JP2013078183A - Power generation system - Google Patents

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智晴 井上
Tomonori Tsuchiya
友範 土屋
Tatsumasa Naraki
達真 楢木
Yoshihiro Wakayama
若山  義洋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power generation system capable of preventing a power generation device from deteriorating in an early stage by suppressing an in-rush current while avoiding a decrease in efficiency of a power conditioner.SOLUTION: In a power generation system including a capacitor 32 between plus-electrode and minus-electrode lines connecting an output section of a fuel cell device 1 and an input part of a power conditioner 3 to each other, a switch 12 for output of the fuel cell device 1 and a resistor 13, as well as and a relay 14 with a normally closed contact which short-circuits the resistor 13 are connected in series to an upstream-side line of the capacitor 32. When supplying the output of the fuel cell device 1 to the power conditioner 3, an FC control part 11 performs control to close the switch 12, and then closes the relay 14 on condition that an input voltage to the power conditioner 3 reaches or exceeds a predetermined voltage.

Description

この発明は発電システムに関し、より詳細には、発電装置として燃料電池を用いた発電システムにおけるパワーコンディショナの入力部に備えられるコンデンサへの突入電流を抑制する技術に関する。   The present invention relates to a power generation system, and more particularly to a technique for suppressing inrush current to a capacitor provided in an input portion of a power conditioner in a power generation system using a fuel cell as a power generation device.

燃料電池装置などの直流の発電装置を商用電源などの電力系統に接続する発電システムでは、発電装置と電力系統の間にインバータ装置であるパワーコンディショナが設けられている。   In a power generation system in which a DC power generation device such as a fuel cell device is connected to a power system such as a commercial power supply, a power conditioner that is an inverter device is provided between the power generation device and the power system.

この種のパワーコンディショナは、周知のとおり、発電装置から供給される直流電力を昇圧するコンバータと、コンバータから出力される直流電力を電力系統に連系可能な交流電力に変換するインバータと、該インバータと電力系統とを接続する系統連系用の開閉器と、これらの制御部とを主要部として備えており、上記発電装置の出力部とパワーコンディショナの入力部であるコンバータとを接続する正極および負極のライン間にコンデンサ(電解コンデンサ)が備えられている(たとえば、特許文献1参照)。   As is well known, this type of power conditioner includes a converter that boosts DC power supplied from a power generator, an inverter that converts DC power output from the converter into AC power that can be connected to a power system, and The system interconnection switch that connects the inverter and the power system, and these control units are provided as main parts, and the output unit of the power generator and the converter that is the input unit of the power conditioner are connected. A capacitor (electrolytic capacitor) is provided between the positive electrode and negative electrode lines (see, for example, Patent Document 1).

再公表WO2007/096994号公報の図3FIG. 3 of the republished WO2007 / 096994.

ところで、発電装置に用いられる燃料電池は急激に電流を流すと早期に劣化するという問題がある。そのため、上述したように、パワーコンディショナの入力部にコンデンサを備える構成では、発電装置に燃料電池を使用した場合、発電装置の動作開始時、すなわち、燃料電池による発電開始時に上記コンデンサに大きな突入電流が流れてしまい燃料電池の早期の劣化を招くという問題がある。   By the way, the fuel cell used for a power generator has a problem that it deteriorates early when a current is passed rapidly. Therefore, as described above, in the configuration in which the capacitor is provided at the input portion of the power conditioner, when a fuel cell is used for the power generation device, a large rushing into the capacitor occurs when the operation of the power generation device starts, that is, when power generation by the fuel cell starts. There is a problem that current flows and causes early deterioration of the fuel cell.

このような問題を解消するため、出願人は、パワーコンディショナの入力部に備えられるコンデンサの上流側、すなわち、当該コンデンサの発電装置側に突入電流防止回路を設けることを検討した。   In order to solve such a problem, the applicant studied to provide an inrush current prevention circuit upstream of the capacitor provided in the input part of the power conditioner, that is, on the power generator side of the capacitor.

図3は、このような突入電流防止回路を備えた発電システムを示している。図において、aは発電装置である燃料電池装置、bはパワーコンディショナ、cは燃料電池装置aの出力部とパワーコンディショナbの入力部とを接続する正極および負極のライン間に配設されるコンデンサを示している。また、dは上記ライン上に配設された発電装置aの出力をオン/オフする常開接点(a接点)の開閉器である。そして、このような発電システムにおいて、上記突入電流防止回路として、上記開閉器dと直列に電流制限用の抵抗器eを接続するとともに、この抵抗器eの両端に抵抗器eを短絡する常開接点(a接点)の継電器fを設けている。   FIG. 3 shows a power generation system provided with such an inrush current prevention circuit. In the figure, a is a fuel cell device that is a power generator, b is a power conditioner, c is disposed between the positive and negative lines connecting the output part of the fuel cell device a and the input part of the power conditioner b. The capacitor is shown. In addition, d is a normally open contact (a contact) switch for turning on / off the output of the power generator a disposed on the line. In such a power generation system, as the inrush current prevention circuit, a current limiting resistor e is connected in series with the switch d, and the resistor e is short-circuited across the resistor e. A contact f (contact a) is provided.

このように、抵抗器eと常開接点の継電器fとからなる突入電流防止回路を設ける構成では、燃料電池装置aが発電していないとき(パワーコンディショナbが待機中のとき)は、図3(a)に示すように、開閉器dおよび継電器fは双方とも開成させておき、燃料電池装置aが発電しているとき(パワーコンディショナbが動作中のとき)には、動作開始当初のコンデンサcへの突入電流を防止しているときを除き、図3(b)に示すように、常開接点の開閉器dおよび継電器fは双方とも閉成させるようにしている。   As described above, in the configuration in which the inrush current prevention circuit including the resistor e and the normally open contact relay f is provided, when the fuel cell device a is not generating power (when the power conditioner b is on standby), FIG. As shown in FIG. 3 (a), both the switch d and the relay f are opened, and when the fuel cell device a is generating power (when the power conditioner b is in operation), the operation is started. Unless the inrush current to the capacitor c is prevented, both the normally open contact switch d and the relay f are closed as shown in FIG. 3B.

しかしながら、発電装置に用いられる燃料電池装置aは、一旦発電を開始すると長期間(たとえば、1カ月程度)発電を継続する。つまり、燃料電池装置aを発電装置とするパワーコンディショナbは、待機時間よりも動作時間が極端に長い。そのため、突入電流防止回路に使用する継電器fとして、接点を閉成させるのに電力を消費する常開接点の継電器を用いる構成では、燃料電池装置aが発電を継続する長期間にわたって継電器fで電力が消費されることとなり無駄な電力消費を招く一方で、継電器fの駆動電力はパワーコンディショナb側から供給されることになるので、パワーコンディショナbの効率低下を招く要因という問題があった。   However, the fuel cell device a used in the power generation device continues power generation for a long period (for example, about one month) once power generation is started. That is, the power conditioner b having the fuel cell device a as a power generation device has an extremely long operation time than the standby time. Therefore, in the configuration using a normally open contact relay that consumes power to close the contact as the relay f used in the inrush current prevention circuit, the power is maintained in the relay f for a long period of time when the fuel cell device a continues to generate power. However, since the driving power of the relay f is supplied from the power conditioner b side, there is a problem that the efficiency of the power conditioner b is reduced. .

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、パワーコンディショナの効率の低下を回避しつつ突入電流を抑制して発電装置の早期劣化を防止し得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 the object of the present invention is to prevent the deterioration of the efficiency of the power conditioner while suppressing the inrush current and preventing the early deterioration of the power generation apparatus. It is to provide a power generation system that can do this.

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、直流電力を発電する発電装置と、上記発電装置から供給される直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナとを備え、上記発電装置の出力部と上記パワーコンディショナの入力部とを接続する正極および負極のライン間にコンデンサが備えられた発電システムにおいて、上記コンデンサの上流側のラインに、上記発電装置の出力をオン/オフする開閉器と抵抗器とが直列に接続されるとともに、この抵抗器の両端に当該抵抗器を短絡させる常閉接点の継電器が接続されており、制御部は、その起動時に上記常閉接点の継電器の接点を開成させるように設定されており、上記発電装置の出力を上記パワーコンディショナに供給するときには、上記開閉器を閉成させる制御を行った後、上記パワーコンディショナの入力電圧が所定電圧以上になることを条件として上記常閉接点の継電器を閉成させる制御を行う制御構成を有することを特徴とする。   In order to achieve the above object, a power generation system according to claim 1 of the present invention includes a power generation device that generates DC power and a power conditioner that converts DC power supplied from the power generation device into AC power. In the power generation system provided with a capacitor between the positive electrode and the negative electrode line connecting the output unit of the power generator and the input unit of the power conditioner, the output of the power generator is connected to the upstream line of the capacitor. A switch to be turned on / off and a resistor are connected in series, and a relay with a normally closed contact for short-circuiting the resistor is connected to both ends of the resistor. It is set to open the contact of the closed relay, and when supplying the output of the power generator to the power conditioner, the switch is closed. After the control, and having a control configuration in which the input voltage of the power conditioner performs control to close the relay of the normally closed contact condition to become higher than a predetermined voltage.

請求項1に係る発電システムでは、発電装置の出力をオン/オフする開閉器に接続される突入電流防止回路の抵抗器を短絡させる継電器として、接点を閉成させるのに電力を消費しない常閉接点(b接点)の継電器を用いているので、発電装置が発電しているとき(パワーコンディショナの動作中)に、その接点を閉成させるにあたって継電器では電力が消費されない。そのため、発電装置が発電中にパワーコンディショナから継電器を動作させるための電力を供給しなくてよいのでパワーコンディショナの効率の低下をまねくことなくパワーコンディショナの入力用のコンデンサに対する突入電流を抑制することができる。   In the power generation system according to claim 1, as a relay that short-circuits a resistor of an inrush current prevention circuit connected to a switch that turns on and off the output of the power generation device, normally closed that does not consume power to close the contact Since the contact (b contact) relay is used, when the power generator is generating power (during operation of the power conditioner), no power is consumed in the relay to close the contact. For this reason, it is not necessary for the power generator to supply power to operate the relay from the power conditioner during power generation, so the inrush current to the input capacitor of the power conditioner is suppressed without degrading the efficiency of the power conditioner. can do.

本発明の請求項2に記載の発電システムは、請求項1に記載の発電システムにおいて、上記制御部、上記開閉器、上記抵抗器および上記常閉接点の継電器は、いずれも上記発電装置に備えられていることを特徴とする。   A power generation system according to a second aspect of the present invention is the power generation system according to the first aspect, wherein the control unit, the switch, the resistor, and the normally closed contact relay are all provided in the power generation apparatus. It is characterized by being.

すなわち、この請求項2に係る発電システムでは、発電装置の出力をオン/オフする開閉器と、この開閉器に接続される突入電流防止回路と、これらの制御部とがいずれも発電装置に備えられる。そのため、発電装置において発電部などの制御を行う制御部に上記制御部の機能を備えさせることにより、発電装置の制御部の設定により上記開閉器を用いて出力の安全停止などの必要な措置を講ずることができる。   That is, in the power generation system according to claim 2, the power generation device includes both a switch for turning on / off the output of the power generation device, an inrush current prevention circuit connected to the switch, and a control unit thereof. It is done. Therefore, by providing the control unit that controls the power generation unit or the like in the power generation device with the function of the control unit, necessary measures such as a safe stop of output using the switch according to the setting of the control unit of the power generation device. Can be taken.

本発明の請求項3に記載の発電システムは、請求項1または2に記載の発電システムにおいて、上記開閉器は、常開接点の継電器で構成されていることを特徴とする。   A power generation system according to a third aspect of the present invention is the power generation system according to the first or second aspect, wherein the switch is a relay with a normally open contact.

すなわち、この請求項3に係る発電システムでは、上記開閉器として常開接点の継電器が用いられるので、発電装置が発電していないとき、つまり、上記開閉器を開成させておく必要があるときに、上記開閉器で電力が消費されるのを防止することができる。   That is, in the power generation system according to claim 3, since a relay with a normally open contact is used as the switch, when the power generator is not generating power, that is, when the switch needs to be opened. Thus, it is possible to prevent power from being consumed by the switch.

本発明の請求項4に記載の発電システムは、請求項2または3に記載の発電システムにおいて、上記パワーコンディショナは、上記発電装置からの入力電圧を測定する電圧測定手段を備えており、この電圧測定手段で測定されたパワーコンディショナの入力電圧の情報がパワーコンディショナの制御部を介して上記発電装置に備えられた上記制御部に送信されるように構成されていることを特徴とする。   A power generation system according to a fourth aspect of the present invention is the power generation system according to the second or third aspect, wherein the power conditioner includes voltage measurement means for measuring an input voltage from the power generation device. Information on the input voltage of the power conditioner measured by the voltage measuring means is configured to be transmitted to the control unit provided in the power generator via the control unit of the power conditioner. .

すなわち、この請求項4に係る発電システムでは、発電装置からパワーコンディショナに入力される入力電圧を測定する電圧測定手段がパワーコンディショナに備えられているので、電圧測定手段で測定された入力電圧の情報はパワーコンディショナと発電装置の通信機能(パワーコンディショナの制御部と発電装置の制御部との通信機能)を利用して制御部に伝達することができる。   That is, in the power generation system according to claim 4, since the power conditioner is provided with voltage measuring means for measuring the input voltage input from the power generator to the power conditioner, the input voltage measured by the voltage measuring means is measured. This information can be transmitted to the control unit using a communication function between the power conditioner and the power generation device (communication function between the control unit of the power conditioner and the control unit of the power generation device).

本発明によれば、発電装置の出力をオン/オフする開閉器に接続される突入電流防止回路の抵抗器を短絡させる継電器として、接点を閉成させるのに電力を消費しない常閉接点の継電器が用いられているので、発電装置が発電しているとき(パワーコンディショナの動作中)に、突入電流防止回路の継電器の接点を閉成させるのに電力を消費しない。そのため、発電装置が発電中にパワーコンディショナから継電器を動作させるための電力を供給しなくてよく。パワーコンディショナの効率の低下をまねくことなくパワーコンディショナの入力用のコンデンサに対する突入電流の抑制を図ることができる。   According to the present invention, as a relay that short-circuits a resistor of an inrush current prevention circuit that is connected to a switch that turns on and off the output of the power generation device, a relay that is a normally closed contact that does not consume power to close the contact. Therefore, when the generator is generating power (during operation of the power conditioner), power is not consumed to close the contact of the relay of the inrush current prevention circuit. Therefore, it is not necessary to supply the power for operating the relay from the power conditioner during power generation by the power generation device. The inrush current to the capacitor for the input of the power conditioner can be suppressed without reducing the efficiency of the power conditioner.

したがって、燃料電池装置のようにパワーコンディショナの待機時間が動作時間よりも極端に短くなる発電装置を用いた発電システムに適用することにより、突入電流防止回路での消費電力が少なく、かつ、パワーコンディショナの効率低下を抑制した発電システムを提供できる。   Therefore, by applying to a power generation system using a power generation device in which the standby time of the power conditioner is extremely shorter than the operation time, such as a fuel cell device, the power consumption in the inrush current prevention circuit is small, and the power It is possible to provide a power generation system that suppresses the decrease in efficiency of the conditioner.

本発明に係る発電システムの概略構成の一例を示す回路図であり、図1(a)はパワーコンディショナが待機中の状態を、図1(b)はパワーコンディショナの動作開始当初の状態を、図1(c)はパワーコンディショナが動作中の状態をそれぞれ示している。It is a circuit diagram which shows an example of schematic structure of the electric power generation system which concerns on this invention, Fig.1 (a) shows the state in which a power conditioner is standing by, FIG.1 (b) shows the state at the beginning of operation | movement of a power conditioner. FIG. 1C shows a state in which the power conditioner is operating. 同発電システムにおける突入電流防止回路の動作手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation | movement procedure of the inrush current prevention circuit in the power generation system. 従来のパワーコンディショナの入力用コンデンサに対する突入電流防止回路を設けた発電システムの概略構成の一例を示しており、図3(a)はパワーコンディショナが待機中の状態を、図3(b)はパワーコンディショナが動作中の状態をそれぞれ示している。FIG. 3A shows an example of a schematic configuration of a power generation system provided with an inrush current prevention circuit for an input capacitor of a conventional power conditioner. FIG. 3A shows a state where the power conditioner is in a standby state, and FIG. Indicates the state in which the inverter is operating.

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、本発明に係る発電システムの一例を示している。この図1に示す発電システムは、発電装置として燃料電池を用いた発電システムであって、燃料電池装置1と、電力系統2と、パワーコンディショナ3とを主要部として構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an example of a power generation system according to the present invention. The power generation system shown in FIG. 1 is a power generation system that uses a fuel cell as a power generation device, and includes a fuel cell device 1, a power system 2, and a power conditioner 3 as main parts.

燃料電池装置1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化学反応させて直流電力を発電する周知の構成よりなる発電装置であって、この燃料電池装置1には、図示しない発電部(スタック)や発電部の周辺機器(補機)の他、燃料電池装置1の各部を制御するFC制御部(制御部)11が備えられている。   The fuel cell device 1 is a power generation device having a well-known configuration for generating DC power by chemically reacting a fuel gas containing hydrogen such as natural gas and an oxidant gas containing oxygen such as air. The device 1 includes an FC control unit (control unit) 11 that controls each unit of the fuel cell device 1 in addition to a power generation unit (stack) and peripheral devices (auxiliary equipment) of the power generation unit (not shown).

FC制御部11は、図示しないマイコンを制御中枢として備えた制御装置であって、発電部の出力電圧や出力電流、補機の状態などを監視する各種センサ類(図示せず)から得られる情報と、後述するパワーコンディショナ3のPC制御部31との通信によって得られる情報とに基づいて燃料電池装置1の各部の動作(たとえば、発電部での発電開始や発電停止など)を制御するように構成されている。そして、特に本実施形態では、このFC制御部11は、後述する開閉器12および常閉接点の継電器14の開閉制御を行うように構成されている。なお、このFC制御部11は、パワーコンディショナ3から電力供給を受けて動作するように構成されており、発電部が発電していないときでも後述する継電器14の駆動制御を行えるようになっている。   The FC control unit 11 is a control device provided with a microcomputer (not shown) as a control center, and information obtained from various sensors (not shown) for monitoring the output voltage and output current of the power generation unit, the state of auxiliary equipment, and the like. And the operation of each part of the fuel cell device 1 (for example, start or stop power generation in the power generation unit) based on information obtained by communication with the PC control unit 31 of the power conditioner 3 to be described later It is configured. And especially in this embodiment, this FC control part 11 is comprised so that the switch 12 of the switch 12 mentioned later and the normally closed contact relay 14 may be controlled. The FC control unit 11 is configured to operate by receiving power supply from the power conditioner 3, and can perform drive control of the relay 14 described later even when the power generation unit is not generating power. Yes.

図1において、11aはFC制御部11に備えられた制御基板を示している。この制御基板11aには、FC制御部11を構成する各種電気部品(たとえば、PC制御部31との通信回路や燃料電池装置1の電源回路など)が搭載されるほか、本実施形態では、燃料電池装置1で発電される直流電力の出力をオン/オフする開閉器12と、抵抗器13および継電器14で構成される突入電流防止回路とが備えられている。なお、図示例では図示の便宜上、制御基板11aを燃料電池装置1の外側に示したが、この制御基板11aは上記FC制御部11とともに燃料電池装置1の内部に備えられている。   In FIG. 1, reference numeral 11 a denotes a control board provided in the FC control unit 11. Various electrical components (for example, a communication circuit with the PC control unit 31 and a power supply circuit of the fuel cell device 1) constituting the FC control unit 11 are mounted on the control board 11a. A switch 12 that turns on / off the output of DC power generated by the battery device 1 and an inrush current prevention circuit that includes a resistor 13 and a relay 14 are provided. In the illustrated example, for convenience of illustration, the control board 11 a is shown outside the fuel cell device 1, but the control board 11 a is provided inside the fuel cell apparatus 1 together with the FC control unit 11.

開閉器12は、その駆動回路(図示せず)がFC制御部11によって制御される常開接点(a接点)の継電器で構成されており、燃料電池装置1の直流電力の出力部とパワーコンディショナ3の入力部とを接続する正極および負極の給電ラインに直列に配設されている。そして、燃料電池装置1が発電を開始したときには、FC制御部11がその接点を閉成させて、燃料電池装置1から出力される直流電力がパワーコンディショナ3に与えられるようになっている。   The switch 12 is composed of a normally open contact (a contact) relay whose drive circuit (not shown) is controlled by the FC control unit 11, and the DC power output unit and the power condition of the fuel cell device 1. It is arranged in series with the positive and negative feed lines connecting the input part of the na 3. When the fuel cell device 1 starts generating power, the FC control unit 11 closes the contact, and the DC power output from the fuel cell device 1 is supplied to the power conditioner 3.

抵抗器13は、上記開閉器12と直列に接続される電気抵抗であって、突入電流防止回路において突入電流を抑制する電流制限抵抗として機能する(詳細は後述する)。また、継電器14は、抵抗器13の両端に当該抵抗器13を短絡させるように接続された常閉接点(b接点)の継電器であって、この継電器14の駆動回路(図示せず)も上記FC制御部11によって制御されるようになっている。なお、これら開閉器12および抵抗器13と継電器14は、いずれも上記給電ラインにおいて、後述するパワーコンディショナ3の入力用のコンデンサ32の上流側、すなわち、コンデンサ32からみて燃料電池装置1側に配設されている。   The resistor 13 is an electrical resistance connected in series with the switch 12 and functions as a current limiting resistor that suppresses inrush current in the inrush current prevention circuit (details will be described later). The relay 14 is a normally closed contact (b contact) relay connected to both ends of the resistor 13 so as to short-circuit the resistor 13, and the drive circuit (not shown) of the relay 14 is also described above. It is controlled by the FC control unit 11. The switch 12, the resistor 13, and the relay 14 are all provided upstream of the input capacitor 32 of the power conditioner 3, which will be described later, that is, on the fuel cell device 1 side as viewed from the capacitor 32. It is arranged.

電力系統2は、商用電源(たとえば、単相AC200V)で構成されており、図示しない分電盤を介して家庭内の電気負荷(図示せず)やパワーコンディショナ3と接続されている。   The electric power system 2 is composed of a commercial power supply (for example, single-phase AC200V), and is connected to an electrical load (not shown) and a power conditioner 3 via a distribution board (not shown).

パワーコンディショナ3は、燃料電池装置1で発電された直流電力を電力系統2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、燃料電池装置1から供給される直流電力を昇圧するコンバータ(DC/DCコンバータ)と、該コンバータから出力される直流電力を電力系統2に連系可能な交流電力に変換するインバータ(DC/ACインバータ)と、該インバータを電力系統2に接続する系統連系リレー(いずれも図示せず)と、これらコンバータ、インバータおよび系統連系リレーを含むパワーコンディショナ3の各部の動作を制御するPC制御部31とを主要部として備えている。   The power conditioner 3 is an inverter device that converts DC power generated by the fuel cell device 1 into AC power that can be linked to the power system 2, and is a converter that boosts the DC power supplied from the fuel cell device 1. (DC / DC converter), an inverter (DC / AC inverter) that converts DC power output from the converter into AC power that can be linked to the power grid 2, and a grid connection that connects the inverter to the power grid 2 Main components are a system relay (all not shown) and a PC control unit 31 that controls the operation of each part of the power conditioner 3 including the converter, the inverter, and the system interconnection relay.

そして、このパワーコンディショナ3の入力部、すなわち、上記燃料電池装置1の出力部と接続される正極および負極の給電ラインのライン間にはコンデンサ(電解コンデンサ)32が接続されるとともに、燃料電池装置1からパワーコンディショナに入力される入力電圧(正極および負極の給電ライン間の電圧)を測定する電圧センサ(電圧測定手段)33が備えられている。なお、これらコンデンサ32および電圧センサ33は、いずれもパワーコンディショナ3の内部に備えられている。   A capacitor (electrolytic capacitor) 32 is connected between the input portion of the power conditioner 3, that is, between the positive and negative power supply lines connected to the output portion of the fuel cell device 1, and the fuel cell. A voltage sensor (voltage measuring means) 33 for measuring an input voltage (voltage between positive and negative power supply lines) input from the device 1 to the power conditioner is provided. Note that both the capacitor 32 and the voltage sensor 33 are provided inside the power conditioner 3.

PC制御部31は、図示しないマイコンを制御中枢として備えた制御装置であって、上記電圧センサ33などのパワーコンディショナ3に備えられた各種センサ類から得られる情報、燃料電池装置1のFC制御部11から得られる情報、さらには、図示しないパワーコンディショナ3のリモコン(操作部)から得られる情報などに基づいて、パワーコンディショナ3の各部の動作を制御するように構成されている。特に本実施形態では、電圧センサ33で測定されるパワーコンディショナ3への入力電圧の情報を図示しない通信回路を通じてFC制御部11に対して送信するように構成されている。   The PC control unit 31 is a control device provided with a microcomputer (not shown) as a control center, and information obtained from various sensors provided in the power conditioner 3 such as the voltage sensor 33, FC control of the fuel cell device 1 The operation of each part of the power conditioner 3 is controlled based on information obtained from the unit 11 and further information obtained from a remote controller (operation unit) of the power conditioner 3 (not shown). In particular, in the present embodiment, information on the input voltage to the power conditioner 3 measured by the voltage sensor 33 is configured to be transmitted to the FC control unit 11 through a communication circuit (not shown).

しかして、このように構成された発電システムの動作について、図1(a)〜図1(c)及び図2を参照しながら説明する。   Thus, the operation of the power generation system configured as described above will be described with reference to FIGS. 1 (a) to 1 (c) and FIG.

本実施形態に示す発電システムでは、燃料電池装置1の発電部が発電をしていないときは、パワーコンディショナ3は停止状態で待機する(図1(a)参照)。このとき、FC制御部11は、常開接点の開閉器12を開成状態に維持するとともに、常閉接点の継電器14を開成状態となるように制御する。つまり、FC制御部11は、燃料電池装置1の発電部が発電をしていないときは、常開接点の開閉器12の駆動回路には電力の供給を行わないが、常閉接点である継電器14の駆動回路には電力を供給し、継電器14の接点を開成させるように構成されている。なお、ここで継電器14の駆動回路に供給する電力は、上述したようにパワーコンディショナ3から供給を受けた電力が用いられている。   In the power generation system shown in the present embodiment, when the power generation unit of the fuel cell device 1 is not generating power, the power conditioner 3 stands by in a stopped state (see FIG. 1A). At this time, the FC control unit 11 maintains the normally open contact switch 12 in the open state and controls the normally closed contact relay 14 to be in the open state. That is, the FC control unit 11 does not supply power to the drive circuit of the normally open contact switch 12 when the power generation unit of the fuel cell device 1 is not generating power, but the relay is a normally closed contact. Power is supplied to the drive circuit 14 so that the contact of the relay 14 is opened. Here, the power supplied to the drive circuit of the relay 14 is the power supplied from the power conditioner 3 as described above.

そして、この制御に関連して、FC制御部11は、その起動時に(FC制御部11に電力が供給された当初の初期動作で)、常閉接点の継電器14の接点を開成させるように設定(プログラム)されている。すなわち、FC制御部11に電力が供給された当初は、発電部は発電を行っていないので、FC制御部11は電力供給を受けて起動したときの初期動作として、継電器14の接点を開成させるようになっている。なお、停止状態にあるパワーコンディショナ3における上記コンバータおよびインバータは動作停止状態にあり、上記系統連系リレーは開成(解列)されている。   In connection with this control, the FC control unit 11 is set to open the contact of the normally closed relay 14 at the time of start-up (in the initial initial operation when power is supplied to the FC control unit 11). (Program). That is, when power is supplied to the FC control unit 11, the power generation unit is not generating power, so the FC control unit 11 opens the contact of the relay 14 as an initial operation when the power supply is started. It is like that. Note that the converter and inverter in the power conditioner 3 in a stopped state are in an operation stopped state, and the grid interconnection relay is opened (disconnected).

そして、燃料電池装置1の発電部で発電を開始するときは、FC制御部11は、発電を開始する旨をPC制御部31に送信するとともに、発電開始に伴って、開閉器12を閉成させる制御を行う。つまり、開閉器12の駆動回路にも電力を供給し、開閉器12の接点を閉成させる。このとき継電器14の駆動回路には電力供給が継続され、継電器14の接点は開成状態を維持している(図1(b)参照)。   When the power generation unit of the fuel cell device 1 starts power generation, the FC control unit 11 transmits a message to start power generation to the PC control unit 31 and closes the switch 12 with the start of power generation. To control. That is, power is also supplied to the drive circuit of the switch 12, and the contact of the switch 12 is closed. At this time, power is continuously supplied to the drive circuit of the relay 14, and the contact of the relay 14 is maintained in an open state (see FIG. 1B).

これにより、燃料電池装置1の発電部で発電された直流電力は、開閉器12および抵抗器13を介してコンデンサ32を充電する。このとき、継電器14は開成状態を維持しているので、燃料電池装置1の発電部から出力される電流は電流制限用の抵抗器13を通ってコンデンサ32に与えられるようになり、コンデンサ32に大きな突入電流が流れるのが抑制される(コンデンサへの突入電流防止)。   As a result, the DC power generated by the power generation unit of the fuel cell device 1 charges the capacitor 32 via the switch 12 and the resistor 13. At this time, since the relay 14 is maintained in the open state, the current output from the power generation unit of the fuel cell device 1 is supplied to the capacitor 32 through the resistor 13 for current limitation. Large inrush current is suppressed (prevents inrush current to the capacitor).

一方、パワーコンディショナ3のPC制御部31は、FC制御部11からの通信によって燃料電池装置1の発電部が発電を開始することを知ると、パワーコンディショナ3の動作を開始させるとともに(図2ステップS1参照)、電圧センサ33で測定される入力電圧の情報(電圧値の情報)をFC制御部11に逐次送信する。このとき、上記開閉器12が閉成された直後のわずかな時間(たとえば、数マイクロ秒から十数マイクロ秒程度の時間)は上記電圧センサ33は電圧を検出しないが、コンデンサ32が十分に充電されると電圧センサ33で電圧が検出されるようになり、その結果がFC制御部11に送信される。   On the other hand, when the PC control unit 31 of the power conditioner 3 knows that the power generation unit of the fuel cell device 1 starts power generation through communication from the FC control unit 11, it starts the operation of the power conditioner 3 (see FIG. 2 (see step S1), information on the input voltage (voltage value information) measured by the voltage sensor 33 is sequentially transmitted to the FC controller 11. At this time, the voltage sensor 33 does not detect the voltage for a short time immediately after the switch 12 is closed (for example, about several microseconds to several tens of microseconds), but the capacitor 32 is sufficiently charged. Then, the voltage is detected by the voltage sensor 33, and the result is transmitted to the FC control unit 11.

FC制御部11では、開閉器12を閉成させた後、PC制御部31から送信されるパワーコンディショナ3の入力電圧の情報を監視し、入力電圧があらかじめ設定された所定電圧(たとえば、○○V)以上になったか否かを判断して(図2ステップS2参照)、所定電圧以上の入力電圧があれば(図2ステップS2でYesであれば)、継電器14の接点を閉成(接点ON)させる(図1(c)および図2ステップS3参照)。つまり、FC制御部11は、パワーコンディショナ3の入力電圧が所定電圧以上であることを条件に、常閉接点の継電器14の駆動回路に対する電力供給を停止し、継電器14の接点を閉成させる。 The FC controller 11 monitors the input voltage information of the power conditioner 3 transmitted from the PC controller 31 after the switch 12 is closed, and the input voltage is set to a predetermined voltage ( for example, ○ ○ V ) It is determined whether or not (see Step S2 in FIG. 2), and if there is an input voltage equal to or higher than a predetermined voltage (if Yes in Step S2 in FIG. 2), the contact of the relay 14 is closed ( The contact is turned on) (see FIG. 1C and step S3 in FIG. 2). That is, the FC control unit 11 stops the power supply to the drive circuit of the normally closed contact relay 14 on the condition that the input voltage of the power conditioner 3 is equal to or higher than a predetermined voltage, and closes the contact of the relay 14. .

これにより、燃料電池装置1から出力される直流電力は、抵抗器13を介することなく、継電器14を介してパワーコンディショナ3に供給される。そのため、発電部が発電を開始してパワーコンディショナ3の入力電圧が上記所定電圧以上となった後は、発電部での発電が継続している限りにおいて、抵抗器13で電力が消費されることなく、燃料電池装置1で発電された電力を無駄なくパワーコンディショナ3に供給することができる。しかも、パワーコンディショナ3は、継電器14の駆動回路に電力を供給しなくてよいので効率よく直流電力を交流電力に変換できる。   Thus, the DC power output from the fuel cell device 1 is supplied to the power conditioner 3 via the relay 14 without passing through the resistor 13. Therefore, after the power generation unit starts power generation and the input voltage of the power conditioner 3 becomes equal to or higher than the predetermined voltage, power is consumed by the resistor 13 as long as power generation in the power generation unit is continued. The electric power generated by the fuel cell device 1 can be supplied to the power conditioner 3 without waste. Moreover, since the power conditioner 3 does not need to supply power to the drive circuit of the relay 14, it can efficiently convert DC power into AC power.

これに対して、発電部での発電を停止するときは、パワーコンディショナ3は待機状態に復帰し、上述した図1(a)の状態となる。つまり、FC制御部11は、開閉器12の駆動回路への電力供給を停止させて開閉器12の接点を開成させるとともに、常閉接点である継電器14の駆動回路に対しては電力供給を開始して、継電器14の接点を開成させる(図2ステップS4参照)。   On the other hand, when the power generation in the power generation unit is stopped, the power conditioner 3 returns to the standby state and is in the state shown in FIG. That is, the FC control unit 11 stops power supply to the drive circuit of the switch 12 to open the contact of the switch 12 and starts supplying power to the drive circuit of the relay 14 that is a normally closed contact. Then, the contact of the relay 14 is opened (see step S4 in FIG. 2).

このように、本発明に係る発電システムでは、燃料電池装置1の出力をオン/オフする開閉器12に接続される突入電流防止回路の抵抗器13を短絡させる継電器14として、接点を閉成させるのに電力を消費しない常閉接点(b接点)の継電器を用いているので、燃料電池装置1の発電部が発電しているとき(つまり、パワーコンディショナ3が動作中のとき)には突入電流防止回路の継電器14で電力は消費されない。そのため、燃料電池装置1が発電中は、パワーコンディショナ3から継電器14を動作させるための電力を供給しなくてよく、燃料電池装置1で発電された電力を無駄なく交流電力に変換でき、パワーコンディショナ3の効率の低下が防止される。したがって、燃料電池装置のようにパワーコンディショナの待機時間が動作時間よりも極端に短くなる発電装置を用いる場合、上述した本発明による効果(突入電流防止回路での消費電力が少なく、かつ、パワーコンディショナの効率低下を抑制する効果)をより多く享受することができるようになる。   Thus, in the power generation system according to the present invention, the contact is closed as the relay 14 that short-circuits the resistor 13 of the inrush current prevention circuit connected to the switch 12 that turns on / off the output of the fuel cell device 1. However, a normally closed contact (b contact) relay that does not consume power is used, so when the power generation unit of the fuel cell device 1 is generating power (that is, when the power conditioner 3 is in operation) No power is consumed by the relay 14 of the current prevention circuit. Therefore, it is not necessary to supply power for operating the relay 14 from the power conditioner 3 while the fuel cell device 1 is generating power. The power generated by the fuel cell device 1 can be converted into AC power without waste. A decrease in the efficiency of the conditioner 3 is prevented. Therefore, when using a power generator in which the standby time of the power conditioner is extremely shorter than the operating time, such as a fuel cell device, the above-described effects of the present invention (the power consumption in the inrush current prevention circuit is small, and the power It is possible to enjoy more of the effect of suppressing the decrease in the efficiency of the conditioner.

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、突入電流防止回路の継電器14の接点を閉成させる条件(パワーコンディショナ3の入力電圧が所定電圧以上あるか否か)を、PC制御部31から与えられるパワーコンディショナ3の入力電圧の電圧値に基づいてFC制御部11側で判断するように構成した場合を示したが、この判断をPC制御部31側で行って、その結果をFC制御部11に送信するように構成してもよい。その場合、FC制御部11は、PC制御部31からの指示に従って継電器14を閉成させる(継電器14の駆動回路への電力供給を停止する)制御を行うように構成される。   For example, in the embodiment described above, the power condition given from the PC control unit 31 is a condition for closing the contact of the relay 14 of the inrush current prevention circuit (whether the input voltage of the power conditioner 3 is equal to or higher than a predetermined voltage). Although the case where the FC controller 11 side is configured to make a determination based on the voltage value of the input voltage of the na 3 is shown, this determination is performed on the PC controller 31 side, and the result is transmitted to the FC controller 11 You may comprise. In that case, the FC control unit 11 is configured to perform control for closing the relay 14 (stopping power supply to the drive circuit of the relay 14) in accordance with an instruction from the PC control unit 31.

また、上述した実施形態では、コンデンサ32および電圧センサ33は、いずれもパワーコンディショナ3に設けた場合を示したが、これらをパワーコンディショナ3の外部に設けるように構成することもできる。   In the above-described embodiment, the capacitor 32 and the voltage sensor 33 are both provided in the power conditioner 3. However, the capacitor 32 and the voltage sensor 33 may be provided outside the power conditioner 3.

また、上述した実施形態では、本発明を適用する発電装置として燃料電池を用いた場合を示したが、直流電力を発電する発電装置であれば燃料電池以外の方式の発電装置(たとえば、太陽電池)にも本発明は適用可能である。また、燃料電池については固体酸化物型燃料電池(SOFC)のほか、固体高分子形燃料電池(PEFC)などの燃料電池からなる燃料電池装置にももちろん適用可能である。   In the above-described embodiment, the fuel cell is used as the power generation device to which the present invention is applied. However, any power generation device other than the fuel cell (for example, a solar cell) may be used as long as it is a power generation device that generates DC power. The present invention is also applicable to In addition to the solid oxide fuel cell (SOFC), the fuel cell can of course be applied to a fuel cell device including a fuel cell such as a solid polymer fuel cell (PEFC).

また、上述した実施形態では、常閉接点の継電器14は、FC制御部11の初期動作で接点を開成させるように設定した場合を示したが、継電器14の駆動回路での電力消費を削減する観点から、上記開閉器12が開成されているときは、継電器14を閉成させておくように設定しておくこともできる。すなわち、この場合、FC制御部11は、発電開始によって上記開閉器12の接点を閉成させる直前に継電器14を開成させる、つまり、開閉器12の駆動回路に電力を供給する直前に継電器14の駆動回路に電力を供給して継電器14を開成させるように設定しておくことができる。これにより、開閉器12が開成されている間(発電部が発電していない間)における継電器14の駆動回路での電力消費を削減することができる。   In the above-described embodiment, the case where the normally closed contact relay 14 is set to open the contact in the initial operation of the FC control unit 11 has been described. However, the power consumption in the drive circuit of the relay 14 is reduced. From the viewpoint, when the switch 12 is opened, the relay 14 can be set to be closed. That is, in this case, the FC control unit 11 opens the relay 14 immediately before closing the contact point of the switch 12 by the start of power generation, that is, immediately before supplying power to the drive circuit of the switch 12. It can be set to supply power to the drive circuit to open the relay 14. Thereby, the power consumption in the drive circuit of the relay 14 while the switch 12 is opened (while the power generation unit is not generating power) can be reduced.

1 燃料電池装置
2 電力系統
3 パワーコンディショナ
11 FC制御部(制御部)
11a 制御基板
12 開閉器
13 抵抗器
14 常閉接点の継電器
31 PC制御部
32 コンデンサ
33 電圧センサ(電圧測定手段)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell apparatus 2 Electric power system 3 Power conditioner 11 FC control part (control part)
11a Control board 12 Switch 13 Resistor 14 Normally closed relay 31 PC control unit 32 Capacitor 33 Voltage sensor (voltage measuring means)

Claims (4)

直流電力を発電する発電装置と、前記発電装置から供給される直流電力を交流電力に変換するパワーコンディショナとを備え、前記発電装置の出力部と前記パワーコンディショナの入力部とを接続する正極および負極のライン間にコンデンサが備えられた発電システムにおいて、
前記コンデンサの上流側のラインに、前記発電装置の出力をオン/オフする開閉器と抵抗器とが直列に接続されるとともに、この抵抗器の両端に当該抵抗器を短絡させる常閉接点の継電器が接続されており、
制御部は、その起動時に前記常閉接点の継電器の接点を開成させるように設定されており、前記発電装置の出力を前記パワーコンディショナに供給するときには、前記開閉器を閉成させる制御を行った後、前記パワーコンディショナの入力電圧が所定電圧以上になることを条件として前記常閉接点の継電器を閉成させる制御を行う制御構成を有することを特徴とする発電システム。
A positive electrode that includes a power generator that generates DC power, and a power conditioner that converts DC power supplied from the power generator into AC power, and connects an output unit of the power generator and an input unit of the power conditioner. In a power generation system with a capacitor between the negative and negative lines,
A normally closed contact relay that short-circuits the resistor at both ends of the resistor is connected to a line upstream of the capacitor in series with a switch for turning on / off the output of the power generator and a resistor. Is connected,
The control unit is set to open the contact of the relay of the normally closed contact at the time of starting, and performs control to close the switch when supplying the output of the power generator to the power conditioner. After that, the power generation system has a control configuration for performing control to close the relay of the normally closed contact on condition that the input voltage of the power conditioner becomes equal to or higher than a predetermined voltage.
前記制御部、前記開閉器、前記抵抗器および前記常閉接点の継電器は、いずれも前記発電装置に備えら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。   2. The power generation system according to claim 1, wherein the control unit, the switch, the resistor, and the relay of the normally closed contact are all provided in the power generation device. 前記開閉器は、常開接点の継電器で構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の発電システム。   The power generation system according to claim 1, wherein the switch includes a normally open contact relay. 前記パワーコンディショナは、前記発電装置からの入力電圧を測定する電圧測定手段を備えており、この電圧測定手段で測定されたパワーコンディショナの入力電圧の情報がパワーコンディショナの制御部を介して前記発電装置に備えられた前記制御部に送信されるように構成されていることを特徴とする請求項2または3に記載の発電システム。   The power conditioner includes voltage measuring means for measuring an input voltage from the power generator, and information on the input voltage of the power conditioner measured by the voltage measuring means is passed through the control section of the power conditioner. The power generation system according to claim 2 or 3, wherein the power generation system is configured to be transmitted to the control unit provided in the power generation device.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2016181461A (en) * 2015-03-25 2016-10-13 三浦工業株式会社 Fuel cell system
JP2016220414A (en) * 2015-05-21 2016-12-22 日東工業株式会社 Measurement device
JP2020137305A (en) * 2019-02-21 2020-08-31 パナソニックIpマネジメント株式会社 Power system

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