JP6102364B2

JP6102364B2 - 燃料電池用系統連系システム

Info

Publication number: JP6102364B2
Application number: JP2013050384A
Authority: JP
Inventors: 良浩寒川
Original assignee: Miura Co Ltd
Current assignee: Miura Co Ltd
Priority date: 2013-03-13
Filing date: 2013-03-13
Publication date: 2017-03-29
Anticipated expiration: 2033-03-13
Also published as: JP2014180069A

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。

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）。

特開２０１１−９７７２７号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

１燃料電池用系統連系システム
１０燃料電池
２０ＤＣ／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

Claims

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。