JPH07105965A - 燃料電池発電装置および燃料電池発電装置の制御方法 - Google Patents
燃料電池発電装置および燃料電池発電装置の制御方法Info
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- JPH07105965A JPH07105965A JP5247752A JP24775293A JPH07105965A JP H07105965 A JPH07105965 A JP H07105965A JP 5247752 A JP5247752 A JP 5247752A JP 24775293 A JP24775293 A JP 24775293A JP H07105965 A JPH07105965 A JP H07105965A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 改質器を備えた燃料電池発電装置において、
蒸気発生ドラムのドラム圧変動、改質器の背圧変動、ガ
ス元圧変動等の速い周期の外乱があったときに水素ガス
の利用率を上げること無く対応できるようにする。 【構成】 燃料電池１と該電池１へ水素ガスを供給する
改質器６と該電池１の出力を交流電力に変換するインバ
ータ装置４と該電池１を制御する制御装置１２からなる
燃料電池発電装置において、制御装置１２を、該装置内
に設定された燃料電池の出力の有効電力目標値と現実に
燃料電池から負荷へ供給されている有効電力とから燃料
電池へ供給する燃料流量を制御する手段と、現実に燃料
電池へ供給されている燃料流量に基づいて算出した燃料
電池の出力電流目標値と現実の燃料電池の出力電流値と
に基づいてインバータ装置の出力を制御する手段とから
構成した。
蒸気発生ドラムのドラム圧変動、改質器の背圧変動、ガ
ス元圧変動等の速い周期の外乱があったときに水素ガス
の利用率を上げること無く対応できるようにする。 【構成】 燃料電池１と該電池１へ水素ガスを供給する
改質器６と該電池１の出力を交流電力に変換するインバ
ータ装置４と該電池１を制御する制御装置１２からなる
燃料電池発電装置において、制御装置１２を、該装置内
に設定された燃料電池の出力の有効電力目標値と現実に
燃料電池から負荷へ供給されている有効電力とから燃料
電池へ供給する燃料流量を制御する手段と、現実に燃料
電池へ供給されている燃料流量に基づいて算出した燃料
電池の出力電流目標値と現実の燃料電池の出力電流値と
に基づいてインバータ装置の出力を制御する手段とから
構成した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、改質器を用いて水素ガ
スを供給する燃料電池発電装置および、該燃料電池発電
装置の制御方法に関する。
スを供給する燃料電池発電装置および、該燃料電池発電
装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の改質器を用いた燃料電池は、通
常、原料ガスに都市ガスを用い、該都市ガスと水蒸気を
反応させて燃料電池に供給される水素ガスを得ている。
このような燃料電池装置の出力制御方法は、負荷の要求
に応えた現実の燃料電池出力から必要とする燃料流量を
算出して、燃料供給系路に設けた燃料流量調節弁の開度
を制御するものである。改質器を用いた燃料電池発電装
置の構成の概略を図１を用いて説明する。燃料電池発電
装置は、燃料電池１と、該燃料電池に水素を供給する水
素ガス供給系２と、該燃料電池に酸素（空気）を供給す
る酸素ガス供給系３と、インバータ装置４と、燃料電池
出力に見合った燃料と酸素を供給するように前記各系お
よび前記インバータ装置の出力を制御する制御系とから
構成され、遮断器を介して商用電源に連系されて負荷５
に電力を供給している。
常、原料ガスに都市ガスを用い、該都市ガスと水蒸気を
反応させて燃料電池に供給される水素ガスを得ている。
このような燃料電池装置の出力制御方法は、負荷の要求
に応えた現実の燃料電池出力から必要とする燃料流量を
算出して、燃料供給系路に設けた燃料流量調節弁の開度
を制御するものである。改質器を用いた燃料電池発電装
置の構成の概略を図１を用いて説明する。燃料電池発電
装置は、燃料電池１と、該燃料電池に水素を供給する水
素ガス供給系２と、該燃料電池に酸素（空気）を供給す
る酸素ガス供給系３と、インバータ装置４と、燃料電池
出力に見合った燃料と酸素を供給するように前記各系お
よび前記インバータ装置の出力を制御する制御系とから
構成され、遮断器を介して商用電源に連系されて負荷５
に電力を供給している。
【０００３】前記燃料ガス供給系２は、改質器６と、イ
ンジェクタ７と、水蒸気制御弁８と、改質器へ入力され
燃料電池に供給される水素ガス流量を制御する燃料流量
調節弁９とから構成される。前記酸素ガス供給系３は、
ブロワ１０と、酸素ガス流量調節弁１１とから構成され
る。前記制御系は、制御装置１２と、水蒸気ドラムから
改質器へ供給される水蒸気の流量を検出する水蒸気流量
計１５と、インジェクタ７へ供給される原料ガスの流量
を検出する原料ガス流量計１６と、燃料電池へ供給され
る空気の流量を検出する空気流量計１７と、燃料電池の
出力を検出する直流変成器からなる直流電流検出器１８
と、負荷５へ供給される電力の有効電力量を検出する有
効電力検出器１９とから構成される。
ンジェクタ７と、水蒸気制御弁８と、改質器へ入力され
燃料電池に供給される水素ガス流量を制御する燃料流量
調節弁９とから構成される。前記酸素ガス供給系３は、
ブロワ１０と、酸素ガス流量調節弁１１とから構成され
る。前記制御系は、制御装置１２と、水蒸気ドラムから
改質器へ供給される水蒸気の流量を検出する水蒸気流量
計１５と、インジェクタ７へ供給される原料ガスの流量
を検出する原料ガス流量計１６と、燃料電池へ供給され
る空気の流量を検出する空気流量計１７と、燃料電池の
出力を検出する直流変成器からなる直流電流検出器１８
と、負荷５へ供給される電力の有効電力量を検出する有
効電力検出器１９とから構成される。
【０００４】図４は、上述のような燃料電池発電装置の
制御方法を示す制御ブロック図であり、同図を用いて制
御装置１２で実行される従来技術に基づく燃料電池制御
方法を説明する。この方法は、負荷へ供給する有効電力
を目標値として設定し、この目標値をもって実際に負荷
に供給される有効電力を監視することによってインバー
タ装置の出力を制御するとともに、負荷の要求に応じた
現実の燃料電池出力と実際に燃料電池に供給されている
燃料の供給量から燃料電池に供給すべきガスの量を算出
制御する方法である。
制御方法を示す制御ブロック図であり、同図を用いて制
御装置１２で実行される従来技術に基づく燃料電池制御
方法を説明する。この方法は、負荷へ供給する有効電力
を目標値として設定し、この目標値をもって実際に負荷
に供給される有効電力を監視することによってインバー
タ装置の出力を制御するとともに、負荷の要求に応じた
現実の燃料電池出力と実際に燃料電池に供給されている
燃料の供給量から燃料電池に供給すべきガスの量を算出
制御する方法である。
【０００５】制御装置１２内に設定された有効電力目標
値ＰＳと、有効電力検出器１９が検出した実際の有効電
力である有効電力検出値ＰＲとが該制御装置内に設けた
減算器からなる誤差増幅手段２１に入力され、その偏差
ΔＰがＰＩ演算器からなるインバータ位相制御手段２５
へ向けて出力される。上記インバータ位相制御手段２５
は、偏差ΔＰに基づいてインバータ装置４のゲートを点
弧する位相角を演算し、演算結果をゲートドライブ回路
２６へ向けて出力する。すなわち、インバータ位相制御
手段２５は、有効電力検出値ＰＲが有効電力目標値ＰＳ
に等しいとき、すなわち、偏差ΔＰが０のときには位相
角を現状に維持したままにゲートを制御する位相角信号
φを出力し、有効電力検出値ＰＲが有効電力目標値ＰＳ
より大きいとき、すなわち、偏差ΔＰが負のときには位
相角を現状から減少させる位相角信号φを出力し、有効
電力検出値ＰＲが有効電力目標値ＰＳより小さいとき、
すなわち、偏差ΔＰが正のときには位相角を現状から増
加させる位相角信号φを出力する。上記ゲートドライブ
回路２６は、この位相角信号φに従ってインバータ装置
４のゲートを点弧する点弧信号をインバータ装置４へ向
けて出力する。
値ＰＳと、有効電力検出器１９が検出した実際の有効電
力である有効電力検出値ＰＲとが該制御装置内に設けた
減算器からなる誤差増幅手段２１に入力され、その偏差
ΔＰがＰＩ演算器からなるインバータ位相制御手段２５
へ向けて出力される。上記インバータ位相制御手段２５
は、偏差ΔＰに基づいてインバータ装置４のゲートを点
弧する位相角を演算し、演算結果をゲートドライブ回路
２６へ向けて出力する。すなわち、インバータ位相制御
手段２５は、有効電力検出値ＰＲが有効電力目標値ＰＳ
に等しいとき、すなわち、偏差ΔＰが０のときには位相
角を現状に維持したままにゲートを制御する位相角信号
φを出力し、有効電力検出値ＰＲが有効電力目標値ＰＳ
より大きいとき、すなわち、偏差ΔＰが負のときには位
相角を現状から減少させる位相角信号φを出力し、有効
電力検出値ＰＲが有効電力目標値ＰＳより小さいとき、
すなわち、偏差ΔＰが正のときには位相角を現状から増
加させる位相角信号φを出力する。上記ゲートドライブ
回路２６は、この位相角信号φに従ってインバータ装置
４のゲートを点弧する点弧信号をインバータ装置４へ向
けて出力する。
【０００６】また、制御装置１２は、直流電流検出器１
８の検出値ＩＲを比例演算器からなる増幅手段２３で演
算し、この電流値ＩＲを得るに必要な燃料の流量を燃料
ガス流量目標値ＧＳとして設定するとともに、該目標値
ＧＳと燃料ガス流量計１３からの燃料流量検出値Ｇとを
減算器からなる誤差増幅手段２４によって演算して、ガ
ス流量偏差ΔＧをＰＩ演算器からなるガス流量制御手段
２２へ向けて出力する。ガス流量制御手段２２は、前記
水素ガス流量検出値Ｇがガス流量目標値ＧＳと等しいと
きすなわち、ガス流量偏差ΔＧが０のときには燃料流量
調節弁９の開度を現状に保持するバルブ開度信号Ｄを、
前記検出値Ｇが前記目標値ＧＳより大きいとき、すなわ
ち、ガス流量偏差ΔＧが負のときには前記調節弁９の開
度を減少させるバルブ開度信号Ｄを、前記検出値Ｇが前
記目標値ＧＳより小さいとき、すなわち、ガス流量偏差
ΔＧが正のときには前記調節弁９の開度を増加させるバ
ルブ開度信号Ｄを、燃料ガス流量調節弁９へ向けて出力
し燃料ガス流量を制御する。
８の検出値ＩＲを比例演算器からなる増幅手段２３で演
算し、この電流値ＩＲを得るに必要な燃料の流量を燃料
ガス流量目標値ＧＳとして設定するとともに、該目標値
ＧＳと燃料ガス流量計１３からの燃料流量検出値Ｇとを
減算器からなる誤差増幅手段２４によって演算して、ガ
ス流量偏差ΔＧをＰＩ演算器からなるガス流量制御手段
２２へ向けて出力する。ガス流量制御手段２２は、前記
水素ガス流量検出値Ｇがガス流量目標値ＧＳと等しいと
きすなわち、ガス流量偏差ΔＧが０のときには燃料流量
調節弁９の開度を現状に保持するバルブ開度信号Ｄを、
前記検出値Ｇが前記目標値ＧＳより大きいとき、すなわ
ち、ガス流量偏差ΔＧが負のときには前記調節弁９の開
度を減少させるバルブ開度信号Ｄを、前記検出値Ｇが前
記目標値ＧＳより小さいとき、すなわち、ガス流量偏差
ΔＧが正のときには前記調節弁９の開度を増加させるバ
ルブ開度信号Ｄを、燃料ガス流量調節弁９へ向けて出力
し燃料ガス流量を制御する。
【０００７】このように改質器を用いた燃料電池発電装
置の出力制御方式にあっては、ゆっくりした負荷変動に
応じて燃料の供給量を変化させることは対応可能である
が、現実の燃料電池出力から必要とする燃料流量、すな
わち、燃料流量目標値を設定し、現実の燃料流量との偏
差を求め燃料供給量を制御しているので、ガス流量の制
御の応答性が遅いことから、原料ガスの元圧の変動に伴
う速い周波数の燃料流量の変動や、水蒸気ドラムの温度
変化に伴う速い周波数の燃料流量の変動、背圧の変動に
伴う速い周波数の燃料流量の変動に対応できなくなり、
燃料流量の不足による燃料電池セルの劣化を生じるとい
う問題があった。
置の出力制御方式にあっては、ゆっくりした負荷変動に
応じて燃料の供給量を変化させることは対応可能である
が、現実の燃料電池出力から必要とする燃料流量、すな
わち、燃料流量目標値を設定し、現実の燃料流量との偏
差を求め燃料供給量を制御しているので、ガス流量の制
御の応答性が遅いことから、原料ガスの元圧の変動に伴
う速い周波数の燃料流量の変動や、水蒸気ドラムの温度
変化に伴う速い周波数の燃料流量の変動、背圧の変動に
伴う速い周波数の燃料流量の変動に対応できなくなり、
燃料流量の不足による燃料電池セルの劣化を生じるとい
う問題があった。
【０００８】上記の原料ガスの元圧の変化は、燃料電池
の燃料供給ラインに接続されている負荷（ガスエンジ
ン、ガスタービン等）の変動によるものである。また、
原料ガスはインジェクタ７を使用して水蒸気と混ぜて改
質器６へ供給されるので、水蒸気の圧力に応じた燃料ガ
スが供給される。ところが、水蒸気は蒸気ドラムから供
給されるよう構成されており、水蒸気を供給してドラム
内の水位が下がるとドラムの水温に比較して低い水温の
水が補給されるものであることから、補水時にドラム内
の温度が下がり圧力変動を来す。従って、ドラムの温度
変化は、水蒸気の圧力の安定を崩し、燃料ガスの供給量
に変動を来す。通常、改質器６で生成した水素ガスのお
よそ８０％が燃料電池に供給され、残りの２０％が改質
器へ戻されて熱源として利用されている。燃料ガスの供
給量が急激に減少すると、燃料電池が必要とする水素ガ
ス量を満たすことができない瞬間が生じる。このこと
は、電極が劣化する原因となるので、避けなければなら
ないことである。このことに対処するために、従来は、
水素ガスの利用率限界値に設定することをせず、利用率
を多少低めに設定して、この問題に対処していたが、こ
の対処方法は、水素ガスの利用率の低下の原因となり、
発電コストを押し上げる要因となっていた。
の燃料供給ラインに接続されている負荷（ガスエンジ
ン、ガスタービン等）の変動によるものである。また、
原料ガスはインジェクタ７を使用して水蒸気と混ぜて改
質器６へ供給されるので、水蒸気の圧力に応じた燃料ガ
スが供給される。ところが、水蒸気は蒸気ドラムから供
給されるよう構成されており、水蒸気を供給してドラム
内の水位が下がるとドラムの水温に比較して低い水温の
水が補給されるものであることから、補水時にドラム内
の温度が下がり圧力変動を来す。従って、ドラムの温度
変化は、水蒸気の圧力の安定を崩し、燃料ガスの供給量
に変動を来す。通常、改質器６で生成した水素ガスのお
よそ８０％が燃料電池に供給され、残りの２０％が改質
器へ戻されて熱源として利用されている。燃料ガスの供
給量が急激に減少すると、燃料電池が必要とする水素ガ
ス量を満たすことができない瞬間が生じる。このこと
は、電極が劣化する原因となるので、避けなければなら
ないことである。このことに対処するために、従来は、
水素ガスの利用率限界値に設定することをせず、利用率
を多少低めに設定して、この問題に対処していたが、こ
の対処方法は、水素ガスの利用率の低下の原因となり、
発電コストを押し上げる要因となっていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記従来の
制御方法の問題点に鑑みなされたもので、蒸気発生ドラ
ムのドラム圧変動、改質器の背圧変動、ガス元圧変動等
の速い周期の外乱があったときに水素ガスの利用率を上
げること無く、かつ利用率に過剰の余裕をとることなく
利用率を向上できる燃料電池発電装置の制御方法を提供
することを目的とする。
制御方法の問題点に鑑みなされたもので、蒸気発生ドラ
ムのドラム圧変動、改質器の背圧変動、ガス元圧変動等
の速い周期の外乱があったときに水素ガスの利用率を上
げること無く、かつ利用率に過剰の余裕をとることなく
利用率を向上できる燃料電池発電装置の制御方法を提供
することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、燃料電池と該燃料電池へ水素ガスを供給す
る改質装置と該燃料電池の出力を交流電力に変換し商用
電力網に連系するインバータ装置と該燃料電池を制御す
る制御装置からなる燃料電池発電装置において、前記制
御装置が、該制御装置内に設定された燃料電池の出力の
有効電力目標値と現実に燃料電池から負荷へ供給されて
いる有効電力とから燃料電池へ供給する燃料流量を制御
する手段と、現実に燃料電池へ供給されている燃料流量
に基づいて算出した燃料電池の出力電流目標値と現実の
燃料電池の出力電流値とに基づいてインバータ装置の出
力を制御する手段とを備えた。
に本発明は、燃料電池と該燃料電池へ水素ガスを供給す
る改質装置と該燃料電池の出力を交流電力に変換し商用
電力網に連系するインバータ装置と該燃料電池を制御す
る制御装置からなる燃料電池発電装置において、前記制
御装置が、該制御装置内に設定された燃料電池の出力の
有効電力目標値と現実に燃料電池から負荷へ供給されて
いる有効電力とから燃料電池へ供給する燃料流量を制御
する手段と、現実に燃料電池へ供給されている燃料流量
に基づいて算出した燃料電池の出力電流目標値と現実の
燃料電池の出力電流値とに基づいてインバータ装置の出
力を制御する手段とを備えた。
【００１１】さらに、本発明の燃料電池発電装置は、前
記燃料流量を制御する手段を有効電力偏差に基づいて供
給燃料を演算するＰＩ演算器から構成し、インバータの
出力を制御する手段を直流電流の偏差に基づいて算出さ
れた位相角偏差信号に基づいてインバータの位相角を演
算するＰＩ演算器から構成される。
記燃料流量を制御する手段を有効電力偏差に基づいて供
給燃料を演算するＰＩ演算器から構成し、インバータの
出力を制御する手段を直流電流の偏差に基づいて算出さ
れた位相角偏差信号に基づいてインバータの位相角を演
算するＰＩ演算器から構成される。
【００１２】また、本発明の燃料電池発電装置の制御方
法は、燃料電池と該燃料電池へ水素ガスを供給する改質
装置と該燃料電池の出力を交流電力に変換し商用電力網
に連系するインバータ装置と該燃料電池を制御する制御
装置からなる燃料電池発電装置の制御方法において、燃
料電池から出力し得る有効電力を目標値として設定した
有効電力目標値と燃料電池から負荷に供給されている現
実の有効電力値に基づいて燃料電池へ供給される燃料流
量を調節する過程と、燃料電池へ供給されている現実の
燃料流量に基づいて燃料電池が出力し得る直流電流値を
直流電流目標値として演算する過程と、該直流電流目標
値と現実に燃料電池から出力されて直流電流値とからイ
ンバータ装置の出力を制御する過程とからなる。
法は、燃料電池と該燃料電池へ水素ガスを供給する改質
装置と該燃料電池の出力を交流電力に変換し商用電力網
に連系するインバータ装置と該燃料電池を制御する制御
装置からなる燃料電池発電装置の制御方法において、燃
料電池から出力し得る有効電力を目標値として設定した
有効電力目標値と燃料電池から負荷に供給されている現
実の有効電力値に基づいて燃料電池へ供給される燃料流
量を調節する過程と、燃料電池へ供給されている現実の
燃料流量に基づいて燃料電池が出力し得る直流電流値を
直流電流目標値として演算する過程と、該直流電流目標
値と現実に燃料電池から出力されて直流電流値とからイ
ンバータ装置の出力を制御する過程とからなる。
【００１３】
【実施例】本発明は、図１に示される燃料電池発電装置
の出力を制御する方法である。この制御方法は、燃料電
池入り口の燃料流量を検知し、燃料流量と燃料電池の出
力に基づいて電流（電力）を取り出すように燃料電池の
出力側に挿入されたインバータ装置を制御するととも
に、商用電源に連系された負荷へ当該燃料電池から供給
する有効電力目標値と現実に当該燃料電池から負荷へ供
給される有効電力検出値に基づいて燃料電池に供給する
燃料ガス流量を制御するようにした点に特徴を有する。
この方法でも、勿論ガス量の変動に応じて電流が変動す
るが、系統に連系されている時に電力を使う側（負荷
側）からみた場合、実用上問題になるほどの変動ではな
い。
の出力を制御する方法である。この制御方法は、燃料電
池入り口の燃料流量を検知し、燃料流量と燃料電池の出
力に基づいて電流（電力）を取り出すように燃料電池の
出力側に挿入されたインバータ装置を制御するととも
に、商用電源に連系された負荷へ当該燃料電池から供給
する有効電力目標値と現実に当該燃料電池から負荷へ供
給される有効電力検出値に基づいて燃料電池に供給する
燃料ガス流量を制御するようにした点に特徴を有する。
この方法でも、勿論ガス量の変動に応じて電流が変動す
るが、系統に連系されている時に電力を使う側（負荷
側）からみた場合、実用上問題になるほどの変動ではな
い。
【００１４】本発明の制御方法を、図２、および、図３
を用いて説明する。図２は、本発明の制御の態様を示す
ブロック図であり、図３は、本発明の方法による制御方
法のフローチャートである。
を用いて説明する。図２は、本発明の制御の態様を示す
ブロック図であり、図３は、本発明の方法による制御方
法のフローチャートである。
【００１５】制御装置１２内に設けた減算器からなる誤
差増幅手段２１は、該制御装置内に設定された有効電力
目標値ＰＳと有効電力検出器１９が検出した燃料電池か
ら実際に負荷へ供給されている有効電力の検出値ＰＲと
から演算して得た有効電力偏差ΔＰを、ＰＩ演算器から
なる燃料流量制御手段２２へ向けて出力する。該制御手
段２２は、該偏差ΔＰに基づいて燃料流量調節弁９の開
度を演算し、バルブ開度信号Ｄを燃料流量制御弁９へ向
けて出力する。燃料流量制御手段２２は、有効電力検出
値ＰＲが有効電力目標値ＰＳと等しいとき、すなわち、
有効電力偏差ΔＰが０のときには燃料流量調節弁９の開
度を現状に維持するようなバルブ開度信号Ｄを出力し、
有効電力検出値ＰＲが有効電力目標値ＰＳより大きいと
き、すなわち、該偏差ΔＰが負のときには燃料流量調節
弁９の開度を減少させるバルブ開度信号Ｄを出力し、有
効電力検出値ＰＲが有効電力目標値ＰＳより小さいと
き、すなわち、偏差ΔＰが正のときには燃料流量調節弁
９の開度を増加させるバルブ開度信号Ｄを、燃料流量調
節弁９へ出力する。
差増幅手段２１は、該制御装置内に設定された有効電力
目標値ＰＳと有効電力検出器１９が検出した燃料電池か
ら実際に負荷へ供給されている有効電力の検出値ＰＲと
から演算して得た有効電力偏差ΔＰを、ＰＩ演算器から
なる燃料流量制御手段２２へ向けて出力する。該制御手
段２２は、該偏差ΔＰに基づいて燃料流量調節弁９の開
度を演算し、バルブ開度信号Ｄを燃料流量制御弁９へ向
けて出力する。燃料流量制御手段２２は、有効電力検出
値ＰＲが有効電力目標値ＰＳと等しいとき、すなわち、
有効電力偏差ΔＰが０のときには燃料流量調節弁９の開
度を現状に維持するようなバルブ開度信号Ｄを出力し、
有効電力検出値ＰＲが有効電力目標値ＰＳより大きいと
き、すなわち、該偏差ΔＰが負のときには燃料流量調節
弁９の開度を減少させるバルブ開度信号Ｄを出力し、有
効電力検出値ＰＲが有効電力目標値ＰＳより小さいと
き、すなわち、偏差ΔＰが正のときには燃料流量調節弁
９の開度を増加させるバルブ開度信号Ｄを、燃料流量調
節弁９へ出力する。
【００１６】また、制御装置１２は、比例演算器からな
る増幅手段２３で燃料流量計１３で検出した燃料流量検
出値Ｇからこの燃料流量に応じた燃料電池出力を示す直
流電流目標値ＩＳを演算し、減算器からなる誤差増幅手
段２４で該直流電流目標値ＩＳと直流電流検出器１８が
検出した燃料電池の現実の出力を表わす直流電流検出値
ＩＲからインバータ装置４内のゲートの点弧角に関する
位相角偏差Δφを演算し、この位相角偏差信号ΔφをＰ
Ｉ演算器からなるインバータ位相制御手段２５へ向けて
出力する。
る増幅手段２３で燃料流量計１３で検出した燃料流量検
出値Ｇからこの燃料流量に応じた燃料電池出力を示す直
流電流目標値ＩＳを演算し、減算器からなる誤差増幅手
段２４で該直流電流目標値ＩＳと直流電流検出器１８が
検出した燃料電池の現実の出力を表わす直流電流検出値
ＩＲからインバータ装置４内のゲートの点弧角に関する
位相角偏差Δφを演算し、この位相角偏差信号ΔφをＰ
Ｉ演算器からなるインバータ位相制御手段２５へ向けて
出力する。
【００１７】インバータ位相制御手段２５は、直流電流
検出値ＩＲが直流電流目標値ＩＳと等しいとき、すなわ
ち、位相角偏差Δφが０のときにはインバータ装置のゲ
ートの点弧位相角を現状に保つ位相角信号φを、直流電
流検出値ＩＲが直流電流目標値ＩＳより大きいときは位
相角を減少させる位相角信号φを、直流電流検出値ＩＲ
が直流電流目標値ＩＳより小さいときは位相角を増加さ
せる位相角信号φをインバータのゲートドライブ回路２
６へ向けて出力する。
検出値ＩＲが直流電流目標値ＩＳと等しいとき、すなわ
ち、位相角偏差Δφが０のときにはインバータ装置のゲ
ートの点弧位相角を現状に保つ位相角信号φを、直流電
流検出値ＩＲが直流電流目標値ＩＳより大きいときは位
相角を減少させる位相角信号φを、直流電流検出値ＩＲ
が直流電流目標値ＩＳより小さいときは位相角を増加さ
せる位相角信号φをインバータのゲートドライブ回路２
６へ向けて出力する。
【００１８】ゲートドライブ回路２６は、該位相信号φ
に基づいてインバータ装置４のゲートを点弧する点弧順
序とタイミングとなる点弧信号を演算し、該点弧信号を
前記インバータ装置へ向けて出力する。
に基づいてインバータ装置４のゲートを点弧する点弧順
序とタイミングとなる点弧信号を演算し、該点弧信号を
前記インバータ装置へ向けて出力する。
【００１９】
【発明の効果】従来対応できなかった短い周期のガス流
量変動に対応が可能で、水素利用率を適切な範囲に常に
保つことが可能となる。このように、燃料電池から負荷
へ供給される有効電力と有効電力目標値に基づいて燃料
流量をＰＩ制御するとともに、燃料電池に供給されてい
る燃料流量から算出した直流出力電流目標値と現実の直
流電流値からインバータの出力をＰＩ制御するようにし
たので、燃料流量が急激に低下した場合でも、連系した
商用電力網に負荷を負担させて、燃料電池の劣化を阻止
することができる。さらに、水蒸気ドラムの温度変化や
原料元圧の変化によって燃料電池に供給される燃料流量
が変化した場合には、この変化に対応して燃料電池が出
力し得る直流電流値である直流電流目標値が変化するの
で、燃料流量に対応した値にインバータの出力を変化さ
せることができる。したがって、周期の速い外乱に対し
て迅速に対応して燃料電池出力を抑制することができ、
燃料電池への悪影響を減少させることができる。また、
燃料供給路中に設けたフィルタの詰りなどによる遅い周
期の外乱に対しては、有効電力目標値と負荷へ供給され
る実際の有効電力値に基づいてガス流量をＰＩ制御する
ことができる。
量変動に対応が可能で、水素利用率を適切な範囲に常に
保つことが可能となる。このように、燃料電池から負荷
へ供給される有効電力と有効電力目標値に基づいて燃料
流量をＰＩ制御するとともに、燃料電池に供給されてい
る燃料流量から算出した直流出力電流目標値と現実の直
流電流値からインバータの出力をＰＩ制御するようにし
たので、燃料流量が急激に低下した場合でも、連系した
商用電力網に負荷を負担させて、燃料電池の劣化を阻止
することができる。さらに、水蒸気ドラムの温度変化や
原料元圧の変化によって燃料電池に供給される燃料流量
が変化した場合には、この変化に対応して燃料電池が出
力し得る直流電流値である直流電流目標値が変化するの
で、燃料流量に対応した値にインバータの出力を変化さ
せることができる。したがって、周期の速い外乱に対し
て迅速に対応して燃料電池出力を抑制することができ、
燃料電池への悪影響を減少させることができる。また、
燃料供給路中に設けたフィルタの詰りなどによる遅い周
期の外乱に対しては、有効電力目標値と負荷へ供給され
る実際の有効電力値に基づいてガス流量をＰＩ制御する
ことができる。
【００２０】
【図１】本発明にかかる改質装置を備えた燃料電池発電
装置の概念を示す図。
装置の概念を示す図。
【図２】本発明にかかる燃料電池発電装置の制御態様を
示すブロック図。
示すブロック図。
【図３】本発明にかかる燃料電池発電装置の制御態様を
示すフローチャート。
示すフローチャート。
【図４】従来技術にかかる燃料電池発電装置の制御態様
を示すブロック図。
を示すブロック図。
１ 燃料電池 ２ 水素ガス供給系 ３ 酸素ガス供給系 ４ インバータ装置 ５ 負荷 ６ 改質器 ７ インジェクタ ８ 水蒸気流量調節弁 ９ 燃料流量調節弁 １０ ブロワ １１ 酸素ガス流量調節弁 １２ 制御装置 １５ 水蒸気流量計 １６ 原料ガス流量計 １７ 空気流量計 １８ 直流電流検出器 １９ 有効電力検出器 ２１ 誤差増幅手段 ２２ ガス流量制御手段 ２３ 増幅手段 ２４ 誤差増幅手段 ２５ インバータ位相制御手段 ２６ ゲートドライブ回路
Claims (3)
- 【請求項１】 燃料電池と該燃料電池へ水素ガスを供給
する改質装置と該燃料電池の出力を交流電力に変換し商
用電力網に連系するインバータ装置と該燃料電池を制御
する制御装置からなる燃料電池発電装置において、前記
制御装置が、該制御装置内に設定された燃料電池の出力
の有効電力目標値と現実に燃料電池から負荷へ供給され
ている有効電力とから燃料電池へ供給する燃料流量を制
御する手段と、現実に燃料電池へ供給されている燃料流
量に基づいて算出した燃料電池の出力電流目標値と現実
の燃料電池の出力電流値とに基づいてインバータ装置の
出力を制御する手段とからなることを特徴とする燃料電
池発電装置。 - 【請求項２】 燃料流量を制御する手段が有効電力偏差
に基づいて供給燃料流量を演算するＰＩ演算器からな
り、インバータの出力を制御する手段が直流電流の偏差
に基づいて算出された位相角偏差信号に基づいてインバ
ータの位相角を演算するＰＩ演算器からなる請求項１に
記載の燃料電池発電装置。 - 【請求項３】 燃料電池と該燃料電池へ水素ガスを供給
する改質装置と該燃料電池の出力を交流電力に変換し商
用電力網に連系するインバータ装置と該燃料電池を制御
する制御装置からなる燃料電池発電装置の制御方法にお
いて、燃料電池から出力し得る有効電力を目標値として
設定した有効電力目標値と燃料電池から負荷に供給され
ている現実の有効電力値に基づいて燃料電池へ供給され
る燃料流量を調節する過程と、燃料電池へ供給されてい
る現実の燃料流量に基づいて燃料電池が出力し得る直流
電流値を直流電流目標値として演算する過程と、該直流
電流目標値と現実に燃料電池から出力されて直流電流値
とからインバータ装置の出力を制御する過程とからなる
燃料電池発電装置の制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24775293A JP3517260B2 (ja) | 1993-10-04 | 1993-10-04 | 燃料電池発電装置および燃料電池発電装置の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24775293A JP3517260B2 (ja) | 1993-10-04 | 1993-10-04 | 燃料電池発電装置および燃料電池発電装置の制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07105965A true JPH07105965A (ja) | 1995-04-21 |
| JP3517260B2 JP3517260B2 (ja) | 2004-04-12 |
Family
ID=17168144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24775293A Expired - Fee Related JP3517260B2 (ja) | 1993-10-04 | 1993-10-04 | 燃料電池発電装置および燃料電池発電装置の制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3517260B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6555989B1 (en) | 2001-11-27 | 2003-04-29 | Ballard Power Systems Inc. | Efficient load-following power generating system |
| US6838923B2 (en) | 2003-05-16 | 2005-01-04 | Ballard Power Systems Inc. | Power supply and ultracapacitor based battery simulator |
| JP2006509348A (ja) * | 2002-12-06 | 2006-03-16 | デスビエンス，ドナルド，ジェイ | 付加的な機能のコントロールによる、集積された燃料電池の電力調整 |
| US7087327B2 (en) | 2002-05-16 | 2006-08-08 | Ballard Power Systems Inc. | Electric power plant with adjustable array of fuel cell systems |
| WO2007043548A1 (ja) * | 2005-10-05 | 2007-04-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池システムとその運転方法 |
| JP2008159467A (ja) * | 2006-12-25 | 2008-07-10 | Kyocera Corp | 燃料電池装置 |
| US7521138B2 (en) | 2004-05-07 | 2009-04-21 | Ballard Power Systems Inc. | Apparatus and method for hybrid power module systems |
| US7632583B2 (en) | 2003-05-06 | 2009-12-15 | Ballard Power Systems Inc. | Apparatus for improving the performance of a fuel cell electric power system |
| CN114383041A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-04-22 | 沪东中华造船(集团)有限公司 | 一种用于lng运输船bog的利用系统及发电方法 |
-
1993
- 1993-10-04 JP JP24775293A patent/JP3517260B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6555989B1 (en) | 2001-11-27 | 2003-04-29 | Ballard Power Systems Inc. | Efficient load-following power generating system |
| US7087327B2 (en) | 2002-05-16 | 2006-08-08 | Ballard Power Systems Inc. | Electric power plant with adjustable array of fuel cell systems |
| JP2006509348A (ja) * | 2002-12-06 | 2006-03-16 | デスビエンス，ドナルド，ジェイ | 付加的な機能のコントロールによる、集積された燃料電池の電力調整 |
| JP4756155B2 (ja) * | 2002-12-06 | 2011-08-24 | フェアチャイルド セミコンダクター コーポレイション | 付加的な機能のコントロールによる、集積された燃料電池の電力調整 |
| US7632583B2 (en) | 2003-05-06 | 2009-12-15 | Ballard Power Systems Inc. | Apparatus for improving the performance of a fuel cell electric power system |
| US6838923B2 (en) | 2003-05-16 | 2005-01-04 | Ballard Power Systems Inc. | Power supply and ultracapacitor based battery simulator |
| US7521138B2 (en) | 2004-05-07 | 2009-04-21 | Ballard Power Systems Inc. | Apparatus and method for hybrid power module systems |
| WO2007043548A1 (ja) * | 2005-10-05 | 2007-04-19 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | 燃料電池システムとその運転方法 |
| JP2007103178A (ja) * | 2005-10-05 | 2007-04-19 | Toyota Motor Corp | 燃料電池システム |
| JP2008159467A (ja) * | 2006-12-25 | 2008-07-10 | Kyocera Corp | 燃料電池装置 |
| CN114383041A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-04-22 | 沪东中华造船(集团)有限公司 | 一种用于lng运输船bog的利用系统及发电方法 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3517260B2 (ja) | 2004-04-12 |
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