JP3588855B2 - 燃料電池発電装置の連系運転制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、燃料電池発電装置を他の電力系統と連系して運転する際の運転制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、燃料電池の出力（直流）はインバータにより交流に変換した上で、その電力の一部を発電装置内の補機（燃料電池本体，燃料改質装置の運転上必要な各種のポンプ，ブロア，ヒータ，および制御盤）で消費し、残りの電力を送電端より負荷に給電するようにしている。
【０００３】
この場合に燃料電池発電装置の運転形態には単独運転，連系運転があり、単独運転では他の電力系統から独立して燃料電池発電装置の出力を負荷に直接給電しており、この場合にはインバータ出力の電圧，周波数を内蔵の設定器で定値制御する。これに対して、燃料電池発電装置を他の電力系統（商用電力系統，あるいは別電源）に接続して運転する連系運転では、インバータ出力を接続する電力系統の電圧，周波数に合わせつつ、外部からの出力指示値に合わせて燃料電池発電装置の送電端電力を定電力制御している。
【０００４】
図２は燃料電池発電装置と別な電力系統とで連系運転を行っている状態での電力回路図であり、図において、１は燃料電池、２はインバータ、３は燃料電池発電装置の補機、４は別な電力系統、５は燃料電池発電装置の制御部、６は交流出力の電力検出部、７は燃料電池発電装置の送電端である。ここで、送電端７を挟んでインバータ２の出力端側には併入スイッチＳ−１，電力系統側にはＳ−２が接続され、また補機３に対する饋電線はスイッチＳＷ１，ＳＷ２を介して前記の併入スイッチＳ−１の両側に接続されており、かつ電力検出部６の電力検出地点はスイッチＳＷ１を介して補機３へ饋電する分岐点Ｐと併入スイッチＳ−１との間に設定されている。
【０００５】
かかる構成で、燃料電池発電装置の起動時にはスイッチＳ−１をＯＦＦ，Ｓ−２をＯＮ，ＳＷ１をＯＦＦ，ＳＷ２をＯＮとして、電力系統４から受電により補機３に給電して燃料改質器，燃料電池本体を昇温操作する。そして燃料電池が発電を開始すると、開閉器ＳＷ１をＯＮ，ＳＷ２をＯＦＦに切換えて補機３の電力を燃料電池の発電電力で賄い、残りをダミー負荷に消費させて電力系統４と関係なしに自立運転させ、しかる後にスイッチＳ−１，Ｓ−２をＯＮにして電力系統４と連系運転に移行させる。この連系運転では、制御部５に外部から与えた出力指示値を基に電力検出部６の検出信号をフィードバックさせてインバータ出力が一定となるように定電力制御を行う。この運転状態では、燃料電池の発電電力から補機３の消費電力分を差し引いた残りが送電端７を通じて電力系統４へ出力されることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記した従来の連系運転制御方法では、次記のような問題点がある。すなわち、燃料電池発電装置を別な電力系統と連係運転し、送電端出力が一定となるように定電力制御した状態でポンプ，ブロアなどの補機の消費電力が変動すると、これに伴ってインバータ出力，および燃料電池の出力が変動するようになる。特に、補機の消費電力が増加すれば、送電端出力を一定に保つためにインバータの出力，したがって燃料電池の発電出力を高めるようにセルに供給する反応ガスを増量するなどの燃料改質系を含めた運転制御が必要となる。
【０００７】
この場合に、インバータ制御の応答性に比べて燃料電池の改質系（化学プラントの一種）の応答速度は非常に遅く、このために補機での消費電力が増加方向に急変した場合には、燃料電池がガス欠乏（水素ガスの不足）状態となってセルの劣化を早めるといった問題が派生する。
本発明は上記の点にかんがみなされたものであり、その目的は前記課題を解決し、送電端出力が一定となるように定電力制御を行っている状態で補機の消費電力が変動しても、燃料電池の出力を変動させることなく安定運転が行えるようにした燃料電池発電装置の連系運転制御方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、インバータを制御するための制御部に与える出力指示値に、補機の消費電力分をあらかじめ計算値として加えるとともに、インバータの出力端と補機への饋電点との間から検出された電力検出値を前記制御部にフィードバックさせ、インバータ出力が一定となるように定電力制御を行うものとする。
【０００９】
【作用】
上記の運転制御方法によれば、インバータの出力端と補機への饋電点との間から検出された電力検出部の電力検出値は、送電端を通じて別な電力系統へ給電する電力分と装置内の補機で消費する電力分との和である。ここで、あらかじめ補機の電力消費分を計算値（一定値）として制御部に与える出力指示値に加えるとともに、電力検出部の電力検出値を前記制御部へフィードバックさせてインバータ出力が一定となるように定電力制御を行えば、実際に補機で消費する電力が変動してもインバータ出力、したがって燃料電池の出力を変動させることなく安定運転が行え、これにより燃料電池のガス欠乏などに起因する特性劣化を抑制できる。なお、この連係運転中における補機の消費電力変動分（増加分）は燃料電池発電装置と連系する電力系統側の電源が負担することになる。
【００１０】
【実施例】
図１は本発明の実施例による燃料電池発電装置の電力回路図であり、図２に対応する同一部には同じ符号が付してある。すなわち、図１ではインバータ２の出力制御に必要な電力検出部６の電力検出点が、スイッチＳＷ１を介して補機３へ饋電する分岐点Ｐとインバータ２の出力端との間に設定されている。なお、電力はＰＴ，ＣＴで電圧，電流を検出して演算により求める。そして、この電力検出値を制御部５にフィードバックさせ、制御部５に外部から与えた電力指示値に合わせてインバータ出力が一定となるように定電力制御を行う。また、この場合には補機３で消費する電力分はあらかじめ計算値（一定値）として制御部５に与える出力指示値の中に加えておくものとする。
【００１１】
上記により、インバータ２の出力は電力系統４へ送電される電力と補機３の消費電力分との和となり、連係運転中に補機３の消費電力が変動した場合でも、インバータ出力，したがって燃料電池１の出力が変動することはない。つまり、燃料電池は出力指示値に合わせて運転条件（反応ガス供給量など）を変動させることなく安定運転が行える。なお、補機３の消費電力変動分（増加分）は電力系統４側の電源が負担することになる。
【００１２】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、連系運転時に補機の消費電力が変動しても、これに左右されることなく燃料電池を継続的に安定運転させることがき、これによりガス欠乏などに起因するセルの特性劣化を抑制して燃料電池の長寿命化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による燃料電池発電装置の連系運転時の電力回路図
【図２】従来における燃料電池発電装置の連系運転時の電力回路図
【符号の説明】
１ 燃料電池
２ インバータ
３ 補機
４ 電力系統
５ 制御部
６ 電力検出部
７ 燃料電池発電装置の送電端

Claims (1)

1. 燃料電池の出力をインバータにより交流に変換し、その電力の一部を発電装置内の補機で消費し、残りを送電端より他の電力系統へ出力する際の連系運転制御方法であって、
   前記インバータを制御するための制御部に与える出力指示値に、前記補機の消費電力分をあらかじめ計算値として加えるとともに、前記インバータの出力端と前記補機への饋電点との間から検出された電力検出値を前記制御部にフィードバックさせ、前記インバータ出力が一定となるように定電力制御することを特徴とする燃料電池発電装置の連系運転制御方法。

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