JP2012249486A - Power generation system - Google Patents

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Naoki Taoda
直樹 峠田
Yoshihiro Wakayama
若山　　義洋
Satoru Ichimura
悟 市村
Tomonori Tsuchiya
友範 土屋
Yoshikazu Hamaya
佳和 濱谷
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power generation system capable of efficiently supplying generated power to an auxiliary machine without causing deterioration of a fuel cell.SOLUTION: In a power generation system 1 comprising a fuel cell device 2, when supplying power from a power generation part 5 to an auxiliary machine power supply part 7 which supplies power to an auxiliary machine of a fuel cell, a current sensor 13 is provided to detect current amount (supplied current amount) supplied from the power generation part 5 to the auxiliary machine power supply part 7. Then, when a control part 8 of the fuel cell device 2 gives a control target value that controls input current of a converter 16 to a control part 19 of a power conditioner 4, a value calculated by subtracting supplied power amount detected by the current sensor 13 from power generated amount by the power generation part 5 is given to the control part 19 of the power conditioner 4 as the control target value.

Description

この発明は発電システムに関し、より詳細には、発電部として燃料電池を備えた発電システムにおける燃料電池の補機に対する電力供給技術に関する。   The present invention relates to a power generation system, and more particularly, to a power supply technique for an auxiliary machine of a fuel cell in a power generation system including a fuel cell as a power generation unit.

近時、家庭用の発電システムにおいて、燃料電池による発電（燃料電池発電）と太陽電池による発電（太陽光発電）とを組み合わせて使用する発電システムが提供されている。   Recently, a power generation system using a combination of power generation by a fuel cell (fuel cell power generation) and power generation by a solar cell (solar power generation) has been provided in a household power generation system.

この種の発電システムでは、燃料電池や太陽電池で発電される直流電力を家庭負荷（電力負荷）で使用できるようにするために、直流電力を交流電力に変換するインバータ装置であるパワーコンディショナを備えているが、従来の発電システムでは、図２に示すように、太陽電池ａと燃料電池ｂのそれぞれにパワーコンディショナｃを接続していたことから（パワーコンディショナを２基使用していたことから）、これら二基のパワーコンディショナｃ、ｃにおいて、ほぼ同様の機能を有するインバータｅや表示部ｆなどが重複して設けられるという無駄が生じていた。   In this type of power generation system, a power conditioner, which is an inverter device that converts DC power into AC power, is used so that the DC power generated by a fuel cell or solar cell can be used in a household load (power load). However, in the conventional power generation system, as shown in FIG. 2, since the power conditioner c is connected to each of the solar cell a and the fuel cell b (two power conditioners were used). Therefore, in the two power conditioners c and c, there is a waste that an inverter e and a display unit f having substantially the same functions are provided in an overlapping manner.

そのため、最近では、このような構成上の無駄をなくすために、図３（ａ）に示すように、１基のパワーコンディショナｇを太陽電池ａと燃料電池ｂとで共用するように構成した発電システムが提案されている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。   Therefore, recently, in order to eliminate such a waste in the configuration, as shown in FIG. 3A, a single power conditioner g is configured to be shared by the solar cell a and the fuel cell b. A power generation system has been proposed (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).

すなわち、この図３（ａ）に示す発電システムでは、パワーコンディショナｇに、太陽電池用のコンバータｄaと燃料電池用のコンバータｄbとを設け、これらコンバータｄa，ｄbで昇圧された直流電力を交流電力に変換するインバータとして１基のインバータｅを共用し、表示部についても太陽電池発電と燃料電池発電とに共用される１基の表示部ｆを用いている。 That is, in the power generation system shown in FIG. 3 (a), the power conditioner g, provided a converter d b for converter d a fuel cell for solar cells, these converters d a, boosted by d b One inverter e is shared as an inverter for converting DC power into AC power, and one display unit f shared for solar cell power generation and fuel cell power generation is used for the display unit.

特開２００２−１３６１１２号公報JP 2002-136112 A 特開２００５−１５１６６２号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-151662

ところで、このように太陽電池発電と燃料電池発電とでインバータを共用するという発想の下では、燃料電池ｂの補機（図示せず）に対する電力の供給は、たとえば、図３（ａ）に示すように、系統（商用電源）に接続されたコンセントｉを介して行うようにすることが考えられる。この場合、燃料電池ｂにはＡＣ／ＤＣコンバータを備えた補機電源ｈが備えられ、この補機電源ｈに上記コンセントｉを介して交流電力を供給することになる。すなわち、燃料電池ｂが発電していないときには、商用電源からの交流電力を補機電源ｈに与えるようにし、また、燃料電池ｂが発電しているときには、図３（ｂ）に示すように、燃料電池ｂで発電されインバータｅで交流に変換された交流電力を補機電源ｈに与えるようにして、いずれの場合も補機電源ｈのＡＣ／ＤＣコンバータで直流電力に変換して補機に電力を供給するように構成される。   By the way, under the idea that the solar cell power generation and the fuel cell power generation share the inverter in this way, the power supply to the auxiliary device (not shown) of the fuel cell b is, for example, as shown in FIG. As described above, it is conceivable to perform the operation via the outlet i connected to the system (commercial power supply). In this case, the fuel cell b is provided with an auxiliary power source h provided with an AC / DC converter, and AC power is supplied to the auxiliary power source h via the outlet i. That is, when the fuel cell b is not generating power, AC power from the commercial power source is supplied to the auxiliary power source h. When the fuel cell b is generating power, as shown in FIG. The AC power generated by the fuel cell b and converted into AC by the inverter e is supplied to the auxiliary power source h. In any case, the AC / DC converter of the auxiliary power source h converts the DC power into DC power. Configured to supply power.

しかしながら、このような構成では、燃料電池ｂが発電している場合の補機への電力の供給は、一旦インバータｅで交流に変換した電力を再び補機電源ｈで直流に変換して供給することになるため、直流から交流の変換によるロスで発電効率が低下するという問題がある。   However, in such a configuration, when the fuel cell b is generating power, the power is supplied to the auxiliary equipment by once converting the power converted into the alternating current by the inverter e to the direct current by the auxiliary power supply h. Therefore, there is a problem that power generation efficiency is reduced due to a loss due to conversion from direct current to alternating current.

そのため、出願人はこのような変換ロスの低減を目的として、図４に示すように、補機電源ｈに燃料電池ｂの発電部ｋから出力される直流電力を補機用の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータを搭載し（図４（ｂ）参照）、燃料電池ｂが発電していないときは、商用電源からの交流電力を補機電源ｈのＡＣ／ＤＣコンバータに与える一方、燃料電池ｂが発電しているときには、燃料電池ｂで発電された直流電力を直接補機電源ｈのＤＣ／ＤＣコンバータに与えるようにすることを考えた。   Therefore, for the purpose of reducing such conversion loss, the applicant converts the DC power output from the power generation unit k of the fuel cell b to the auxiliary machine power source h into the DC voltage for the auxiliary machine as shown in FIG. When the fuel cell b is not generating power, the AC power from the commercial power source is supplied to the AC / DC converter of the auxiliary power source h, while the fuel cell b is mounted. When b is generating power, it is considered that the DC power generated by the fuel cell b is directly supplied to the DC / DC converter of the auxiliary power source h.

しかし、このような構成にした場合には、図４（ｂ）に示すように、燃料電池ｂの発電部ｋで発電された電流の一部が補機電源ｈに流れることになるから、燃料電池用のコンバータｄbに入力電流制御を行うコンバータを採用すると、補機電源ｈに流れる電流分だけ余分に電流が消費されることとなり、パワーコンディショナｇと補機電源ｈとで消費される電流量（消費電流量）が発電部ｋで発電される発電電流量を超えることになってしまう。つまり、発電電流＜消費電流となってしまい、燃料電池ｂの発電部ｋを劣化させる要因となってしまう。 However, in such a configuration, as shown in FIG. 4B, a part of the current generated by the power generation unit k of the fuel cell b flows to the auxiliary power source h. employing converter for inputting current control converter d b for a battery, only the current component flowing through the auxiliary power source h will be extra current is consumed, consumed by the power conditioner g an auxiliary power supply h The amount of current (the amount of current consumed) will exceed the amount of power generation current generated by the power generation unit k. In other words, the power generation current is smaller than the current consumption, which causes the power generation unit k of the fuel cell b to deteriorate.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、燃料電池の劣化を招くことなく、発電された電力を効率よく補機に供給できる発電システムを提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a power generation system that can efficiently supply generated power to an auxiliary machine without causing deterioration of the fuel cell. It is to provide.

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載の発電システムは、発電部として燃料電池を有する燃料電池装置と、上記発電部で発電された電力を系統に連系可能な交流電力に変換するパワーコンディショナとを備えた発電システムであって、上記燃料電池装置は補機に電力を供給する補機電源部を備えるとともに、この補機電源部が上記発電部の発電出力から直接電力供給を受けられるように構成されたものにおいて、上記発電部から補機電源部への供給電流量を検出する電流検出手段を備え、制御部が、上記発電部の発電電流量と、上記電流検出手段によって検出される上記補機電源部への供給電流量との差を演算し、その演算結果を入力電流制御値としてパワーコンディショナの入力電流制御を行うことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a power generation system according to claim 1 of the present invention includes a fuel cell device having a fuel cell as a power generation unit, and AC power generated by the power generation unit that can be connected to a system. A power generation system including a power conditioner for conversion, wherein the fuel cell device includes an auxiliary power supply unit that supplies electric power to the auxiliary machine, and the auxiliary power supply unit directly generates electric power from the power generation output of the power generation unit. A device configured to receive the supply includes a current detection unit that detects a supply current amount from the power generation unit to the auxiliary power supply unit, and the control unit includes the power generation current amount of the power generation unit and the current detection unit. The difference between the amount of current supplied to the auxiliary power supply unit detected by the means is calculated, and the input current control of the power conditioner is performed using the calculated result as the input current control value.

この請求項１に係る発電システムでは、燃料電池装置の補機電源部に対して、燃料電池装置の発電部から直接電力を供給できるようにするにあたり、発電部から補機電源部に供給される電流量（供給電流量）を検出する電流検出手段を設けて、燃料電池装置の発電部が発電しているときに補機電源部に流れる電流量を検出する。そして、パワーコンディショナにおけるコンバータの入力電流制御を行う際に、制御部は、発電部で発電される電流量（発電電流量）とこの供給電流量との差を求めて燃料電池装置からパワーコンディショナに供給される電流量を求め、この電流量をコンバータの入力電流制御の制御目標値（入力電流制御値）として用いる。そのため、この請求項１に係る発電システムでは、燃料電池装置の発電部で発電された発電電流の一部を補機電源部に供給するように構成しても、パワーコンディショナで消費される消費電流量が発電電流量を超えることが回避され、燃料電池装置の発電部の劣化が防止される。つまり、発電部の劣化を招くことなく、発電された電力を効率よく補機に供給することができる。   In the power generation system according to claim 1, when the power can be directly supplied from the power generation unit of the fuel cell device to the auxiliary power supply unit of the fuel cell device, the power supply unit supplies the power to the auxiliary power unit. Current detection means for detecting the amount of current (amount of supply current) is provided to detect the amount of current flowing through the auxiliary power supply when the power generation unit of the fuel cell device is generating power. When the input current control of the converter in the power conditioner is performed, the control unit obtains the difference between the amount of current generated by the power generation unit (the amount of generated current) and the amount of supplied current from the fuel cell device. The amount of current supplied to the converter is obtained, and this amount of current is used as a control target value (input current control value) for input current control of the converter. Therefore, in the power generation system according to claim 1, even if a part of the generated current generated by the power generation unit of the fuel cell device is supplied to the auxiliary power supply unit, the consumption consumed by the power conditioner It is avoided that the amount of current exceeds the amount of generated current, and deterioration of the power generation unit of the fuel cell device is prevented. That is, the generated power can be efficiently supplied to the auxiliary machine without causing deterioration of the power generation unit.

また、本発明の請求項２に記載の発電システムは、請求項１に係る発電システムにおいて、上記制御部が、燃料電池装置の制御部とパワーコンディショナの制御部とで構成されており、上記燃料電池の制御部は、上記入力電流制御値を演算してその結果をパワーコンディショナの制御部に送信し、上記パワーコンディショナの制御部は、受信した上記入力電流制御値に基づいてパワーコンディショナを制御するように構成されていることを特徴とする。   In the power generation system according to claim 2 of the present invention, in the power generation system according to claim 1, the control unit includes a control unit of a fuel cell device and a control unit of a power conditioner, The control unit of the fuel cell calculates the input current control value and transmits the result to the control unit of the power conditioner. The control unit of the power conditioner controls the power conditioner based on the received input current control value. It is comprised so that it may control.

この請求項２に係る発電システムでは、発電システムの制御部として、燃料電池装置の制御部とパワーコンディショナの制御部とを用いる。そして、上述したパワーコンディショナで行う入力電流制御の制御目標値(入力電流制御値)の演算を燃料電池装置側の制御部で行い、パワーコンディショナの制御部にはその演算結果を送信するようにしている。そのため、パワーコンディショナの制御部には、発電部の発電電流量から補機電源部に流れる供給電流量分が差し引かれた値が入力電流制御の制御目標値として与えられることになり、パワーコンディショナ側の構成に何らの変更を加えることなく、発電部で発電された電力を補機電源部に供給する構成を採用することができる。   In the power generation system according to the second aspect, the control unit of the fuel cell device and the control unit of the power conditioner are used as the control unit of the power generation system. Then, calculation of the control target value (input current control value) of the input current control performed by the power conditioner described above is performed by the control unit on the fuel cell device side, and the calculation result is transmitted to the control unit of the power conditioner. I have to. For this reason, a value obtained by subtracting the amount of supply current flowing to the auxiliary power supply unit from the amount of generated current of the power generation unit is given to the control unit of the power conditioner as a control target value for input current control. A configuration in which the power generated by the power generation unit is supplied to the auxiliary power supply unit without any change to the configuration on the na side can be adopted.

本発明によれば、発電システムが燃料電池装置の発電部から補機電源部への供給電流量を検出する電流検出手段が備え、制御部が燃料電池装置の発電部の発電電流量と電流検出手段によって検出される補機電源部への供給電流量との差を演算し、その演算結果をパワーコンディショナにおける入力電流制御の制御値としてパワーコンディショナを制御するので、燃料電池装置の発電部で発電された発電電流の一部を補機電源部に供給するように構成しても、パワーコンディショナでの消費電流量が発電部での発電電流量を超えることがなく、燃料電池装置の発電部の劣化が防止される。   According to the present invention, the power generation system includes the current detection means for detecting the amount of current supplied from the power generation unit of the fuel cell device to the auxiliary power supply unit, and the control unit detects the power generation current amount and the current detection of the power generation unit of the fuel cell device. The power generator is controlled by calculating the difference between the amount of current supplied to the auxiliary power supply detected by the means and using the calculation result as the control value for the input current control in the power conditioner. Even if it is configured to supply a part of the generated current generated at the power source to the auxiliary power unit, the amount of current consumed by the power conditioner does not exceed the amount of generated current at the power generator. Deterioration of the power generation unit is prevented.

本発明に係る発電システムの概略構成の一例を示しており、図１（ａ）は同発電システムの回路ブロック図を、図１（ｂ）は同発電システムにおける補機電源部およびパワーコンディショナに対する電力供給経路を示す説明図である。1 shows an example of a schematic configuration of a power generation system according to the present invention, FIG. 1 (a) is a circuit block diagram of the power generation system, and FIG. 1 (b) is for an auxiliary power supply unit and a power conditioner in the power generation system. It is explanatory drawing which shows an electric power supply path | route. 従来の発電システムの一例の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of an example of the conventional electric power generation system. 従来の発電システムの他の一例の概略構成を示しており、図３（ａ）は同発電システムの回路ブロック図を、図３（ｂ）は同発電システムにおいて燃料電池の発電時における補機電源部に対する電力供給経路を示す説明図である。Fig. 3 shows a schematic configuration of another example of a conventional power generation system, in which Fig. 3 (a) is a circuit block diagram of the power generation system, and Fig. 3 (b) is an auxiliary power supply during fuel cell power generation in the power generation system. It is explanatory drawing which shows the electric power supply path | route with respect to a part. 図３に示す発電システムの改変例を示しており、図４（ａ）は同発電システムの回路ブロック図を、図４（ｂ）は同発電システムにおける補機電源部およびパワーコンディショナに対する電力供給経路を示す説明図である。FIG. 4A shows a modified example of the power generation system shown in FIG. 3, FIG. 4A is a circuit block diagram of the power generation system, and FIG. 4B is a power supply to an auxiliary power supply unit and a power conditioner in the power generation system. It is explanatory drawing which shows a path | route.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明を適用した発電システムの概略構成を示している。この発電システム１は、発電部として燃料電池と太陽電池とを有する家庭用の発電システムであって、図１に示すように、燃料電池装置２と、太陽電池パネル３と、パワーコンディショナ４とを主要部として備えている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a schematic configuration of a power generation system to which the present invention is applied. This power generation system 1 is a household power generation system having a fuel cell and a solar cell as a power generation unit, and as shown in FIG. As the main part.

燃料電池装置２は、天然ガスなどの水素を含む燃料ガスと、空気などの酸素を含む酸化剤ガスとを供給し、水素と酸素を化学反応させて直流電力を得る発電部（燃料電池）５を有する発電設備であって、この発電部５の周辺機器からなる補機６（図１（ｂ）参照）と、補機６に電力を供給する補機電源部７と、燃料電池装置２の各部を制御する制御部（以下、「ＦＣ制御部」と称する）８とを主要部として備えている。   The fuel cell device 2 supplies a fuel gas containing hydrogen such as natural gas and an oxidant gas containing oxygen such as air, and a power generation unit (fuel cell) 5 that obtains DC power by chemically reacting hydrogen and oxygen. Of auxiliary equipment 6 (see FIG. 1 (b)) including peripheral equipment of the power generation section 5, an auxiliary power supply section 7 for supplying power to the auxiliary equipment 6, and a fuel cell device 2 A control unit (hereinafter referred to as “FC control unit”) 8 that controls each unit is provided as a main unit.

ここで、上記発電部５としては、たとえば、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）や固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）などの公知の構成を備えた燃料電池が使用される。また、補機は、燃料電池装置２の筐体（図示せず）内に上記発電部５などとともに収容されており、発電部５の起動準備時や発電運転時に電力を消費するブロワやポンプなどの電力負荷で構成されている。   Here, as the power generation unit 5, for example, a fuel cell having a known configuration such as a solid oxide fuel cell (SOFC) or a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) is used. Further, the auxiliary machine is housed in the casing (not shown) of the fuel cell device 2 together with the power generation unit 5 and the like, and a blower, a pump, and the like that consume electric power when the power generation unit 5 is prepared for start-up or during power generation operation. It consists of a power load.

上記補機電源部７は、商用電源などの系統Ａから供給される交流電力または上記発電部５からパワーコンディショナ４を介することなく直接供給される直流電力から補機６に供給する直流電力を生成するための電源装置であって、交流電力を所望の電圧（たとえば、ＤＣ２４Ｖ）の直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータ９と、直流電力を所望の電圧（たとえば、ＤＣ２４Ｖ）の直流電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ１０とを備えている（図１（ｂ）参照）。   The auxiliary machine power supply unit 7 receives direct current power supplied to the auxiliary machine 6 from AC power supplied from the system A such as a commercial power supply or direct current power supplied from the power generation unit 5 without going through the power conditioner 4. An AC / DC converter 9 that converts AC power into DC power of a desired voltage (for example, DC 24 V) and DC power converted to DC power of a desired voltage (for example, DC 24 V) And a DC / DC converter 10 (see FIG. 1B).

この補機電源部７のＡＣ／ＤＣコンバータ９は、図１（ｂ）に示すように、その入力側が系統Ａ（具体的には系統Ａから交流電力の供給を受ける図示しない配電盤など）と電源線１１を介して接続されている。また、補機電源部７のＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、その入力側が上記発電部５と電源線１２を介して接続されており、発電部５で発電される直流電力の一部がこのＤＣ／ＤＣコンバータ１０に供給されるように構成されている。   As shown in FIG. 1B, the AC / DC converter 9 of the auxiliary power unit 7 has a system A (specifically, a distribution board (not shown) that receives AC power supplied from the system A) and a power source on its input side. They are connected via a line 11. The DC / DC converter 10 of the auxiliary machine power supply unit 7 is connected at its input side to the power generation unit 5 via the power line 12, and a part of the DC power generated by the power generation unit 5 is the DC / DC. It is configured to be supplied to the DC converter 10.

そして、本発明では、この電源線１２に電流センサ（電流検出手段）１３が備えられており、発電部５から補機電源部７に供給される電流量（供給電流量）を検出できるように構成されている。   In the present invention, the power supply line 12 is provided with a current sensor (current detection means) 13 so that the amount of current (supply current amount) supplied from the power generation unit 5 to the auxiliary power supply unit 7 can be detected. It is configured.

上記ＦＣ制御部８は、燃料電池装置２の各部の動作を制御する制御装置であって、図示しないマイコンをその制御中枢として備えている。このＦＣ制御部８は、燃料電池装置２の各部に設けられる各種センサ類（たとえば、上記電流センサ１３）と電気的に接続され、これらセンサ類で得られる情報を取得するとともに、後述するパワーコンディショナ４の制御部１９と通信接続されており、パワーコンディショナ４の制御部１９と制御情報をやり取りしながら、発電部５の発電制御や補機電源部７の電源切替制御などの各種制御を行うように構成されている。なお、図１において、符号１４は電流センサ１３との接続のための電装線を、また、符号１５はパワーコンディショナ４の制御部１９との通信線をそれぞれ示している。   The FC control unit 8 is a control device that controls the operation of each unit of the fuel cell device 2, and includes a microcomputer (not shown) as a control center. The FC control unit 8 is electrically connected to various sensors (for example, the current sensor 13) provided in each unit of the fuel cell device 2, acquires information obtained by these sensors, and power condition described later. Is connected to the control unit 19 of the power conditioner 4 and exchanges control information with the control unit 19 of the power conditioner 4, and performs various controls such as power generation control of the power generation unit 5 and power source switching control of the auxiliary power source unit 7. Configured to do. In FIG. 1, reference numeral 14 indicates an electrical line for connection with the current sensor 13, and reference numeral 15 indicates a communication line with the control unit 19 of the power conditioner 4.

ここで、このＦＣ制御部８による発電部５の発電制御は、パワーコンディショナ４の制御部１９から与えられる系統Ａからの購入電力に関する情報に基づいて行われる。すなわち、この発電制御では、ＦＣ制御部８は、系統Ａからの購入電力を少なくし、かつ、発電部５で発電された電力が無駄なくパワーコンディショナ４で消費されるように発電部５の発電量を制御するようになっている。   Here, the power generation control of the power generation unit 5 by the FC control unit 8 is performed based on the information regarding the purchased power from the system A given from the control unit 19 of the power conditioner 4. That is, in this power generation control, the FC control unit 8 reduces the purchased power from the system A and the power generation unit 5 so that the power generated by the power generation unit 5 is consumed by the power conditioner 4 without waste. The amount of power generation is controlled.

具体的には、ＦＣ制御部８は、系統Ａからの購入電力が増えて購入電力が所定の閾値を超えると（購入電力＞閾値になると）、発電部５での発電電力を上昇させる。そして、発電部５での発電電力の上昇に伴って購入電力が少なくなり（購入電力≒０となり）、かつ、パワーコンディショナ４の入力電流制御の制御値と実際の入力電流が近似したときには（入力電流制御値≒入力電流値となっているときには）、発電部５での発電電力をそのまま維持する一方、購入電力が少ない状態で（購入電力≒０となり）、かつ、パワーコンディショナ４の入力電流制御の制御値が実際の入力電流よりも大きくなったときには（入力電流制御値＞入力電流値となったときには）、発電部５での発電電力を低下させる。なお、このような発電電力の制御は、発電部５に供給する燃料ガスと酸化剤ガスの供給量をＦＣ制御部８が制御することによって行うようになっている。   Specifically, when the purchased power from the system A increases and the purchased power exceeds a predetermined threshold (purchased power> threshold), the FC control unit 8 increases the generated power in the power generation unit 5. Then, when the generated power in the power generation unit 5 increases, the purchased power decreases (purchased power≈0), and the input current control value of the power conditioner 4 approximates the actual input current ( When the input current control value≈the input current value), the generated power in the power generation unit 5 is maintained as it is, while the purchased power is low (purchased power≈0) and the input of the power conditioner 4 When the control value of the current control becomes larger than the actual input current (when the input current control value> the input current value), the generated power in the power generation unit 5 is reduced. Note that such control of generated power is performed by the FC control unit 8 controlling the supply amounts of fuel gas and oxidant gas supplied to the power generation unit 5.

また、この発電制御に関連して、ＦＣ制御部８は、発電部５での発電電流に基づいてパワーコンディショナ４に対して、コンバータ１６の入力電流制御を行うための制御目標値（入力電流制御値）を送信するようになっている（詳細は後述する）。   In relation to this power generation control, the FC control unit 8 controls the power conditioner 4 based on the power generation current in the power generation unit 5 to control the input current of the converter 16 (input current). Control value) is transmitted (details will be described later).

一方、上記太陽電池パネル３は、周知のごとく、複数の太陽電池セルをパネル状に接続配列してなる発電設備であって、太陽光のエネルギを直流電力に変換するように構成されている。   On the other hand, as is well known, the solar cell panel 3 is a power generation facility in which a plurality of solar cells are connected and arranged in a panel shape, and is configured to convert sunlight energy into DC power.

パワーコンディショナ４は、上記燃料電池装置２および太陽電池パネル３で発電される直流電力を系統Ａに連系可能な交流電力に変換するインバータ装置であって、図１に示すように、燃料電池装置２用のコンバータ１６と、太陽電池パネル３用のコンバータ１７と、これらコンバータ１６，１７に共用されるインバータ１８と、パワーコンディショナ４の各部を制御する制御部（以下、「ＰＣ制御部」と称する）１９とを主要部として備えている。   The power conditioner 4 is an inverter device that converts direct current power generated by the fuel cell device 2 and the solar cell panel 3 into alternating current power that can be connected to the system A. As shown in FIG. A converter 16 for the device 2, a converter 17 for the solar battery panel 3, an inverter 18 shared by the converters 16 and 17, and a controller that controls each part of the power conditioner 4 (hereinafter referred to as "PC controller"). 19) as a main part.

上記コンバータ１６，１７は、上記インバータ１８において系統Ａに連系可能な電圧（たとえば、ＡＣ２００Ｖ）の交流電力を生成できるように、燃料電池装置２の発電部５や太陽電池パネル３から供給される直流電力を昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータで構成されている。各コンバータ１６，１７の具体的な構成・制御については、各コンバータ１６，１７に接続される発電設備の特性に応じて決定されており、本実施形態では、燃料電池装置２の発電部（燃料電池）５が接続されるコンバータ１６には絶縁型で、かつ、入力電流制御されるコンバータが用いられている。一方、太陽電池パネル３が接続されるコンバータ１７には非絶縁型または絶縁型で、かつ、最大電力点追従制御（ＭＰＰＴ制御）のコンバータが用いられている。   The converters 16 and 17 are supplied from the power generation unit 5 and the solar cell panel 3 of the fuel cell device 2 so that the inverter 18 can generate AC power having a voltage (for example, AC 200 V) that can be linked to the system A. It is composed of a DC-DC converter that boosts DC power. The specific configuration and control of each converter 16, 17 is determined according to the characteristics of the power generation equipment connected to each converter 16, 17. In this embodiment, the power generation unit (fuel) of the fuel cell device 2 is determined. The converter 16 to which the battery (5) is connected is an insulating type and an input current controlled converter. On the other hand, the converter 17 to which the solar cell panel 3 is connected is a non-insulating or insulating converter that uses maximum power point tracking control (MPPT control).

これらコンバータ１６，１７は、それぞれ昇圧した直流電力がインバータ１８に供給されるように、各コンバータ１６，１７の出力が接続点２０で接続され、この接続点２０がインバータ１８のＤＣリンク部（図示せず）に接続されている。   The converters 16 and 17 are connected at the connection point 20 so that the boosted DC power is supplied to the inverter 18, and the connection point 20 is connected to the DC link portion (see FIG. (Not shown).

上記インバータ１８は、上記コンバータ１６，１７で昇圧された直流電力を系統Ａに連系可能な電圧・周波数の交流電力（たとえば、単相三線式２００Ｖ）に変換するＤＣ−ＡＣインバータで構成されており、このインバータ１８は上記ＤＣリンク部の電圧が一定になるように制御される。   The inverter 18 is configured by a DC-AC inverter that converts the DC power boosted by the converters 16 and 17 into voltage / frequency AC power (for example, single-phase three-wire 200V) that can be linked to the system A. The inverter 18 is controlled so that the voltage of the DC link unit becomes constant.

上記ＰＣ制御部１９は、パワーコンディショナ４の各部の動作を制御する制御装置であって、図示しないマイコンを制御中枢として備えている。そして、このＰＣ制御部１９は、パワーコンディショナ４の各部に備えられる各種センサ類で得られる情報や上記ＦＣ制御部８から得られる制御情報などに基づいて、コンバータ１６，１７やインバータ１８などの制御を行うように構成されている。   The PC control unit 19 is a control device that controls the operation of each unit of the power conditioner 4 and includes a microcomputer (not shown) as a control center. And this PC control part 19 is based on the information obtained by the various sensors with which each part of the power conditioner 4 is provided, the control information obtained from the said FC control part 8, etc., such as converters 16 and 17 and inverter 18 It is configured to perform control.

具体的には、たとえば、このＰＣ制御部１９は、上記コンバータ１６の制御に関して、上記ＦＣ制御部８から与えられる入力電流制御値（制御目標値）に基づいて、コンバータ１６の入力電流制御を行う。また、上記ＦＣ制御部８での発電制御に関連して、各種センサ類から得られる情報に基づいて系統Ａからの購入電力を算出し、その結果をＦＣ制御部８に対して送信する。   Specifically, for example, the PC control unit 19 controls the input current of the converter 16 based on the input current control value (control target value) given from the FC control unit 8 regarding the control of the converter 16. . Further, in relation to the power generation control in the FC control unit 8, the purchased power from the system A is calculated based on information obtained from various sensors, and the result is transmitted to the FC control unit 8.

しかして、このように構成された発電システム１においては、燃料電池装置２の発電部５または太陽電池パネル３の少なくともいずれか一方が発電を開始した場合には、上記ＰＣ制御部１９は、発電を開始した発電設備が接続されているコンバータ１６，１７を運転させるとともに、インバータ１８を動作させて、コンバータ１６，１７から出力される直流電力をインバータ１８で交流電力に変換し、系統Ａに連系させるようになっている。   Therefore, in the power generation system 1 configured as described above, when at least one of the power generation unit 5 of the fuel cell device 2 or the solar cell panel 3 starts power generation, the PC control unit 19 generates power generation. The converters 16 and 17 to which the power generation equipment that started the operation is connected are operated and the inverter 18 is operated to convert the DC power output from the converters 16 and 17 into AC power by the inverter 18 and connect to the system A. It is designed to be related.

そこで、次に、本発明に係る発電システム１の特徴的な動作について説明する。
Ａ：補機電源部７の電源切替制御
上述したように、本発明に係る発電システム１では、補機電源部７には、系統Ａから交流電力の供給を受けるＡＣ／ＤＣコンバータ９と、燃料電池装置２の発電部５から直流電力の供給を受けるＤＣ／ＤＣコンバータ１０とが備えられているが、補機６に対する電力供給は、これらＡＣ／ＤＣコンバータ９およびＤＣ／ＤＣコンバータ１０のいずれか一方により行われるようになっており、その切替制御（電源切替制御）を上記ＦＣ制御部８が行うように構成されている。 Then, next, characteristic operation | movement of the electric power generation system 1 which concerns on this invention is demonstrated.
A: Power Supply Switching Control of Auxiliary Power Supply Unit 7 As described above, in the power generation system 1 according to the present invention, the auxiliary power supply unit 7 includes the AC / DC converter 9 that receives AC power supplied from the system A, the fuel The DC / DC converter 10 that receives the DC power from the power generation unit 5 of the battery device 2 is provided. The power supply to the auxiliary machine 6 is either the AC / DC converter 9 or the DC / DC converter 10. The FC control unit 8 is configured to perform the switching control (power switching control).

具体的には、上記ＦＣ制御部８は、発電部５が発電停止状態（発電部５が正常に発電を開始するに至るまでの起動準備中を含む）にあるときには、補機電源部７のＡＣ／ＤＣコンバータ９を動作（このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の動作は停止）させて、系統Ａから供給される交流電力をＡＣ／ＤＣコンバータ９で所望の電圧の直流電力に変換して補機６に電力を供給する。すなわち、発電部５が発電を行っていない状態では補機６に対して発電部５から電力を供給できないので、この場合には系統Ａから供給される電力を用いて、補機６を動作可能な状態にしておく。   Specifically, when the power generation unit 5 is in a power generation stop state (including preparation for starting until the power generation unit 5 starts power generation normally), the FC control unit 8 The AC / DC converter 9 is operated (at this time, the operation of the DC / DC converter 10 is stopped), and the AC power supplied from the system A is converted into DC power of a desired voltage by the AC / DC converter 9 to compensate. Power is supplied to the machine 6. That is, since the power cannot be supplied from the power generation unit 5 to the auxiliary machine 6 when the power generation unit 5 is not generating power, in this case, the auxiliary machine 6 can be operated using the power supplied from the system A. Keep it in a proper state.

そして、発電部５が発電状態にあるとき（発電部５が正常に発電を行っているとき）には、上記ＦＣ制御部８は、上記ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を動作させるとともに、ＡＣ／ＤＣコンバータ９の動作を停止させて、発電部５で発電された直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ１０で所望の電圧の直流出力に変換して補機６に供給する。つまり、発電部５が発電を開始した後は、発電部５で発電された直流電力を用いて補機６を動作させる。   When the power generation unit 5 is in a power generation state (when the power generation unit 5 is generating power normally), the FC control unit 8 operates the DC / DC converter 10 and also the AC / DC converter. 9 is stopped, and the DC power generated by the power generation unit 5 is converted into a DC output of a desired voltage by the DC / DC converter 10 and supplied to the auxiliary machine 6. That is, after the power generation unit 5 starts power generation, the auxiliary machine 6 is operated using the DC power generated by the power generation unit 5.

このように、本発明の発電システム１では、燃料電池装置２の発電部５が発電しているときには、補機６を動作させる電力として発電部５で発電された電力を用いるので、系統Ａからの購入電力を抑制することができる。しかも、このときに補機６に供給される電力は、発電部５で発電した電力を一旦パワーコンディショナ４で交流電力に変換することなく発電部５から直接補機電源部７に供給されるので、直流から交流に変換することによる変換ロスがなく、発電効率の低下を招くことなく補機６に電力を供給することができる。   As described above, in the power generation system 1 of the present invention, when the power generation unit 5 of the fuel cell device 2 is generating power, the power generated by the power generation unit 5 is used as power for operating the auxiliary machine 6. Power consumption can be suppressed. In addition, the power supplied to the auxiliary machine 6 at this time is directly supplied from the power generation unit 5 to the auxiliary power supply unit 7 without once converting the power generated by the power generation unit 5 into AC power by the power conditioner 4. Therefore, there is no conversion loss due to conversion from direct current to alternating current, and power can be supplied to the auxiliary machine 6 without causing a decrease in power generation efficiency.

Ｂ：コンバータ１６の入力電流制御値（制御目標値）の演算
上述したように、燃料電池装置２が接続されるコンバータ１６は、ＦＣ制御部８から送信される入力電流制御値に基づいて入力電流制御が行われるようになっているが、ここで発電部５の発電電流値をそのまま入力電流制御値（制御目標値）としてＰＣ制御部１９に与えるようにすると、発電部５が発電中は補機電源部７に発電電流の一部を供給するようになっている本発明の発電システム１では、パワーコンディショナ４と補機電源部７とで消費される電流量（消費電流量）が発電部５で発電される発電電流量を超えて発電部５の劣化を招くおそれがある。 B: Calculation of Input Current Control Value (Control Target Value) of Converter 16 As described above, the converter 16 to which the fuel cell device 2 is connected is based on the input current control value transmitted from the FC control unit 8. In this case, if the generated current value of the power generation unit 5 is directly supplied to the PC control unit 19 as an input current control value (control target value), the power generation unit 5 compensates during power generation. In the power generation system 1 of the present invention configured to supply a part of the generated current to the machine power supply unit 7, the amount of current (consumed current amount) consumed by the power conditioner 4 and the auxiliary power supply unit 7 is generated. There is a possibility that the power generation unit 5 may be deteriorated by exceeding the amount of current generated by the unit 5.

そのため、本発明に係る発電システム１では、そのような事態が起きないように、コンバータ１６の入力電流制御値を決定するＦＣ制御部８において、発電部５の発電電流量から上記電流センサ１３で検出される補機電源部７への供給電流量を減算して（発電電流量と補機電源部７への供給電流量の差を演算して）、その結果をコンバータ１６の入力電流制御値としてパワーコンディショナ４に送信するように構成されている。   Therefore, in the power generation system 1 according to the present invention, in the FC control unit 8 that determines the input current control value of the converter 16, the current sensor 13 determines the amount of generated current from the power generation unit 5 so that such a situation does not occur. The detected supply current amount to the auxiliary machine power supply unit 7 is subtracted (the difference between the generated current amount and the supply current amount to the auxiliary machine power supply unit 7 is calculated), and the result is input current control value of the converter 16. Is transmitted to the power conditioner 4.

このように、本発明の発電システム１では、コンバータ１６の入力電流制御の制御目標値の設定にあたり、発電部５の発電電流量と補機電源部７への供給電流量との差を求めることによって、パワーコンディショナ４に実際に供給される電流値を制御目標値とすることができるので、パワーコンディショナ４および補機６で消費される消費電流量が発電部５の発電電流量を超えることが回避され、発電部５の劣化が防止される。したがって、本発明の発電システムでは、上述した補機電源部７の電源切替制御とあいまって、発電部５の劣化を防止しつつ、発電された電力を効率よく補機６に供給できる発電システムが提供することができるようになる。   Thus, in the power generation system 1 of the present invention, when setting the control target value for the input current control of the converter 16, the difference between the power generation current amount of the power generation unit 5 and the supply current amount to the auxiliary power supply unit 7 is obtained. As a result, the current value actually supplied to the power conditioner 4 can be set as the control target value, so that the current consumption amount consumed by the power conditioner 4 and the auxiliary machine 6 exceeds the power generation current amount of the power generation unit 5. This prevents the power generation unit 5 from deteriorating. Therefore, in the power generation system of the present invention, a power generation system capable of efficiently supplying the generated power to the auxiliary device 6 while preventing the power generation unit 5 from being deteriorated, coupled with the power source switching control of the auxiliary power source unit 7 described above. Will be able to provide.

しかも、本発明の発電システム１では、パワーコンディショナ４で行うコンバータ１６の入力電流制御の制御目標値(入力電流制御値)の演算が燃料電池装置２側のＦＣ制御部８で行われ、パワーコンディショナ４のＰＣ制御部１９にはその演算結果が送信されるので、パワーコンディショナ４側の構成に何らの変更を加えることなく、発電部５で発電された電力を補機電源部７に供給する本願発明を適用することができる。つまり、燃料電池装置２を交換するだけで既設の発電システムにも本発明を適用することができる。   Moreover, in the power generation system 1 of the present invention, the calculation of the control target value (input current control value) of the input current control of the converter 16 performed by the power conditioner 4 is performed by the FC control unit 8 on the fuel cell device 2 side, and the power Since the calculation result is transmitted to the PC control unit 19 of the conditioner 4, the power generated by the power generation unit 5 is supplied to the auxiliary power supply unit 7 without any change in the configuration of the power conditioner 4. The present invention to be supplied can be applied. That is, the present invention can be applied to an existing power generation system only by replacing the fuel cell device 2.

なお、上述した実施形態は本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれらに限定されることなく発明の範囲内で種々の設計変更が可能である。   The above-described embodiments show preferred embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to these, and various design changes can be made within the scope of the invention.

たとえば、上述した実施形態では、パワーコンディショナ４に接続される発電設備として燃料電池装置２と太陽電池パネル３を用いた場合を示したが、本発明に係る発電システム１は、発電部５から直接電力供給を受けることができる補機電源部６を備えた燃料電池装置２を発電設備として備えている発電システムに適用されるものであることから、燃料電池装置２に他の発電設備が併設されていなくてもよい。また、太陽電池パネル３に代えて他の直流の発電設備を併設する構成であってもよい。   For example, in the above-described embodiment, the case where the fuel cell device 2 and the solar cell panel 3 are used as the power generation equipment connected to the power conditioner 4 is shown. However, the power generation system 1 according to the present invention is configured from the power generation unit 5. Since it is applied to a power generation system that includes a fuel cell device 2 including an auxiliary power supply unit 6 that can receive direct power supply as a power generation facility, another power generation facility is attached to the fuel cell device 2. It does not have to be. Moreover, it may replace with the solar cell panel 3, and the structure which arrange | positions another DC power generation equipment may be sufficient.

また、上述した実施形態では、コンバータ１６の入力電流制御値（制御目標値）の演算を燃料電池装置２側のＦＣ制御部８で行うように構成した場合を示したが、発電部５の発電電流量と電流センサ１３で検出される補機電源部７への供給電流量とをパワーコンディショナ４のＰＣ制御部１９に送信し、ＰＣ制御部１９でこれらに基づいてコンバータ１６の入力電流制御値を演算するように構成することも可能である。また、電流センサ１３の検出結果をＦＣ制御部８を介さずにＰＣ制御部１９に送信するように構成し、ＦＣ制御部８からは発電電流量を送信し、これらに基づいてＰＣ制御部１９で上述した入力電流制御の制御目標値(入力電流制御値)の演算を行うように構成することも可能である。   In the above-described embodiment, the case where the calculation of the input current control value (control target value) of the converter 16 is performed by the FC control unit 8 on the fuel cell device 2 side is shown. The amount of current and the amount of current supplied to the auxiliary power unit 7 detected by the current sensor 13 are transmitted to the PC control unit 19 of the power conditioner 4, and the PC control unit 19 controls the input current of the converter 16 based on these. It can also be configured to compute values. Further, the detection result of the current sensor 13 is configured to be transmitted to the PC control unit 19 without going through the FC control unit 8, and the amount of generated current is transmitted from the FC control unit 8, and based on these, the PC control unit 19 is transmitted. The control target value (input current control value) of the input current control described above can be calculated.

さらに、上述した実施形態では、発電システム１の制御部が、燃料電池装置２のＦＣ制御部８と、パワーコンディショナ４のＰＣ制御部１９とで構成される場合を示したが、たとえば、これら制御部８，１９を一体にした制御部を燃料電池装置２またはパワーコンディショナ４に設けるか、もしくはこれらとは独立した制御装置を設けるように構成することもできる。   Further, in the above-described embodiment, the case where the control unit of the power generation system 1 includes the FC control unit 8 of the fuel cell device 2 and the PC control unit 19 of the power conditioner 4 has been described. A control unit in which the control units 8 and 19 are integrated may be provided in the fuel cell device 2 or the power conditioner 4, or a control device independent of these may be provided.

１ 発電システム
２ 燃料電池装置
３ 太陽電池パネル
４ パワーコンディショナ
５ 発電部（燃料電池）
６ 補機
７ 補機電源部
８ ＦＣ制御部（燃料電池装置の制御部）
９ ＡＣ／ＤＣコンバータ
１０ ＤＣ／ＤＣコンバータ
１３ 電流センサ（電流検出手段）
１６，１７ コンバータ
１８ インバータ
１９ ＰＣ制御部（パワーコンディショナの制御部） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power generation system 2 Fuel cell apparatus 3 Solar cell panel 4 Power conditioner 5 Power generation part (fuel cell)
6 Auxiliary machine 7 Auxiliary machine power supply unit 8 FC control unit (control unit of fuel cell system)
9 AC / DC converter 10 DC / DC converter 13 Current sensor (current detection means)
16, 17 Converter 18 Inverter 19 PC control unit (control unit of power conditioner)

Claims (2)

発電部として燃料電池を有する燃料電池装置と、前記発電部で発電された電力を系統に連系可能な交流電力に変換するパワーコンディショナとを備えた発電システムであって、前記燃料電池装置は補機に電力を供給する補機電源部を備えるとともに、この補機電源部が前記発電部の発電出力から直接電力供給を受けられるように構成されたものにおいて、
前記発電部から補機電源部への供給電流量を検出する電流検出手段を備え、
制御部が、前記発電部の発電電流量と、前記電流検出手段によって検出される前記補機電源部への供給電流量との差を演算し、その演算結果を入力電流制御値としてパワーコンディショナの入力電流制御を行うことを特徴とする発電システム。 A power generation system comprising: a fuel cell device having a fuel cell as a power generation unit; and a power conditioner that converts electric power generated by the power generation unit into AC power that can be connected to a system. In addition to the auxiliary power supply that supplies power to the auxiliary machine, the auxiliary power supply is configured to receive power directly from the power generation output of the power generation unit.
Comprising current detection means for detecting the amount of current supplied from the power generation unit to the auxiliary power supply unit;
The control unit calculates a difference between the amount of generated current of the power generation unit and the amount of current supplied to the auxiliary power supply unit detected by the current detection means, and uses the calculation result as an input current control value as a power conditioner. A power generation system characterized by performing input current control. 前記制御部は、燃料電池装置の制御部とパワーコンディショナの制御部とで構成されており、
前記燃料電池の制御部は、前記入力電流制御値を演算してその結果をパワーコンディショナの制御部に送信し、前記パワーコンディショナの制御部は、受信した前記入力電流制御値に基づいてパワーコンディショナを制御するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の発電システム。 The control unit is composed of a fuel cell device control unit and a power conditioner control unit,
The control unit of the fuel cell calculates the input current control value and transmits the result to the control unit of the power conditioner, and the control unit of the power conditioner controls the power based on the received input current control value. The power generation system according to claim 1, wherein the power generation system is configured to control the conditioner.
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