KR20080105101A

KR20080105101A - 연료 전지를 사용한 비상 전원 시스템, 및 분전반

Info

Publication number: KR20080105101A
Application number: KR1020087023203A
Authority: KR
Inventors: 다쿠오 니시야마; 다케루 이부카; 유키히로 가와지
Original assignee: 신닛뽄세키유 가부시키가이샤
Priority date: 2006-02-23
Filing date: 2007-02-20
Publication date: 2008-12-03
Also published as: WO2007097316A1; JP2007228727A; JP4868883B2; CN101421898A; TW200814481A; TWI406466B; KR101294522B1

Abstract

연료 전지 시스템을 가짐과 함께 계통 전원에 연계하여, 계통 전원이 정전된 경우에 연료 전지 시스템으로부터 전력을 부하에 공급할 수 있는 비상 전원 시스템은, 계통 전원에 접속하는 분전반과, 계통 전원과 분전반 사이에 설치된 차단기와, 이차 전지를 구비한다. 연료 전지 시스템 내에 설치된 파워 컨디셔너의 출력이 분전반에 공급된다. 계통 전원의 정전을 검출하였을 때에, 파워 컨디셔너는 연료 전지 시스템의 동작을 정지시킴과 함께, 정전 검출 신호를 차단기로 송출하여 차단기를 차단 상태로 한다. 차단기가 차단 상태일 때에, 이차 전지로부터 분전반을 통하여 공급되는 전력에 의해 연료 전지 시스템을 시동시키고, 시동 후에는 연료 전지 시스템으로부터 분전반에 교류 전력이 공급되게 한다.

연료 전지 시스템, 계통 전원, 비상 전원 시스템, 분전반, 차단기

Description

연료 전지를 사용한 비상 전원 시스템, 및 분전반{EMERGENCY POWER SOURCE SYSTEM USING FUEL CELL, AND DISTRIBUTION BOARD}

기술분야

본 발명은, 연료 전지를 사용한 비상 전원 시스템에 관한 것으로, 특히, 통상시에는 부하에 전력을 공급하기 위해서 계통 전원에 연계하여 사용되고, 계통 전원측에서의 정전시에는 계통 전원으로부터 해열 (解列) 하여 연료 전지로부터의 전력을 부하에 공급할 수 있는 비상 전원 시스템과, 그러한 비상 전원 시스템에서 사용되는 분전반에 관한 것이다.

배경기술

최근, 전력 소비가 즉 전력 수요가의 장소에 있어서, 분산 전원 장치로서 연료 전지를 배치하고, 전기 사업자로부터 배전되는 전력 즉 계통 전원으로부터의 전력과 연료 전지로부터의 전력을 조합하여 그 전력 소비가에 있어서의 전력 소비를 조달하도록 한 분산형 전원 시스템이 주목을 끌고 있다. 전력 사업자측에서는 복수의 발전 설비와 복수의 변전 설비와 이들 발전 설비 및 변전 설비를 접속하여 전력을 다수의 수요가에게 공급하기 위한 배전 설비가 설치되어, 발전 설비, 변전 설비 및 변전 설비가 전체로서 조화를 유지하도록 운용되고 있고, 전력 사업자측의 이들 설비를 전체로서 계통 전원이라고 부르고 있다.

연료 전지는 직류 전력을 발생하지만, 전력 소비가의 주택 내에 있어서는 계 통 전원으로부터의 교류 전력에 중첩하여 부하에 배전할 필요가 있기 때문에, 분산 전원인 연료 전지를 계통 전원에 연계시킬 필요가 있다. 연료 전지를 계통 전원에 연계시키기 위해서, 연료 전지가 출력하는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하고, 그 주파수나 전압을 계통 전원으로부터의 전력에 적합시키는 파워 컨디셔너 (PCS) 가 사용된다. 파워 컨디셔너로부터의 교류 전력의 출력선은, 일반적으로, 전력 소비가의 주택 내에 형성되는 분전반에 있어서, 계통 전원측에서의 배전선에 접속되고, 이로써, 전력 소비가의 주택 내에 있는 부하에 대하여, 연료 전지로부터의 교류 전력과 계통 전원으로부터의 교류 전력이 함께 공급되게 된다.

도 1 은, 이와 같이 연료 전지에 의한 분산 전원을 계통 전원에 연계시켜 사용하기 위한 종래 전원 시스템의 구성을 나타내고 있다.

분산 전원으로서 연료 전지를 포함하고 교류 전력을 출력하는 연료 전지 시스템 (81) 이 형성되어 있고, 연료 전지 시스템 (81) 의 출력은 분전반 (82) 에 접속되어 있다. 분전반 (82) 은, 계통 전원에도 접속하여, 계통 전원으로부터의 교류 전력과 연료 전지 시스템 (81) 의 교류 전력을 동일한 배전선을 통하여 부하에 공급한다.

연료 전지 시스템 (81) 은, 연료 전지 (91) 와 연료 전지 (91) 에서 발전된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 출력하는 파워 컨디셔너 (PCS) (92) 를 구비하고 있다. 연료 전지 (91) 는, 도 1 에는 나타나 있지 않지만, 탄화수소로 이루어지는 연료, 예를 들어 등유나 LPG (액화 석유 가스) 등의 연료를 개질하여 수소를 생성하는 개질기와, 이 수소와 산소 (또는 공기) 가 공급되어 발전하는 연료 전지 본체를 구비하고 있다. 연료 전지 본체는, 전형적인 연료 전지로서, 수소 및 산소가 각각 공급되는 부극 (負極) 및 정극 (正極) 과, 부극 및 정극 사이에 배치되고 수소 이온이 투과할 수 있는 전해질막을 구비하고 있다.

파워 컨디셔너 (92) 는, 분전반 (82) 을 통하여 입력되는 계통 전원측의 교류 전력에 연계하도록, 연료 전지 (91) 로부터의 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다. 또한, 연료 전지 즉 개질기나 연료 전지 본체를 동작시키기 위해서는, 히터에 의해 이들을 소정의 온도 범위까지 승온시킬 필요가 있고, 또한, 개질기에 연료를 공급하기 위해서는, 펌프를 동작시킬 필요가 있다. 이와 같이 연료 전지 시스템 (81) 의 운전을 위해서는, 히터나 펌프 등의 각종 보조 기기류를 동작시킬 필요가 있고, 히터나 펌프 등을 동작시키기 위한 전력은, 파워 컨디셔너 (92) 로부터 연료 전지에 부여되도록 되어 있다. 연료 전지 시스템 (81) 이 정상 운전 상태에 들어가면, 히터나 펌프를 위한 전력으로는, 연료 전지 (91) 가 발전한 전력의 일부를 사용할 수 있다. 그러나, 연료 전지 시스템 (81) 자체의 시동 (기동) 시에는 연료 전지 (91) 는 아직 발전을 개시하지 않았기 때문에, 계통 전원으로부터 분전반 (82) 을 통하여 파워 컨디셔너 (92) 에 입력되는 교류 전력으로부터 히터나 펌프를 동작시키기 위한 전력을 얻게 한다.

그런데 계통 전원에 상기 서술한 바와 같이 하여 분산 전원을 연계시키는 경우, 분산 전원에서 발생한 전력에 의해 계통 전원측에 악영향이 미치는 경우가 없게 해야 한다. 계통 전원에 대하여 악영향이 미치지 않게 하기 위해서는 어떻게 해야 하는지는, 예를 들어, 일본의 경제 산업성 자원 에너지청이 정리한 「계통 연계 가이드라인」에 나타나 있는데, 특히, 계통 전원측에 있어서 정전 사고가 발생한 경우에는, 분산 전원을 계통 전원으로부터 해열해야 하는 것이 규정되어 있다. 계통 전원측에 있어서의 정전 사고시에 분산 전원이 동작하고 있으면, 정전 중이므로 본래는 충전되어 있지 않아야 하는 계통 전원측의 배전선이나 배전망이 분산 전원에 의해 충전되게 되어, 정전 복구 등의 작업에 있어서의 감전 사고나, 계통 전원이 정상 상태로 복귀할 때에, 계통 전원측에서의 교류 전력의 위상과 배전선측에서의 위상이 일치하지 않는 것에 의한 고장의 발생 우려가 생기기 때문이다. 또한, 분산 전원으로부터 전력이 계통 전원측에 공급되고 있으면, 계통 전원 내에서의 고장 발생 위치의 탐색이 어려워진다. 계통 전원측의 정전 사고시에 분산 전원을 계통 전원으로부터 해열하기 위해서, 분산 전원의 파워 컨디셔너는, 계통 전원측에서의 전력 공급이 중단된 것을 검출하였을 경우에, 신속하게 그 분산 전원의 동작을 정지시키고, 또한 필요에 따라 분산 전원을 배전선으로부터 기계적인 스위치 혹은 차단기에 의해 분리시킬 수 있도록 구성되어 있다.

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

연료 전지는, 기상 조건 등에 상관없이 연료가 있는 한 동작하는 것이기 때문에, 지진 등의 재해가 발생하여 계통 전원에 있어서의 정전이 지속될 것이 상정되는 경우에 있어서의 비상용 전원으로서 유망한 것이다. 그러나, 분산 전원을 계통 전원에 연계하여 사용하고 있는 경우에는, 상기 서술한 바와 같이 보안상 등의 이유에 의해, 계통 전원측에서 정전이 있었던 경우에는 분산 전원이 정지되어야 하기 때문에, 연료 전지를 사용하는 분산 전원이어도 그대로 비상용 전원으로서 사용할 수 있는 것은 아니다. 또한, 연료 전지를 일단 정지시킨 후에 그 연료 전지를 재기동시키려고 해도, 일반적으로는 연료 전지의 재기동에 필요한 전력으로서, 계통 전원으로부터 공급되는 전력을 사용하고 있기 때문에, 계통 전원의 정전시에는 연료 전지의 재기동도 실시할 수 없게 된다. 또한, 일본 특허 공개 : 일본 공개특허공보 평6-223864호에는, 계통 전원측에서 정전이 있었을 경우에, 무정전 전원 장치로부터의 전력을 연료 전지 시스템에 있어서의 펌프나 히터 등에 직접 공급하여 펌프나 히터를 동작시켜, 연료 전지 시스템을 재기동시키는 것이 나타나 있다. 그러나 이 기술에서는, 연료 전지 시스템 내에서 펌프나 히터에 전력을 공급하는 부분의 구성이 복잡해져, 펌프나 히터로의 전력 공급처를 전환하기 위한 제어가 번잡해진다는 문제점이 있다.

그래서 본 발명의 목적은, 연료 전지를 가짐과 함께 계통 전원에 연계되는 분산형 전원 시스템으로서, 계통 전원이 통상적으로 가동하고 있는 경우에는 분산 전원으로서 동작함과 함께, 계통 전원이 정전이 되었을 경우에 있어서도 비상용 전원으로서 사용할 수 있고, 또한 비상용 전원으로서 사용하기 위한 전환 동작을 간편하게 실시할 수 있는 비상 전원 시스템을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 이와 같은 비상 전원 시스템에서 사용되는 분전반을 제공하는 것에 있다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명의 비상 전원 시스템은, 계통 전원에 연계되는 연료 전지 시스템을 갖는 비상 전원 시스템으로서, 계통 전원에 접속함과 함께 부하에 전력을 공급하는 분전반과, 계통 전원과 분전반 사이에 설치된 차단기와, 연료 전지 시스템 내에 설치되고, 연료 전지로부터 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 분전반에 공급하는 제 1 파워 컨디셔너와, 이차 전지와, 이차 전지로부터 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 분전반에 공급하는 제 2 파워 컨디셔너를 구비하고, 제 1 파워 컨디셔너에 있어서 계통 전원의 정전을 검출하였을 때에, 제 1 파워 컨디셔너는 연료 전지 시스템의 동작을 정지시킴과 함께, 정전 검출 신호를 차단기로 송출하여 차단기를 개방 상태로 하고, 차단기가 개방 상태일 때에, 이차 전지로부터 제 2 파워 컨디셔너를 통하여 공급되는 전력에 의해 연료 전지 시스템을 시동할 수 있고, 시동 후에는 연료 전지 시스템으로부터 분전반에 교류 전력이 공급된다.

본 발명의 비상 전원 시스템은, 계통 전원의 정전시에, 연료 전지 시스템을 시동하여 연료 전지 시스템으로부터의 전력만을 부하에 공급할 수 있게 한 것이다. 그러나, 연료 전지 시스템의 정격 출력에는 한계가 있기 때문에, 분전반에 접속되는 부하가 통상 부하와 비상 부하인 경우에는, 계통 전원이 통상 동작하고 있을 때에는 양방의 부하에 전력이 공급되고, 차단기가 개방 상태에 있고 연료 전지 시스템이 시동된 후에는, 비상 부하에만 전력이 공급되게 하는 것이 바람직하다. 비상 부하의 부하 용량은 연료 전지 시스템의 정격 출력 미만으로 하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서는, 차단기가 개방 상태에 있을 때에 계통 전원이 복구된 경우에, 연료 전지 시스템의 운전을 정지하고, 그 후, 차단기를 도통 상태로 되돌 리고, 차단기가 도통 상태로 되돌아간 후에 연료 전지 시스템을 재시동하게 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 재시동을 실현하기 위해서, 차단기의 개방 상태에서 도통 상태로의 복귀를 제어하고, 제 1 및 제 2 파워 컨디셔너에 대한 지령을 발생하는 제어 회로를 추가로 형성할 수 있다.

본 발명에 있어서, 연료 전지 시스템으로는, 탄화수소를 연료로 하는 연료 전지를 갖는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 분전반은, 연료 전지 시스템과 계통 전원을 연계시키고, 부하에 전력을 공급하기 위해서 사용되는 분전반으로서, 연료 전지 시스템에 접속하는 모선과, 모선과 계통 전원 사이에 설치되고, 연료 전지 시스템이 계통 전원에 있어서의 정전을 검출하였을 때에 연료 전지 시스템으로부터 송신되어 오는 신호에 의해 개방 상태로 되는 차단기를 구비하고, 이차 전지가 출력하는 직류 전력을 변환하여 얻어진 교류 전력을 모선에 공급 가능하며, 차단기가 개방 상태에 있을 때에 이차 전지로부터 공급되는 전력에 의해 연료 전지 시스템을 시동할 수 있다.

본 발명에서는, 연료 전지 시스템을 계통 전원에 연계시킨 전원 시스템에 있어서, 계통 전원이 정전된 경우에는 일단은 연료 전지 시스템도 정지하지만, 그 후, 분전반을 통하여 공급되는 이차 전지로부터의 전력을 사용하여 연료 전지 시스템을 시동할 수 있도록 하고 있기 때문에, 이 연료 전지 시스템으로부터의 발전된 전력을 부하에 공급할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명의 비상 전원 시스템은, 평상시에는 계통 전원에 연계됨과 함께, 재해 등의 비상시에 있어서는 비상용 전원으로서 운전이 가능하여, 평상시 및 비상시의 양방에 있어서 유용하다.

도면의 간단한 설명

도 1 은 종래의 전원 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 2 는 본 발명의 일 실시형태의 비상 전원 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.

도 3 은 본 발명의 다른 실시형태의 비상 전원 시스템의 구성을 나타내는 블록도이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

다음으로, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다.

도 2 는 본 발명의 일 실시형태의 비상 전원 시스템을 나타내고 있다. 이 비상 전원 시스템은, 계통 전원에 대하여 연계되는 것으로서, 분산 전원으로서, 교류 전력을 출력하는 연료 전지 시스템 (11) 을 구비함과 함께, 계통 전원으로부터의 전력과 연료 전지 시스템 (11) 으로부터의 전력을 부하에 공급하기 위한 분전반 (14) 을 구비하고 있다. 또한 이 비상 전원 시스템은, 계통 전원측에서의 정전시에 연료 전지 시스템 (11) 을 기동하기 위한 전력을 공급하는 이차 전지 (16) 와, 이차 전지 (16) 를 충전함과 함께 이차 전지 (16) 로부터 출력되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 분전반 (14) 에 공급하는 파워 컨디셔너 (PCS) (17) 를 구비하고 있다. 이차 전지 (16) 로는, 예를 들어 리튬 이온 전지, 니켈 수소 전지, 혹은 납축 전지 등이 사용된다.

분전반 (14) 은, 연료 전지 시스템 (11) 의 출력이 접속하는 모선 (31) 과, 계통 전원에 접속하는 배전선 (39) 과 모선 (31) 사이에 설치된 차단기 (32) 와, 모선 (31) 과 이차 전지 (16) 측의 파워 컨디셔너 (17) 사이에 설치된 스위치 (33) 와, 모선 (31) 과 부하 사이에 설치되는 스위치 (34, 35) 를 구비하고 있다. 차단기 (32) 는, 연료 전지 시스템 (11) 내의 후술하는 파워 컨디셔너 (PCS) (13) 로부터 정전 검출 신호를 수신한 경우에, 개방 상태 (즉 차단 상태) 로 트립한다. 바꿔 말하면 차단기 (32) 는, 모선 (31) 을 자동적으로 계통 전원측으로부터 분리하도록 구성되어 있다.

본 실시형태에서는, 전력 소비가의 주택 내의 부하로서, 계통 전원의 가동시에만 전력이 공급되고 있으면 되는 통상 부하 (41) 와, 계통 전원의 가동시뿐만 아니라 계통 전원의 정전시에도 전력이 공급되어야 하는 비상 부하 (42) 의 2 종류가 있는 것으로 한다. 통상 부하 (41) 는 스위치 (34) 를 통하여 모선 (31) 에 접속되고, 비상 부하 (42) 는 스위치 (35) 를 통하여 모선 (31) 에 접속되어 있다. 이 비상 전원 시스템에서는, 계통 전원으로부터의 교류 전력과 연료 전지 시스템 (11) 으로부터의 교류 전력이, 분전반 (14) 을 통하여 동일한 주택 내 배전선을 통하여 각 부하 (41, 42) 에 공급되게 되어 있다. 또한, 이차 전지 (16) 가 충전 상태에 있는 경우에는, 부하측에서의 전력 소비 상황에 따라, 이차 전지 (16) 로부터 출력되어 파워 컨디셔너 (17) 에 의해 직류 전력에서 변환된 교류 전력도, 각 부하 (41, 42) 에 공급되게 되어 있다. 연료 전지 자체는 부하의 급변에 대하여 대응하기 어려운 것이기 때문에, 부하가 급증하였을 때에는 이차 전지 (16) 로부터의 전력을 부하에 공급하고, 부하가 급감하였을 때에는 이차 전지 (16) 를 충 전하게 함으로써, 계통 전원이 통상 상태일 때에 이 비상 전원 시스템을 효율적으로 운전시킬 수 있게 된다.

연료 전지 시스템 (11) 은, 연료를 개질하여 수소를 생성하는 개질기와 이 수소와 산소 (공기) 가 공급되어 발전하는 연료 전지 본체로 이루어지는 연료 전지 (12) 와, 연료 전지 (12) 에서 발전된 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 출력하는 파워 컨디셔너 (13) 를 구비하고 있다. 연료로는, 예를 들어 등유 또는 LPG (액화 석유 가스) 또는 천연 가스가 사용되고, 따라서 이 연료 전지 시스템 (11) 은, 탄화수소를 연료로 하는 연료 전지를 갖게 된다. 개질기나 연료 전지 본체로는, 도 1 에 나타낸 종래의 전원 시스템에서의 것과 동일한 것이 사용된다.

파워 컨디셔너 (13) 로는, 도 1 에 나타낸 종래의 전원 시스템에 있어서 사용되는 파워 컨디셔너 (92) 와 동일한 것이 사용되지만, 도 2 에 나타내는 비상 전원 시스템에 있어서의 파워 컨디셔너 (13) 는, 계통 전원측에 있어서의 정전을 검출한 경우에, 연료 전지 시스템 (11) 의 동작을 정지시킴과 함께, 계통 전원에 있어서의 정전을 검출하였다는 내용의 신호 즉 정전 검출 신호를 분전반 (14) 에 출력하는 기능을 구비하고 있는 점에서, 도 1 에 나타낸 것과 상이하다. 또한, 계통 전원측에 있어서의 정전을 파워 컨디셔너 (13) 에 있어서 검출하는 방법으로는, 계통 전원에 연계되는 분산 전원의 파워 컨디셔너에 있어서, 현재 일반적으로 사용되고 있는 방법을 사용할 수 있다.

다음으로, 도 2 에 나타낸 비상 전원 시스템의 동작을 설명한다.

계통 전원이 정상적으로 기능하고 있는 경우에는, 차단기 (32), 각 스위치 (33 ∼ 35) 모두 닫혀서 도통 상태로 되어 있고, 계통 전원으로부터의 교류 전력과, 연료 전지 시스템 (11) 으로부터의 교류 전력과, 상황에 따라 이차 전지 (16) 로부터의 파워 컨디셔너 (17) 에서 변환된 교류 전력이 분전반 (14) 를 통하여 부하 (41, 42) 에 공급된다. 연료 전지 시스템 (11) 이 시동되어 있지 않은 경우에는, 연료 전지 시스템 (11) 을 시동하기 위한 전력이, 계통 전원으로부터 파워 컨디셔너 (13) 에 공급된다. 또한, 이차 전지 (16) 는, 소정의 충전 레벨 이상이도록, 파워 컨디셔너 (17) 에 의해 그 충방전이 제어된다. 본 실시형태에 있어서, 소정의 충전 레벨이란, 연료 전지 시스템 (11) 의 시동에 필요한 전력 전부를 이차 전지 (16) 로부터 공급할 수 있는 이상의 충전 레벨로 한다.

계통 전원이 정지 즉 정전되었다고 하자. 연료 전지 시스템 (11) 의 파워 컨디셔너 (13) 에 의해 이 정전이 검출되고, 그 결과, 파워 컨디셔너 (13) 는, 연료 전지 시스템 (11) 의 운전을 자동적으로 정지시키고, 또한, 연료 전지 시스템 (11) 을 필요에 따라 분전반 (14) 으로부터 전기적으로 분리시킴과 함께, 정전 검출 신호를 분전반 (14) 으로 송출한다. 그 결과, 차단기 (32) 가 개방측으로 트립하고, 분전반 (14) 의 모선 (31) 과 계통 전원에 접속하는 배전선 (39) 이 분리되게 된다. 이 때, 이차 전지 (16) 측의 파워 컨디셔너 (17) 도 정전을 검출하여, 이차 전지 (16) 를 자동적으로 분전반 (14) 으로부터 전기적으로 분리시킨다.

이와 같이 분전반 (14) 의 모선 (31) 으로부터, 계통 전원이 분리되고, 연료 전지 시스템 (11) 및 이차 전지 (16) 로부터의 전력 공급이 정지됨으로써, 부하 (41, 42) 에 대한 교류 전력의 공급도 정지된다. 이 상태에서 연료 전지 시스템 (11) 을 비상용 전원으로서 기능시키기 위해서는, 먼저, 스위치 (34, 35) 를 개방 상태로 하여 부하 (41, 42) 를 분전반 (14) 으로부터 분리시키고, 다음으로, 이차 전지 (16) 측의 파워 컨디셔너 (17) 를 작동시켜, 이차 전지 (16) 로부터의 전력을 파워 컨디셔너 (17) 에서 변환하여 얻어지는 교류 전력이 분전반 (14) 에 공급되게 한다. 그리고, 연료 전지 시스템 (11) 의 파워 컨디셔너 (13) 를 조작하여, 연료 전지 시스템 (11) 을 시동시킨다. 즉, 연료 전지 (12) 의 각 보조 기기의 운전을 개시시키고, 연료 전지 (12) 를 시동시킨다. 연료 전지 (12) 가 시동하여 소정의 직류 전력을 출력하게 되면, 그 직류 전력은 파워 컨디셔너 (13) 에 의해 교류 전력으로 변환되어 분전반 (14) 의 모선 (31) 에 공급되게 되기 때문에, 비상 부하 (42) 에 연결되는 스위치 (35) 를 닫아 비상 부하 (42) 에 교류 전력이 공급되게 한다.

이상과 같이 하여, 연료 전지 시스템 (11) 의 재기동이 이루어지고, 비상 부하 (42) 에 대한 교류 전력의 공급이 재개된다.

다음으로, 계통 전원이 정전에서 복구된 경우의 동작을 설명한다. 분전반 (14) 에 있어서 차단기 (32) 보다 계통 전원측의 위치에, 계통 전원측으로부터의 전력으로 발광하는 파일럿 램프를 설치해 두면, 파일럿 램프가 재점등된 것에 의해, 계통 전원이 정전에서 복구되었음을 알 수 있다. 그 경우에는, 수동으로 연료 전지 시스템 (11) 을 정지시키고, 필요에 따라 스위치 (33) 를 개방한 후에, 차단기 (32) 를 닫아, 분전반 (14) 의 모선 (31) 에 대하여 계통 전원측에서의 전 력이 공급되게 한다. 그 후, 연료 전지 시스템 (11) 을 재시동시키고, 또한, 스위치 (33, 34) 를 닫음으로써, 처음에 설명한 통상 운전 상태로 되돌아간다.

이상의 동작에 있어서, 계통 전원측이 정전이 되어 차단기 (32) 가 개방 상태로 된 후, 계통 전원이 복구된 경우에 차단기 (32) 를 다시 투입하여 차단기 (32) 를 도통 상태로 하는데, 차단기 (32) 를 투입하는 시점에서는 연료 전지 시스템 (11) 은 정지해 있어야 한다. 그래서, 연료 전지 시스템 (11) 이 동작하고 있거나, 혹은 연료 전지 시스템 (11) 이 그 시동 과정에 있을 때에는, 개방 상태의 차단기 (32) 가 재투입되지 않게 하는 인터록 장치를 분전반 (14) 에 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 서술한 순서에 있어서는, 연료 전지 시스템 (11) 의 시동이나 각 스위치 (33 ∼ 35) 의 온 오프, 각 파워 컨디셔너 (13, 17) 의 조작 등은, 조작원에 의한 수동으로 행해지도록 하고 있지만, 이들 프로세스를 자동으로 실시할 수 있도록, 분전반 (14) 에 제어 회로를 형성하도록 해도 된다. 도 3 은, 이와 같은 제어 회로를 구비한 비상 전원 시스템을 나타내고 있다.

도 3 에 나타내는 비상 전원 시스템은, 도 2 에 나타내는 비상 전원 시스템과는, 분전반 (14) 내에 제어 회로 (36) 가 형성되어 있는 점에서 상이하다. 제어 회로 (36) 는, 분전반 (14) 내의 차단기 (32) 를 도통 상태로 복귀시키거나, 분전반 (14) 내의 각 스위치 (33 ∼ 35) 를 제어할 수 있음과 함께, 연료 전지 시스템 (11) 내의 파워 컨디셔너 (13) 나, 이차 전지 (16) 로부터의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 파워 컨디셔너 (17) 에 대하여 지령을 내릴 수 있도록 구성 되어 있다. 파워 컨디셔너 (13, 17) 에 대하여 제어 회로 (36) 로부터의 지령을 전달하기 위해서, 분전반 (14) 과 이들 파워 컨디셔너 (13, 17) 사이에는 신호선 (37, 38) 이 형성되어 있다.

제어 회로 (36) 는, 예를 들어 비상 운전 모드 이행을 위한 누름 버튼 스위치인 비상 운전 스위치와, 통상 운전 모드 이행을 위한 누름 버튼 스위치인 통상 운전 스위치를 구비하고 있다. 계통 전원측이 정전이 되어, 상기 서술한 바와 같이 차단기 (32) 가 개방 상태로 트립하고, 연료 전지 시스템 (11) 및 이차 전지 (16) 로부터의 전력 공급이 정지된 상태에서, 비상 운전 스위치가 조작되면, 제어 회로 (36) 는, 스위치 (34, 35) 를 개방 상태로 하는 것부터 연료 전지 시스템 (11) 을 시동시키고, 스위치 (35) 를 온 상태로 하는 것까지의 상기 서술한 처리를 자동적으로 실행한다. 또한, 비상 운전 모드에 있을 때에 통상 운전 스위치가 조작된 경우에는, 제어 회로 (36) 는, 계통 전원이 복구된 것을 확인한 다음, 연료 전지 시스템 (11) 의 정지와 차단기 (32) 의 투입에서 연료 전지 시스템의 재시동, 스위치 (33, 34) 의 투입까지의 처리를 자동적으로 실행한다. 이와 같은 제어 회로 (36) 를 형성함으로써, 본 발명에 기초하는 비상 전원 시스템의 운전 조작을 간단하게 실시할 수 있게 된다.

Claims

계통 전원에 연계되는 연료 전지 시스템을 갖는 비상 전원 시스템으로서,

상기 계통 전원에 접속함과 함께 부하에 전력을 공급하는 분전반과,

상기 계통 전원과 분전반 사이에 설치된 차단기와,

상기 연료 전지 시스템 내에 설치되고, 연료 전지로부터 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 상기 분전반에 공급하는 제 1 파워 컨디셔너와,

이차 전지와,

상기 이차 전지로부터 직류 전력을 교류 전력으로 변환하여 상기 분전반에 공급하는 제 2 파워 컨디셔너를 구비하고,

상기 제 1 파워 컨디셔너에 있어서 상기 계통 전원의 정전을 검출하였을 때에, 상기 제 1 파워 컨디셔너는 상기 연료 전지 시스템의 동작을 정지시킴과 함께, 정전 검출 신호를 상기 차단기로 송출하여 상기 차단기를 개방 상태로 하고,

상기 차단기가 개방 상태일 때에, 상기 이차 전지로부터 상기 제 2 파워 컨디셔너를 통하여 공급되는 전력에 의해 상기 연료 전지 시스템을 시동할 수 있고, 시동 후에는 상기 연료 전지 시스템으로부터 상기 분전반에 교류 전력이 공급되도록 한, 비상 전원 시스템.
제 1 항에 있어서,

상기 분전반에 접속되는 부하는, 통상 부하와 비상 부하이고, 상기 계통 전 원이 통상 동작하고 있을 때에는 상기 통상 부하 및 상기 비상 부하에 전력이 공급되고, 상기 차단기가 개방 상태에 있고 상기 연료 전지 시스템이 시동된 후에는, 상기 비상 부하에만 전력이 공급되는, 비상 전원 시스템.
제 2 항에 있어서,

상기 비상 부하의 부하 용량은 상기 연료 전지 시스템의 정격 출력 미만인, 비상 전원 시스템.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 차단기가 개방 상태에 있을 때에 상기 계통 전원이 복구된 경우에, 상기 연료 전지 시스템의 운전이 정지되고, 그 후, 상기 차단기가 도통 상태로 되돌아가고, 상기 차단기가 도통 상태로 되돌아간 후에, 상기 연료 전지 시스템이 재시동되는, 비상 전원 시스템.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 차단기의 상기 개방 상태에서 상기 도통 상태로의 복귀를 제어하고, 상기 제 1 및 제 2 파워 컨디셔너에 대한 지령을 발생하는 제어 회로를 추가로 구비하는, 비상 전원 시스템.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 연료 전지 시스템은, 탄화수소를 연료로 하는 연료 전지를 갖는, 전원 시스템.
연료 전지 시스템과 계통 전원을 연계시키고, 부하에 전력을 공급하기 위해서 사용되는 분전반으로서,

상기 연료 전지 시스템에 접속하는 모선과,

상기 모선과 상기 계통 전원 사이에 설치되고, 상기 연료 전지 시스템이 상기 계통 전원에 있어서의 정전을 검출하였을 때에 상기 연료 전지 시스템으로부터 송신되어 오는 신호에 의해 개방 상태로 되는 차단기를 구비하고,

이차 전지가 출력하는 직류 전력을 변환하여 얻어진 교류 전력을 상기 모선에 공급 가능하며, 상기 차단기가 개방 상태에 있을 때에 상기 이차 전지로부터 공급되는 전력에 의해 상기 연료 전지 시스템을 시동할 수 있게 한, 분전반.
제 7 항에 있어서,

통상 부하와 비상 부하가 접속되고, 상기 계통 전원이 통상 동작하고 있을 때에는 상기 통상 부하 및 상기 비상 부하에 전력을 공급하고, 상기 차단기가 개방 상태에 있고 상기 연료 전지 시스템이 시동된 후에는, 상기 비상 부하에만 전력을 공급하는, 분전반.
제 8 항에 있어서,

상기 모선과 상기 통상 부하 사이에 설치된 제 1 스위치와,

상기 모선과 상기 비상 부하 사이에 설치된 제 2 스위치와,

상기 차단기의 상기 개방 상태에서 상기 도통 상태로의 복귀를 제어하고, 상기 제 1 및 제 2 스위치에 있어서의 개폐를 제어하는 제어 회로를 추가로 구비하는, 분전반.