the output, temporary disturbance of the raw material system, air system, and electrical system of the fuel cell 104 is prevented, and the deterioration of the fuel cell 104 and the life of the fuel cell 104 are prevented. Shortening can be prevented.

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 SYMBOLS 101 Electric power system 102 Fuel cell power generation device 104 Fuel cell 106 Heater (internal load)
108 Inverter 109 Control means 110 Relay (open / close means)
112 First abnormality determination means 113 Second abnormality determination means 114 Switch (setting means)
115 LED (notification means)

Claims (9)

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燃料電池発電装置。 In a fuel cell power generation apparatus that supplies AC power to a load in connection with a power system, a fuel cell that generates direct-current power by reacting a fuel and an oxidant, and converts the direct-current power generated by the fuel cell into AC power An inverter that connects and disconnects the power system by turning on and off, an internal load that dissipates the output power of the fuel cell, an output power of the inverter, and a consumption of the internal load Control means for controlling power; first abnormality determining 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 satisfying a second abnormality determination condition. Second abnormality determining means for determining an abnormality when satisfying, the opening / closing means is opened when the first abnormality determining means determines to be abnormal, and the control means is determined when the second abnormality determining means is determined to be abnormal. Adjusting the fuel cell power plant for performing the fuel cell output power power consumption change the internal load so that small with stops decreasing the output power of the inverter. 前記制御手段は、前記インバータの出力電力を減少させる速度と前記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請求項1に記載の燃料電池発電装置。 2. The fuel cell power generator according to claim 1, wherein 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. 前記第1の異常判定条件は、前記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、前記第2の異常判定条件は、前記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請求項1または2に記載の燃料電池発電装置。 The first abnormality determination condition is that a characteristic value of the power system continuously exceeds a first allowable range for a first predetermined time, and the second abnormality determination condition is a characteristic value of the power system. 3. The fuel cell power generator according to claim 1 or 2, wherein the second allowable range is continuously exceeded for a second predetermined time. 前記第2の許容範囲は前記第1の許容範囲より狭い請求項3に記載の燃料電池発電装置。 The fuel cell power generator according to claim 3, wherein the second allowable range is narrower than the first allowable range. 前記第2の所定時間は前記第1の所定時間より短い請求項3または4に記載の燃料電池発電装置。 The fuel cell power generator according to claim 3 or 4, wherein the second predetermined time is shorter than the first predetermined time. 前記第1の許容範囲と前記第2の許容範囲のうち少なくとも前記第2の許容範囲と、前記第1の所定時間と前記第2の所定時間のうち少なくとも前記第2の所定時間を設定可能な設定手段を備えた請求項3から5のいずれか1項に記載の燃料電池発電装置。 At least the second permissible range of the first permissible range and the second permissible range and at least the second predetermined time of the first predetermined time and the second predetermined time can be set. The fuel cell power generator according to any one of claims 3 to 5, further comprising setting means. 前記電力系統の特性値は、前記電力系統の周波数、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つである請求項1から6のいずれか1項に記載の燃料電池発電装置。 The characteristic value of the power system is at least one of a frequency of the power system, a frequency variation rate, a voltage, a harmonic component, and a magnitude of a voltage phase jump. The fuel cell power generator described in 1. 前記第2の異常判定手段が前記第2の異常判定条件を満たしていると判定した場合に、前記第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請求項1から7のいずれか1項に記載の燃料電池発電装置。 When the second abnormality determination means determines that the second abnormality determination condition is satisfied, the fact that the second abnormality determination condition is satisfied is displayed on the display means, the notification means notifies, and the driving history is stored. The fuel cell power generator according to any one of claims 1 to 7, wherein one of storage is performed in the means. 前記制御手段は、前記第2の異常判定手段が前記第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前記第1の異常判定手段が前記第1の異常判定条件を満たしていると判定しないとき、前記インバータの出力を再開させる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請求項1から8のいずれか1項に記載の燃料電池発電装置 The control means may be configured such that the first abnormality determination means does not exceed the first abnormality determination condition even if a predetermined time has elapsed after the second abnormality determination means determines that the second abnormality determination condition is satisfied. The power consumption of the internal load is adjusted so that the output of the inverter is restarted and the fluctuation of the output power of the fuel cell is reduced when it is not determined that the condition is satisfied. Fuel cell power generator described in
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
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

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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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