JP2013168224A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a fuel cell system.
従来の燃料電池システムとしては、例えば特許文献1に記載されているように、水素含有燃料を用いて発電を行う燃料電池部(燃料電池スタック)と、燃料電池の動作を制御する制御部(マイクロコンピュータ)と、電力を蓄電する蓄電部(二次電池)と、を備えたものが知られている。この燃料電池システムでは、外部電力負荷を停止することなく蓄電部の充電を行うことが可能とされている。
As a conventional fuel cell system, for example, as described in
ところで、上述したような燃料電池システムでは、燃料電池部が外部電力系統の電力と連系して外部電力負荷へ電力供給する系統連系運転を実施する場合がある。この場合、例えば系統連系規程にも規定されているように、保安面上の観点等から、外部電力系統の電力停止時(停電時)に燃料電池部が単独で運転を継続しないよう燃料電池部の出力を外部電力系統から解列することが要される。よって、制御部は、通常、燃料電池部が連系する連系対象の電力(以下、単に「連系電力」ともいう)の停止が検出された場合に燃料電池部の出力を連系対象から解列させる単独運転防止機能を有している。 By the way, in the fuel cell system as described above, there is a case where the fuel cell unit performs grid connection operation for supplying power to the external power load in linkage with the power of the external power system. In this case, as specified in the grid connection regulations, for example, from the viewpoint of security, the fuel cell unit should not continue to operate independently when the power of the external power system is stopped (power failure) It is necessary to disconnect the output of the unit from the external power system. Therefore, the control unit normally outputs the output of the fuel cell unit from the interconnection target when the stop of the electric power of the interconnection target connected to the fuel cell unit (hereinafter also simply referred to as “interconnection power”) is detected. It has a function to prevent isolated operation.
ここで、近年このような燃料電池システムでは、例えば停電時において、燃料電池部が蓄電部の電力と連系して外部電力負荷へ電力供給する自立運転をさらに実施させることが図られている。しかしこの場合、燃料電池部が自立運転されているとき、燃料電池部が意図せずに解列されてしまうことがあり、安定した発電を行うことが困難になるおそれがある。 Here, in recent years, in such a fuel cell system, for example, in the event of a power failure, it has been attempted to further perform a self-sustained operation in which the fuel cell unit supplies power to an external power load in conjunction with the power of the power storage unit. However, in this case, when the fuel cell unit is operating independently, the fuel cell unit may be unintentionally disconnected, and it may be difficult to perform stable power generation.
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、系統連系運転及び自立運転が可能な燃料電池システムにおいて安定した発電を行うことを課題とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, and makes it a subject to perform the stable electric power generation in the fuel cell system in which a grid connection operation and a self-sustained operation are possible.
上記課題を解決するため、燃料電池部が自立運転されているとき、制御部の単独運転防止機能が燃料電池部の動作に悪影響を及ぼし、燃料電池部の動作を不安定にしていることを見出した。具体的には、単独運転防止機能は、燃料電池部が発電する電力の周波数に変動を与え、その周波数変化に基づいて系統電力が停止しているか否かを検出するという周波数シフト方式等の能動方式を有している。よって、系統連系運転時には単独運転防止機能が正常に機能する場合でも、自立運転時には、単独運転防止機能が連系電力の停止を誤検出し燃料電池部を誤解列してしまう場合があることが判明した。そこで、かかる誤検出を抑止できれば安定した発電を行うことが可能になることに想到し、本発明に完成するに至った。 In order to solve the above problems, it has been found that when the fuel cell unit is operating independently, the isolated operation prevention function of the control unit adversely affects the operation of the fuel cell unit and makes the operation of the fuel cell unit unstable. It was. Specifically, the isolated operation prevention function is active such as a frequency shift method in which the frequency of the power generated by the fuel cell unit is changed and the system power is detected based on the frequency change. Has a method. Therefore, even if the isolated operation prevention function functions normally during grid-connected operation, the isolated operation prevention function may erroneously detect the stoppage of the connected power and misinterpret the fuel cell unit during independent operation. There was found. Accordingly, the inventors have conceived that stable power generation can be performed if such erroneous detection can be suppressed, and the present invention has been completed.
すなわち、本発明の燃料電池システムは、水素含有燃料を用いて発電を行う燃料電池部と、燃料電池の動作を制御する制御部と、電力を蓄電する蓄電部と、を備え、燃料電池部は、外部電力系統の電力と連系して外部電力負荷へ電力供給する系統連系運転と、蓄電部の電力と連系して外部電力負荷へ電力供給する自立運転と、で切替え可能に構成されており、制御部は、燃料電池部が連系する連系対象の電力の停止が検出された場合に燃料電池の出力を当該連系対象から解列させる能動方式の単独運転防止機能を有すると共に、燃料電池部が自立運転されている間のみ、単独運転防止機能を停止状態にすること、を特徴とする。 That is, the fuel cell system of the present invention includes a fuel cell unit that generates power using hydrogen-containing fuel, a control unit that controls the operation of the fuel cell, and a power storage unit that stores electric power. The system can be switched between grid-connected operation that supplies power to the external power load linked to the power of the external power system and independent operation that supplies power to the external power load linked to the power of the power storage unit. The control unit has an active isolated operation prevention function that disconnects the output of the fuel cell from the connection target when the stop of the power of the connection target connected to the fuel cell unit is detected. The isolated operation prevention function is stopped only while the fuel cell unit is operating independently.
この本発明の燃料電池システムでは、燃料電池部が自立運転されているとき、単独運転防止機能を停止状態にする(単独運転防止機能をマスクさせる)ことができ、上述した単独運転防止機能による悪影響を抑止することができる。従って、本発明によれば、系統連系運転及び自立運転が可能な燃料電池システムにおいて、安定した発電を行うことが可能となる。なお、能動方式は、周波数シフト方式である場合がある。 In the fuel cell system of the present invention, when the fuel cell unit is operating independently, the isolated operation preventing function can be stopped (masking the isolated operation preventing function), and the above-described isolated operation preventing function has an adverse effect. Can be suppressed. Therefore, according to the present invention, stable power generation can be performed in a fuel cell system capable of grid interconnection operation and independent operation. The active method may be a frequency shift method.
また、燃料電池部は、外部電力系統の電力が停止した場合に自立運転へ切り替えられることが好ましい。この場合、外部電力系統の電力停止時にて、燃料電池部を自立運転させ、外部電力負荷へ電力を安定供給することができる。 Moreover, it is preferable that the fuel cell unit is switched to a self-sustained operation when the power of the external power system is stopped. In this case, when the power of the external power system is stopped, the fuel cell unit can be operated independently to stably supply power to the external power load.
また、燃料電池部は、外部電力系統の電力が復電した時点から所定時間が経過するまで間、自立運転を継続し、制御部は、外部電力系統の電力が復電した時点から所定時間が経過するまでの間、単独運転防止機能の停止状態を維持することが好ましい。この場合、復電後の所定時間には、安全確保のために、自立運転が継続されると共に単独運転防止機能の停止状態が維持されることになる。 In addition, the fuel cell unit continues the self-sustained operation until a predetermined time elapses after the power of the external power system is restored, and the control unit performs a predetermined time from the time when the power of the external power system is restored. Until the time elapses, it is preferable to maintain the standstill state of the isolated operation prevention function. In this case, for the predetermined time after power recovery, the independent operation is continued and the stop state of the independent operation prevention function is maintained for ensuring safety.
ここで、上記作用効果を好適に奏する構成として、具体的には、蓄電部は、制御部へ指令信号を出力し、制御部は、蓄電部から指令信号が入力されている間のみ、単独運転防止機能を停止状態とする構成が挙げられる。 Here, as a configuration that favorably achieves the above-described effects, specifically, the power storage unit outputs a command signal to the control unit, and the control unit operates alone only while the command signal is input from the power storage unit. The structure which makes a prevention function a stop state is mentioned.
また、制御部は、燃料電池部が連系する電力の電圧不足が検出された場合に燃料電池部の出力を連系対象から解列させる不足電圧検出機能と、燃料電池部が連系する電力の周波数不足が検出された場合に燃料電池部の出力を連系対象から解列させる不足周波数検出機能と、を有している。この場合、燃料電池部の自立運転時において、蓄電部の電力が所定以下となると、不足電圧検出機能及び不足周波数検出機能により燃料電池部の出力が蓄電部から解列される。 In addition, the control unit has an undervoltage detection function for disconnecting the output of the fuel cell unit from the connection target when the voltage shortage of the power connected to the fuel cell unit is detected, and the power connected to the fuel cell unit. And an insufficient frequency detection function for disconnecting the output of the fuel cell unit from the interconnection target when an insufficient frequency is detected. In this case, during the self-sustained operation of the fuel cell unit, when the power of the power storage unit becomes equal to or lower than a predetermined value, the output of the fuel cell unit is disconnected from the power storage unit by the undervoltage detection function and the underfrequency detection function.
本発明によれば、系統連系運転及び自立運転が可能な燃料電池システムにおいて安定した発電を行うことが可能となる。 According to the present invention, stable power generation can be performed in a fuel cell system capable of grid interconnection operation and independent operation.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following description, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムを示す概略ブロック図である。図1に示すように、燃料電池システム1は、例えば家庭用の電力供給源として用いられるものであり、燃料電池ユニット10と、蓄電ユニット20と、開閉器30と、を備えている。この燃料電池システム1は、燃料電池ユニット10の発電電力を外部電力系統CEの系統電力と連系させ、外部電力負荷としての室内分電盤EIへ電力供給する(以下、「系統連系運転」という)。また、燃料電池システム1は、燃料電池ユニット10の発電電力を蓄電ユニット20の蓄電電力と連系させ、室内分電盤EIへ電力供給する(以下、「自立運転」という)。
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
燃料電池ユニット10は、固体酸化物型(SOFC:Solid Oxide Fuel Cell)の燃料電池であるSOFC(燃料電池部)11と、SOFC11の動作を制御するPCS(Power Conditioning System,パワーコンディショナ)12と、後述のマスク指令信号(指令信号)を受信する信号入力回路13と、を備え、室内分電盤EIに電路50を介して接続されている。
The
SOFC11は、水素含有燃料及び酸化剤を用いて発電を行うものであり、例えば0.7kWの電力を出力する。なお、燃料電池の種類は、固体酸化物型に限定されず、例えば、固体高分子形燃料電池(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cell)、リン酸形燃料電池(PAFC:PhosphoricAcid Fuel Cell)、溶融炭酸塩形燃料電池(MCFC:Molten Carbonate Fuel Cell)、及び、その他の種類を採用することができる。 The SOFC 11 generates power using a hydrogen-containing fuel and an oxidant, and outputs, for example, 0.7 kW. The type of the fuel cell is not limited to the solid oxide type. For example, the polymer electrolyte fuel cell (PEFC), the phosphoric acid fuel cell (PAFC), and the molten carbonate. A type fuel cell (MCFC: Molten Carbonate Fuel Cell) and other types can be adopted.
水素含有燃料としては、例えば、炭化水素系燃料が用いられる。炭化水素系燃料としては、分子中に炭素と水素とを含む化合物(酸素等、他の元素を含んでいてもよい)若しくはそれらの混合物が用いられる。炭化水素系燃料としては、例えば、炭化水素類、アルコール類、エーテル類、バイオ燃料が挙げられ、これらの炭化水素系燃料は従来の石油・石炭等の化石燃料由来のもの、合成ガス等の合成系燃料由来のもの、バイオマス由来のものを適宜用いることができる。 As the hydrogen-containing fuel, for example, a hydrocarbon fuel is used. As the hydrocarbon fuel, a compound containing carbon and hydrogen in the molecule (which may contain other elements such as oxygen) or a mixture thereof is used. Examples of hydrocarbon fuels include hydrocarbons, alcohols, ethers, and biofuels. These hydrocarbon fuels are derived from conventional fossil fuels such as petroleum and coal, and synthesized from syngas. A fuel-derived one or a biomass-derived one can be used as appropriate.
具体的には、炭化水素類として、メタン、エタン、プロパン、ブタン、天然ガス、LPG(液化石油ガス)、都市ガス、タウンガス、ガソリン、ナフサ、灯油、軽油が挙げられる。アルコール類として、メタノール、エタノールが挙げられる。エーテル類として、ジメチルエーテルが挙げられる。バイオ燃料として、バイオガス、バイオエタノール、バイオディーゼル、バイオジェットが挙げられる。酸化剤としては、例えば、空気、純酸素ガス(通常の除去手法で除去が困難な不純物を含んでもよい)、酸素富化空気が用いられる。 Specific examples of hydrocarbons include methane, ethane, propane, butane, natural gas, LPG (liquefied petroleum gas), city gas, town gas, gasoline, naphtha, kerosene, and light oil. Examples of alcohols include methanol and ethanol. Examples of ethers include dimethyl ether. Examples of biofuels include biogas, bioethanol, biodiesel, and biojet. As the oxidizing agent, for example, air, pure oxygen gas (which may contain impurities that are difficult to remove by a normal removal method), or oxygen-enriched air is used.
PCS12は、SOFC11で発生した電力の調整を行う電力調整機能を有している。具体的には、PCS12は、SOFC11から出力された直流電力の電圧を変圧するDC/DCコンバータ、及び、変圧された電力を直流から交流へ変換するインバータ等を含んで構成されている。また、このPCS12は、不足電圧検出機能と、不足周波数検出機能と、単独運転防止機能と、を少なくとも有している。そこで、これらの機能について、以下に詳細に説明する。
The PCS 12 has a power adjustment function for adjusting the power generated in the SOFC 11. Specifically, the
不足電圧検出機能は、SOFC11が連系する連系対象の電力(以下、「連係電力」ともいう)の電圧不足(所定電圧に対する低下)が検出された場合に、燃料電池ユニット10の出力を連系対象から解列させるものであり、不足電圧リレー(UVR)が用いられている。不足周波数検出機能は、連系電力の周波数不足(所定周波数に対する低下)が検出された場合に燃料電池ユニット10の出力を連系対象から解列させるものであり、周波数低下リレー(UFR)が用いられている。
The undervoltage detection function connects the output of the
単独運転防止機能は、連系電力の停止が検出された場合に、SOFC11が単独で運転しないように当該SOFC11の出力を連系対象から解列させる機能である。特にこの単独運転防止機能によれば、系統連系運転時において、外部電力系統CEの電力が停止された停電時には工事保安上から発電させてはならないという規程に対応することができる。これは、例えば、外部電力系統CEから解列されない状態で燃料電池ユニット10が単独運転を継続していると、本来無電圧であるべき外部電力系統CEが充電されてしまう。よって、作業者が感電するおそれが高まったり、事故が生じている場合には事故点に電力を供給し続けることになり被害が拡大したり、等するおそれがあるためである。
The isolated operation prevention function is a function that disconnects the output of the
この単独運転防止機能としては、能動方式のものが用いられており、ここでは、周波数シフト方式が用いられている。この単独運転防止機能では、まず、インバータの制御系等により、外部電力負荷に応じた電流の周波数で発電電力を能動的に常時変動させる。続いて、例えばPCS12の出口付近において、電圧の周波数変化を検出する。そして、検出した周波数変化に基づいて連系電力が停止しているか否かを検出し、当該電力の停止を検出した場合には、SOFC11の出力を連系対象から解列させる。なお、能動方式とは、インバータが出力電流に何らかの擾乱を加え、その擾乱によって交流電圧に擾乱が発生するか否かによって停電の有無を判定するという方式である。能動方式としては、周波数シフト方式以外に、無効電力変動方式、有効電力変動方式、同期高調波注入方式、位相シフト方式、及び次数間高調波注入方式等を例示することができる。
As this isolated operation prevention function, an active type is used, and here, a frequency shift type is used. In this independent operation prevention function, first, the generated power is actively varied constantly at a current frequency according to the external power load by an inverter control system or the like. Subsequently, for example, a change in the frequency of the voltage is detected near the exit of the
また、このPCS11は、信号入力回路13に接続されており、当該信号入力回路13からのマスク指令信号の入力に応じて単独運転防止機能をマスクし、これにより、自立運転時の単独運転防止機能を停止状態にする(詳しくは、後述)。図2に示すように、信号入力回路13は、マスク指令信号の入力により作動するフォトカプラ12a、抵抗R1,R2を含んで構成されている。
The
図1に示すように、蓄電ユニット20は、電力を蓄電するための蓄電部を構成するものであり、バッテリ21、インバータ22、信号出力回路23及び停電検出器27を備えている。バッテリ21は、所定容量(例えば、3kW)の直流二次電源を構成する。バッテリ21として、燃料電池ユニット10の起動に要するエネルギーを担保可能な容量以上のものを用いると、停電時において燃料電池ユニット10をコールドスタートで自立運転させることができる。
As shown in FIG. 1, the
インバータ22は、バッテリ21の電力を直流から交流へ変換する。また、インバータ22は、マスク指令信号となるDC5Vの直流電圧を信号出力回路23へ供給する。信号出力回路23は、自立運転時に、DC5Vの直流電圧のアナログ信号であるマスク指令信号を信号入力回路13へ出力する。図2に示すように、信号出力回路23は、オフディレイタイマ23aと、フィルタ回路26(抵抗R3及びコンデンサC)とを含んで構成されており、信号入力回路13に配線25を介して接続されている。このインバータ22は、外部電力系統CE及び燃料電池ユニット10に対するバッテリ21の接続を制御する開閉器24を有している。
The
オフディレイタイマ23aは、停電検出器27からの入力がONになると同時に出力をONとする一方、停電検出器27からの入力がOFFになった後に所定時間t1(ここでは、t1=300s)経過後に出力をOFFとする。ここでのオフディレイタイマ23aとしては、例えばオムロン社製の型式H3CR−H8Lを用いることができる。フィルタ回路26は、ノイズ低減用の素子であり、マスク指令信号の立上がり/立下りを急峻にし、精度よいマスク指令信号の出力を可能とする。
The off-
図1に示すように、停電検出器27は、外部電力系統CEから系統電力を受電する系統受電時に常に励磁され、電路51を介して外部電力系統CEと接続すると共に、b接点を開としてオフディレイタイマ23aへの入力をOFFとする。一方、停電時には、系統電力が印加されないために無励磁とされ、外部電力系統CEから解列すると共に、b接点を閉としてオフディレイタイマ23aへの入力をONとする。
As shown in FIG. 1, the
開閉器30は、メンテナンス等で蓄電ユニット20の運転をバイパスさせたい場合に操作する。具体的には、開閉器30は、外部電力系統CEに接続された電路52に電路50を接続する一方、蓄電ユニット20に接続された電路53に電路50を接続する。開閉器30及び電路50〜53の少なくとも一部は、屋外連系盤に配設されている。
The
次に、以上に説明した燃料電池システム1の動作について、図3を参照しつつ例示する。
Next, the operation of the
図3は、図1の電池システムの動作を説明するためのタイムチャートである。図3において横軸は時間を示している。上記燃料電池システム1では、外部電力系統CEから例えばAC200Vの系統電力を受電している場合、開閉器30により電路50,53が互いに接続され、燃料電池ユニット10及び外部電力系統CEが室内分電盤EIに接続されると共に、外部電力系統CEにより蓄電ユニット20のバッテリ21が充電される。
FIG. 3 is a time chart for explaining the operation of the battery system of FIG. In FIG. 3, the horizontal axis represents time. In the
このとき、停電検出器27のb接点が開とされ、オフディレイタイマ23aへの入力がOFFとされているため、マスク指令信号が信号出力回路23から出力されず(0Vとなり)、よって、単独運転防止機能は作動状態とされる。
At this time, the b-contact of the
続いて、停電が発生し、外部電力系統CEからの受電が停止した時点(AC200Vから0Vとなったとき、図中のt=tc)では、インバータ22内部の開閉器24が切り替わり、燃料電池ユニット10及び蓄電ユニット20の放電出力が室内分電盤EIに接続される。これにより、自立運転での室内分電盤EIへの電力供給に運転が切り替えられる。なお、自立運転を開始した直後では、SOFC11は、一旦アイドリングモードに入るが、所定時間t0秒後に再度連系し、室内分電盤EIへ発電出力を送る。所定時間t0秒間は、蓄電ユニット20が外部負荷を担保する。
Subsequently, when the power failure occurs and the power reception from the external power system CE is stopped (t = tc in the figure when AC 200V becomes 0V), the
これと共に、停電検出器27が無励磁とされ、インバータ22内部の開閉器24が外部電力系統CEから解列される。このとき、停電検出器27のb接点が閉とされ、オフディレイタイマ23aへの入力がONとされるため、マスク指令信号がDC5Vとして配線25を介して出力され、当該マスク指令信号が燃料電池ユニット10の信号入力回路13へ入力される。その結果、PCS12においては、マスク指令信号の入力に応じて単独運転防止機能にマスクが施され、単独運転防止機能が停止状態とされる。
At the same time, the
続いて、外部電力系統CEが復電し、外部電力系統CEから再び受電された時点(0VからAC200Vとなったとき、図中のt=tr)では、未だ開閉器24が切り替わらず、自立運転での電力供給が引き続き実施される。これと共に、停電検出器27が励磁され、停電検出器27のb接点が開とされ、オフディレイタイマ23aへの入力がOFFとされるものの、オフディレイタイマ23aの遅延機能が働くため、マスク指令信号がDC5Vのまま維持されて出力され、当該マスク指令信号が燃料電池ユニット10の信号入力回路13へ入力される。その結果、PCS12では、マスク指令信号の入力に応じて単独運転防止機能のマスクが継続され、単独運転防止機能の停止状態が継続される。
Subsequently, when the external power system CE recovers and receives power from the external power system CE again (t = tr in the figure when 0V is changed to AC200V), the
そして、外部電力系統CEの復電後で所定時間t1経過した時点(図中のt=tr+t1)においては、開閉器24が切り替わり、外部電力系統CEにより蓄電ユニット20のバッテリ21が充電される。これにより、系統連系運転での室内分電盤EIへの電力供給が再実施される。これと共に、オフディレイタイマ23aの遅延機能が終了し、マスク指令信号がリセットされて信号出力回路23から出力されず(0Vとなり)、よって、単独運転防止機能は再び作動状態とされる。
When the predetermined time t1 elapses after power recovery of the external power system CE (t = tr + t1 in the figure), the
ところで、PCS12が有する上記単独運転防止機能は、系統連系運転時には正常に機能する場合でも、自立運転時には、単独運転防止機能が蓄電ユニット20からの蓄電電力の停止を誤検出し、SOFC11を誤解列してしまうことが見出される。これは、単独運転防止機能による能動的な周波数変動は、外部電力系統CEの容量では吸収されるものの、外部電力系統CEの容量に比べて小さいバッテリ21の容量では吸収しきれず、よって、検出する周波数変化に誤差要因が含まれてしまうためであると考えられる。
By the way, the above-mentioned isolated operation prevention function of the
この点、本実施形態によれば、停電時の間のみに蓄電ユニット20からのマスク指令信号によって単独運転防止機能を停止状態にでき、復電後に単独運転防止機能を正常に作動状態にできる。その結果、系統受電時には、単独運転防止機能を確実に作動させることによりSOFC11の単独運転による保安上の問題を回避し、系統連系運転を好適に実施できる。一方、停電時には、SOFC11を自立運転させて発電を継続させ、家庭内負荷に接続された室内分電盤EIへ電力を安定供給できると共に、単独運転防止機能を停止状態にして当該単独運転防止機能による周波数変動を抑止し、SOFC11が意図せず解列されてしまうのを防止できる。
In this regard, according to the present embodiment, the isolated operation prevention function can be stopped by the mask command signal from the
従って、本実施形態によれば、系統連系運転及び自立運転が可能な燃料電池システム1において、安定した発電を行うことが可能となる。なお、本実施形態では、他のいかなる蓄電ユニットと連系させた自立運転時においても、安定してSOFC11を作動させて発電することができる。さらに、本実施形態では、例えば故障時(b接点の溶着を除く)には、単独運転防止機能が作動状態とされる(復帰する)ようになっており、フェイル・セーフの思想に好適に対応させることができる。
Therefore, according to the present embodiment, stable power generation can be performed in the
また、本実施形態では、上述したように、復電した時点trから所定時間t1が経過するまでの間、自立運転が継続されると共にPCS12による単独運転防止機能の停止状態が維持されている。これにより、復電直後の所定時間t1においても、燃料電池ユニット10の安定した運転が可能となる。
In the present embodiment, as described above, the self-sustaining operation is continued and the stop state of the independent operation prevention function by the
また、本実施形態では、上述したように、蓄電ユニット20から信号入力回路13へマスク指令信号が出力され、マスク指令信号が入力されている間のみにPCS12が単独運転防止機能を停止状態とさせている。このように構成することで、単独運転機能を停止状態する上記作用を好適に実現できる。
In this embodiment, as described above, the mask command signal is output from the
また、本実施形態では、PCS12の不足電圧検出機能及び不足周波数検出機能により、SOFC11の単独運転防止機能を担保できる。また、特に自立運転時には、これら不足電圧検出機能及び不足周波数検出機能により、蓄電ユニット20の蓄電電力が所定以下となるとSOFC11が解列される、つまり、自立運転時に蓄電電力が一定量確保される。よって、高温運転されるSOFC11に必要な解列時のアイドリングモード運転等のための電力を、自立運転時に確実に確保することができる。
Moreover, in this embodiment, the isolated operation prevention function of the
ここで、上記燃料電池システム1について、停電時にマスク指令信号が確実に応答することを確認するための確認試験を行った。その結果の一部を図4に示す。ここでの確認試験では、外部電力系統として用いた商用電源を連続的に100回開閉し、当該開閉に応じてマスク指令信号が出力及び停止されるか否かを電圧波形により確認した。
Here, the
図4に示すように、商用電源が開から閉にされるのに応じて、マスク指令信号が出力されると共に、商用電源が閉から開にされるのに応じて、マスク指令信号が停止されている。よって、停電時にマスク指令信号が確実に出力されるということを確認することができる。また、確認試験では、商用電源を開閉した100回中の全てにおいてマスク指令信号が確実に応答され、よって、マスク指令信号に係る燃料電池システム1の耐久性も確認することができる。
As shown in FIG. 4, a mask command signal is output in response to the commercial power source being switched from open to closed, and the mask command signal is stopped in response to the commercial power source being switched from closed to open. ing. Therefore, it can be confirmed that the mask command signal is reliably output during a power failure. Further, in the confirmation test, the mask command signal is surely responded in all 100 times when the commercial power source is opened and closed, and thus the durability of the
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments. The present invention is modified without departing from the scope described in the claims or applied to others. It may be.
例えば、上記実施形態では、系統連系運転と自立運転とが、外部電力系統CEの電力受電時と停電時とにより切り替えられているが、これに限定されるものではなく、例えばユーザにより選択的に系統連系運転と自立運転とが切り替えられてもよい。なお、上記において、PCS12及び信号入力回路13が制御部を構成する。
For example, in the above embodiment, the grid interconnection operation and the self-sustained operation are switched between when the external power system CE receives power and when there is a power failure. However, the present invention is not limited to this. The grid interconnection operation and the independent operation may be switched. In the above, the
1…燃料電池システム、10…燃料電池ユニット、11…SOFC(燃料電池部)、12…PCS(制御部)、13…信号入力回路(制御部)、20…蓄電ユニット(蓄電部)、CE…外部電力系統、EI…外部電力負荷、t1…所定時間。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記燃料電池の動作を制御する制御部と、
電力を蓄電する蓄電部と、を備え、
前記燃料電池部は、
外部電力系統の電力と連系して外部電力負荷へ電力供給する系統連系運転と、前記蓄電部の電力と連系して前記外部電力負荷へ電力供給する自立運転と、で切替え可能に構成されており、
前記制御部は、
前記燃料電池部が連系する連系対象の電力の停止が検出された場合に前記燃料電池の出力を当該連系対象から解列させる能動方式の単独運転防止機能を有すると共に、
前記燃料電池部が前記自立運転されている間のみ、前記単独運転防止機能を停止状態にすること、を特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell unit that generates power using hydrogen-containing fuel;
A control unit for controlling the operation of the fuel cell;
A power storage unit for storing electric power,
The fuel cell unit is
Switchable between grid-connected operation for supplying power to an external power load linked to power from an external power system, and independent operation for supplying power to the external power load linked to power from the power storage unit Has been
The controller is
In addition to having an active isolated operation preventing function that disconnects the output of the fuel cell from the interconnection target when a stop of the power of the interconnection target connected to the fuel cell unit is detected,
The fuel cell system is characterized in that the isolated operation prevention function is stopped only while the fuel cell unit is operating independently.
前記制御部は、前記外部電力系統の電力が復電した時点から所定時間が経過するまでの間、前記単独運転防止機能の停止状態を維持すること、を特徴とする請求項3記載の燃料電池システム。 The fuel cell unit continues the self-sustained operation until a predetermined time elapses after the power of the external power system is restored,
4. The fuel cell according to claim 3, wherein the control unit maintains the stop state of the islanding prevention function until a predetermined time elapses after the power of the external power system is restored. system.
前記制御部は、前記蓄電部から前記指令信号が入力されている間のみ、前記単独運転防止機能を停止状態とすること、を特徴とする請求項1〜4の何れか一項記載の燃料電池システム。 The power storage unit outputs a command signal to the control unit,
5. The fuel cell according to claim 1, wherein the control unit stops the isolated operation prevention function only while the command signal is input from the power storage unit. system.
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