JPH0129029B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、燃料電池発電システムの制御に係
り、特に急速な負荷追従を要求される燃料電池の
制御システムに関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to control of a fuel cell power generation system, and particularly to a control system for a fuel cell that requires rapid load following.
従来の燃料電池制御システムは、燃料電池およ
び水素発生装置（改質装置あるいはリフオーマと
呼ばれる）、空気供給系から成る燃料電池発電シ
ステムをそれぞれ独立した制御装置により制御す
る構成になつていた。すなわち、燃料電池発電シ
ステムは、第１図にその概略を示す如く、天燃ガ
ス（LNG）およびナフサを原燃料として供給す
る原燃料（天燃ガス）調節弁２００および原燃料
（ナフサ）調節弁２１７により原燃料（天燃ガス
１１５およびナフサ１１６を混合した複合燃料）
１０１および水蒸気流量調節弁２０１により供給
される水蒸気１０２を入力し、電池２０５の出口
の水素ガス１０７を燃料として熱を得、水素リツ
チ・ガス１０３を生成する改質装置２０２、水素
リツチ・ガス１０３に含まれる一酸化炭素COを
水蒸気と反応させ、炭酸ガスCO2と水素H2を生
成させ主水素ガス１０４を得るシフト・コンバー
タ２０３、電池入口水素ガス１０５の流量を調節
する電池水素ガス調節弁２０４、電池で使用する
酸素を供給するため、改質装置排ガス１０８を動
力源とし、空気１１０を加圧する空気供給系２０
６、空気供給系２０６で作られた加圧空気１１１
から電池で必要とする電池入口空気１１２を得る
電池空気量調節弁２０７、電池２０５、およびガ
ス中の水分を回収する水分回収熱交換器２１１，
２１３，２１５で構成され、水素と酸素の反応に
より電池出力電流１０６を得るシステムである。
また、電池出口水素ガス１０７は、改質装置２０
２の熱源および空気供給系２０６の動力源として
使用された後、排ガス１０９として空気中に排出
される。このほか、改質装置２０２の起動のため
に使用する補助燃料１１４および補助空気１１８
を調節する補助燃料調節弁２０８および補助空気
量調節弁２２０、電池出口水素ガスおよび電池出
口空気を再循環させる水素再循環フアン２０９、
水素再循環量調節弁２１０および空気再循環フア
ン２１８、空気再循環量調節弁２１８がある。 A conventional fuel cell control system has a configuration in which a fuel cell power generation system consisting of a fuel cell, a hydrogen generator (called a reformer or reformer), and an air supply system is controlled by independent control devices. That is, as schematically shown in FIG. 1, the fuel cell power generation system includes a raw fuel (natural gas) control valve 200 and a raw fuel (naphtha) control valve that supply natural gas (LNG) and naphtha as raw fuel. 217 for raw fuel (composite fuel mixed with natural gas 115 and naphtha 116)
A reformer 202 receives water vapor 102 supplied by a water vapor flow control valve 201 and a water vapor flow rate control valve 201, obtains heat using hydrogen gas 107 at the outlet of a battery 205 as fuel, and generates a hydrogen rich gas 103. A shift converter 203 that reacts carbon monoxide CO contained in the battery with water vapor to generate carbon dioxide gas CO 2 and hydrogen H 2 to obtain main hydrogen gas 104, and a battery hydrogen gas control valve that adjusts the flow rate of hydrogen gas 105 at the battery inlet. 204, an air supply system 20 that uses the reformer exhaust gas 108 as a power source and pressurizes the air 110 in order to supply oxygen used in the battery;
6. Pressurized air 111 produced by air supply system 206
A battery air amount control valve 207 that obtains the battery inlet air 112 required by the battery, a battery 205, and a moisture recovery heat exchanger 211 that recovers moisture in the gas.
213 and 215, and is a system that obtains a battery output current 106 through a reaction between hydrogen and oxygen.
Further, the battery outlet hydrogen gas 107 is supplied to the reformer 20
After being used as a heat source of 2 and a power source of the air supply system 206, it is discharged into the air as exhaust gas 109. In addition, auxiliary fuel 114 and auxiliary air 118 used for starting the reformer 202
an auxiliary fuel control valve 208 and an auxiliary air amount control valve 220 that adjust the flow rate, a hydrogen recirculation fan 209 that recirculates battery outlet hydrogen gas and battery outlet air,
There is a hydrogen recirculation amount control valve 210, an air recirculation fan 218, and an air recirculation amount control valve 218.
ところで、このような燃料電池発電システムで
問題となるのは、急激な負荷変化に対する追従性
である。すなわち、燃料電池２０５の負荷が急激
に変化すると電池で消費する水素および酸素量が
急激に変化し、圧力が大幅に変化することにな
る。電池内の圧力変化を抑制するために、電池水
素ガス調節弁２０４および電池空気量調節弁２０
７を操作し、電池に供給する水素および酸素量を
変化させることになるが、このために改質装置２
０２および空気供給系２０６の出力を電池に供給
する水素および酸素の供給量に追従こせる必要が
ある。しかしながら、改質装置２０２の熱源およ
び空気供給系２０６の駆動源は、電池出口水素ガ
ス１０７であり、電池で消費する水素および酸素
量が急激に変化すると改質装置２０２および空気
供給系２０６の出力を電池に供給する水素および
酸素の供給量に追従させるのが難しくなる。 By the way, a problem with such a fuel cell power generation system is the ability to follow sudden changes in load. That is, when the load on the fuel cell 205 changes suddenly, the amount of hydrogen and oxygen consumed by the cell changes rapidly, and the pressure changes significantly. In order to suppress pressure changes within the battery, a battery hydrogen gas control valve 204 and a battery air amount control valve 20 are provided.
7 to change the amount of hydrogen and oxygen supplied to the battery, but for this purpose the reformer 2
02 and the output of the air supply system 206 must be able to follow the amount of hydrogen and oxygen supplied to the battery. However, the heat source of the reformer 202 and the drive source of the air supply system 206 are the battery outlet hydrogen gas 107, and if the amount of hydrogen and oxygen consumed by the battery changes rapidly, the output of the reformer 202 and the air supply system 206 It becomes difficult to keep up with the amount of hydrogen and oxygen supplied to the battery.
本発明の目的は、急激な負荷変化に対し、改質
装置および空気供給系の出力を安定に追従させ得
る燃料電池発電プラント制御システムを提供する
にある。 An object of the present invention is to provide a fuel cell power generation plant control system that can stably follow the output of a reformer and an air supply system in response to sudden load changes.
本発明は、急激な負荷変化に対し、改質装置お
よび空気供給系の出力を電池出力電流に安定に追
従させるために、補助燃料流量と補助空気流量を
中央給電指令所（以下中給と略称する）からの負
荷指令LDに応じて先行的に制御するところに特
徴がある。 In order to stably track the output of the reformer and air supply system to the battery output current in the face of sudden load changes, the present invention is designed to control the auxiliary fuel flow rate and the auxiliary air flow rate to the central power dispatch center (hereinafter abbreviated as "intermediate dispatch"). The feature is that it is controlled in advance according to the load command LD from ).
本発明による燃料電池発電プラント制御システ
ムは、大きく次の４つに分けられる。 The fuel cell power generation plant control system according to the present invention can be roughly divided into the following four types.
(1) 燃料電池制御系（第２図参照）
(2) 改質装置制御系（第３図参照）
(3) 空気供給系の制御系（第５図、第６図参照）
(4) 再循環系の制御系（第７図参照）
以下、４つの制御系の一実施例により具体的に
その制御方法を説明する。(1) Fuel cell control system (see Figure 2) (2) Reformer control system (see Figure 3) (3) Air supply system control system (see Figures 5 and 6) (4) Circulatory System Control System (See FIG. 7) The control method will be specifically explained below using an example of four control systems.
第２図は、燃料電池制御系の一実施例を示した
ものである。図でまず、中給からの負荷指令LD
の関数として電池出口水素濃度設定値発生器４０
０から電池出口水素濃度設定値５００を得、電池
出口水素濃度検出器３０１で測定された電池出口
の水素濃度信号５０１との偏差５０２を求め（減
算器４０１）、比例・積分等のフイード・バツク
制御演算を実施し（フイード・バツク制御器４０
２）、フイード・バツク制御信号５０２を得る。
一方、フイード・フオワード制御器４０３では、
中給からの負荷指令LDの関数として弁２０４の
フイード・フオワード制御信号５０４を求める。
基本的には、このフイード・フオワード制御信号
５０４とフイード・バツク制御信号５０３の加算
により弁２０４への操作信号５０６を決するが、
電池水素ガス調節弁２０４の前圧すなわち主水素
ガス圧力偏差信号５２２（第３図参照）でこの弁
２０４への操作信号を補正する。 FIG. 2 shows an embodiment of the fuel cell control system. In the diagram, first, load command LD from intermediate supply
battery outlet hydrogen concentration setpoint generator 40 as a function of
Obtain the battery outlet hydrogen concentration setting value 500 from 0, calculate the deviation 502 from the battery outlet hydrogen concentration signal 501 measured by the battery outlet hydrogen concentration detector 301 (subtractor 401), and calculate the proportional, integral, etc. Performs control calculations (feedback controller 40
2) Obtain the feedback control signal 502.
On the other hand, in the feed forward controller 403,
A feed forward control signal 504 of the valve 204 is determined as a function of the load command LD from the intermediate supply.
Basically, the operation signal 506 to the valve 204 is determined by adding the feed forward control signal 504 and the feed back control signal 503.
The operation signal to the battery hydrogen gas control valve 204 is corrected using the front pressure of the battery hydrogen gas control valve 204, that is, the main hydrogen gas pressure deviation signal 522 (see FIG. 3).
このような補正を加えたことによる効果を電池
出力が増加した場合を例に説明する。すなわち、
電池出力が増加すると電池内で消費される水素量
が増加する。このため、電池出口の水素濃度５０
１が低下し、これを補償するようにフイード・バ
ツク制御器４０２が働き、弁２０４を開くことに
より、電池出口の水素濃度５０１を回復させる。
ところが、弁２０４を開けば、主水素ガス圧力５
２１が低下するが、一般に、燃料改質装置２０２
（第１図）の応答が遅いため、主水素ガス圧力５
２１の回復が遅い。このように、電池出口の水素
濃度５０１のみで弁２０４を制御すると主水素ガ
ス圧力５２１が低下し続けるという問題が生じ
る。主水素ガス圧偏差信号５２２で補正する効果
はここにある。すなわち、上記例では、主水素ガ
ス圧力偏差５２２は正の方向に増加し、加算器４
０４を介し、弁２０４を閉じる方向に働く。すな
わち、弁２０４が一方的に開くのを抑制するとい
う機能を持ち、主水素ガス圧５２１の変動を抑え
る効果がある。機能ブロツク４０５は、上記趣旨
から、単なる比例でも良いし、ある閾値を超えた
時のみ働き、弁２０４の信号をホールドするとい
う方法も考えられる。要するに、主水素ガス圧力
５２１の変動を抑制する機能を弁２０４の制御系
に付加するものであればよい。 The effect of such correction will be explained using an example in which the battery output increases. That is,
As battery output increases, the amount of hydrogen consumed within the battery increases. For this reason, the hydrogen concentration at the battery outlet is 50
1 decreases, and the feedback controller 402 acts to compensate for this and restores the hydrogen concentration 501 at the cell outlet by opening the valve 204.
However, if the valve 204 is opened, the main hydrogen gas pressure 5
21, but generally the fuel reformer 202
(Fig. 1), the main hydrogen gas pressure 5
21's recovery is slow. As described above, if the valve 204 is controlled only based on the hydrogen concentration 501 at the battery outlet, a problem arises in that the main hydrogen gas pressure 521 continues to decrease. This is where the effect of correction using the main hydrogen gas pressure deviation signal 522 lies. That is, in the above example, the main hydrogen gas pressure deviation 522 increases in the positive direction, and the adder 4
04 in the direction of closing the valve 204. That is, it has the function of suppressing the valve 204 from opening unilaterally, and has the effect of suppressing fluctuations in the main hydrogen gas pressure 521. In view of the above, the function block 405 may be simply proportional, or may function only when a certain threshold value is exceeded and hold the signal from the valve 204. In short, it is sufficient if the function of suppressing fluctuations in the main hydrogen gas pressure 521 is added to the control system of the valve 204.
第２図の電池空気量調節弁２０７も全く同様
に、電池出口酸素濃度設定値発生器４０６によに
り中給からの負荷指令LDの関数として電池出口
酸素設定値５０７を得、電池出口酸素濃度検出器
３０２で測定された酸素濃度信号５０８との偏差
を求め（減算器４０７）、比例・積分等のフイー
ド・バツク制御演算を実施し（フイード・バツク
制御器４０８）、フイード・バツク制御信号５１
０を得る。一方、フイード・フオワード制御器４
０９では、中給からの負荷指令LDの関数として
弁２０７のフイード・フオワード制御信号５１１
を求める。弁２０７の操作信号５１３は、このフ
イード・フオワード制御信号５１１の他に、フイ
ード・バツク制御信号５１０、空気量調節弁前圧
（主空気圧力）偏差信号５６２により決められる。
ブロツク４１１の機能及び効果は、ブロツク４０
５と全く同様である。 In exactly the same way, the battery air amount control valve 207 in FIG. The deviation from the oxygen concentration signal 508 measured by the concentration detector 302 is determined (subtractor 407), and feed-back control calculations such as proportional and integral operations are performed (feed-back controller 408), and the feed-back control signal is calculated. 51
Get 0. On the other hand, feed forward controller 4
09, the feed forward control signal 511 of the valve 207 is set as a function of the load command LD from the intermediate supply.
seek. The operation signal 513 for the valve 207 is determined by the feed forward control signal 511, a feed back control signal 510, and an air amount regulating valve front pressure (main air pressure) deviation signal 562.
The functions and effects of block 411 are similar to those of block 40.
It is exactly the same as 5.
次に、改質装置制御系の一実施例を第３図を用
いて説明する。図でまず電池水素ガス調節弁２０
４の前圧である主水素ガス系圧力設定値発生器４
２０では、中給からの負荷指令LDの関数で主水
素ガス系圧力設定値５２０を求める。次に、主水
素ガス系圧力検出値５２１との偏差５２２を求め
（ブロツク４２１）、比例・積分等のフイード・バ
ツク制御演算を実施し（ブロツク４２２）、フイ
ード・バツク制御信号５２３を決定する。一方、
フイード・フオワード制御器４２３では、中給か
らの負荷デマンドLDの関数として原燃料デマン
ドのフイード・フオワード制御信号５２４を求め
る。又、ブロツク４２５は、第２図に示した電池
出口水素濃度偏差信号５０２を入力し、弁２０４
の動作と協調して弁２００，２１７を動作させる
ための機能であり、弁２０４に対応する弁２０
０，２１７の信号５２５を計算する。原燃料デマ
ンド信号５２６は、これら３つの信号５２３，５
２４，５２５の和として求められる。 Next, one embodiment of the reformer control system will be described using FIG. 3. In the diagram, first is the battery hydrogen gas control valve 20.
Main hydrogen gas system pressure set value generator 4, which is the prepressure of 4
In step 20, the main hydrogen gas system pressure set value 520 is determined as a function of the load command LD from the intermediate supply. Next, a deviation 522 from the detected main hydrogen gas system pressure value 521 is determined (block 421), and feed-back control calculations such as proportional and integral operations are performed (block 422) to determine a feed-back control signal 523. on the other hand,
The feed forward controller 423 obtains a feed forward control signal 524 for raw fuel demand as a function of the load demand LD from intermediate feed. Block 425 also inputs battery outlet hydrogen concentration deviation signal 502 shown in FIG.
This function is for operating the valves 200 and 217 in coordination with the operation of the valve 20 corresponding to the valve 204.
Calculate signal 525 of 0,217. The raw fuel demand signal 526 is based on these three signals 523, 5
It is determined as the sum of 24,525.
次に、上で得られた原燃料デマンド信号５２６
に従つて弁２００および弁２１７を用いて原燃料
量を操作するが、これについて説明する。まず、
主水素ガス系水素濃度設定値発生器４３２により
中給からの負荷指令LDの関数として主水素ガス
系水素濃度設定値５３４を得、主水素ガス系水素
濃度検出器３０５で測定された水素濃度信号５３
５との偏差を求め（減算器４３３）、比例・積分
等のフイード・バツク制御演算を実施し（フイー
ド・バツク制御器４３４）、フイード・バツク制
御信号５３７を求める。一方、フイード・フオワ
ード制御器４３５では、中給からの負荷指令LD
の関数として弁２００の原燃料分担率のフイー
ド・フオワード制御信号５３８を求める。弁２０
０の原燃料分担率５３９は、このフイード・フオ
ワード制御信号５３８の他に、フイード・バツク
制御信号５３７により決められる。弁２００の操
作信号５４０は、原燃料デマンド５２６に弁２０
０の原燃料分担率５３９を掛けて求められる（乗
算器４３７）。また、弁２１７の操作信号５４３
は、定数１に相当する信号５４１から弁２００の
原燃料分担率５３９を差引き（減算器４３８）、
得られた弁２１７の原燃料分担率５４２に原燃料
デマンド５２６を掛けて求められる（乗算器４３
９）。 Next, the raw fuel demand signal 526 obtained above
Accordingly, the amount of raw fuel is controlled using the valve 200 and the valve 217, which will be explained below. first,
The main hydrogen gas system hydrogen concentration set value generator 432 obtains the main hydrogen gas system hydrogen concentration set value 534 as a function of the load command LD from the intermediate supply, and the hydrogen concentration signal measured by the main hydrogen gas system hydrogen concentration detector 305 53
5 (subtractor 433), performs feed-back control calculations such as proportional and integral (feed-back controller 434), and obtains a feed-back control signal 537. On the other hand, the feed forward controller 435 receives a load command LD from the intermediate supply.
The feed forward control signal 538 of the raw/fuel share of the valve 200 is determined as a function of . valve 20
The raw fuel share ratio 539 of 0 is determined by the feed back control signal 537 in addition to this feed forward control signal 538. The operation signal 540 of the valve 200 is applied to the raw fuel demand 526 by the valve 20
It is obtained by multiplying the raw fuel share ratio 539 of 0 (multiplier 437). In addition, the operation signal 543 of the valve 217
subtracts the raw fuel share 539 of the valve 200 from the signal 541 corresponding to the constant 1 (subtractor 438),
It is obtained by multiplying the obtained raw fuel share ratio 542 of the valve 217 by the raw fuel demand 526 (multiplier 43
9).
また、水蒸気流量調節弁２０１の操作信号５３
３は次のようにして決定する。まず、主水素ガス
系水分設定値発生器４２６により中給からの負荷
指令LDの関数として主水素ガス系水分設定値５
２７を得、主水素ガス系水分検出器３０４で測定
された水分信号５２８との偏差を求め（減算器４
２７）、比例・積分等のフイード・バツク制御演
算を実施し（フイード・バツク制御器４２８）、
フイード・バツク制御信号５３０を得る。一方、
フイード・フオワード制御器４２９では、中給か
らの負荷指令LDの関数として弁２０１のフイー
ド・フオワード制御信号５３１を求める。弁２０
１の操作信号５３３は、このフイード・フオワー
ド制御信号５３１とフイード・バツク制御信号５
３０により決められる。 In addition, the operation signal 53 of the water vapor flow rate control valve 201
3 is determined as follows. First, the main hydrogen gas system moisture set value 5 is set as a function of the load command LD from the intermediate supply by the main hydrogen gas system moisture set value generator 426.
27 is obtained, and the deviation from the moisture signal 528 measured by the main hydrogen gas moisture detector 304 is determined (subtractor 4
27), performs feed back control calculations such as proportional and integral (feed back controller 428),
A feedback control signal 530 is obtained. on the other hand,
The feed/forward controller 429 obtains a feed/forward control signal 531 for the valve 201 as a function of the load command LD from the intermediate supply. valve 20
The operation signal 533 of 1 is the same as the feed forward control signal 531 and the feed back control signal 5.
It is determined by 30.
また、補助燃料調節弁２０８および補助空気量
調節弁２２０の操作信号５５７および５５８は、
第４図のようにして決定する。まず、リフオーマ
出口水素リツチ・ガス系温度設定値発生器４５０
により中給からの負荷指令LDの関数として温度
設定値５５０を得、リフオーマ出口水素リツチ・
ガス系温度検出器３０８で測定された温度信号５
５１との偏差を求め（減算器４５１）、比例・積
分等のフイード・バツク制御演算を実施し（フイ
ード・バツク制御器４５３）、フイード・バツク
制御信号５５３を得る。一方、フイード・フオワ
ード制御器４５４では、中給からの負荷指令LD
の関数として弁２０８のフイード・フオワード制
御信号５５５を求める。また、オーバ／アンダ・
フアイアリング制御器４５２では、中給からの負
荷指令LDの時間変化に応じて補助燃料をオー
バ／アンダ・フアイアリングする制御信号５５４
を求める。ここで、オーバ／アンダー・フアイア
リング制御信号は、制御応答時間の遅れのあるリ
フオーマに対して時間遅れを低減させるため、過
剰に燃焼させ、又は燃焼を抑制させるため燃料発
生量を増加又は減少させる信号である。弁２０８
の操作信号５５７は、上記のフイード・フオワー
ド制御信号５５５、フイード・バツク制御信号５
５３およびオーバ／アンダ・フアイアリング制御
信号５５４により決められる。弁２２０の操作信
号５５８は、比率設定器４５７において弁２０８
の操作信号５５７より、補助燃料１１４と補助空
気１１８とが一定の比率を保持するように決定さ
れる。 Further, the operation signals 557 and 558 of the auxiliary fuel control valve 208 and the auxiliary air amount control valve 220 are as follows:
Determine as shown in Figure 4. First, the hydrogen-rich gas system temperature set value generator 450 at the re-former outlet
The temperature setting value 550 is obtained as a function of the load command LD from the intermediate supply, and the hydrogen richness at the re-former outlet is
Temperature signal 5 measured by gas temperature detector 308
51 (subtractor 451), and performs feed-back control calculations such as proportional and integral operations (feed-back controller 453) to obtain a feed-back control signal 553. On the other hand, the feed forward controller 454 receives a load command LD from the intermediate supply.
Determine the feed forward control signal 555 for valve 208 as a function of . Also, over/under
The firing controller 452 generates a control signal 554 for over-firing/under-firing the auxiliary fuel in accordance with time changes in the load command LD from the intermediate supply.
seek. Here, the over/under-firing control signal increases or decreases the amount of fuel generated in order to reduce the time delay for a reheater with a delay in control response time, to cause excessive combustion, or to suppress combustion. It's a signal. valve 208
The operation signal 557 is the same as the feed forward control signal 555 and the feed back control signal 5.
53 and over/under firing control signal 554. The operation signal 558 of the valve 220 is transmitted to the valve 208 in the ratio setting device 457.
Based on the operation signal 557, the ratio between the auxiliary fuel 114 and the auxiliary air 118 is determined to be maintained at a constant ratio.
第５図は、空気供給系２０６の機器構成を示
す。図で、動力源は燃料改質装置２０２の排ガス
１０８で、この排ガスでガス・タービン２０６２
を駆動し、このガス・タービン２０６２に直結し
た圧縮機２０６３により、空気１１０の圧力を燃
料電池で必要とする圧力まで上げ、燃料電池へ供
給する。圧縮された空気１１１は、弁２０７（第
１図）により燃料電池で必要とされる空気量を引
き抜かれ、残りは弁２０６１を介してガスタービ
ン２０６２の排ガス１０９として排出される。 FIG. 5 shows the equipment configuration of the air supply system 206. In the figure, the power source is the exhaust gas 108 of the fuel reformer 202, and this exhaust gas powers the gas turbine 2062.
A compressor 2063 directly connected to the gas turbine 2062 increases the pressure of the air 110 to the pressure required by the fuel cell and supplies it to the fuel cell. The amount of air required by the fuel cell is extracted from the compressed air 111 by the valve 207 (FIG. 1), and the remainder is discharged via the valve 2061 as the exhaust gas 109 of the gas turbine 2062.
また、図では省略したが、圧縮空気１１１の一
部は、改質装置２０２における水素燃焼用の空気
としても使用される。 Although not shown in the figure, a portion of the compressed air 111 is also used as air for hydrogen combustion in the reformer 202.
第６図は、空気供給系２０６に対する制御方式
を示す。まず、主空気系圧力設定値発生器４６０
において中給からの負荷指令LDの関数で弁２０
７の前圧（主空気系圧力）５６１の設定値５６０
を決め、主空気系圧力検出器３０９の出力５６１
との偏差５６２を求める。次に、比例・積分等の
フイード・バツク制御演算を実施し（ブロツク４
６２）、フイード・バツク制御信号５６３を決定
する。一方、フイード・フオワード制御器４６３
では、中給からの負荷指令LDの関数として弁２
０６１のフイード・フオワード信号５６４を決定
する。又、ブロツク４６５は、弁２０７と協調す
るためのもので、弁２０７に対応した弁２１５の
信号５６５を決定する。 FIG. 6 shows a control method for the air supply system 206. First, the main air system pressure set value generator 460
Valve 20 is a function of the load command LD from the intermediate supply at
7 prepressure (main air system pressure) 561 setting value 560
Determine the output 561 of the main air system pressure detector 309.
The deviation 562 from the Next, feed back control calculations such as proportional and integral are performed (block 4).
62), determining the feedback control signal 563; On the other hand, the feed forward controller 463
Then, as a function of the load command LD from the intermediate supply, valve 2
061 feed forward signal 564 is determined. Block 465 also cooperates with valve 207 to determine signal 565 for valve 215, which corresponds to valve 207.
次に、再循環系の制御系の一実施例を第７図を
用いて説明する。図でまず、電池出口水素ガス系
圧力設定値発生器４７０により中給からの負荷指
令LDの関数として電池出口水素ガス系圧力設定
値５７０を求める。次に、電池出口水素ガス系圧
力信号５７１との偏差５７２を求め（ブロツク４
７１）、比例・積分等のフイード・バツク制御演
算を実施し（ブロツク４７２）、フイード・バツ
ク制御信号５７３を決定する。一方、フイード・
フオワード制御器４７３では、中給からの負荷指
令LDの関数として水素再循環量調節弁２１０の
フイード・フオワード信号５７４を求める。ま
た、ブロツク４７５は、酸素再循環量調節弁２１
９の動作と協調して弁２１０を動作させるための
機能であり、弁２１９の信号に対応して弁２１０
の信号５７５を計算する。弁２１０の操作信号５
７６は、これら３つの信号５７３，５７４，５７
５の和として求められる。 Next, one embodiment of the control system for the recirculation system will be described with reference to FIG. In the figure, first, the battery outlet hydrogen gas system pressure set value 570 is determined by the battery outlet hydrogen gas system pressure set value generator 470 as a function of the load command LD from the intermediate supply. Next, the deviation 572 from the battery outlet hydrogen gas system pressure signal 571 is determined (block 4
71), performs feed-back control calculations such as proportional and integral operations (block 472), and determines a feed-back control signal 573. On the other hand, feed
The forward controller 473 obtains the feed forward signal 574 of the hydrogen recirculation amount control valve 210 as a function of the load command LD from the intermediate supply. The block 475 also controls the oxygen recirculation amount control valve 21.
This is a function to operate the valve 210 in coordination with the operation of the valve 210 in response to a signal from the valve 219.
The signal 575 is calculated. Operation signal 5 for valve 210
76 are these three signals 573, 574, 57
It is found as the sum of 5.
また、同図の酸素再循環量調節弁２１９の操作
信号５９１は、次のようにして決定する。まず、
電池出口水素ガス／空気系水分比設定値発生器４
８３により中給からの負荷指令LDの関数として
水素ガス系／空気系水分比設定値５８０を得、電
池出口水素ガス系水分検出器３０６および電池出
口空気系水分検出器３０７で測定された水分信号
５７７，５７８の比５７９との偏差を求め（減算
器４１１）、比例・積分等のフイード・バツク制
御演算を実施し（フイード・バツク制御器４８
５）、フイード・バツク制御信号５８２を得る。
一方、電池出口水素ガス系／空気系差圧設定値発
生器４７６では、中給からの負荷指令LDの関数
として差圧設定値５８３を求める。電池出口空気
系圧力設定値５８５は、この差圧設定値５８３の
他に、フイード・バツク制御信号５８２、電池出
口水素ガス系圧力信号５７１により決められ、電
池出口空気系圧力検出３１２で測定された空気圧
力信号５８６との偏差を求め（減算器４７８）、
比例・積分等のフイード・バツク制御演算を実施
し（フイード・バツク制御器４７９）、フイー
ド・バツク制御信号５８８を得る。また、フイー
ド・フオワード制御器４８０では、中給からの負
荷指令LDの関数として弁２１９のフイード・フ
オワード制御信号５８９を求める。弁２１９の操
作信号５９１は、このフイード・フオワード制御
信号５８９の他に、フイード・バツク制御信号５
８８、電池出口水素ガス系圧力偏差５７２により
決められる。 Further, the operation signal 591 of the oxygen recirculation amount control valve 219 shown in the figure is determined as follows. first,
Battery outlet hydrogen gas/air system moisture ratio set value generator 4
83, the hydrogen gas system/air system moisture ratio setting value 580 is obtained as a function of the load command LD from the intermediate supply, and the moisture signal measured by the battery outlet hydrogen gas system moisture detector 306 and the battery outlet air system moisture detector 307 is obtained. The deviation from the ratio 579 of 577 and 578 is calculated (subtractor 411), and feed-back control calculations such as proportional and integral operations are performed (feed-back controller 48).
5) Obtain the feedback control signal 582.
On the other hand, the battery outlet hydrogen gas system/air system differential pressure set value generator 476 determines a differential pressure set value 583 as a function of the load command LD from the intermediate supply. The battery outlet air system pressure set value 585 is determined by the differential pressure set value 583, a feed back control signal 582, and a battery outlet hydrogen gas system pressure signal 571, and is determined by the battery outlet air system pressure detection 312. Find the deviation from the air pressure signal 586 (subtractor 478),
Feedback control calculations such as proportional and integral are performed (feedback controller 479) to obtain a feedback control signal 588. Further, the feed/forward controller 480 obtains a feed/forward control signal 589 for the valve 219 as a function of the load command LD from the intermediate supply. In addition to this feed forward control signal 589, the operation signal 591 of the valve 219 includes a feed back control signal 5.
88, determined by the battery outlet hydrogen gas system pressure deviation 572.
本発明の一実施例においては、改質装置２０２
への水蒸気１０２の供給量を主水素ガス迎の水分
フイード・バツクにより制御するようにしたが
（第３図参照）、第８図に示すように主水素ガス系
の一酸化炭素（CO）濃度フイード・バツクによ
り制御するようにしてもよい。すなわち、まず、
水素ガス系一酸化炭素濃度設定値発生器６００に
より中給からの負荷指令LDの関数として主水素
ガス系一酸化炭素設定値７００を得、主水素ガス
系一酸化炭素濃度検出器３１１で測定された一酸
化炭素濃度信号７０１との偏差を求め（減算器６
０１）、比例・積分等のフイード・バツク制御演
算を実施し（フイード・バツク制御器６０２）、
フイード・バツク制御信号７０３を得る。一方、
フイード・フオワード制御器６０３では、中給か
らの負荷指令LDの関数として弁２０１のフイー
ド・フオワード制御信号７０４を求める。弁２０
１の操作信号７０５は、このフイード・フオワー
ド制御信号７０４とフイード・バツク制御信号７
０３により決められる。 In one embodiment of the invention, the reformer 202
The amount of water vapor 102 supplied to the main hydrogen gas system was controlled by the moisture feed back of the main hydrogen gas (see Figure 3), but as shown in Figure 8, the carbon monoxide (CO) concentration in the main hydrogen gas system It may also be controlled by feedback. That is, first,
The main hydrogen gas system carbon monoxide concentration set value 700 is obtained by the hydrogen gas system carbon monoxide concentration set value generator 600 as a function of the load command LD from the intermediate supply, and is measured by the main hydrogen gas system carbon monoxide concentration detector 311. Calculate the deviation from the carbon monoxide concentration signal 701 (subtractor 6
01), performs feed back control calculations such as proportional and integral (feed back controller 602),
A feedback control signal 703 is obtained. on the other hand,
The feed/forward controller 603 obtains a feed/forward control signal 704 for the valve 201 as a function of the load command LD from the intermediate supply. valve 20
The operation signal 705 of 1 is the same as the feed forward control signal 704 and the feed back control signal 7.
03.
発明の一実施例においては、中給からの負荷指
令LDの関数として制御変数の設定値およびフイ
ード・フオワード制御信号を決定するようにした
が、中給からの負荷指令LD相当の信号であれば
よい。例えば、電池出口電流でもよい。また、オ
ペレータにより設定された負荷デマンドでもよ
い。 In one embodiment of the invention, the set value of the control variable and the feed forward control signal are determined as a function of the load command LD from the mid-range worker, but if the signal is equivalent to the load command LD from the mid-range worker, good. For example, it may be a battery outlet current. Alternatively, the load demand may be set by the operator.
発明の一実施例においては、電池出口空気系圧
力設定値を電池出口水素ガス系圧力信号と電池出
口水素ガス系／空気系差圧設定値により決めるよ
うにしたが、電池出口水素ガス系圧力設定値と電
池出口水素ガス系／空気系差圧設定値により決め
るようにしてもよい。また、中給からの負荷指令
LDの関数として電池出口空気系圧力設定値を決
め、電池出口水素ガス系圧力設定値を電池出口水
素ガス系／空気系差圧設定値と電池出口空気系圧
力信号あるいは電池出口空気系圧力設定値により
決めるようにしてもよい。 In one embodiment of the invention, the battery outlet air system pressure set value is determined by the battery outlet hydrogen gas system pressure signal and the battery outlet hydrogen gas system/air system differential pressure set value. It may be determined based on the hydrogen gas system/air system differential pressure setting value at the battery outlet. In addition, load commands from mid-career
Determine the battery outlet air system pressure set value as a function of LD, and combine the battery outlet hydrogen gas system pressure set value with the battery outlet hydrogen gas system/air system differential pressure set value and the battery outlet air system pressure signal or the battery outlet air system pressure set value. It may be determined by
発明の一実施例においては、電池出口水素濃度
と電池出口酸素濃度をそれぞれ電池水素ガス流量
と電池空気流量により制御し、電池出口水素ガス
系圧力と電池出口空気圧力をそれぞれ水素再循環
量と空気再循環量により制御するようにしたが、
電池出口水素ガス系圧力と電池出口空気系圧力を
それぞれ電池水素ガス流量と電池空気流量により
制御し、電池出口水素濃度と電池出口酸素濃度を
それぞれ水素再循環量と空気再循環量により制御
するようにしてもよい。 In one embodiment of the invention, the hydrogen concentration at the battery outlet and the oxygen concentration at the battery outlet are controlled by the battery hydrogen gas flow rate and the battery air flow rate, respectively, and the battery outlet hydrogen gas system pressure and the battery outlet air pressure are controlled by the amount of hydrogen recirculation and the air pressure, respectively. It was controlled by the amount of recirculation, but
The battery outlet hydrogen gas system pressure and battery outlet air system pressure are controlled by the battery hydrogen gas flow rate and battery air flow rate, respectively, and the battery outlet hydrogen concentration and battery outlet oxygen concentration are controlled by the hydrogen recirculation amount and air recirculation amount, respectively. You may also do so.
発明の一実施例においては、改質装置２０２へ
の水蒸気１０２の供給量を主水素ガス系の水分に
応じて決めるようにしたが、原燃料の組成を計測
してこの結果に従つて改質装置２０２への水蒸気
１０２の供給量を決めるようにしてもよい。 In one embodiment of the invention, the amount of water vapor 102 supplied to the reformer 202 is determined according to the moisture content of the main hydrogen gas system, but the composition of the raw fuel is measured and reforming is performed according to the result. The amount of water vapor 102 supplied to the device 202 may be determined.
発明の一実施例においては、改質装置および燃
料電池の運転条件（温度、圧力）は予め決めてお
いたものを利用するようにしたが、原燃料の組成
を計測してこの結果に従つて改質装置および燃料
電池の運転条件を決定し、この条件により改質装
置および燃料電池を運転するようにしてもよい。 In one embodiment of the invention, the operating conditions (temperature, pressure) of the reformer and fuel cell are determined in advance, but the composition of the raw fuel is measured and the results are followed. The operating conditions for the reformer and the fuel cell may be determined, and the reformer and the fuel cell may be operated under these conditions.
発明の一実施例においては、燃料電池の温度制
御系を例示しなかつたが、この制御系は、中給か
らの負荷指令に従つて、燃料電池冷却水流量をフ
イード・フオワード制御し、負荷指令の関数とし
て決められる燃料電池の温度設定値と温度計測値
との偏差をフイード・バツク制御処理した信号に
より燃料電池冷却水流量を補正制御する。 In one embodiment of the invention, the temperature control system of the fuel cell is not illustrated, but this control system performs feed-forward control of the fuel cell cooling water flow rate in accordance with the load command from the intermediate supply. The fuel cell cooling water flow rate is corrected and controlled using a signal obtained by performing feedback control processing on the deviation between the fuel cell temperature setting value and the temperature measurement value, which is determined as a function of the temperature value.
本発明は、補助燃料流量と補助空気流量を中央
給電指令所からの負荷指令LDに応じて先行的に
制御するので、急激な負荷変化に対して改質装置
および空気供給系の出力を電池出力電流に安定に
追従させることができる。 The present invention controls the auxiliary fuel flow rate and the auxiliary air flow rate in advance according to the load command LD from the central power dispatch center, so the output of the reformer and air supply system is changed to the battery output in response to sudden load changes. It can stably follow the current.
第１図は、本発明の制御対象である燃料電池発
電プラントの概略構成、第２図は、燃料電池制御
系の一実施例、第３，４図は、燃料改質装置制御
系の一実施例、第５図は、空気供給系の機器構
成、第６図は、空気供給系の制御系の一実施例、
第７図は、再循環系の制御系の一実施例、第８図
は、燃料改質装置制御系の他の実施例を示す。
１０１…原燃料、１０２…水蒸気、１０３…水
素リツチ・ガス、１０４…主水素ガス、１０５…
電池入口水素ガス、１０６…電池出口電流、１０
７…電池出口水素ガス、１０８…改質装置排ガ
ス、１０９…排ガス、１１０…空気、１１１…加
圧空気、１１２…電池入口空気、１１３…電池出
口空気、１１４…補助燃料、１１５…原燃料
（LNG）、１１６…原燃料（ナフサ）、１１７…水
蒸気、１１８…補助空気、２００…原燃料
（LNG）調節弁、２０１…水蒸気流量調節弁、２
０２…改質装置（リフオーマ）、２０３…シフ
ト・コンバータ、２０４…電池水素ガス調節弁、
２０５…電池、２０６…空気供給系、２０７…電
池空気量調節弁、２０８…補助燃料調節弁、２０
９…水素再循環フアン、２１０…水素再循環量調
節弁、２１１…水分回収熱交換器、２１２…排水
量調節弁、２１３…水分回収熱交換器、２１４…
排水量調節弁、２１５…水分回収熱交換器、２１
６…排水量調節弁、２１７…原燃料（ナフサ）調
節弁。
Fig. 1 shows a schematic configuration of a fuel cell power generation plant that is a control target of the present invention, Fig. 2 shows an example of a fuel cell control system, and Figs. 3 and 4 show an example of a fuel reformer control system. For example, FIG. 5 shows the equipment configuration of the air supply system, and FIG. 6 shows an example of the control system of the air supply system.
FIG. 7 shows one embodiment of the recirculation system control system, and FIG. 8 shows another embodiment of the fuel reformer control system. 101...Raw fuel, 102...Steam, 103...Hydrogen rich gas, 104...Main hydrogen gas, 105...
Battery inlet hydrogen gas, 106...Battery outlet current, 10
7... Battery outlet hydrogen gas, 108... Reformer exhaust gas, 109... Exhaust gas, 110... Air, 111... Pressurized air, 112... Battery inlet air, 113... Battery outlet air, 114... Auxiliary fuel, 115... Raw fuel ( LNG), 116...Raw fuel (naphtha), 117...Steam, 118...Auxiliary air, 200...Raw fuel (LNG) control valve, 201...Steam flow rate control valve, 2
02... Reformer (reformer), 203... Shift converter, 204... Battery hydrogen gas control valve,
205...Battery, 206...Air supply system, 207...Battery air amount control valve, 208...Auxiliary fuel control valve, 20
9...Hydrogen recirculation fan, 210...Hydrogen recirculation amount control valve, 211...Moisture recovery heat exchanger, 212...Drainage amount control valve, 213...Moisture recovery heat exchanger, 214...
Drainage amount control valve, 215... Moisture recovery heat exchanger, 21
6...Drainage amount control valve, 217...Raw fuel (naphtha) control valve.
Claims (1)
燃料改質装置、空気を圧縮して酸素ガスを得る空
気供給系、前記燃料改質装置から供給された水素
ガスと前記空気供給系から供給された酸素ガスと
を反応させて電流を出力する燃料電池、および前
記燃料改質装置に備えられたバーナに前記燃料電
池の排水素ガスと排酸素ガス、補助燃料および補
助空気を供給する供給系をそれぞれ具備する燃料
電池発電プラントにおいて、 前記燃料改質装置の出口の水素ガス温度検出器
と該出口の水素ガス温度設定値発生器、中央給電
指令所からの負荷指令の関数として決められるフ
イード・フオワード制御信号を求めるフイード・
フオワード制御器、および前記負荷指令の時間変
化に応じて補助燃料をオーバ／アンダ・フアイア
リングする制御信号を求めるオーバ／アンダ・フ
アイアリング制御器を備え、 前記燃料改質装置出口の水素ガス温度設定値発
生器で中央給電指令所からの負荷指令の関数とし
て出力された設定値と前記燃料改質装置出口の水
素ガス温度検出器で出力された検出値との偏差信
号と、前記オーバ／アンダ・フアイアリング制御
器で出力された制御信号とによつて前記フイー
ド・フオワード制御器の出力信号を補正し、前記
補正されたフイード・フオワード制御信号によつ
て前記補助燃料供給系および前記補助空気供給系
の流量を制御するようにしたことを特徴とする燃
料電池発電プラント制御システム。[Scope of Claims] 1. A fuel reformer that reformes raw fuel as a mixed component to obtain hydrogen gas, an air supply system that compresses air to obtain oxygen gas, and hydrogen gas supplied from the fuel reformer. and oxygen gas supplied from the air supply system to output an electric current, and a burner provided in the fuel reformer is provided with waste hydrogen gas and exhaust oxygen gas of the fuel cell, auxiliary fuel, and In a fuel cell power generation plant each equipped with a supply system for supplying auxiliary air, a hydrogen gas temperature detector at the outlet of the fuel reformer, a hydrogen gas temperature set value generator at the outlet, and a load command from a central power dispatch center. Find the feed forward control signal determined as a function of the feed forward control signal.
a forward controller; and an over/under firing controller that obtains a control signal for over/under firing the auxiliary fuel in response to time changes in the load command, the hydrogen gas temperature setting at the outlet of the fuel reformer; A deviation signal between the set value outputted by the value generator as a function of the load command from the central power dispatch center and the detected value outputted by the hydrogen gas temperature detector at the outlet of the fuel reformer, and the over/under The output signal of the feed forward controller is corrected by the control signal output from the firing controller, and the auxiliary fuel supply system and the auxiliary air supply system are corrected by the corrected feed forward control signal. A fuel cell power generation plant control system characterized by controlling the flow rate of.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57015411A JPS58133782A (en) | 1982-02-01 | 1982-02-01 | Control system of fuel cell power generating plant |
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| JPS58133782A JPS58133782A (en) | 1983-08-09 |
| JPH0129029B2 true JPH0129029B2 (en) | 1989-06-07 |
Family
ID=11887994
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57015411A Granted JPS58133782A (en) | 1982-02-01 | 1982-02-01 | Control system of fuel cell power generating plant |
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