(57)【要約】      （修正有）【課題】電力配送システムから迅速に絶縁した場合の燃料電池内に発生した余剰エネルギーから燃料電池への内部損傷を防止すること。【解決手段】各々が電力系統に電力を付与可能な燃料電池及びタービンジェネレータとを備える電気システム１００は、電力系統に結合可能なメインＡＣバス１０２を有する。燃料電池は、インバータを介してメインＡＣバスに結合される。タービンジェネレータは、一連のインバータを介してメインＡＣバスに結合され、そのうちの１つは、燃料電池がメインＡＣバスに接続されたインバータを包含する。一又は複数のロードバンクが付与されて、前記システムが電力系統から切り離された場合に、燃料電池、タービンジェネレータ又は両方から発生される電力のためのロードを付与される。【選択図】図１
2018198526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気システムであって、
メインＡＣバスと、
燃料電池と、
ロードバンクと、
タービンジェネレータと、
バックアップジェネレータと、
無停電電源装置（ＵＰＳ）と、
コントロールシステムと、を備えてなり、
前記メインＡＣバスは、トランスフォーマ及びスイッチギアによって、電力配送システム（ＥＰＤＳ）に電気的に結合可能であり、
前記燃料電池は、ＤＣ出力バスを備えてなり、前記燃料電池ＤＣ出力バスは、燃料電池インバータによって、前記メインＡＣバスに電気的に結合されてなり、
前記ロードバンクは、前記メインＡＣバスに電気的に結合されてなり、
前記タービンジェネレータは、ＡＣ出力バスを備えてなり、前記タービンジェネレータＡＣ出力バスは、メカニカルインバータによって、前記燃料電池ＤＣ出力バスに電気的に結合されてなり、
前記バックアップジェネレータは、前記メインＡＣバスに電気的に結合されたＡＣ出力バスを備えてなり、
前記無停電電源装置（ＵＰＳ）は、前記メインＡＣバスに電気的に結合されてなり、
前記コントロールシステムは、前記無停電電源装置（ＵＰＳ）に電気的に結合されてなる、電気システム。
【請求項２】
前記メインＡＣバスは、前記電力配送システム（ＥＰＤＳ）に電気的に結合されてなり、
前記燃料電池は、ＤＣ電力を発生し、前記燃料電池ＤＣ出力バスにＤＣ電力を付与するものであり、
前記タービンジェネレータは、ＡＣ電力を発生し、及び、前記タービンジェネレータＡＣ出力バスにＡＣ電力を付与するものであり、
前記バックアップジェネレータは、前記バックアップジェネレータＡＣ出力バスにＡＣ電力を付与しないものであり、
前記無停電電源装置（ＵＰＳ）は、前記メインＡＣバスから電力を引き出すものである、請求項１に記載の電気システム。
【請求項３】
前記メインＡＣバスは、前記電力配送システム（ＥＰＤＳ）に電気的に結合されてなり、
前記燃料電池は、ＤＣ電力を発生し、前記燃料電池ＤＣ出力バスにＤＣ電力を付与するものであり、
前記タービンジェネレータは、前記燃料電池ＤＣ出力バスから電力を引き出すものであり、
前記バックアップジェネレータは、前記バックアップジェネレータＡＣ出力バスにＡＣ電力を付与しないものであり、
前記無停電電源装置（ＵＰＳ）は、前記メインＡＣバスから電力を引き出すものである、請求項１に記載の電気システム。
【請求項４】
前記メインＡＣバスは、前記電力配送システム（ＥＰＤＳ）に電気的に結合されていないものであり、
前記燃料電池は、ＤＣ電力を発生し、及び、前記燃料電池ＤＣ出力バスにＤＣ電力を付与するものであり、
前記ロードバンクは、前記メインＡＣバスから電力を引き出すものであり、
前記タービンジェネレータは、ＡＣ電力を発生し、及び、前記タービンジェネレータＡＣ出力バスにＡＣ電力を付与するものであり、
前記バックアップジェネレータは、前記バックアップジェネレータＡＣ出力バスにＡＣ電力を付与しないものであり、
前記無停電電源装置（ＵＰＳ）は、前記メインＡＣバスから電力を引き出すものである、請求項１に記載の電気システム。
【請求項５】
前記ロードバンクは、前記燃料電池と前記タービンジェネレータとによって生成された前記電力と、前記無停電電源装置（ＵＰＳ）によって引き出された前記電力との差に等しい電力の量を引き出すものである、請求項４に記載の電気システム。
【請求項６】
前記メインＡＣバスは、前記電力配送システム（ＥＰＤＳ）に電気的に結合されていないものであり、
前記燃料電池は、ＤＣ電力を発生し、及び、前記燃料電池ＤＣ出力バスにＤＣ電力を付与するものであり、
前記ロードバンクは、前記メインＡＣバスから電力を引き出すものであり、
前記タービンジェネレータは、前記燃料電池ＤＣ出力バスから電力を引き出すものであり、
前記バックアップジェネレータは、前記バックアップジェネレータＡＣ出力バスにＡＣ電力を付与しないものであり、
前記無停電電源装置（ＵＰＳ）は、前記メインＡＣバスから電力を引き出すものである、請求項１に記載の電気システム。
【請求項７】
前記ロードバンクは、前記燃料電池によって生成された前記電力と、前記無停電電源装置（ＵＰＳ）及び前記タービンジェネレータとによって引き出された前記電力との差に等しい電力の量を引き出すものである、請求項６に記載の電気システム。
【請求項８】
前記メインＡＣバスは、前記電力配送システム（ＥＰＤＳ）に電気的に結合されていないものであり、
前記燃料電池は、前記燃料電池ＤＣ出力バスにＤＣ電力を付与しないものであり、
前記タービンジェネレータは、前記メインＡＣ出力バスから電力を引き出すものであり、
前記バックアップジェネレータは、ＡＣ電力を発生し、及び、前記メインＡＣ出力バスにＡＣ電力を付与するものであり、
前記無停電電源装置（ＵＰＳ）は、前記メインＡＣバスから電力を引き出すものである、請求項１に記載の電気システム。
【請求項９】
前記メインＡＣバスは、前記電力配送システム（ＥＰＤＳ）に電気的に結合されていないものであり、
前記燃料電池は、前記燃料電池ＤＣ出力バスにＤＣ電力を付与しないものであり、
前記タービンジェネレータは、ＡＣ電力を発生し、及び、前記タービンジェネレータＡＣ出力バスにＡＣ電力を付与するものであり、
前記ロードバンクは、前記メインＡＣバスから電力を引き出すものであり、
前記バックアップジェネレータは、ＡＣ電力を発生し、及び、前記メインＡＣ出力バスにＡＣ電力を付与するものであり、
前記無停電電源装置（ＵＰＳ）は、前記メインＡＣバスから電力を引き出すものである、請求項１に記載の電気システム。
【請求項１０】
前記ロードバンクは、前記タービンジェネレータ及び前記バックアップジェネレータによって生成された前記電力と、前記無停電電源装置（ＵＰＳ）によって引き出された前記電力との差に等しい電力の量を引き出すものである、請求項６に記載の電気システム。
【請求項１１】
電力プラントを動作する方法であって、
前記電力プラントは、各々が電力配送システムに電力を付与することができる、燃料電池及びタービンジェネレータを備えてなり、
前記電力プラントが前記電力配送システムに接続されている場合、
前記燃料電池が電力発生モードで動作し、前記電力配送システムに電力を付与し、
前記タービンジェネレータが電力発生モードで動作し、電力を前記電力配送システムに付与し、又は、前記タービンジェネレータがモータリングモードで動作し、前記タービンジェネレータは、前記電力プラントにおける燃料電池ＤＣ主力バスから電力を引き出し、及び、
前記電力プラントにおけるコントロールシステムが動作し、前記コントロールシステムが前記電力プラントにおけるメインＡＣバスから電力を引き出すことを含んでなり；
前記電力プラントが前記電力配送システムから切り離されている場合、
前記タービンジェネレータがモータリングモードで動作する場合、前記燃料電池が電力発生モードで動作し、前記メインＡＣバスに電力を付与し、及び、前記タービンジェネレータに電力を付与し、
前記タービンジェネレータが電力発生モードで動作し、前記メインＡＣバスに電力を付与し、又は、前記タービンジェネレータがモータリングモードで動作し、前記タービンジェネレータが前記燃料電池ＤＣ出力バスから電力を引き出し、
前記電力プラントにおける前記コントロールシステムが動作し、前記コントロールシステムが前記電力プラントにおける前記メインＡＣバスから電力を引き出し、及び
ロードバンクを付与し、前記メインＡＣバスから電力を引き出すことを含んでなる、電力プラントを動作する方法。
【請求項１２】
電力発生モードで動作する場合、前記ロードバンクと伴に、前記燃料電池により発生した前記電力と、前記タービンジェネレータにより発生した全ての電力との差に等しい電力の量を、及び
前記コントロールシステムにより引き出された前記電力と、
前記電力配送システムに付与された全ての電力と、
前記タービンジェネレータがモータリングモードで動作する場合、前記タービンジェネレータに付与された全ての電力と、を引き出すことを更に含んでなる、請求項１１に記載の電力プラントを動作する方法。
【請求項１３】
トランスフォーマー及びスイッチギアを介して、前記メインＡＣバスから前記電力配送システムに電力を付与することを更に含んでなる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
燃料電池インバータを介して、前記燃料電池ＤＣ出力バスから前記メインＡＣバスに電力を付与することを更に含んでなる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
メカニカルインバータを介して、タービンジェネレータＡＣ出力バスから前記燃料電池ＤＣ出力バスに電力を付与することを更に含んでなる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
電力プラントを動作する方法であって、
前記電力プラントは、各々が電力配送システムに電力を付与することができる、燃料電池及びタービンジェネレータを備えてなり、
前記燃料電池が前記電力配送システムに電力を付与しない場合であり、及び、前記電力プラントが前記電力配送システムに接続されている場合、
前記タービンジェネレータが電力発生モードで動作し、前記電力配送システムに電力を付与し、又は、前記タービンジェネレータがモータリングモードで動作し、前記タービンジェネレータは、前記電力配送システムから電力を引き出し、及び、
前記電力プラントにおけるコントロールシステムが動作し、前記コントロールシステムが前記電力プラントにおけるメインＡＣバスから電力を引き出すことを含んでなり；
前記燃料電池が前記電力配送システムに電力を付与しない場合であり、及び、前記電力プラントが前記電力配送システムから切り離されている場合、
前記タービンジェネレータが電力発生モードで動作し、メインＡＣバスに電力を付与し、又は、前記タービンジェネレータがモータリングモードで動作し、前記タービンジェネレータが前記メインＡＣバスから電力を引き出し、
前記バックアップジェネレータが動作し、前記メインＡＣバスに電力を付与し、
前記電力プラントにおける前記コントロールシステムを動作し、前記コントロールシステムが前記メインＡＣバスから電力を引き出し、及び
前記タービンジェネレータが電力発生モードで動作する場合、ロードバンクを付与し、前記メインＡＣバスから電力を引き出すことを含んでなる、電力プラントを動作する方法。
【請求項１７】
電力発生モードで動作する場合、前記ロードバンクと伴に、前記バックアップジェネレータにより発生した全ての電力と、前記タービンジェネレータにより発生した全ての電力との差に等しい電力の量を、及び
前記コントロールシステムにより引き出された前記電力と、
前記タービンジェネレータがモータリングモードで動作する場合、前記タービンジェネレータに付与された全ての電力と、を引き出することを更に含んでなる、請求項１６に記載の電力プラントを動作する方法。
【請求項１８】
トランスフォーマー及びスイッチギアを介して、前記メインＡＣバスから前記電力配送システムに電力を付与することを更に含んでなる、請求項１６に記載の電力プラントを動作する方法。
【請求項１９】
メカニカルインバータを介して、前記タービンジェネレータＡＣ出力バスから燃料電池ＤＣ出力バスに電力を付与することを更に含んでなる、請求項１８に記載の電力プラントを動作する方法。
【請求項２０】
前記バックアップジェネレータから前記メインＡＣバスに付与された前記電力が、前記コントールシステムにより引き出された電力の量と等しいものである、請求項１６に記載の電力プラントを動作する方法に記載の電気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願〕
本願は、２０１７年５月２４日に米国へ出願された米国特許出願第１５／６０４，３８０号に基づくパリ条約の優先権の利益を伴ったものである。本明細書は、参考として、当該米国特許出願に開示された全ての内容を包含するものである。本願は、２０１７年５月２４日と同日時に米国へ出願された米国特許出願第１５／６０４，４０７号〔発明の名称：燃料電池電力システム用ＡＣ結合型電力エレクトロニクスシステム〕と関連するものであり、本明細書は、参考として、当該米国特許出願に開示された全ての内容を包含するものである。
【０００２】
本開示は、燃料電池電力プラント（発電所；以下同じ）における電力電子コントロールシステムに関する。これらの燃料電池電力プラントは、電力を電力供給（配電；以下同じ）システムに供給（provide:付与;提供；以下同じ）することができる、燃料電池及びタービンジェネレータ（発電機；発生器；以下同じ）の両方を有してよい。
【背景技術】
【０００３】
燃料電池システムが使用されて、様々な用途のために、電力を発生させる。これら用途の諸例としては、小規模な家庭用器具から国家電力グリッド（電力配送系；以下同じ）に電力を供給しうる、大規模な産業用電力プラントまでが包含される。
【０００４】
燃料電池システムもまた、設計及び機能において異なるものである。燃料電池の全ては、燃料源と酸化剤源とを組み合わせて電子を放出する電気化学反応により、電気を発生させるものであるが、しかし、燃料及び酸化剤を前記燃料電池電極に供給する特定のシステム又は方法、並びに前記燃料と前記酸化剤との組み合わせの仕方は、他のシステムと全く相違するものであってもよい。このような燃料電池システムの1つは、ターボジェネレータのコンプレッサ（圧縮機）を利用し、酸化剤（例えば、空気）を加圧し、それによって、酸化剤の入口と排気口との間に差圧を生じさせて、前記酸化剤を燃料電池システムに強制的に流すものである。前記燃料電池の電気化学反応で使用されない酸化剤及び燃料は組み合わされて、かつ、燃焼されて、タービンを介して膨張されうる高温及び高圧の流体を供給する。タービンによって得られた前記エネルギーが使用され、前記コンプレッサに電力（回転）を付与する。前記コンプレッサによって要求された余剰（余剰）タービン発生エネルギーが使用されて、ジェネレータに電力を供給する。前記ジェネレータからの電力は、前記燃料電池システムの電気出力と組み合わせてよい。さらには、前記ジェネレータは、前記ターボジェネレータの前記タービン及び前記コンプレッサを回転させるための電力を引き出すモータとして動作するように構成されてもよい。
【０００５】
上記された、前記燃料電池、ターボジェネレータシステムは、大規模燃料電池電力プラントにおいて有用であり、それは、国家電力グリッド又は他の大規模電力配送（電力配電；以下同じ）システムに電力を供給し得る。大規模電力配送システムの課題は、前記電力配送システムの動作条件に影響を及ぼす、他の電力プラント、電力配送（配電）設備及び電力負荷の相互作用によって引き起こされる。電力配送システムの動作条件が、それに接続された燃料電池電力プラント用の安全動作限界の外にある場合、前記燃料電池電力プラントは、前記電力配送システムから迅速に絶縁されて、前記燃料電池電力に対する損傷を防止する必要がある。しかしながら、前記燃料電池電力プラントを電力配送系統から切り離すことができる程速やかに、前記燃料電池電気化学反応を停止させることができず、それによって、前記燃料電池内に発生した前記余剰（過剰；以下同じ）エネルギーから前記燃料電池への内部損傷の危険性がある。さらに、燃料電池システムは、シャットダウンし（又は始動時に加熱し）、例えば、前記燃料電池アノードの制御されていない酸化に起因する損傷を防止する際に、燃料電池システムは、正確かつ制御された方法で冷却する必要があり得る。燃料電池システムの冷却速度を制御する1つの方法は、前記燃料電池を介して前記酸化剤の流れを制御することであってもよい。上述のような燃料電池電力プラントにおいては、これらの要因は、前記燃料電池システムと前記ターボジェネレータとの間における機械的及び電気的相互作用によって複雑なものとなる。
【０００６】
上記した困難に対処する改善されたシステム及び方法が必要とされている。
【０００７】
本願は、特許請求の範囲に記載された一又は複数の特徴、及び/又は、単独又は任意の組み合わせにおいて、特許可能な技術的事項（主題）を含むことができる以下の特徴を開示する。
【０００８】
本開示の幾つかの実施態様によれば、電気システム（電力系統；以下同じ）が付与される。前記電気システムは、メイン（主；以下同じ）ＡＣバス、トランスフォーマ（変圧器；以下同じ）、スイッチギア（歯車）、燃料電池（フュェルセル）、ロード（負荷）バンク、タービンジェネレータ（発電機）、バックアップジェネレータ、無停電電源装置（ＵＰＳ）、及びコントロール（制御；調節；管制）システムを備えることができる。前記メインＡＣバスは、前記トランスフォーマ及び前記スイッチギアによって、電力配送（電力配電）システム（ＥＰＤＳ）に電気的に結合可能である。前記燃料電池は、燃料電池インバータによって、前記メインＡＣバスに電気的に結合され得るＤＣ出力バスを有することができる。前記ロードバンクは、前記メインＡＣバスに電気的に結合されてもよい。前記タービンジェネレータは、メカニカルインバータによって、前記燃料電池ＤＣ出力バスに電気的に結合されたＡＣ出力バスを有することができる。前記バックアップジェネレータは、前記メインＡＣバスに電気的に結合されたＡＣ出力バスを有することができる。前記ＵＰＳは、前記メインＡＣバスに電気的に結合されてもよく、及び、前記コントロールシステムは、前記ＵＰＳに電気的に結合されてもよい。
【０００９】
本開示の幾つかの実施形態によれば、各々がＥＰＤＳに電力を付与することができる、燃料電池システム及びタービンジェネレータを有する電力プラントを動作（操作；運転；以下同じ）する方法が付与される。前記電力プラントが前記ＥＰＤＳに接続されている場合、前記方法は、前記燃料電池を電力発生（発電；以下同じ）モードで動作させて前記ＥＰＤＳに電力を付与し；前記タービンジェネレータを電力発生モードで動作させて前記ＥＰＤＳに電力を付与し；又は、モータリング（自走；以下同じ）モードで動作し、ここで、前記ジェネレータが燃料電池ＤＣ出力バスに電力を引き出し；及び、前記電力プラントのメインＡＣバスから電力を引き出すことにより前記電力プラントのコントロールシステムを動作すること；を含んでなる。前記電力プラントが前記ＥＰＤＳから切り離されている場合、前記燃料電池は、電力発生モードで動作し、前記メインＡＣバス及び前記タービンジェネレータに電力を付与し、前記タービンジェネレータがモータリングモードで動作している場合、前記タービンジェネレータが電力発生モードで動作し、メインＡＣバスに電力を付与し、前記コントロールシステムがメインＡＣバスから電力を引き出すことにより動作させてよく、及び、ロードバンクは前記メインＡＣバスから電力を引き出してもよい。
【００１０】
本開示の幾つかの実施形態によれば、各々がＥＰＤＳに電力を付与することができる、燃料電池システム及びタービンジェネレータを有する電力プラントを動作する方法が付与される。前記燃料電池が電力を前記ＥＰＤＳに付与せず、かつ、前記電力プラントが前記ＥＰＤＳに接続されている場合、前記タービンジェネレータを電力発生モードで動作させて前記ＥＰＤＳに電力を付与し；又は、モータリングモードで動作し、ここで、前記タービンジェネレータが前記ＥＰＤＳから電力を引き出し；及び、前記電力プラントコントロールシステムが前記メインＡＣバスから電力を引き出してもよい。前記燃料電池が電力を付与せず、かつ、前記電力プラントが前記ＥＰＤＳから切り離されている場合、前記タービンジェネレータが電力発生モードで動作させ、及び、電力を前記メインＡＣバスに付与し、或は、モータリングモードで動作され、ここで、前記タービンジェネレータは、メインＡＣバスから電力を引き出し、前記バックアップジェネレータが動作されて、電力を前記メインＡＣバスに付与し、前記メインＡＣバスから電力を引き出して、前記コントロールシステムを動作させてよく、及び、前記タービンジェネレータが発電モードで動作している場合、前記ロードバンクが設けられて、前記メインＡＣバスから電力が引き出されてよい。
【００１１】
本開示の幾つかの実施態様によれば、電気システムが付与される。前記電気システムは、メインＡＣバス、ＤＣ出力バスを有する燃料電池、燃料電池インバータ、燃料電池ロードバンク、ＡＣ出力バスを有するタービンジェネレータ、メカニカルインバータ、グリッドインバータ、タービンジェネレータロードバンク、タービンジェネレータロードバンク、ＡＣ出力バスを有するバックアップジェネレータ、無停電電源（ＵＰＳ）、及びコントロールシステムを備えることができる。前記メインＡＣバスは、トランスフォーマー（トランスフォーマ）及びスイッチギアによって電力系統（ユーティリティグリッド；電力付与網；電力供給／配給網；以下同じ）に接続可能である。前記燃料電池ＤＣ出力バスは、前記燃料電池インバータによって前記メインＡＣバスに接続することができる。前記燃料電池ロードバンクは、前記メインＡＣバスに接続されてもよい。前記タービンジェネレータＡＣ出力バスは、メカニカルインバータ及びグリッドインバータによって前記メインＡＣバスに接続することができる。前記バックアップジェネレータＡＣ出力バスは、前記メインＡＣバスに接続されてもよい。前記ＵＰＳは前記メインＡＣバスに接続されてよく、及び、前記コントロールシステムに電力を付与するように構成（configured；構築；以下同じ）されてよい。このシステムは、タービンジェネレータロードバンクをさらに含んでもよい。
【００１２】
本開示の幾つかの実施態様によれば、各々が電力系統（電力供給網；電力配送システム；以下同じ）に電力を付与することができる燃料電池及びタービンジェネレータを有する電力プラントを動作（操作、運転、稼働）する方法が付与される。前記電力プラントが前記電力系統に接続されている場合、前記方法は、電力グリッドに電力を付与する前記燃料電池を電力発生モードで動作させて、前記電力系統に電力を付与し、前記タービンジェネレータを電力発生モードで動作させ、電力を前記電力系統に付与し、或は、前記タービンジェネレータをモータリングモードで動作させ、ここで、前記タービンジェネレータは、前記メインＡＣバスから電力を引き出し、及び、前記メインＡＣバスから電力を引き出して、前記電力プラントのコントロールシステムを動作することを含んでなるものである。前記電力プラントが電力系統から切り離されている場合、前記方法は、前記燃料電池を電力発生モードで動作させ、前記メインＡＣバスに電力を付与し、前記タービンジェネレータを電力発生モードで動作させ、タービンジェネレータ負荷に電力を付与し、或は、前記タービンジェネレータをモータリングモードで動作させ、ここで、電力は前記燃料電池から引き出されるものであり、前記タービンジェネレータからの電力を引き出すことができるタービンジェネレータロードバンクを提供し、及び、前記燃料電池から電力を引き出すことにより前記コントロールシステムを動作し、及び、燃料電池ロードバンクを付与し前記メインＡＣバスから電力を引き出すことを備えてなる。
【００１３】
本開示の幾つかの実施態様によれば、各々が電力系統に電力を付与することができる、燃料電池及びタービンジェネレータを有する電力プラントを動作する方法が提供される。前記燃料電池が電力を付与せず、前記電力プラントが前記電力系統に接続されている場合、前記方法は、電力発生モードで前記タービンジェネレータを動作させ、電力を前記電力系統に付与すること、或は、モータリングモードで前記タービンジェネレータを動作させること、ここで、前記タービンジェネレータは前記電力系統から電力を引き出すものであり、及び、前記電力プラントのコントロールシステムを動作させることを含んでなり、ここで、前記コントロールシステムは、電力系統から電力を引き出す。前記燃料電池が電力を発生しておらず、かつ、前記電力プラントが前記電力系統から切り離されてなる場合、前記方法は、電力発生モードで前記タービンジェネレータを動作させ、タービンジェネレータロードバンクに電力を付与すること、或は、モータリングモードで前記タービンジェネレータを動作すること、ここで、前記タービンジェネレータは前記バックアップジェネレータから電力を引き出すものであり、それが電力発生モードで動作させる場合、タービンジェネレータロードバンクを提供し、前記タービンジェネレータから電力を引き出すものであり、それがモータリングモードで動作させる場合、前記バックアップジェネレータを動作させ、前記タービンジェネレータに電力を付与すること、前記バックアップジェネレータもまた、前記コントロールシステムに電力を付与すること、及び、前記コントロールシステムを動作させ、前記コントロールシステムは前記バックアップジェネレータから電力を引き出すことを含んでなる。
【００１４】
本発明特定事項（主題）のこれら及び他の多くの利点は、本開示が特許請求の範囲、添付図面、及び以下の好ましい実施態様の詳細な説明を熟考可能な関連当業者により容易に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本開示の幾つかの実施態様による電気システムの概略図である。
【００１６】
【図２】図２は、本開示の幾つかの実施態様による電力供給システムに結合された電気システムの概略図である。
【００１７】
【図３】図３は、本開示の幾つかの実施態様による電力供給システム及び前記電力供給システムに電力を供給する燃料電池に結合された電気システムの概略図である。
【００１８】
【図４】図４は、本開示の幾つかの実施態様による電力供給システム、燃料電池、及び前記電力供給システムに電力を供給するタービンジェネレータとに結合された電気システムの概略図である。
【００１９】
【図５】図５は、本開示の幾つかの実施態様による電力供給システム及び前記電力供給システムに電力を供給する燃料電池から分離された電気システムの概略図である。
【００２０】
【図６】図６は、本開示の幾つかの実施態様による電力供給システム、燃料電池、及び前記電気システムに電力を供給するタービンジェネレータとから分離された電気システムの概略図である。
【００２１】
【図７】図７は、本開示の幾つかの実施態様による電力供給システム及び前記電気システムに電力を供給するバックアップジェネレータから分離された電気システムの概略図である。
【００２２】
【図８】図８は、本開示の幾つかの実施態様による電力供給システム、バックアップジェネレータ、及び前記電気システムに電力を供給するタービンジェネレータから分離された電気システムの概略図である。
【００２３】
【図９】図９は、本開示の幾つかの実施態様による電気システムの動作状態フロー図である。
【００２４】
【図１０】図１０は、本開示の幾つかの実施態様による電気システムの概略図である。
【００２５】
【図１１】図１１は、本開示の幾つかの実施態様による電気システムの概略図である。
【００２６】
【図１２】図１２は、本開示の幾つかの実施態様による電力供給システム及び前記電力供給システムに電力を供給する燃料電池に結合された電気システムの概略図である。
【００２７】
【図１３】図１３は、本開示の幾つかの実施態様による電力供給システム、燃料電池、及び前記電力供給システムに電力を供給するタービンジェネレータに結合された電気システムの概略図である。
【００２８】
【図１４】図１４は、本開示の幾つかの実施態様による電力供給システム及び前記電気システムに電力を供給する燃料電池から分離された電気システムの概略図である。
【００２９】
【図１５】図１５は、本開示の幾つかの実施態様による電力供給システム、燃料電池、及び前記電気システムに電力を供給するタービンジェネレータから分離された電気システムの概略図である。
【００３０】
【図１６】図１６は、本開示の幾つかの実施態様による電力供給システム及び前記電気システムに電力を供給するバックアップジェネレータから分離された電気システムの概略図である。
【００３１】
【図１７】図１７は、本開示の幾つかの実施態様による、電力供給システム、タービンジェネレータ、及び前記電気システムに電力を供給するバックアップジェネレータから分離された電気システムの概略図である。
【００３２】
【図１８】図１８は、本開示の幾つかの実施態様による電気システムの動作状態の流れ図である。
【００３３】
本開示は、様々な改変及び代替態様が可能ではあるが、特定の実施態様が図面による諸例として示されており、本明細書において以下に詳細に説明される。しかしながら、本開示は、記載された特定態様に限定して企図されるものではないことは理解されるべきである。むしろ、本開示は、添付した特許請求の範囲によって定義される開示の思想及び範囲内に入る全ての改変物、代替物、及び均等物を包摂するものである。
【００３４】
本開示の原理の理解を促進する目的で、図面に示されている多くの実施態様が参照され、特定の言語がこれを説明するために使用される。
【００３５】
本開示の幾つかの実施態様によれば、電気システム１００が図１に例証されている。前記電気システム１００は、メインＡＣバス１０２と、電力配送システム（ＥＰＤＳ）１０４と、トランスフォーマ１０６と、スイッチギア１０８と、燃料電池１１０と、ＤＣ出力バス１１２と、インバータ１１４と、ロードバンク１１６と、タービンジェネレータ１１８、ＡＣ出力バス１２０、インバータ１２２、バックアップジェネレータ１２４、ＡＣ出力バス１２６、無停電電力供給源（無停電電源；以下同じ）（ＵＰＳ）１２８及びコントロールシステム１３０を備えてなる。
【００３６】
メインＡＣバス１０２は、トランスフォーマ１０６及びスイッチギア１０８によってＥＰＤＳ１０４に電気的に接続可能であってよい。幾つかの実施態様では、追加の部品（以下、構成要素；構成部材；構成材；コンポーネント；ということがある）、例えば、ブレーカ及びディスコネクト等が、前記メインＡＣバス１０２と前記ＥＰＤＳ１０４との間に、電気的に結合されてもよい。これら追加構成要素は、前記メインＡＣバス１０２、それに電気的に結合された機器又はその両方の為に、更なる結合及び保護機能を提供することができる。メインＡＣバス１０２及びそれに取り付けられた機器は、三相ＡＣ電力をサポートするように構成されてよい。
【００３７】
電力配送システム（ＥＰＤＳ）１０４は、国又は地域の電力グリッド（配送系；網ともいう。以下同じ）であってもよい。幾つかの実施態様では、ＥＰＤＳ１０４は、複数の電力ジェネレータ、電力伝達装置、電気負荷、又はこれらの任意の組み合わせが電気的に結合されている任意のシステムであってもよい。
【００３８】
トランスフォーマ１０６は、一の電圧から別の電圧へ電流を変換することが可能である。幾つかの実施態様では、トランスフォーマ１０６は、メインＡＣバス１０２の三相ＡＣ電圧をＥＰＤＳ１０４の異なる三相ＡＣ電圧に変換することが可能である。さらに、トランスフォーマ１０６は、ＥＰＤＳ１０４の電圧からメインＡＣバス１０２の電圧を絶縁（隔離）してもよい。トランスフォーマ１０６は、単一の部品として示されているが、これは、トランスフォーマ１０６の機能を提供することができる、複数のトランスフォーマ、他の部品、又はその両方を備えてもよい。さらに、トランスフォーマ１０６は、メインＡＣバス１０２とスイッチギア１０８との間に配置されてなるが、それは、一の他のもの、及び前記メインＡＣバス１０２、及びＥＰＤＳ１０４に関係して、トランスフォーマ１０６及びスイッチギア１０８の前記配置が変更され得ることを当然に認識されるべきである。
【００３９】
スイッチギア１０８は、例えば、異常グリッド状態の場合に、ＥＰＤＳ１０４から燃料電池電力プラントの電気システムを切断（又は切り離す）することができる。逆に、スイッチギア１０８は、例えば通常のグリッド状態の間に、燃料電池電力プラントの電気システムをＥＰＤＳ１０４に接続（又は結合）することができる。スイッチギア１０８が燃料電池電力プラントをＥＰＤＳから電気的に切断する場合、スイッチギア１０８は開放位置にあると説明することができ、スイッチギア１０８が燃料電池電力プラントをＥＰＤＳ１０４に電気的に接続する場合、前記スイッチは閉じた位置であると説明することができる。
【００４０】
スイッチギア１０８はスイッチとして特徴付けられるが、当業者であれば、スイッチギア１０８は、ＥＰＤＳ１０４から燃料電池電力プラントを電気的に接続及び切断するように機能可能な何れかの部品又は多数の部品）を備えてもよい。
【００４１】
燃料電池１１０は、何れかの特定タイプの燃料電池であってもよい。幾つかの実施態様では、前記燃料電池１１０は、固体酸化物燃料電池であってもよい。前記燃料電池１１０は、それぞれがアノード、カソード、及び電解質を備えた複数の燃料電池を備えてもよい。前記燃料（例えば、メタン、天然ガス、Ｈ2、ＣＯ等）は、前記アノードで酸化剤（例えば、周辺空気から抽出された酸素、又は周辺空気の一部を形成する酸素）と組み合わせて、電子を放出し、水を包含する反応生成物を形成してよい。これらの電子は、前記電子が酸化剤をイオン化する１つ以上の相互接続を介して前記カソードに移動してもよい。次いで、前記イオン化された酸化剤は固体酸化物電解質を通って移動してもよく、前記固体酸化物電解質は流体燃料及び酸化剤に対して不浸透性であってよい。複数の燃料電池は、様々な、直列、並列、又は両方の組合せにおいて配置されてよく、結果物として生じる、システム電圧、電流、及び電力を発生することができる。幾つかの実施態様では、前記燃料電池１１０は、米国特許出願第１４／９１４，９８２号（当該特許出願に開示された内容は参考のために、本明細書に包摂される）に開示されているような、電圧レギュレータ（調整器；以下同じ）コンバータ（例えば、ＤＣコンバータ）をさらに備えてもよく、前記燃料電池１１０が構成され得る前記複数の燃料電池の出力管理を改善するものである。この生成された電力は、最終的にＥＰＤＳ１０４に供給される。
【００４２】
ＤＣ出力バス１１２は、前記燃料電池１１０と前記インバータ１１４との間に、電気的結合を提供する。さらに、ＤＣ出力バス１１２は、インバータ１２２との電気的結合を提供する。ＤＣ出力バス１１２は、単に電気的接続として図１に示されているが、当業者であれば、図１は、簡易な概略図であることは理解するであろう。前記した接続を提供することに加えて、ＤＣ出力バス１１２は、適正で、安全で、及び効率的な動作の為の、一又は二以上（複数）のブレーカ、スイッチ、計装用の器具類又は接続器、或は、その他の部品を備えてもよい。
【００４３】
インバータ１１４は、ＤＣ出力バス１１２とメインＡＣバス１０２との間において、電気的接続（結合及び分離）、並びに、ＡＣからＤＣへ、又はＤＣからＡＣへの変換を提供する。インバータ１１４に供給されるＤＣ電力は、インバータ１１４よりＡＣ電力中に変換されてよい。前記燃料電池電力プラントが前記ＥＰＤＳ１０４に電気的に接続された場合（「グリッド依存モード」とも呼ばれる）、前記インバータ１１４が、前記変換されたＤＣ電力（ＤＣ出力バス１１２から）の前記ＡＣ電圧及び位相を、ＥＰＤＳ１０４の電圧及び位相（メインＡＣバス１０２の電圧及び位相をＥＰＤＳ１０４の電圧及び位相に適合させるように構成されてよい）に同期化し、一方で、前記ＡＣ電流、ＡＣ実行電力、無効電力又はその両方、或は、前記したものの任意の組み合わせを制御し、その結果、ＤＣ出力バス１１２から前記ＤＣ電力の変換を生じさせる。前記燃料電池電力プラントが前記ＥＰＤＳ１０４から電気的に切り離される場合（「グリッド独立モード」とも呼ばれる）、先に記載した特徴（機能）の追加とは別個に、又はそれに加えて、前記インバータ１１４は、前記ＤＣ出力バス１１２から前記電力の変換から前記ＡＣ出力電圧及び位相を独立して制御するこができる。更に、インバータ１１４は、電流制限（最大、最大長持続時間、最大短持続時間）、ＤＣリンク電圧制限（約５００〜８００Ｖ  ＤＣの範囲内であり、及び、幾つかの実施態様では、〜１００−２５００Ｖ  ＤＣ）、周波数変動制限等の、保護すべき機能を有してよい。
【００４４】
インバータ１１４は、単一部品として、図１に例証されているが、当業者は図１が簡易な概略図であると理解するであろう。インバータ１１４は、先に記載したように、前記インバータ１１４の機能を実行するために必要とされるように構成された複数の電気部品を備えてよい。
【００４５】
ロードバンク１１６は、メインＡＣバス１０２に電気的に接続（結合）されてもよい。前記燃料電池電力プラントがＥＰＤＳ１０４から急速に切断されなければならない場合に、ロードバンク１１６は余剰電力を消費するように機能してよい。幾つかの諸例では、前記燃料電池電力プラントは、燃料電池１１０、タービンジェネレータ１１８、又はその両方を停止させるか、又は電力出力を低減させることよりも速い手法において、ＥＰＤＳ１０４から切り離さなければならない。前記燃料電池１１０と一緒に、タービンジェネレータ１１８、又はその両方が依然として電力を発生している場合、ＥＰＤＳ１０４を介して供給される電気負荷は、もはや、前記燃料電池電力プラントに結合されないことから、その電力は消費されなければならない。この余剰電力は、ロードバンク１１６によって消費される。
【００４６】
ロードバンク１１６は、フライホイール（勢車）バンク、キャパシタバンク、レジスタ（抵抗器）バンク、バッテリバンク、これら前記のものの組み合わせ、又は前記燃料電池電力プラントによって生成された余剰電力を消費可能な何れかの他の電気負荷であってもよい。フライホイールバンク、キャパシタバンク、バッテリバンク又はこれらの組合せを用いることの利点の１つは、前記燃料電池電力プラントがＥＰＤＳ１０４に再結合されるか、又は前記燃料電池電力プラントの電力負荷に使用される場合（例えば、モーターリングタービンジェネレータ１１８又は電力コントロールシステム１３０）、再結合（回収）され得る余剰電気エネルギーの機械的、電気的、化学的な貯蔵であってよい。
【００４７】
幾つかの実施態様では、ロードバンク１１６は、ＤＣ出力バス１１２に直接結合されてもよい。
【００４８】
タービンジェネレータ１１８は、上述した前記ターボジェネレータと同様であってもよい。例えば、タービンジェネレータ１１８は、シャフトを介して適切な構成（配置）で接続されたコンプレッサ、タービン、及びジェネレータを備えてなることができる。前記コンプレッサは、周囲空気、又は他の供給源から酸化剤を引き入れ（吸入）して加圧し、前記燃料電池１１０及び関連システム内の前記空気及び流体フローを駆動することができる。次いで、加圧された酸化剤は、酸化剤入口及び排気ピッティングを通って流れ、前記燃料電池１１０に酸化剤を供給し、及び、前記燃料電池１１０から酸化剤を除去する。幾つかの実施態様では、前記コンプレッサは、前記燃料電池１１０、他のサポートシステム、又はその両方で使用するために、他の流体源、例えば、還元し、又は不活性化した気体を圧縮するように構成されてよい。前記燃料電池１１０から排出された前記酸化剤は、前記燃料電池１１０からの未使用燃料、或は、他の燃料源と一緒に混合されてよく、かつ、燃焼されて、加熱された排気流体を提供することができる。幾つかの実施態様では、燃焼された排出酸化剤及び未使用燃料の量は制御され、必要な特性を有する流体フローを達成し、前記タービンを介して抽出される場合、所望のエネルギーを提供する。幾つかの実施態様では、殆ど又は全く燃焼されなかった排出酸化剤及び未使用燃料が燃焼され、寧ろ、前記排出された流体フローは、所望の作業出力（例えば、燃焼機の駆動、電力の供給、又はこれらの両方）のために、前記タービンを動作するのに十分である。この加熱された排気流体が使用され、燃料電池１１０に入る前に、燃料、酸化剤、又はその両方に、回復させ、又は他の熱交換機能を提供してもよい。前記加熱された排気流体は、タービンジェネレータ１１８の前記タービンを介して膨張され、前記シャフト仕事を付与し前記コンプレッサーを回転させてよい。前記タービンはジェネレータに機械的に結合されて電力を生成することができる。前記タービンジェネレータ１１８のタービン及び回転ジェネレータの回転エネルギーがジェネレータによって電力に変換される場合、前記タービンジェネレータ１１８は「発生（発電）モード」で動作してもよい。
【００４９】
幾つかの実施態様では、前記タービンジェネレータ１１８のジェネレータは、発生（発電）モードで動作するよう構成されて、それにより電力の外部源（外部電力源：以下同じ）が前記ジェネレータに付加されてもよい。前記付加した電力は前記ジェネレータ、即ち、タービンジェネレータ１１８、の回転エネルギーに変換されてよい。このモータリングモードにおいて、前記タービンジェネレータ１１８の動作は、「モータリングモード」と呼ばれてもよい。モータリングモードでは、タービンジェネレータ１１８の回転は、タービンジェネレータ１１８のコンプレッサに転送され、前記燃料電池１１０により使用されるために、酸化剤又は他の流体源を圧縮する。幾つかの実施態様では、前記タービンジェネレータ１１８のタービンは、前記ジェネレータ、前記コンプレッサ、又はそれらの両方から切り離（分離）され、モータリングモードで前記コンプレッサを回転させるのに必要なエネルギー量を低減する。
【００５０】
ＡＣ出力バス１２０は、タービンジェネレータ１１８に電気的に接続可能（結合可能）であってよい。ＡＣ出力バス１２０は前記タービンジェネレータ１１８と前記前記インバータ１２２との間の電気的接続を提供する構造、例えばワイヤ、ケーブル、バスバー、及びこれらの組み合わせを提供する。ＡＣ出力バス１２０が単なる電気的接続として図１に示されているが、しかし、当業者であれば、図１は、概略図であることを理解するであろう。上述した接続を提供することに加えて、ＡＣ出力バス１２０は、適正で、安全で、及び効率的な動作の為の、一又は二以上（複数）のブレーカ、スイッチ、計装用の器具類又は接続器、或は、その他の部品を備えてもよい。
【００５１】
インバータ１２２は、前記ＡＣ出力バス１２０と前記ＤＣ出力バス１１２との間に電気的結合及び電気的変換を提供することができる。例えば、前記タービンジェネレータ１１８が発電し、前記ＡＣ出力バス１２０に電力を供給する場合、インバータ１２２は、このＡＣ電力をＤＣ電力に変換して、ＤＣ出力バス１１２にて活用する。この変換は、前記変換されたＤＣ電圧の制御することが必要とされる。前記タービンジェネレータ１１８がモータリングモードで動作している場合、前記インバータ１２２は、前記ＤＣ出力バス１１２からＤＣ電力に変換し、それを変換し、前記ＡＣ出力バス１２０にＡＣ電力に供給する。
【００５２】
インバータ１２２もまた使用され、前記タービンジェネレータ１１８の速度及び前記タービンジェネレータ１１８に掛かっているトルクを制御することができる。前記ジェネレータ１１８のタービンの速度を制御することもまた、前記タービンジェネレータ１１８の動作（運転）モードに関係なく、直接的又は間接的に前記コンプレッサの速度を制御することが可能である。上記の通り、前記コンプレッサは、酸化剤、又は他の流体を供給し、これらは燃料電池１１０の電気化学反応として使用され、かつ、前記燃料電池１１０の温度及び温度変化率、又は他の動作、を制御する手段として使用され（例えば、ヒートアップ又はクールダウン）、並びに、燃料電池１１０又はその支持システムに関連する他の機能として使用する。前記燃料電池１１０及びタービンジェネレータ１１８の機械的及び電気的相互作用、並びに、燃料電池電力プラント及びＥＰＤＳ１０４の前記電気的結合は、図１に開示された一又は二以上（複数）の構成要素（部品）を備えた電気システムによって管理することができる。
【００５３】
前記バックアップジェネレータ１２４は、例えば、ディーゼル、ガソリン、天然ガス、又は他のジェネレータであってよい。幾つかの実施態様では、前記バックアップジェネレータ１２４は風力ジェネレータ又は太陽ジェネレータであってもよい。当業者には理解されているように、前記バックアップジェネレータ１２４を備えた特定タイプの構成要素（部品）は、発電、変換、又は貯蔵に適したデバイスのいずれであってよく、それは、グリッド障害事象の場合に、並びに、燃料電池のクールダウン（冷却）及び他のシステム設計基準の間に前記コントロールシステム１３０及び前記モータタービンジェネレータ１１８に電力を供給するのに十分な容量を有する場合に、容易に利用可能な前記システム設計限界に適合することが可能なものである。バックアップジェネレータ１２４は、前述のシステム設計基準を満たすために様々なタイプの複数の部品を備えてなることは理解されるべきである。
【００５４】
バックアップジェネレータ１２４は、異常動作状態の場合、燃料電池電力プラントに補助電力を供給することができる。例えば、燃料電池電力プラントがＥＰＤＳ１０４に結合されていない場合、前記バックアップジェネレータは電力源を提供することができる。幾つかの実施態様では、前記タービンジェネレータ１１８が電力を生成している間に、前記燃料電池１１０は電力を発生していないかもしれない。前記バックアップジェネレータ１２４は、そのような状況で使用され、前記電力プラントコントロールシステム１３０に安定した電力源を提供する。前記タービンジェネレータ１１８は、前記コントロールシステム１３０に或る電力を供給することができるが、タービンジェネレータ１１８によって生成される電力の利用性及び量は変動し得る。タービンジェネレータ１１８はまた、制御された方法で前記コンプレッサを回転させるエネルギーを提供することが要求され、前記燃料電池１１０の前記安全なクールダウン（又はヒートアップ又は他の動作）を提供する。コントロールシステム１３０に電力を安定に供給することに加えて、モータリングモードで動作する場合、前記バックアップジェネレータ１２４によって生成された電力は、インバータ１２２に電力を提供し、タービンジェネレータ１１８に電力を供給する。
【００５５】
幾つかの実施態様では、前記バックアップジェネレータ１２４が前記ＡＣ出力バス１２６に電力を供給していない可能性がある。しかし、これは、前記バックアップジェネレータが何らかの形で動作していない可能性を意味するものではない。例えば、前記バックアップジェネレータ１２４は、ウォームアップ又はクールダウン動作、メンテナンス、他の動作のために動作することができ、これについては、前記バックアップジェネレータ１２４から前記ＡＣ出力バス１２６にＡＣ電力が全く供給されていないというものである。幾つかの実施態様では、前記バックアップジェネレータ１２４は、前記メインＡＣバス１０２から電気的に切り離された前記ＡＣ出力バス１２６に、電力を供給することができる。
【００５６】
ＡＣ出力バス１２６は、バックアップジェネレータ１２４を前記メインＡＣバス１０２に結合することができる。ＡＣ出力バス１２０及びＤＣ出力バス１１２に関して上述したように、図１は、電気システム１００の簡易な概略図を例示する。ＡＣ出力バス１２６は、追加の機能を提供する追加の部品を備えてなる。
【００５７】
さらに、無停電電源装置（ＵＰＳ）１２８が提供され、コントロールシステム１３０をメインＡＣバス１０２に電気的に結合する。さらに、ＵＰＳ１２８は、他の供給源、例えば、ＥＰＤＳ１０４、燃料電池１１０、タービンジェネレータ１１８、バックアップジェネレータ１２４、又はこれらの任意の組合せの故障から、電力の遮断中に使用される電気エネルギーの貯蔵の為に提供する。ＵＰＳ１２８は、電力源の移行中、又は他の供給源からの電力が利用できない随時に、コントロールシステム１３０に連続的な電力をさらに供給することができる。ＵＰＳ１２８はまた、コントロールシステム１３０によって引き出された電力を調整することもできる（例えば、電圧、位相等を制御する）。ＵＰＳ１２８は、バッテリ、化学、電気又は機械、又は他の部品であり、上記した詳細な機能を付与するように構成される。
【００５８】
ＵＰＳ１２８は、メインＡＣバス１０２から電力を引き出すことができる。前記メインＡＣバスの前記電力は、ＥＰＤＳ１０４、燃料電池１１０、タービンジェネレータ１１８、バックアップジェネレータ１２４、ロードバンク１１６、或はこれらの組み合わせ又は他の部品によって付与されてもよい。
【００５９】
コントロールシステム１３０（「プラントのバランス」とも呼ばれる）は、システムの安全な動作の為に、電気システム１００内の各構成要素（部品）を制御、監視、及び通信するように構成されてもよい。さらに、コントロールシステム１３０は、図１には示されていない他の構成要素を含む、システム１００内に、様々な部品（構成要素）に電力を供給することができる。例えば、コントロールシステム１３０は、バルブ、ヒーター、ポンプ、遠隔操作されるブレーカー及びスイッチ、照明、計装（温度、圧力、流量など）、ロック、自動又は手動遠隔保護システム及び他の構成要素（部品）の動作を制御し、これらは、燃料電池電力プラントの安全又は効率的な動作（運転）を高めることができる。コントロールシステム１３０は、電気システム１００の動作をサポートするのに使用される複数のサブシステム用に、上述及び他の部品の動作を制御するように構成されてもよい。
【００６０】
本開示の幾つかの実施態様によれば、電気システム２００が図１１に例示されている。電気システム２００は、メインＡＣバス１０２、及び電力配送システム（ＥＰＤＳ）１０４、トランスフォーマ１０６、スイッチ１０８、燃料電池１１０、ＤＣ出力バス１１２、インバータ１２２、ロードバンク１１６、タービンジェネレータ１１８、ＡＣ出力バス１０２、バックアップジェネレータ１２４、ＡＣ出力バス１２６、無停電電源装置（ＵＰＳ）１２８、及びコントロールシステム１３０を備えてなり、これは、上述の通り、前記メインＡＣバス１０２、及び電力配送システム（ＥＰＤＳ）１０４、トランスフォーマ１０６、スイッチ１０８、燃料電池１１０、ＤＣ出力バス１１２、インバータ１１４、ロードバンク１１６、タービンジェネレータ１１８、ＡＣ出力バス１２０、バックアップジェネレータ１２４、ＡＣ出力バス１２６、無停電電源装置（ＵＰＳ）１２８、及びコントロールシステム１３０と同様であってよい。
【００６１】
図２に示すように、メインＡＣバス１０２は、ＥＰＤＳ１０４に電気的に結合されてもよい。この電気的結合は、スイッチギア１０８が閉鎖位置にあることによって達成され得る。前記ＥＰＤＳ１０４は、メインＡＣバス１０２及びそれに直接的又は間接的に電気的に結合された部品に電力を供給することができる。燃料電池１１０は、電力を発生しておらず、ＤＣ出力バス１１２に電力を供給していないか、又はその両方であってもよい。タービンジェネレータ１１８は、前記ジェネレータがモータとして機能する「モータリングモード」で動作し、そのようにして、タービンジェネレータ１１８が電気エネルギーをタービンジェネレータ１１８のタービン及びコンプレッサの回転エネルギーに変換する。モータリングモードにおいて、タービンジェネレータ１１８は、ＤＣ出力バス１１２から電力を引き出す。幾つかの実施態様では、タービンジェネレータ１１８の前記タービンは、例えば、前記クラッチによって前記ジェネレータから切り離され、そのようにして、前記コンプレッサのみが回転され、それによってエネルギーを節約する。前記タービンジェネレータ１１８の前記コンプレッサは回転され、酸化剤又は他の流体を圧縮し、その中の電気化学反応、ヒートアップ又はクールダウン動作（操作）、又は他の何らかの燃料電池動作又はサポートシステム動作のため、前記燃料電池１１０によって使用される。前記バックアップジェネレータ１２４は、前記ＡＣ出力バス１２６に電力を供給していないかもしれない。前記バックアップジェネレータ１２４は、他の何らかの動作又は理由のために動作してもよい。幾つかの実施態様では、前記バックアップジェネレータ１２４は、メインＡＣバス１０２に電気的に結合されていないＡＣ出力１２６に電力を供給することができる。いずれの実施態様においても、前記バックアップジェネレータ１２４によって生成された電力は、タービンジェネレータ１１８のモータリングを駆動することも、コントロールシステム１３０に電力を供給することも、ＵＰＳ１２８を再充電することにも利用できない。ＵＰＳ１２８は、メインＡＣバス１０２から電力を引き出し、そして、前記コントロールシステム１３０に電力を供給する。ＵＰＳ１２８とコントロールシステム１３０によって引き出される電力との間に一時的な不均衡が存在することがあるが、これらの引き出される電力の平均は、ＵＰＳ１２８が完全な準備状態を再充電し、かつ、維持することができるようする。
【００６２】
矢印１３６及び１３８は、それぞれ、前記ＥＰＤＳ１０４から前記コントロールシステム１３０及び前記タービンジェネレータ１１８への電力の流れを示す。前記ＥＰＤＳ１０４からの電力は、スイッチギア１０８及びトランスフォーマ１０６を通ってメインＡＣバス１０２に流れる。電力は前記メインＡＣバス１０２から前記ＵＰＳ１２８及びインバータ１１４に流れる。電力は、ＵＰＳ１２８からコントロールシステムインバータ１３０に電力が供給される。ＤＣ出力バス１１２からの電力は、インバータ１２２によってＡＣ電力に変換される。前記変換されたＡＣ電力が使用され、前記タービンジェネレータ１１８の永久磁気同期モータを高速で駆動する。この変換では、前記ＡＣ電流、電圧、及び位相を制御し、タービンジェネレータ１１８の前記コンプレッサの所望の回転速度を達成し、前記燃料電池１１０のための酸化剤（又は他の流体）の加圧及び流れを制御する。幾つかの実施態様において、前記燃料電池１１０はまた、ＤＣ出力バス１１２からＤＣ電流を引き出すことができる。
【００６３】
矢印は、上記図２及び以下の多くの図において示され、かつ、開示されている一方、これらの矢印は可能な電気的流れ、及びそれらの流れの方向を表しているが、全ての可能な電気的流れを示すわけでもなく、必然的に、同時に流れる能力を示すわけでもない。むしろ、当業者には理解されるように、部品（構成要素）間の特定の電力の流れは、お互いに関連するこれら部品（構成要素）の電気的パラメータによって駆動される。例えば、図３（以下に説明する）は、ＥＰＤＳ１０４からＵＰＳ１２８への電力の流れ、及び燃料電池１１０からＥＰＤＳ１０４への電力の流れを示すことができ、並びに、当業者は、燃料電池１１０がＵＰＳ１２８に電力を供給することができ、及び、前記ＥＰＤＳと前記メインＡＣバス１０２との間の流れは同時に起こらないことがあることを認識する。また、これらの例示された流れは、同時に発生しない可能性のある電気的流れ経路及び方向の幾つかを表す。
【００６４】
本開示の幾つかの実施態様によれば、電気システム３００が図３に例示されている。前記電気システム３００は、メインＡＣバス１０２、及び電力配送（電力配電）システム（ＥＰＤＳ）１０４、トランスフォーマ１０６、スイッチ１０８、燃料電池１１０、ＤＣ出力バス１１２、インバータ１１４、ロードバンク１１６、タービンジェネレータ１１８、ＡＣ出力バス１０２、インバータ１２２、バックアップジェネレータ１２４、ＡＣ出力バス１２６、無停電電源（ＵＰＳ）１２８、及びコントロールシステム１３０を備えてなるものであり、これらは、既に述べた通り、メインＡＣバス１０２、及び電力配送（電力配電）システム（ＥＰＤＳ）１０４、トランスフォーマ１０６、スイッチギア１０８、燃料電池１１０、ＤＣ出力バス１１２、インバータ１１４、ロードバンク１１６、タービンジェネレータ１１８、ＡＣ出力バス１０２、インバータ１２２、バックアップジェネレータ１２４、ＡＣ出力バス１２６、無停電電源（ＵＰＳ）１２８、及びコントロールシステム１３０と同様であってよい。
【００６５】
図３に示すように、前記メインＡＣバス１０２は、前記ＥＰＤＳ１０４に電気的に結合されてよい。前記ＥＰＤＳ１０４は、メインＡＣバス１０２及びそれに直接的又は間接的に電気的に結合された部品に電力を供給することができる。前記燃料電池１１０は、ＤＣ電力を生成しており、及び、ＤＣ出力バス１１２にＤＣ電力を供給している。前記タービンジェネレータ１１８は、ＤＣ出力バス１１２から電力を引き出すことができる。前記バックアップジェネレータ１２４は、ＡＣ電力を前記ＡＣ出力バス１２６へ供給することはない。前記ＵＰＳ１２８は、メインＡＣバス１０２から電力を引き出すことができる。
【００６６】
前記燃料電池１１０によって生成された電力は、ＤＣ出力バス１１２に供給されてもよい。矢印１４４で示されるように、前記電力は前記ＤＣ出力バス１１２からインバータ１１４に流れることができる。インバータ１１４は、ＤＣ電力からＡＣ電力に変換し、前記メインＡＣバス１０２に配置され得る前記ＥＰＤＳ１０４の電圧及び位相を一致させる。前記変換されたＡＣ電力の前記電圧及び位相は、前記ＥＰＤＳのＡＣ電力と互換性を有する一方、前記インバータ１１４は、前記結果として得られた変換されたＡＣ電力の実行電力及び無効電力を制御することもできる。前記変換されたＡＣ電力は、次に、メインＡＣバス１０２に、並びに、前記コントロールシステム１３０、前記ＥＰＤＳ１０４、又はその両方に、流れる。コントロールシステム１３０に流れる電力の場合、この電力はコントロールシステム１３０に達する前に前記ＵＰＳ１２８を通過する。前記ＥＰＤＳ１０４に流れる電力の場合、この電力はＥＰＤＳ１０４に達する前にトランスフォーマ１０６及びスイッチギア１０８を通過する。
【００６７】
前記ＥＰＤＳ１０４からの電力は、前記電気システム３００に流れてもよい。例えば、幾つかの実施態様では、ＥＰＤＳ１０４からの電力は、ＵＰＳ１２８及びメインＡＣバス１０２を介してコントロールシステム１３０に流れることができる。この電力の流れは、矢印１４０によって示される。
【００６８】
ＤＣ出力バス１１２からの電力は、矢印１４２で示されているように、インバータ１２２を介してタービンジェネレータ１１８に流れてもよい。インバータ１２２は、ＤＣ出力バス１１２でＤＣ電力をＡＣ出力バス１２０の要求された電圧、電流及び位相に変換し、タービンジェネレータ１１８のタービン、コンプレッサ及びジェネレータを所望の速度で回転させる。前記ジェネレータの永久磁気同期モータは前記タービンジェネレータ１１８を高速で運転（駆動）し、そのようにして、前記タービンジェネレータ１１８の前記コンプレッサは、前記燃料電池システムに、加圧された酸化剤、又は他の流体を供給し続けてよい。
【００６９】
本開示の幾つかの実施態様によれば、図４に例証されている電気システム４００が開示されている。前記電気システム４００は、メインＡＣ出力バス１２０、電力配送システム（ＥＰＤＳ）１０４、トランスフォーマ１０６、スイッチ１０８、燃料電池１１０、ＤＣ出力バス１１２、インバータ１１４、ロードバンク１１６、タービンジェネレータ１１８、ＡＣ出力バス１２０、インバータ１２２、バックアップジェネレータ１２４、ＡＣ出力バス１２６、無停電電源（ＵＰＳ）１２８及びコントロールシステム１３０を備えてなり、これらは、上記した通り、メインＡＣ出力バス１２０、電力配送システム（ＥＰＤＳ）１０４、トランスフォーマ１０６、スイッチギア１０８、燃料電池１１０、ＤＣ出力バス１１２、インバータ１１４、ロードバンク１１６、タービンジェネレータ１１８、ＡＣ出力バス１２０、インバータ１２２、バックアップジェネレータ１２４、ＡＣ出力バス１２６、無停電電源（ＵＰＳ）１２８及びコントロールシステム１３０と同じであってよい。
【００７０】
図４に示すように、前記メインＡＣバス１０２は前記ＥＰＤＳ１０４に電気的に結合され、これは、スイッチギア１０８が閉鎖（又は「オン」）の位置にあることによって達成され得る。前記ＥＰＤＳ１０４は、メインＡＣバス１０２及びそれに直接的又は間接的に電気的に結合された部品（構成要素）に電力を供給することができる。前記メインＡＣバス１０２が前記ＥＰＤＳ１０４に接続される場合、矢印１５２及び１４６で示されるように、ＡＣ電力がメインＡＣバス１０２とＥＰＤＳ１０４との間を流れることができる。図４に示すように、この構成は、前記メインＡＣバス１０２から電力をＵＰＳに供給されることを可能とするものであり、このことは、前記タービンジェネレータ１１８、燃料電池１１０、バックアップジェネレータ１２４、前記ＥＰＤＳ１０４、又は前述の何らかの組合せによって生成され得るものである。幾つかの実施態様では、ロードバンク１１６は、前記メインＡＣバス１０２及びそれに電気的に結合された部品（構成要素）に電力を供給するように構成されてもよい。
【００７１】
燃料電池１１０は、先に開示した燃料電池電気化学反応を介して電力を生成し、それによって、矢印１４８で示されるように、前記ＤＣ出力バス１１２にＤＣ電力を供給する。タービンジェネレータ１１８は、タービンを通じて燃焼された燃料電池反応生成物を膨張することを介して電力を生成し、それによって、前記ＡＣ出力バス１２０にＡＣ電力を供給する。前記バックアップジェネレータ１２４はＡＣ出力バス１２６にＡＣ電力を供給していない。前記ＵＰＳ１２８は、前記メインＡＣ出力バス１０２から、電力を引き出す。
【００７２】
上述したように、前記タービンジェネレータ１１８によって生成された前記ＡＣ電力は、インバータ１２２を介して、前記ＡＣ出力バス１２０から前記ＤＣ出力バス１１２に転送されてもよい。この電力の流れは、矢印１５０によって示されている通りである。インバータ１２２は、前記ＤＣ出力バス１１２に要求されたＤＣ電力中で、前記タービンジェネレータ１１８で生成（発電）されたＡＣ電力を転換するであろう。この変換中、インバータ１２２は、この変換の結果から生じるＤＣ電圧、電流、又はその両方を制御することができる。前記ＤＣ出力バス１１２での前記ＤＣ電力は、前記燃料電池１１０と前記タービンジェネレータ１１８との複合出力とすることができる。前記ＤＣ電力は、インバータ１１４によって前記メインＡＣバス１０２に転送されてもよい。この電力の流れは、矢印１５２によって示された通りである。インバータ１１４は、メインＡＣバス１０２で、前記電圧及び位相に互換性があるＡＣ電圧及び位相にＤＣ電力を変換することができる。前記メインＡＣバス１０２は、前記ＥＰＤＳ１０４に電気的に結合されてもよく、及び、従って、インバータ１１４によって変換された前記電圧及び位相は、前記ＥＰＤＳ１０４の前記電圧及び位相と互換性がある。この変換された電圧をＥＰＤＳ１０４のものと互換性があるように調整する一方で、前記インバータは、前記燃料電池１１０及び前記タービンジェネレータ１１８の前記出力の変換からの実効電力及び無効電力を制御してもよい。前記変換された電力は、次に、前記ＥＰＤＳ１０４及びそれに付随する負荷を供給するために使用され得る。
【００７３】
前記バックアップジェネレータ１２４は、前記ＡＣ出力バス１２６に電力を供給していないかもしれない。しかしながら、これは前記バックアップジェネレータが何らかの形態（方法）で動作していないことを意味するものではない。例えば、前記バックアップジェネレータ１２４は、ウォームアップ又はクールダウン動作、メンテナンス、又は他の動作のために動作（運転）されてよく、ここで、ＡＣ電力は前記バックアップジェネレータ１２４から前記ＡＣ出力バス１２６に全く供給されないものである。幾つかの実施態様では、前記バックアップジェネレータ１２４は、前記メインＡＣバス１０２から電気的に切り離された前記ＡＣ出力バス１２６に電力を供給することができる。
【００７４】
前記ＵＰＳ１２８は、前記メインＡＣバス１０２に電気的に接続され、前記メインＡＣバス１０２から電力をメインＡＣバス１０２から引き出すことができる。前記ＵＰＳ１２８によって引き出された前記電力は、前記タービンジェネレータ１１８、前記燃料電池１１０、前記ＥＰＤＳ１０４、前記バックアップジェネレータ１２４（前記メインＡＣバス１０２に接続され、及び、前記メインＡＣバス１０２に電力を供給する場合）、又はこれらのソース（源）の幾つかの組み合わせから発生させてもよい。
【００７５】
次に、コントロールシステム１３０は、前記ＵＰＳ１２８から電力を引き出す。前記コントロールシステム１３０によって引き出された平均電力は、ＵＰＳ１２８によって引き出される平均電力よりも小さくて、前記ＵＰＳ１２８は最大容量において維持される。
【００７６】
本開示による幾つかの実施態様によれば、電気システム５００は図５に示された通りである。前記電気システム５００は、メインＡＣバス１０２、及び電力配送システム（ＥＰＤＳ）１０４、トランスフォーマ１０６、スイッチ１０８、燃料電池１１０、ＤＣ出力バス１１２、インバータ１１４、ロードバンク１１６、タービンジェネレータ１１８、ＡＣ出力バス１２０、インバータ１２２、バックアップジェネレータ１２４、ＡＣ出力バス１２６、無停電電源（ＵＰＳ）１２８及びコントロールシステム１３０を備えてなるものであり、これらは、上述した通り、前記メインＡＣバス１０２、及び電力配送システム（ＥＰＤＳ）１０４、トランスフォーマ１０６、スイッチギア１０８、燃料電池１１０、ＤＣ出力バス１１２、インバータ１１４、ロードバンク１１６、タービンジェネレータ１１８、ＡＣ出力バス１２０、インバータ１２２、バックアップジェネレータ１２４、ＡＣ出力バス１２６、無停電電源（ＵＰＳ）１２８及びコントロールシステム１３０と同様であってよい。
【００７７】
図５に示した通り、前記メインＡＣバス１０２は、前記ＥＰＤＳ１０４に電気的に結合されなくてもよく、それは、スイッチギア１０８が開放（又は「オフ」）位置にあることによる。前記燃料電池１１０は、ＤＣ電力を生成し、その生成した電力を前記ＤＣ出力バス１１２に供給することができる。前記ロードバンク１１６は、前記メインＡＣバス１０２から電力を引き出すことができる。タービンジェネレータ１１８は、前記ＤＣ出力バス１１２から電力を引き出してもよい。前記バックアップジェネレータは、ＡＣ出力バス１２６に電力を供給していないかもしれない。前記ＵＰＳは、メインＡＣバス１０２から電力を引き出してもよい。
【００７８】
前記メインＡＣバス１０２は、前記燃料電池電力プラントに或る脅威を与えるかもしれない前記ＥＰＤＳ１０４の欠陥又は他の状態を成す、前記ＥＰＤＳ１０４から切断され、従って、前記燃料電池電力プラントは、保護手段として前記ＥＰＤＳ１０４から切り離されてよい。幾つかの実施態様では、前記燃料電池電力プラントは、ＥＰＤＳ１０４から迅速に切り離される必要があり、この防護措置が有効であることを確実にする。幾つかの実施態様では、前記燃料電池電力プラントは、前記ＥＰＤＳ１０４に安全上の危険を齎す可能性のある燃料電池電力プラントに関連する障害又は他の状態と成す、前記ＥＰＤＳ１０４から切り離される必要があってよい。また、前記危険は、スイッチギア１０８を開くことによって、前記燃料電池電力プラントを前記ＥＰＤＳ１０４から迅速に切り離すことによって対処されてよい。
【００７９】
前記スイッチギア１０８が急速な手法により開かれると、前記燃料電池１１０は、前記タービンジェネレータ１１８及び前記電力コントロールシステム１３０を駆動するのに必要とされる電力に比べて、余剰電力を発生している可能性がある。この余剰電力は、前記燃料電池電力プラントによって消費され、それによって、前記燃料電池内の電気化学反応のために供給された前記燃料を、前記燃料電池システムの他の場所で燃焼させて、望ましくない熱を発生させる必要性を回避する。この余剰電力を消費するために、ロードバンク１１６は、燃料電池電力プラントの前記メインＡＣバス１０２に電気的に結合され、電力を引き出すことができる。幾つかの実施態様では、前記ロードバンク１１６は、燃料電池１１０によって生成される電力と、モータタービンジェネレータ１１８、運転コントロールシステム１３０、及び前記システム５００に存在し得る電力損失によって消費される電力との差に等しい電力量を消費する。
【００８０】
幾つかの実施態様では、スイッチギア１０８の開放に続いて、燃料電池１１０によって生成される電力は低下され、それによって、ロードバンク１１６によって消費される電力量が減少される。燃料電池１１０の前記電力出力は、前記燃料電池１１０によって生成された前記電力が、モータジェネレータ１１８に要求された電力（燃料電池１１０の電気化学反応のための酸化剤を供給し、燃料電池１１０をヒーティングアップ又はクールダウンする為の酸化剤又は他の流体フローを付与し、或はこれらの又は他の動作（操作）の組み合わせを提供するため）、及びコントロールシステム１３０に必要な電力と略同様なものであるという点に低下してもよい。
【００８１】
幾つかの実施態様では、前記ロードバンク１１６は、燃料電池システム１１０によって生成された余剰電力を貯蔵する能力を含むことができ、この電力は、バックアップ電力の追加電力源として使用することができ、燃料電池電力プラントがＥＰＤＳ１０４、又はその両方に再接続される場合に、利用されてよい。
【００８２】
結果として得られた電力の流れは図５に示した通りである。矢印１５４は、燃料電池１１０によって生成され、ＤＣ出力バス１１２に供給される電力を示す。この電力は、矢印１５６及び１５８によって表されているように、タービンジェネレータ１１８に送られる電力とメインＡＣバス１０２との間で分割され得る。タービンジェネレータ１１８に送られる電力は、インバータ１２２を介して前記ＤＣ出力バス１１２から前記ＡＣ出力バス１２０に流れることができる。インバータ１２２は、ＤＣ出力バス１１２に前記ＤＣ電力を前記ＡＣ出力バス１２０のためのＡＣ電力に変換することができる。この変換中、前記インバータ１２２は、前記ＤＣ電力を要求されたＡＣ電圧及び位相に変換して、タービンジェネレータ１１８を前記燃料電池１１０の空気流量要件を満たすのに十分な速度で回転を生じさせることができる。
【００８３】
ＤＣ電力はまた、インバータ１１４を介して、前記ＤＣ出力バス１１２から前記メインＡＣバス１０２に転送することもできる。前記インバータ１１４は、前記変換され結果的に生じた変換ＡＣ電力の電圧、位相、及び実効電力及び無効電力を制御することができる。前記インバータ１１４は、前記変換された電力の前記電圧及び位相を制御することが要求され、これは、前記メインＡＣバス１０２がもはやＥＰＤＳ１０４に電気的に結合されていないことによるものであり、及び、他の構成要素は、前記メインＡＣバス１０２における前記電力の電気性能を制御することはない。前記ＡＣ電力は、矢印１６２及び１６０によってそれぞれ示されているように、前記メインＡＣバス１０２においてロードバンク１１６及びＵＰＳ１２８に流れることができる。
【００８４】
本開示の幾つかの実施態様によれば、電気システム６００が図６に例示されている。前記電気システム６００は、メインＡＣバス１０２、及び、電力配送システム（ＥＰＤＳ）１０４、トランスフォーマ１０６、スイッチ１０８、燃料電池１１０、ＤＣ出力バス１１２、インバータ１１４、ロードバンク１１６、タービンジェネレータ１１８、ＡＣ出力バス１２０、インバータ１２２、バックアップジェネレータ１２４、ＡＣ出力バス１２６、無停電電源（ＵＰＳ）１２８、及びコントロールシステム１３０を備えてなるものであり、これらは、上述した通り、前記メインＡＣバス１０２、及び、電力配送システム（ＥＰＤＳ）１０４、トランスフォーマ１０６、スイッチギア１０８、燃料電池１１０、ＤＣ出力バス１１２、インバータ１１４、ロードバンク１１６、タービンジェネレータ１１８、ＡＣ出力バス１２０、インバータ１２２、バックアップジェネレータ１２４、ＡＣ出力バス１２６、無停電電源（ＵＰＳ）１２８、及びコントロールシステム１３０と同様であってよい。
【００８５】
図６に示されている通り、前記メインＡＣバス１０２は、ＥＰＤＳ１０４から電気的に切り離されてもよい。前記燃料電池１１０は、電力を生成し、及びその電力を前記ＤＣ出力バス１１２に供給することができる。前記ロードバンク１１６は、前記メインＡＣバス１０２から電力を引き出すことができる。前記タービンジェネレータ１１８は、電力を発生し、及びその電力を前記ＡＣ出力バス１２０に供給することができる。前記バックアップジェネレータ１２４は、電力を発生していなくてもよく、前記ＡＣ出力バス１２６に電力を供給し、前記メインＡＣバス１０２に電力を供給せず、又はこれらの組み合わせであってよい。前記ＵＰＳ１２８は、前記メインＡＣバス１０２から電力を引き出すことができる。
【００８６】
図６に示された電力の流れの幾つかは、図５のフローに対応する。例えば、燃料電池１１０によって生成された電力は、前記矢印１５４の流れに対応する、矢印１６４で示されたように、前記ＤＣ出力バス１１２に流れることがある。この対応は、電力フローの一般的な方向、前記フローの前記総電力、又はこれらの特性の組み合わせであってよい。同様に、矢印１６８は矢印１５８に対応し、矢印１７０は矢印１６０に対応し、矢印１７２は矢印１６２に対応する。
【００８７】
図５及び図６に例証された実施態様における１つの違いは、タービンジェネレータ１１８は電力を発生し、これが矢印１６６によって示されている通り、前記ＤＣ出力バス１１２に流れる、ということである。この流れは、インバータ１２２により、ＡＣ出力バス１２０においてＡＣ電力からＤＣ出力バス１１２へのＤＣ電力に変換される。インバータ１２２は、ＡＣ出力バス１２０において前記ＡＣ電力を前記ＤＣ出力バス１１２において使用するための特定の電圧のＤＣ電力に変換するように構成することができる。インバータ１２２によって実行される特定変換は、前記タービンジェネレータ１１８に置かれる前記トルクを制御し、それによって、前記タービンジェネレータ１１８の前記速度を助成制御し、及び、従って、燃料電池１１０に流れる酸化剤又は他の流体の量を制御し、これらは前記タービンジェネレータ１１８に前記コンプレッサの関連によるものである。
【００８８】
別の相違点は、メインＡＣバス１０２に供給された前記総電力が、燃料電池１１０と前記タービンジェネレータ１１８とによって生成された前記電力の組み合わせであることである。従って、ロードバンク１１６によって消費された電力は、前記燃料電池１１０とタービンジェネレータ１１８とにより生成された電力と、前記ＵＰＳ１２８と前記コントロールシステム１３０とによって消費される電力と、前記システム内の他の損失との差である。
【００８９】
タービンを通じて燃焼生成物の膨張によって動力が供給されるタービンジェネレータ１１８と共に、タービンジェネレータ１１８によって生成される電力は、前記燃料電池電力プラントを動作（運転）させるのに必要とされる電力以上であり得る。上述された相互に関連付けられた機械的（例えば、燃料電池１１０に空気を供給するタービンジェネレータ１１８）及び前記タービンジェネレータ１１８及び燃料電池１１０の電気的（例えば、タービンジェネレータ１１８及び燃料電池１１０の電力出力の組み合わせ）動作が付与され、前記ロードバンク１１６は、タービンジェネレータ１１８と燃料電池１１０の両方によって生成された電力の一部を消費することが要求され、これらの部品（構成要素）が安全に相互動作できるようになる。
【００９０】
本開示の幾つかの実施態様によれば、電気システム７００は図７に例証された通りである。前記電気システム７００は、メインＡＣバス１０２、及び電力配送システム（ＥＰＤＳ）１０４、トランスフォーマ１０６、スイッチ１０８、燃料電池１１０、ＤＣ出力バス１１２、インバータ１１４、ロードバンク１１６、タービンジェネレータ１１８、ＡＣ出力バス１２０、インバータ１２２、バックアップジェネレータ１２４、ＡＣ出力バス１２６、無停電電源（ＵＰＳ）１２８及びコントロールシステム１３０を備えてなるものであり、これは、上述した通り、前記メインＡＣバス１０２、及び電力配送システム（ＥＰＤＳ）１０４、トランスフォーマ１０６、スイッチギア１０８、燃料電池１１０、ＤＣ出力バス１１２、インバータ１１４、ロードバンク１１６、タービンジェネレータ１１８、ＡＣ出力バス１２０、インバータ１２２、バックアップジェネレータ１２４、ＡＣ出力バス１２６、無停電電源（ＵＰＳ）１２８及びコントロールシステム１３０と同様であってよい。
【００９１】
図７に示すように、前記メインＡＣバスは、前記ＥＰＤＳ１０４から電気的に切り離されてもよい。前記燃料電池１１０は、電力を発生していなくてもよく、生成された電力を前記ＤＣ出力バス１１２に提供してもよいし、又は両者であってよい。前記タービンジェネレータ１１８は、前記メインＡＣバス１０２から電力を引き出してよく、及び、モータリングモードで動作してもよい。前記バックアップジェネレータ１２４は電力を生成し、前記メインＡＣバス１０２に前記電力を供給することができる。前記ＵＰＳ１２８は前記メインＡＣバス１０２から電力を引き出すことができる。
【００９２】
何らかの理由で、例えば、燃料フローの損失、酸化剤フローの損失、又はこれら両方、前記燃料電池１１０が前記燃料電池電力プラントのその他の部分から隔離されていなければならない電気的な問題により、燃料電池１１０は、電力を生成していなくともよく、或は、その他として、前記ＤＣ出力バス１１２へ電力を供給してもよく、前記燃料電池１１０はスタートアップ（始動）し、又はシャットダウン（停止）していてもよいし、何らかの他の理由であってもよい。譬え、前記燃料電池１１０が前記燃料電池電力プラントの残りの部分に電力を供給していなくても、タービンジェネレータ１１８の前記コンプレッサは、ヒートバランス、ヒートアップ、クールダウン、又は他の燃料電池システムの動作等の為に、酸化剤又は他の流体のフローを前記燃料電池に供給することができる。モータリングモードにおいて、タービンジェネレータ１１８を動作させるための電力は、バックアップジェネレータ１２４よって付与されてよい。幾つかの実施態様では、タービンジェネレータ１１８を動作させるための電力は、前記ＵＰＳ１２８、前記ロードバンク１１６、又はこの二つの幾つかの組み合わせにおいて、場合により、前記バックアップジェネレータ１２４との複合又は分離により供給されてよい。バックアップジェネレータ１２４が使用され、前記ＵＰＳ１２８に電力を供給し、次に、前記コントロールシステム１３０に電力の安定供給を提供する。幾つかの実施態様では、ロードバンク１１６は、前記ＵＰＳ１２８に電力を供給することもできる。
【００９３】
これらの電力フローは図７に例証されている通りである。矢印１７４は、バックアップジェネレータ１２４が、発生した電力を前記ＡＣ出力バス１２６及びメインＡＣバス１０２に供給することを示している。前記メインＡＣバス１０２から、矢印１７６で示す通り、電力が前記タービンジェネレータ１１８に流れることができる。タービンジェネレータ１１８に流れる電力は、前記メインＡＣバス１０２における前記ＡＣ電力を、前記ＤＣ出力バス１１２に付与されるＤＣ電力に変換するインバータ１１４を通じて流れることができる。その後、前記ＤＣ出力バス１１２における前記ＤＣ電力は、インバータ１２２を介して前記ＡＣ出力バス１２０に流れてよい。インバータ１２２は、ＡＣ出力バス１２０において、要求される前記電流、電圧、位相、実効電力及び無効電力、又はこれらの組み合わせを供給し、タービン１２２の回転速度を制御するように構成されてよく、それによって、タービンジェネレータ１１８の前記コンプレッサによって生じる、前記燃料電池１１０を介して酸化剤又は他の流体の結果的な流れを生じさせる。
【００９４】
電力は、前記メインＡＣバス１０２から前記ＵＰＳ１２８に流れることもできる。前記ＵＰＳは、コントロールシステム１３０に電力の連続的な供給を付与することができる。
【００９５】
本開示の幾つかの実施態様によれば、電気システム８００が図８に例証されている。電気システム８００は、メインＡＣバス１０２、及び電力配送システム（ＥＰＤＳ）１０４、トランスフォーマ１０６、スイッチ１０８、燃料電池１１０、ＤＣ出力バス１１２、インバータ１１４、ロードバンク１１６、タービンジェネレータ１１８、ＡＣ出力バス１２０、インバータ１２２、バックアップジェネレータ１２４、ＡＣ出力バス１２６、無停電電源（ＵＰＳ）１２８及びコントロールシステム１３０を備えてなり、これらは、上述の通り、前記メインＡＣバス１０２、及び電力配送システム（ＥＰＤＳ）１０４、トランスフォーマ１０６、スイッチギア１０８、燃料電池１１０、ＤＣ出力バス１１２、インバータ１１４、ロードバンク１１６、タービンジェネレータ１１８、ＡＣ出力バス１２０、インバータ１２２、バックアップジェネレータ１２４、ＡＣ出力バス１２６、無停電電源（ＵＰＳ）１２８及びコントロールシステム１３０と同様であってよい。
【００９６】
図８に示す通り、前記メインＡＣバス１０２は、前記ＥＰＤＳ１０４に電気的に結合されていなくてもよい。前記燃料電池１１０は、電力を生成していないか、前記ＤＣ出力バス１１２に電力を供給していないか、又はこれらの両方であってよい。前記タービンジェネレータ１１８は、電力を生成し、その電力を前記ＡＣ出力バス１２０に供給することができる。前記ロードバンク１１６は、前記メインＡＣバス１０２から電力を引き出すことができる。前記バックアップジェネレータ１２４は電力を生成し、その電力を前記ＡＣ出力バス１２６を介して前記メインＡＣバス１０２に供給することができる。前記ＵＰＳ１２８は、前記メインＡＣバス１０２から電力を引き出して、前記コントロールシステム１３０に電力を供給する。
【００９７】
上述した理由と同様の理由により、前記燃料電池１１０は、電力を生成していないか、又はそうでなければ電力をＤＣ出力バス１１２に供給していない。前記燃料電池１１０が電力を供給していない場合に、酸化剤又は他の流体のフローが、安全な手法により、前記燃料電池１１０を動作（運転；操作）するのに必要とされた、スタート−アップ（始動）、シャット−ダウン（停止）、ヒート−アップ（加熱）、クール−ダウン（冷却）又は他の動作（操作）用に、前記燃料電池１１０に付与される。この流体のフローは、前記酸化剤又は他の流体を加圧し前記燃料電池１１０に供給するコンプレッサを介して、前記タービンジェネレータ１１８に付与されてもよい。前記燃料電池１１０において、前記フローがより低いことを要求されることから、前記コンプレッサは、燃料電池１１０へ前記酸化剤又は他の流体のより低いフローレート（流量；流速）、前記酸化剤又は他の流体の圧縮の減少、又はその両方を付与する必要がある。これらのより低いフローレート又はより低い圧縮は、タービンジェネレータ１１８のコンプレッサの回転を遅くすることによって達成することができる。その結果、前記タービンジェネレータ１１８からの前記電気出力は、時間とともに（徐々に）可変し得る。前記タービンジェネレータ１１８のこの可変する電気出力は、幾つかの点で、前記タービンジェネレータ１１８が、前記ＵＰＳ１２８に、及び、それらから前記コントロールシステム１３０に、安定した電力を供給することが最早全く当てにならない（信頼することができない）レベルに到達することがある。幾つかの実施態様によれば、電力は前記タービンジェネレータ１１８から引き出され、前記タービンを減速する。
【００９８】
前記タービンジェネレータ１１８からの一定の電力供給が不足することによって生じる可能性がある諸問題を回避するために、前記バックアップジェネレータ１２４が開始され、電力を供給してもよい。前記バックアップジェネレータ１２４は、前記燃料電池１１０との機械的相互作用を有しておらず、前記タービンジェネレータ１１８の動作のように同じ外部動作要件を有しておらず、従って、前記ＵＰＳ１２８及びコントロールシステム１３０に電力のより信頼できる供給源を付与し得る。
【００９９】
前記ロードバンク１１６は、前記タービンジェネレータ１１８とバックアップジェネレータ１２４とにより発生した電力と、前記ＵＰＳ１２８が引き出した電力量と全ての（何れかの）システム損失との差に等しい電力量を引き出すように構成することができる。前記バックアップジェネレータ１２４が前記メインＡＣバス１０２に電力を供給すると直ぐに、前記ロードバンク１１６は前記メインＡＣバス１０２から電力を引き出すことができる。幾つかの実施態様では、バックアップジェネレータ１２４の前記スタート−アップは、前記待機時間に依存するものであり、それは、前記タービンジェネレータ１１８が、ＵＰＳ１２８がコントロールシステム１３０に電力を連続的に供給するように充電されたＵＰＳ１２８を維持するのに、最早一定の電力供給を付与することができない。幾つかの実施態様では、前記バックアップジェネレータ１２４は、上述の点よりも前に、前記メインＡＣバス１０２に供給されてよい。この期間中、前記ロードバンク１１６は、生成された電力と等しい電力量を引き出し、タービンジェネレータにより前記メインＡＣバスに配置することができる。このようにして、フローは、システム要求の為に前記ロードバンクを使用することによりバランスをとってもよい。
【０１００】
電力の前記フローは図８に例証された通りである。タービンジェネレータ１１８は、前記ＡＣ出力バス１２０からインバータ１２２を介して前記ＤＣ出力バス１１２に供給され、次に、矢印１８０で表されるように、インバータ１１４を介して前記ＤＣ出力バス１１２から前記メインＡＣバス１０２に付与される、幾つかの電力を発生する。前記メインＡＣバス１０２において、この電力は、矢印１８２によって示されるように、前記ＵＰＳ１２８、ロードバンク１１６、又はその両方に流れてよい。矢印１８４は、前記電力が前記ロードバンク１１６により前記メインＡＣバス１０２から引き出されることを表しており、及び、矢印１８８は、前記電力が前記ＵＰＳ１２８により前記メインＡＣバス１０２から引き出されることを表している。前記バックアップジェネレータ１２４は、矢印１８６で示すように、前記メインＡＣバス１０２及び前記ＡＣ出力バス１２６を介して前記ＵＰＳ１２８に電力を付与する。図８に示されるように、前記タービンジェネレータ１１８及びバックアップジェネレータ１２４の両方は、前記ＵＰＳ１２８に電力を供給するように構成されてよい。前記タービンジェネレータ１１８及び可能であればバックアップジェネレータ１２４により生成された余剰電力も、ロードバンク１１６によって引き出される。
【０１０１】
本開示の幾つかの実施態様によれば、本開示の幾つかの実施態様による電気システムの動作状態フロー概略図９００は図９に例証されている通りである。前記電気システムは、上記の通り、前記電気システム１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００及び８００と同様であってよい。
【０１０２】
動作状態フロー図９００は、前記電気システムの一又は二以上の部品（構成要素）の動作状態に基づいて、電気システム部品（構成要素）との間で結果として生じる可能性のある動作条件及び電力フローを例示するものである。例えば、前記電気システム内の様々な部品（構成要素）との間の動作条件及び電力フローは、電気システム燃料電池の動作状態（ブロック１９０）、電力配送システム（ブロック１１０６及び１９２）及びタービンジェネレータ（ブロック１１１４，１１０８，１１００及び１９４）に依存する。
【０１０３】
前記燃料電池が電力を発生しており、故障していない場合（ブロック１９０「Ｎｏ」分岐）、前記電気システムは、前記電力配送システム（ブロック１９２）及び前記タービンジェネレータ（ブロック１９４及び１１００）の前記動作条件に基づいて４つの可能な動作状態（ブロック１９６，１９８，１１０，１１０４）を有することができる。例えば、前記電気システム（電力プラント又は燃料電池電力プラントとしても知られている）が電力配送システム（ブロック１９２、「いいえ」分岐）に電気的に結合されている場合、前記燃料電池は、電力配送システムへ電力を供給する電力発生モードにおいて動作するものであり（上述のように）、前記コントロールシステムは前記メインＡＣバスから電力を引き出すことにより動作されてよく（上述のように）、そして、前記ロードバンクを前記メインＡＣバスから切断することができる。前記タービンジェネレータが発電モードで動作している場合、前記タービンジェネレータはその電力を前記電力配送システムに供給する（上述のように）。この動作状態は、ブロック１９８で示されている。前記タービンジェネレータがモータリングモードで運転される場合、前記タービンジェネレータは前記ＤＣ出力バスから電力を引き出す（上述のように）。この動作状態は、ブロック１９６によって示される。
【０１０４】
前記燃料電池が電力を発生しており、故障していない場合（ブロック１９０「いいえ」分岐）、及び、前記電気システム（電力プラント又は燃料電池電力プラントとしても知られている）が前記電力配送システム（ブロック１９２、「はい」分岐）から切り離されている場合、前記燃料電池が前記メインＡＣバス（上述のように）に電力を供給する電力モードで動作するであろう場合、前記コントロールシステムは前記メインＡＣバスから電力を引き出すことにより動作されてよく、前記ロードバンクは、前記メインＡＣバスに電気的に結合され、電力を引き出すことができる（上述したように）。前記タービンジェネレータが発電モードで動作している場合、前記タービンジェネレータはその電力を前記メインＡＣバスに付与する（上述したように）。この動作は、ブロック１１０４で示される。前記タービンジェネレータがモータリングモードで動作する場合、前記タービンジェネレータはＤＣ出力バスから電力を引き出す（上述のように）。この動作状態は、ブロック１１０２で示される。前記ロードバンクは、前記燃料電池によって生成された前記電力と、前記タービンジェネレータによって生成された全ての（幾つかの）電力及び前記コントロールシステムによって引き出された前記電力と、前記タービンジェネレータ及び全ての（幾つかの）電気的損失との前記差に等しい電力量を引き出してよい。
【０１０５】
前記燃料電池が電力を発生していないか、故障しているか、又はその両方である場合（ブロック１９０「Ｙｅｓ」分岐）、前記電気システムは、前記電力配送システム（ブロック１１０６）及び前記タービンジェネレータ（ブロック１１０８及び１１１４）の前記動作状態に基づく、４つの可能な動作状態（ブロック１１１０，１１１２，１１１６及び１１１８）を有してもよい。例えば、前記電気システム（電力プラント又は燃料電池電力プラントとしても知られている）が前記電力配送システムに電気的に結合されている場合（ブロック１１０６、「いいえ」分岐）、前記燃料電池は、前記電力配送システムに前記電力を供給する、電力発生モードでは動作しないものであり（上記のように）、前記コントロールシステムが、前記メインＡＣバスから電力を引き出すことにより動作され（上述のように）、及び、前記ロードバンクが前記メインＡＣバスから切断される（上述のように）。前記タービンジェネレータが発電モードで動作している場合、前記タービンジェネレータはその電力を前記電力配送システムに供給する（上述のように）。この動作は、ブロック１１１２で示される。前記タービンジェネレータがモータリングモードで動作する場合、前記タービンジェネレータは前記ＤＣ出力バスから電力を引き出す（上述のように）。この動作状態は、ブロック１１１０によって示される。
【０１０６】
前記燃料電池が電力を発生していないか、故障しているか、又はその両方である場合（ブロック１９０「はい」分岐）、及び、前記電気システム（電力プラント又は燃料電池電力プラントとしても知られている）が前記電力配送システム（ブロック１１０６、「はい」分岐）から電気的に切り離されている場合、前記燃料電池が前記メインＡＣバスに電力を供給する電力発生モードで動作しないものであり（上述のように）、前記コントロールシステムは、前記メインＡＣバスから電力を引き出すことにより動作されてもよく（上述のように）、前記ロードバンクは、前記メインＡＣバスに電気的に結合され、前記メインＡＣバスから電力を引き出し（上述したように）、及び、前記バックアップジェネレータは前記メインＡＣバスに電力を供給する（上述のように）。前記タービンジェネレータが電力発生モードで動作している場合、前記タービンジェネレータはその電力をメインＡＣバスに供給する（上述のように）。この動作は、ブロック１１１８で示される。前記タービンジェネレータがモータリングモードで動作する場合、前記タービンジェネレータは、前記ＤＣ出力バスから電力を引き出す（上述のように）。この動作状態は、ブロック１１１６で示される。前記ロードバンクは、前記バックアップジェネレータと前記タービンジェネレータによって生成される全ての（幾つかの）電力と、前記コントロールシステム、前記タービンジェネレータによって引き出される電力、及びシステム損失との前記差に等しい量の電力を引き出すことができる。
【０１０７】
本開示の幾つかの実施態様によれば、電気システム１０００は図１０に示された通りである。前記電気システム１０００は、メインＡＣバス１００２、電力配送システム（ＥＰＤＳ）（ユーティリティグリッドとして知られている）１００４、トランスフォーマ１００６、スイッチ（スイッチギアとして知られている）１００８、燃料電池１０１０、ＤＣ出力バス１０１２、インバータ１０１４、第１ロードバンク１０１６、タービンジェネレータ１０１８、ＡＣ出力バス１０２０、インバータ１０２２、インバータ１０２４、第２ロードバンク１０２６、バックアップジェネレータ１０２８と、ＡＣ出力バス１０３０と、無停電電源装置（ＵＰＳ）１０３２と、コントロールシステム１０３４を備えてなる。前記メインＡＣバス１００２、前記電力配送システム１００４、前記トランスフォーマ１００６、前記スイッチギア１００８、前記燃料電池１０１０、前記ＤＣ出力バス１０１２、前記インバータ１０１４、前記第１ロードバンク１０１６、前記タービンジェネレータ１０１８、前記ＡＣ出力バス１０２０、インバータ１０２２、前記バックアップジェネレータ１０２８、前記Ｃ出力バス１０３０、前記無停電電源装置（ＵＰＳ）１０３２、及び前記コントロールシステム１０３４は、上記の通り、前記メインＡＣバス１０２、前記電力配送システムジェネレータ１０４、前記トランスフォーマ１０６、前記スイッチギア１０８、前記燃料電池１１０、前記ＤＣ出力バス１１２、前記インバータ１１４、前記ロードバンク１１６、前記タービンジェネレータ１１８、前記ＡＣ出力バス１２０、インバータ１２２、前記バックアップジェネレータ１２４、前記ＡＣ出力バス１２６、前記無停電電源装置（ＵＰＳ）１２８、及び前記コントロールシステム１３０と同様であってよい。
【０１０８】
前記メインＡＣバス１００２は、前記トランスフォーマ１００６及びスイッチギア１００８により、ＥＰＤＳ１００４に電気的に結合可能又は接続可能であり得る。幾つかの実施態様では、追加の部品、例えば、ブレーカ及びディスコネクト等は、前記メインＡＣバス１００２と前記ＥＰＤＳ１００４との間での電気的結合されてよい。これらの追加の部品（構成要素）は、前記メインＡＣバス１０２、それに電気的に結合された部品、又はその両方のための、更なる結合及び保護機能を付与することができる。前記メインＡＣバス１００２及びそれに取り付けられた機器は、ＡＣ電力、例えば三相ＡＣ電力をサポートするように構成することができる。
【０１０９】
前記電力配送システム（ＥＰＤＳ）１００４は、国家又は地域の電気グリッド（配送網、送電網）であってもよい。幾つかの実施態様では、前記ＥＰＤＳ１００４は、複数の電力ジェネレータ、電力移動器具、電気負荷、又はこれらの任意の組み合わせが、電気的に結合されている任意のシステムであってもよい。
【０１１０】
前記トランスフォーマ１００６は、ある電圧から別の電圧へ電流を変換することができる。幾つかの実施態様では、前記トランスフォーマ１００６は、前記メインＡＣバス１００２の三相ＡＣ電圧を前記ＥＰＤＳ１００４の異なる三相ＡＣ電圧に変換することができる。さらに、トランスフォーマ１００６は、前記ＥＰＤＳ１００４の前記電圧から前記メインＡＣバス１００２の電圧を隔離することができる。単一の構成要素として示されているが、トランス１００６は、トランスフォーマ１００６の機能を提供することができる、複数のトランスフォーマ、他の構成要素、又はその両方を備えてなる。さらに、トランスフォーマ１００６は、前記メインＡＣバス１００２とスイッチギア１００８との間に配置されているように示されており、トランスフォーマ１００６及びスイッチギア１００８の前記位置が、別のもの、前記メインＡＣバス１００２及びＥＰＤＳ１００４の位置との関連において変更されてもよいことが認識されるべきである。
【０１１１】
スイッチギア１００８は、例えば、異常グリッド状態の場合に、前記燃料電池電力プラントの前記電気システムを前記ＥＰＤＳ１００４から切断（又は切り離す）ことができる。逆に、スイッチギア１００８は、例えば通常のグリッド状態の間、前記燃料電池電力プラントの電気システムをＥＰＤＳ１００４に接続（又は結合）することができる。前記スイッチギア１００８が前記ＥＰＤＳから前記燃料電池電力プラントを電気的に切断するとき、スイッチギア１００８は開放位置にあると説明することができ、また、スイッチギア１００８が燃料電池電力プラントをＥＰＤＳ１００４に電気的に接続するとき、前記スイッチは閉鎖位置であると説明することができる。
【０１１２】
スイッチギア１００８はスイッチとして特徴付けられるが、当業者であれば、スイッチギア１０８は、ＥＰＤＳ１００４から燃料電池電力プラントを電気的に接続及び切断するように機能する、任意の構成要素、又は複数の部品（構成要素）を備えてなることを理解するであろう。
【０１１３】
燃料電池１０１０は、全ての特定のタイプの燃料電池であってもよい。幾つかの実施態様では、前記燃料電池１０１０は、固体酸化物燃料電池であってもよい。燃料電池１０１０は、各々がアノード、カソード、及び電解質を備えてなる複数の燃料電池を備えてなることができる。前記燃料（例えば、メタン、天然ガス、Ｈ2、ＣＯ等）は、前記アノードで前記酸化剤（例えば、前記大気雰囲気（空気）から抽出されるか、又は前記大気雰囲気（空気）の一部を形成する酸素）と組み合わせて、水及び電子を含んでよい反応生成物を形成する。これらの電子は、電子が酸化剤をイオン化する一以上の相互接続を介してカソードに移動することができる。次いで、イオン化された酸化剤は固体酸化物電解質を介して移動することができ、固体酸化物電解質は流体燃料及び酸化剤に対して不浸透性であり得る。複数の燃料電池は、様々な、直列、並列、又は両方の組合せで企画（配列）し、その結果として、システム電圧、電流、及び電力を生成することができる。この生成された電力は、最終的に前記ＥＰＤＳ１００４に供給されてもよい。
【０１１４】
ＤＣ出力バス１０１２は、前記燃料電池１０１０と前記インバータ１０１４との間の電気的結合を付与する。ＤＣ出力バス１０１２は、単に電気的接続として、図１０に示された通りであるが一方で、当業者は、図１０は、簡易な概略図であることは理解されるであろう。上述の接続を提供することに加えて、ＤＣ出力バス１０１２は、一又は二以上のブレーカ、スイッチ、計装用の計装又は接続、又は適切、安全、及び効率的な動作（操作、運転）の為の何れかの他の部品（構成要素）を備えることができる。
【０１１５】
インバータ１０１４は、前記ＤＣ出力バス１０１２と前記メインＡＣバス１００２との間に、ＡＣからＤＣへ、又は、ＤＣからＡＣへの、接続〔結合及び分離（切り離し）〕及び変換を付与する。インバータ１０１４に付与されたＤＣ電源は、インバータ１０１４により、ＡＣ電力に変換されてもよい。前記燃料電池電力プラントは、前記ＥＰＤＳ１００４（別名、「グリッド依存モード」）に電気的に接続される場合、前記インバータ１０１４は（ＤＣ出力バス１０１２から）前記変換されたＤＣ電力の前記ＡＣの電圧及び位相を、前記ＥＰＤＳ１００４の電圧及び位相に同期させることが可能であり（前記メインＡＣバス１００２の電圧及び位相を前記ＥＰＤＳ１００４の電圧及び位相に適合させるように構成されてよい）、一方で、前記ＡＣ電流、ＡＣ実行電力、無効電力又は両方、又は前記の何れかの組み合わせを制御することにより、結果として、ＤＣ出力バス１０１２から前記ＤＣ電力の変換を生じさせる。前記燃料電池電力プラントは、前記ＥＰＤＳ１００４（別名、「グリッド独立モード」）から電気的に切断される場合、前記インバータ１０１４は、上記した特性から分離して、又は、上記した特性に加えて、前記ＤＣ出力バス１０１２から前記電力の前記変換からの前記ＡＣ出力電圧及び位相を独立して制御することが可能である。さらに、インバータ１０１４は、電流制限（最大、最大長持続時間、最大短持続時間）、ＤＣリンク電圧制限、周波数変動制限等のそのような保護機能を有することができる。
【０１１６】
インバータ１０１４は単一の部品（構成要素）として、図１０に例示さえている通りであり、当業者は、図１０が簡易な概略図であることを理解するであろう。インバータ１０１４は、上述のようにインバータ１０１４の機能を実行するために必要なように構成された複数の電気部品（構成要素）を備えてなる。
【０１１７】
ロードバンク１０１６は、前記メインＡＣバス１００２に電気的に結合されてもよく、電気的に接続（結合）されてもよい。ロードバンク１０１６は、前記燃料電池電力プラントが、例えば、グリッド障害事象において、前記ＥＰＤＳ１００４から迅速に切断されなければならない場合に、余剰電力を消費するように機能してよい。幾つかの諸例では、前記燃料電池電力プラントは、前記燃料電池１０１０、タービンジェネレータ１０１８、又はその両方を停止させるか、又は電力出力を低減させることよりも速い手法により、前記ＥＰＤＳ１００４から切り離さなければならない。前記燃料電池１０１０、タービンジェネレータ１０１８、又はその両方が依然として電力を発生している場合に、前記ＥＰＤＳ１００４を介して付与される前記電気負荷が最早前記燃料電池電力プラントに結合されることがないので、その電力を消費しなければならない。この余剰電力は、ロードバンク１０１６によって引き出される。
【０１１８】
ロードバンク１０１６は、フライホイール（勢車）バンク、キャパシタバンク、レジスタ（抵抗器）バンク、バッテリバンク、これら前記のものの組み合わせ、又は前記燃料電池電力プラントによって生成された余剰電力を消費可能な何れかの他の電気負荷であってもよい。フライホイールバンク、キャパシタバンク、バッテリバンク又はこれらの組合せを用いることの利点の１つは、前記燃料電池電力プラントがＥＰＤＳ１００４に再結合されるか、又は前記燃料電池電力プラントの電力負荷に使用される場合（例えば、モータリングタービンジェネレータ１０１８又は電力コントロールシステム１０３４）、再結合（回収）され得る余剰電気エネルギーの機械的、電気的、化学的な貯蔵であってよい。
【０１１９】
幾つかの実施態様では、ロードバンク１０１６は、ＤＣ出力バス１０１２に直接結合されてもよい。
【０１２０】
タービンジェネレータ１０１８は、上述した前記ターボジェネレータと同様であってもよい。例えば、前記タービンジェネレータ１０１８は、シャフトを介して適切な構成（配置）で接続されたコンプレッサ、タービン、及びジェネレータを備えてなることができる。前記コンプレッサは、周囲空気、又は他の供給源から酸化剤を引き入れ（吸入）して加圧する。次いで、前記加圧された酸化剤は、酸化剤入口及び排気ピッティングを通って流れ、前記燃料電池１０１０に酸化剤を供給し、及び、前記燃料電池１０１０から酸化剤を除去する。幾つかの実施態様では、前記コンプレッサは、前記燃料電池１０１０、他のサポートシステム、又はその両方で使用するために、他の流体源、例えば、還元し、又は不活性化した気体を圧縮するように構成されてよい。前記燃料電池１０１０から排出された前記酸化剤は、前記燃料電池１０１０からの未使用燃料、或は、他の燃料源と一緒に混合されてよく、かつ、燃焼されて、加熱された排気流体を提供することができる。この加熱された排気流体が使用され、前記燃料電池１０１０に入る前に、燃料、酸化剤、又はその両方に、回復させ、又は他の熱交換機能を付与してもよい。前記加熱された排気流体は、タービンジェネレータ１０１８の前記タービンを介して膨張され、前記シャフト仕事を付与し前記コンプレッサーを回転させてよい。前記タービンはジェネレータに機械的に結合されて電力を生成することができる。前記タービンジェネレータ１０１８のタービン及び回転ジェネレータの回転エネルギーが前記ジェネレータによって電力に変換される場合、前記タービンジェネレータ１０１８は「発生（発電）モード」で動作してもよい。
【０１２１】
幾つかの実施態様では、タービンジェネレータ１０１８の前記ジェネレータは、発生（発電）モードで動作するよう構成されて、それにより電力の外部源が前記ジェネレータに付加されてもよい。前記付加した電力は前記ジェネレータ、即ち、タービンジェネレータ１０１８、の回転エネルギーに変換されてよい。このタービンジェネレータ１０１８の動作モードは、「モータリングモード」と呼ばれてもよい。モータリングモードでは、タービンジェネレータ１０１８の回転は、タービンジェネレータ１０１８のコンプレッサに転送され、前記燃料電池１０１０により使用されるために、前記酸化剤、又は他の流体源を圧縮する。幾つかの実施態様では、前記タービンジェネレータ１０１８のタービンは、前記ジェネレータ、前記コンプレッサ、又はそれらの両方から切り離され、モータリングモードで、前記コンプレッサを回転させるのに必要なエネルギー量を低減する。
【０１２２】
ＡＣ出力バス１０２０は、タービンジェネレータ１０１８に電気的に接続可能（結合可能）であってよい。ＡＣ出力バス１０２０は前記タービンジェネレータ１０１８と前記インバータ１０２２との間の電気的接続を提供する構造、例えばワイヤ、ケーブル、バスバー、及びこれらの組み合わせを提供する。ＡＣ出力バス１０２０が単なる電気的接続として図１０に示されているが、しかし、当業者であれば、図１０は、単なる概略図であることを理解するであろう。上述した接続を提供することに加えて、ＡＣ出力バス１０２０は、適正で、安全で、及び効率的な動作の為の、一又は二以上（複数）のブレーカ、スイッチ、計装用の器具類又は接続器、或は、その他の構成部品（要素）を備えてもよい。
【０１２３】
インバータ１０２２（例えば、メカニカルインバータとしても知られている）は、前記ＡＣ出力バス１０２０から電気的結合及び電気的変換を提供することができる。例えば、前記タービンジェネレータ１０１８が発電し、前記ＡＣ出力バス１０２０に電力を供給する場合、インバータ１０２２は、このＡＣ電力をＤＣ電力に変換してもよい。この変換は、前記変換されたＤＣ電圧の制御することが必要とされる。前記タービンジェネレータ１０１８がモータリングモードで動作している場合、前記インバータ１０２２は、ＤＣ電力を変換し、及び、前記ＡＣ出力バス１０２０にＡＣ電力に供給する。
【０１２４】
インバータ１０２２もまた使用され、前記タービンジェネレータ１０１８の速度及び前記タービンジェネレータ１０１８に掛かっているトルクを制御することができる。前記ジェネレータ１０１８のタービンの速度を制御することもまた、前記タービンジェネレータ１０１８の動作（運転）モードに関係なく、直接的又は間接的に、前記コンプレッサの速度を制御することが可能である。上記の通り、前記コンプレッサは、酸化剤、又は他の流体を提供し、これらは燃料電池１０１０の電気化学反応、又は他の動作、として使用され、かつ、前記燃料電池１０１０の温度及び温度変化率を制御する手段として使用され（例えば、ヒートアップ又はクールダウン）、並びに、燃料電池１０１０又はその支持システムに関連する他の機能として使用する。前記燃料電池１０１０及びタービンジェネレータ１０１８の機械的及び電気的相互作用、並びに、燃料電池電力プラント及び前記ＥＰＤＳ１００４の前記電気的結合は、図１０に開示された一又は二以上（複数）の構成要素（部品）を備えた電気システムによって管理することができる。
【０１２５】
インバータ１０２４（メカニカルインバータとしても知られている）は、インバータ１０２２から前記メインＡＣバス１００２へ電気的結合及び電気的変換を提供することができる。例えば、前記タービンジェネレータ１０１８が発電し、前記ＡＣ出力バス１０２０に電力を供給する場合、インバータ１０２２は、このＡＣ電力をＤＣ電力に変換してよく、これは、次に、前記メインＡＣバス１００２における用途の為に、インバータ１０２４により変換されたものであってよい。これは、前記メインＡＣバス１００２に用途の為、前記供給されたＤＣ電力を前記三相ＡＣ電圧及び電流に変換することもできる。前記タービンジェネレータ１０１８がモータリングモードで動作している場合、前記インバータ１０２４は、ＡＣ電力をＤＣ電力に変換し、これは、次に、前記ＡＣ電力に変換され、及び、前記ＡＣ出力バス１０２０に供給される。
【０１２６】
幾つかの実施態様では、インバータ１０２２及び１０２４の前記機能が組み合わせることにより、前記両方の機能は単一の部品（構成要素）によって実行され得る。例えば、組み合わされたインバータ１０２２及び１０２４は、前記ＡＣ出力バス１０２０に供給された前記ＡＣ電力を、前記メインＡＣバス１００２の前記電圧及び位相に供給し、これはＥＰＤＳ１００４の電圧及び位相に一致するものであってよく、一方で、前記変換されたＡＣ電力の前記ＡＣ電流、実効電力及び無効電力を制御する。この組み合わされた部品（構成要素）はまた、前記タービンジェネレータ１０１８の前記速度及びトルクを制御するために使用され、それによって、結果的に、上述したように、燃料電池１０１０に前記所望の酸化剤又は他の流体フローをもたらす。
【０１２７】
幾つかの実施態様では、インバータ１０２２とインバータ１０２４は、互いに直列であってもよい。
【０１２８】
第２ロードバンク１０２６（タービンジェネレータ（ＴＧ）ロードバンク）は、グリッド障害事象において、前記タービンジェネレータによって発生した電力を引き出し、及び消費してもよい。ロードバンク１０２６は、インバータ１０２４、インバータ１０２２、又はこれらの両方を介して、前記メインＡＣバス１００２に電気的に結合されてもよく、電気的に接続（結合）されてもよい。ロードバンク１０２６は、前記燃料電池電力プラントが、例えば、グリッド障害事象において、前記ＥＰＤＳ１００４から迅速に切断されなければならない場合に、余剰電力を消費するように機能してよい。幾つかの諸例では、前記燃料電池電力プラントは、前記燃料電池１０１０、タービンジェネレータ１０１８、又はその両方を停止させるか、又は電力出力を低減させることよりも速い手法により、前記ＥＰＤＳ１００４から切り離さなければならない。前記燃料電池１０１０、タービンジェネレータ１０１８、又はその両方が依然として電力を発生している場合に、前記ＥＰＤＳ１００４を介して付与される前記電気負荷が最早前記燃料電池電力プラントに結合されることがないので、その電力を消費しなければならない。この余剰電力は、ロードバンク１０２６によって引き出される。
【０１２９】
ロードバンク１０２６は、フライホイール（勢車）バンク、キャパシタバンク、レジスタ（抵抗器）バンク、バッテリバンク、これら前記のものの組み合わせ、又は前記燃料電池電力プラントによって生成された余剰電力を消費可能な何れかの他の電気負荷であってもよい。フライホイールバンク、キャパシタバンク、バッテリバンク又はこれらの組合せを用いることの利点の１つは、前記燃料電池電力プラントがＥＰＤＳ１００４に再結合されるか、又は前記燃料電池電力プラントの電力負荷に使用される場合（例えば、モータリングタービンジェネレータ１０１８又は電力コントロールシステム１０３４）、再結合（回収）され得る余剰電気エネルギーの機械的、電気的、化学的な貯蔵であってよい。
【０１３０】
幾つかの実施態様では、ロードバンク１０１６及び１０２６は、相互運用のために構成されてもよい。例えば、ロードバンク１０１６は、前記燃料電池１０１０、タービンジェネレータ１０１８、又はその両方から発生した電力を消費するように構成されてもよい。ロードバンク１０２６は、燃料電池１０１０、タービンジェネレータ１０１８、又はその両方から発生された電力を消費するように構成されてもよい。幾つかの実施態様では、ロードバンク１０１６及びロードバンク１０２６は、それぞれ、前記燃料電池１０１０又はタービンジェネレータ１０１８からのみ生成される電力、及び、場合によっては、例えば、バックアップジェネレータ１０２８からの他の電気負荷を消費する。これらの又は他の実施態様において、ロードバンク１０１６及び１０２６の設計（企画）及び構成は、電気システム１０００の設計においてより大きな柔軟性を提供する。
【０１３１】
前記バックアップジェネレータ１０２８は、例えば、ディーゼル、ガソリン、天然ガス、又は他のジェネレータであってよい。幾つかの実施態様では、前記バックアップジェネレータ１０２８は風力ジェネレータ又は太陽ジェネレータであってもよい。当業者には理解されているように、前記バックアップジェネレータ１０２８を備えた特定タイプの部品（構成要素）は、発電、変換、又は貯蔵に適したデバイスのいずれであってよく、それは、グリッド障害事象の場合に、並びに、燃料電池のクールダウン（冷却）及び他のシステム設計基準の間に前記コントロールシステム１０３４及び前記モータタービンジェネレータ１０１８に電力を供給するのに十分な容量を有する場合に、容易に利用可能な前記システム設計限界に適合することが可能なものである。バックアップジェネレータ１０２８は、前述のシステム設計基準を満たすために様々なタイプの複数の部品（構成要素）を備えてなることは理解されるべきである。
【０１３２】
バックアップジェネレータ１０２８は、異常動作状態の場合、前記燃料電池電力プラントに補助電力を供給することができる。例えば、前記燃料電池電力プラントがＥＰＤＳ１００４に結合されていない場合、前記バックアップジェネレータは電力源を提供することができる。幾つかの実施態様では、前記タービンジェネレータ１０１８が電力を生成している間に、前記燃料電池１０１０は電力を発生していないかもしれない。前記バックアップジェネレータ１０２８は、そのような状況で使用され、前記電力プラントコントロールシステム１０３４に安定した電力源を提供する。前記タービンジェネレータ１０１８は、前記コントロールシステム１０３４に幾つかの電力を供給することができるが、タービンジェネレータ１０１８によって生成される前記電力の利用性及び量は変動し得る。タービンジェネレータ１０１８は制御され、前記燃料電池１０１０の安全なクールダウン（又はヒートアップ又は他の動作）に要求される前記酸化剤又は他の流体フローを提供する。コントロールシステム１０３４に電力を安定に供給することに加えて、モータリングモードで動作する場合、前記バックアップジェネレータ１０２８によって生成された電力は、インバータ１０２２に電力を提供し、タービンジェネレータ１０１８に電力を供給する。
【０１３３】
幾つかの実施態様では、前記バックアップジェネレータ１０２８が前記ＡＣ出力バス１０３０に電力を供給していない可能性がある。しかし、これは、前記バックアップジェネレータが何らかの形で動作していない可能性を意味するものではない。例えば、前記バックアップジェネレータ１０２８は、ウォームアップ又はクールダウン動作、メンテナンス、他の動作のために動作することができ、これについては、前記バックアップジェネレータ１０２８から前記ＡＣ出力バス１０３０にＡＣ電力が全く供給されていないというものである。幾つかの実施態様では、前記バックアップジェネレータ１０２８は、前記メインＡＣバス１００２から電気的に切り離された前記ＡＣ出力バス１０３０に、電力を供給することができる。
【０１３４】
ＡＣ出力バス１０３０は、バックアップジェネレータ１０２８を前記メインＡＣバス１００２に結合することができる。ＡＣ出力バス１０２０及びＤＣ出力バス１０１２に関して上述したように、図１０は、電気システム１００の簡易な概略図を例示する。ＡＣ出力バス１０３０は、追加の機能を提供する追加の部品を備えてなる。
【０１３５】
無停電電源装置（ＵＰＳ）１０３２が、コントロールシステム１０３４を前記メインＡＣバス１００２に電気的に結合する。さらに、ＵＰＳ１０３２は、他の供給源、例えば、ＥＰＤＳ１００４、燃料電池１０１０、タービンジェネレータ１０１８、バックアップジェネレータ１０２８、又はこれらの任意の組合せの故障から、電力遮断中に、使用されるべき電気エネルギーの貯蔵の為に提供する。ＵＰＳ１０３２は、電力源の移行中、又は他の供給源からの電力が利用できない間に、前記コントロールシステム１０３４に連続的な電力をさらに付与することができる。ＵＰＳ１０３２はまた、前記コントロールシステム１０３４によって引き出された電力を調整することもできる（例えば、電圧、位相等を制御する）。ＵＰＳ１０３２は、バッテリ、化学、電気又は機械、又は他の部品であり、上記した詳細な機能を付与するように構成される。
【０１３６】
ＵＰＳ１０３２は、前記メインＡＣバス１００２から電力を引き出すことができる。前記メインＡＣバスの前記電力は、ＥＰＤＳ１００４、燃料電池１０１０、タービンジェネレータ１０１８、バックアップジェネレータ１０２８、ロードバンク１０１６又は１０２６、或はこれらの組み合わせ又は他の部品（構成要素）によって付与されてもよい。
【０１３７】
コントロールシステム１０３４（「プラントのバランス」とも呼ばれる）は、システムの安全な動作の為に、電気システム１００内の各部品（構成要素）を制御、監視、及び通信するように構成されてもよい。さらに、コントロールシステム１０３４は、図１０には示されていない他の部品（構成要素）を含む、前記システム１０００内に、様々な部品（構成要素）に電力を付与することができる。例えば、コントロールシステム１０３４は、バルブ、ヒーター、ポンプ、遠隔操作されるブレーカー及びスイッチ、照明、計装（温度、圧力、流量など）、ロック、自動又は手動遠隔保護システム及び他の部品（構成要素）の動作を制御し、これは、燃料電池電力プラントの安全又は効率的な動作（運転）を高めることができる。コントロールシステム１０３４は、電気システム１００の動作をサポートするのに使用される複数のサブシステム用に、上述及び他の部品（構成要素）の動作を制御するように構成されてもよい。
【０１３８】
本開示の幾つかの実施態様によれば、電気システム１１００が図１１に例示されている。電気システム１１００は、メインＡＣバス１００２、及び電力配送システム（ＥＰＤＳ）１００４、トランスフォーマ１００６、スイッチギア１００８、燃料電池１０１０、ＤＣ出力バス１０１２、インバータ１０１４、第１ロードバンク１０１６、タービンジェネレータ１０１８、ＡＣ出力バス１０２０、インバータ１０２２、インバータ１０２４、第２ロードバンク１０２４、バックアップジェネレータ１０２８、ＡＣ出力バス１０３０、無停電電源装置（ＵＰＳ）１０３２、及びコントロールシステム１０３４を備えてなり、これは、上述の通りと同様であってよい。
【０１３９】
図１１を参照すると、第２ロードバンク１０２６は前記ＡＣ出力バス１０２０に結合されている。これは図１０と対比するものであり、ここで、第２ロードバンク１０２６がインバータ１０２２及びインバータ１０２４との間に位置したＤＣバスに結合されている。幾つかの実施形態では、前記燃料電池電力プラントは、第２ロードバンク１０２６を含まなくてもよく、ロードバンク１０１６は、燃料電池１０１０及びタービンジェネレータ１０１８の両方によって発生した前記余剰電力を消費するように機能してよい。２つのロードバンク１０１６及び１０２６を含む実施態様が、タービンジェネレータ１０１８から消費された電力の異なる制御方法の為、及び、タービンジェネレータ１０１８の前記コンプレッサの前記回転速度が制御されることによる異なる方法の為に、提供してもよい。２つの独立したコントロールもまた、前記システムの前記信頼性を高め、ここで、１つのロードバンクが設計通りに機能していない場合、第２ロードバンクは、他のロードバンクをバック−アップする手段を提供し、それによって余力を付与することができる。さらに、第２ロードバンクは、グリッドの故障の場合において、前記タービンジェネレータの前記速度を正確に制御するための代替手段を付与することができる。しかしながら、幾つかの実施形態においては、唯一のロードバンクを使用してもよい。
【０１４０】
本開示の幾つかの実施態様によれば、電気システム１２００が図１２に例示されている。前記電気システム１２００は、メインＡＣバス１００２、電力配送（電力配電）システム（ＥＰＤＳ）１００４、トランスフォーマ１００６、スイッチギア１００８、燃料電池１０１０、ＤＣ出力バス１０１２、インバータ１０１４、第１ロードバンク１０１６、タービンジェネレータ１０１８、ＡＣ出力バス１０２０、インバータ１０２２、インバータ１０２４、第２ロードバンク１０２６、バックアップジェネレータ１０２８、ＡＣ出力バス１０３０、無停電電源（ＵＰＳ）１０３２、及びコントロールシステム１０３４を備えてなるものであり、これらは、既に述べた部品（構成要素）と同一であってよい。
【０１４１】
図１２に示すように、前記メインＡＣバス１００２は、前記ＥＰＤＳ１００４に電気的に結合されてよい。この電気的結合は、スイッチギア１００８が閉鎖位置にあることによって達成され得る。前記ＥＰＤＳ１００４は、メインＡＣバス１００２及びそれに直接的又は間接的に電気的に結合された部品に電力を付与することができる。前記燃料電池１０１０は、ＤＣ電力を生成しており、及び、前記ＤＣ出力バス１０１２に前記ＤＣ電力を付与している。前記燃料電池インバータは、前記付与されたＤＣ電力をＡＣ電力へ変換し、及び前記ＡＣ電力を前記メインＡＣバス１００２に付与してもよい。前記タービンジェネレータ１０１８は、モータリングモードで動作し、インバータ１０２２及びインバータ１０２４を介して前記メインＡＣバス１００２から電力を引き出し、タービンジェネレータ１０１８のタービン、コンプレッサ、又はこれらの両方の回転エネルギーに変換する。タービンジェネレータ１０１８の前記コンプレッサは回転され、酸化剤又は他の流体を圧縮し、その中の電気化学反応、ヒートアップ又はクールダウン動作（操作）、又は他の何らかの燃料電池動作又はサポートシステム動作のための、前記燃料電池１０１０によって使用される。前記バックアップジェネレータ１０２８は、ＡＣ電力を発生させていないかもしれないし、前記ＡＣ出力バス１０３０を介して前記メインＡＣバス１００２に何れかの発生した電力を供給していないかもしれない。前記バックアップジェネレータ１０２８は、他の何らかの動作又は理由のために動作してもよい。ＵＰＳ１０３２は、メインＡＣバス１００２から電力を引き出し、そして、コントロールシステム１０３４に電力を供給する。ＵＰＳ１０３２とコントロールシステム１３０によって引き出される電力との間に一時的な不均衡が存在することがあるが、これらの引き出される電力の平均は、ＵＰＳ１０３２が完全な準備状態を再充電し、かつ、維持することができるようする。
【０１４２】
矢印１１２０、１１２２、１１２４、及び１１２６は、システム１２００において、電力の前記フローを指し示すものである。矢印１１２２が指し示す通り、前記ＥＰＤＳ１００４からの電力は、スイッチギア１００８及びトランスフォーマ１００６を通って前記メインＡＣバス１００２に流れる。矢印１１２０が指し示す通り、電力は燃料電池１０１０から前記メインＡＣバス１００２へと流れる。電力は、前記インＡＣバス１００２から前記ＵＰＳ１０３２、インバータ１０２４及びＥＰＤＳ１００４へと流れる。電力は、ＵＰＳ１０３２からコントロールシステム１０３４に付与される。前記インバータ１０２４から、電力はＤＣ電力へ変換され、及びインバータ１０２２へ供給される。インバータ１０２２は、インバータ１０２４から前記ＤＣ電力をＡＣ電力に変換される。前記変換されたＡＣ電力が使用され、前記タービンジェネレータ１０１８の永久磁気同期モータを高速で駆動する。この変換では、前記ＡＣ電流、電圧、及び位相を制御し、タービンジェネレータ１０１８の前記コンプレッサの所望の回転速度を達成し、前記燃料電池１０１０のための酸化剤（又は他の流体）の加圧及びフローを制御する。
【０１４３】
本開示の幾つかの実施態様によれば、電気システム１３００が図１３に例示されている。前記電気システム１３００は、メインＡＣバス１００２、電力配送（電力配電）システム（ＥＰＤＳ）１００４、トランスフォーマ１００６、スイッチギア１００８、燃料電池１０１０、ＤＣ出力バス１０１２、インバータ１０１４、第１ロードバンク１０１６、タービンジェネレータ１０１８、ＡＣ出力バス１０２０、インバータ１０２２、インバータ１０２４、第２ロードバンク１０２６、バックアップジェネレータ１０２８、ＡＣ出力バス１０３０、無停電電源（ＵＰＳ）１０３２、及びコントロールシステム１０３４を備えてなるものであり、これらは、既に述べた部品（構成要素）と同一であってよい。
【０１４４】
図１３に示すように、前記メインＡＣバス１００２は前記ＥＰＤＳ１００４に電気的に結合され、これは、スイッチギア１００８が閉鎖位置にあることによって達成され得る。前記ＥＰＤＳ１００４は、メインＡＣバス１００２及びそれに直接的又は間接的に電気的に結合された部品（構成要素）に電力を付与することができる。前記メインＡＣバス１００２が前記ＥＰＤＳ１０４に接続される場合、矢印１１２８及び１１３０で示されるように、ＡＣ電力がメインＡＣバス１００２とＥＰＤＳ１０４との間を流れることができる。図１３に示されるように、この構成は、前記メインＡＣバス１００２から電力をＵＰＳ１０３２に供給されることを可能とするものであり、このことは、前記タービンジェネレータ１０１８、燃料電池１０１０、バックアップジェネレータ１０２４、前記ＥＰＤＳ１０４、又は前述の幾つかの組合せによって生成され得るものである。幾つかの実施態様では、ロードバンク１０１６は、前記メインＡＣバス１００２及びそれに電気的に結合された部品（構成要素）に電力を供給するように構成されてもよい。
【０１４５】
燃料電池１０１０は、先に開示した燃料電池電気化学反応を介して電力を発生させ、それによって、矢印１１２８で示されるように、前記ＤＣ出力バス１０１２にＤＣ電力を付与し、及び、トランスフォーマ１００６及びスイッチギア１００８を介して、メインＡＣバス１００２及び前記ＥＰＤＳ１００４にＤＣ電力を付与してよい。タービンジェネレータ１０１８は、タービンを通じて燃焼された燃料電池反応生成物を膨張することを介して電力を発生し、それによって、前記ＡＣ出力バス１０２０にＡＣ電力を付与する。前記バックアップジェネレータ１０２８は前記ＡＣ出力バス１０３０にＡＣ電力を付与していない。前記ＵＰＳ１０３２は、前記メインＡＣ出力バス１００２から、電力を引き出す。
【０１４６】
上述したように、前記タービンジェネレータ１０１８によって生成された前記ＡＣ電力は、インバータ１０２２及びインバータ１０２４を介して、前記ＡＣ出力バス１０２０から前記メインＡＣ出力バス１００２に転送されてもよい。この電力の流れは、矢印１１３２によって示されている通りである。インバータ１０２２は、ＤＣ電力中で、前記タービンジェネレータ１０１８で発生（発電）されたＡＣ電力を転換するであろう。この変換中、インバータ１０２２は、この変換の結果から生じるＤＣ電圧、電流、又はその両方を制御することができる。このＤＣ電力は、インバータ１０２４によって前記メインＡＣバス１００２に転送されてもよい。この電力の流れは、矢印１１３２によって示された通りである。インバータ１０２４は、前記メインＡＣバス１００２で、前記電圧及び位相に互換性があるＡＣ電圧及び位相にＤＣ電力を変換することができる。前記メインＡＣバス１００２は、前記ＥＰＤＳ１００４に電気的に結合されてもよく、及び、従って、インバータ１０２４によって変換された前記電圧及び位相は、前記ＥＰＤＳ１００４の前記電圧及び位相と互換性がある。この変換された電圧をＥＰＤＳ１００４のものと互換性があるように調整する一方で、前記インバータは、前記燃料電池１０１０及び前記タービンジェネレータ１０１８の前記出力の変換からの実効電力及び無効電力を制御してもよい。前記変換された電力は、次に、前記ＥＰＤＳ１０４及びそれに付随する負荷を供給するために使用され得る。
【０１４７】
前記バックアップジェネレータ１０２８は、前記ＡＣ出力バス１０３０に電力を供給していないかもしれない。しかしながら、これは前記バックアップジェネレータが何らかの形態（方法）で動作していないことを意味するものではない。例えば、前記バックアップジェネレータ１０２８は、ウォームアップ又はクールダウン動作、メンテナンス、又は他の動作のために動作（運転）されてよく、ここで、ＡＣ電力は前記バックアップジェネレータ１０２８から前記ＡＣ出力バス１０３０に全く供給されないものである。幾つかの実施態様では、前記バックアップジェネレータ１０２８は、前記メインＡＣバス１００２から電気的に切り離された前記ＡＣ出力バス１０３０に電力を供給することができる。
【０１４８】
前記ＵＰＳ１０３２は、前記メインＡＣバス１００２に電気的に接続され、電力をメインＡＣバス１００２から引き出すことができる。前記ＵＰＳ１０３２によって引き出された前記電力は、前記タービンジェネレータ１０１８、前記燃料電池１０１０、前記ＥＰＤＳ１００４、前記バックアップジェネレータ１０２８（前記メインＡＣバス１００２に接続され、及び、前記メインＡＣバス１００２に電力を付与する場合）、又はこれらのソース（源）の幾つかの組み合わせから発生されてもよい。
【０１４９】
次に、コントロールシステム１０３４は、前記ＵＰＳ１０３２から電力を引き出す。前記コントロールシステム１０３４によって引き出された平均電力は、ＵＰＳ１０３２によって引き出される平均電力よりも小さくて、前記ＵＰＳ１０３２は最大容量において維持される。
【０１５０】
前記燃料電池電力プラントが発生（発電）モード又は動力モードでタービンジェネレータ１０１８（又は他の実施態様では１１８）で運転されるかどうかは、前記燃料電池システム１０１０（又は１１０）の排気温度及び周囲温度に影響するかもしれない。例えば、前記燃料電池システム排気の出力が一定であるがしかし、周囲温度が上昇する場合、前記タービンジェネレータ１０１８（又は１１８）の前記タービンを横切る燃料電池排気の膨張によって生成される仕事は、要求されるレートで前記コンプレッサを駆動するには不十分であり、前記燃料電池１０１０（又は１１０）に、要求される酸化剤（又は他の流体）フローを付与する。その結果、タービンジェネレータ１０１８（又は１１８）は、前記タービンによって生成される電力を超える前記要求された電力の為に、前記ＡＣバス１００２（又は１０２）から電力を引き出してもよい。
【０１５１】
本開示による幾つかの実施態様によれば、電気システム１４００は図１４に示された通りである。前記電気システム１４００は、メインＡＣバス１００２、及び電力配送システム（ＥＰＤＳ）１００４、トランスフォーマ１００６、スイッチギア１００８、燃料電池１０１０、ＤＣ出力バス１０１２、インバータ１０１４、第１ロードバンク１０１６、タービンジェネレータ１０１８、ＡＣ出力バス１０２０、インバータ１０２２、バックアップジェネレータ１０２４、ＡＣ出力バス１０２６、バックアップジェネレータ１０２８、ＡＣ出力バス１０３０、無停電電源（ＵＰＳ）１０３２及びコントロールシステム１０３４を備えてなるものであり、これらは、上述したものと同様であってよい。
【０１５２】
図１４に示した通り、前記メインＡＣバス１００２は、前記ＥＰＤＳ１００４に電気的に結合されなくてもよく、それは、スイッチギア１００８が開放位置にあることによる。前記燃料電池１０１０は、ＤＣ電力を発生し、その発生した電力を前記ＤＣ出力バス１０１２及びインバータ１０１４を介して前記メインＡＣバス１００２に供給することができる。前記ロードバンク１０１６は、前記メインＡＣバス１００２から電力を引き出すことができる。タービンジェネレータ１０１８は、インバータ１０２２及びインバータ１０２４を介して、前記ＤＣ出力バス１０１２から電力を引き出してもよい。前記バックアップジェネレータ１０２８は、ＡＣ出力バス１０３０に電力を供給していないかもしれない。前記ＵＰＳ１０３２は、メインＡＣバス１００２から電力を引き出してもよい。
【０１５３】
前記メインＡＣバス１００２は、前記燃料電池電力プラントに或る脅威を与えるかもしれない前記ＥＰＤＳ１００４の欠陥又は他の状態を成す、前記ＥＰＤＳ１００４から切断され、従って、前記燃料電池電力プラントは、保護手段として前記ＥＰＤＳ１００４から切り離されてよい。幾つかの実施態様では、前記燃料電池電力プラントは、ＥＰＤＳ１００４から迅速に切り離される必要があり、この防護措置が有効であることを確実にする。幾つかの実施態様では、前記燃料電池電力プラントは、前記ＥＰＤＳ１００４に安全上の危険を齎す可能性のある燃料電池電力プラントに関連する障害又は他の状態と成す、前記ＥＰＤＳ１００４から切り離される必要があってよい。また、前記危険は、スイッチギア１００８を開くことによって、前記燃料電池電力プラントを前記ＥＰＤＳ１００４から迅速に切り離すことによって対処されてよい。
【０１５４】
前記スイッチギア１００８が急速な手法により開かれると、前記燃料電池１０１０は、前記タービンジェネレータ１０１８及び前記電力コントロールシステム１０３４を駆動するのに必要とされる電力に比べて、余剰電力を発生している可能性がある。この余剰電力は、前記燃料電池電力プラントによって消費され、それによって、前記燃料電池内の電気化学反応のために供給された前記燃料を、前記燃料電池システムの他の場所で燃焼させて、望ましくない熱を発生させる必要性を回避する。この余剰電力を消費するために、ロードバンク１０１６は、燃料電池電力プラントの前記メインＡＣバス１００２に電気的に結合され、電力を引き出すことができる。幾つかの実施態様では、前記ロードバンク１０１６は、燃料電池１０１０によって生成される電力と、モータタービンジェネレータ１０１８、運転コントロールシステム１０３４、及び前記システム１４００に存在し得る電力損失によって消費される電力との差に等しい電力量を消費する。
【０１５５】
幾つかの実施態様では、スイッチギア１００８の開放に続いて、燃料電池１０１０によって生成される電力は低下され、それによって、ロードバンク１０１６によって消費される電力量が減少される。燃料電池１０１０の前記電力出力は、前記燃料電池１０１０によって生成された前記電力が、モータジェネレータ１０１８に要求された電力（燃料電池１０１０の電気化学反応のための酸化剤を供給し、燃料電池１０１０をヒーティングアップ又はクールダウンする為の酸化剤又は他の流体フローを付与し、或はこれらの又は他の動作（操作）の組み合わせを提供するため）、及びコントロールシステム１０３０に必要な電力と略同様なものであるという点に低下してもよい。
【０１５６】
幾つかの実施態様では、前記ロードバンク１０１６は、燃料電池システム１０１０によって生成された余剰電力を貯蔵する能力を含むことができ、この電力は、バックアップ電力の追加電力源として使用することができ、燃料電池電力プラントがＥＰＤＳ１００４、又はその両方に再接続される場合に、利用されてよい。
【０１５７】
結果として得られた電力の流れは図１４に示した通りである。矢印１１３４は、燃料電池１０１０によって生成され、ＤＣ出力バス１０１２に供給される電力を示す。この電力は、矢印１１３６及び１１３８によって表されているように、それぞれ、前記タービンジェネレータ１０１８に送られる電力とＵＰＳ１０２３との間で分割され得る。前記タービンジェネレータ１０１８に送られる電力は、インバータ１０２２及びインバータ１０２４を介して前記ＡＣ出力バス１００２から前記ＡＣ出力バス１０２０に流れることができる。インバータ１０２２は、ＤＣ電力を前記ＡＣ出力バス１０２０のためのＡＣ電力に変換することができる。この変換中、前記インバータ１０２２は、前記ＤＣ電力を要求されたＡＣ電圧及び位相に変換して、タービンジェネレータ１０１８を前記燃料電池１０１０の空気流量要件を満たすのに十分な速度で回転を生じさせることができる。
【０１５８】
ＤＣ電力はまた、インバータ１０１４を介して、前記ＤＣ出力バス１０１２から前記メインＡＣバス１００２に転送することもできる。前記インバータ１０１４は、前記変換され結果的に生じた変換ＡＣ電力の電圧、位相、及び実効電力及び無効電力を制御することができる。前記インバータ１０１４は、前記変換された電力の前記電圧及び位相を制御することが要求され、これは、前記メインＡＣバス１００２がもはやＥＰＤＳ１００４に電気的に結合されていないことによるものであり、及び、他の構成要素は、前記メインＡＣバス１００２における前記電力の電気性能を制御することはない。前記ＡＣ電力は、矢印１１４０及び１１３８によってそれぞれ示されているように、前記メインＡＣバス１００２においてロードバンク１０１６及びＵＰＳ１０３２に流れることができる。
【０１５９】
本開示の幾つかの実施態様によれば、電気システム１５００が図１５に例示されている。前記電気システム１５００は、メインＡＣバス１００２、電力配送システム（ＥＰＤＳ）１００４、トランスフォーマ１００６、スイッチギア１００８、燃料電池１０１０、ＤＣ出力バス１０１２、インバータ１０１４、第１ロードバンク１０１６、タービンジェネレータ１０１８、ＡＣ出力バス１０２０、インバータ１０２２、インバータ１０２４、第２ロードバンク１０２６、バックアップジェネレータ１０２８、ＡＣ出力バス１０３０、無停電電源（ＵＰＳ）１０３２、及びコントロールシステム１０３４を備えてなるものであり、これらは、上述した通りのものと同様であってよい。
【０１６０】
図１５に示されている通り、前記メインＡＣバス１００２は、ＥＰＤＳ１００４から電気的に切り離されてもよい。前記燃料電池１０１０は、電力を生成し、及びその電力を、インバータ１０１４を介して前記ＡＣ出力バス１００２に付与することができる。前記ロードバンク１０１６は、前記メインＡＣバス１００２から電力を引き出すことができる。前記タービンジェネレータ１０１８は、電力を発生し、及びその電力を、インバータ１０２２及びインバータ１０２４を介して前記メインＡＣバス１００２に付与することができる。前記第２ロードバンク１０２６は前記タービンジェネレータ１０１８により発生した電力を引き出し、それによって、電力は前記タービンジェネレータ１０１８から前記メインＡＣバス１００２に供給されることはない。前記バックアップジェネレータ１０２８は、電力を発生していなくてもよく、前記ＡＣ出力バス１０３０に電力を供給し、前記メインＡＣバス１００２に電力を付与せず、又はこれらの組み合わせであってよい。前記ＵＰＳ１０３２は、前記メインＡＣバス１００２から電力を引き出すことができる。
【０１６１】
図１５に示された電力の流れの幾つかは、図１４のフローに対応する。例えば、燃料電池１０１０によって生成された電力は、前記矢印１１３４の流れに対応する、矢印１１４２で示されたように、前記ＤＣ出力バス１０１２及び前記メインＡＣバス１００２に流れることがある。この対応は、電力フローの一般的な方向、前記フローの前記総電力、又はこれらの特性の組み合わせであってよい。同様に、矢印１１４４は矢印１１４０に対応し、矢印１１４６は矢印１１３８に対応する。
【０１６２】
図１５及び図１４に例証された実施態様における１つの違いは、矢印１１４８で示されている通り、タービンジェネレータ１０１８は電力を発生するということである。このフローは、インバータ１０２２により、ＡＣ出力バス１０２０においてＡＣ電力からＤＣ電力に変換する。インバータ１０２２は、前記ＡＣ出力バス１０２０において前記ＡＣ電力を特定の電圧のＤＣ電力に変換するように構成することができる。インバータ１０２２によって実行される前記特定変換は、前記タービンジェネレータ１０１８に置かれる前記トルクを制御し、それによって、前記タービンジェネレータ１０１８の前記速度を助成制御し、及び、従って、燃料電池１０１０に流れる酸化剤又は他の流体の量を制御し、これらは前記タービンジェネレータ１０１８に前記コンプレッサの関連によるものである。
【０１６３】
別の相違点は、メインＡＣバス１００２に付与された前記総電力が、燃料電池１０１０と前記タービンジェネレータ１０１８とによって生成された前記電力の組み合わせであることである（ロードバンク１０２６が前記タービンジェネレータ１０１８によって発生した全ての電力を引き出さない場合）。従って、ロードバンク１０１６によって消費された電力は、前記燃料電池１０１０とタービンジェネレータ１０１８とにより発生した電力と、前記ＵＰＳ１０３２と前記コントロールシステム１０３４とによって消費される電力とに、前記システム内の他の損失と前記第２ロードバンク１０１６によって消費された何れかの電力を足したものとの差と同量であってよい。幾つかの実施態様では、上述したように、第１ロードバンク１０１６及び第２ロードバンク０２６は、相互運用性のために構成されてもよく、ここで、両方又は一方において、燃料電池１０１０、タービンジェネレータ１０１８、又はこれら両方から、電力を引き出す。
【０１６４】
タービンを通じて燃焼生成物の膨張によって動力が供給されるタービンジェネレータ１０１８と共に、タービンジェネレータ１０１８によって生成される電力は、前記燃料電池電力プラントを動作（運転）させるのに必要とされる電力以上であり得る。上述された相互に関連付けられた機械的（例えば、燃料電池１０１０に空気を供給するタービンジェネレータ１０１８）及び前記タービンジェネレータ１０１８及び燃料電池１０１０の電気的（例えば、タービンジェネレータ１０１８及び燃料電池１０１０の電力出力の組み合わせ）動作が付与され、前記ロードバンク１０１６は、タービンジェネレータ１０１８と燃料電池１０１０の両方によって生成された電力の一部を消費することが要求され、これらの部品（構成要素）が安全に相互動作できるようになる。
【０１６５】
幾つかの実施態様では、第２ロードバンク１０２６は、前記燃料電池電力プラントがＥＰＤＳ１００４から切り離されている間に、前記燃料電池１０１０と前記タービンジェネレータ１０１８との両方が電力を付与する場合、前記タービンジェネレータ１０１８によって発生する全電力を引き出すように構成される。この第２ロードバンク１０２６を設けることは、前記燃料電池システムのより簡易な動作を提供することができるものであり、ここで、前記燃料電池１０１０の前記電気出力と、前記タービンジェネレータとを組み合わせる必要がない。前記第２ロードバンクはさらに、タービンジェネレータ１０１８及び燃料電池１０１０のより少ない依存性及び相互に関連する電気的動作を提供する。
【０１６６】
本開示の幾つかの実施態様によれば、電気システム１６００は図１６に例証された通りである。前記電気システム１６００は、メインＡＣバス１００２、及び電力配送システム（ＥＰＤＳ）１００４、トランスフォーマ１００６、スイッチギア１００８、燃料電池１０１０、ＤＣ出力バス１０１２、インバータ１０１４、第１ロードバンク１０１６、タービンジェネレータ１０１８、ＡＣ出力バス１０２０、インバータ１０２２、インバータ１０２４、第２ロードバンク１０２６、バックアップジェネレータ１０２８、ＡＣ出力バス１０３０、無停電電源（ＵＰＳ）１０３２及びコントロールシステム１０３４を備えてなるものであり、これは、上述したこれらの部品（構成要素）と同様であってよい。
【０１６７】
図１６に示すように、前記メインＡＣバス１００２は、前記ＥＰＤＳ１００４から電気的に切り離されてもよい。前記燃料電池１０１０は、電力を発生していなくてもよく、いずれの発生した電力を前記ＤＣ出力バス１０１２を介して、前記メインＡＣバス１００２に提供してもよいし、又は両者であってよい。前記タービンジェネレータ１０１８は、インバータ１０２２及びインバータ１０２４を介して前記メインＡＣバス１００２から電力を引き出してよく、及び、モータリングモードで動作してもよい。前記バックアップジェネレータ１０２８は電力を生成し、前記メインＡＣバス１００２に前記電力を供給することができる。前記ＵＰＳ１０３２は前記メインＡＣバス１００２から電力を引き出すことができる。
【０１６８】
何らかの理由で、例えば、燃料フローの損失、酸化剤フローの損失、又はこれら両方、前記燃料電池１０１０が前記燃料電池電力プラントのその他の部分から隔離されていなければならない電気的な問題により、燃料電池１０１０は、電力を生成していなくともよく、或は、その他として、前記ＤＣ出力バス１０１２へ電力を供給してもよく、前記燃料電池１０１０はスタートアップ（始動）し、又はシャットダウン（停止）していてもよいし、何らかの他の理由であってもよい。譬え、前記燃料電池１０１０が前記燃料電池電力プラントの残りの部分に電力を供給していなくても、タービンジェネレータ１０１８の前記コンプレッサは、ヒートバランス、ヒートアップ、クールダウン、又は他の燃料電池システム１０１０の動作等の為に、酸化剤又は他の流体のフローを前記燃料電池に供給することができる。モータリングモードにおいて、タービンジェネレータ１０１８を動作させるための電力は、バックアップジェネレータ１０２８よって付与されてよい。幾つかの実施態様では、タービンジェネレータ１０１８を動作させるための前記電力は、前記ＵＰＳ１０３２、前記ロードバンク１０１６、ロードバンク１０２６、又はこの二つの幾つかの組み合わせにおいて、場合により、前記バックアップジェネレータ１０２８との複合又は分離により付与されてよい。バックアップジェネレータ１０２８が使用され、前記ＵＰＳ１０３２に電力を供給し、次に、前記コントロールシステム１０３４に電力の安定供給を付与する。幾つかの実施態様では、ロードバンク１０１６及び１０２６は、前記ＵＰＳ１０３２に電力を付与することもできる。
【０１６９】
これらの電力フローは図１６に例証されている通りである。矢印１１５０は、前記バックアップジェネレータ１０２８が、発生した電力を前記ＡＣ出力バス１０３０及びメインＡＣバス１００２に供給することを示している。前記メインＡＣバス１００２から、矢印１１５４で示す通り、電力が前記タービンジェネレータ１０１８に流れることができる。タービンジェネレータ１０１８に流れる前記電力は、インバータ１０２２及びロードバンク１０２４を介して流れる。インバータ１０２２は、ＡＣ出力バス１０２０において、要求される前記電流、電圧、位相、実効電力及び無効電力、又はこれらの組み合わせを供給し、タービン１００２２の回転速度を制御するように構成されてよく、それによって、タービンジェネレータ１０１８の前記コンプレッサによって生じる、前記燃料電池１０１０を介して酸化剤又は他の流体の結果的な流れを生じさせる。
【０１７０】
矢印１１５２によって示された通り、電力は、前記メインＡＣバス１００２から前記ＵＰＳ１０３２に流れることもできる。前記ＵＰＳ１０３２は、コントロールシステム１０３４に電力の連続的な供給を付与することができる。
【０１７１】
本開示の幾つかの実施態様によれば、電気システム１７００が図１７に例証されている。電気システム１７００は、メインＡＣバス１００２、及び電力配送システム（ＥＰＤＳ）１００４、トランスフォーマ１００６、スイッチギア１００８、燃料電池１０１０、ＤＣ出力バス１０１２、インバータ１１４、第１ロードバンク１０１６、タービンジェネレータ１０１８、ＡＣ出力バス１００２０、インバータ１０２２、インバータ１０２４、第２ロードバンク１０２６、バックアップジェネレータ１０２８、ＡＣ出力バス１０３０、無停電電源（ＵＰＳ）１０３２及びコントロールシステム１０３４を備えてなり、これらは、上述した、これらの部品（構成要素）と同様であってよい。
【０１７２】
図１７に示す通り、前記メインＡＣバス１００２は、前記ＥＰＤＳ１００４に電気的に結合されていなくてもよい。前記燃料電池１０１０は、電力を生成していないか、前記ＤＣ出力バス１０１２を介して前記メインＡＣバス１００２に電力を供給していないか、又はこれらの両方であってよい。前記タービンジェネレータ１０１８は、電力を生成し、インバータ１０２２及びインバータ１０２４を介してその電力を前記ＡＣ出力バス１０２０に付与し、又は、その電力をロードバンク１０２６及びロードバンク１０１６又は前記したもの幾つかの組み合わせに付与することができる。前記バックアップジェネレータ１０２８は電力を生成し、その電力を前記ＡＣ出力バス１０３０を介して前記メインＡＣバス１００２に供給することができる。前記ＵＰＳ１０３２は、前記メインＡＣバス１００２から電力を引き出して、前記コントロールシステム１０３４に電力を付与する。
【０１７３】
上述した理由と同様の理由により、前記燃料電池１０１０は、電力を生成していないか、又はそうでなければ電力をＤＣ出力バス１０１２に供給していない。前記燃料電池１０１０が電力を供給していない場合に、酸化剤又は他の流体のフローが、安全な手法により、前記燃料電池１０１０を動作（運転；操作）するのに必要とされた、スタート−アップ（始動）、シャット−ダウン（停止）、ヒート−アップ（加熱）、クール−ダウン（冷却）又は他の動作（操作）用に、前記燃料電池１０１０に付与される。この流体のフローは、前記酸化剤又は他の流体を加圧し前記燃料電池１０１０に供給するコンプレッサを介して、前記タービンジェネレータ１０１８に付与されてもよい。前記燃料電池１０１０において、前記フローがより低いことを要求されることから、前記コンプレッサは、燃料電池１０１０へ前記酸化剤又は他の流体のより低いフローレート（流量；流速）、前記酸化剤又は他の流体の圧縮の減少、又はその両方を付与する必要がある。これらのより低いフローレート又はより低い圧縮は、タービンジェネレータ１０１８のコンプレッサの回転を遅くすることによって達成することができる。その結果、前記タービンジェネレータ１０１８からの前記電気出力は、時間とともに（徐々に）可変し得る。前記タービンジェネレータ１０１８のこの可変する電気出力は、幾つかの点で、前記タービンジェネレータ１０１８が、前記ＵＰＳ１０３２に、及び、それらから前記コントロールシステム１０３４に、安定した電力を付与することが最早全く当てにならない（信頼することができない）レベルに到達することがある。幾つかの実施態様によれば、電力は前記タービンジェネレータ１０１８から引き出され、前記ジェネレータを減速する。
【０１７４】
前記タービンジェネレータ１０１８、前記バックアップジェネレータ１０２８からの一定の電力供給が不足することによって生じる可能性がある諸問題を回避するために、前記バックアップジェネレータ１０２８が開始され、電力を供給してもよい。前記バックアップジェネレータ１０２８は、前記燃料電池１０１０との機械的相互作用を有しておらず、前記タービンジェネレータ１０１８の動作のように同じ外部動作要件を有しておらず、従って、前記ＵＰＳ１０３２及びコントロールシステム１０３４に電力のより信頼できる供給源を付与し得る。
【０１７５】
前記ロードバンク１０１６、前記ロードバンク１０２６、又はこれら両方は、前記タービンジェネレータ１０１８とバックアップジェネレータ１０２８とにより発生した電力と、前記ＵＰＳ１０２８が引き出した電力量と全ての（何れかの）システム損失との差に等しい電力量を引き出すように構成することができる。前記バックアップジェネレータ１０２８が前記メインＡＣバス１００２に電力を供給すると直ぐに、前記ロードバンク１０１６、前記ロードバンク１０２６、又はこれら両方は、前記メインＡＣバス１００２から電力を引き出すことができる。幾つかの実施態様では、バックアップジェネレータ１０２８の前記スタート−アップは、前記待機時間に依存するものであり、それは、前記タービンジェネレータ１０１８が、ＵＰＳ１０３２がコントロールシステム１０３４に電力を連続的に供給するように充電されたＵＰＳ１０３２を維持するのに、最早一定の電力供給を付与することができない。幾つかの実施態様では、前記バックアップジェネレータ１０２８は、上述の点よりも前に、前記メインＡＣバス１００２に電力供給されてよい。この期間中、前記ロードバンク１０１６、前記ロードバンク１０２６、又はこれら両方は、生成された電力と等しい電力量を引き出し、前記タービンジェネレータにより前記メインＡＣバスに配置することができる。
【０１７６】
電力の前記フローは図１６に例証された通りである。矢印１８０で表されるように、タービンジェネレータ１０１８は、インバータ１０２２を介して前記ＡＣ出力バス１０２０から前記ロードバンク１０２６に供給される、幾つかの電力を発生する。幾つかの実施態様において、前記タービンジェネレータ１０１８によって発生した前記電力もまた、全体において又は一部において、インバータ１０２４を介して前記メインＡＣバス１００２に流れる。ロードバンク１０１６は、前記メインＡＣバス１００２における幾つかの余剰電力を引き出すように構築されてよい。
【０１７７】
矢印１１５８で示すように、前記バックアップジェネレータ１０２８は、前記メインＡＣバス１００２及び前記ＡＣ出力バス１０３０を介してＵＰＳ１０３２に電力を供給する。図１６に示すことができるように、タービンジェネレータ１０１８及びバックアップジェネレータ１０２８の両方は、前記ＵＰＳ１０３２に電力を供給するように構成することができる。タービンジェネレータ１０１８及び場合によってはバックアップジェネレータ１０２８によって生成された余剰電力も、前記ロードバンク１０１６によって引き出される。
【０１７８】
本開示の幾つかの実施態様によれば、本開示の幾つかの実施態様による電気システムの動作状態フロー概略図１８００は図１８に例証されている通りである。前記電気システムは、上記の通り、前記電気システム１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００及び８００,１０００，１１００，１２００，１３００，１４００，１５００，１６００，１７００と同様であってよい。
【０１７９】
動作状態フロー図１８００は、前記電気システムの一又は二以上の部品（構成要素）の動作状態に基づいて、電気システム部品（構成要素）との間で結果として生じる可能性のある動作条件及び電力フローを例示するものである。例えば、前記電気システム内の様々な部品（構成要素）との間の動作条件及び電力フローは、電気システム燃料電池の動作状態（ブロック１１６０）、電力配送システム（ブロック１１６２及び１１６４）及びタービンジェネレータ（ブロック１１６６，１１６８，１１７０及び１１７２）に依存する。
【０１８０】
前記燃料電池が電力を発生しており、故障していない場合（ブロック１１６０「Ｎｏ：いいえ」分岐）、前記電気システムは、前記電力配送システム（ブロック１１６４）及び前記タービンジェネレータ（ブロック１１７０及び１１７２）の前記動作条件に基づいて４つの可能な動作状態（ブロック１１７４，１１７６，１１７８，１１８０）を有することができる。例えば、前記電気システム（電力プラント又は燃料電池電力プラントとしても知られている）が電力配送システム（ブロック１１６４、「Ｎｏ：いいえ」分岐）に電気的に結合されている場合、前記燃料電池は、電力配送システムへ電力を供給する電力発生モードにおいて動作するものであり（上述のように）、前記コントロールシステムは前記メインＡＣバスから電力を引き出すことにより動作されてよく（上述のように）、そして、前記ロードバンクを前記メインＡＣバスから切断することができる。前記タービンジェネレータが発電モードで動作している場合、前記タービンジェネレータはその電力を前記電力配送システムに供給する（上述のように）。この動作状態は、ブロック１１８０で示されている。前記タービンジェネレータがモータリングモードで運転される場合、前記タービンジェネレータは前記ＤＣ出力バスから電力を引き出す（上述のように）。この動作状態は、ブロック１１７８によって示される。
【０１８１】
前記燃料電池が電力を発生しており、故障していない場合（ブロック１１６０「Ｎｏ；いいえ」分岐）、及び、前記電気システム（電力プラント又は燃料電池電力プラントとしても知られている）が前記電力配送システム（ブロック１１６６４、「Ｙｅｓ；はい」分岐）から切り離されている場合、前記燃料電池が前記メインＡＣバス（上述のように）に電力を供給する電力モードで動作するであろう場合、前記コントロールシステムは前記メインＡＣバス（上述のように）から電力を引き出すことにより動作されてよく、前記ロードバンクは、前記メインＡＣバスに電気的に結合され、電力を引き出すことができる（上述したように）。前記タービンジェネレータが発電モードで動作している場合、前記タービンジェネレータはその電力を前記メインＡＣバス、前記第２ロードバンク又はこの両者に付与する（上述したように）。この動作は、ブロック１１７６で示される。前記タービンジェネレータがモータリングモードで動作する場合、前記タービンジェネレータは前記メインＡＣバスから電力を引き出す（上述のように）。この動作状態は、ブロック１１７４で示される。ロードバンクは、前記燃料電池によって生成される電力、前記タービンジェネレータによって生成される電力及びコントロールシステムによって引き出される電力、前記タービンジェネレータによって引き出される電力及び電力損失、の差に等しい電力量を引き出すことができる。幾つかの実施態様では、第２ロードバンクは、前記タービンジェネレータによって発生された幾つかの電力を引き出してよく、及び、第１ロードバンクは、前記燃料電池によって発生した前記電力と、及び前記コントロールシステムによって消費された電力及びシステム浪費、及び前記タービンジェネレータにより消費された電力の全ての（幾つかと）の前記差に等しい電力量を引き出してよい。
【０１８２】
前記燃料電池が電力を発生していないか、故障しているか、又はその両方である場合（ブロック１１６０「Ｙｅｓ：はい」分岐）、前記電気システムは、前記電力配送システム（ブロック１１６２）及び前記タービンジェネレータ（ブロック１１６６及び１１６８）の前記動作状態に基づく、４つの可能な動作状態（ブロック１１８２，１１８４，１１８６及び１１８８）を有してもよい。例えば、前記電気システム（電力プラント又は燃料電池電力プラントとしても知られている）が前記電力配送システムに電気的に結合されている場合（ブロック１１６２、「Ｎｏ；いいえ」分岐）、前記燃料電池は、前記電力配送システムに前記電力を供給する、電力発生モードでは動作しないものであり（上記のように）、前記コントロールシステムが、前記メインＡＣバスから電力を引き出すことにより動作され（上述のように）、及び、前記ロードバンクが前記メインＡＣバスから切断される（上述のように）。前記タービンジェネレータが発電モードで動作している場合、前記タービンジェネレータはその電力を前記電力配送システムに供給する（上述のように）。この動作は、ブロック１１８８で示される。前記タービンジェネレータがモータリングモードで動作する場合、前記タービンジェネレータは前記メインＡＣ出力バスから電力を引き出す（上述のように）。この動作状態は、ブロック１１８６によって示される。
【０１８３】
前記燃料電池が電力を発生していないか、故障しているか、又はその両方である場合（ブロック１１６０「Ｙｅｓ；はい」分岐）、及び、前記電気システム（電力プラント又は燃料電池電力プラントとしても知られている）が前記電力配送システム（ブロック１１６２、「Ｙｅｓ；はい」分岐）から電気的に切り離されている場合、前記燃料電池が前記メインＡＣバスに電力を供給する電力発生モードで動作しないものであり（上述のように）、前記コントロールシステムは、前記メインＡＣバスから電力を引き出すことにより動作されてもよく（上述のように）、前記第１ロードバンク、前記第２ロードバンク、又はこれらの両方は、前記メインＡＣバスに電気的に結合され、前記メインＡＣバス又は前記タービンジェネレータインバータ（例えば、インバータ１０２２）から電力を引き出し（上述したように）、及び、前記バックアップジェネレータは前記メインＡＣバスに電力を供給する（上述のように）。前記タービンジェネレータが電力発生モードで動作している場合、前記タービンジェネレータはその電力を前記メインＡＣバス又は前記第２ロードバンクに供給する（上述のように）。この動作は、ブロック１１８４で示される。前記タービンジェネレータがモータリングモードで動作する場合、前記タービンジェネレータは、前記ＡＣ出力バスから電力を引き出す（上述のように）。この動作状態は、ブロック１１８２で示される。前記第１ロードバンクは、前記バックアップジェネレータと前記タービンジェネレータによって生成される全ての（幾つかの）電力と、前記コントロールシステム、前記タービンジェネレータによって引き出される電力、及びシステム損失との前記差に等しい量の電力を引き出すことができる。
【０１８４】
当業者には理解されるように、前述の実施態様は、簡略化したシステム概略図を用いて例証されている。特定の実施態様は、より多くの数の構成要素、例えば、電気接続、計装、及びブレーカを含むことができる。さらに、前述の構成要素の多くは単一のボックスとして示されているが、各構成要素は、示された目的を達成するために一緒に動作することができる、多数の副構成要素又はマルチの構成要素から構成されてもよい。
【０１８５】
本開示は、ＡＣ又はＤＣ手段の何れかによって結合された、燃料電池及びタービンジェネレータを有してなる電力プラントに結合された電力電子機器を付与する。これらのシステムは、燃料電池電力プラントシステムの様々な構成要素の冗長性、信頼性及び相互動作性の向上という利点を提供する。例えば、燃料電池出力を使用してタービンジェネレータを駆動し、配電システムの故障の場合には前記電力プラントコントロールシステムに電力を供給することができる。タービンジェネレータによって発生した電力は、前記電力配電システム及び前記燃料電池に障害が発生した場合等の異常時にコントロールシステムに電力を供給するために使用することができる。本明細書に開示されたシステムは、電力配電システムに障害が発生して燃料電池が発電していない場合等の異常状態の間にモータリングモードで動作するとき、前記コントロールシステム及び前記タービンジェネレータに電力を供給するバックアップジェネレータを有することができる。本明細書に開示された電気システムは、正常及び異常状態において、より信頼性が高く安全である。さらに、前記開示されたシステムの幾つかの実施態様は、電気変換部品の数を減少させ、それによってプラント運転の効率、特にタービンジェネレータ電力エレクトロニクスの効率を改善する。前述のシステムは、公益事業網（グリッド）と互換性があり、容易に拡張可能であり、ネット並列及び隔離発電と組み合わせ可能である。設置が簡素化され、標準的な家庭用設置部品を使用することが可能である。
【０１８６】
上述の実施態様の幾つかは、特定の装置の文脈で付与されますが、上記の実施態様は、燃料電池を有する電気システムの改善を開示していることを理解されるであろう。本開示の好ましい実施態様が記載されているが、記載された実施態様は例示的なものに過ぎず、本開示の範囲は、意図された請求項によって主として定義されたものであるが、それは、均等物の全範囲を含むものであることは言うまでもない。本明細書を精読することにより当業者に自然に生じる多くの変形及び改善された発明もまた、本開示に含まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【外国語明細書】
2018198526000001.pdf