(57)【要約】【課題】系統電圧の歪みが大きい場合において、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を出力する燃料電池の電力変換装置を提供する。【解決手段】系統２の電圧高調波成分を検出する電圧高調波検出手段５５を備え、電圧高調波検出手段５５から検出される高調波成分値から、系統２の電圧歪みが増加したことを検知した場合、電流制御ループ演算手段５３のフィードバック制御のゲインを可変とすることにより、燃料電池の電力変換装置は、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を出力する。【選択図】図１
2013059224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を主体とする燃料ガスと酸素とから直流電力を発電する燃料電池本体と、
前記発電した直流電力を入力とし系統に連系可能な交流に変換するインバータ回路と、
前記系統の電圧高調波成分を検出する電圧高調波検出手段と、
前記インバータ回路が前記系統に出力する交流電流値を検出する電流検出手段と、前記インバータ回路が前記系統に出力する交流電流指令値を指定する交流電流指令手段と、
前記電流検出手段から検出される前記交流電流値と、前記交流電流指令手段が指定する前記交流電流指令値によりフィードバック制御を実行する電流制御ループ演算手段と、
前記電流制御ループ演算手段の出力値を入力として、前記インバータ回路を駆動するＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ制御手段とを備え、
前記電圧高調波検出手段から検出される高調波成分値から、前記系統電圧のひずみ率が所定値以上になった場合、前記電流制御ループ演算手段のフィードバック制御のゲインを可変とする、燃料電池の電力変換装置。
【請求項２】
前記系統の交流電圧位相を検出する電圧位相検出手段をさらに有し、
前記電圧高調波検出手段から検出される高調波成分値から、前記系統電圧のひずみ率が所定値以上になった場合、前記系統の交流電圧位相が９０度及び２７０度から所定範囲内において、前記電流制御ループ演算手段のフィードバック制御のゲインを可変とする、請求項１に記載の燃料電池の電力変換装置。
【請求項３】
前記系統の交流電圧位相を検出する電圧位相検出手段をさらに有し、
前記電圧高調波検出手段から検出される高調波成分値から、前記系統電圧のひずみ率が所定値以上になった場合、前記系統の交流電圧位相が９０度及び２７０度から所定範囲内において、前記電流制御ループ演算手段のフィードバック制御の積分項を更新しない、請求項１に記載の燃料電池の電力変換装置。
【請求項４】
前記電圧高調波検出手段から検出される高調波成分値から、前記系統電圧のひずみ率が所定値以上になった場合、前記交流電流指令手段が指定する前記交流電流指令値を小さくする、請求項１に記載の燃料電池の電力変換装置。
【請求項５】
前記系統電圧のひずみ率を、前記系統電圧の総合ひずみ率として測定する、請求項１〜４に記載のいずれか１項に記載の燃料電池の電力変換装置。
【請求項６】
前記系統電圧の総合ひずみ率の所定値を５％以上になった場合とする、請求項５に記載の燃料電池の電力変換装置。
【請求項７】
前記系統電圧のひずみ率を、前記系統電圧の各次調波ひずみ率として測定する、請求項１〜４に記載のいずれか１項に記載の燃料電池の電力変換装置。
【請求項８】
前記系統電圧の各次調波ひずみ率の所定値を３％以上になった場合とする、請求項７に記載の燃料電池の電力変換装置。
【請求項９】
水素を主体とする燃料ガスと酸素とから直流電力を発電する燃料電池本体と、
前記発電した直流電力を入力とし系統に連系可能な交流に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路が前記系統に出力する交流電流の電流高調波成分を検出する電流高調波検出手段と、
前記インバータ回路が前記系統に出力する交流電流値を検出する電流検出手段と、前記インバータ回路が前記系統に出力する交流電流指令値を指定する交流電流指令手段と、
前記電流検出手段から検出される前記交流電流値と、前記交流電流指令手段が指定する
前記交流電流指令値によりフィードバック制御を実行する電流制御ループ演算手段と、
前記電流制御ループ演算手段の出力値を入力として、前記インバータ回路を駆動するＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ制御手段とを備え、
前記電流高調波検出手段から検出される高調波成分値から、前記インバータ回路が前記系統に出力する電流のひずみ率が所定値以上になった場合、前記電流制御ループ演算手段のフィードバック制御のゲインを可変とする、燃料電池の電力変換装置。
【請求項１０】
前記インバータ回路が前記系統に出力する交流電流位相を検出する電流位相検出手段をさらに有し、
前記電流高調波検出手段から検出される高調波成分値から、前記インバータ回路が前記系統に出力する電流のひずみ率が所定値以上になった場合、前記系統の交流電流位相が９０度及び２７０度から所定範囲内において、前記電流制御ループ演算手段のフィードバック制御のゲインを可変とする、請求項５に記載の燃料電池の電力変換装置。
【請求項１１】
前記インバータ回路が前記系統に出力する交流電流位相を検出する電流位相検出手段をさらに有し、
前記電流高調波検出手段から検出される高調波成分値から、前記インバータ回路が前記系統に出力する電流のひずみ率が所定値以上になった場合、前記系統の交流電流位相が９０度及び２７０度から所定範囲内において、前記電流制御ループ演算手段のフィードバック制御の積分項を更新しない、請求項５に記載の燃料電池の電力変換装置。
【請求項１２】
前記電流高調波検出手段から検出される高調波成分値から、前記インバータ回路が前記系統に出力する電流のひずみ率が所定値以上になった場合、前記交流電流指令手段が指定する前記交流電流指令値を小さくする、請求項９に記載の燃料電池の電力変換装置。
【請求項１３】
前記インバータ回路が前記系統に出力する電流のひずみ率を、前記インバータ回路が前記系統に出力する電流の総合ひずみ率として測定する、請求項９〜１２に記載のいずれか１項に記載の燃料電池の電力変換装置。
【請求項１４】
前記インバータ回路が前記系統に出力する電流の総合ひずみ率の所定値を５％以上になった場合とする、請求項１３に記載の燃料電池の電力変換装置。
【請求項１５】
前記インバータ回路が前記系統に出力する電流のひずみ率を、前記インバータ回路が前記系統に出力する電流の各次調波ひずみ率として測定する、請求項９〜１２に記載のいずれか１項に記載の燃料電池の電力変換装置。
【請求項１６】
前記インバータ回路が前記系統に出力する電流の各次調波ひずみ率の所定値を３％以上になった場合とする、請求項１５に記載の燃料電池の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池により発電した直流電力を商用電力系統に連系可能な交流電力に変換して家庭内負荷に電力供給する電力変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の燃料電池の電力変換装置としては、特許文献１に開示された燃料電池の電力変換装置があった。
【０００３】
以下、図１９、図２０を参照しながら従来の燃料電池の電力変換装置について説明する。
【０００４】
図１９に示すように、従来の燃料電池の電力変換装置は、水素を主体とする燃料ガスと酸素とから直流を発電する燃料電池本体１から直流電力を入力し、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流に変換して系統２に交流電力を供給している。
【０００５】
燃料電池の電力変換装置は、入力電圧Ｖｉｎを昇圧する昇圧コンバータ回路３と、出力電流を正弦波に波形成形するインバータ回路４とを備え、系統２に接続されている。
【０００６】
昇圧コンバータ回路３は、入力電圧を平滑する平滑コンデンサ３１、パワー・スイッチング素子を４石使用したＨブリッジ構成のコンバータ回路３２と、コンバータ回路３２の出力に一次側を接続された高周波昇圧トランス３３と、高周波昇圧トランス３３の二次側に接続された整流回路３４で構成されている。
【０００７】
インバータ回路４は、パワー・スイッチング素子を４石使用したＨブリッジ回路４１を構成し、その出力がフィルタ４２を介して系統２に接続されている。
【０００８】
インバータ回路４を制御する制御部５は、
インバータ回路４が系統２に出力する交流電流値を検出する電流検出手段５１と、インバータ回路４が系統２に出力する正弦波の交流電流指令値を指定する交流電流指令手段５２と、電流検出手段５１から検出される交流電流値と、交流電流指令手段５２が指定する交流電流指令値との差から比例・積分を実行する電流制御ループ演算手段５３と、
電流制御ループ演算手段５３の出力値を入力として、インバータ回路４を駆動するＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ制御手段５４とを備え、交流電流を電力変換装置の出力として系統２に連系されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１５２６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来の構成では、出力交流電流を検出して正弦波の交流電流指令値と比較するフィードバック制御の演算結果で、ＰＷＭ制御手段は一定周波数の三角波と基準波との比較でパワー・スイッチング素子を４石使用したＨブリッジ回路のオンオフ時間を決定して、交流電流を出力する。そのため、系統電圧の歪みが大きい場合や、系統負荷にコンデンサ等のインピーダンスの低い負荷が接続され系統電流の歪が大きい場合において、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を電力変換装置の出力することが困難で
あった。
【００１１】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を出力する燃料電池の電力変換装置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】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池の電力変換装置は、水素を主体とする燃料ガスと酸素とから直流電力を発電する燃料電池本体と、前記発電した直流電力を入力とし系統に連系可能な交流に変換するインバータ回路と、前記系統の電圧高調波成分を検出する電圧高調波検出手段と、前記インバータ回路が前記系統に出力する交流電流値を検出する電流検出手段と、前記インバータ回路が前記系統に出力する交流電流指令値を指定する交流電流指令手段と、前記電流検出手段から検出される前記交流電流値と、前記交流電流指令手段が指定する前記交流電流指令値によりフィードバック制御を実行する電流制御ループ演算手段と、前記電流制御ループ演算手段の出力値を入力として、前記インバータ回路を駆動するＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ制御手段とを備え、
前記電圧高調波検出手段から検出される高調波成分値から、前記系統電圧のひずみ率が所定値以上になった場合、前記電流制御ループ演算手段のフィードバック制御のゲインを可変とするように構成されている。
【００１３】
これによって、系統電圧の歪みが大きい場合において、出力交流電流を検出して正弦波の交流電流指令値と比較するフィードバック制御の電流制御ループ演算手段の出力がオーバーシュートしなくなる。そのため、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を電力変換装置の出力することができ、燃料電池を安定に動作させることでき、システムの信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の燃料電池の電力変換装置は、系統電圧の歪みが大きい場合、もしくは、系統負荷にコンデサ等のインピーダンスの低い負荷が接続され系統電流の歪が大きい場合において、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を電力変換装置の出力することができる。そのため、燃料電池を安定に動作させることでき、システムの信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１における燃料電池の電力変換装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態１におけるフローチャート
【図３】電力変換装置の出力波形図
【図４】本発明の実施の形態２における燃料電池の電力変換装置のブロック図
【図５】本発明の実施の形態２におけるフローチャート
【図６】本発明の実施の形態３における燃料電池の電力変換装置のブロック図
【図７】本発明の実施の形態３におけるフローチャート
【図８】本発明の実施の形態４における燃料電池の電力変換装置のブロック図
【図９】本発明の実施の形態４におけるフローチャート
【図１０】本発明の実施の形態５における燃料電池の電力変換装置のブロック図
【図１１】本発明の実施の形態５におけるフローチャート
【図１２】電力変換装置の出力波形図
【図１３】本発明の実施の形態６における燃料電池の電力変換装置のブロック図
【図１４】本発明の実施の形態６におけるフローチャート
【図１５】本発明の実施の形態７における燃料電池の電力変換装置のブロック図
【図１６】本発明の実施の形態７におけるフローチャート
【図１７】本発明の実施の形態８における燃料電池の電力変換装置のブロック図
【図１８】本発明の実施の形態８におけるフローチャート
【図１９】従来の燃料電池の電力変換装置のブロック図
【図２０】従来の燃料電池の電力変換装置におけるフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、水素を主体とする燃料ガスと酸素とから直流電力を発電する燃料電池本体と、前記発電した直流電力を入力とし系統に連系可能な交流に変換するインバータ回路と、前記系統の電圧高調波成分を検出する電圧高調波検出手段と、前記インバータ回路が前記系統に出力する交流電流値を検出する電流検出手段と、前記インバータ回路が前記系統に出力する交流電流指令値を指定する交流電流指令手段と、前記電流検出手段から検出される前記交流電流値と、前記交流電流指令手段が指定する前記交流電流指令値によりフィードバック制御を実行する電流制御ループ演算手段と、前記電流制御ループ演算手段の出力値を入力として、前記インバータ回路を駆動するＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ制御手段とを備え、
前記電圧高調波検出手段から検出される高調波成分値から、前記系統電圧のひずみ率が所定値以上になった場合、前記電流制御ループ演算手段のフィードバック制御のゲインを可変とする燃料電池の電力変換装置である。
【００１７】
上記構成において、制御手段は、系統電圧の歪みが大きい場合において、出力交流電流を検出して正弦波の交流電流指令値と比較するフィードバック制御の電流制御ループ演算手段の出力がオーバーシュートしなくなる。そのため、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を電力変換装置の出力することができ、燃料電池を安定に動作させることでき、システムの信頼性を向上させることができる。
【００１８】
また、本発明の電力変換装置は、前記系統の交流電圧位相を検出する電圧位相検出手段をさらに有し、前記電圧高調波検出手段から検出される高調波成分値から、前記系統電圧のひずみ率が所定値以上になった場合、前記系統の交流電圧位相が９０度及び２７０度から所定範囲内において、前記電流制御ループ演算手段のフィードバック制御のゲインを可変とする構成であってもよい。
【００１９】
上記構成において、制御手段は、系統電圧の歪みが大きい場合において、出力交流電流を検出して正弦波の交流電流指令値と比較するフィードバック制御の電流制御ループ演算手段の出力がオーバーシュートしなくなる。そのため、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を電力変換装置の出力することができ、燃料電池を安定に動作させることでき、システムの信頼性を向上させることができる。
【００２０】
また、本発明の電力変換装置は、前記系統の交流電圧位相を検出する電圧位相検出手段をさらに有し、前記電圧高調波検出手段から検出される高調波成分値から、前記系統電圧のひずみ率が所定値以上になった場合、前記系統の交流電圧位相が９０度及び２７０度から所定範囲内において、前記電流制御ループ演算手段のフィードバック制御の積分項を更新しない構成であってもよい。
【００２１】
上記構成において、制御手段は、系統電圧の歪みが大きい場合において、出力交流電流を検出して正弦波の交流電流指令値と比較するフィードバック制御の電流制御ループ演算手段の出力がオーバーシュートしなくなる。そのため、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を電力変換装置の出力することができ、燃料電池を安定に動作させることでき、システムの信頼性を向上させることができる。
【００２２】
また、本発明の電力変換装置は、前記電圧高調波検出手段から検出される高調波成分値から、前記系統電圧のひずみ率が所定値以上になった場合、前記交流電流指令手段が指定
する前記交流電流指令値を小さくする構成であってもよい。
【００２３】
上記構成において、制御手段は、系統電圧の歪みが大きい場合において、出力交流電流を検出して正弦波の交流電流指令値と比較するフィードバック制御の電流制御ループ演算手段の出力がオーバーシュートしなくなる。そのため、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を電力変換装置の出力することができ、燃料電池を安定に動作させることでき、システムの信頼性を向上させることができる。
【００２４】
また、本発明の電力変換装置は、前記系統電圧のひずみ率を、前記系統電圧の総合ひずみ率として測定する構成であってもよい。
【００２５】
上記構成において、制御手段は、系統電圧の歪みが大きい場合において、出力交流電流を検出して正弦波の交流電流指令値と比較するフィードバック制御の電流制御ループ演算手段の出力がオーバーシュートしなくなる。そのため、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を電力変換装置の出力することができ、燃料電池を安定に動作させることでき、システムの信頼性を向上させることができる。
【００２６】
また、本発明の電力変換装置は、前記系統電圧の総合ひずみ率の所定値を５％以上になった場合とする構成であってもよい。
【００２７】
上記構成において、制御手段は、系統電圧の歪みが大きい場合において、出力交流電流を検出して正弦波の交流電流指令値と比較するフィードバック制御の電流制御ループ演算手段の出力がオーバーシュートしなくなる。そのため、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を電力変換装置の出力することができ、燃料電池を安定に動作させることでき、システムの信頼性を向上させることができる。
【００２８】
また、本発明の電力変換装置は、前記系統電圧のひずみ率を、前記系統電圧の各次調波ひずみ率として測定する構成であってもよい。
【００２９】
上記構成において、制御手段は、系統電圧の歪みが大きい場合において、出力交流電流を検出して正弦波の交流電流指令値と比較するフィードバック制御の電流制御ループ演算手段の出力がオーバーシュートしなくなる。そのため、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を電力変換装置の出力することができ、燃料電池を安定に動作させることでき、システムの信頼性を向上させることができる。
【００３０】
また、本発明の電力変換装置は、前記系統電圧の各次調波ひずみ率の所定値を３％以上になった場合とする構成であってもよい。
【００３１】
上記構成において、制御手段は、系統電圧の歪みが大きい場合において、出力交流電流を検出して正弦波の交流電流指令値と比較するフィードバック制御の電流制御ループ演算手段の出力がオーバーシュートしなくなる。そのため、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を電力変換装置の出力することができ、燃料電池を安定に動作させることでき、システムの信頼性を向上させることができる。
【００３２】
また、本発明は、水素を主体とする燃料ガスと酸素とから直流電力を発電する燃料電池本体と、前記発電した直流電力を入力とし系統に連系可能な交流に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路が前記系統に出力する交流電流の電流高調波成分を検出する電流高調波検出手段と、前記インバータ回路が前記系統に出力する交流電流値を検出する電流検出手段と、前記インバータ回路が前記系統に出力する交流電流指令値を指定する交流電流指令手段と、前記電流検出手段から検出される前記交流電流値と、前記交流電流指令
手段が指定する前記交流電流指令値によりフィードバック制御を実行する電流制御ループ演算手段と、前記電流制御ループ演算手段の出力値を入力として、前記インバータ回路を駆動するＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ制御手段とを備え、
前記電流高調波検出手段から検出される高調波成分値から、前記インバータ回路が前記系統に出力する電流のひずみ率が所定値以上になった場合、前記電流制御ループ演算手段のフィードバック制御のゲインを可変とする燃料電池の電力変換装置である。
【００３３】
上記構成において、制御手段は、系統電流の歪が大きい場合において出力交流電流を検出して正弦波の交流電流指令値と比較するフィードバック制御の電流制御ループ演算手段の出力がオーバーシュートしなくなる。そのため、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を電力変換装置の出力することができ、燃料電池を安定に動作させることでき、システムの信頼性を向上させることができる。
【００３４】
また、本発明の電力変換装置は、前記インバータ回路が前記系統に出力する交流電流位相を検出する電流位相検出手段をさらに有し、前記電流高調波検出手段から検出される高調波成分値から、前記インバータ回路が前記系統に出力する電流のひずみ率が所定値以上になった場合、前記系統の交流電流位相が９０度及び２７０度から所定範囲内において、前記電流制御ループ演算手段のフィードバック制御のゲインを可変とする構成であってもよい。
【００３５】
上記構成において、制御手段は、系統電流の歪が大きい場合において出力交流電流を検出して正弦波の交流電流指令値と比較するフィードバック制御の電流制御ループ演算手段の出力がオーバーシュートしなくなる。そのため、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を電力変換装置の出力することができ、燃料電池を安定に動作させることでき、システムの信頼性を向上させることができる。
【００３６】
また、本発明の電力変換装置は、前記インバータ回路が前記系統に出力する交流電流位相を検出する電流位相検出手段をさらに有し、前記電流高調波検出手段から検出される高調波成分値から、前記インバータ回路が前記系統に出力する電流のひずみ率が所定値以上になった場合、前記系統の交流電流位相が９０度及び２７０度から所定範囲内において、前記電流制御ループ演算手段のフィードバック制御の積分項を更新しない構成であってもよい。
【００３７】
上記構成において、制御手段は、系統電流の歪が大きい場合において出力交流電流を検出して正弦波の交流電流指令値と比較するフィードバック制御の電流制御ループ演算手段の出力がオーバーシュートしなくなる。そのため、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を電力変換装置の出力することができ、燃料電池を安定に動作させることでき、システムの信頼性を向上させることができる。
【００３８】
また、本発明の電力変換装置は、前記電流高調波検出手段から検出される高調波成分値から、前記インバータ回路が前記系統に出力する電流のひずみ率が所定値以上になった場合、前記交流電流指令手段が指定する前記交流電流指令値を小さくする構成であってもよい。
【００３９】
上記構成において、制御手段は、系統電流の歪が大きい場合において出力交流電流を検出して正弦波の交流電流指令値と比較するフィードバック制御の電流制御ループ演算手段の出力がオーバーシュートしなくなる。そのため、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を電力変換装置の出力することができ、燃料電池を安定に動作させることでき、システムの信頼性を向上させることができる。
【００４０】
また、本発明の電力変換装置は、前記インバータ回路が前記系統に出力する電流のひずみ率を、前記インバータ回路が前記系統に出力する電流の総合ひずみ率として測定する構成であってもよい。
【００４１】
上記構成において、制御手段は、系統電流の歪が大きい場合において出力交流電流を検出して正弦波の交流電流指令値と比較するフィードバック制御の電流制御ループ演算手段の出力がオーバーシュートしなくなる。そのため、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を電力変換装置の出力することができ、燃料電池を安定に動作させることでき、システムの信頼性を向上させることができる。
【００４２】
また、本発明の電力変換装置は、前記インバータ回路が前記系統に出力する電流の総合ひずみ率の所定値を５％以上になった場合とする構成であってもよい。
【００４３】
上記構成において、制御手段は、系統電流の歪が大きい場合において出力交流電流を検出して正弦波の交流電流指令値と比較するフィードバック制御の電流制御ループ演算手段の出力がオーバーシュートしなくなる。そのため、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を電力変換装置の出力することができ、燃料電池を安定に動作させることでき、システムの信頼性を向上させることができる。
【００４４】
また、本発明の電力変換装置は、前記インバータ回路が前記系統に出力する電流のひずみ率を、前記インバータ回路が前記系統に出力する電流の各次調波ひずみ率として測定する構成であってもよい。
【００４５】
上記構成において、制御手段は、系統電流の歪が大きい場合において出力交流電流を検出して正弦波の交流電流指令値と比較するフィードバック制御の電流制御ループ演算手段の出力がオーバーシュートしなくなる。そのため、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を電力変換装置の出力することができ、燃料電池を安定に動作させることでき、システムの信頼性を向上させることができる。
【００４６】
また、本発明の電力変換装置は、前記インバータ回路が前記系統に出力する電流の各次調波ひずみ率の所定値を３％以上になった場合とする構成であってもよい。
【００４７】
上記構成において、制御手段は、系統電流の歪が大きい場合において出力交流電流を検出して正弦波の交流電流指令値と比較するフィードバック制御の電流制御ループ演算手段の出力がオーバーシュートしなくなる。そのため、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を電力変換装置の出力することができ、燃料電池を安定に動作させることでき、システムの信頼性を向上させることができる。
【００４８】
以下、本発明の燃料電池の電力変換装置の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００４９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池の電力変換装置のブロック図を示すものである。図２は、本発明の実施の形態１におけるフローチャートである。
【００５０】
図１に示すように、水素を主体とする燃料ガスと酸素とから直流を発電する燃料電池本体１から直流電力を入力し、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流に変換して系統２に交流電力を供給している。
【００５１】
燃料電池の電力変換装置は、入力電圧Ｖｉｎを昇圧する昇圧コンバータ回路３と、出力
電流を正弦波に波形成形するインバータ回路４とを備え、系統２に接続されている。
【００５２】
昇圧コンバータ回路３は、入力電圧を平滑する平滑コンデンサ３１、パワー・スイッチング素子を４石使用したＨブリッジ構成のコンバータ回路３２と、コンバータ回路３２の出力に一次側を接続された高周波昇圧トランス３３と、高周波昇圧トランス３３の二次側に接続された整流回路３４で構成されている。
【００５３】
インバータ回路４は、パワー・スイッチング素子を４石使用したＨブリッジ回路４１を構成し、その出力がフィルタ４２を介して系統２に接続されている。
【００５４】
インバータ回路４を制御する制御部５は、インバータ回路４が系統２に出力する交流電流値を検出する電流検出手段５１と、インバータ回路４が系統２に出力する正弦波の交流電流指令値を指定する交流電流指令手段５２と、電流検出手段５１から検出される交流電流値と、交流電流指令手段５２が指定する交流電流指令値との差から比例・積分を実行する電流制御ループ演算手段５３と、電流制御ループ演算手段５３の出力値を入力として、インバータ回路４を駆動するＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ制御手段５４とを備え、交流電流を電力変換装置の出力として系統２に連系されている。
【００５５】
図３は、系統２の電圧歪みが大きい場合の系統電圧波形である。
【００５６】
制御部５は、さらに、前記系統２の電圧高調波成分を検出する電圧高調波検出手段５５を備え、前記電圧高調波検出手段５５から検出される高調波成分値から、前記系統２の電圧歪みが所定値以上になった場合、たとえば前記系統電圧の総合ひずみ率が５％以上になった場合、もしくは、前記系統電圧の各次調波ひずみ率が３％以上になった場合、前記電流制御ループ演算手段５３の比例ゲイン及び積分ゲインの少なくとも一方を可変とすることにより、出力交流電流を検出して正弦波の交流電流指令値と比較するフィードバック制御の電流制御ループ演算手段５３の出力がオーバーシュートしなくなる。
【００５７】
以上のように本実施の形態の燃料電池の電力変換装置は、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を電力変換装置の出力することができ、燃料電池を安定に動作させることでき、システムの信頼性を向上させることができる。
【００５８】
なお、この実施の形態においては、フィードバック制御としてＰＩ制御（比例・積分）で説明したが、ほかのＩ−Ｐ制御、ＰＩＤ制御（比例・積分・微分）、Ｉ−ＰＤ制御等でも同等の効果を有することが出来る。
【００５９】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における燃料電池の電力変換装置のブロック図を示すものである。図５は、本発明の実施の形態２におけるフローチャートである。
【００６０】
なお、実施の形態１と同一ものについては、同じ符号を付して、その説明を省略する。
【００６１】
制御部５は、さらに、前記系統２の交流電圧位相を検出する電圧位相検出手段５６を備える。制御部５は、前記電圧高調波検出手段５５から検出される高調波成分値から、前記系統２の電圧歪みが所定値以上になった場合、たとえば前記系統電圧の総合ひずみ率が５％以上になった場合、もしくは、前記系統電圧の各次調波ひずみ率が３％以上になった場合、前記系統２の交流電圧位相が９０度及び２７０度から所定範囲内において、前記電流制御ループ演算手段５３の比例ゲイン及び積分ゲインの少なくとも一方を可変とする。これにより、出力交流電流を検出して正弦波の交流電流指令値と比較するフィードバック制御の電流制御ループ演算手段５３の出力がオーバーシュートしなくなる。
【００６２】
以上のように、本実施の形態の燃料電池の電力変換装置は、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を電力変換装置の出力することができ、燃料電池を安定に動作させることでき、システムの信頼性を向上させることができる。
【００６３】
なお、この実施の形態においては、フィードバック制御としてＰＩ制御（比例・積分）で説明したが、ほかのＩ−Ｐ制御、ＰＩＤ制御（比例・積分・微分）、Ｉ−ＰＤ制御等でも同等の効果を有することが出来る。
【００６４】
（実施の形態３）
図６は、本発明の実施の形態３における燃料電池の電力変換装置のブロック図を示すものである。図７は、本発明の実施の形態３におけるフローチャートである。
【００６５】
なお、実施の形態１と同一ものについては、同じ符号を付して、その説明を省略する。
【００６６】
制御部５は、さらに、前記系統２の交流電圧位相を検出する電圧位相検出手段５６を備え、前記電圧高調波検出手段５５から検出される高調波成分値から、前記系統２の電圧歪みが所定値以上になった場合、たとえば前記系統電圧の総合ひずみ率が５％以上になった場合、もしくは、前記系統電圧の各次調波ひずみ率が３％以上になった場合、前記系統２の交流電圧位相が９０度及び２７０度から所定範囲内において、前記電流制御ループ演算手段５３のフィードバック制御の積分項を更新しないことにより、出力交流電流を検出して正弦波の交流電流指令値と比較するフィードバック制御の電流制御ループ演算手段５３の出力がオーバーシュートしなくなる。
【００６７】
以上のように、本実施の形態の燃料電池の電力変換装置は、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を電力変換装置の出力することができ、燃料電池を安定に動作させることでき、システムの信頼性を向上させることができる。
【００６８】
なお、この実施の形態においては、フィードバック制御としてＰＩ制御（比例・積分）で説明したが、ほかのＩ−Ｐ制御、ＰＩＤ制御（比例・積分・微分）、Ｉ−ＰＤ制御等でも同等の効果を有することが出来る。
【００６９】
（実施の形態４）
図８は、本発明の実施の形態４における燃料電池の電力変換装置のブロック図を示すものである。図９は、本発明の実施の形態４におけるフローチャートである。
【００７０】
なお、実施の形態１と同一ものについては、同じ符号を付して、その説明を省略する。
【００７１】
制御部５は、前記電圧高調波検出手段５５から検出される高調波成分値から、前記系統２の電圧歪みが所定値以上になった場合、たとえば前記系統電圧の総合ひずみ率が５％以上になった場合、もしくは、前記系統電圧の各次調波ひずみ率が３％以上になった場合、前記交流電流指令手段５２が指定する前記交流電流指令値を小さくすることにより、出力交流電流を検出して正弦波の交流電流指令値と比較するフィードバック制御の電流制御ループ演算手段５３の出力がオーバーシュートしなくなる。
【００７２】
以上のように、本実施の形態の燃料電池の電力変換装置は、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を電力変換装置の出力することができ、燃料電池を安定に動作させることでき、システムの信頼性を向上させることができる。
【００７３】
（実施の形態５）
図１０は、本発明の実施の形態５における燃料電池の電力変換装置のブロック図を示すものである。図１１は、本発明の実施の形態５におけるフローチャートである。
【００７４】
図１０に示すように、水素を主体とする燃料ガスと酸素とから直流を発電する燃料電池本体１から直流電力を入力し、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの交流に変換して系統２に交流電力を供給している。
【００７５】
燃料電池の電力変換装置は、入力電圧Ｖｉｎを昇圧する昇圧コンバータ回路３と、出力電流を正弦波に波形成形するインバータ回路４とを備え、系統２に接続されている。
【００７６】
昇圧コンバータ回路３は、入力電圧を平滑する平滑コンデンサ３１、パワー・スイッチング素子を４石使用したＨブリッジ構成のコンバータ回路３２と、コンバータ回路３２の出力に一次側を接続された高周波昇圧トランス３３と、高周波昇圧トランス３３の二次側に接続された整流回路３４で構成されている。
【００７７】
インバータ回路４は、パワー・スイッチング素子を４石使用したＨブリッジ回路４１を構成し、その出力がフィルタ４２を介して系統２に接続されている。
【００７８】
インバータ回路４を制御する制御部５は、インバータ回路４が系統２に出力する交流電流値を検出する電流検出手段５１と、インバータ回路４が系統２に出力する正弦波の交流電流指令値を指定する交流電流指令手段５２と、電流検出手段５１から検出される交流電流値と、交流電流指令手段５２が指定する交流電流指令値との差から比例・積分を実行する電流制御ループ演算手段５３と、電流制御ループ演算手段５３の出力値を入力として、インバータ回路４を駆動するＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ制御手段５４とを備え、交流電流を電力変換装置の出力として系統２に連系されている。
【００７９】
図１２は、系統２の電流歪みが大きい場合の系統電流波形である。
【００８０】
制御部５は、さらに、前記インバータ回路４が前記系統２に出力する交流電流の電流高調波成分を検出する電流高調波検出手段５７を備え、前記電流高調波検出手段５７から検出される高調波成分値から、前記インバータ回路４が前記系統２に出力する電流歪みが所定値以上になった場合、たとえば前記インバータ回路４が前記系統２に出力する電流の総合ひずみ率が５％以上になった場合、もしくは、前記インバータ回路が前記系統に出力する電流の各次調波ひずみ率の所定値を３％以上になった場合、前記電流制御ループ演算手段５３の比例ゲイン及び積分ゲインの少なくとも一方を可変とすることにより、出力交流電流を検出して正弦波の交流電流指令値と比較するフィードバック制御の電流制御ループ演算手段５３の出力がオーバーシュートしなくなる。
【００８１】
以上のように本実施の形態の燃料電池の電力変換装置は、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を電力変換装置の出力することができ、燃料電池を安定に動作させることでき、システムの信頼性を向上させることができる。
【００８２】
なお、この実施の形態においては、フィードバック制御としてＰＩ制御（比例・積分）で説明したが、ほかのＩ−Ｐ制御、ＰＩＤ制御（比例・積分・微分）、Ｉ−ＰＤ制御等でも同等の効果を有することが出来る。
【００８３】
（実施の形態６）
図１３は、本発明の実施の形態６における燃料電池の電力変換装置のブロック図を示すものである。図１４は、本発明の実施の形態６におけるフローチャートである。
【００８４】
なお、実施の形態２と同一ものについては、同じ符号を付して、その説明を省略する。
【００８５】
制御部５は、さらに、前記系統２の交流電流位相を検出する電流位相検出手段５８を備え、前記電流高調波検出手段５７から検出される高調波成分値から、前記インバータ回路４が前記系統２に出力する電流歪みが所定値以上になった場合、たとえば前記インバータ回路４が前記系統２に出力する電流の総合ひずみ率が５％以上になった場合、もしくは、前記インバータ回路が前記系統に出力する電流の各次調波ひずみ率の所定値を３％以上になった場合、前記系統２の交流電流位相が９０度及び２７０度から所定範囲内において、前記電流制御ループ演算手段５３の比例ゲイン及び積分ゲインの少なくとも一方を可変とすることにより、出力交流電流を検出して正弦波の交流電流指令値と比較するフィードバック制御の電流制御ループ演算手段５３の出力がオーバーシュートしなくなる。
【００８６】
以上のように本実施の形態の燃料電池の電力変換装置は、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を電力変換装置の出力することができ、燃料電池を安定に動作させることでき、システムの信頼性を向上させることができる。
【００８７】
なお、この実施の形態においては、フィードバック制御としてＰＩ制御（比例・積分）で説明したが、ほかのＩ−Ｐ制御、ＰＩＤ制御（比例・積分・微分）、Ｉ−ＰＤ制御等でも同等の効果を有することが出来る。
【００８８】
（実施の形態７）
図１５は、本発明の実施の形態７における燃料電池の電力変換装置のブロック図を示すものである。図１６は、本発明の実施の形態７におけるフローチャートである。
【００８９】
なお、実施の形態２と同一ものについては、同じ符号を付して、その説明を省略する。
【００９０】
制御部５は、さらに、前記系統２の交流電流位相を検出する電流位相検出手段５８を備え、前記電流高調波検出手段５７から検出される高調波成分値から、前記インバータ回路４が前記系統２に出力する電流歪みが所定値以上になった場合、たとえば前記インバータ回路４が前記系統２に出力する電流の総合ひずみ率が５％以上になった場合、もしくは、前記インバータ回路が前記系統に出力する電流の各次調波ひずみ率の所定値を３％以上になった場合、前記系統２の交流電流位相が９０度及び２７０度から所定範囲内において、前記電流制御ループ演算手段５３のフィードバック制御の積分項を更新しないことにより、出力交流電流を検出して正弦波の交流電流指令値と比較するフィードバック制御の電流制御ループ演算手段５３の出力がオーバーシュートしなくなる。
【００９１】
以上のように、本実施の形態の燃料電池の電力変換装置は、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を電力変換装置の出力することができ、燃料電池を安定に動作させることでき、システムの信頼性を向上させることができる。
【００９２】
なお、この実施の形態においては、フィードバック制御としてＰＩ制御（比例・積分）で説明したが、ほかのＩ−Ｐ制御、ＰＩＤ制御（比例・積分・微分）、Ｉ−ＰＤ制御等でも同等の効果を有することが出来る。
【００９３】
（実施の形態８）
図１７は、本発明の実施の形態８における燃料電池の電力変換装置のブロック図を示すものである。図１８は、本発明の実施の形態８におけるフローチャートである。
【００９４】
なお、実施の形態２と同一ものについては、同じ符号を付して、その説明を省略する。
【００９５】
制御部５は、前記電流高調波検出手段５７から検出される高調波成分値から、前記インバータ回路４が前記系統２に出力する電流歪みが所定値以上になった場合、たとえば前記インバータ回路４が前記系統２に出力する電流の総合ひずみ率が５％以上になった場合、もしくは、前記インバータ回路が前記系統に出力する電流の各次調波ひずみ率の所定値を３％以上になった場合、前記交流電流指令手段５２が指定する前記交流電流指令値を小さくすることにより、出力交流電流を検出して正弦波の交流電流指令値と比較するフィードバック制御の電流制御ループ演算手段５３の出力がオーバーシュートしなくなる。
【００９６】
以上のように、本実施の形態の燃料電池の電力変換装置は、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を電力変換装置の出力することができ、燃料電池を安定に動作させることでき、システムの信頼性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明の燃料電池の電力変換装置は、系統電圧の歪みが大きい場合、もしくは、系統負荷にコンデサ等のインピーダンスの低い負荷が接続され系統電流の歪が大きい場合において、安定な制御を行なって歪みの少ない交流電流を電力変換装置の出力することが可能となるので、燃料電池を安定に動作させることでき、システムの信頼性を向上させることが出来るきわめて有用なものである。
【符号の説明】
【００９８】
１  燃料電池本体
２  系統
３  昇圧コンバータ回路
４  インバータ回路
５  制御部
３１  平滑コンデンサ
３２  コンバータ回路
３３  高周波昇圧トランス
３４  整流回路
４１  Ｈブリッジ回路
４２  フィルタ
５１  電流検出手段
５２  交流電流指令手段
５３  電流制御ループ演算手段
５４  ＰＷＭ制御手段
５５  電圧高調波検出手段
５６  電圧位相検出手段
５７  電流高調波検出手段
５８  電流位相検出手段
【図１】
2013059224.tif 000003
【図２】
2013059224.tif 000004
【図３】
2013059224.tif 000005
【図４】
2013059224.tif 000006
【図５】
2013059224.tif 000007
【図６】
2013059224.tif 000008
【図７】
2013059224.tif 000009
【図８】
2013059224.tif 000010
【図９】
2013059224.tif 000011
【図１０】
2013059224.tif 000012
【図１１】
2013059224.tif 000013
【図１２】
2013059224.tif 000014
【図１３】
2013059224.tif 000015
【図１４】
2013059224.tif 000016
【図１５】
2013059224.tif 000017
【図１６】
2013059224.tif 000018
【図１７】
2013059224.tif 000019
【図１８】
2013059224.tif 000020
【図１９】
2013059224.tif 000021
【図２０】
2013059224.tif 000022