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JP6102364B2 - Grid connection system for fuel cells - Google Patents

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Description

本発明は、燃料電池と商用電源系統とを連系する燃料電池用系統連系システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell grid interconnection system that links a fuel cell and a commercial power supply system.

燃料電池等の発電部と商用電源系統(以下「系統」ともいう)とを連系する燃料電池用系統連系システムは、パワーコンディショナを備えている。パワーコンディショナは、発電部で発電した直流電力を系統に供給可能な交流電力に変換するために、コンバータ部と系統連系インバータ部とを有している。コンバータ部は、発電部で発電された直流電圧を昇圧する。系統連系インバータ部は、コンバータ部で昇圧された直流電圧を、系統と同期の取れた交流電圧に変換する(例えば、特許文献1参照)。   A fuel cell grid interconnection system that links a power generation unit such as a fuel cell and a commercial power supply system (hereinafter also referred to as “system”) includes a power conditioner. The power conditioner has a converter unit and a grid interconnection inverter unit in order to convert the DC power generated by the power generation unit into AC power that can be supplied to the system. The converter unit boosts the DC voltage generated by the power generation unit. The system interconnection inverter unit converts the DC voltage boosted by the converter unit into an AC voltage synchronized with the system (for example, see Patent Document 1).

特開2011−97727号公報JP 2011-97727 A

系統連系インバータ部においては、出力電流を制御することは可能であるが、出力電圧は、一定である。燃料電池において電気を十分に出力していないにもかかわらず、系統連系インバータ部において過剰な電流を出力し続けると、コンバータ部は、停止する。   In the grid interconnection inverter unit, it is possible to control the output current, but the output voltage is constant. If an excessive current continues to be output in the grid interconnection inverter unit even though electricity is not sufficiently output in the fuel cell, the converter unit stops.

具体的には、燃料電池用系統連系システムの起動時、停止時、及び出力調節時に、電気の容量制御を行う系統連系インバータの制御電流量は、燃料電池の出力電流量と比較して大きくなることがある。これにより、燃料電池の出力電圧が、コンバータ部の許容電圧としての最低入力許容電圧値以下に降下すると、コンバータ部は、停止し即復帰することを繰り返す不安定な状態になる。   Specifically, the control current amount of the grid interconnection inverter that controls the capacity of electricity at the start, stop, and output adjustment of the fuel cell grid interconnection system is compared with the output current amount of the fuel cell. May grow. As a result, when the output voltage of the fuel cell drops below the minimum input allowable voltage value as the allowable voltage of the converter unit, the converter unit is in an unstable state that repeatedly stops and immediately returns.

本発明は、燃料電池において電気を十分に出力していないときに、コンバータ部が停止することを防止する燃料電池用系統連系システムを提供することを目的とする。   It is an object of the present invention to provide a fuel cell grid interconnection system that prevents a converter unit from stopping when electricity is not sufficiently output in a fuel cell.

本発明は、燃料電池と、前記燃料電池から出力される直流電圧が最低入力許容電圧値よりも大きいときに、前記燃料電池から出力される直流電圧を所定の直流電圧に変換するコンバータ部と、前記コンバータ部から出力される直流電圧を交流電圧に変換して系統に供給する系統連系インバータ部と、前記燃料電池から出力され前記コンバータ部に入力される直流電圧を検出するコンバータ部入力電圧検出部と、前記コンバータ部入力電圧検出部により検出された直流電圧が、前記最低入力許容電圧値の近傍の所定の値以下であるときに、前記系統連系インバータ部から出力される交流電流を低減する制御を前記系統連系インバータ部に対して行う制御部と、を有する燃料電池用系統連系システムに関する。   The present invention provides a fuel cell, and a converter unit that converts a DC voltage output from the fuel cell to a predetermined DC voltage when a DC voltage output from the fuel cell is greater than a minimum allowable input voltage value; A grid-connected inverter unit that converts a DC voltage output from the converter unit into an AC voltage and supplies it to the system, and a converter unit input voltage detection that detects a DC voltage output from the fuel cell and input to the converter unit And the DC current detected by the converter input voltage detector is less than or equal to a predetermined value near the minimum input allowable voltage value, the AC current output from the grid interconnection inverter is reduced And a control unit that performs control on the grid interconnection inverter unit.

本発明によれば、燃料電池において電気を十分に出力していないときに、コンバータ部が停止することを防止する燃料電池用系統連系システムを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when the electricity is not fully output in a fuel cell, the grid connection system for fuel cells which prevents that a converter part stops can be provided.

本発明の実施形態による燃料電池用系統連系システム1を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a fuel cell grid interconnection system 1 according to an embodiment of the present invention. FIG.

以下、本発明の実施形態による燃料電池用系統連系システムについて、図1を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施形態による燃料電池用系統連系システム1を示すブロック図である。   Hereinafter, a fuel cell system interconnection system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a block diagram showing a fuel cell grid interconnection system 1 according to an embodiment of the present invention.

図1に示すように、燃料電池用系統連系システム1は、燃料電池10と、コンバータ部としてのDC/DCコンバータ20と、系統連系インバータ部としての系統連系インバータ30と、コンバータ部入力電圧検出部40と、制御部50とを備えている。燃料電池用系統連系システム1は、発電部である燃料電池10と商用電源系統60(以下「系統60」ともいう)とを連系する。   As shown in FIG. 1, a fuel cell grid interconnection system 1 includes a fuel cell 10, a DC / DC converter 20 as a converter section, a grid interconnection inverter 30 as a grid interconnection inverter section, and a converter section input. A voltage detection unit 40 and a control unit 50 are provided. The fuel cell grid interconnection system 1 links a fuel cell 10 that is a power generation unit and a commercial power supply system 60 (hereinafter also referred to as “system 60”).

燃料電池10と、DC/DCコンバータ20と、系統連系インバータ30とは、この順で電気的に直列接続されている。より詳細には、DC/DCコンバータ20と系統連系インバータ30とは、DCバスにより電気的に接続されている。コンバータ部入力電圧検出部40は、燃料電池10とDC/DCコンバータ20との間に電気的に接続されている。また、制御部50と、DC/DCコンバータ20、系統連系インバータ30、及びコンバータ部入力電圧検出部40とは、それぞれ電気的に接続されている。制御部50は、DC/DCコンバータ20、系統連系インバータ30、及びコンバータ部入力電圧検出部40を制御可能である。   The fuel cell 10, the DC / DC converter 20, and the grid interconnection inverter 30 are electrically connected in series in this order. More specifically, the DC / DC converter 20 and the grid interconnection inverter 30 are electrically connected by a DC bus. Converter unit input voltage detection unit 40 is electrically connected between fuel cell 10 and DC / DC converter 20. Moreover, the control part 50, the DC / DC converter 20, the grid connection inverter 30, and the converter part input voltage detection part 40 are each electrically connected. The control unit 50 can control the DC / DC converter 20, the grid interconnection inverter 30, and the converter unit input voltage detection unit 40.

燃料電池10は、例えば、高温型の燃料電池であるSOFC(固体酸化物形燃料電池)により構成される。燃料電池10においては、水素と酸素とが反応することによる発電が行われる。燃料電池10によって発電された直流電圧は、DC/DCコンバータ20に出力される。   The fuel cell 10 is composed of, for example, a SOFC (solid oxide fuel cell) that is a high-temperature fuel cell. In the fuel cell 10, power generation is performed by reacting hydrogen and oxygen. The DC voltage generated by the fuel cell 10 is output to the DC / DC converter 20.

DC/DCコンバータ20は、燃料電池10から出力される90V〜160V程度の直流電圧を、所定の直流電圧に変換(昇圧)する。所定の直流電圧とは、例えば、系統連系インバータ30において系統60に供給可能な電圧(例えば、AC200V)の生成ができる程度の電圧(例えば、DC280V)であり、この出力電圧は、固定値である。   The DC / DC converter 20 converts (boosts) a DC voltage of about 90V to 160V output from the fuel cell 10 to a predetermined DC voltage. The predetermined DC voltage is, for example, a voltage (for example, DC 280V) that can generate a voltage (for example, AC 200V) that can be supplied to the system 60 in the grid interconnection inverter 30, and this output voltage is a fixed value. is there.

従って、DC/DCコンバータ20は、燃料電池10から出力される直流電圧が、最低入力許容電圧値よりも大きいときに、燃料電池10から出力される直流電圧を所定の直流電圧に変換する。逆に、DC/DCコンバータ20は、燃料電池10から出力される直流電圧が、最低入力許容電圧値よりも小さいときには、直流電圧を昇圧する変換を停止する。最低入力許容電圧値とは、例えば、80Vである。   Therefore, the DC / DC converter 20 converts the DC voltage output from the fuel cell 10 into a predetermined DC voltage when the DC voltage output from the fuel cell 10 is greater than the minimum allowable input voltage value. Conversely, the DC / DC converter 20 stops the conversion for boosting the DC voltage when the DC voltage output from the fuel cell 10 is smaller than the minimum input allowable voltage value. The minimum input allowable voltage value is, for example, 80V.

系統連系インバータ30は、DC/DCコンバータ20から出力される直流電圧を、系統60に供給可能な所定の交流電圧(例えば、AC200V)に変換して系統に供給する。系統連系インバータ30は、交流電圧を系統に供給するため、系統連系インバータ30から出力される交流電圧の値は、固定値である。一方、系統連系インバータ30は、系統連系インバータ30から出力される電流の値を制御可能である。   The grid interconnection inverter 30 converts the DC voltage output from the DC / DC converter 20 into a predetermined AC voltage (for example, AC 200 V) that can be supplied to the grid 60 and supplies the converted voltage to the grid. Since the grid interconnection inverter 30 supplies an AC voltage to the grid, the value of the AC voltage output from the grid interconnection inverter 30 is a fixed value. On the other hand, the grid interconnection inverter 30 can control the value of the current output from the grid interconnection inverter 30.

コンバータ部入力電圧検出部40は、燃料電池10から出力されてDC/DCコンバータ20に入力される直流電圧値を検出する。検出した直流電圧値は、制御部50に出力される。   The converter unit input voltage detection unit 40 detects a DC voltage value output from the fuel cell 10 and input to the DC / DC converter 20. The detected DC voltage value is output to the control unit 50.

制御部50は、シーケンサーにより構成されており、燃料電池10について起動から発電までの一連の動作を制御する。具体的には、制御部50は、燃料電池10において発電するために設けられている補機(図示せず)に電気的に接続されており、補機等の制御を行う。ここで、補機とは、例えば、空気を燃料電池10に供給するためのブロワ(図示せず)や、燃料電池10に燃料を供給するためのブースター(図示せず)等である。   The control unit 50 is configured by a sequencer, and controls a series of operations from startup to power generation for the fuel cell 10. Specifically, the control unit 50 is electrically connected to an auxiliary machine (not shown) provided to generate power in the fuel cell 10 and controls the auxiliary machine and the like. Here, the auxiliary machine is, for example, a blower (not shown) for supplying air to the fuel cell 10 or a booster (not shown) for supplying fuel to the fuel cell 10.

また、制御部50は、コンバータ部入力電圧検出部40により検出された直流電圧値が、最低入力許容電圧値の近傍の所定の値、例えば、90Vの値以下か否かを判断する。制御部50は、コンバータ部入力電圧検出部40により検出された直流電圧値が最低入力許容電圧値の近傍の所定の値以下であると判断したときには、系統連系インバータ30から出力される交流電流を低減する制御を、系統連系インバータ30に対して行う。   Further, the control unit 50 determines whether or not the DC voltage value detected by the converter unit input voltage detection unit 40 is equal to or less than a predetermined value near the minimum input allowable voltage value, for example, a value of 90V. When control unit 50 determines that the DC voltage value detected by converter unit input voltage detection unit 40 is equal to or less than a predetermined value near the minimum input allowable voltage value, AC current output from grid interconnection inverter 30 is determined. Control to reduce the power is performed on the grid interconnection inverter 30.

上記本実施形態の燃料電池用系統連系システム1によれば、以下のような効果を得ることができる。
前述のように、燃料電池用系統連系システム1は、燃料電池10から出力されコンバータ部としてのDC/DCコンバータ20に入力される直流電圧を検出するコンバータ部入力電圧検出部40と、コンバータ部入力電圧検出部40により検出された直流電圧が、最低入力許容電圧値の近傍の所定の値以下であるときに、系統連系インバータ30から出力される交流電流を低減する制御を系統連系インバータ30に対して行う制御部50とを備える。
According to the fuel cell grid interconnection system 1 of the present embodiment, the following effects can be obtained.
As described above, the fuel cell grid interconnection system 1 includes the converter unit input voltage detection unit 40 that detects the DC voltage output from the fuel cell 10 and input to the DC / DC converter 20 as the converter unit, and the converter unit. When the DC voltage detected by the input voltage detection unit 40 is equal to or less than a predetermined value near the minimum input allowable voltage value, control for reducing the AC current output from the grid interconnection inverter 30 is performed. 30 is provided.

このため、燃料電池10において電気を十分に出力していないにもかかわらず、系統連系インバータ30において過剰な電流を出力し続けることを防止することができる。これにより、DC/DCコンバータ20において電気を十分に出力していないときに、DC/DCコンバータ20が停止し即復帰する不安定な動作の発生を、防止することができる。この結果、燃料電池10のセルスタックへのダメージを抑えることができる。   For this reason, although the fuel cell 10 does not sufficiently output electricity, it is possible to prevent the grid-connected inverter 30 from continuing to output excessive current. Thereby, when the DC / DC converter 20 does not output enough electricity, it is possible to prevent an unstable operation in which the DC / DC converter 20 stops and immediately returns. As a result, damage to the cell stack of the fuel cell 10 can be suppressed.

また、系統連系インバータ30から出力される交流電流を低減することができるため、DC/DCコンバータ20において出力電圧を可変とする必要がなくなり、出力電圧可変の高価なDC/DCコンバータ20を用いる必要がなくなる。即ち、出力電圧を制御することができず出力電圧が固定値の、安価なDC/DCコンバータ20を用いることができる。この結果、燃料電池用系統連系システム1を構成する費用の低減を図ることができる。   Further, since the alternating current output from the grid interconnection inverter 30 can be reduced, it is not necessary to vary the output voltage in the DC / DC converter 20, and an expensive DC / DC converter 20 with variable output voltage is used. There is no need. That is, an inexpensive DC / DC converter 20 whose output voltage cannot be controlled and whose output voltage is a fixed value can be used. As a result, the cost for configuring the fuel cell grid interconnection system 1 can be reduced.

また、制御部50は、コンバータ部入力電圧検出部40により検出された直流電圧が、最低入力許容電圧値の近傍の所定の値以下であるときに、系統連系インバータ30から出力される交流電流を低減する。このため、燃料電池10から出力される直流電圧が、最低入力許容電圧値よりも小さくなる前に、予め、系統連系インバータ部から出力される交流電流を低減することができる。この結果、制御部50は、早めに余裕を持って、DC/DCコンバータ20が直流電圧を昇圧する変換を停止しないように対応を行うことができる。   Further, the control unit 50 determines that the AC current output from the grid interconnection inverter 30 when the DC voltage detected by the converter unit input voltage detection unit 40 is equal to or less than a predetermined value near the minimum allowable input voltage value. Reduce. For this reason, before the direct current voltage output from the fuel cell 10 becomes smaller than the minimum input allowable voltage value, the alternating current output from the grid interconnection inverter unit can be reduced in advance. As a result, the controller 50 can take measures so that the DC / DC converter 20 does not stop the conversion for boosting the DC voltage with a margin early.

本発明は、上記実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載された技術的範囲において変形が可能である。例えば、燃料電池10は、SOFCにより構成されていたが、SOFCに限定されない。例えば、PEFC(固体高分子形燃料電池)等を用いてもよい。また、各電圧の値等は、本実施形態に記載の値に限定されない。   The present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified within the technical scope described in the claims. For example, the fuel cell 10 is configured by SOFC, but is not limited to SOFC. For example, PEFC (solid polymer fuel cell) or the like may be used. Moreover, the value of each voltage etc. are not limited to the value as described in this embodiment.

1 燃料電池用系統連系システム
10 燃料電池
20 DC/DCコンバータ(コンバータ部)
30 系統連系インバータ(系統連系インバータ部)
40 コンバータ部入力電圧検出部
50 制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system interconnection system 10 Fuel cell 20 DC / DC converter (converter part)
30 Grid-connected inverter (Grid-connected inverter section)
40 Converter unit input voltage detection unit 50 Control unit

Claims (1)

燃料電池と、
前記燃料電池から出力される直流電圧が最低入力許容電圧値よりも大きいときに、前記燃料電池から出力される直流電圧を所定の直流電圧に変換するコンバータ部と、
前記コンバータ部から出力される直流電圧を交流電圧に変換して系統に供給する系統連系インバータ部と、
前記燃料電池から出力され前記コンバータ部に入力される直流電圧を検出するコンバータ部入力電圧検出部と、
前記コンバータ部入力電圧検出部により検出された直流電圧が、前記最低入力許容電圧値の近傍の所定の値以下であるときに、前記系統連系インバータ部から出力される交流電流を低減する制御を前記系統連系インバータ部に対して行う制御部と、を有する燃料電池用系統連系システム。
A fuel cell;
A converter unit that converts the DC voltage output from the fuel cell to a predetermined DC voltage when the DC voltage output from the fuel cell is greater than a minimum input allowable voltage value;
A grid-connected inverter unit that converts a DC voltage output from the converter unit into an AC voltage and supplies the AC voltage to the system;
A converter unit input voltage detection unit for detecting a DC voltage output from the fuel cell and input to the converter unit;
Control that reduces the alternating current output from the grid interconnection inverter when the DC voltage detected by the converter input voltage detector is equal to or less than a predetermined value near the minimum allowable input voltage value. A fuel cell grid interconnection system comprising: a control unit that performs the grid interconnection inverter unit.
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