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JP2008059968A - Fuel cell system - Google Patents

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JP2008059968A
JP2008059968A JP2006237219A JP2006237219A JP2008059968A JP 2008059968 A JP2008059968 A JP 2008059968A JP 2006237219 A JP2006237219 A JP 2006237219A JP 2006237219 A JP2006237219 A JP 2006237219A JP 2008059968 A JP2008059968 A JP 2008059968A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
power supply
voltage
power
system power
Prior art date
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Pending
Application number
JP2006237219A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akihito Otani
昭仁 大谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2006237219A priority Critical patent/JP2008059968A/en
Publication of JP2008059968A publication Critical patent/JP2008059968A/en
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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    • Y02E60/50Fuel cells

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Abstract

【課題】系統電源電圧において瞬時電圧低下の異常が発生した場合、安定した発電を継続できる燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料電池11と、系統電源に接続され、燃料電池からの直流電力を交流電力に変換し、系統電源とともに家庭内負荷13に交流電力を供給する直流交流変換手段12と、起動から発電までの一連の動作を制御する運転制御手段14と、系統電源での電圧波形を計測する系統電源電圧計測手段15と、電源電圧波形を記憶する電圧波形記憶手段16とを備え、運転制御手段14は、系統電源電圧計測手段15により、系統電源での電圧波形を計測し、電圧波形を電圧波形記憶手段16にて記憶して、系統電源における瞬時電圧低下発生を電圧波形記憶手段16とのデータ比較により検出し、電源電圧の減少に応じた出力電流の減少制御を優先する。
【選択図】図1
A fuel cell system capable of continuing stable power generation when an abnormality in instantaneous voltage drop occurs in a system power supply voltage.
A fuel cell, a DC / AC converter connected to a system power source, converts DC power from the fuel cell into AC power, and supplies AC power to a home load 13 together with the system power source, and from startup An operation control means includes an operation control means for controlling a series of operations until power generation, a system power supply voltage measurement means 15 for measuring a voltage waveform at the system power supply, and a voltage waveform storage means 16 for storing the power supply voltage waveform. 14, the system power supply voltage measuring means 15 measures the voltage waveform at the system power supply, the voltage waveform is stored in the voltage waveform storage means 16, and the instantaneous voltage drop occurrence in the system power supply is detected with the voltage waveform storage means 16. Priority is given to output current reduction control in response to a reduction in power supply voltage, detected by data comparison.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、燃料電池を用いて発電を行う燃料電池システムに関するものである。   The present invention relates to a fuel cell system that generates power using a fuel cell.

従来の燃料電池システムとしては、燃料ガス供給源と燃料電池本体を連通する燃料ガス供給配管に設けた開閉弁を故障診断制御する燃料電池システムがあった(例えば、特許文献1参照)。図8は、特許文献1に記載された従来の燃料電池システムを示すものである。   As a conventional fuel cell system, there is a fuel cell system that performs failure diagnosis control of an on-off valve provided in a fuel gas supply pipe that communicates a fuel gas supply source and a fuel cell main body (see, for example, Patent Document 1). FIG. 8 shows a conventional fuel cell system described in Patent Document 1. In FIG.

図8において、燃料ガス供給源1と燃料電池本体6の間の燃料ガス供給配管4に第1開閉弁2と第2開閉弁3を設け、前記開閉弁の間に燃料ガスの圧力を検出するガスセンサ5を設ける。起動時において、制御部7による制御により、第1、第2開閉弁2、3が閉弁された状態において、ガスセンサ5により第1開閉弁の故障診断制御を行い、続いて第1開閉弁を開弁した後閉弁し、ガスセンサ5により第2開閉弁の故障診断制御を行うものである。
特開平09−022711号公報
In FIG. 8, a first on-off valve 2 and a second on-off valve 3 are provided in a fuel gas supply pipe 4 between the fuel gas supply source 1 and the fuel cell main body 6, and the pressure of the fuel gas is detected between the on-off valves. A gas sensor 5 is provided. At the time of start-up, when the first and second on-off valves 2 and 3 are closed by the control of the control unit 7, the gas sensor 5 performs failure diagnosis control of the first on-off valve, and then turns on the first on-off valve. After opening the valve, the valve is closed and the gas sensor 5 performs failure diagnosis control of the second on-off valve.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-022711

しかしながら、前記従来の構成では、燃料ガス供給源と燃料電池本体との間の部品の故障診断制御であり、燃料電池より後段の故障診断制御はできないという課題を有していた。   However, the conventional configuration has a problem that failure diagnosis control of a part between the fuel gas supply source and the fuel cell main body cannot be performed, and failure diagnosis control subsequent to the fuel cell cannot be performed.

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、燃料電池より後段、つまり直流交流変換手段出力での故障診断制御を行うことにより、系統電源に一時的に異常が発生しても、安定した発電を継続して行うことが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention solves the above-described conventional problems, and performs failure diagnosis control at the latter stage of the fuel cell, that is, at the output of the DC / AC converter, so that the system power supply is stable even if an abnormality occurs temporarily. An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of continuously generating power.

前記従来の課題を解決するために、本発明の燃料電池システムは、系統電源電圧計測手段および電圧波形記憶手段を備えることにより直流交流変換手段出力での故障診断制御を行うものである。   In order to solve the above-mentioned conventional problems, the fuel cell system of the present invention performs fault diagnosis control at the output of the DC / AC conversion means by including system power supply voltage measuring means and voltage waveform storage means.

本構成によって、燃料電池より後段の直流交流変換手段出力での故障診断制御を行うことにより、系統電源に一時的に異常が発生しても、安定した発電を継続して行うことが可能な燃料電池システムを提供することができる。   With this configuration, by performing failure diagnosis control at the output of the DC / AC converter downstream of the fuel cell, a fuel that can continuously perform stable power generation even if a temporary abnormality occurs in the system power supply A battery system can be provided.

本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池より後段の直流交流変換手段出力での故障診断制御を、系統電源に一時的に異常が発生しても、直流交流変換手段の故障ではないと判断して、安定した発電を継続して行うことが可能となる。   According to the fuel cell system of the present invention, the failure diagnosis control at the output of the DC / AC converter means downstream of the fuel cell is determined not to be a failure of the DC / AC converter means even if an abnormality occurs temporarily in the system power supply. Thus, stable power generation can be continuously performed.

第1の発明は、燃料電池と、系統電源に接続され前記燃料電池からの直流電力を交流電力に変換する直流交流変換手段と、起動から発電までの一連の動作を制御する運転制御手段と、系統電源での電圧波形を計測する系統電源電圧計測手段とを備え、前記運転制御手段は、前記系統電源電圧計測手段により系統電源での電圧波形を計測することによって系統電源の圧力を検知し、系統電源における電圧が低下した場合には出力電流を低下させるように制御することにより、系統電源にて瞬時電圧低下が発生した場合でも、直流交流変換手段の故障ではないと判断して、燃料電池システムの発電を停止することなく、瞬時電圧低下が原因として起こる瞬時的な出力過電流を防止でき、安定した発電を継続することができる。   The first invention is a fuel cell, a DC / AC converting means connected to a system power source for converting DC power from the fuel cell to AC power, an operation control means for controlling a series of operations from startup to power generation, System power supply voltage measuring means for measuring the voltage waveform at the system power supply, the operation control means detects the pressure of the system power supply by measuring the voltage waveform at the system power supply by the system power supply voltage measurement means, When the voltage in the system power supply decreases, the output current is controlled so that even if an instantaneous voltage drop occurs in the system power supply, it is determined that there is no failure in the DC / AC conversion means, and the fuel cell Without stopping system power generation, instantaneous output overcurrent caused by instantaneous voltage drop can be prevented, and stable power generation can be continued.

第2の発明は、特に第1の発明の運転制御手段は、現在の出力電力を定期的に指令電力と比較し、出力電力を補正することにより、たとえ系統電源電圧の低下が長時間継続しても、補正する事により指令値に近い電力を継続的に安定して出力することでき、効率のよい、燃料電池システム全体にバランスのよい理想的な運転が可能となる。   In the second invention, in particular, the operation control means of the first invention periodically compares the current output power with the command power and corrects the output power, so that the system power supply voltage continues to decrease for a long time. However, by correcting, it is possible to continuously and stably output electric power close to the command value, and it is possible to perform an ideal operation that is efficient and balanced in the entire fuel cell system.

第3の発明は、特に第1の発明の運転制御手段は、系統電源が停電した場合、燃料電池からの発電は継続し、直流交流変換手段からの出力を停止することにより、化学反応で発電する燃料電池は、一旦発電を停止すると復帰するのに時間を要するが、直流交流変換手段は直ちに直流電力から交流電力への変換を再開できるので、系統電源が復帰後、直ちに燃料電池システムからの発電を再開することが可能となる。   According to a third aspect of the present invention, in particular, the operation control means of the first aspect of the invention controls power generation by a chemical reaction by continuing power generation from the fuel cell and stopping output from the DC / AC conversion means when the system power supply fails. However, once the power generation is stopped, it takes time to return, but the DC / AC conversion means can immediately resume the conversion from DC power to AC power. It is possible to resume power generation.

第4の発明は、特に第1の発明の運転制御手段は、系統電源が一定時間以上停電を継続した場合、燃料電池からの発電を停止することにより、たとえ燃料電池への水素の供給が最小限に抑えられたとしても、水素の供給を停止せずに燃料電池からの出力を長時間停止することによる燃料電池への負担は大きいので、燃料電池への負担を軽減でき、寿命を延ばすことができる。   In the fourth aspect of the invention, in particular, the operation control means of the first aspect of the present invention minimizes the supply of hydrogen to the fuel cell by stopping the power generation from the fuel cell when the system power supply continues the power failure for a certain time or more. Even if it is limited to the limit, the burden on the fuel cell due to stopping the output from the fuel cell for a long time without stopping the supply of hydrogen is large, so the burden on the fuel cell can be reduced and the life can be extended. Can do.

第5の発明は、特に第1の発明の運転制御手段は、系統電源において瞬時的な電圧波形の変動が発生した場合でも、電圧変動に追従せず一定電力出力を継続することにより、瞬時的な出力過電流を防止でき、安定した発電を継続することができる。   According to the fifth aspect of the invention, in particular, the operation control means of the first aspect of the present invention instantaneously maintains a constant power output without following the voltage fluctuation, even when an instantaneous voltage waveform fluctuation occurs in the system power supply. Output overcurrent can be prevented and stable power generation can be continued.

第6の発明は、特に第5の発明の燃料電池システムに加え、電源電圧の歪波形を記憶する電圧歪波形記憶手段を備え、運転制御手段は、系統電源における瞬時的な電圧波形変動が発生した場合は、電圧歪波形記憶手段にて記憶し、2回目以降に発生した場合は、発生した電圧変動を無視した出力電流制御を行うことにより、直流交流変換手段の故障ではなく、系統電源側において発生した電圧波形歪に対しては、瞬時的な出力過電流を防止でき、安定した発電を継続することができる。   In addition to the fuel cell system of the fifth invention, the sixth invention is provided with voltage distortion waveform storage means for storing a distortion waveform of the power supply voltage, and the operation control means generates instantaneous voltage waveform fluctuations in the system power supply. If it occurs, it is stored in the voltage distortion waveform storage means, and if it occurs for the second time or later, by performing output current control ignoring the generated voltage fluctuation, the DC power conversion side is not a failure. With respect to the voltage waveform distortion generated in step 1, an instantaneous output overcurrent can be prevented and stable power generation can be continued.

第7の発明は、特に第1〜第6の発明の燃料電池システムに加え、通信手段を備え、運転制御手段は、系統電源での異常の発生および異常からの復帰を、通信手段により、近くの燃料電池システムに情報を送ることにより、事前に系統電源での情報を共有することにより、最小限のダメージで抑えられ、最適な発電制御を継続することができる。   In addition to the fuel cell systems of the first to sixth inventions, the seventh invention is provided with communication means, and the operation control means is capable of causing an abnormality in the system power supply and returning from the abnormality by the communication means. By sending information to the fuel cell system, it is possible to continue the optimum power generation control with minimum damage by sharing information on the system power supply in advance.

以下本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1における燃料電池システムのブロック構成図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a block configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention.

図1において、都市ガスのようなメタン等の炭化水素を含む燃料を原料として燃料電池11で発電が行われる。直流交流変換手段12は商用電源に接続され、燃料電池11からの直流電力を交流電力に変換し、系統電源とともに家庭内負荷13に交流電力を供給する。運転制御手段14は起動から発電までの一連の動作を制御する。また系統電源電圧計測手段15は系統電源での電圧波形を計測するものである。さらに電圧波形記憶手段16は系統電源電圧計測手段15にて計測された電源電圧波形を記憶する。ここでは記憶する電源電圧波形は一周期毎で、主として正常状態にて計測される電圧波形を記憶するものである。   In FIG. 1, power generation is performed in a fuel cell 11 using a fuel containing a hydrocarbon such as methane such as city gas as a raw material. The DC / AC conversion means 12 is connected to a commercial power supply, converts DC power from the fuel cell 11 into AC power, and supplies AC power to the home load 13 together with the system power supply. The operation control means 14 controls a series of operations from startup to power generation. The system power supply voltage measuring means 15 measures a voltage waveform at the system power supply. Further, the voltage waveform storage means 16 stores the power supply voltage waveform measured by the system power supply voltage measurement means 15. Here, the power supply voltage waveform to be stored is a voltage waveform that is measured for each cycle and is mainly measured in a normal state.

ここで、運転制御手段14は、系統電源電圧計測手段15により、系統電源での電圧波形を逐一計測し、電圧波形を電圧波形記憶手段16にて記憶して、系統電源における瞬時電圧低下発生を電圧波形記憶手段16とのデータ比較により検出し、電源電圧の減少に応じた出力電流の減少制御を優先する。すなわち、系統電源電圧計測手段15により系統電源での電圧波形を計測することによって系統電源の圧力を検知し、系統電源における電圧が低下した場合には出力電流を低下させるように制御するものである。   Here, the operation control means 14 measures the voltage waveform at the system power supply one by one by the system power supply voltage measuring means 15, stores the voltage waveform at the voltage waveform storage means 16, and generates an instantaneous voltage drop at the system power supply. Priority is given to output current reduction control according to a reduction in power supply voltage, which is detected by data comparison with the voltage waveform storage means 16. That is, the system power supply voltage measuring means 15 measures the voltage waveform at the system power supply to detect the pressure of the system power supply, and controls to reduce the output current when the voltage at the system power supply decreases. .

図2の波形は系統電源電圧の瞬時電圧低下が発生した場合の電圧波形を示す。通常、直流交流変換手段12は、運転制御手段14による電力指令により発電する。つまり指令電力=系統電圧×出力電流、すなわち出力電力=指令電力で示されるように出力電力値が指令電力値に一致するように制御、つまり正弦波の電流出力を維持されるように制御される。しかし、図2のような系統電源電圧の瞬時電圧低下が発生した場合は、出力電流が瞬時に電圧低下に対応してしまい、出力電力を維持しようとするあまり、低下した電圧分だけ出力電流を増やそうとして、図3の電流波形のような瞬時的な過電流が発生してしまうことになる。   The waveform of FIG. 2 shows a voltage waveform when an instantaneous voltage drop of the system power supply voltage occurs. Usually, the DC / AC converter 12 generates power in accordance with a power command from the operation controller 14. That is, control is performed so that the output power value matches the command power value, that is, the sine wave current output is maintained, as indicated by command power = system voltage × output current, that is, output power = command power. . However, when an instantaneous voltage drop of the system power supply voltage as shown in FIG. 2 occurs, the output current instantly responds to the voltage drop, and the output current is reduced by the reduced voltage so as to maintain the output power. As a result, an instantaneous overcurrent such as the current waveform in FIG. 3 is generated.

図3の電流波形は、直流交流変換手段12からの瞬時的な過電流が発生した場合の出力電流波形の一例を示す。ここで通常の出力電流Iacの実効値は、Iac(rms)=5.5Aであり、ピーク値はその√2倍でIac(peak)=7.8Aであるが、ピーク値Iac(peak)の150%の相当する11.7A以上の過電流ピークIacoを出力して、直流交流変換手段12が出力停止した場合の一例を示している。   The current waveform in FIG. 3 shows an example of an output current waveform when an instantaneous overcurrent is generated from the DC / AC conversion means 12. Here, the effective value of the normal output current Iac is Iac (rms) = 5.5A, and the peak value is √2 times Iac (peak) = 7.8A, but the peak value Iac (peak) is An example in which the overcurrent peak Iaco of 11.7 A or more corresponding to 150% is output and the output of the DC / AC converting means 12 is stopped is shown.

ここでは、系統電源の一時的な不具合であっても瞬時電圧低下に追従せず、瞬時過電流などの過渡的な出力をしないように制御する。つまり電圧波形記憶手段16において、正常時の電圧波形を理想的な電圧波形として記憶しておき、記憶された波形と、系統電源電圧計測手段15により計測された波形とを常時比較して、電圧低下が発生したと判断された場合は、指令電力に対応した出力電力一定制御をせずに、電圧低下に応じて、出力電流も低下させる、つまり出力電力も低下させるものである。   Here, even if there is a temporary malfunction of the system power supply, control is performed so as not to follow the instantaneous voltage drop and to prevent transient output such as instantaneous overcurrent. That is, the voltage waveform storage means 16 stores the normal voltage waveform as an ideal voltage waveform, and constantly compares the stored waveform with the waveform measured by the system power supply voltage measurement means 15 to obtain a voltage. When it is determined that a reduction has occurred, the output current is also reduced, that is, the output power is also reduced according to the voltage drop, without performing the constant output power control corresponding to the command power.

ここで電圧低下発生の判断基準として、電圧波形のピーク値すなわち電圧振幅が低下した場合で、瞬時的に5V以上低下、または一定時間(例えば1秒、10秒、30秒、1分間)内に10V以上低下した場合としている。そして、電圧低下分の比率を正常時との値から算出して、出力電流を低下させる。   Here, as a criterion for occurrence of the voltage drop, when the peak value of the voltage waveform, that is, the voltage amplitude is lowered, it is instantaneously reduced by 5 V or more or within a certain time (for example, 1 second, 10 seconds, 30 seconds, 1 minute) It is assumed that the voltage drops by 10V or more. Then, the ratio of the voltage drop is calculated from the normal value to reduce the output current.

ここで、図4のフローチャートにより動作を説明する。ステップ1にて運転制御手段14は、出力電力一定制御をしている。ステップ2において常時系統電源電圧計測手段15により系統電源電圧の波形データを計測入力する。ステップ3において、計測入力された系統電源電圧波形データを電圧波形記憶手段16にて記憶させる。ステップ4において、系統電源電圧計測手段15により計測入力された電圧波形と電圧波形記憶手段16において記憶されている波形データとを比較する。ステップ5において、電圧比較データをもとに瞬時電圧低下かどうかを検出するものである。   Here, the operation will be described with reference to the flowchart of FIG. In step 1, the operation control means 14 performs constant output power control. In step 2, the system power supply voltage measuring means 15 measures and inputs the system power supply voltage waveform data. In step 3, the measured power supply voltage waveform data is stored in the voltage waveform storage means 16. In step 4, the voltage waveform measured and inputted by the system power supply voltage measuring means 15 is compared with the waveform data stored in the voltage waveform storage means 16. In step 5, it is detected whether there is an instantaneous voltage drop based on the voltage comparison data.

瞬時電圧低下を検出した場合、ステップ6において出力電力一定制御を解除して、出力電流を制御しやすくする。ステップ7において、電源電圧低下の割合を電圧波形記憶手段16において記憶されている波形データをもとに計算する。ステップ8において、計算された電源電圧低下の割合に合わせて出力電流を減少制御するものである。   If an instantaneous voltage drop is detected, the output power constant control is canceled in step 6 to facilitate control of the output current. In step 7, the power supply voltage drop rate is calculated based on the waveform data stored in the voltage waveform storage means 16. In step 8, the output current is controlled to decrease in accordance with the calculated power supply voltage drop rate.

このことにより図3のような瞬時的な出力過電流を発生させて発電を停止させるようなことがなくなる。   As a result, the instantaneous output overcurrent as shown in FIG. 3 is not generated to stop the power generation.

かかる構成によれば、系統電源にて瞬時電圧低下が発生した場合でも、直流交流変換手段の故障ではないと判断して、燃料電池システムの発電を停止することなく、瞬時電圧低下が原因として起こる瞬時的な出力過電流を防止でき、安定した発電を継続することができる。   According to such a configuration, even when an instantaneous voltage drop occurs in the system power supply, it is determined that there is no failure in the DC / AC conversion means, and the instantaneous voltage drop is caused without stopping the power generation of the fuel cell system. Instantaneous output overcurrent can be prevented and stable power generation can be continued.

また、運転制御手段14は、現在の出力電力を定期的に指令電力と比較し、出力電力を補正する。つまり出力電流を補正するものである。   Further, the operation control means 14 periodically compares the current output power with the command power, and corrects the output power. That is, the output current is corrected.

系統電源電圧での瞬時電圧低下が発生する毎に出力電流も低下するので、系統電圧×出力電流=出力電力の式のように出力電力が低下していることになる。つまり指令電力どおりに電力が出力されていないことになる。頻繁に電圧低下が発生している場合は指令電力に対して大きく出力電力が低下していることになる。   Every time an instantaneous voltage drop occurs in the system power supply voltage, the output current also decreases. Therefore, the output power decreases as shown by the expression of system voltage × output current = output power. In other words, the power is not output according to the command power. When the voltage drop frequently occurs, the output power is greatly reduced with respect to the command power.

ここで定期的とは、10波長(50Hzでは0.2秒)毎、あるいは1秒毎、10秒毎等である。少しでもエネルギーロスを抑えるためには、例えば10波長毎のように常に出力電力を指令電力と比較して出力低下分を補正して出力電流を増加させることが必要である。   Here, the term “periodic” refers to every 10 wavelengths (0.2 seconds at 50 Hz), every 1 second, every 10 seconds, or the like. In order to suppress the energy loss as much as possible, it is necessary to always increase the output current by comparing the output power with the command power to correct the output decrease, for example, every 10 wavelengths.

系統電圧については、系統電源電圧計測手段15により測定し、出力電流値を回路上にて検出し、測定された電圧値と電流値を演算により現在の出力電力を算出して、補正電力値=指令電力−現在の出力電力を計算し、補正すべき出力電流値=補正電力値÷系統電圧により補正すべき出力電流値を算出し、出力電流値を補正するものである。   The system voltage is measured by the system power supply voltage measuring means 15, the output current value is detected on the circuit, the current output power is calculated by calculating the measured voltage value and current value, and the corrected power value = Command power-current output power is calculated, output current value to be corrected = corrected power value / output current value to be corrected by system voltage, and the output current value is corrected.

そもそも指令電力値は、原料ガス量、空気量等と燃料電池11での発電量とのバランスにより算出された値であるので、出力電力がずれていれば前述のバランスが崩れて、効率が悪くなり、燃料電池11の耐久性に悪影響を及ぼすので、出力電力を指令電力値に限りなく近づけることが必要となる。   In the first place, the command power value is a value calculated based on the balance between the amount of raw material gas, the amount of air, etc. and the amount of power generated by the fuel cell 11, so if the output power is deviated, the aforementioned balance is lost and the efficiency is poor. Thus, since the durability of the fuel cell 11 is adversely affected, it is necessary to make the output power as close as possible to the command power value.

かかる構成によれば、たとえ系統電源電圧の低下が長時間継続しても、補正する事により指令値に近い電力を継続的に安定して出力することでき、効率のよい、燃料電池システム全体にバランスのよい理想的な運転が可能となる。   According to such a configuration, even if the drop in the system power supply voltage continues for a long time, it is possible to continuously and stably output electric power close to the command value by correcting it, and to an efficient fuel cell system as a whole. A well-balanced ideal operation is possible.

また、運転制御手段14は、系統電源が停電した場合、燃料電池11からの発電は継続し、直流交流変換手段12からの出力を停止する。   Further, the operation control means 14 continues power generation from the fuel cell 11 and stops output from the DC / AC conversion means 12 when the system power supply fails.

燃料電池11では、都市ガスから得られた水素と空気中の酸素との化学反応で直流電力を出力している。このような化学反応を一旦停止すると、水素を生成するまでの時間やシステム各部での適正温度に達するまでの時間など、発電を再開するまでには時間を要するので、系統電源が停電した場合は、燃料電池11からの発電は継続し、直流交流変換手段12の出力のみ停止するようにする。   The fuel cell 11 outputs DC power by a chemical reaction between hydrogen obtained from city gas and oxygen in the air. Once such a chemical reaction is stopped, it takes time to restart power generation, such as the time to generate hydrogen and the time to reach the appropriate temperature in each part of the system. The power generation from the fuel cell 11 is continued, and only the output of the DC / AC conversion means 12 is stopped.

一旦系統電源が復電すれば、燃料電池11からの直流電力は出力を継続中であるので、直流交流変換手段12のみを起動させれば、直ちに燃料電池11からの直流電力を交流電力に変換することを再開することが可能となる。   Once the system power supply is restored, the DC power from the fuel cell 11 continues to be output. Therefore, when only the DC / AC conversion means 12 is activated, the DC power from the fuel cell 11 is immediately converted to AC power. It is possible to resume doing.

かかる構成によれば、化学反応で発電する燃料電池は、一旦発電を停止すると復帰するのに時間を要するが、直流交流変換手段は直ちに直流電力から交流電力への変換を再開できるので、系統電源が復帰後、直ちに燃料電池システムからの発電を再開することが可能となる。   According to such a configuration, the fuel cell that generates power through a chemical reaction takes time to recover once power generation is stopped, but the DC / AC conversion means can immediately resume the conversion from DC power to AC power. Immediately after the return, power generation from the fuel cell system can be resumed.

また、運転制御手段14は、系統電源が一定時間以上停電を継続した場合、燃料電池11からの発電を停止するものである。   Moreover, the operation control means 14 stops the electric power generation from the fuel cell 11 when the system power supply continues the power failure for a predetermined time or more.

系統電源が停電した場合、直流交流変換手段12からの出力は停止しなければならない。短時間の停電であれば、燃料電池11からの出力は停止する必要はない。しかし例えば30分以上のような長時間停電が継続した場合は、燃料電池11からの出力を停止しないと燃料電池11への負担は大きくなる。燃料電池11への水素の供給は停止されずに、直流電力出力のみを停止する事になるので、燃料電池11での電力が蓄積され、寿命を短くする事になる。すなわち燃料電池システム自体を停止する必要がある。停電後での運転継続時間は、燃料電池11での耐久性の問題であり、少しでも時間が短い方がよい。このように長時間停電から復電したとしても、燃料電池システムでの停止処理に要する時間や再起動に要する時間が必要となり、エネルギーロスが大きくなるが、燃料電池11の寿命や耐久性の維持が図られるものである。   When the system power supply fails, the output from the DC / AC conversion means 12 must be stopped. If the power outage is short, the output from the fuel cell 11 does not need to be stopped. However, for example, when the power failure continues for a long time such as 30 minutes or more, the burden on the fuel cell 11 increases unless the output from the fuel cell 11 is stopped. Since the supply of hydrogen to the fuel cell 11 is not stopped, but only the DC power output is stopped, the power in the fuel cell 11 is accumulated, and the life is shortened. That is, it is necessary to stop the fuel cell system itself. The operation continuation time after a power failure is a problem of durability in the fuel cell 11, and it is better that the time is as short as possible. Even if power is restored after a long power outage in this way, the time required for the stop process in the fuel cell system and the time required for restart are required, which increases energy loss, but maintains the life and durability of the fuel cell 11. Is intended.

かかる構成によれば、たとえ燃料電池への水素の供給が最小限に抑えられたとしても、水素の供給を停止せずに燃料電池からの出力を長時間停止することによる燃料電池への負担は大きいので、燃料電池への負担を軽減でき、寿命を延ばすことができる。   According to such a configuration, even if the supply of hydrogen to the fuel cell is minimized, the burden on the fuel cell due to stopping the output from the fuel cell for a long time without stopping the supply of hydrogen is reduced. Since it is large, the burden on the fuel cell can be reduced and the life can be extended.

また、運転制御手段14は、系統電源において瞬時的な電圧波形の変動が発生した場合でも、電圧変動に追従せず一定電力出力を継続するものである。   Further, the operation control means 14 continues constant power output without following the voltage fluctuation even when an instantaneous voltage waveform fluctuation occurs in the system power supply.

図5の波形は系統電源電圧の瞬時的な波形変動(歪)が発生した場合の電圧波形を示す。このような高周波的な急激な変化を伴う電圧波形変動に対して、出力電力一定制御をしている場合は、電圧波形変動に追従してしまい、図3のような出力電流において過電流が発生してしまうことになり、異常検知レベルを超えるので燃料電池システムが停止してしまうことになる。   The waveform of FIG. 5 shows a voltage waveform when instantaneous waveform fluctuation (distortion) of the system power supply voltage occurs. When the output power constant control is performed for such a voltage waveform fluctuation accompanied with a rapid change in high frequency, the voltage waveform fluctuation is followed and an overcurrent is generated in the output current as shown in FIG. As a result, the fuel cell system stops because the abnormality detection level is exceeded.

ここでは、系統電源の正弦波の半周期(50Hzでは10ms)以下の日常的に発生するような電源変動には追従せずに、一定電力を出力し続けるのである。つまり瞬時的な電圧変動を無視して電圧波形が理想的な正弦波形であるとして出力電流を制御するものである。電圧に対する追従性を悪くするものである。それには、電圧波形および電流波形の理想的な正弦波形をメモリーに内蔵しておくことが必要になる。   In this case, constant power is continuously output without following the power supply fluctuation that occurs on a daily basis within a half cycle of the sine wave of the system power supply (10 ms at 50 Hz). That is, the output current is controlled by ignoring instantaneous voltage fluctuation and assuming that the voltage waveform is an ideal sine waveform. The followability with respect to the voltage is deteriorated. For this purpose, an ideal sine waveform of a voltage waveform and a current waveform must be built in the memory.

かかる構成によれば、瞬時的な出力過電流を防止でき、安定した発電を継続することができる。   According to this configuration, instantaneous output overcurrent can be prevented and stable power generation can be continued.

(実施の形態2)
図6は本発明の実施の形態2における燃料電池システムのブロック構成図である。図6において図1と同じ構成要素については同一符号を用い、説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a block configuration diagram of the fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 6, the same components as those in FIG.

図6において、電圧歪波形記憶手段17は、系統電源において系統電源電圧計測手段15により得られた電源電圧が歪んだ場合の電圧歪波形を記憶するものである。具体的には、電圧変動発生の時刻および電圧歪波形において歪が発生している箇所の位相、振幅、周波数、継続時間等の情報を記憶するものである。   In FIG. 6, the voltage distortion waveform storage means 17 stores the voltage distortion waveform when the power supply voltage obtained by the system power supply voltage measurement means 15 is distorted in the system power supply. Specifically, information such as the phase, amplitude, frequency, duration, and the like of the location where the distortion occurs in the voltage distortion occurrence time and the voltage distortion waveform is stored.

ここで運転制御手段14は、系統電源における瞬時的な電圧波形変動が発生した場合は、電圧歪波形記憶手段17にて記憶し、2回目以降に発生した場合は、発生した電圧変動を無視した出力電流制御を行うものである。   Here, the operation control means 14 stores in the voltage distortion waveform storage means 17 if an instantaneous voltage waveform fluctuation occurs in the system power supply, and ignores the generated voltage fluctuation if it occurs for the second time or later. Output current control is performed.

系統電源電圧の変動(歪)は、図5に示すように、一度発生すると複数周期わたって繰り返し発生する可能性が高い。また同じような場所においては、一旦正常な正弦波形に復帰しても、また繰り返し発生する可能性が高い。ここでは、一度発生した電圧歪の位相、振幅、周波数、継続時間等の情報と少しでも一致するようであれば無視して、理想的な正弦波の電圧波形をもとにした出力電流制御を行う。   As shown in FIG. 5, the fluctuation (distortion) of the system power supply voltage is likely to occur repeatedly over a plurality of cycles once it occurs. In a similar place, even if the sine waveform is restored to normal, there is a high possibility that it will repeatedly occur. Here, the output current control based on the ideal sine wave voltage waveform is ignored if it matches any information such as phase, amplitude, frequency, duration, etc. Do.

したがって、電圧歪波形記憶手段17において電圧波形を記憶しておけば、2回目、例えば図5に示すような毎周期において電圧波形歪が発生した後、一波長周期後に発生した場合でも、この電圧変動(歪)を無視することにより、安定した発電を継続することが可能となる。   Therefore, if the voltage waveform is stored in the voltage distortion waveform storage means 17, the voltage waveform distortion occurs at the second time, for example, every cycle as shown in FIG. By ignoring the fluctuation (distortion), stable power generation can be continued.

かかる構成によれば、直流交流変換手段の故障ではなく、系統電源側において発生した電圧波形歪に対しては、瞬時的な出力過電流を防止でき、安定した発電を継続することができる。   According to such a configuration, an instantaneous output overcurrent can be prevented and a stable power generation can be continued for a voltage waveform distortion generated on the system power supply side, not a failure of the DC / AC conversion means.

(実施の形態3)
図7は本発明の実施の形態3における燃料電池システムのブロック構成図である。図7において、図1および図6と同じ構成要素については同一符号を用い、説明を省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 7 is a block diagram of a fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 7, the same components as those in FIGS. 1 and 6 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図7において、通信手段18は、複数の燃料電池システム間において、種々の情報をやりとりするもので、有線、無線を問わず電話回線等で構成されるものである。   In FIG. 7, the communication means 18 exchanges various information between a plurality of fuel cell systems, and is constituted by a telephone line or the like regardless of wired or wireless.

ここで運転制御手段14は、系統電源での異常の発生および異常からの復帰を、通信手段18により、近くの燃料電池システムに情報を送るものである。例えば系統電源において、瞬時的な電圧変動が発生した場合は、その情報を他の燃料電池システムにおいて共有することにより、電圧変動を予測したシステムの運転制御ができ、不要なシステムの停止を防ぐことが可能となる。また、系統電源における異常から復帰したとの情報を入手できれば、異常回避のための不要な制御を行うことなく、効率のよい最適な制御を継続することが可能となる。   Here, the operation control means 14 sends information about the occurrence of an abnormality in the system power supply and the recovery from the abnormality to the nearby fuel cell system by the communication means 18. For example, when instantaneous voltage fluctuations occur in the system power supply, the information can be shared with other fuel cell systems to control the operation of the system predicting voltage fluctuations and prevent unnecessary system shutdowns. Is possible. Moreover, if information indicating that the system power supply has recovered from an abnormality can be obtained, efficient and optimal control can be continued without performing unnecessary control for avoiding the abnormality.

かかる構成によれば、事前に系統電源での情報を共有することにより、最小限のダメージで抑えられ、最適な発電制御を継続することができる。   According to such a configuration, by sharing information on the system power supply in advance, it is possible to keep the optimum power generation control with minimal damage.

本発明の燃料電池システムは、家庭用に設置される定置型燃料電池システムに有用であり、その他、工業的な目的での発電システムにおいても利用可能である。   The fuel cell system of the present invention is useful for stationary fuel cell systems installed for home use, and can also be used in power generation systems for industrial purposes.

本発明の実施の形態1における燃料電池システムのブロック構成図1 is a block configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1における燃料電池システムの系統電源電圧低下を示す波形の一例を示す図The figure which shows an example of the waveform which shows the system power supply voltage fall of the fuel cell system in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1における燃料電池システムの出力電流波形の一例を示す図The figure which shows an example of the output current waveform of the fuel cell system in Embodiment 1 of this invention 本発明の実施の形態1における燃料電池システムの出力電流制御のフローチャートFlowchart of output current control of fuel cell system in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態1における燃料電池システムの系統電源電圧変動(歪)波形の一例を示す図The figure which shows an example of the system power supply voltage fluctuation | variation (distortion) waveform of the fuel cell system in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2における燃料電池システムのブロック構成図Block diagram of a fuel cell system according to Embodiment 2 of the present invention 本発明の実施の形態3における燃料電池システムのブロック構成図Block configuration diagram of a fuel cell system according to Embodiment 3 of the present invention 従来の燃料電池システムのブロック構成図Block diagram of a conventional fuel cell system

符号の説明Explanation of symbols

11 燃料電池
12 直流交流変換手段
13 家庭内負荷
14 運転制御手段
15 系統電源電圧計測手段
16 電圧波形記憶手段
17 電圧歪波形記憶手段
18 通信手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Fuel cell 12 DC / AC conversion means 13 Domestic load 14 Operation control means 15 System power supply voltage measurement means 16 Voltage waveform storage means 17 Voltage distortion waveform storage means 18 Communication means

Claims (7)

燃料電池と、系統電源に接続され前記燃料電池からの直流電力を交流電力に変換する直流交流変換手段と、起動から発電までの一連の動作を制御する運転制御手段と、系統電源での電圧波形を計測する系統電源電圧計測手段とを備え、前記運転制御手段は、前記系統電源電圧計測手段により系統電源での電圧波形を計測することによって系統電源の圧力を検知し、系統電源における電圧が低下した場合には出力電流を低下させるように制御する燃料電池システム。 A fuel cell; a DC / AC converter connected to a system power source for converting DC power from the fuel cell to AC power; an operation control unit for controlling a series of operations from start-up to power generation; and a voltage waveform at the system power source A power supply voltage measuring means for measuring the power supply, and the operation control means detects the pressure of the system power supply by measuring the voltage waveform at the system power supply by the system power supply voltage measuring means, and the voltage at the system power supply decreases. In such a case, a fuel cell system that controls the output current to decrease. 運転制御手段は、現在の出力電力を定期的に指令電力と比較し、出力電力を補正することを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the operation control means periodically compares the current output power with the command power and corrects the output power. 運転制御手段は、系統電源が停電した場合、燃料電池からの発電は継続し、直流交流変換手段からの出力を停止することを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the operation control means continues to generate power from the fuel cell and stops output from the DC / AC conversion means when the system power supply fails. 運転制御手段は、系統電源が一定時間停電を継続した場合、燃料電池からの発電を停止することを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the operation control means stops the power generation from the fuel cell when the system power source continues the power failure for a predetermined time. 運転制御手段は、系統電源において瞬時的な電圧波形の変動が発生した場合でも、電圧変動に追従せず一定電力出力を継続することを特徴とする請求項1記載の燃料電池システム。 2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the operation control means continues the constant power output without following the voltage fluctuation even when an instantaneous voltage waveform fluctuation occurs in the system power supply. 電源電圧の歪波形を記憶する電圧歪波形記憶手段を備え、運転制御手段は、系統電源における瞬時的な電圧波形変動が発生した場合は、電圧歪波形記憶手段にて記憶し、2回目以降に発生した場合は、発生した電圧変動を無視した出力電流制御を行うことを特徴とする請求項5記載の燃料電池システム。 Voltage distortion waveform storage means for storing the distortion waveform of the power supply voltage is provided, and the operation control means stores the voltage distortion waveform storage means when an instantaneous voltage waveform fluctuation occurs in the system power supply, and after the second time 6. The fuel cell system according to claim 5, wherein when it occurs, output current control is performed ignoring the generated voltage fluctuation. 通信手段を備え、運転制御手段は、系統電源での異常の発生および異常からの復帰を前記通信手段により近くの燃料電池システムに情報を送ることを特徴とする請求項1〜6いずれか1項に記載の燃料電池システム。 The communication means is provided, and the operation control means sends information on the occurrence of an abnormality in the system power supply and the recovery from the abnormality to a nearby fuel cell system by the communication means. The fuel cell system described in 1.
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