JPH0293714A

JPH0293714A - 燃料電池発電システム

Info

Publication number: JPH0293714A
Application number: JP24384088A
Authority: JP
Inventors: Yoshizo Akao; 赤尾　佳三
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-09-30
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1990-04-04

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、燃料電池とその出力直流電力を交流に変換し
て配電系統に供給するインバータを有する燃料電池発電
システムに関する。

（従来の技術）第３図に従来の燃料電池発電システムの一例を示す。図
において、１は燃料電池、２は逆流防止ダイオード、３
は配電系統である。４は燃料電池１の直流出力電力を交
流に変換して配電系統に供給するインバータである。イ
ンバータ４は主回路素子に電力用半導体素子を使用した
もので、その詳細な説明は省略する。５ａはインバータ
４の交流出力と配電系統３との間で絶縁及び電圧マツチ
ングをとるための変圧器でおる。６ａはインバータ４を
配電系統に連系するための開閉器である。

５０はプラン１〜仝休を制御する中央制御装置でインバ
ータ４には有効電力指令値Ｐ８を出力する。

第４図は燃料電池１の電圧電流特性の一例を示した図で
ある。第４図において横軸の電流は％で表示しており、
数字ｉｏｏ、ｉｏｏ％電流即ら燃料電池の定格電流を示
している。燃料電池電流が０％。

２５％、１００％時の電圧をそれぞれＶｏ、Ｖｌ、Ｖ２
と表わすと一般的にｌＶｏ　−Ｖｌ　１＞１Ｖ１Ｖ２　
　ｌとなる関係が成立する。

次に、第３図、第４図を参照して第３図のシステム全体
の動作を説明する。まず燃料電池１が図示しないプロセ
ス制御装置により起動され燃料電池電圧が確立（第４図
のＶｏの電圧に相当する）すると、開閉器６ａが投入さ
れた後、インバータ４が起動される。インバータ４の出
力有効電力は中央制御装置５０からの有効電力指令値Ｐ
０に従い制御される。インバータ４の起動直後は燃料電
池電流は０％でおり、有効電力指令値Ｐ８は徐々に有効
電力が増加する方向に変化し、その結果燃料電池電流は
定格に達する。この間、燃料電池電圧は第４図に示す通
り燃料電池電流が○％、２５％、　ｉｏ。

％の時、それぞれＶｏ、Ｖｌ、２となる。

（発明が解決しようとする課題）ところで、第３図に示す従来の燃料電池発電システムで
は次のような問題があった。

即ち、インバータ４は有効電力指令値Ｐ８に応じてその
出力は制御されているわけであるが、有効電力指令値Ｐ
８は、複雑なプラント全体を集中制御する中央制御装置
内にて演算された結果出力されるものでおり、演算誤り
や図示しない有効電力指令値生成回路のハード故障が発
生する可能性があり、このような異常が発生すると有効
電力指令ＩＭＰ’は急激に変化する。その結果インバー
タ４の出力も急激に変化することになり、有効電力指令
値Ｐ８の変化幅によっては、燃料電池電圧は例えば第４
図においてＶｌよりＶｏにあるいはＶ２からＶｏへと大
幅に変化する可能性も十分おり得る。燃料電池は周知の
ように、燃料（水素）とく酸素〉をリン酸液の中で化学
反応させることにより電気エネルギーを取り出すもので
あり、前述のような急激な電圧変化は燃料電池の寿命に
悪影響を及すことが知られている。しかるに、第３図に
示す従来の燃料発電システムでは、前述の有効電力指令
＋ｉＩＰ’の急変時やインバータ４の内部故障時には燃
料電池電圧が大幅に変化してしまうという問題がある。

ところで燃料電池発電システムに必要なコンボーネン１
〜は各コンボーネンｉ〜ごとの機能確認試験の後プラン
トにて集合され、総合組み合わせ試験が実施されるのが
一般的である。

従って、インバータ４の単体機能確認試験の際には、前
述の通り燃料電池はないので、燃料電池の代りとなる高
価な直流電源を新たに準備しなければならないという問
題がある。又、燃料電池発電プラントが連間した後、万
一インバータ４に内部故障が発生した場合は、プラント
が大きければ大きい程インバータ４の故障が燃料電池に
与える影響は大きくかつ燃料電池を活性状態にするのに
時間と労力を要するという理由のために、燃料電池を発
電した状態でのインバータ４の調整運転を行なうことは
困難であるという問題があった。

本発明は上記の欠点を除去するためになされたもので、
有効電力指令値Ｐ８の急変時やインバータ４の内部故障
時の燃料電池電圧の急激な変化を防止すること及びイン
バータ４の製作時や燃料電池発電プラントにおいても、
燃料電池を使用しないでインバータ４を運転可能とする
ことを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段及び作用）本発明は上記目
的を達成するために、インバータ４と変圧器５ａと並列
にインバータ運転と整流器運転の両モード運転可能な補
助電力変換器９及び変圧器５ｂを接続し、燃料電池電圧
の急激な変化を検出する直流電圧検出器１０を設け、補
助電力変換器９をインバータ運転としてあき、直流電圧
検出器１０の出力信号に応じて補助電力変換器９を運転
制御することにより燃料電池電圧の急激な変動を防止す
ると共に、また補助電力変換器９を整流器運転モードに
した場合は補助電力変換器９を直流入力電源としてイン
バータ４を燃料電池なしでも運転可能としたものである
。

（実施例）以下本発明の一実施例を第１図を参照して説明する。第
１図において、第３図と同一符号を付した部分の名称と
その動作機能は同一であり説明を省略する。

第１図において、９は補助電力変換器であり、１０は燃
料電池電圧の急激な電圧変化を検出する直流電圧検出器
であり、極めて短時間における所定の電圧変動幅を検出
する機能を有するものとする。

第２図は補助電力変換器９の一例を示した概略回路図で
ある。第２図において、９ＧＵ、９ＧＶ。

９ＧＷ、９ＧＸ、９ＧＹ、９ＧＺ、はグートターンオフ
ザイリスタ（以下ＧＴＯと記す）で９ＤＵ。

９ＤＶ、９ＤＷ、９ＤＸ、９ＤＹ、９ＤＺはダイオード
で必り、２０はゲート制御回路である。

第２図の補助電力変換器９は既に公知のとおり、ゲート
制御回路２０から前記ＧＴＯに与えられる図示しないゲ
ートパルスの位相を配電系統３の電圧位相に対しいろい
ろ変化させることにより補助電力変換器９の出力電圧位
相が配電系統３に対し進みの場合はインバータ運転、遅
れの場合は整流器運転とすることが可能である。

次に、燃料電池が発電モードでインバータ４が定格出力
運転中に有効電力指令値Ｐ０が何等かの原因で、燃料電
池電流レベルで１００％から０％に相当する幅の変化を
した場合について説明する。

この場合従来の燃料電池発電システムでは、燃料電池電
圧は第４図に示すＶｌからＶｏと大幅に移動してしまう
。

第１図に示す本発明では、直流電圧検出器１０の検出幅
を１Ｖ１−Ｖ２１より小さく選べば燃料電池電圧が■２
から■１に上昇する前に燃料電池電圧の上昇を検出する
ことが可能であり、その結果核検出信号が補助電力変換
器９に与えられる。有効電力指令値Ｐ８の急激な変動が
生じる前に既に開閉器６ｂは閉じており、補助電力変換
器９は所定値より小さい有効電力を出力するインバータ
運転中とする。又補助電力変換器９は直流電圧検出器１
０からの検出信号を受けると、該検出信号を受ける前の
有効電力値から所定の有効電力値まで出力が変化するも
のとすると、今仮に、該有効電力の所定値を第４図にお
ける２５％の燃料電池電流値の有効電力とすると、前記
有効電力指令値Ｐ８の大幅な変動が生じても、燃料電池
電流は少くとも２５％の電流となるので、この場合の燃
料電池電圧変動は、補助電力変換器９を有しない従来シ
ステムテムに比べ十分小さく抑えることができる。

（ｌＶｏ　　Ｖｌ　１＞ＩＶｌ　−Ｖｌ　　＋のため）
前述の説明は、有効電力指令値Ｐ８が大幅に変動した場
合について説明したが、インバータ４が何等かの理由で
故障停止した場合も補助電力変換器９の動作は同様でお
り説明は省略する。

又インバータ４の製作工場や燃料電池発電プラントにお
いて、補助電力変換器９を整流器運転モードで運転すれ
ば補助電力変換器９は直流電源の代りとなるので、燃料
電池を使用しなくとも、インバータ４を調整運転をする
ことができる。

尚、本発明は上記実施例に限定されず、種々の変形実施
が可能であることは言うまでもない、例えば本実施例で
は補助電力変換器９の出力側の連系インピーダンスとし
て変圧器を使用した例について説明したが、これは変圧
器の代りに交流リアクトルのみ、または交流リアクトル
と変圧器の直列接続でもよい。更に、本実施例では補助
電力変換器として自励式変換器を用いた例について説明
したが、他励式変換器を用いても同様に実施出来る。但
し、他励式変換器の場合は、整流器運転時とインバータ
運転時とでは直流側の極性が変るため補助電力変換器の
直流側ケーブルのプラスとマイナスのケーブルの接続度
えが必要となる。

〔発明の効果〕

本発明によると、インバータに与えられる有効電力指令
値の急変時やインバータの内部故障においても、インバ
ータに並列接続された補助電力変換器を所定の有効電力
値まで出力を変化させて運転することが可能であるため
、補助電力変換器を有しない従来システムに比べ、燃料
電池電圧変動を十分小さく抑えることができる。従って
、燃料電池に与える影響を小さくできる。又本発明では
、補助電力変換器をインバータの直流入力電源としても
運転できるので、インバータの製作工場におては新たに
別の直流電源を準備する必要なく、又燃料電池発電プラ
ントにおいては、万一インバータに故障が発生しても燃
料電池を使用しないで、インバータを運転して故障原因
の調査をすることが可能である。従って、発電プラント
全体のイ二シャルコス１−及びランニングコストも小さ
くすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
第１図に示す補助電力変換器の一例を示した概略回路図
、第３図は従来の燃料電池発電システムのブロック図、
第４図は燃料電池の電圧電流特性の一例を示した図であ
る。１・・・燃料電池、　　　　２・・・ダイオード、３・
・・配電系統、　　　　　４・・・インバータ、５ａ、
５ｂ　−・−変圧器、　　　６ａ、６ｂ　−・・開閉器
、９・・・補助電力変換器、９ＧＵ〜９ＧＺ・・・ゲートターンオフサイリスク、９
Ｄυ〜９ＤＺ・・・ダイオード、１０・・・直流電圧検出器、　１５・・・コンデンサ、
２０・・・ゲート制御回路、　５０・・・中央制御装置
。代理人　弁理士　則　近　憲　佑同　　　　第子丸　　　健

Claims

【特許請求の範囲】

燃料電池と、その直流出力電力を交流電力に変換して配
電系統に供給するインバータを有する燃料電池発電シス
テムにおいて、前記インバータと並列にインバータ運転
と整流器運転の両モードの運転が可能な補助電力変換器
を接続し、燃料電池電圧の急激な変化を検出する手段を
設け、該補助電力変換器がインバータ運転モードでは該
検出手段の出力信号に応じて前記補助電力変換器を運転
制御することにより燃料電池電圧の急激な変化を防止す
ること及び整流器運転モードでは燃料電池なしでもイン
バータの運転を可能としたことを特徴とする燃料電池発
電システム。