(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスの反応により直流電力を発生する燃料電池と、この燃料電池の直流出力を交流出力に変換し、電力会社系統と連系運転させるために、系統周波数に同期して運転するインバータとを備えた燃料電池発電装置の運転方法において、系統異常時に前記燃料電池発電装置を系統から切り離し、前記インバータを瞬時に停止してから、前記インバータを停止後再起動するまでの最小限必要な予め定めた所定時間（Ｔ１）後前記インバータを再起動して、系統異常が回復するまで前記燃料電池をスタンバイ運転する際に、燃料電池の出力電圧値と電流値とを一時的に、燃料電池の補機の運転、または、前記補機を含めて燃料電池の低負荷運転時の負荷値を規定するために設けたダミー負荷および前記補機の運転に必要な値に設定し、この設定値に基づいて燃料ガスと酸化剤ガスの供給系統を制御し、前記インバータが瞬時に停止してからインバータのソフトスタートに要する時間を超える予め定めた所定時間（Ｔ２）運転し、燃料電池の運転状態を、前記系統異常が回復するまでのスタンバイ運転として継続することを特徴とする燃料電池発電装置の運転方法。
【請求項２】
請求項１記載の運転方法において、系統異常時に前記燃料電池発電装置を系統から切り離し、前記インバータを瞬時に停止してから、前記出力電圧値と電流値の設定値に基いて定められる原燃料流量値、酸化剤ガス流量値の制御指令値も、設定変更し、燃料電池を前記所定時間（Ｔ２）運転し、燃料電池の運転状態を、前記系統異常が回復するまでのスタンバイ運転として継続することを特徴とする燃料電池発電装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電力会社系統とインバータを介して系統連系を行う燃料電池発電装置の運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のとおり燃料電池は、水素リッチの燃料改質ガスおよび酸化剤ガス（空気）を連続的に供給して、燃料のもつエネルギーを電気化学的に電気エネルギーに変換するものである。かかる燃料電池を、電力会社系統とインバータを介して系統連系運転を行うことも周知である。
【０００３】
図２は、従来の燃料電池発電装置の概略システム系統図の一例を示すもので、燃料電池本体２０は、燃料極２１および酸化剤極２２を有する単電池を５から８個積層する毎に冷却水を通流する冷却板を積層してなり、燃料極２１および酸化剤極２２にはそれぞれ燃料ガスおよび酸化剤ガスが供給されて発電を行う。図２において燃料ガスは、改質器４から、ＣＯ濃度を低下させるためにＣＯ変成器５を介して供給される。
【０００４】
燃料電池は発電に伴って熱を発生するので発電中は冷却を要し、その冷却水４０は水蒸気分離器７からポンプ５０および熱交換器３０を経て燃料電池本体２０に供給される。この冷却水の温度は通常、燃料電池の運転中は約１６０℃で、加圧水の状態で流れ、水蒸気分離器７で気液分離される。水蒸気分離器７から出た水は、熱交換器３０で冷却水温度が制御された後、燃料電池本体２０を冷却し、水蒸気分離器７に戻される。
【０００５】
水蒸気分離器７で気液分離された蒸気は、蒸気配管９によりエゼクタ３に導入され、原燃料供給ライン８から原燃料（ガス）を前記水蒸気流のエゼクタ吸引力により吸引して、原燃料と水蒸気の混合物を改質器４に導入する。原燃料は改質器における改質反応により水素リッチなガスに改質される。
【０００６】
原燃料供給ライン８は、原燃料供給源１５とエゼクタ３との間に、原燃料遮断弁１０，原燃料調節弁１および脱硫器２を有し、原燃料調節弁１により燃料電池の負荷に応じて燃料（ガス）供給量が調節される。都市ガスなどの原燃料は腐臭剤としてイオウ成分を含んでいるので、これを除去するために、脱硫器２が設けられている。酸化剤ガスの供給量も負荷に応じて調節される。通常、図示しない空気系ブロアにより空気流量が制御される。上記のように、燃料ガスと酸化剤ガスの供給系統は、燃料電池の出力電圧と出力電流に基づいて制御される。
【０００７】
原燃料の一部は、助燃ガス供給ライン１４から改質器４にも供給される。助燃ガス供給ライン１４は、原燃料供給ライン８の前記原燃料遮断弁１０と原燃料調節弁１との間から分岐し，助燃ガス遮断弁１３を備える。改質器４の反応は吸熱反応であるために熱の供給が必要であり、この熱は、燃料電池で発電反応に消費されなかった燃料ガスのオフガス燃焼により主にまかなわれるが、特に燃料電池の起動時は補助燃料が必要であり、この補助燃料として、前記助燃ガスが使用される。
【０００８】
図３は、従来の燃料電池発電設備を需要家構内で電力会社系統に連系運転して用いる場合の概略構成を示す。図３は、紙面の関係で、同（ａ）図、（ｂ）図に別けて記載しているが、（ａ）図右端と（ｂ）図左端に示すｕ点が接続されて、一つの系統を構成している（詳細は、特願平１１−１６６３１１号参照）。
【０００９】
図３において、１００は燃料電池、２００は燃料電池の直流電力を電力会社系統の周波数に同期させた交流電力に変換するインバータである。ここでは、インバータ自身の構成や制御回路は省略している。４１はインバータ出力電圧を検出する電圧検出器で、５１はインバータ出力電流を検出する電流検出器である。
【００１０】
３００は、インバータ２の出力有効電力設定値であるＰ設定値と，出力無効電力設定値であるＱ設定値と，前記電圧検出器４１の出力信号ｖ１と，前記電流検出器の出力信号ｉ１とが入力され、インバータ２００の出力有効電力値と出力無効電力値のフィードバック制御を行うために，Ｐ設定値とインバータの有効電力出力間の偏差指令信号ｐおよびＱ設定値とインバータの無効電力出力間の偏差指令信号ｑを出力するＰＱ指令制御装置である。
【００１１】
８０は電力会社系統に異常が発生した時に、燃料電池発電装置を解列するための解列用開閉器で、９０は燃料電池発電装置内に短絡事故などが発生した時に、短絡電流を遮断する遮断器で、１１０は燃料電池発電装置プラントを維持するための図示しないポンプやブロワなどの，電力消費のある補機類を示す。
【００１２】
また、１３０は電力会社系統を示し、需要家受電設備における遮断器１２１と受電トランス１２０を介して様々な図示しない構内負荷に対し、負荷フィーダー線１２３によって電力を供給している。燃料電池発電装置も電力会社系統１３０に対して遮断器１２１と受電トランス１２０と遮断器１２２を介して系統周波数に同期して連系運転をしている。
【００１３】
需要家受電設備から燃料電池発電装置までは屋内か屋外配線である燃料電池フィーダー線１１１が布線されており、燃料電池発電装置の発電電力はこのフィーダー線１１１で需要家構内に供給されている。
【００１４】
上記のように、燃料ガスと酸化剤ガスの反応により直流電力を発生する燃料電池と、この燃料電池の直流出力を交流出力に変換し、電力会社系統と連系運転させるために、系統周波数に同期して運転するインバータとを備えた燃料電池発電装置において、系統に異常が発生した場合には、解列用開閉器によりインバータを瞬時に停止し、前記インバータを停止後再起動するまでの最小限必要な予め定めた所定時間（Ｔ１）後、例えば約２００ｍｓ後に再起動して、系統異常が回復するまで前記燃料電池をスタンバイ運転することが通常行われる。
【００１５】
この場合、インバータから燃料電池の補機類に電力を供給し、必要に応じて前記補機を含めて燃料電池の低負荷運転時の負荷値を規定するために設けたダミー負荷を用いて、低負荷運転を継続してスタンバイする。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような系統連携運転において、系統異常時にインバータを瞬停し再起動（以下、ＩＮＶリトライともいう。）する際に、従来の運転方法の場合、補機などを除き通常のメインの負荷が存在しないために、一時的に燃料電池の検出電流値が大幅に減少し、電圧は増加する。原燃料流量、酸化剤ガス流量などの、燃料ガスと酸化剤ガスの供給系統の制御は、この検出値に基づいて制御指令値を出力していた。
【００１７】
そのため、燃料電池の原燃料系、空気系、電気系が一時的な擾乱を生じており、燃料電池にストレスを与え、燃料電池を劣化させて寿命を短縮する一因となっていた。
【００１８】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、本発明の課題は、系統異常時のＩＮＶリトライにおける燃料電池の原燃料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、ひいては燃料電池の劣化防止を図った燃料電池発電装置の運転方法を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するためこの発明においては、燃料ガスと酸化剤ガスの反応により直流電力を発生する燃料電池と、この燃料電池の直流出力を交流出力に変換し、電力会社系統と連系運転させるために、系統周波数に同期して運転するインバータとを備えた燃料電池発電装置の運転方法において、系統異常時に前記燃料電池発電装置を系統から切り離し、前記インバータを瞬時に停止してから、前記インバータを停止後再起動するまでの最小限必要な予め定めた所定時間（Ｔ１）後前記インバータを再起動して、系統異常が回復するまで前記燃料電池をスタンバイ運転する際に、燃料電池の出力電圧値と電流値とを一時的に、燃料電池の補機の運転、または、前記補機を含めて燃料電池の低負荷運転時の負荷値を規定するために設けたダミー負荷および前記補機の運転に必要な値に設定し、この設定値に基づいて燃料ガスと酸化剤ガスの供給系統を制御し、前記インバータが瞬時に停止してからインバータのソフトスタートに要する時間を超える予め定めた所定時間（Ｔ２）運転し、燃料電池の運転状態を、前記系統異常が回復するまでのスタンバイ運転として継続することとする（請求項１の発明）。
【００２０】
上記により、ＩＮＶリトライにおいて、現実に必要な補機などの低負荷に応じて予測された燃料電池の出力電圧値と電流値とが前記所定時間（Ｔ２）設定され、この設定値に基づいて燃料ガスと酸化剤ガスの供給系統が制御されるので、前述のような燃料電池の原燃料系、空気系、電気系が一時的な擾乱を生じない。前記所定時間（Ｔ２）は、インバータのソフトスタートに要する時間、例えば５００〜６００ｍｓを超える約１秒程度が望ましい。
【００２１】
また、前記請求項１記載の運転方法において、系統異常時に前記燃料電池発電装置を系統から切り離し、前記インバータを瞬時に停止してから、前記出力電圧値と電流値の設定値に基いて定められる原燃料流量値、酸化剤ガス流量値の制御指令値も、設定変更し、燃料電池を前記所定時間（Ｔ２）運転し、燃料電池の運転状態を、前記系統異常が回復するまでのスタンバイ運転として継続することとする（請求項２の発明）。これにより、設定電圧値と電流値と、ガス供給系統の制御の時間おくれを解消して、より好ましいＩＮＶリトライ運転が可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図面に基づき、本発明の実施の形態について以下にのべる。
【００２３】
図１は、この発明の実施例に関わる燃料電池発電装置における制御装置の機能ブロック図を示す。図１に示す制御装置は、系統異常検出部３１と、ＩＮＶリトライ処理部３２とからなる。ＩＮＶリトライ処理部３２は、系統連系運転において、例えば異常１ないし５のいずれかを検出すると、図３に示す解列用開閉器８０によりインバータを解列し、前記所定時間（Ｔ１）後、例えば２００ｍｓ後に再起動する。これにより、図３に示す補機１１０に電力を供給し、燃料電池１００をスタンバイ（待機）運転する。
【００２４】
また、ＩＮＶリトライ処理部３２は、指令／計測値切換指令部３３を有し、例えば、電流、電圧ならびに原燃料流量、空気流量、原燃料バルブ、空気系ブロアなどの燃料ガスと酸化剤ガスの供給系統の制御指令値を、切換部３６において、現状値から待機時（リトライ時）の予測設定値に切換て、燃料電池を前記所定時間（Ｔ２）例えば、１秒運転した後、スタンバイ運転を継続する制御を行う機能を備える。
【００２５】
上記によれば、燃料電池の原燃料系、空気系、電気系に一時的な擾乱を生ずることなく、リーズナブルなＩＮＶリトライ運転ができる。
【００２６】
【発明の効果】
上記のように、この発明は、燃料ガスと酸化剤ガスの反応により直流電力を発生する燃料電池と、この燃料電池の直流出力を交流出力に変換し、電力会社系統と連系運転させるために、系統周波数に同期して運転するインバータとを備えた燃料電池発電装置の運転方法において、系統異常時に前記燃料電池発電装置を系統から切り離し、前記インバータを瞬時に停止してから、前記インバータを停止後再起動するまでの最小限必要な予め定めた所定時間（Ｔ１）後前記インバータを再起動して、系統異常が回復するまで前記燃料電池をスタンバイ運転する際に、燃料電池の出力電圧値と電流値とを一時的に、燃料電池の補機の運転、または、前記補機を含めて燃料電池の低負荷運転時の負荷値を規定するために設けたダミー負荷および前記補機の運転に必要な値に設定し、この設定値に基づいて燃料ガスと酸化剤ガスの供給系統を制御し、前記インバータが瞬時に停止してからインバータのソフトスタートに要する時間を超える予め定めた所定時間（Ｔ２）運転し、燃料電池の運転状態を、前記系統異常が回復するまでのスタンバイ運転として継続することにより、系統異常時のＩＮＶリトライにおける燃料電池の原燃料系、空気系、電気系の一時的な擾乱を防止し、ひいては燃料電池の劣化防止を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施例に関わる制御装置の機能ブロック図
【図２】  従来の燃料電池発電装置の一例を示す概略システム系統図
【図３】  従来の系統連系を行う燃料電池発電装置の概略システム系統図
【符号の説明】
３１：系統異常検出部、３２：ＩＮＶリトライ処理部、３３：指令／計測値切換指令部、３６：切換部、８０：解列用開閉器、１００：燃料電池、１１０：補機、１３０：電力会社系統、２００：インバータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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