JPH09215201A

JPH09215201A - 燃料電池発電装置

Info

Publication number: JPH09215201A
Application number: JP8018576A
Authority: JP
Inventors: Makoto Nagasawa; 誠長沢; Tetsuya Nagai; 鉄也長井
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1996-02-05
Filing date: 1996-02-05
Publication date: 1997-08-15

Abstract

(57)【要約】【課題】逆変換装置に連係点の力率値の調整機能を持た
せるようにした燃料電池発電装置を提供する。【解決手段】燃料電池発電装置１は、公知の燃料電池装
置２、有効電力値の指令信号Ｓａ，無効電力値の指令信
号Ｓｂを入力し，対応する値の有効電力と無効電力を出
力する逆変換装置３、検出部４、演算制御部５を備え
る。検出部４は、信号Ｓ₄₁，Ｓ₄₂を出力する計測部（Ｐ
Ｔ）４１，計測部（ＣＴ）４２と、前記両信号を基に連
係点の有効電力と力率の現在値に対応する信号Ｓ₄₃，Ｓ
₄₄を出力する算出部４３，４４を有する。演算制御部５
は、信号Ｓ₄₃，Ｓ₄₄を入力し、連係点の力率現在値と，
予め設定されている目標力率値との差に対応する比較信
号ΔＳ_cosから逆変換装置３が出力すべき無効電力の指
令値を求め、これに対応する指令信号Ｓｂを出力する。
演算制御部５が比較信号ΔＳ_cosを基にして行う演算
は、周知の比例積分演算，比例積分微分演算が用いられ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、燃料電池装置
と，商用電力網との間で連係運転を行う機能を有する逆
変換装置とを備えた燃料電池発電装置に係わり、逆変換
装置に燃料電池発電装置と商用電力網との接続点におけ
る力率値に対する調整機能を持たせるようにしたその構
造に関する。

【０００２】

【従来の技術】天然ガス等の炭化水素系の燃料を改質す
るなどして得た燃料ガスと空気等の酸化剤ガスとの供給
を受けて直流電力を発生する公知の燃料電池装置を、直
流電力を商用周波数の交流電力に変換する逆変換装置と
組み合わせると共に逆変換装置の交流出力側で商用電力
網と連係させて、負荷装置が必要とする電力を安定に供
給するように構成した燃料電池発電装置が既に提案され
ている。このような燃料電池発電装置においては、逆変
換装置の交流出力側と商用電力網との接続点である連係
点における力率値の調整は、スタティックコンデンサ
（以降、単にコンデンサと略称することがある。）の静
電容量値を切り換えて調整する方法が主として用いられ
てきている。燃料電池発電装置の場合の連係点における
力率値の調整法としては、この他に、半導体変換装置を
利用した静止型調整装置を用いる方法も、無効電力値の
連続した調整が容易であることから用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】最近になって商用電力
網への逆潮流が認められるようになったのであるが、前
述の方法で連係点の力率値調整を行う従来技術の燃料電
池発電装置を用いて、この逆潮流運転を行おうとする場
合には、次記することが問題となることが明らかになっ
てきている。すなわち、（１）連係点の電圧値の変動量
に着目すると、連係点における電力の潮流の方向が順潮
流（ここでは、電力潮流の方向が商用電源から構内負荷
装置に流れ込む通常の潮流を、便宜上、順潮流と呼ぶこ
ととする。）であるか逆潮流であるかによって連係点の
電圧値の変動量は大きく異なることが知られている。コ
ンデンサの静電容量値を切り換えて力率値調整を行う方
法の場合には、連係点の電圧値の変動量が大きいと、コ
ンデンサの静電容量値の切り換えが不連続であり、か
つ、その切り換えステップが粗いためもあって、力率値
のきめ細かい調整が困難であり、力率値の調整をきめ細
かく行おうとして静電容量値の切り換えを頻繁に行う
と、コンデンサの寿命が短くなるとの新たな問題が発生
することになっている。また、（２）静止型調整装置を
用いる方法は、コンデンサの静電容量値を切り換えて力
率値調整を行う方法と比較して、連係点の電圧値の変動
量が大きい場合であっても力率値をきめ細かく調整でき
るのであるが、この方式の製造原価がコンデンサを用い
る方式よりも格段に高価であることが、その重大な欠点
となっている。

【０００４】この発明は、前述の従来技術の問題点に鑑
みなされたものであり、その目的は、逆変換装置に連係
点における力率値の調整機能を持たせるようにした燃料
電池発電装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明では前述の目的
は、１）燃料ガスと酸化剤ガスとを得て直流電力を発生する
燃料電池装置と、この直流電力を商用周波数を持つ交流
電力に変換すると共に，商用電力網との間で連係運転を
行う機能を有する逆変換装置とを備えた燃料電池発電装
置において、逆変換装置の出力側と商用電力網との接続
点における少なくとも力率の値を検出してこれに対応す
る信号を出力する検出部と、この検出部が出力する少な
くとも力率に関する信号を入力することで得られる前記
の接続点における力率の現在値から逆変換装置から出力
されるべき無効電力の値を演算し，この値に対応する無
効電力値の指令信号を逆変換装置に出力する演算制御部
とを備え、逆変換装置は、前記の無効電力値の指令信号
に対応する値の無効電力を出力してなる構成とするこ
と、または、２）前記１項に記載の手段において、検出部は、逆変換
装置の出力側と商用電力網との接続点における有効電力
・力率の値を検出してそれぞれの値に対応する信号を出
力するものであり、演算制御部は、有効電力の算出部か
ら出力された有効電力信号が示す前記の接続点における
有効電力の値が、予め設定されたプラス側の限界値を越
えるか，または，予め設定されたマイナス側の限界値未
満である場合には、力率の算出部から出力された力率信
号が持つ力率値と予め設定されている力率設定値との差
に対応する比較信号を比例積分演算を行なうことで得ら
れた無効電力値の指令信号を出力し、また、有効電力の
算出部から出力された有効電力信号が示す前記の接続点
における有効電力の値が、前記のプラス側の限界値以下
であってしかも前記のマイナス側の限界値以上である場
合には、予め定めておいた無効電力規定値に対応する無
効電力値の指令信号を出力してなる構成とすること、ま
たは、３）前記１項に記載の手段において、検出部は、逆変換
装置の出力側と商用電力網との接続点における有効電力
・力率の値を検出してそれぞれの値に対応する信号を出
力するものであり、演算制御部は、有効電力の算出部か
ら出力された有効電力信号が示す前記の接続点における
有効電力の値が、予め設定されたプラス側の限界値を越
えるか，または，予め設定されたマイナス側の限界値未
満である場合には、力率の算出部から出力された力率信
号が持つ力率値と予め設定された力率設定値との差に対
応する比較信号を比例積分微分演算を行なうことで得ら
れた無効電力値の指令信号を出力し、また、有効電力の
算出部から出力された有効電力信号が示す前記の接続点
における有効電力の値が、前記のプラス側の限界値以下
であってしかも前記のマイナス側の限界値以上である場
合には、予め定めておいた無効電力規定値に対応する無
効電力値の指令信号を出力してなる構成とすること、ま
たは、４）前記１項に記載の手段において、検出部は、逆変換
装置の出力側と商用電力網との接続点における有効電力
・力率の値を検出してそれぞれの値に対応する信号を出
力するものであり、演算制御部は、無効電力値の指令信
号を記憶するメモリ部を有し、有効電力の算出部から出
力された有効電力信号が示す前記の接続点における有効
電力の値が、予め設定されたプラス側の限界値を越える
か，または，予め設定されたマイナス側の限界値未満で
ある場合には、力率の算出部から出力された力率信号が
持つ力率値と予め設定された力率設定値との差に対応す
る比較信号を比例積分演算を行なうことで得られた無効
電力値の指令信号を出力すると共にメモリ部に収納し、
また、有効電力の算出部から出力された有効電力信号が
示す前記の接続点における有効電力の値が、前記のプラ
ス側の限界値以下であってしかも前記のマイナス側の限
界値以上である場合には、メモリ部に収納されている無
効電力値の指令信号を出力してなる構成とすること、ま
たは、５）前記１項に記載の手段において、検出部は、逆変換
装置の出力側と商用電力網との接続点における有効電力
・力率の値を検出してそれぞれの値に対応する信号を出
力するものであり、演算制御部は、無効電力値の指令信
号を記憶するメモリ部を有し、有効電力の算出部から出
力された有効電力信号が示す前記の接続点における有効
電力の値が、予め設定されたプラス側の限界値を越える
か，または，予め設定されたマイナス側の限界値未満で
ある場合には、力率の演算部から出力された力率信号が
持つ力率値と予め設定された力率設定値との差に対応す
る比較信号を比例積分微分演算を行なうことで得られた
無効電力値の指令信号を出力すると共にメモリ部に収納
し、また、有効電力の算出部から出力された有効電力信
号が示す前記の接続点における有効電力の値が、前記の
プラス側の限界値以下であってしかも前記のマイナス側
の限界値以上である場合には、メモリ部に収納されてい
る無効電力値の指令信号を出力してなる構成とするこ
と、さらにまたは、６）前記１項から５項までのいずれかに記載の手段にお
いて、演算制御部は、比例積分演算または比例積分微分
演算における比例定数の値を１００〔％〕〜３００
〔％〕程度の範囲とし、比例積分演算または比例積分微
分演算における積分時間の値を１０〔ｓ〕〜３０〔ｓ〕
程度の範囲としてなる構成とすること、により達成され
る。

【０００６】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図１を用
いて詳細に説明する。ここで図１は、この発明の燃料電
池発電装置の要部を主要な周辺装置と共に示すその回路
構成図である。図１において、１は、燃料電池装置２
と、逆変換装置３と、検出部４と、演算制御部５とを備
えた燃料電池発電装置である。９９は、商用電力網を単
一状の電源として表徴的に示した商用電源である。９８
は、連係点の遮断器であり、９７は、遮断器９８よりも
商用電源９９側に存在する負荷装置の全てを，単一状の
装置として表徴的に示した商用電源負荷装置である。ま
た、９１は、遮断器９８よりも燃料電池装置２側に存在
する構内負荷装置である。燃料電池装置２は、天然ガス
等の炭化水素系の燃料を図示しない燃料改質用の装置に
よって改質して得た燃料ガスと、空気等の酸化剤ガスと
を得て直流電力を発生する公知の装置である。逆変換装
置３は、燃料電池装置２で発生された直流電力を、商用
電源９９の周波数である商用周波数を持つ交流電力に変
換し、かつ、商用電源９９との間で連係運転を行う機能
を有する装置である。また逆変換装置３は、図示しない
有効電力指令装置から出力された有効電力値の指令信号
Ｓａと、演算制御部５から出力された無効電力値の指令
信号Ｓｂとを入力して、両指令信号Ｓａ，Ｓｂに対応す
る値の有効電力と無効電力とを出力する機能を有してい
る。

【０００７】検出部４は、この事例の場合には、電圧の
計測部４１と、電流の計測部４２と、両計測部４１，４
２から出力された信号Ｓ₄₁，Ｓ₄₂とを入力する有効電力
の算出部４３，力率の算出部４４とを有している。計測
部４１は連係点に設置された例えばＰＴであり、計測部
４２は連係点に設置された例えばＣＴであるが、ＰＴ，
ＣＴに限定されず適宜の計測装置の採用が可能である。
算出部４３は両信号Ｓ ₄₁，Ｓ₄₂を基にして連係点におけ
る有効電力の現在値を算出し、有効電力値に対応する信
号Ｓ₄₃を出力する。また、算出部４４は両信号Ｓ₄₁，Ｓ
₄₂を基にして連係点における力率の現在値を算出し、こ
の力率値に対応する信号Ｓ₄₄を出力する。すなわち、検
出部４は、連係点における有効電力および力率の現在値
を検出してそれぞれの値に対応する信号Ｓ₄₃，Ｓ₄₄を出
力する装置であることになり、例えば、連係点における
有効電力および力率の値を直接検出する装置であっても
良いものである。

【０００８】演算制御部５は、少なくとも信号Ｓ₄₄を入
力して、連係点における力率の現在値と、力率の目標値
である予め設定されている力率設定値との差に対応する
比較信号ΔＳ_cosをまず求める。そうして演算制御部５
は、この比較信号ΔＳ_cosに所定の演算を行なうことで
逆変換装置３が出力すべき無効電力値を直ちに求め、こ
の逆変換装置３が出力すべき無効電力値である無効電力
の指令値に対応する指令信号Ｓｂを出力する装置であ
る。演算制御部５が比較信号ΔＳ_cosを基にして行う演
算は、周知の比例積分演算や、比例積分演算に微分演算
を追加することで応答性を改善した周知の比例積分微分
演算などを用いることができる。

【０００９】この発明になる燃料電池発電装置１は前述
の構成を備えているので、逆変換装置３からは、演算制
御部５から出力された指令信号Ｓｂを基にした値の無効
電力が常時出力されることになる。これによって、燃料
電池発電装置１を備えた発電システムでは、商用電源負
荷装置９８や構内負荷装置９１が消費する有効電力の値
と無効電力の値とが変動することで連係点の力率値が変
動を受けたとしても、連係点の力率値は前記の力率設定
値に速やかに回復されるのである。また、この力率設定
値は任意の値に設定することが可能であるので、連係点
の力率値を適宜の値に連続的に変更することも可能とな
るのである。すなわち燃料電池発電装置１を備えた発電
システムでは、従来例における高価な静止型調整装置を
用いること無しに、連係点の電圧値の変動量の如何に関
わらず、連係点の力率値をほぼ一定値に保持することが
でき、この力率値を連続的に調整することも可能となる
のである。また、従来例における力率値調整用のコンデ
ンサの設置を不要としたり、少なくともこのコンデンサ
の容量値の頻繁な切り換えを不要とすることができ、力
率値調整用のコンデンサの寿命の問題を解消することが
できることとなる。

【００１０】また、演算制御部５は、比較信号ΔＳ_cos
を基にして行う演算が比例積分演算であっても比例積分
微分演算であったとしても、演算結果が無効電力値であ
り、現在値と設定値（目標値でもある）とが無効電力と
は単位次元の異なる力率であることから、比例積分部分
におけるゲインがリニアにはならないことになる。演算
制御部５は、このようにその比例積分部分のゲインがリ
ニアにはならないので、比例積分部分の比例定数と積分
時間の値を適正な値に設定することが好ましいものであ
る。発明者らによる試験やシミュレーションなどの結果
によれば、比例定数値は１００〔％〕〜３００〔％〕程
度の範囲とし、積分時間の値は１０〔ｓ〕〜３０〔ｓ〕
程度の範囲とすることが、制御にハンチング（無効電力
指令値が−１００〔％〕〜＋１００〔％〕の間で定常振
動する状態になることを言う。）を生じない範囲で制御
応答を良好にできることが確認できている。

【００１１】しかしながら、比例定数値が１００
〔％〕未満である場合には、比例積分演算等の結果であ
る逆変換装置３が出力すべき無効電力値である無効電力
の指令値に対応する指令信号Ｓｂの応答が、連係点の力
率の現在値に対応する信号Ｓ₄₄の変化に対して遅くなり
過ぎて、設定値に到達するのに要する時間が長時間にな
るという不都合が発生する。また、比例定数値が３０
０〔％〕を越える場合には、比例積分演算のゲインが過
大になり過ぎることで、無効電力指令値が設定値に対し
てオーバーシュートする状態となり、またさらに比例定
数値を大きくした場合には、無効電力指令値がハンチン
グを起こす不都合が発生する。さらに、積分時間値が
１０〔ｓ〕未満である場合には、連係点の力率の現在値
に対応する無効電力指令値の時間的変化の立ち上がり度
合いが大きくなり過ぎて、この場合にも前記のの場合
と同様に、無効電力指令値が設定値に対してオーバーシ
ュートする状態となり、またさらに積分時間値を小さく
した場合には、無効電力指令値がハンチングを起こす不
都合が発生する。さらにまた、積分時間値が３０
〔ｓ〕を越える場合には、連係点の力率の現在値に対応
する無効電力指令値の時間的変化の立ち上がり度合いが
小さくなり過ぎるので、前記のの場合と同様に、設定
値に到達するのに要する時間が長時間になるという不都
合が発生するのである。

【００１２】

【実施例】次に、この発明を実施例によってさらに詳細
に説明する。なお、この項の以下の説明においては、図
１を用いて説明した燃料電池発電装置１と同一部分には
同じ符号を付し、その説明を省略する。実施例１；図２は、請求項１，２，６に対応するこの発
明の一実施例による燃料電池発電装置が備える演算制御
部の回路図である。図２において、５Ａは、ローパスフ
ィルタ６１、差し引き点６２、不感帯設定部６３、比例
積分演算部６４、積分部６５、無効電力規定値の設定部
６６、制限設定部６７、信号切換部６８を有する演算制
御部である。演算制御部５Ａは、信号Ｓ_43,Ｓ₄₄と、力
率の目標値である予め設定されている力率設定値に対応
する信号Ｓ_cosとを入力し、指令信号Ｓｂなどの指令信
号を出力する装置である。

【００１３】ローパスフィルタ６１は、入力された信号
Ｓ₄₄に含まれるノイズ等の急変する成分を除去し、連係
点における平滑化された力率値に対応する信号Ｓ₆₁を出
力する。差し引き点６２において、信号Ｓ₆₁による連係
点における力率値と力率設定値との差に対応する比較信
号ΔＳ_cosがまず求められる。この比較信号ΔＳ_cosの
レベルが不感帯設定部６３による不感帯設定値を越える
と、比例積分演算部６４において比較信号ΔＳ_cosに対
する比例積分演算が施され、その結果として、比例積分
演算部６４から差分型の操作量に対応する信号Ｓ₆₄が出
力される。この信号Ｓ₆₄を求める比例積分演算部６４で
は、この事例の場合には速度形の比例積分演算を採用し
ているので、比例積分演算の結果に公知のごとく微分要
素が含まれることになるので、演算の最終段に積分要素
である積分部６５が設置されているのである。信号Ｓ₆₄
を積分部６５を通すことで、実際の操作量であり、逆変
換装置３が出力すべき無効電力の指令値に対応する指令
信号Ｓｂが得られる。なお試験やシミュレーションなど
の結果によれば、制御にハンチングを生じない範囲で制
御応答を良好にするためには、比例積分演算部６４が持
つ比例定数と積分時間の値は、それぞれ、２００〔％〕
程度と１５〔ｓ〕程度に設定することが最も好ましいこ
とが確認されている。

【００１４】以上説明してきた演算制御部５Ａが、信号
Ｓ₄₄，Ｓ_cosを基にして指令信号Ｓｂを得るところまで
は、発明の実施の形態の項で説明済の演算制御部５が持
つ機能と同一である。演算制御部５は、連係点における
電力潮流の方向の変化が少ない場合には、前述のような
特長を発揮することが可能である。ところが、連係点に
おいては、電力潮流の方向が商用電源９９から構内負荷
装置９１に流れ込む通常の潮流の方向である順潮流と、
逆変換装置３から商用電源負荷装置９７に流れ出る逆潮
流とが、繰り返されることが起こり得る。連係点を通過
する電力潮流が持つ有効電力値が小さい場合には、順潮
流と逆潮流との繰り返しが特に頻繁に起こり得ることが
知られている。順潮流と逆潮流との繰り返しが頻繁に起
こることは、信号Ｓ₄₄の値が大きく変動することを意味
する。信号Ｓ₄₄の値の変動量が大きいと、演算制御部５
で行われる前述の比例積分演算を安定して行うことがで
きず（演算制御部５Ａが有する比例積分演算部６４を主
体として行われる比例積分演算も同様である。）、実際
の操作量であり、逆変換装置３が出力すべき無効電力の
指令値に対応する指令信号Ｓｂが大きく変動したり、最
悪の場合にはハンチングが発生する可能性も有り得るこ
ととなる。

【００１５】この大きく変動する指令信号Ｓｂが逆変換
装置３（図１参照）に与えられると、当然のことなが
ら、逆変換装置３が取り扱わなければならない無効電力
の値も大きく変動することとなる。ところが、この無効
電力の値が大きく変動すると、逆変換装置３を構成する
半導体スイッチング素子のスイッチング損失などの損失
の値が大きく変動することになるので、逆変換装置３が
出力する有効電力値が一定の場合であっても、逆変換装
置３に入力されるべき直流電力、したがって、燃料電池
装置２（図１参照）が出力すべき直流電力の値が変動し
てしまうこととなるのである。しかしながら燃料電池装
置２は、一般の燃料電池装置と同様に、直流出力値が変
動することは、供給すべき燃料ガス量も変動することに
よって、よく知られているところの、水素の欠乏などの
燃料電池装置に特有の問題を惹起してしまうことにもな
る。

【００１６】前記の諸問題の根本原因である連係点にお
ける電力潮流方向の頻繁な変化は、前記したように、連
係点を通過する電力潮流が持つ有効電力値が小さい場合
に主として発生するものである。このことに着目して電
力潮流方向の頻繁な変化にも対処できるようにした演算
制御部が実施例１による演算制御部５Ａである。演算制
御部５Ａでは、入力される信号Ｓ₄₃を用いて、連係点に
おける有効電力の絶対値が小さくなり、この有効電力の
値が、予め設定されたプラス側（順潮流であることを意
味する）の限界値Ｐ₁以下であって、しかも、予め設定
されたマイナス側（逆潮流であることを意味する）の限
界値Ｐ₂以上（マイナス側の場合には、限界値以上とい
うことは、その絶対値がより小さくなる方向であること
を意味するものとする。）である場合には、このこと
を、制限設定部６７で検出し、制限設定部６７から信号
Ｓ₆₇を出力するようにしている。この信号Ｓ₆₇は、信号
切換部６８から出力されるべき信号の切り換えを行うた
めの信号である。信号切換部６８は、信号Ｓ₆₇が入力さ
れていない場合には指令信号Ｓｂをその出力端から出力
するが、信号Ｓ₆₇が入力された場合には、指令信号Ｓｂ
の出力を止めて、設定部６６から出力された信号Ｓ₆₆を
出力するように動作する。設定部６６は、予め定めてお
く規定値の無効電力の指令値を設定する装置であり、設
定された無効電力の規定値に対応する指令信号Ｓ₆₆を出
力する。

【００１７】図２に示す実施例では前述の構成としたの
で、連係点における有効電力の値Ｐが、Ｐ₂＞Ｐ＞Ｐ₁
である場合には、制限設定部６７から信号Ｓ₆₇が出力さ
れないので、演算制御部５Ａは、前述の演算制御部５と
同様に指令信号Ｓｂを出力する。また、連係点における
有効電力の値Ｐの絶対値が小さく、ＰがＰ₁とＰ₂の間
（すなわち、Ｐ₂＜Ｐ＜Ｐ₁）に在る場合には、制限設
定部６７から信号Ｓ₆₇が出力されるので、演算制御部５
Ａは、この場合には前述の演算制御部５とは異なり、予
め定められた一定値の無効電力規定値に対応する指令信
号Ｓ₆₆を出力する。これにより、この場合の逆変換装置
３は、連係点における力率の現在値の如何に関わらず、
一定値の無効電力規定値を出力すればよいので、燃料電
池装置２も一定出力運転を継続することが可能となるの
である。

【００１８】実施例２；図３は、請求項１，３，６に対
応するこの発明の一実施例による燃料電池発電装置が備
える演算制御部の回路図である。図３において、図２に
示した請求項１，２，６に対応するこの発明による演算
制御部と同一部分には同じ符号を付し、その説明を省略
する。なお、図３中には、図２で付した符号について
は、代表的な符号のみを記した。図３において、５Ｂ
は、図２に示したこの発明による演算制御部５Ａに対し
て、微分演算部７と、加え合わせ点７１とを追加して有
する演算制御部である。演算制御部５Ｂは、前述のよう
に比例積分演算を行う演算制御部５Ａと対比すると、微
分演算部７などを追加して備えることで、公知のごと
く、制御の応答性を改善することができることとなる。
なお、実施例２の場合にも、比例積分演算部６４が持つ
比例定数と積分時間の値は、それぞれ、２００〔％〕程
度と１５〔ｓ〕程度に設定することが最も好ましいこと
は、前述の実施例１の場合と同様である。

【００１９】図３に示す実施例では前述の構成としたの
で、前述の実施例１による演算制御部５Ａと同一の作用
・効果を得ながら、無効電力出力値に関する指令信号Ｓ
ｂの応答性を改善することができることになる。実施例３；図４は、請求項１，４，６に対応するこの発
明の一実施例による燃料電池発電装置が備える演算制御
部の回路図である。図４において、図２に示した請求項
１，２，６に対応するこの発明による演算制御部と同一
部分には同じ符号を付し、その説明を省略する。なお、
図４中には、図２で付した符号については、代表的な符
号のみを記した。図４において、５Ｃは、図２に示した
この発明による演算制御部５Ａに対して、設定部６６に
替えてメモリ部８を用いるようにした演算制御部であ
る。

【００２０】メモリ部８は、図４中に示すごとく、信号
切換部６８の出力端から出力される無効電力の指令値に
対応する指令信号を記憶すると共に、その記憶している
内容を出力する機能を有している。したがって演算制御
部５Ｃでは、制限設定部６７から信号Ｓ₆₇が出力されて
いない場合には、演算制御部５Ｃは、積分部６５から出
力された無効電力値の指令信号Ｓｂを演算制御部５Ｃの
外部に出力すると共に、この指令信号Ｓｂをメモリ部８
に記憶させている。このことにより、信号Ｓ₆₇が出力さ
れていない場合には、メモリ部８に記憶されている信号
は、常に最新の指令信号Ｓｂが記憶されていることにな
る。

【００２１】前述のように、連係点における有効電力の
値Ｐの絶対値が減少してＰ₂＜Ｐ＜Ｐ₁となることで、
制限設定部６７から信号Ｓ₆₇が出力された場合には、信
号切換部６８が切り換えられるので、演算制御部５Ｃ
は、メモリ部８に記憶されている指令信号Ｓｂを指令信
号Ｓ₈として演算制御部５Ｃの外部に出力することにな
る。この場合にメモリ部８に記憶されている指令信号Ｓ
ｂは、信号Ｓ₆₇が出力される直前に積分部６５から出力
されていた無効電力値の指令信号Ｓｂである。

【００２２】ここで、前述の実施例１による演算制御部
５Ａにおける、信号切換部６８の切換操作が行われる際
の指令信号Ｓｂについて吟味してみることにする。ま
ず、制限設定部６７から信号Ｓ₆₇が出力されていない場
合には、信号切換部６８の出力端から出力されるのは積
分部６５から出力された無効電力値の指令信号Ｓｂであ
る。制限設定部６７から信号Ｓ₆₇が出力された場合に
は、設定部６６で設定された無効電力の規定値に対応す
る指令信号Ｓ₆₆が、信号切換部６８の出力端から出力さ
れることに切り換わる。すなわち、演算制御部５Ａから
出力される無効電力の指令値は、指令信号Ｓｂから指令
信号Ｓ₆₆に変化する。この時、指令信号Ｓｂと指令信号
Ｓ₆₆との差異が大きい場合には、信号切換部６８の出力
端から出力される信号は急変されることになる。

【００２３】また、比例積分演算部６４などは、信号Ｓ
₆₇が出力されている期間においても動作を継続してお
り、積分部６５からは連係点の力率の現在値に対応する
無効電力値の指令信号Ｓｂが出力され続けている。この
状態で、連係点における有効電力の値Ｐの絶対値が増加
することで制限設定部６７からの信号Ｓ₆₇の出力が停止
されると、信号切換部６８の出力端から出力される信号
は、信号Ｓ₆₇の出力停止が行われた時点における、連係
点の力率の現在値に対応する無効電力値の指令信号Ｓｂ
が出力されることに再度切り換えられる。この場合に
も、連係点の力率の現在値によっては、信号切換部６８
の出力端から出力される信号が対応している無効電力の
指令値が急変することが起こり得る。すなわち、演算制
御部５Ａでは、信号切換部６８の切換時と再切換時と
に、無効電力の指令値が急変することが起こり得る。こ
の無効電力の指令値の急変は、その変化度合いにもよる
が、前述したように燃料電池装置２にとっては好ましく
ないことなのである。

【００２４】これに対して、この演算制御部５Ｃでは、
前記のように、常に最新の指令信号Ｓｂをメモリ部８に
記憶させている。また発明者らの経験によれば、信号切
換部６８の切換え操作が行われる直前の指令信号Ｓｂの
値と、信号切換部６８の再切換え操作が行われた直後の
指令信号Ｓｂの値との差異は小さいものである。このこ
とにより、演算制御部５Ｃでは、信号Ｓ₆₇の出力が開始
された信号切換部６８の切換時には、無効電力の指令値
を切り換えの前後で同一にできる。また、信号Ｓ₆₇の出
力が停止された信号切換部６８の再切換時には、無効電
力の指令値に変化が起こり得るが、その変化量は、演算
制御部５Ｃの場合と比較すると低減することができるの
である。

【００２５】図４に示す実施例では前述の構成としたの
で、前述の実施例１による演算制御部５Ａと同一の作用
・効果を得ながら、信号切換部６８の切換え操作時にお
ける無効電力の指令値の変化量を、実施例１の場合より
も低減することができ、燃料電池装置２のより安定な運
転を行うことが可能となるのである。実施例４；図５は、請求項１，５，６に対応するこの発
明の一実施例による燃料電池発電装置が備える演算制御
部の回路図である。図５において、図２に示した請求項
１，２，６に対応するこの発明による演算制御部、図３
に示した請求項１，３，６に対応するこの発明による演
算制御部、および、図４に示した請求項１，４，６に対
応するこの発明による演算制御部と同一部分には同じ符
号を付し、その説明を省略する。なお、図５中には、図
２で付した符号については、代表的な符号のみを記し
た。

【００２６】図５において、５Ｄは、図４に示したこの
発明による演算制御部５Ｃに対して、微分演算部７と、
加え合わせ点７１とを追加して有する演算制御部であ
る。図５に示す実施例では前述の構成としたので、前述
の実施例３による演算制御部５Ｃと同一の作用・効果を
得ながら、前述の実施例２による演算制御部５Ｂの場合
と同様に、無効電力出力値に関する指令信号Ｓｂの応答
性を改善することができることになる。

【００２７】実施例１〜実施例４における今までの説明
では、比例積分演算部６４が持つ比例定数と積分時間の
値は、２００〔％〕程度と１５〔ｓ〕程度に設定される
としてきたが、これに限定されるものではなく、例え
ば、前述の発明の実施の形態の項で説明済のように、比
例定数値は１００〔％〕〜３００〔％〕程度の範囲と
し、積分時間の値は１０〔ｓ〕〜３０〔ｓ〕程度の範囲
としてもよいことは勿論のことである。

【００２８】

【発明の効果】この発明においては、前記の課題を解決
するための手段の項で述べた構成とすることにより、次
記する効果を奏する。課題を解決するための手段の項の第（１）項による構
成とすることにより、燃料電池発電装置が備える逆変換
装置から演算制御部が出力する指令信号Ｓｂに基づく値
の無効電力が常時出力されることになり、逆変換装置
は、従来技術の静止型調整装置の役目を兼ねることがで
きることになる。これにより、この発明になる燃料電池
発電装置は、連係点における力率値の調整を静止型調整
装置が設置されたと同様の高度な調整レベルを得なが
ら、その製造原価を低減することが可能となる。また、課題を解決するための手段の項の第（２）項による構
成とすることにより、連係点における有効電力の値の多
少に応じて、燃料電池発電装置が備える逆変換装置から
出力すべき無効電力の指令値を切り換えることができる
ことになる。これにより、燃料電池発電装置は、前記の
項による効果を得ながら、連係点における電力潮流方
向の頻繁な変化が生じるような状態であっても、備える
燃料電池装置の一定出力運転を継続することが可能とな
る。

【００２９】課題を解決するための手段の項の第
（３）項による構成とすることにより、前記の項，
項による効果を得ながら、無効電力出力値に関する指令
信号Ｓｂの応答性を改善することが可能となる。課題を解決するための手段の項の第（４）項による構
成とすることにより、信号切換部の切換え操作時におけ
る無効電力の指令値の変化量を低減することができるの
で、前記の項，項による効果を得ながら、燃料電池
発電装置が備える燃料電池装置のより安定な運転を行う
ことが可能となる。

【００３０】課題を解決するための手段の項の第
（５）項による構成とすることにより、前記の項〜
項による効果の全てを、同時に得ることが可能となる。課題を解決するための手段の項の第（６）項による構
成とすることにより、燃料電池発電装置が備える演算制
御部は、その比例積分部分のゲインがリニアにはならな
くても、制御にハンチングを生じない範囲でその制御応
答を良好にすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の燃料電池発電装置の要部を主要な周
辺装置と共に示すその回路構成図

【図２】請求項１，２，６に対応するこの発明の一実施
例による燃料電池発電装置が備える演算制御部の回路図

【図３】請求項１，３，６に対応するこの発明の一実施
例による燃料電池発電装置が備える演算制御部の回路図

【図４】請求項１，４，６に対応するこの発明の一実施
例による燃料電池発電装置が備える演算制御部の回路図

【図５】請求項１，５，６に対応するこの発明の一実施
例による燃料電池発電装置が備える演算制御部の回路図

【符号の説明】

１燃料電池発電装置２燃料電池装置３逆変換装置４検出部４１計測部（ＰＴ）４２計測部（ＣＴ）４３算出部４４算出部５演算制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料ガスと酸化剤ガスとを得て直流電力を
発生する燃料電池装置と、この直流電力を商用周波数を
持つ交流電力に変換すると共に，商用電力網との間で連
係運転を行う機能を有する逆変換装置とを備えた燃料電
池発電装置において、逆変換装置の出力側と商用電力網との接続点における少
なくとも力率の値を検出してこれに対応する信号を出力
する検出部と、この検出部が出力する少なくとも力率に
関する信号を入力することで得られる前記の接続点にお
ける力率の現在値から逆変換装置から出力されるべき無
効電力の値を演算し，この値に対応する無効電力値の指
令信号を逆変換装置に出力する演算制御部とを備え、逆
変換装置は、前記の無効電力値の指令信号に対応する値
の無効電力を出力してなることを特徴とする燃料電池発
電装置。
【請求項２】請求項１に記載の燃料電池発電装置におい
て、検出部は、逆変換装置の出力側と商用電力網との接続点
における有効電力・力率の値を検出してそれぞれの値に
対応する信号を出力するものであり、演算制御部は、有
効電力の算出部から出力された有効電力信号が示す前記
の接続点における有効電力の値が、予め設定されたプラ
ス側の限界値を越えるか，または，予め設定されたマイ
ナス側の限界値未満である場合には、力率の算出部から
出力された力率信号が持つ力率値と予め設定されている
力率設定値との差に対応する比較信号を比例積分演算を
行なうことで得られた無効電力値の指令信号を出力し、
また、有効電力の算出部から出力された有効電力信号が
示す前記の接続点における有効電力の値が、前記のプラ
ス側の限界値以下であってしかも前記のマイナス側の限
界値以上である場合には、予め定めておいた無効電力規
定値に対応する無効電力値の指令信号を出力してなるこ
とを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項３】請求項１に記載の燃料電池発電装置におい
て、検出部は、逆変換装置の出力側と商用電力網との接続点
における有効電力・力率の値を検出してそれぞれの値に
対応する信号を出力するものであり、演算制御部は、有
効電力の算出部から出力された有効電力信号が示す前記
の接続点における有効電力の値が、予め設定されたプラ
ス側の限界値を越えるか，または，予め設定されたマイ
ナス側の限界値未満である場合には、力率の算出部から
出力された力率信号が持つ力率値と予め設定された力率
設定値との差に対応する比較信号を比例積分微分演算を
行なうことで得られた無効電力値の指令信号を出力し、
また、有効電力の算出部から出力された有効電力信号が
示す前記の接続点における有効電力の値が、前記のプラ
ス側の限界値以下であってしかも前記のマイナス側の限
界値以上である場合には、予め定めておいた無効電力規
定値に対応する無効電力値の指令信号を出力してなるこ
とを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項４】請求項１に記載の燃料電池発電装置におい
て、検出部は、逆変換装置の出力側と商用電力網との接続点
における有効電力・力率の値を検出してそれぞれの値に
対応する信号を出力するものであり、演算制御部は、無
効電力値の指令信号を記憶するメモリ部を有し、有効電
力の算出部から出力された有効電力信号が示す前記の接
続点における有効電力の値が、予め設定されたプラス側
の限界値を越えるか，または，予め設定されたマイナス
側の限界値未満である場合には、力率の算出部から出力
された力率信号が持つ力率値と予め設定された力率設定
値との差に対応する比較信号を比例積分演算を行なうこ
とで得られた無効電力値の指令信号を出力すると共にメ
モリ部に収納し、また、有効電力の算出部から出力され
た有効電力信号が示す前記の接続点における有効電力の
値が、前記のプラス側の限界値以下であってしかも前記
のマイナス側の限界値以上である場合には、メモリ部に
収納されている無効電力値の指令信号を出力してなるこ
とを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項５】請求項１に記載の燃料電池発電装置におい
て、検出部は、逆変換装置の出力側と商用電力網との接続点
における有効電力・力率の値を検出してそれぞれの値に
対応する信号を出力するものであり、演算制御部は、無
効電力値の指令信号を記憶するメモリ部を有し、有効電
力の算出部から出力された有効電力信号が示す前記の接
続点における有効電力の値が、予め設定されたプラス側
の限界値を越えるか，または，予め設定されたマイナス
側の限界値未満である場合には、力率の演算部から出力
された力率信号が持つ力率値と予め設定された力率設定
値との差に対応する比較信号を比例積分微分演算を行な
うことで得られた無効電力値の指令信号を出力すると共
にメモリ部に収納し、また、有効電力の算出部から出力
された有効電力信号が示す前記の接続点における有効電
力の値が、前記のプラス側の限界値以下であってしかも
前記のマイナス側の限界値以上である場合には、メモリ
部に収納されている無効電力値の指令信号を出力してな
ることを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項６】請求項１から５までのいずれかに記載の燃
料電池発電装置において、演算制御部は、比例積分演算または比例積分微分演算に
おける比例定数の値を１００〔％〕〜３００〔％〕程度
の範囲とし、比例積分演算または比例積分微分演算にお
ける積分時間の値を１０〔ｓ〕〜３０〔ｓ〕程度の範囲
としてなることを特徴とする燃料電池発電装置。