(57)【要約】【課題】  電力系統への逆潮流を防ぐためにパワーコンディショナが出力を減少させた場合に、燃料電池の燃料が無駄に排出すされるのを防ぐことができ、構内負荷が急に増加しても燃料電池が過負荷に成ることがない燃料電池の系統連系制御方法を提供する。【解決手段】  パワーコンディショナ２の制御部１９は、電力系統３からの受電電力とパワーコンディショナ２出力電力とから構内５の消費電力を算出し、この消費電力情報を燃料電池１に送信すると共に、算出した消費電力情報と燃料電池１から送られてきた発電状態情報とを基に出力電流目標値を設定する。燃料電池１の燃料供給を制御する燃料電池制御部１２は、パワーコンディショナ２から送られてきた消費電力情報を基に燃料供給制御を実施し、パワーコンディショナ２の制御部１９は、実際のパワーコンディショナ２出力電流と演算した出力電流目標値とを比較して前記インバータ回路を制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を、昇圧チョッパ回路と、昇圧した直流電圧を交流に変換するインバータ回路と、これらを制御して連系点に同調した交流電力を出力する制御部とを備えたパワーコンディショナを介して電力系統に連系し、構内の負荷に発電電力を供給する燃料電池の系統連系制御方法であって、
前記パワーコンディショナの制御部は、電力系統からの受電電力とパワーコンディショナ出力電力とから構内の消費電力を算出し、この消費電力情報を燃料電池に送信する一方、燃料電池の燃料供給を制御する燃料電池制御部は、前記消費電力情報を基に燃料供給制御を実施すると共に発電状態情報を前記パワーコンディショナに出力し、
この発電状態情報と前記消費電力情報を基に、パワーコンディショナの制御部は出力電流目標値を設定し、実際のパワーコンディショナ出力電流と前記出力電流目標値とを比較して前記インバータ回路を制御して出力電流を調整することを特徴とする燃料電池の系統連系制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池をパワーコンディショナを介して電力系統に連系させて構内の負荷に発電電力を供給する系統連系制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自家発電設備を設けて電力会社の配電系統（電力系統）と連系して運用することで、効率的な発電を実施して節電を図るシステムがある。このような連系運転を実施する場合、発電設備は電力を供給する負荷の状況に応じて連系点へ出力する交流電力を調整するパワーコンディショナを介して電力系統に接続される。このパワーコンディショナは、発電設備が燃料電池等により直流発電を行う場合、昇圧するためのＤＣ／ＤＣコンバータ、交流を生成する為のインバータ、異常発生時に系統から発電設備を解列させるための解列手段等を備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような発電装置において、自家発電による発電電力を構内のみで使用し、系統側への逆潮流が無いよう構成する場合は、通常保護継電器を設置して逆潮流が発生したらそれを検知し、パワーコンディショナを系統から解列させるよう構成されている。但し、燃料電池による発電の場合は、運転を停めると次の再始動時に多大な時間とエネルギーが必要になるため、解列操作する前にパワーコンディショナの出力電力を減少させ、運転停止状態になるのをできるだけ回避するよう制御が成されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２２９７８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この場合の制御、即ち逆潮流を発生させない制御は、受電点における電流とパワーコンディショナ自身の出力電圧から算出される電力を監視することで逆潮流を検出でき、逆潮流が発生したら直ちに出力電力を制限する制御を行う事で実施できる。しかし、出力電力を制限しても燃料電池は運転が継続されるので、電力として消費されない分の燃料の水素ガスはそのまま無駄に排出されていた。
一方で、負荷の増加に応じてパワーコンディショナが出力電力を増加させる制御を行った場合に、要求される電力が燃料電池がセルスタックへ供給する燃料を上回る電力である場合は、燃料電池が過負荷状態となり出力電圧が低下してしまう問題があったし、これが繰り返されると燃料電池のＭＥＡ膜が破損する虞もあった。
【０００６】
そこで、本発明はこのような問題点に鑑み、電力系統への逆潮流を防ぐためにパワーコンディショナが出力を減少させた場合に、燃料電池の燃料が無駄に排出されるのを防ぐことができ、構内負荷が急に増加しても燃料電池が過負荷に成ることがない燃料電池の系統連系制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する為に、請求項１に記載の発明は、燃料電池を、昇圧チョッパ回路と、昇圧した直流電圧を交流に変換するインバータ回路と、これらを制御して連系点に同調した交流電力を出力する制御部とを備えたパワーコンディショナを介して電力系統に連系し、構内の負荷に発電電力を供給する燃料電池の系統連系制御方法であって、前記パワーコンディショナの制御部は、電力系統からの受電電力とパワーコンディショナ出力電力とから構内の消費電力を算出し、この消費電力情報を燃料電池に送信する一方、燃料電池の燃料供給を制御する燃料電池制御部は、前記消費電力情報を基に燃料供給制御を実施すると共に発電状態情報を前記パワーコンディショナに出力し、この発電状態情報と前記消費電力情報を基に、パワーコンディショナの制御部は出力電流目標値を設定し、実際のパワーコンディショナ出力電流と前記出力電流目標値とを比較して前記インバータ回路を制御して出力電流を調整することを特徴とする。
この発明により、構内負荷の消費電力が急に減少し逆潮流が発生すると、電力系統から構内に供給される電力が負の値と成り、構内の電力状態情報は逆潮流分だけ小さくなる。その結果、燃料電池はこの電力状態情報を受けて燃料供給量を少なくするため発電状態情報も小さくなり、パワーコンディショナの出力は削減される。こうして、逆潮流は解消されるし、燃料の無駄を無くすこともできる。
また、消費電力が急に大きくなった場合は、発電状態情報を基に出力電流が制御されるので燃料電池が過負荷状態になるのを防ぐことができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、構内負荷の急な減少によりパワーコンディショナの出力が減少しても、燃料電池の燃料が無駄に排出されることがないし、構内負荷の急激な増加があっても燃料電池が過負荷状態になるのを防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明を具体化した実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る燃料電池の系統連系制御方法の一例を示すシステム構成図であり、１は燃料電池、２はパワーコンディショナ、３は電力系統、４は負荷であり、５は構内を示している。
燃料電池１は、燃料を供給する燃料供給装置８、燃料の供給を受けて発電するセルスタック９、構内電力状態情報（消費電力情報）を受ける構内電力状態入力部１０、燃料電池の発電状態情報を出力する発電状態出力部１１、発電を制御する燃料電池制御部１２を備えている。
【００１０】
パワーコンディショナ２は、燃料電池１の発電電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路１５、直流を交流に変換するインバータ回路１６、生成した交流波形を平滑化する平滑回路１７、連系を解離させる連系開閉器１８、これらを制御するマイクロコンピュータを内蔵した制御部１９、構内電力状態情報を出力する構内電力状態出力部２０、燃料電池１の発電状態情報を入力するための発電状態入力部２１を備えている。
【００１１】
また、パワーコンディショナ２は、検出した出力電圧や出力電流、更には入力された発電状態入力部２１から入力された信号をＡ／Ｄ変換するためのＡ／Ｄコンバータ２３、演算した構内電力状態情報の信号をＤ／Ａ変換するＤ／Ａコンバータ２４を有している。
尚、２６ａ，２６ｂは電力系統３から構内５に供給される電流を測定する変流器等の電流測定器であり、この実施形態では単相三線式電路の場合を示し、２６ａは一方の電圧線Ｒに流れる電流ＩR を測定し、２６ｂは他方の電圧線Ｔに流れる電流ＩT  を測定している。また、２７ａ，２７ｂは電路電圧を測定する電圧測定器を示し、２本の電圧線Ｒ，Ｔと中性線Ｎの間の電圧ＶRN、ＶNTを測定している。そして、２８はパワーコンディショナ２の出力電流ＩL  を測定する電流測定器である。
【００１２】
Ａ／Ｄコンバータ２３に入力される情報は、上記測定器で検出したパワーコンディショナの出力電圧（ＶRN、ＶNT）、出力電流ＩL   、更に電力系統３からの流入電流ＩR、ＩT、更に、燃料電池１の発電状態情報である。
【００１３】
制御部１９は、Ａ／Ｄコンバータ２３を介して入力された情報を基に構内５の全消費電力を演算し、その情報をＤ／Ａコンバータ２４に出力する。そして、Ｄ／Ａコンバータ２４から電圧信号（アナログ信号）に変換されて燃料電池１に出力される。
一方、燃料電池１から出力される発電状態情報も電圧信号（アナログ信号）で出力され、パワーコンディショナ２の制御部１９はこの発電状態情報をＡ／Ｄコンバータ２３を介して入力し、その情報を基に出力電流目標値を演算し、その電流を出力するよう運転を制御する。
【００１４】
具体的に、制御部１９による演算及び制御は次のように実施される。まず、構内電力状態情報の演算は次のように実施される。図２は制御部１９の構内電力状態を算出する演算回路図であり、この図を基に説明する。図２において、Ｅ１，Ｅ２では電力系統３から構内５に供給される電力（Ｒ−Ｔ間の電力）を算出している。所定間隔で検出した出力電圧ＶRNに受電点の構内電流ＩR を掛け、この演算を電圧１サイクルの期間加算した後、加算回数で割り算を行いＲ−Ｎ間の電力を演算している。同様に、出力電圧ＶNTと構内電流ＩT を用いてＮ−Ｔ間の電力を算出し、双方を加算して電力系統３から供給される電力としている。
【００１５】
Ｅ３ではパワーコンディショナ２の出力電力を演算している。具体的には、所定間隔で検出した出力電圧ＶRNとＶNTを加算してパワーコンディショナ出力端の電圧ＶRTとし、その値にパワーコンディショナ２の出力電流ＩL  を掛け、この演算を電圧１サイクルの期間加算した後、加算回数で割り算を行いパワーコンディショナ２の出力電力を演算している。
そして、こうして求めた電力系統３から構内５に供給される電力にパワーコンディショナ２の出力電力を加算して構内５の消費電力を算出し、この値に係数Ｊを掛けてＤ／Ａコンバータ２４によりＤ／Ａ変換し、構内電力状態出力部２０からアナログ信号として構内電力状態情報を出力している。
【００１６】
尚、このとき、Ｄ／Ａコンバータ２４から出力される信号は、例えば０〜５Ｖのアナログ信号であり、一例として０Ｖを出力するときは、構内消費電力が０ワットとし、５Ｖを出力する時は構内消費電力が燃料電池１の定格電力以上の場合としている。
【００１７】
この演算情報を基に、パワーコンディショナ２は次のように電流制御を実施する。図３はパワーコンディショナ２による電流出力制御を説明するための制御回路図であり、この図を基に説明する。
パワーコンディショナ２は、燃料電池１から発電状態情報が入力されたらＡ／Ｄコンバータ２３を介して制御部１９に入力される。この発電状態情報は、燃料電池制御部１２から出力され、実際の発電状態に応じた情報が例えば０〜５Ｖのアナログ信号で出力される。このアナログ信号は、一例として０Ｖを出力するときは燃料電池１の発電電力が０Ｗの時とし、５Ｖを出力するときは燃料電池１が定格電力を発電している状態とする。
【００１８】
制御部１９は、発電状態情報を受けてパワーコンディショナ２内部で使用する値、自身の損失を考慮して所定値Ｋを掛けて調整（Ｆ１）し、パワーコンディショナ２出力端の電圧ＶRTで割った値を出力電流目標値とする（Ｆ２）。この出力電流目標値に、出力位相を掛けて（Ｆ３）、パワーコンディショナ２の出力電流瞬時値ＩL と比較（Ｆ４）し、偏差をＰＩ演算（Ｆ５）した値でインバータ回路１６を制御する。
【００１９】
この制御により、燃料電池１から出力される発電状態情報に沿った電流がパワーコンディショナ２から出力され、この出力電流により連系運転が行われる。例えば、構内負荷の消費電力が急に小さくなり逆潮流が発生すると、電力系統３から構内５に供給される電力が負の値になるため、構内５の電力状態情報が逆潮流分だけ発電電力より小さくなる。その結果、燃料電池１は、この情報を受けて燃料供給量を削減するので、発電状態情報も小さくなり、パワーコンディショナ２の出力は削減される。そして、燃料削減による発電量の減少は、短時間で実施されるので逆潮流は速やかに解消される。
また、構内負荷の消費電力が急に大きくなった場合は、構内５の電力状態情報が発電電力より大きくなる。その結果、燃料電池１の燃料供給量が増加し、パワーコンディショナ２の出力電流は増加する。そして、このパワーコンディショナ２の出力電流は、燃料電池１の発電状態に応じて制御される。
【００２０】
このように、構内電力状態情報を受けて燃料電池の燃料供給が制御されるので、逆潮流が発生した際にパワーコンディショナの出力電流を速やかに削減しても、燃料電池に水素ガス等が無駄に供給されるようなことが無くなる。逆に、消費電力の大きさに応じて必要な水素ガス等の燃料の供給量を制できるため、要求される発電量に応じて効率よく燃料の供給を制御できる。
そして、燃料電池の発電状態を把握してパワーコンディショナは出力電流を制御するので、燃料電池が過負荷状態になるのを防ぐことができる。
【００２１】
尚、上記実施形態は、燃料電池１とパワーコンディショナ２の間の情報のやり取りをアナログ信号で行っているが、これは制御部１９、燃料電池制御部１２で使用しているマイクロコンピュータに、アナログ信号を扱うためのＡ／ＤコンバータやＤ／Ａコンバータが搭載され、これが利用できるためで、これ以外の通信手段を用いて情報の受け渡しを行っても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る燃料電池のパワーコンディショナ出力制御方法の実施形態の一例を示す系統連系システムの構成図である。
【図２】構内電力状態出力の演算回路図である。
【図３】パワーコンディショナの電流出力制御回路図である。
【符号の説明】
【００２３】
１・・燃料電池、２・・パワーコンディショナ、３・・電力系統、４・・負荷、１２・・燃料電池制御部、１５・・昇圧チョッパ回路、１６・・インバータ回路、１９・・制御部、２０・・構内電力状態出力部、２１・・発電状態入力部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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