JPH0580867A - 燃料電池用パワーコンデイシヨナ - Google Patents
燃料電池用パワーコンデイシヨナInfo
- Publication number
- JPH0580867A JPH0580867A JP3238492A JP23849291A JPH0580867A JP H0580867 A JPH0580867 A JP H0580867A JP 3238492 A JP3238492 A JP 3238492A JP 23849291 A JP23849291 A JP 23849291A JP H0580867 A JPH0580867 A JP H0580867A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- power
- voltage
- signal
- control system
- Prior art date
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-
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Control Of Electrical Variables (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、燃料電池を直流電源とし、その直
流を交流に変換するインバ―タと、該インバ―タを必要
に応じて設けられるリアクトルと変圧器を介して電力系
統に接続して成る燃料電池用パワ―コンディショナにお
いて、燃料電池の始動初期の不安定状態においても、制
御の安定化を図ることを目的とする。 【構成】 燃料電池を直流電源とし、その直流を交流に
変換するインバ―タと、該インバ―タを必要に応じて設
けられるリアクトルと変圧器を介して電力系統に接続し
て成る燃料電池用パワ―コンディショナにおいて、前記
インバ―タを制御するための電力制御系と、直流電圧制
御系を具備し、前記燃料電池の状態に応じて電力制御と
直流電圧制御を切換えて使用することを特徴とする燃料
電池用パワ―コンディショナ。
流を交流に変換するインバ―タと、該インバ―タを必要
に応じて設けられるリアクトルと変圧器を介して電力系
統に接続して成る燃料電池用パワ―コンディショナにお
いて、燃料電池の始動初期の不安定状態においても、制
御の安定化を図ることを目的とする。 【構成】 燃料電池を直流電源とし、その直流を交流に
変換するインバ―タと、該インバ―タを必要に応じて設
けられるリアクトルと変圧器を介して電力系統に接続し
て成る燃料電池用パワ―コンディショナにおいて、前記
インバ―タを制御するための電力制御系と、直流電圧制
御系を具備し、前記燃料電池の状態に応じて電力制御と
直流電圧制御を切換えて使用することを特徴とする燃料
電池用パワ―コンディショナ。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池用パワーコン
ディショナに係り、特に燃料電池の状態が不安定な始動
時などの運転を安定にするための燃料電池用パワーコン
ディショナに関する。
ディショナに係り、特に燃料電池の状態が不安定な始動
時などの運転を安定にするための燃料電池用パワーコン
ディショナに関する。
【０００２】
【従来の技術】図３は燃料電池用パワ―コンディショナ
の一例を示す系統図である。図３において、１０は図示
しない燃料電池に接続されている直流電源母線、１１は
直流スイッチ、１２は直流を交流に変換するインバ―
タ、１３は連系リアクトル、１４は変圧器、１５は交流
しゃ断器、１６は電力系統に接続される交流系統ライン
である。
の一例を示す系統図である。図３において、１０は図示
しない燃料電池に接続されている直流電源母線、１１は
直流スイッチ、１２は直流を交流に変換するインバ―
タ、１３は連系リアクトル、１４は変圧器、１５は交流
しゃ断器、１６は電力系統に接続される交流系統ライン
である。
【０００３】図３に示されていない制御装置により、燃
料電池の電力はインバ―タ１２で交流に変換された後、
電力系統に送られる。連系リアクトル１３はインバ―タ
１２の発生する交流と系統の交流の間との波形や電圧値
の相違で発生する横流を抑制する作用を担う。変圧器１
４は電圧値のマッチング、絶縁、あるいはインバ―タ１
２の交流を合成するために用いられる。変圧器１４のも
つ漏れリアクタンスが連系リアクトルの作用を兼ねるこ
ともある。
料電池の電力はインバ―タ１２で交流に変換された後、
電力系統に送られる。連系リアクトル１３はインバ―タ
１２の発生する交流と系統の交流の間との波形や電圧値
の相違で発生する横流を抑制する作用を担う。変圧器１
４は電圧値のマッチング、絶縁、あるいはインバ―タ１
２の交流を合成するために用いられる。変圧器１４のも
つ漏れリアクタンスが連系リアクトルの作用を兼ねるこ
ともある。
【０００４】このようなパワ―コンディショナの制御方
法は例えば特開昭５６−１９３８４号に開示されている
ように、有効電力と無効電力を基準として与え、パワ―
コンディショナの出力が各々の基準に合うように、有効
電力については系統とインバ―タの間の位相角を、無効
電力に関しては系統とインバ―タの間の電圧の振幅を制
御する。
法は例えば特開昭５６−１９３８４号に開示されている
ように、有効電力と無効電力を基準として与え、パワ―
コンディショナの出力が各々の基準に合うように、有効
電力については系統とインバ―タの間の位相角を、無効
電力に関しては系統とインバ―タの間の電圧の振幅を制
御する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このようなパワ―コン
ディショナにおいて定常状態においては、燃料電池が発
生する電力と基準の有効電力指令、即ち系統に出力する
有効電力とが平衡しているので特に問題はない。しか
し、燃料電池の立ち上げ初期においては発生電力が不安
定で、必ずしも基準の有効電力指令と燃料電池の発生電
力が一致しないことがある。
ディショナにおいて定常状態においては、燃料電池が発
生する電力と基準の有効電力指令、即ち系統に出力する
有効電力とが平衡しているので特に問題はない。しか
し、燃料電池の立ち上げ初期においては発生電力が不安
定で、必ずしも基準の有効電力指令と燃料電池の発生電
力が一致しないことがある。
【０００６】燃料電池の電圧・電流特性は図４に示すよ
うな垂下特性を有しているため、もし燃料電池の発生電
力より基準の有効電力指令が大き過ぎると、燃料電池の
電圧が急速に低下する。また、基準の有効電力指令が燃
料電池の発生電力より小さ過ぎると、図４から分かるよ
うに、直流電圧が上昇し過ぎてこれも燃料電池およびイ
ンバ―タの何れにとっも好ましくない。これに対し従来
は経験をベ―スにして試行錯誤的に有効電力基準を定め
ていた。
うな垂下特性を有しているため、もし燃料電池の発生電
力より基準の有効電力指令が大き過ぎると、燃料電池の
電圧が急速に低下する。また、基準の有効電力指令が燃
料電池の発生電力より小さ過ぎると、図４から分かるよ
うに、直流電圧が上昇し過ぎてこれも燃料電池およびイ
ンバ―タの何れにとっも好ましくない。これに対し従来
は経験をベ―スにして試行錯誤的に有効電力基準を定め
ていた。
【０００７】従って、本発明は前述の施行錯誤により生
ずる、プラント立ち上げ時間のロスや過電圧による燃料
電池のダメ―ジ、或いはパワ―コンディショナに流れる
過電流など無くした燃料電池用パワ―コンディショナを
提供することを目的とする。
ずる、プラント立ち上げ時間のロスや過電圧による燃料
電池のダメ―ジ、或いはパワ―コンディショナに流れる
過電流など無くした燃料電池用パワ―コンディショナを
提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、燃料電池を直流電源とし、その直流を交
流に変換するインバ―タと、該インバ―タを必要に応じ
て設けられるリアクトルと変圧器を介して電力系統に接
続して成る燃料電池用パワ―コンディショナにおいて、
前記インバ―タを制御するための電力制御系と、直流電
圧制御系を具備し、前記燃料電池の状態に応じて電力制
御と直流電圧制御を切換えて使用することを特徴とする
燃料電池用パワ―コンディショナ。
成するために、燃料電池を直流電源とし、その直流を交
流に変換するインバ―タと、該インバ―タを必要に応じ
て設けられるリアクトルと変圧器を介して電力系統に接
続して成る燃料電池用パワ―コンディショナにおいて、
前記インバ―タを制御するための電力制御系と、直流電
圧制御系を具備し、前記燃料電池の状態に応じて電力制
御と直流電圧制御を切換えて使用することを特徴とする
燃料電池用パワ―コンディショナ。
【０００９】
【作用】前述のように、電力制御系と、直流電圧制御系
を具備することによって、燃料電池の発生電力が不安定
になる状態、例えば燃料電池の始動初期においては、電
力制御を停止し、代りに直流電圧一定制御を行わせるこ
とにより、燃料電池の発生電力の如何に拘らず、直流電
圧は一定に保たれるので、安定な始動を実現できる。
を具備することによって、燃料電池の発生電力が不安定
になる状態、例えば燃料電池の始動初期においては、電
力制御を停止し、代りに直流電圧一定制御を行わせるこ
とにより、燃料電池の発生電力の如何に拘らず、直流電
圧は一定に保たれるので、安定な始動を実現できる。
【００１０】
【実施例】図１は本発明の要部のみを示した制御系統図
で、２０は有効電力制御系を示す。有効電力制御系２０
の中の２１は有効電力基準Ｐ* 、２２は有効電力検出値
Ｐ、２３は比例積分コントロ―ラ（以下ＰＩと記す）、
２４はＰＩの出力値である。また３０は直流電圧制御系
を示し、その中の３１は直流電圧の基準値Ｅｄ* 、３２
は直流電圧の検出値、３３はＰＩ、３４はＰＩの出力信
号である。４０1 、４０2 ４０3 、４０4 はスイッチで
４１はこれらのスイッチ群４０をコントロ―ルする信号
である。５０は二つのＰＩ出力信号２４と３４がスイッ
チ４０2 と４０4 で選択された位相信号である。位相信
号５０は図示しない位相基準に加算され、系統電圧に対
するインバ―タの位相角を制御する。有効電力Ｐは系統
電圧をＶs 、インバ―タ電圧をＶi とし、両者の位相角
をθとすると、 Ｐ＝Ｖs ・Ｖi ・ｓｉｎθ／Ｘ ………(1) で表される。ここでＸはインバ―タと系統間のリアクタ
ンスである。θの値が正のとき有効電力はインバ―タか
ら系統へ送られる。
で、２０は有効電力制御系を示す。有効電力制御系２０
の中の２１は有効電力基準Ｐ* 、２２は有効電力検出値
Ｐ、２３は比例積分コントロ―ラ（以下ＰＩと記す）、
２４はＰＩの出力値である。また３０は直流電圧制御系
を示し、その中の３１は直流電圧の基準値Ｅｄ* 、３２
は直流電圧の検出値、３３はＰＩ、３４はＰＩの出力信
号である。４０1 、４０2 ４０3 、４０4 はスイッチで
４１はこれらのスイッチ群４０をコントロ―ルする信号
である。５０は二つのＰＩ出力信号２４と３４がスイッ
チ４０2 と４０4 で選択された位相信号である。位相信
号５０は図示しない位相基準に加算され、系統電圧に対
するインバ―タの位相角を制御する。有効電力Ｐは系統
電圧をＶs 、インバ―タ電圧をＶi とし、両者の位相角
をθとすると、 Ｐ＝Ｖs ・Ｖi ・ｓｉｎθ／Ｘ ………(1) で表される。ここでＸはインバ―タと系統間のリアクタ
ンスである。θの値が正のとき有効電力はインバ―タか
ら系統へ送られる。
【００１１】この図１の回路は以下のように動作する。
定常運転時は信号４１には１の信号が与えられる。これ
により、スイッチ４０1 はオフ、４０2 はオン、４０3
はオン、４０4 はオフするものとする。ＰＩの入力と出
力が短絡されているときは、ＰＩの出力は０となる。位
相信号５０は有効電力制御系２０からの信号が与えられ
る結果有効電力基準Ｐ* に従って系統に有効電力が送ら
れる。一方、燃料電池の立ち上げ初期には信号４１は０
を与える。これにより、スイッチ４０1 はオン、４０2
はオフ、４０3 はオフ、４０4 はオンとなる。これによ
り有効電力制御系２０から直流電圧制御系３０に切替わ
る。直流電圧Ｅｄは直流電圧基準Ｅｄ* に比例した一定
値に制御される。即ち、図４において、直線６０を目標
値とするとき、直線６０は燃料電池の燃料供給量に応じ
た曲線６１1 、６１2 、６１3 とそれぞれａ，ｂ，ｃで
交わる。そこで各々の交点に対応する有効電力が系統に
注入されて直流電圧が一定に維持される。極端な場合と
して、燃料電池の発生電力が０の場合であっても直流電
圧を一定に出来る。それは(1) 式で示すθが負になれば
系統からインバ―タに有効電力が注入されることから分
るように、直流電圧制御系のＰＩ３３の出力は僅かに負
となって系統から有効電力を得て直流電圧を維持するよ
うに動作するからに他ならない。従って、燃料電池の発
生電力の如何に拘らず、直流電圧は一定になる。
定常運転時は信号４１には１の信号が与えられる。これ
により、スイッチ４０1 はオフ、４０2 はオン、４０3
はオン、４０4 はオフするものとする。ＰＩの入力と出
力が短絡されているときは、ＰＩの出力は０となる。位
相信号５０は有効電力制御系２０からの信号が与えられ
る結果有効電力基準Ｐ* に従って系統に有効電力が送ら
れる。一方、燃料電池の立ち上げ初期には信号４１は０
を与える。これにより、スイッチ４０1 はオン、４０2
はオフ、４０3 はオフ、４０4 はオンとなる。これによ
り有効電力制御系２０から直流電圧制御系３０に切替わ
る。直流電圧Ｅｄは直流電圧基準Ｅｄ* に比例した一定
値に制御される。即ち、図４において、直線６０を目標
値とするとき、直線６０は燃料電池の燃料供給量に応じ
た曲線６１1 、６１2 、６１3 とそれぞれａ，ｂ，ｃで
交わる。そこで各々の交点に対応する有効電力が系統に
注入されて直流電圧が一定に維持される。極端な場合と
して、燃料電池の発生電力が０の場合であっても直流電
圧を一定に出来る。それは(1) 式で示すθが負になれば
系統からインバ―タに有効電力が注入されることから分
るように、直流電圧制御系のＰＩ３３の出力は僅かに負
となって系統から有効電力を得て直流電圧を維持するよ
うに動作するからに他ならない。従って、燃料電池の発
生電力の如何に拘らず、直流電圧は一定になる。
【００１２】以上説明から分るように、燃料電池の発生
電力が不安定な状態においては、直流電圧制御系に切換
えることにより、直流電圧を安定化させることが出来、
従来必要としていた、試行錯誤的な調整の手間が不要に
なるばかりではなく、燃料電池やインバ―タに与えてい
たダメ―ジや不要保護動作が回避できることは、燃料電
池プラントにとって極めて有用である。
電力が不安定な状態においては、直流電圧制御系に切換
えることにより、直流電圧を安定化させることが出来、
従来必要としていた、試行錯誤的な調整の手間が不要に
なるばかりではなく、燃料電池やインバ―タに与えてい
たダメ―ジや不要保護動作が回避できることは、燃料電
池プラントにとって極めて有用である。
【００１３】図２は本発明の他の実施例であり、図１と
の相違点はスイッチ群の切換え信号を個別に設けたもの
である。これは直流電圧制御系３０から有効電力制御系
２０に切換えるときに図１では切換えのショックが若干
加わるのに対し、図２では例えば直流電圧制御系３０か
ら有効電力制御系２０に切換える際には、まずスイッチ
４０1 を４０2 に先立って作動させ、直流電圧制御系３
０のＰＩ３３の出力信号３４の値にＰＩ２３の出力信号
２４が等しくなった時にスイッチ４０2 をオンするよう
にしたものである。また別の方法としては有効電力基準
Ｐ* と有効電力の検出値Ｐが等しくなるように、直流電
圧基準Ｅ* を変えて行き、一致したところで切換え動作
を行う方法もある。これらの制御はマイコンを使えば容
易に実施できることは明らかであり、説明は省略する。
制御系の構成に当っては図１、図２に示した回路図は一
例であって、アナログ制御とディジタル制御の別、或い
は平均値制御と瞬時値制御の別を問わない。
の相違点はスイッチ群の切換え信号を個別に設けたもの
である。これは直流電圧制御系３０から有効電力制御系
２０に切換えるときに図１では切換えのショックが若干
加わるのに対し、図２では例えば直流電圧制御系３０か
ら有効電力制御系２０に切換える際には、まずスイッチ
４０1 を４０2 に先立って作動させ、直流電圧制御系３
０のＰＩ３３の出力信号３４の値にＰＩ２３の出力信号
２４が等しくなった時にスイッチ４０2 をオンするよう
にしたものである。また別の方法としては有効電力基準
Ｐ* と有効電力の検出値Ｐが等しくなるように、直流電
圧基準Ｅ* を変えて行き、一致したところで切換え動作
を行う方法もある。これらの制御はマイコンを使えば容
易に実施できることは明らかであり、説明は省略する。
制御系の構成に当っては図１、図２に示した回路図は一
例であって、アナログ制御とディジタル制御の別、或い
は平均値制御と瞬時値制御の別を問わない。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、燃
料電池の発生電力が不安定になる状態例えば始動初期に
おいては、直流電圧一定制御を行わせることにより燃料
電池の発生電力の如何に拘らず、直流電圧は一定に保た
れるので、燃料電池プラトンの始動時における調整が極
めて容易になると共に、燃料電池に及ぼす悪影響を除去
することも可能となる。
料電池の発生電力が不安定になる状態例えば始動初期に
おいては、直流電圧一定制御を行わせることにより燃料
電池の発生電力の如何に拘らず、直流電圧は一定に保た
れるので、燃料電池プラトンの始動時における調整が極
めて容易になると共に、燃料電池に及ぼす悪影響を除去
することも可能となる。
【図１】本発明の主要部の一実施例を示す制御系統図。
【図２】本発明の他の実施例の主要部を示す制御系統
図。
図。
【図３】燃料電池用パワ―コンディショナの基本ブロッ
ク図。
ク図。
【図４】燃料電池の電圧と電流の関係を示した特性図。
１０ …直流電源母線 １１
…直流スイッチル １２ …インバ―タ １３
…連系リアクトル １４ …変圧器 １５
…交流しゃ断器 １６ …交流系統ライン ２０
…有効電力制御系 ２１ …有効電力基準 ２２
…有効電力検出値 ２３ …比例積分コントロ―ラ ３０
…直流電圧制御系 ３１ …直流電圧基準値 ３２
…直流電圧検出値 ３３ …比例積分コントロ―ラ ４０
…スイッチ群 ４１ …スイッチコントロ―ル信号 ５０
…位相信号 ６０ …直流電圧の目標値
…直流スイッチル １２ …インバ―タ １３
…連系リアクトル １４ …変圧器 １５
…交流しゃ断器 １６ …交流系統ライン ２０
…有効電力制御系 ２１ …有効電力基準 ２２
…有効電力検出値 ２３ …比例積分コントロ―ラ ３０
…直流電圧制御系 ３１ …直流電圧基準値 ３２
…直流電圧検出値 ３３ …比例積分コントロ―ラ ４０
…スイッチ群 ４１ …スイッチコントロ―ル信号 ５０
…位相信号 ６０ …直流電圧の目標値
Claims (3)
- 【請求項１】 燃料電池を直流電源とし、その直流を
交流に変換するインバ―タと、該インバ―タを必要に応
じて設けられるリアクトルと変圧器を介して電力系統に
接続して成る燃料電池用パワーコンディショナにおい
て、前記インバ―タを制御するための電力制御系と、直
流電圧制御系を具備し、前記燃料電池の出力状態に応じ
て電力制御と直流電圧制御を切換えて使用することを特
徴とする燃料電池用パワーコンディショナ。 - 【請求項２】 前記燃料電池の始動或いは停止の際に
直流電圧制御とし、定常状態では電力制御とすることを
特徴とする請求項第１項記載の燃料電池用パワーコンデ
ィショナ。 - 【請求項３】 前記燃料電池の始動に先だってまず燃
料電池用パワーコンディショナを系統に接続して直流電
圧制御で運転し、燃料電池が始動し安定した運転状態に
移行した段階で電力制御に切換えて使用することを特徴
とする請求項第１項記載の燃料電池用パワーコンディシ
ョナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3238492A JPH0580867A (ja) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | 燃料電池用パワーコンデイシヨナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3238492A JPH0580867A (ja) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | 燃料電池用パワーコンデイシヨナ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0580867A true JPH0580867A (ja) | 1993-04-02 |
Family
ID=17031055
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3238492A Pending JPH0580867A (ja) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | 燃料電池用パワーコンデイシヨナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0580867A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012063300A1 (ja) * | 2010-11-08 | 2012-05-18 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池の出力制御装置 |
-
1991
- 1991-09-19 JP JP3238492A patent/JPH0580867A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012063300A1 (ja) * | 2010-11-08 | 2012-05-18 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池の出力制御装置 |
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