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JP2025110784A - Power Supply System - Google Patents

Power Supply System

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Publication number
JP2025110784A
JP2025110784A JP2024004823A JP2024004823A JP2025110784A JP 2025110784 A JP2025110784 A JP 2025110784A JP 2024004823 A JP2024004823 A JP 2024004823A JP 2024004823 A JP2024004823 A JP 2024004823A JP 2025110784 A JP2025110784 A JP 2025110784A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power
output
power generation
purchased
adjustment control
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
JP2024004823A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
立樹 杉浦
Tatsuki Sugiura
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.)
Miura Co Ltd
Original Assignee
Miura 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 Miura Co Ltd filed Critical Miura Co Ltd
Priority to JP2024004823A priority Critical patent/JP2025110784A/en
Publication of JP2025110784A publication Critical patent/JP2025110784A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

To provide a power supply system that can improve the ability of power supply to follow demand changes.SOLUTION: A power supply system 1000 comprises a plurality of power generation units 100 and a system controller 18. Each power generation unit 100 includes a power generation module 20, a power conditioner 16, and a local controller 17. In each power generation unit 100, the local controller 17 is configured to be able to execute output adjustment control, and the output adjustment control includes heteronomous output adjustment control for adjusting output power in a heteronomous manner and autonomous output adjustment control for autonomously adjusting output power. The system controller 18 divides all of the power generation units 100 into groups of output adjusters that execute output adjustment control, and, based on first information regarding power purchased from a commercial power system 500, coordinates the heteronomous output adjustment control and the autonomous output adjustment control so as to substantially equalize the output power of each output adjuster.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、燃料電池等を用いた電力供給システムに関する。 The present invention relates to a power supply system using a fuel cell or the like.

需要家が電力事業者から購入している商用電力の一部を自家発電電力に切り替えることで、二酸化炭素の排出量削減につながることが期待される。例えば、石炭やLNGを燃料とする火力発電の一次エネルギー効率は40%程度であるのに対し、メタンを主成分とする都市ガスを燃料改質して発電する固体酸化物形燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell:SOFC)の一次エネルギー効率は50%~65%を見込める。そのため、自家発電電力の割合を増やすと、環境負荷の低減に貢献し得る。 Switching some of the commercial electricity consumers currently purchase from power companies to self-generated electricity is expected to lead to a reduction in carbon dioxide emissions. For example, while the primary energy efficiency of thermal power generation using coal or LNG as fuel is around 40%, the primary energy efficiency of solid oxide fuel cells (SOFCs), which generate electricity by reforming city gas, which is primarily composed of methane, is expected to be 50% to 65%. Therefore, increasing the proportion of self-generated electricity can contribute to reducing the environmental impact.

また、自然災害による停電発生時に自立して電力供給を維持するシステムを実現することで、社会生活や経済活動への悪影響を軽減できることが期待される。例えば、固体酸化物形燃料電池(SOFC)は、都市ガスの供給が遮断されなければ、自立して発電を行い、外部へ電力供給が可能である。地震の場合、規模によってはガスインフラが破損することがあるが、台風の場合、ガスインフラへの影響はほぼないと言えるので、電力供給を継続し得る。 In addition, by realizing a system that can independently maintain power supplies during power outages caused by natural disasters, it is hoped that the negative impact on social life and economic activity can be reduced. For example, solid oxide fuel cells (SOFCs) can independently generate electricity and supply power to the outside world as long as the city gas supply is not cut off. In the case of an earthquake, depending on its scale, gas infrastructure may be damaged, but in the case of a typhoon, there is almost no impact on the gas infrastructure, so power supply can continue.

特許文献1および2には、商用電源系統に対して並列状態で運転され、電力需要設備に電力供給を行う電力供給システム(燃料電池システム)が開示されている。電力供給システムは、工場等の電力需要設備のように操業中のデマンドが多い場合には、複数台の発電ユニット(例えば、燃料電池ユニット)で構成される。 Patent Documents 1 and 2 disclose a power supply system (fuel cell system) that operates in parallel with a commercial power system and supplies power to power-demanding facilities. When there is a high demand for power during operation, such as at a power-demanding facility such as a factory, the power supply system is composed of multiple power generation units (e.g., fuel cell units).

また、電力供給システムでは、発電ユニットの設置台数に関わらず商用電源系統側に逆潮流させることは認められていない。そのため、商用電源系統から常時電力を購入する対応が求められる。 In addition, the power supply system does not permit reverse power flow to the commercial power grid, regardless of the number of power generation units installed. Therefore, it is necessary to purchase electricity from the commercial power grid at all times.

特開2016-019430号公報JP 2016-019430 A 特開2016-019431号公報JP 2016-019431 A

電力需要設備のデマンドは、工場等の操業状況により変動し、操業時間帯にはデマンドが増え、休業時間帯にはデマンドが減る。低デマンド期間に発電ユニットの稼働台数を減らすと、デマンド変化に対する電力供給の追従性を損なうことがある。 Demand from electricity demand facilities fluctuates depending on the operating status of factories and other facilities, with demand increasing during operating hours and decreasing during non-operating hours. Reducing the number of operating power generating units during periods of low demand can impair the ability of the power supply to respond to changes in demand.

例えば、SOFCユニットは、発電モジュールを600~800℃で動作させるため、運転停止により冷態になってしまうと、再起動に非常に時間が掛かる。また、発電モジュールを保温しつつ運転待機させると、燃料の損失によって発電効率を低下させるだけでなく、待機解除から最小出力電力を得るまでにある程度の時間を必要とする。そのため、低デマンド期間に発電ユニットの一部を運転停止や運転待機させることは推奨されない。 For example, because SOFC units operate their power generation modules at temperatures between 600 and 800°C, restarting them after they have been shut down and become cold takes a very long time. Furthermore, keeping the power generation modules warm while they are on standby not only reduces power generation efficiency due to fuel loss, but also requires a certain amount of time to achieve minimum output power after waking up from standby. Therefore, it is not recommended to shut down or put some of the power generation units on standby during periods of low demand.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、デマンド変化に対する電力供給の追従性を高めることができる電力供給システムを提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above-mentioned problems, and aims to provide a power supply system that can improve the ability of the power supply to respond to changes in demand.

本発明に係る電力供給システムは、商用電源系統に対して並列状態で運転される複数台の発電ユニットと、前記複数台の発電ユニットの制御状態を統括するシステムコントローラとを備える。前記複数台の発電ユニットの各々は、発電モジュールと、前記発電モジュールの発電電力を前記商用電源系統の交流電力に相当する出力電力に変換するパワーコンディショナと、前記発電モジュールの発電電力を制御することによって、前記出力電力を制御するローカルコントローラとを有する。前記複数台の発電ユニットにおいて、前記ローカルコントローラの各々は、定格出力電力以下かつ最小出力電力以上の範囲で前記出力電力を調整する出力調整制御を実行可能に構成され、前記出力調整制御は、他律的に前記出力電力を調整する他律的出力調整制御と、自律的に前記出力電力を調整する自律的出力調整制御とを含む。前記システムコントローラは、前記複数台の発電ユニットの全台を、前記出力調整制御を実行させる出力調整機のグループに区分し、前記商用電源系統からの購買電力に関する第1情報に基づいて、前記出力調整機の各々の出力電力を略均等にさせるように、前記他律的出力調整制御および前記自律的出力調整制御を統括する。 The power supply system of the present invention comprises a plurality of power generation units operated in parallel with a commercial power system and a system controller that oversees the control state of the plurality of power generation units. Each of the plurality of power generation units has a power generation module, a power conditioner that converts the power generated by the power generation module into output power equivalent to the AC power of the commercial power system, and a local controller that controls the output power by controlling the power generated by the power generation module. In the plurality of power generation units, each of the local controllers is configured to execute output adjustment control that adjusts the output power within a range that is equal to or less than the rated output power and equal to or greater than the minimum output power. The output adjustment control includes heteronomous output adjustment control that heteronomously adjusts the output power and autonomous output adjustment control that autonomously adjusts the output power. The system controller divides all of the plurality of power generation units into groups of output adjusters that execute the output adjustment control, and oversees the heteronomous output adjustment control and the autonomous output adjustment control so as to substantially equalize the output power of each of the output adjusters based on first information regarding power purchased from the commercial power system.

本発明によれば、デマンド変化に対する電力供給の追従性を高めることができる電力供給システムが提供される。 The present invention provides a power supply system that can improve the ability of power supply to respond to changes in demand.

発電ユニットの構成を示す概要図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a power generation unit. パワーコンディショナの構成を示す概要図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a power conditioner. 電力供給システムの構成を示す概要図である。FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a power supply system. 商用電源系統からの実際購買電力と出力調整制御における基準購買電力の関係を示す説明図である。1 is an explanatory diagram showing the relationship between actual purchased power from a commercial power supply system and reference purchased power in output adjustment control. システムコントローラにおける統括制御のフローチャートである。10 is a flowchart of overall control in a system controller. ローカルコントローラにおける出力調整制御のフローチャートである。10 is a flowchart of output adjustment control in the local controller. ローカルコントローラにおける出力調整制御のフローチャートである。10 is a flowchart of output adjustment control in the local controller.

以下、本発明の実施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.

1.1 発電ユニットの構成概要
まず、本実施形態に係る電力供給システムに用いられる発電ユニットの構成概要について説明する。図1は、本実施形態に係る発電ユニットの構成を示す概要図である。図1に示すように、発電ユニット100は、燃料電池を用いるタイプであり、複数のセルスタック1、改質器2、バーナ3、蒸発器4、空気予熱器5、アノードオフガス冷却器6、アノードオフガス凝縮器7、CO酸化器(一酸化炭素酸化器)8、凝縮水回収タンク9、第1原燃料ブロワ10、第1空気ブロワ11、水ポンプ12、第2原燃料ブロワ13、第2空気ブロワ14、第3空気ブロワ15、パワーコンディショナ16およびローカルコントローラ17を備える。
1.1 Overview of the Configuration of the Power Generation Unit First, an overview of the configuration of the power generation unit used in the power supply system according to this embodiment will be described. Fig. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the power generation unit according to this embodiment. As shown in Fig. 1, the power generation unit 100 is a type that uses fuel cells and includes a plurality of cell stacks 1, a reformer 2, a burner 3, an evaporator 4, an air preheater 5, an anode off-gas cooler 6, an anode off-gas condenser 7, a CO oxidizer (carbon monoxide oxidizer) 8, a condensed water recovery tank 9, a first raw fuel blower 10, a first air blower 11, a water pump 12, a second raw fuel blower 13, a second air blower 14, a third air blower 15, a power conditioner 16, and a local controller 17.

なお、本実施形態の例では、図1において図示を省略したものを含め、計8個のセルスタック1が備えられている。 In this embodiment, a total of eight cell stacks 1 are provided, including those not shown in Figure 1.

また、発電ユニット100は、原燃料ラインLa、混合ガスラインLb、アノード燃料ラインLc、アノードオフガスラインLd、カソード空気ラインLe、カソードオフガスラインLf、燃焼ガスラインLg、バーナ冷却用空気ラインLh、改質水ラインLi、起動用空気ラインLj、冷却用空気ラインLk、および凝縮水回収ラインLwの各ライン(管路)を備える。 The power generation unit 100 also has the following lines (pipes): a raw fuel line La, a mixed gas line Lb, an anode fuel line Lc, an anode offgas line Ld, a cathode air line Le, a cathode offgas line Lf, a combustion gas line Lg, a burner cooling air line Lh, a reforming water line Li, a startup air line Lj, a cooling air line Lk, and a condensed water recovery line Lw.

アノード燃料ラインLcは、アノード燃料の導入母管となる第1分配マニホールドMaを含み、カソード空気ラインLeは、カソード空気の導入母管となる第2分配マニホールドMbを含む。これらの分配マニホールドMa,Mbは、入口と各セルスタック1に対応した複数の出口とを有しており、入口に流入した流体を各出口それぞれから流出させる。 The anode fuel line Lc includes a first distribution manifold Ma, which serves as the main pipe for the anode fuel inlet, and the cathode air line Le includes a second distribution manifold Mb, which serves as the main pipe for the cathode air inlet. These distribution manifolds Ma and Mb have an inlet and multiple outlets corresponding to each cell stack 1, and allow the fluid that flows into the inlet to flow out from each of the outlets.

アノードオフガスラインLdは、アノードオフガスの導出母管となる第1収集マニホールドMcを含み、カソードオフガスラインLfは、カソードオフガスの導出母管となる第2収集マニホールドMdを含む。これらの収集マニホールドMc,Mdは、各セルスタック1に対応した複数の入口と出口を有しており、各入口それぞれに流入した流体を出口から流出させる。 The anode offgas line Ld includes a first collection manifold Mc, which serves as the outlet pipe for the anode offgas, and the cathode offgas line Lf includes a second collection manifold Md, which serves as the outlet pipe for the cathode offgas. These collection manifolds Mc and Md have multiple inlets and outlets corresponding to each cell stack 1, and allow fluid that flows into each inlet to flow out from the outlet.

燃焼ガスラインLgは、熱放射筒Zaおよび燃焼ガス管Zbを含む。冷却用空気ラインLkは、冷却管Zcおよび収集管Lk1を含む。 The combustion gas line Lg includes a heat radiation tube Za and a combustion gas pipe Zb. The cooling air line Lk includes a cooling pipe Zc and a collection pipe Lk1.

原燃料ラインLaは、燃料取入口E1とバーナ3を接続する管路であり、この管路中には第2原燃料ブロワ13が配置されている。第2原燃料ブロワ13は、燃料取入口E1から取り入れられた原燃料ガス(例えば都市ガス13A等のメタン含有ガス)Gfを昇圧して、原燃料ラインLaの下流側へ送る機器であり、典型的には、発電ユニット100のスタートアップ運転時に駆動される。 The raw fuel line La is a pipe connecting the fuel inlet E1 and the burner 3, and a second raw fuel blower 13 is disposed in this pipe. The second raw fuel blower 13 is a device that pressurizes the raw fuel gas Gf (e.g., methane-containing gas such as city gas 13A) taken in through the fuel inlet E1 and sends it downstream along the raw fuel line La, and is typically driven during start-up operation of the power generation unit 100.

混合ガスラインLbは、燃料取入口E2と改質器2を接続する管路であり、この管路中には上流側から順に、第1原燃料ブロワ10、蒸発器4、および第1ベローズ形伸縮管継手B1が配置されている。第1原燃料ブロワ10は、燃料取入口E2から取り入れられた原燃料ガスGaを昇圧して、混合ガスラインLbの下流側へ送る機器であり、典型的には発電ユニット100の発電運転時に駆動される。 The mixed gas line Lb is a pipe connecting the fuel inlet E2 and the reformer 2, and in this pipe, from upstream to downstream, are arranged the first raw fuel blower 10, the evaporator 4, and the first bellows-type expansion joint B1. The first raw fuel blower 10 is a device that pressurizes the raw fuel gas Ga taken in through the fuel inlet E2 and sends it to the downstream side of the mixed gas line Lb, and is typically driven when the power generation unit 100 is operating to generate electricity.

アノード燃料ラインLcは、改質器2と各セルスタック1のアノードとを接続する管路である。より具体的に説明すると、アノード燃料ラインLcは上流側から順に、改質器2と第1分配マニホールドMaの入口とを接続する管路、第1分配マニホールドMa、および、第1分配マニホールドMaの各出口と各セルスタック1のアノードとを接続する8本の管路(第1分配マニホールドMaの枝管)を有する。 The anode fuel line Lc is a pipe connecting the reformer 2 and the anode of each cell stack 1. More specifically, from the upstream side, the anode fuel line Lc includes a pipe connecting the reformer 2 and the inlet of the first distribution manifold Ma, the first distribution manifold Ma, and eight pipes (branch pipes of the first distribution manifold Ma) connecting each outlet of the first distribution manifold Ma to the anode of each cell stack 1.

アノードオフガスラインLdは、各セルスタック1のアノードとバーナ3とを接続する管路である。より具体的に説明すると、アノードオフガスラインLdは上流側から順に、各セルスタック1のアノードと第1収集マニホールドMcの各入口とを接続する8本の管路(第1収集マニホールドMcの枝管)、第1収集マニホールドMc、および、第1収集マニホールドMcの出口とバーナ3とを接続する管路(以下、「管路Ld1」と称する。)を有する。管路Ld1の途中には、上流側から順に、第2ベローズ形伸縮管継手B2、アノードオフガス冷却器6、アノードオフガス凝縮器7、および気水分離部Saが配置されている。 The anode offgas line Ld is a pipeline connecting the anode of each cell stack 1 to the burner 3. More specifically, the anode offgas line Ld has, from upstream to downstream, eight pipelines (branch pipes of the first collection manifold Mc) connecting the anode of each cell stack 1 to each inlet of the first collection manifold Mc, the first collection manifold Mc, and a pipeline (hereinafter referred to as "pipe line Ld1") connecting the outlet of the first collection manifold Mc to the burner 3. Along the pipeline Ld1, from upstream to downstream, a second bellows-type expansion joint B2, an anode offgas cooler 6, an anode offgas condenser 7, and an air-water separator Sa are arranged.

カソード空気ラインLeは、空気取入口E3と各セルスタック1のカソードとを接続する管路である。より具体的に説明すると、カソード空気ラインLeは上流側から順に、空気取入口E3と第2分配マニホールドMbの入口とを接続する管路(以下、「管路Le1」と称する。)、第2分配マニホールドMb、および、第2分配マニホールドMbの各出口と各セルスタック1のカソードとを接続する8本の管路(第2分配マニホールドMbの枝管)を有する。 The cathode air line Le is a pipe connecting the air intake E3 to the cathode of each cell stack 1. More specifically, from the upstream side, the cathode air line Le includes a pipe (hereinafter referred to as "pipe Le1") connecting the air intake E3 to the inlet of the second distribution manifold Mb, the second distribution manifold Mb, and eight pipes (branch pipes of the second distribution manifold Mb) connecting each outlet of the second distribution manifold Mb to the cathode of each cell stack 1.

管路Le1の途中には、上流側から順に、第1空気ブロワ11、アノードオフガス冷却器6、空気予熱器5、および第3ベローズ形伸縮管継手B3が配置されている。第1空気ブロワ11は、空気取入口E3から取り入れられた空気Aaを昇圧して、カソード空気ラインLeの下流側へ送る機器であり、典型的には発電ユニット100の発電運転時に駆動される。更に管路Le1においては、空気取入口E3とアノードオフガス冷却器6の中間点、および、空気予熱器5と第3ベローズ形伸縮管継手B3の中間点を結ぶように、アノードオフガス冷却器6と空気予熱器5を迂回するバイパス経路Le2が設けられている。 In the middle of the pipeline Le1, arranged in order from upstream to downstream are a first air blower 11, an anode off-gas cooler 6, an air preheater 5, and a third bellows-type expansion joint B3. The first air blower 11 is a device that pressurizes air Aa taken in through the air inlet E3 and sends it to the downstream side of the cathode air line Le, and is typically driven during power generation operation of the power generation unit 100. Furthermore, in the pipeline Le1, a bypass path Le2 is provided that bypasses the anode off-gas cooler 6 and the air preheater 5, connecting the midpoint between the air inlet E3 and the anode off-gas cooler 6 and the midpoint between the air preheater 5 and the third bellows-type expansion joint B3.

カソードオフガスラインLfは、各セルスタック1のカソードとバーナ3とを接続する管路である。より具体的に説明すると、カソードオフガスラインLfは上流側から順に、各セルスタック1のカソードと第2収集マニホールドMdの各入口とを接続する8本の管路(第2収集マニホールドMdの枝管)、第2収集マニホールドMd、および、第2収集マニホールドMdの出口とバーナ3とを接続する管路(以下、「管路Lf1」と称する。)を有する。 The cathode offgas line Lf is a pipe connecting the cathode of each cell stack 1 to the burner 3. More specifically, from the upstream side, the cathode offgas line Lf has eight pipes (branch pipes of the second collection manifold Md) connecting the cathode of each cell stack 1 to each inlet of the second collection manifold Md, the second collection manifold Md, and a pipe (hereinafter referred to as "pipe Lf1") connecting the outlet of the second collection manifold Md to the burner 3.

燃焼ガスラインLgは、バーナ3とガス排出口E6とを接続する管路である。より具体的に説明すると、燃焼ガスラインLgは上流側から順に、熱放射筒Za、熱放射筒Zaと燃焼ガス管Zbとを接続する管路、燃焼ガス管Zb、および、燃焼ガス管Zbとガス排出口E6とを接続する管路(以下、「管路Lg1」と称する。)を有する。管路Lg1の途中には、上流側から順に、第4ベローズ形伸縮管継手B4、空気予熱器5、CO酸化器8、および、蒸発器4が配置されている。 The combustion gas line Lg is a pipe connecting the burner 3 and the gas exhaust port E6. More specifically, the combustion gas line Lg has, from upstream to downstream, a heat radiation tube Za, a pipe connecting the heat radiation tube Za and the combustion gas pipe Zb, the combustion gas pipe Zb, and a pipe connecting the combustion gas pipe Zb and the gas exhaust port E6 (hereinafter referred to as "pipe Lg1"). Along the way in pipe Lg1, from upstream to downstream, a fourth bellows-type expansion joint B4, an air preheater 5, a CO oxidizer 8, and an evaporator 4 are arranged.

バーナ冷却用空気ラインLhは、管路Le1と起動用空気ラインLjとを接続する管路であり、この管路中には不図示の流量調整手段(オリフィス等)が設けられている。より具体的に説明すると、バーナ冷却用空気ラインLhは、第1空気ブロワ11とアノードオフガス冷却器6を接続する管路Le1の中間点で分岐し、第2空気ブロワ14の下流側で起動用空気ラインLjに合流する管路であり、第1空気ブロワ11の駆動時に微小流量の空気Abがバーナ3に向けて流通するように構成されている。 The burner cooling air line Lh is a pipe that connects the pipe Le1 and the startup air line Lj, and is provided with a flow rate adjustment means (such as an orifice) not shown in the figure. More specifically, the burner cooling air line Lh branches off at the midpoint of the pipe Le1 that connects the first air blower 11 and the anode off-gas cooler 6, and merges with the startup air line Lj downstream of the second air blower 14. It is configured so that a small flow rate of air Ab flows toward the burner 3 when the first air blower 11 is operating.

冷却用空気ラインLkは、空気取入口E5と管路Lg1の所定箇所(蒸発器4とガス排出口E6の間の箇所)とを接続する管路であり、この管路中には上流側から順に、第3空気ブロワ15および冷却管Zcが配置されている。第3空気ブロワ15は、空気取入口E5から取り入れられた冷却用空気Adを昇圧して、冷却用空気ラインLkの下流側へ送る機器である。 The cooling air line Lk is a conduit that connects the air intake E5 with a predetermined location on the conduit Lg1 (between the evaporator 4 and the gas outlet E6), and within this conduit, from upstream to downstream, are arranged a third air blower 15 and a cooling pipe Zc. The third air blower 15 is a device that pressurizes the cooling air Ad taken in through the air intake E5 and sends it downstream along the cooling air line Lk.

改質水ラインLiは、凝縮水回収タンク9と蒸発器4とを接続する管路であり、この管路中には水ポンプ12が配置されている。水ポンプ12は、凝縮水回収タンク9に貯留した凝縮水Wbを改質水Waとして改質水ラインLiの下流側へ送る機器である。 The reforming water line Li is a pipe connecting the condensed water recovery tank 9 and the evaporator 4, and a water pump 12 is disposed in this pipe. The water pump 12 is a device that sends the condensed water Wb stored in the condensed water recovery tank 9 to the downstream side of the reforming water line Li as reforming water Wa.

起動用空気ラインLjは、空気取入口E4と管路Lf1とを接続する管路であり、この管路中には第2空気ブロワ14が配置されている。第2空気ブロワ14は、空気取入口E4から取り入れられた空気Acを昇圧して、起動用空気ラインLjの下流側へ送る機器であり、典型的には発電ユニット100のスタートアップ運転時に駆動される。 The startup air line Lj is a pipe connecting the air intake E4 and the pipe Lf1, and a second air blower 14 is disposed in this pipe. The second air blower 14 is a device that pressurizes the air Ac taken in through the air intake E4 and sends it downstream of the startup air line Lj, and is typically driven during start-up operation of the power generation unit 100.

凝縮水回収ラインLwは、管路Ld1の途中に配置された気水分離部Saと凝縮水回収タンク9とを接続する管路である。気水分離部Saは、アノードオフガス凝縮器7で発生した凝縮水WbをアノードオフガスGdから分離する部材であり、凝縮水回収ラインLwには分離された凝縮水Wbが流下する。凝縮水回収ラインLwの先端は、貯留された凝縮水Wbの水温の影響を受けて凝縮量が増減しないように、凝縮水回収タンク9の水相部に没入させることなく気相部に開放される。なお凝縮水回収ラインLwの先端を水相部に没入させないのは、バーナ3に送るアノードオフガスGdの流量を変化させないためである。特に、凝縮水Wbを分離後のアノードオフガスGdをセルスタックの一次側へリサイクルしたり、後段のセルスタックで発電利用したりする場合には、本構成は有効である。気水分離部Saには、例えば直管部を水平方向に配置すると共に分岐管部を下向きに配置したT字管が用いられている。また、鉛直方向に立設した小容量の円筒容器を気水分離部Saに用いることもできる。 The condensed water recovery line Lw is a conduit connecting the water-air separator Sa, located midway along the conduit Ld1, to the condensed water recovery tank 9. The water-air separator Sa separates the condensed water Wb generated in the anode off-gas condenser 7 from the anode off-gas Gd, and the separated condensed water Wb flows down the condensed water recovery line Lw. The end of the condensed water recovery line Lw is open to the gas phase without being immersed in the aqueous phase of the condensed water recovery tank 9, so that the amount of condensation does not increase or decrease due to the temperature of the stored condensed water Wb. The end of the condensed water recovery line Lw is not immersed in the aqueous phase to prevent changes in the flow rate of the anode off-gas Gd sent to the burner 3. This configuration is particularly effective when the anode off-gas Gd after separation of the condensed water Wb is recycled to the primary side of the cell stack or used for power generation in a subsequent cell stack. The water-air separation section Sa may be a T-shaped pipe with a horizontally oriented straight pipe section and a downward-facing branch pipe section. Alternatively, a small-capacity cylindrical container placed vertically may be used as the water-air separation section Sa.

セルスタック1は、固体酸化物形燃料電池(SOFC)で構成された発電体である。固体酸化物形燃料電池は、発電セルを構成する固体電解質、アノードおよびカソードが全てセラミックスである高温作動型の燃料電池であり、所定個数の発電セルを金属インターコネクタ材(セパレータ材ともいう)を介して集積した発電単位をセルスタックと呼んでいる。セルスタック1の電池出力は、パワーコンディショナ16で調整された後に給電される。 Cell stack 1 is a power generation unit composed of a solid oxide fuel cell (SOFC). Solid oxide fuel cells are high-temperature operating fuel cells in which the solid electrolyte, anode, and cathode that make up the power generation cell are all made of ceramic, and a power generation unit in which a certain number of power generation cells are integrated via metal interconnect material (also known as separator material) is called a cell stack. The battery output of cell stack 1 is adjusted by power conditioner 16 before being supplied.

改質器2は、水蒸気を用いて原燃料ガスGaを改質し、改質ガスGcを生成して後段側へ送出する。改質器2は水蒸気改質用の触媒を有しており、原燃料ガスGaに含まれるメタンと水蒸気を反応させ、一酸化炭素と水素を含む改質ガスGcを生成する。水蒸気改質は吸熱反応であるが、バーナ3からの熱供給により、改質器2は安定的に改質ガスGcを生成することが可能である。 The reformer 2 uses steam to reform the raw fuel gas Ga, generating reformed gas Gc, which is then sent to the downstream side. The reformer 2 contains a catalyst for steam reforming, and reacts methane contained in the raw fuel gas Ga with steam to generate reformed gas Gc, which contains carbon monoxide and hydrogen. Steam reforming is an endothermic reaction, but the heat supplied by the burner 3 allows the reformer 2 to stably generate reformed gas Gc.

バーナ3は、流入する気体を燃焼させて熱を発生させるとともに、燃焼によって生じた燃焼ガスGgを燃焼ガスラインLgへ排出する。蒸発器4は、改質水Waと燃焼ガスGg(熱源流体)を間接熱交換させる機器であり、燃焼ガスGgとの熱交換により、改質水Waを蒸発させると同時に原燃料ガスGaを加熱する役割を果たす。 The burner 3 burns the incoming gas to generate heat and discharges the combustion gas Gg produced by the combustion into the combustion gas line Lg. The evaporator 4 is a device that performs indirect heat exchange between the reforming water Wa and the combustion gas Gg (heat source fluid), and serves to evaporate the reforming water Wa and heat the raw fuel gas Ga through heat exchange with the combustion gas Gg.

空気予熱器5とアノードオフガス冷却器6は、何れも低温流体と高温流体を間接熱交換させる熱交換器である。空気予熱器5は、燃焼ガスGgとの熱交換によりカソード空気ラインLe内の空気Aaを予熱する役割を果たし、アノードオフガス冷却器6は、カソード空気ラインLe内の空気Aaとの熱交換によりアノードオフガスGdを冷却する役割を果たす。 The air preheater 5 and the anode off-gas cooler 6 are both heat exchangers that perform indirect heat exchange between low-temperature fluid and high-temperature fluid. The air preheater 5 serves to preheat the air Aa in the cathode air line Le through heat exchange with the combustion gas Gg, and the anode off-gas cooler 6 serves to cool the anode off-gas Gd through heat exchange with the air Aa in the cathode air line Le.

アノードオフガス凝縮器7は、ファン7aを用いてアノードオフガスGdを冷却して、アノードオフガスGdに含まれる水蒸気を凝縮させる役割を果たす。なお、本実施形態のアノードオフガス凝縮器7は空冷熱交換器としているが、その代わりに水冷熱交換器を採用し、これにより熱回収が行われるコジェネ型の発電ユニットとしてもよい。 The anode off-gas condenser 7 uses a fan 7a to cool the anode off-gas Gd and condense the water vapor contained in the anode off-gas Gd. In this embodiment, the anode off-gas condenser 7 is an air-cooled heat exchanger, but a water-cooled heat exchanger may be used instead, forming a cogeneration-type power generation unit in which heat recovery is performed.

CO酸化器8は、燃焼ガスGgに含まれる有害な一酸化炭素を触媒と接触させ、無害な二酸化炭素に変換する機器である。CO酸化器8は、バーナ3での酸化反応が完全である場合は作動せず、バーナ3での酸化反応が不完全である場合にのみ動作する。 The CO oxidizer 8 is a device that brings harmful carbon monoxide contained in the combustion gas Gg into contact with a catalyst and converts it into harmless carbon dioxide. The CO oxidizer 8 does not operate if the oxidation reaction in the burner 3 is complete, and only operates if the oxidation reaction in the burner 3 is incomplete.

凝縮水回収タンク9は、気水分離部Saから排出される凝縮水Wbを回収し、これを改質水Waとして再利用可能とする役割を果たす。凝縮水回収タンク9には、貯留される改質水Waの水位を所定範囲に調整するため、水位検知器Sbおよび排水弁Scが設けられている。水位検知器Sbで上限水位を検知すると排水弁Scが開放される一方、水位検知器Sbで下限水位を検知すると排水弁Scが閉鎖される。このようにして凝縮水回収タンク9には、所要量の改質水Waが確保されるようになっている。なお改質水Waの排水動作時にアノードオフガスGdが外部に漏洩することを防止するため、排水弁Scによる排水位置は凝縮水回収タンク9の底部付近に設定される。 The condensed water recovery tank 9 recovers the condensed water Wb discharged from the water-air separation section Sa and makes it reusable as reforming water Wa. The condensed water recovery tank 9 is equipped with a water level detector Sb and a drain valve Sc to adjust the level of the stored reforming water Wa within a predetermined range. When the water level detector Sb detects an upper limit water level, the drain valve Sc opens; when the water level detector Sb detects a lower limit water level, the drain valve Sc closes. In this way, the required amount of reforming water Wa is secured in the condensed water recovery tank 9. Note that to prevent anode off-gas Gd from leaking to the outside when the reforming water Wa is drained, the drain position of the drain valve Sc is set near the bottom of the condensed water recovery tank 9.

また、図1に破線枠で示すように、各セルスタック1、改質器2、バーナ3、各マニホールドMa~Md、熱放射筒Za、燃焼ガス管Zb、および冷却管Zcは、第1領域R1に配置されている。第1領域R1は、発電ユニット100の発電運転時に600℃を超える温度に保たれ、吸熱および発熱の熱バランスを自立して維持する。一方、蒸発器4、空気予熱器5、アノードオフガス冷却器6、およびCO酸化器8は、第2領域R2に配置されている。第2領域R2は、発電ユニット100の発電運転時に第1領域R1よりも低い温度であって常温よりも高い温度に保たれる。第1領域R1および第2領域R2は、それぞれ断熱ボックスに囲まれており、2つの断熱ボックスを統合することで発電モジュール20を形成している。アノードオフガス凝縮器7、凝縮器ファン7a、凝縮水回収タンク9、各ブロワ10,11,13,14,15、水ポンプ12、パワーコンディショナ16、ローカルコントローラ17は、発電モジュール20の外部(常温の領域)に配置される。なお、上述した各ベローズ形伸縮管継手B1~B4は、冷態時と運転時の温度変化によって生じる配管の伸縮を吸収するために使用されている。 As shown by the dashed line frame in Figure 1, each cell stack 1, reformer 2, burner 3, each manifold Ma-Md, heat radiation tube Za, combustion gas pipe Zb, and cooling pipe Zc are arranged in the first region R1. The first region R1 is maintained at a temperature exceeding 600°C during power generation operation of the power generation unit 100, and independently maintains the heat balance between heat absorption and heat generation. Meanwhile, the evaporator 4, air preheater 5, anode off-gas cooler 6, and CO oxidizer 8 are arranged in the second region R2. The second region R2 is maintained at a temperature lower than that of the first region R1 but higher than room temperature during power generation operation of the power generation unit 100. The first region R1 and the second region R2 are each surrounded by an insulated box, and the two insulated boxes are integrated to form the power generation module 20. The anode off-gas condenser 7, condenser fan 7a, condensed water recovery tank 9, blowers 10, 11, 13, 14, and 15, water pump 12, power conditioner 16, and local controller 17 are located outside the power generation module 20 (in the room temperature area). The bellows-type expansion joints B1 to B4 mentioned above are used to absorb the expansion and contraction of the piping caused by temperature changes between cold and operating conditions.

図2は、本実施形態に係るパワーコンディショナ16の構成を示す概要図であり、パワーコンディショナ16の内部構成と周辺機器への接続状態を示している。発電モジュール20は、前述したようにセルスタック1等の要素を含んで構成される。また、発電モジュール20を作動させるための補機30は、原燃料ブロワ10,13、空気ブロワ11,14,15、水ポンプ12、およびアノードオフガス凝縮器7のファン7a等の構成要素を含んで構成される。 Figure 2 is a schematic diagram showing the configuration of the power conditioner 16 according to this embodiment, illustrating the internal configuration of the power conditioner 16 and its connection to peripheral devices. As mentioned above, the power generation module 20 is configured to include elements such as the cell stack 1. In addition, the auxiliary equipment 30 for operating the power generation module 20 is configured to include components such as the raw fuel blowers 10 and 13, air blowers 11, 14 and 15, a water pump 12, and the fan 7a of the anode off-gas condenser 7.

パワーコンディショナ16は、発電モジュール20の発電電力を商用電源系統500の交流電力に相当する出力電力に変換する。パワーコンディショナ16は、DC/DCコンバータ16a,16bと、平滑コンデンサ16cと、系統連系インバータ16dと、スイッチ16e,16fと、制御回路16g,16hとを備える。 The power conditioner 16 converts the power generated by the power generation module 20 into output power equivalent to the AC power of the commercial power system 500. The power conditioner 16 includes DC/DC converters 16a and 16b, a smoothing capacitor 16c, a grid-connected inverter 16d, switches 16e and 16f, and control circuits 16g and 16h.

DC/DCコンバータ16aは、発電モジュール20からの直流電力を昇圧変換する(昇圧回路)。平滑コンデンサ16cは、DC/DCコンバータ16aの出力電力を平滑化する。系統連系インバータ16dは、DC/DCコンバータ16aの出力電力を、商用電源系統相当の交流電力に変換する。 The DC/DC converter 16a converts the DC power from the power generation module 20 into a boost circuit. The smoothing capacitor 16c smoothes the output power of the DC/DC converter 16a. The grid-connected inverter 16d converts the output power of the DC/DC converter 16a into AC power equivalent to that of a commercial power system.

系統連系インバータ16dの出力側は、例えば建築物内に設置された商用電力受電用の配電盤610と電気的に接続される。系統連系インバータ16dと配電盤610とは、スイッチ16eを介して並列状態と解列状態を切換可能である。配電盤610には、商用電源系統500および電力需要設備600が電気的に接続される。電力需要設備600には複数の分電盤が含まれ、各分電盤には、例えば建築物内で使用する照明器具、動力装置、或いはコンセント等の負荷機器が電気的に接続される。 The output side of the grid-connected inverter 16d is electrically connected to a distribution panel 610 for receiving commercial power, installed within a building, for example. The grid-connected inverter 16d and the distribution panel 610 can be switched between a parallel state and a disconnected state via switch 16e. The distribution panel 610 is electrically connected to the commercial power system 500 and power demand equipment 600. The power demand equipment 600 includes multiple distribution panel boards, and each distribution panel is electrically connected to load equipment such as lighting fixtures, power units, or outlets used within the building, for example.

また、系統連系インバータ16dは、自立コンセント300と電気的に接続される。系統連系インバータ16dと自立コンセント300とは、スイッチ16fを介して接続状態と非接続状態とを切り替え可能である。自立コンセント300は、各種の電力使用機器の電源プラグを差し込み可能な複数のコンセントで構成される。 The grid-connected inverter 16d is also electrically connected to the independent outlet 300. The grid-connected inverter 16d and the independent outlet 300 can be switched between a connected state and a disconnected state via switch 16f. The independent outlet 300 is made up of multiple outlets into which the power plugs of various power-using devices can be inserted.

DC/DCコンバータ16bおよび制御回路16gは、補機30に駆動電力を供給する駆動電力供給部として機能する。DC/DCコンバータ16bは、DC/DCコンバータ16aで昇圧された直流電圧を補機30の駆動に適した直流電圧に調節する。制御回路16gは、DC/DCコンバータ16bで調節された直流電圧を補機類30へ供給し、補機30を適切に駆動させる。なお上述の補機30は、発電ユニット100のスタートアップ運転およびシャットダウン運転時は、商用電力を利用して駆動され、発電ユニット100の発電運転中は、発電電力を利用して駆動される。 The DC/DC converter 16b and the control circuit 16g function as a drive power supply unit that supplies drive power to the auxiliary equipment 30. The DC/DC converter 16b adjusts the DC voltage boosted by the DC/DC converter 16a to a DC voltage suitable for driving the auxiliary equipment 30. The control circuit 16g supplies the DC voltage adjusted by the DC/DC converter 16b to the auxiliary equipment 30, thereby driving the auxiliary equipment 30 appropriately. The above-mentioned auxiliary equipment 30 is driven using commercial power during startup and shutdown operations of the power generation unit 100, and is driven using generated power during power generation operation of the power generation unit 100.

DC/DCコンバータ16aおよび制御回路16hは、負荷モジュール40に作動電力を供給する作動電力供給部として機能する。負荷モジュール40は、電気ヒータ41および放熱ファン42を含んで構成される。負荷モジュール40は、発電ユニット100の自立運転モードにおいて、電気ヒータ41が発熱してセルスタック1の余剰分の発電電力を消費させ、放熱ファン42が電気ヒータ41に空気流を送って放熱を促進させる。なお、負荷モジュール40は、例えば発電ユニット100の筐体内部または筐体外部に配置される。 The DC/DC converter 16a and control circuit 16h function as an operating power supply unit that supplies operating power to the load module 40. The load module 40 is composed of an electric heater 41 and a heat dissipation fan 42. When the power generation unit 100 is in standalone operation mode, the electric heater 41 generates heat, consuming excess power generated by the cell stack 1, and the heat dissipation fan 42 sends airflow to the electric heater 41 to promote heat dissipation. The load module 40 is located, for example, inside or outside the housing of the power generation unit 100.

ローカルコントローラ17は、予め作成・記憶された制御プログラムに従って、発電ユニット100の動作を制御する。ローカルコントローラ17には、発電ユニット100の外部と通信を行う通信ユニット17aが設けられる。また、ローカルコントローラ17には、後述する電流センサ200が接続される。ローカルコントローラ17の詳細は随時後述する。 The local controller 17 controls the operation of the power generation unit 100 in accordance with a control program that has been created and stored in advance. The local controller 17 is provided with a communication unit 17a that communicates with the outside of the power generation unit 100. The local controller 17 is also connected to a current sensor 200, which will be described later. Details of the local controller 17 will be provided later.

1.2 発電ユニットの動作概要
次に、発電ユニット100の動作概要について、図1を参照しながら説明する。燃料取入口E2から混合ガスラインLb内に供給された原燃料ガスGaは、第1原燃料ブロワ10の作用により後段側へ送られる。原燃料ガスGaの供給に並行して、凝縮水回収タンク9から改質水ラインLi内に供給された改質水Waは、水ポンプ12によって水量が調節され、混合ガスラインLbへ流入する。
1.2 Overview of Operation of the Power Generation Unit Next, an overview of operation of the power generation unit 100 will be described with reference to Fig. 1. The raw fuel gas Ga supplied from the fuel inlet E2 into the mixed gas line Lb is sent to the downstream side by the action of the first raw fuel blower 10. In parallel with the supply of the raw fuel gas Ga, the reforming water Wa supplied from the condensed water recovery tank 9 into the reforming water line Li has its amount adjusted by the water pump 12 and flows into the mixed gas line Lb.

改質水Waは、混合ガスラインLb内の原燃料ガスGaとともに蒸発器4に流入し、蒸発器4において熱交換により加熱されて水蒸気(過熱蒸気)となる。当該水蒸気は加熱された原燃料ガスGaと混合し、混合ガスGbとして改質器2へ流入する。 The reforming water Wa flows into the evaporator 4 together with the raw fuel gas Ga in the mixed gas line Lb, where it is heated by heat exchange to become water vapor (superheated steam). This water vapor mixes with the heated raw fuel gas Ga and flows into the reformer 2 as mixed gas Gb.

改質器2は、混合ガスGb中の水蒸気を用いて原燃料ガスGaを改質し、改質ガスGcを生成して後段側へ送出する。改質器2から送出された改質ガスGcは、アノード燃料ラインLcを通って各セルスタック1のアノードへ分配される。 The reformer 2 uses the water vapor in the mixed gas Gb to reform the raw fuel gas Ga, generating reformed gas Gc, which is then sent to the downstream side. The reformed gas Gc sent from the reformer 2 passes through the anode fuel line Lc and is distributed to the anodes of each cell stack 1.

一方、上述した原燃料ガスGaの供給に並行して、空気取入口E3からカソード空気ラインLe内に空気Aaが供給される。カソード空気ラインLe内の空気Aaは、第1空気ブロワ11の作用により後段側へ送られる。この空気Aaは、アノードオフガス冷却器6での熱交換によって加熱され、更に空気予熱器5での熱交換によって加熱された後、各セルスタック1のカソードへ分配される。なお、空気Aaの温度調節等のため、空気Aaの一部である空気Aa1を、バイパス経路Le2を介して各セルスタック1のカソードへ流入させることも可能である。 Meanwhile, in parallel with the supply of the raw fuel gas Ga described above, air Aa is supplied from the air intake E3 into the cathode air line Le. The air Aa in the cathode air line Le is sent to the downstream side by the action of the first air blower 11. This air Aa is heated by heat exchange in the anode off-gas cooler 6, and then further heated by heat exchange in the air preheater 5 before being distributed to the cathodes of each cell stack 1. Note that, in order to adjust the temperature of the air Aa, it is also possible to flow a portion of the air Aa, air Aa1, into the cathodes of each cell stack 1 via bypass path Le2.

更には、カソードへの空気Aaの供給に同期して、バーナ冷却用空気ラインLh内に空気Abが供給される。バーナ冷却用空気ラインLh内の空気Abは、第1空気ブロワ11の作用によりバーナ3へ送られる。この空気Abは、バーナ3の燃焼温度を低下させる冷却剤として作用する。 Furthermore, air Ab is supplied into the burner cooling air line Lh in synchronization with the supply of air Aa to the cathode. The air Ab in the burner cooling air line Lh is sent to the burner 3 by the action of the first air blower 11. This air Ab acts as a coolant to lower the combustion temperature of the burner 3.

各セルスタック1は、アノードに流入した改質ガスGcとカソードに流入した空気Aaを用いて発電する。セルスタック1に改質ガスGcおよび空気Aaが供給された状態で、パワーコンディショナ16による電流掃引が実行されるとセルスタック1の発電(改質ガスと酸素の電気化学反応)が開始される。セルスタック1の発電動作中、アノードからアノードオフガスラインLdへアノードオフガスGdが排出され、カソードからカソードオフガスラインLfへカソードオフガスGeが排出される。アノードオフガスGdには、アノードにおいて未反応であった改質ガスが含まれており、カソードオフガスGeには、カソードにおいて未反応であった酸素が含まれている。 Each cell stack 1 generates electricity using reformed gas Gc that flows into the anode and air Aa that flows into the cathode. When reformed gas Gc and air Aa are supplied to the cell stack 1 and a current sweep is performed by the power conditioner 16, electricity generation in the cell stack 1 (electrochemical reaction between the reformed gas and oxygen) begins. During power generation operation in the cell stack 1, anode offgas Gd is discharged from the anode to the anode offgas line Ld, and cathode offgas Ge is discharged from the cathode to the cathode offgas line Lf. The anode offgas Gd contains reformed gas that did not react at the anode, and the cathode offgas Ge contains oxygen that did not react at the cathode.

各セルスタック1からアノードオフガスラインLdへ排出されたアノードオフガスGdは、第1収集マニホールドMcに収集された後、アノードオフガス冷却器6での熱交換によって冷却され、アノードオフガス凝縮器7へ流入する。アノードオフガス凝縮器7では、アノードオフガスGdは露点温度以下まで冷却され、アノードオフガスGdに含まれる水蒸気が凝縮する。 The anode off-gas Gd discharged from each cell stack 1 to the anode off-gas line Ld is collected in the first collection manifold Mc, cooled by heat exchange in the anode off-gas cooler 6, and flows into the anode off-gas condenser 7. In the anode off-gas condenser 7, the anode off-gas Gd is cooled to below the dew point temperature, and the water vapor contained in the anode off-gas Gd condenses.

アノードオフガス凝縮器7を通過したアノードオフガスGdは、気水分離部Saに送られて気水分離され、凝縮水Wbが凝縮水回収タンク9に回収される。凝縮水回収タンク9に回収された凝縮水Wbは、先述のとおり改質水Waとして再利用される。なお、アノードオフガスGdにおける凝縮しなかった部分(気水分離後のアノードオフガスGd)は、バーナ3へ送られる。 The anode off-gas Gd that passes through the anode off-gas condenser 7 is sent to the water-air separation section Sa where it is separated into water and air, and the condensed water Wb is collected in the condensed water recovery tank 9. The condensed water Wb collected in the condensed water recovery tank 9 is reused as reforming water Wa, as described above. The uncondensed portion of the anode off-gas Gd (anode off-gas Gd after water-air separation) is sent to the burner 3.

各セルスタック1からカソードオフガスラインLfへ排出されたカソードオフガスGeは、第2収集マニホールドMdに収集された後、管路Lf1でバーナ冷却用空気ラインLhを介して流入した空気Abと混合し、バーナ3へ送られる。またバーナ3には、発電ユニット100の運転状態に応じて、燃料取入口E1から供給された原燃料ガスGfが、原燃料ラインLaを介して送られると共に、空気取入口E4から供給された空気Acが、起動用空気ラインLjを介して送られる。 The cathode offgas Ge discharged from each cell stack 1 to the cathode offgas line Lf is collected in the second collection manifold Md, then mixed in pipe Lf1 with air Ab flowing in via the burner cooling air line Lh, and sent to the burner 3. Depending on the operating state of the power generation unit 100, raw fuel gas Gf supplied from the fuel inlet E1 is sent to the burner 3 via the raw fuel line La, and air Ac supplied from the air inlet E4 is sent to the burner 3 via the startup air line Lj.

バーナ3は、原燃料ガスGfおよび/またはアノードオフガスGdである第1バーナ用ガスGxと、空気Acおよび/またはカソードオフガスGeである第2バーナ用ガスGyが流入し、これらを燃焼させて熱を発生させる。すなわち第1バーナ用ガスGxは、原燃料ガスGfとアノードオフガスGdの混合気体、或いは、原燃料ガスGfとアノードオフガスGdの何れか一方の状態であり、どの状態となるかは発電ユニット100の動作状態等によって変化し得る。また、第2バーナ用ガスGyは、空気AcとカソードオフガスGeの混合気体、或いは、空気AcとカソードオフガスGeの何れか一方の状態であり、どの状態となるかは発電ユニットの動作状態等によって変化し得る。すなわち、発電ユニット100のスタートアップ運転、発電運転(全負荷運転または部分負荷運転)、シャットダウン運転等に応じて、バーナ3への供給ガスは適宜状態変化する。 The burner 3 receives the first burner gas Gx, which is raw fuel gas Gf and/or anode offgas Gd, and the second burner gas Gy, which is air Ac and/or cathode offgas Ge, and combusts them to generate heat. Specifically, the first burner gas Gx is either a mixture of raw fuel gas Gf and anode offgas Gd, or either raw fuel gas Gf or anode offgas Gd, and the state of the first burner gas Gx can vary depending on the operating state of the power generation unit 100, among other factors. The second burner gas Gy is either a mixture of air Ac and cathode offgas Ge, or either air Ac or cathode offgas Ge, and the state of the second burner gas Gy can vary depending on the operating state of the power generation unit, among other factors. In other words, the state of the gas supplied to the burner 3 changes appropriately depending on the power generation unit 100's startup operation, power generation operation (full load operation or partial load operation), shutdown operation, etc.

なお、原燃料ガスGfは炭化水素含有ガスの一種である。一方、空気Acは酸化剤含有ガスの一種である。バーナ3の燃焼動作中、バーナ冷却用空気ラインLhからは空気Abが連続的に供給され、燃焼温度の調整が行われる。 The raw fuel gas Gf is a type of hydrocarbon-containing gas. On the other hand, air Ac is a type of oxidant-containing gas. During combustion operation of the burner 3, air Ab is continuously supplied from the burner cooling air line Lh to adjust the combustion temperature.

バーナ3での燃焼により生じる燃焼ガスGgは、燃焼ガスラインLgへ送られ、熱放射筒Za、燃焼ガス管Zb、空気予熱器5、CO酸化器8、および蒸発器4を順に通過して、ガス排出口E6から発電モジュール20の外部へ排出される。熱放射筒Zaおよび燃焼ガス管Zbは、燃焼ガスGgを用いて改質器2を効果的に加熱できるよう配置されている。また、燃焼ガスラインLg内の燃焼ガスGgは、空気予熱器5および蒸発器4を通る際に熱交換に利用され、一酸化炭素が含まれる場合には、CO酸化器8を通る際に当該一酸化炭素が二酸化炭素に変換される。 The combustion gas Gg generated by combustion in the burner 3 is sent to the combustion gas line Lg, passes through the heat radiation tube Za, combustion gas pipe Zb, air preheater 5, CO oxidizer 8, and evaporator 4 in that order, and is discharged to the outside of the power generation module 20 through the gas outlet E6. The heat radiation tube Za and combustion gas pipe Zb are positioned so that the combustion gas Gg can be used to effectively heat the reformer 2. Furthermore, the combustion gas Gg in the combustion gas line Lg is used for heat exchange as it passes through the air preheater 5 and evaporator 4, and if it contains carbon monoxide, the carbon monoxide is converted to carbon dioxide as it passes through the CO oxidizer 8.

また、空気取入口E5から冷却用空気ラインLkに供給された冷却用空気Adは、冷却管Zcを通過する際に発電モジュール20の内部を冷却する役割を果たす。後述するように、冷却管Zcはセルスタック1の近傍に設置されており、冷却用空気Adによって、セルスタック1を効果的に冷却することが可能である。そして冷却用空気Adは、最終的には収集管Lk1を通って、燃焼ガスGgとともにガス排出口E6から発電モジュール20の外部へ排出される。 In addition, the cooling air Ad supplied from the air intake E5 to the cooling air line Lk serves to cool the inside of the power generation module 20 as it passes through the cooling pipe Zc. As described below, the cooling pipe Zc is installed near the cell stack 1, allowing the cooling air Ad to effectively cool the cell stack 1. The cooling air Ad then passes through the collection pipe Lk1 and is ultimately discharged to the outside of the power generation module 20 from the gas outlet E6 together with the combustion gas Gg.

また、発電ユニット100では、冷却管Zcに導入する冷却用空気Adの流量を調整することにより、発電モジュール20の内部の熱量(温度)を制御するようになっている。一例としてローカルコントローラ17は、セルスタック1から流出するカソードオフガスGeの排出温度が上限温度を超えると第3空気ブロワ15を駆動し、カソードオフガスGeの排出温度が目標温度(当該上限温度よりも所定温度だけ低い温度)となるように第3空気ブロワ15の回転数を制御する。第3空気ブロワ15の回転数が増大するほど、冷却管Zcに導入される冷却用空気Adの流量が増大される。また、ローカルコントローラ17は、下限値未満の回転数が所定時間継続すると、第3空気ブロワ15を停止させる。 In addition, the power generation unit 100 controls the heat quantity (temperature) inside the power generation module 20 by adjusting the flow rate of cooling air Ad introduced into the cooling pipe Zc. As an example, when the discharge temperature of the cathode offgas Ge flowing out from the cell stack 1 exceeds an upper limit temperature, the local controller 17 drives the third air blower 15 and controls the rotation speed of the third air blower 15 so that the discharge temperature of the cathode offgas Ge becomes a target temperature (a temperature that is a predetermined temperature lower than the upper limit temperature). As the rotation speed of the third air blower 15 increases, the flow rate of the cooling air Ad introduced into the cooling pipe Zc increases. Furthermore, the local controller 17 stops the third air blower 15 when the rotation speed remains below the lower limit for a predetermined period of time.

なお、セルスタック1の近傍に設置されている冷却管Zcは、発電ユニット100のスタートアップ運転時に、セルスタック1の昇温に利用することもできる。具体的には、発電ユニット100のスタートアップ運転では、まず、第2原燃料ブロワ13および第2空気ブロワ14を駆動してバーナ3を燃焼させる。この燃焼により生じた燃焼ガスGgは、熱放射筒Zaおよび燃焼ガス管Zbを流通しつつ、冷態の改質器2を放射伝熱により外側から加熱して昇温する。さらに燃焼ガスGgは、蒸発器4の熱源となり、改質水Waから水蒸気を発生させる。この水蒸気は、冷態の改質器2およびセルスタック1を順に流れて、これらの機器を熱伝導により内部から加熱して昇温する。蒸発器4から排出される燃焼ガスGgに余熱がある場合、管路Lg1から収集管Lk1に燃焼ガスGgを流入させる。これにより、冷却管Zcに燃焼ガスGgが流通するので、冷態のセルスタック1を外側からも放射伝熱により加熱して昇温することができる。 The cooling pipe Zc installed near the cell stack 1 can also be used to heat the cell stack 1 during startup operation of the power generation unit 100. Specifically, during startup operation of the power generation unit 100, the second raw fuel blower 13 and the second air blower 14 are first driven to combust the burner 3. The combustion gas Gg generated by this combustion flows through the heat radiation tube Za and the combustion gas pipe Zb, heating the cold reformer 2 from the outside by radiant heat transfer and raising its temperature. Furthermore, the combustion gas Gg serves as a heat source for the evaporator 4, generating steam from the reforming water Wa. This steam flows sequentially through the cold reformer 2 and the cell stack 1, heating these devices from the inside by thermal conduction and raising their temperatures. If there is residual heat in the combustion gas Gg discharged from the evaporator 4, the combustion gas Gg is allowed to flow from the pipe Lg1 into the collection pipe Lk1. This allows combustion gas Gg to flow through the cooling pipe Zc, allowing the cold cell stack 1 to be heated from the outside by radiant heat transfer and increase in temperature.

発電ユニット100の発電運転において、セルスタック1における改質ガスGcと酸素の電気化学反応による発熱と、バーナ3におけるアノードオフガスGdとカソードオフガスGeの燃焼反応による発熱と、改質器2おける原燃料ガスGaと水蒸気(改質水Wa)の水蒸気改質反応による吸熱との熱収支をバランスさせることを「熱自立」という。また、改質ガスGcと酸素の電気化学反応により生成した水(改質水Wa)を回収し、水蒸気改質反応に繰り返し利用することを「水自立」という。 During the power generation operation of the power generation unit 100, balancing the heat balance between the heat generated by the electrochemical reaction between reformed gas Gc and oxygen in the cell stack 1, the heat generated by the combustion reaction between anode off-gas Gd and cathode off-gas Ge in the burner 3, and the heat absorbed by the steam reforming reaction between raw fuel gas Ga and steam (reforming water Wa) in the reformer 2 is called "thermal self-sustaining." Furthermore, recovering the water (reforming water Wa) produced by the electrochemical reaction between reformed gas Gc and oxygen and repeatedly using it for the steam reforming reaction is called "water self-sustaining."

発電ユニット100の発電運転において、系統連系インバータ16dの出力電力は、補機30の作動による電力損失、パワーコンディショナ16の作動による電力損失、および負荷モジュール40の作動による電力損失の合計を差し引いた値に等しい。負荷モジュール40は、後述する自立運転モードで作動される。 When the power generating unit 100 is operating in power generation mode, the output power of the grid-connected inverter 16d is equal to the value obtained by subtracting the sum of the power loss due to operation of the auxiliary equipment 30, the power loss due to operation of the power conditioner 16, and the power loss due to operation of the load module 40. The load module 40 is operated in the isolated operation mode described below.

発電ユニット100を定格出力電力で全負荷運転させる場合、ローカルコントローラ17は、セルスタック1に対する掃引電流値を定格電流値とし、これに見合う量の原燃料ガスGaを供給する。発電ユニット100を定格出力電力未満かつ最小出力電力以上で部分負荷運転させる場合、ローカルコントローラ17は、セルスタック1に対する掃引電流値を定格電流値未満かつ下限電流値以上の範囲とし、これに見合う量の原燃料ガスGaを供給する。発電ユニット100を出力電力ゼロで待機させる場合、ローカルコントローラ17は、セルスタック1に対する掃引電流値を補機30の作動電力相当とし、最小量の原燃料ガスGaを供給しつつ発電モジュール20を保温する。なお、発電ユニット100を出力電力ゼロで待機させる状態を「ホットスタンバイ」と称する。 When the power generation unit 100 is operated at full load with rated output power, the local controller 17 sets the sweep current value for the cell stack 1 to the rated current value and supplies an amount of raw fuel gas Ga corresponding to this. When the power generation unit 100 is operated at partial load with less than the rated output power but equal to or greater than the minimum output power, the local controller 17 sets the sweep current value for the cell stack 1 to a range less than the rated current value but equal to or greater than the lower limit current value and supplies an amount of raw fuel gas Ga corresponding to this. When the power generation unit 100 is put into standby with zero output power, the local controller 17 sets the sweep current value for the cell stack 1 to be equivalent to the operating power of the auxiliary equipment 30 and supplies a minimum amount of raw fuel gas Ga while keeping the power generation module 20 warm. The state in which the power generation unit 100 is put into standby with zero output power is referred to as "hot standby."

発電ユニット100の発電運転は、連系運転モードと自立運転モードを含む。連系運転モードでは、図2に示すように、スイッチ16eがオン状態に制御され、スイッチ16fがオフ状態に制御される。これにより、発電ユニット100は、商用電源系統500に対して並列状態で運転される。自立運転モードでは、図2とは逆に、スイッチ16eがオフ状態に制御され、スイッチ16fがオン状態に制御される。これにより、発電ユニット100は、商用電源系統500に対して解列状態で運転される。 The power generation operation of the power generation unit 100 includes a grid-connected operation mode and an independent operation mode. In the grid-connected operation mode, as shown in Figure 2, switch 16e is controlled to the on state and switch 16f is controlled to the off state. This causes the power generation unit 100 to operate in parallel with the commercial power system 500. In the independent operation mode, in contrast to Figure 2, switch 16e is controlled to the off state and switch 16f is controlled to the on state. This causes the power generation unit 100 to operate in a state of disconnection from the commercial power system 500.

ローカルコントローラ17は、商用電源系統500の停電の有無を常時監視しており、停電を検知したときには、発電ユニット100を連系運転モードから自立運転モードに移行させる。自立運転モードでは、自立コンセント300に電力使用機器を接続した場合に、系統連系インバータ16dの出力電力を自立運転電力として電力使用機器へ供給することが可能となる。ローカルコントローラ17は商用電源系統500が停電から復帰すると、発電ユニット100を自立運転モードから連系運転モードに移行させる。 The local controller 17 constantly monitors the commercial power system 500 for power outages, and when a power outage is detected, it transitions the power generation unit 100 from grid-connected operation mode to independent operation mode. In independent operation mode, when a power-using device is connected to the independent outlet 300, the output power of the grid-connected inverter 16d can be supplied to the power-using device as independent operation power. When the commercial power system 500 recovers from a power outage, the local controller 17 transitions the power generation unit 100 from independent operation mode to grid-connected operation mode.

自立運転モードにおいて自立運転電力の供給量が消費量を上回っている場合、発電ユニット100は、自立運転電力の余剰分を負荷モジュール40で消費させる。負荷モジュール40の電力消費量の調節は、電気ヒータ41の発熱量の調節(例えば、通電するヒータの本数、或いは、通電のオン/オフのデューティー比の調節)により実現可能である。 When the supply of independent operation power exceeds the consumption in independent operation mode, the power generation unit 100 causes the load module 40 to consume the surplus independent operation power. The power consumption of the load module 40 can be adjusted by adjusting the heat generation amount of the electric heater 41 (for example, by adjusting the number of heaters that are energized or the on/off duty ratio of the power supply).

2.1 電力供給システムの構成概要
次に、本実施形態に係る電力供給システムの構成概要について説明する。図3は、本実施形態に係る電力供給システムの構成を示す概要図である。図3に示すように、電力供給システム(燃料電池システム)1000は、商用電源系統500に対して並列状態(系統連系モード)で運転される複数台の発電ユニット100と、各機の制御状態を統括するシステムコントローラ18を備える。電力供給システム1000は、発電ユニット100ごとの出力電力が合算された合計出力電力を電力需要設備600に供給する。
2.1 Overview of the Configuration of the Power Supply System Next, an overview of the configuration of the power supply system according to this embodiment will be described. Fig. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the power supply system according to this embodiment. As shown in Fig. 3, the power supply system (fuel cell system) 1000 includes a plurality of power generation units 100 operated in parallel with a commercial power supply system 500 (grid-connected mode), and a system controller 18 that manages the control state of each unit. The power supply system 1000 supplies a total output power, which is the sum of the output power of each power generation unit 100, to the power demand facility 600.

本実施形態において、電力供給システム1000は、第1発電ユニット101、第2発電ユニット102、第3発電ユニット103および第4発電ユニット104を備える。各発電ユニット101~104は、同一の定格出力電力を有している。例えば、それぞれの定格出力電力を6kWとすると、電力供給システム1000は、最大で24kWの合計出力電力を供給可能である。 In this embodiment, the power supply system 1000 includes a first power generation unit 101, a second power generation unit 102, a third power generation unit 103, and a fourth power generation unit 104. Each of the power generation units 101 to 104 has the same rated output power. For example, if each rated output power is 6 kW, the power supply system 1000 can supply a total output power of up to 24 kW.

<発電ユニットの設置台数>
発電ユニット100の設置台数Nは、発電ユニット100の全台が定格出力電力で運転されている状態(すなわち、電力供給システム1000が最大供給可能電力で稼働している状態)で、逆潮流を発生させないように決定されている。具体的には、設置台数Nは、発電ユニット100の各々の定格出力電力をQr[W]とし、商用電源系統500から常時購入するように予め設定された基準購買電力をQs[W]とし、電力需要設備600における所定期間の最小需要電力をD[W]とした上で、演算(D-Qs)/Qrによって得られた数値の小数点以下を切り捨てた自然数をnとした場合に、下記の式(1)を満たすように決定されている。
2≦N≦n …(1)
<Number of power generating units installed>
The number N of installed power generating units 100 is determined so as not to generate a reverse power flow when all of the power generating units 100 are operating at their rated output power (i.e., when the power supply system 1000 is operating at its maximum available power). Specifically, the number N is determined so as to satisfy the following formula (1), where Qr [W] is the rated output power of each power generating unit 100, Qs [W] is the preset reference purchased power that is always purchased from the commercial power supply system 500, and D [W] is the minimum power demand for a predetermined period in the power demanding facility 600, and n is a natural number obtained by rounding down the decimal point of the number obtained by the calculation (D-Qs)/Qr.
2≦N≦n ... (1)

例えば、定格出力電力Qr=6kW、基準購買電力Qs=2kW、最小需要電力D=27kWとすると、n=4と計算されるので、式(1)により設置台数Nは2~4台と見積もられる。ここで、購買電力コストを最小化するという自家発電のメリットを活かすためには、設置台数Nの見積り範囲のうち、最大台数nである4台を選択するのが望ましい。 For example, if the rated output power Qr = 6 kW, the standard purchased power Qs = 2 kW, and the minimum demand power D = 27 kW, then n = 4 is calculated, and equation (1) estimates the number of units N to be installed to be 2 to 4. Here, to take advantage of the benefit of private power generation, which is minimizing purchased power costs, it is desirable to select the maximum number n, which is 4, within the estimated range of the number of units N to be installed.

実際の設置台数Nが最大台数nである場合には、基準購買電力Qsは、最小需要電力Dから最大台数nに定格出力電力Qrを乗じた最大供給可能電力を差し引いた差分値を下回る所定の正数値に設定されていることになる。 When the actual number of installed units N is the maximum number n, the standard purchased power Qs is set to a predetermined positive value that is less than the difference between the minimum demand power D and the maximum supplyable power calculated by multiplying the maximum number of units n by the rated output power Qr.

なお、最小需要電力Dを把握するための所定期間は、少なくとも1週間、多くとも1年間を対象とし、工場等の操業が休止している低デマンド期間(夜間や休日)は含めないようにするのが望ましい。最小需要電力Dを工場等の操業が行われている高デマンド期間を対象に把握することで、高デマンド期間には、4台の発電ユニット100を定格出力電力で運転できるようになる。 The specified period for determining the minimum power demand D should be at least one week, and at most one year, and it is desirable not to include low-demand periods (nighttime or holidays) when factories and other facilities are not operating. By determining the minimum power demand D for high-demand periods when factories and other facilities are operating, it becomes possible to operate the four power generation units 100 at their rated output power during high-demand periods.

<出力調整機としての動作>
前述したように、発電ユニット100は、定格出力電力で全負荷運転させたり、定格出力電力未満かつ最小出力電力以上で部分負荷運転させたり、出力電力ゼロでホットスタンバイさせたりすることが可能である。すなわち、各発電ユニット101~104の各々は、定格出力電力以下かつ最小出力電力以上の範囲で動作する出力調整機として運用可能である。なお、本実施形態における発電モジュール20は、SOFCセルスタックを含むので、部分負荷運転における最小出力電力は、発電モジュール20の熱自立が維持できる最小燃料供給量、および発電モジュール20の水自立が維持できる最小燃料利用率に基づいて設定される。
<Operation as an output regulator>
As described above, the power generating unit 100 can be operated at full load with rated output power, at partial load below the rated output power but above the minimum output power, or in hot standby with zero output power. That is, each of the power generating units 101 to 104 can be operated as an output regulator that operates in a range below the rated output power but above the minimum output power. Note that, since the power generating module 20 in this embodiment includes an SOFC cell stack, the minimum output power during partial load operation is set based on the minimum fuel supply amount that allows the power generating module 20 to maintain thermal independence and the minimum fuel utilization rate that allows the power generating module 20 to maintain water independence.

連系運転モードにおける発電ユニット100の最大出力電力は、定格出力電力(6kW)相当である。また、連系運転モードにおける発電ユニット100最小出力電力は、熱自立と水自立の両立に加えて、全負荷運転時の発電効率に対して部分負荷運転時の発電効率の低下が生じない下限値とされる。この場合の最小出力電力は、例えば定格出力電力(6kW)の50%(3kW)相当である。なお、最小出力電力を下回る出力調整が必要な場合には、ホットスタンバイに移行させることになる。 The maximum output power of the power generation unit 100 in grid-connected operation mode is equivalent to the rated output power (6 kW). Furthermore, the minimum output power of the power generation unit 100 in grid-connected operation mode is set to the lower limit at which, in addition to achieving both thermal and water independence, power generation efficiency during partial load operation does not decrease compared to power generation efficiency during full load operation. In this case, the minimum output power is, for example, equivalent to 50% (3 kW) of the rated output power (6 kW). Furthermore, if output adjustment below the minimum output power is required, the unit will transition to hot standby.

出力調整機は、系統連系インバータ16dからの出力電流を上げ下げする操作を実行することにより、パワーコンディショナ16からの出力電力の調整を行う。ローカルコントローラ17は、出力電流の上昇に並行してセルスタック1に対する掃引電流値を増加させると共に、原燃料ガスGaの供給量を増やすようにする。また、ローカルコントローラ17は、出力電流の下降に並行してセルスタック1に対する掃引電流値を減少させると共に、原燃料ガスGaの供給量を減らすようにする。これにより、出力電流の上昇または下降に伴って、発電モジュール20の発電電力が増減される。 The output regulator adjusts the output power from the power conditioner 16 by increasing or decreasing the output current from the grid-connected inverter 16d. The local controller 17 increases the sweep current value for the cell stack 1 in parallel with an increase in the output current, and increases the supply amount of raw fuel gas Ga. Furthermore, the local controller 17 decreases the sweep current value for the cell stack 1 in parallel with a decrease in the output current, and decreases the supply amount of raw fuel gas Ga. As a result, the power generated by the power generation module 20 increases or decreases as the output current increases or decreases.

<ローカルコントローラ>
各発電ユニット101~104に搭載されたローカルコントローラ17の各々は、プログラマブルロジックコントローラ(PLC)により構成されている。PLCは、演算装置、記憶装置、入力装置、出力装置および電源装置を有しており、予め作成・記憶された処理プログラムを用いて所要の演算およびシーケンス制御を実行する。なお、後述する電流センサ200は、PLCの入力装置に接続される。
<Local Controller>
Each of the local controllers 17 mounted on each of the power generating units 101 to 104 is configured by a programmable logic controller (PLC). The PLC has a calculation unit, a storage unit, an input unit, an output unit, and a power supply unit, and executes required calculations and sequence control using a processing program that has been created and stored in advance. A current sensor 200, which will be described later, is connected to the input unit of the PLC.

ローカルコントローラ17の各々は、商用電源系統500からの購買電力に関する第1情報に基づいて、定格出力電力以下かつ最小出力電力以上の範囲で、パワーコンディショナ16の出力電力を調整する出力調整制御を実行可能に構成される。出力調整制御は、他律的に出力電力を調整する他律的出力調整制御と、自律的に出力電力を調整する自律的出力調整制御とを含む。他律的出力調整制御および自律的出力調整制御の詳細については後述する。 Each local controller 17 is configured to be able to execute output adjustment control that adjusts the output power of the power conditioner 16 within a range that is equal to or less than the rated output power and equal to or greater than the minimum output power, based on first information regarding the power purchased from the commercial power system 500. The output adjustment control includes heteronomous output adjustment control that heteronomously adjusts the output power, and autonomous output adjustment control that autonomously adjusts the output power. Details of heteronomous output adjustment control and autonomous output adjustment control will be described later.

<システムコントローラ>
各発電ユニット101~104に搭載されたローカルコントローラ17の各々は、システムコントローラ18として機能し得るシステムコントール部を有する。このシステムコントール部は、PLCに組み込まれた機能ブロックである。
<System Controller>
Each of the local controllers 17 mounted on each of the power generating units 101 to 104 has a system control section that can function as a system controller 18. This system control section is a functional block incorporated in a PLC.

本実施形態では、各発電ユニット101~104は、1台の親機と残余の子機とに区分される。具体的には、第1発電ユニット101が親機とされ、第2発電ユニット102、第3発電ユニット103および第4発電ユニット104が子機とされる。 In this embodiment, each of the power generation units 101-104 is divided into one parent unit and the remaining child units. Specifically, the first power generation unit 101 is the parent unit, and the second power generation unit 102, third power generation unit 103, and fourth power generation unit 104 are child units.

親機に指定された第1発電ユニット101におけるシステムコントール部は、システムコントローラ18として有効化される。一方、子機に指定された第2発電ユニット102、第3発電ユニット103および第4発電ユニット104におけるシステムコントール部の各々は、システムコントローラ18として無効化される。これにより、親機のシステムコントローラ18は、自機と子機の制御状態を統括する構成となる。 The system control unit in the first power generation unit 101, which is designated as the parent unit, is enabled as the system controller 18. Meanwhile, the system control units in the second power generation unit 102, third power generation unit 103, and fourth power generation unit 104, which are designated as child units, are disabled as system controllers 18. As a result, the system controller 18 of the parent unit is configured to oversee the control status of its own unit and the child units.

<情報通信機能>
親機のシステムコントローラ18と親機のローカルコントローラ17とは、PLCの内部で相互に情報授受可能である。また、親機のシステムコントローラ18と子機のローカルコントローラ17とは、PLCに付設した通信ユニット17aを介して相互に通信可能である。
<Information and communication functions>
The system controller 18 of the master unit and the local controller 17 of the master unit can exchange information with each other within the PLC. The system controller 18 of the master unit and the local controller 17 of the slave unit can also communicate with each other via a communication unit 17a attached to the PLC.

ローカルコントローラ17の各々は、自機の制御状態や出力状態(例えば、セルスタック1に対する掃引電流値、系統連系インバータ16d出力電力等)に関する情報を継続的にシステムコントローラ18に送信する。システムコントローラ18は、ローカルコントローラ17の各々から受信したこれらの情報を使用して、出力調整機の他律的出力調整制御および自律的出力調整制御を統括する。 Each local controller 17 continuously transmits information about its own control state and output state (e.g., sweep current value for cell stack 1, output power of grid-connected inverter 16d, etc.) to the system controller 18. The system controller 18 uses this information received from each local controller 17 to oversee the heteronomous output adjustment control and autonomous output adjustment control of the output regulator.

<電流センサ>
電力供給システム1000は、商用電源系統500から電力需要設備600に流れる順潮流電流を検出する電流センサ200を備える。電流センサ200は、親機である第1発電ユニット101に対応付けられた第1電流センサ201、子機である第2発電ユニット101に対応付けられた第2電流センサ202、子機である第3発電ユニット103に対応付けられた第3電流センサ203、および子機である第4発電ユニット104に対応付けられた第4電流センサ204からなっている。各電流センサ201~204の検出部は、商用電源系統500から電力需要設備600への送電ケーブルであって、各発電ユニット101~104の出力ケーブルの接続点P1~P4よりも上流側の送電ケーブルに配設されている。
<Current sensor>
The power supply system 1000 includes a current sensor 200 that detects a forward flow current flowing from the commercial power supply system 500 to the power demanding facility 600. The current sensor 200 includes a first current sensor 201 associated with the first power generating unit 101, which is a parent unit, a second current sensor 202 associated with the second power generating unit 101, which is a child unit, a third current sensor 203 associated with the third power generating unit 103, which is a child unit, and a fourth current sensor 204 associated with the fourth power generating unit 104, which is a child unit. The detection units of the current sensors 201 to 204 are disposed on the power transmission cable from the commercial power supply system 500 to the power demanding facility 600, on the power transmission cable upstream of connection points P1 to P4 of the output cables of the power generating units 101 to 104.

各電流センサ201~204の検出情報(電流値情報)は、それぞれ対応する発電ユニット101~104のローカルコントローラ17に入力される。親機では、ローカルコントローラ17とシステムコントローラ18の間で検出情報を共有する。 The detection information (current value information) of each current sensor 201-204 is input to the local controller 17 of the corresponding power generation unit 101-104. In the parent unit, the detection information is shared between the local controller 17 and the system controller 18.

2.2 電力供給システムの制御概要
電力供給システム1000は、基準購買電力に関する設定情報を使用して各発電ユニット101~104に出力調整制御を実行させる。図4は、商用電源系統500からの実際購買電力Qmと出力調整制御における基準購買電力の関係を示す説明図である。実際購買電力Qmがプラス側の場合、商用電源系統500から電力需要設備600に順潮流電流が流れていることを示し、実際購買電力Qmがマイナス側の場合、電力供給システム1000から商用電源系統500に逆潮流電流が流れていることを示している。
2.2 Overview of Power Supply System Control The power supply system 1000 uses setting information related to the reference purchased power to cause each of the power generating units 101 to 104 to execute output adjustment control. Figure 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the actual purchased power Qm from the commercial power system 500 and the reference purchased power in output adjustment control. When the actual purchased power Qm is on the positive side, it indicates that a forward flow of current is flowing from the commercial power system 500 to the power demand facility 600, and when the actual purchased power Qm is on the negative side, it indicates that a reverse flow of current is flowing from the power supply system 1000 to the commercial power system 500.

システムコントローラ18およびローカルコントローラ17の各々には、第1基準購買電力Q1と、これよりも高位の第2基準購買電力Q2とが設定されている。また、ローカルコントローラ17の各々には、第2基準購買電力Q2よりも低位の第3基準購買電力Q3が設定されている。 A first reference purchase power Q1 and a higher second reference purchase power Q2 are set for each of the system controller 18 and local controller 17. Furthermore, a third reference purchase power Q3 lower than the second reference purchase power Q2 is set for each of the local controllers 17.

第1基準購買電力Q1は、発電ユニット100の設置台数の決定に用いた基準購買電力Qsに応当する設定値(例えば、2kW)となっている。第1基準購買電力Q1は、発電ユニット100の全台を全負荷運転させた状態のみならず部分負荷運転させた状態でも逆潮流を発生させないための標準的な余裕分であり、最小需要電力Dを下回る比較的緩慢なデマンド減少を判定するための設定値である。 The first standard purchased power Q1 is a set value (e.g., 2 kW) corresponding to the standard purchased power Qs used to determine the number of power generating units 100 to be installed. The first standard purchased power Q1 is a standard margin to prevent reverse power flow not only when all power generating units 100 are operating at full load but also when they are operating at partial load, and is a set value for determining a relatively slow decrease in demand that falls below the minimum demand power D.

第2基準購買電力Q2は、発電ユニット100の出力電力を下降させて実際購買電力Qmを増やす場合の目標値となる設定値である。第2基準購買電力Q2は、発電ユニット100の設置台数に関わらず、1回の下降操作が所定時間内に終了するように決定するのが好ましい。例えば、各機の出力電流の下降速度が同じである場合、第2基準購買電力Q2が大きすぎると、設置台数が少ないほど下降操作が終了するまでに時間が掛かってしまい、デマンド変化に対する応答性が悪くなる。そこで、第2基準購買電力Q2は、発電ユニット100の設置台数が少ないほど小さい値とし、第1基準購買電力Q1との差が過大にならないようにする。 The second standard purchased power Q2 is a set value that serves as a target value when reducing the output power of the power generation unit 100 to increase the actual purchased power Qm. The second standard purchased power Q2 is preferably determined so that a single reduction operation is completed within a specified time, regardless of the number of installed power generation units 100. For example, if the output current reduction rate of each unit is the same, if the second standard purchased power Q2 is too large, the fewer the number of installed units, the longer it will take to complete the reduction operation, resulting in poor responsiveness to demand changes. Therefore, the fewer the number of installed power generation units 100, the smaller the value of the second standard purchased power Q2 should be, so that the difference from the first standard purchased power Q1 does not become too large.

また、2基準購買電力Q2は、電流センサ200の最大検出電流に応じて決定する必要もある。例えば、商用電源系統500の交流電圧値が100Vであり、電流センサ200の最大検出電流が100Aであれば、実際購買電力Qmの検出上限が10kWとなるので、第2基準購買電力Q2は、この検出上限を下回る値(例えば、8kW)に設定するようにする。 The second reference purchasing power Q2 also needs to be determined based on the maximum detectable current of the current sensor 200. For example, if the AC voltage value of the commercial power supply system 500 is 100 V and the maximum detectable current of the current sensor 200 is 100 A, the upper detection limit of the actual purchasing power Qm will be 10 kW, so the second reference purchasing power Q2 should be set to a value below this upper detection limit (for example, 8 kW).

第3基準購買電力Q3は、発電ユニット100の全台を部分負荷運転させた状態でも逆潮流を発生させないための限界的な余裕分であり、最小需要電力Dを下回る比較的急激なデマンド減少を判定するための設定値である。第3基準購買電力Q3は、発電ユニット100の出力抑制に多少の応答遅れがあったとしても、逆潮流の発生までに時間的余裕が確保できる値(例えば、0.5kW)に設定されていることが望ましい。 The third standard purchased power Q3 is a marginal amount of power required to prevent reverse power flow even when all power generating units 100 are operating at partial load, and is a set value for determining a relatively sudden decrease in demand below the minimum demand power D. It is desirable that the third standard purchased power Q3 be set to a value (e.g., 0.5 kW) that ensures sufficient time before reverse power flow occurs, even if there is a slight response delay in suppressing the output of the power generating units 100.

以下、ローカルコントローラ17の各々で実行される他律的出力調整制御および自律的出力調整制御について、図5から図7に示すフローチャートを参照しながら説明する。図5は、システムコントローラ18における統括制御のフローチャートであり、図6および図7は、ローカルコントローラ17における出力調整制御のフローチャートである。 Heteronomous output adjustment control and autonomous output adjustment control executed by each local controller 17 will be described below with reference to the flowcharts shown in Figures 5 to 7. Figure 5 is a flowchart of the overall control in the system controller 18, and Figures 6 and 7 are flowcharts of the output adjustment control in the local controller 17.

<第1情報に基づくシステムコントローラの統括制御>
まず、図5のフローチャートに沿って統括制御を説明する。ステップST101において、システムコントローラ18は、各発電ユニット101~104の全台を、出力調整制御を実行させる出力調整機のグループに区分し、出力調整制御の実行許可信号をローカルコントローラ17の各々に送信する。ローカルコントローラ17の各々は、実行許可信号を受け付けることにより、定格出力電力以下かつ最小出力電力以上の範囲で出力調整制御を実行できるようになる。
<Overall control of system controller based on first information>
First, the overall control will be described with reference to the flowchart in Fig. 5. In step ST101, the system controller 18 divides all of the power generating units 101 to 104 into groups of output adjusters that will execute output adjustment control, and transmits an execution permission signal for output adjustment control to each of the local controllers 17. By receiving the execution permission signal, each of the local controllers 17 becomes able to execute output adjustment control within a range that is equal to or less than the rated output power and equal to or greater than the minimum output power.

ステップST102において、システムコントローラ18は、対応する電流センサ201から入力された検出情報(電流値情報)と商用電源系統500の交流電圧値(例えば、100V)に基づいて、商用電源系統500からの実際購買電力Qmのモニタ値をリアルタイムに算出する。この実際購買電力Qmは、第1情報として出力調整制御に利用される。 In step ST102, the system controller 18 calculates in real time the monitor value of the actual purchased power Qm from the commercial power system 500 based on the detection information (current value information) input from the corresponding current sensor 201 and the AC voltage value (e.g., 100 V) of the commercial power system 500. This actual purchased power Qm is used as first information for output adjustment control.

ステップST103において、システムコントローラ18は、各発電ユニット101~104のいずれかで後述する第2出力下降制御を実行中か否かを判定する。実行中である場合(ステップST103でYES)、処理はステップST104に進む。一方、実行中でない場合(ステップST103でNO)、処理はステップST109に進む。 In step ST103, the system controller 18 determines whether the second output decrease control described below is being executed in any of the power generation units 101 to 104. If it is being executed (YES in step ST103), the process proceeds to step ST104. On the other hand, if it is not being executed (NO in step ST103), the process proceeds to step ST109.

ステップST104において、システムコントローラ18は、各発電ユニット101~104の全台から第2出力下降制御の終了報告を受信したか否かを判定する。受信済の場合(ステップST104でYES)、処理はステップST105に進む。一方、未受信の場合(ステップST104でNO)、処理はステップST104をループする。 In step ST104, the system controller 18 determines whether or not a report of the end of the second output decrease control has been received from all of the power generation units 101-104. If a report has been received (YES in step ST104), the process proceeds to step ST105. On the other hand, if a report has not been received (NO in step ST104), the process loops back to step ST104.

ステップST105において、システムコントローラ18は、各発電ユニット101~104の全台に第3出力下降要求を送信する。第3出力下降要求とは、ローカルコントローラ17の各々に対して後述する第3出力下降制御を実行させるための情報である。また、第3出力下降要求には、ローカルコントローラ17の各々に対して個別に割り当てられた出力下降幅情報(下げ出力電流幅)を含んでいる。この出力下降幅情報は、第2出力下降制御の実行直後における実際購買電力Qmを第2基準購買電力Q2に略等しくなる状態にまで増やすための情報であって、かつ第3出力下降制御が終了したときに出力調整機の各々の出力電力を略均等にするための情報となっている。すなわち、各出力調整機が指定された独自の下げ出力電流幅分の出力調整を行うと、実際購買電力Qmが第2基準購買電力Q2に略等しい状態になると同時に、各出力調整機の出力電力が略均等な状態になる。 In step ST105, the system controller 18 transmits a third output reduction request to all of the power generating units 101-104. The third output reduction request is information for causing each local controller 17 to execute the third output reduction control described below. The third output reduction request also includes output reduction width information (output current reduction width) individually assigned to each local controller 17. This output reduction width information is information for increasing the actual purchased power Qm immediately after the execution of the second output reduction control to a state substantially equal to the second reference purchased power Q2, and is information for substantially equalizing the output power of each output adjustment device when the third output reduction control is completed. In other words, when each output adjustment device adjusts its output by the specified, unique output current reduction width, the actual purchased power Qm becomes substantially equal to the second reference purchased power Q2, and at the same time, the output power of each output adjustment device becomes substantially equal.

ステップST106において、システムコントローラ18は、実際購買電力Qmが第1基準購買電力Q1を下回っているか否かを判定する。下回っている場合(ステップST106でYES)、処理はステップST107に進む。一方、下回っていない場合(ステップST106でNO)、処理はステップST108に進む。 In step ST106, the system controller 18 determines whether the actual purchased power Qm is below the first reference purchased power Q1. If it is below the first reference purchased power Qm (YES in step ST106), the process proceeds to step ST107. On the other hand, if it is not below the first reference purchased power Qm (NO in step ST106), the process proceeds to step ST108.

ステップST107において、システムコントローラ18は、各発電ユニット101~104の全台に第1出力下降要求を送信する。第1出力下降要求とは、ローカルコントローラ17の各々に対して後述する第1出力下降制御を実行させるための情報である。また、第1出力下降要求には、ローカルコントローラ17の各々に対して均等に割り当てられた出力下降幅情報(下げ出力電流幅)を含んでいる。この出力下降幅情報は、第1基準購買電力Q1を下回っている状態の実際購買電力Qmを第2基準購買電力Q2に略等しくなる状態にまで増やすための情報であって、かつ第1出力下降制御が終了したときに出力調整機の各々の出力電力を略均等にするための情報となっている。すなわち、各出力調整機が指定された同じ下げ出力電流幅分の出力調整を行うと、実際購買電力Qmが第2基準購買電力Q2に略等しい状態になると同時に、各出力調整機の出力電力が略均等な状態になる。 In step ST107, the system controller 18 transmits a first output reduction request to all of the power generating units 101-104. The first output reduction request is information for causing each local controller 17 to execute the first output reduction control described below. The first output reduction request also includes output reduction width information (output current reduction width) equally allocated to each local controller 17. This output reduction width information is information for increasing the actual purchased power Qm, which is below the first reference purchased power Q1, to a state where it is approximately equal to the second reference purchased power Q2, and is information for approximately equalizing the output power of each output adjustment device when the first output reduction control is completed. In other words, when each output adjustment device adjusts its output by the same specified output current reduction width, the actual purchased power Qm becomes approximately equal to the second reference purchased power Q2, and at the same time, the output power of each output adjustment device becomes approximately equal.

ステップST108において、システムコントローラ18は、実際購買電力Qmが第2基準購買電力Q2を上回る状態が所定時間継続したか否かを判定する。上回っている場合(ステップST108でYES)、処理はステップST113に進む。一方、上回っていない場合(ステップST108でNO)、処理はステップST102に戻る。 In step ST108, the system controller 18 determines whether the actual purchased power Qm has remained above the second reference purchased power Q2 for a predetermined period of time. If it has (YES in step ST108), the process proceeds to step ST113. On the other hand, if it has not (NO in step ST108), the process returns to step ST102.

ステップST109において、システムコントローラ18は、各発電ユニット101~104の全台に出力上昇要求を送信する。出力上昇要求とは、ローカルコントローラ17の各々に対して後述する出力上昇制御を実行させるための情報である。また、出力上昇要求には、ローカルコントローラ17の各々に対して均等に割り当てられた出力上昇幅情報(上げ出力電流幅)を含んでいる。この出力上昇幅情報は、第2基準購買電力Q2を上回っている状態の実際購買電力Qmを減らすための情報であって、かつ出力調整機の各々の出力電力を略均等にするための情報となっている。すなわち、各出力調整機が指定された同じ上げ出力電流幅分の出力調整を行うと、出力調整機の出力電力が略均等な状態に保たれつつ、実際購買電力Qmが第1基準購買電力Q1に向かって下降する。 In step ST109, the system controller 18 sends an output increase request to all of the power generation units 101-104. The output increase request is information for causing each local controller 17 to execute the output increase control described below. The output increase request also includes output increase width information (increased output current width) equally allocated to each local controller 17. This output increase width information is information for reducing the actual purchased power Qm that exceeds the second reference purchased power Q2, and for roughly equalizing the output power of each output adjuster. In other words, when each output adjuster adjusts its output by the same specified increased output current width, the output power of the output adjusters is maintained roughly equal, while the actual purchased power Qm decreases toward the first reference purchased power Q1.

ステップST110において、システムコントローラ18は、実際購買電力Qmが第1基準購買電力Q1から第2基準購買電力Q2までの範囲内に入っているか否かを判定する。入っている場合(ステップST110でYES)、に出力上昇要求の送信を停止し、処理は終了する。一方、入っていない場合(ステップST110でNO)、処理はステップST109に戻り、出力上昇幅情報(追加分の上げ出力電流幅)を引き続き送信する。ステップST110の終了時には、実際購買電力Qmが第1基準購買電力Q1から第2基準購買電力Q2までの範囲内に入った状態(例えば、第2基準購買電力Q2を少し下回った状態)になると同時に、各出力調整機の出力電力が略均等な状態になる。また、ステップST110において、全ての出力調整機が定格出力電力に到達した状態になっているときは、実際購買電力Qmに関する判定を行うことなく、処理を終了してもよい。 In step ST110, the system controller 18 determines whether the actual purchased power Qm is within the range from the first reference purchased power Q1 to the second reference purchased power Q2. If it is within the range (YES in step ST110), the system controller 18 stops sending the output increase request and ends the process. On the other hand, if it is not within the range (NO in step ST110), the process returns to step ST109 and continues sending output increase amount information (additional increased output current amount). At the end of step ST110, the actual purchased power Qm is within the range from the first reference purchased power Q1 to the second reference purchased power Q2 (e.g., slightly below the second reference purchased power Q2), and the output power of each output adjuster becomes approximately equal. Furthermore, if all output adjusters have reached their rated output power in step ST110, the process may end without making a determination regarding the actual purchased power Qm.

なお、ステップST108において、前回の第1出力下降制御または第2出力下降制御の終了時点から所定時間(例えば、10分)が経過していない場合は、ステップST109に進むのを待機させるようにしてもよい。このような待機時間を設けておくと、デマンドの変動が激しい状況下で出力電力を上昇させたことによる意図しない逆潮流の誘発が回避される。 In step ST108, if a predetermined time (e.g., 10 minutes) has not elapsed since the end of the previous first output decrease control or second output decrease control, the process may wait before proceeding to step ST109. By setting such a waiting time, it is possible to avoid unintended reverse power flow being induced by increasing the output power in a situation where demand fluctuates greatly.

<第1情報に基づくローカルコントローラの出力調整制御>
次に、図6および図7のフローチャートに沿って出力調整制御を説明する。ステップST201において、ローカルコントローラ17は、対応する電流センサ201~204から入力された検出情報(電流値情報)と商用電源系統500の交流電圧値(例えば、100V)に基づいて、商用電源系統500からの実際購買電力Qmのモニタ値をリアルタイムに算出する。この実際購買電力Qmは、第1情報として出力調整制御に利用される。
<Output Adjustment Control of Local Controller Based on First Information>
Next, the output adjustment control will be described with reference to the flowcharts of Figures 6 and 7. In step ST201, the local controller 17 calculates in real time a monitor value of actual purchased power Qm from the commercial power supply system 500 based on the detection information (current value information) input from the corresponding current sensors 201 to 204 and the AC voltage value (e.g., 100 V) of the commercial power supply system 500. This actual purchased power Qm is used as first information for the output adjustment control.

ステップST202において、ローカルコントローラ17は、実際購買電力Qmが第3基準購買電力Q3を下回っているか否かを判定する。下回っている場合(ステップST202でYES)、処理はステップST203に進む。一方、下回っていない場合(ステップST202でNO)、処理はステップST209に進む。 In step ST202, the local controller 17 determines whether the actual purchased power Qm is below the third reference purchased power Q3. If it is below the third reference purchased power Q3 (YES in step ST202), the process proceeds to step ST203. On the other hand, if it is not below the third reference purchased power Qm (NO in step ST202), the process proceeds to step ST209.

ステップST203において、ローカルコントローラ17は、第2出力下降制御を実行する。第2出力下降制御は、システムコントローラ18からの要求に依らない自律的出力調整制御に属し、系統連系インバータ16dからの出力電流を所定の調整幅で段階的に下降させる。 In step ST203, the local controller 17 executes second output decrease control. The second output decrease control is an autonomous output adjustment control that does not depend on a request from the system controller 18, and gradually decreases the output current from the grid-connected inverter 16d by a predetermined adjustment amount.

ステップST204において、ローカルコントローラ17は、自機の出力下降操作により実際購買電力Qmが第3基準購買電力Q3に達したか否かを判定する。達している場合(ステップST204でYES)、処理はステップST205に進む。一方、達していない場合(ステップST204でNO)、処理はステップST203に戻り、第2出力下降制御を継続する。 In step ST204, the local controller 17 determines whether the actual purchased power Qm has reached the third reference purchased power Q3 due to the output reduction operation of the local controller 17. If it has reached the third reference purchased power Q3 (YES in step ST204), the process proceeds to step ST205. On the other hand, if it has not reached the third reference purchased power Q3 (NO in step ST204), the process returns to step ST203, and the second output reduction control continues.

ステップST205において、ローカルコントローラ17は、第2出力下降制御を終了して出力電流を固定すると共に、システムコントローラ18に第2出力下降制御の終了報告を送信する。なお、第2出力下降制御の終了時点では、各出力調整機の出力電力は不均一となっている。 In step ST205, the local controller 17 ends the second output decrease control, fixes the output current, and transmits a report of the end of the second output decrease control to the system controller 18. Note that at the end of the second output decrease control, the output power of each output regulator is uneven.

ステップST206において、ローカルコントローラ17は、システムコントローラ18から第3出力下降要求を受信したか否かを判定する。受信済の場合(ステップST206でYES)、処理はステップST207に進む。一方、未受信の場合(ステップST206でNO)、処理はステップST206をループし、第3出力下降要求の受信を待機する。 In step ST206, the local controller 17 determines whether or not a third output decrease request has been received from the system controller 18. If a third output decrease request has been received (YES in step ST206), the process proceeds to step ST207. On the other hand, if a third output decrease request has not been received (NO in step ST206), the process loops back to step ST206 and waits for reception of the third output decrease request.

ステップST207において、ローカルコントローラ17は、第3出力下降制御を実行する。第3出力下降制御は、システムコントローラ18からの要求に従う他律的出力調整制御に属し、第3出力下降要求に含まれる出力下降幅情報(下げ出力電流幅)に基づいて、系統連系インバータ16dからの出力電流を所定の調整幅で段階的に下降させる。 In step ST207, the local controller 17 executes the third output decrease control. The third output decrease control belongs to heteronomous output adjustment control in accordance with a request from the system controller 18, and gradually decreases the output current from the grid-connected inverter 16d by a predetermined adjustment amount based on the output decrease amount information (output current decrease amount) included in the third output decrease request.

ステップST208において、ローカルコントローラ17は、自機に割り当てられた下げ出力電流幅(出力下降幅)に到達したか否かを判定する。到達した場合(ステップST208でYES)、処理は終了する。一方、到達していない場合(ステップST208でNO)、処理はステップST207に戻り、第3出力下降制御を継続する。 In step ST208, the local controller 17 determines whether the output current reduction range (output reduction range) assigned to the local device has been reached. If it has been reached (YES in step ST208), the processing ends. On the other hand, if it has not been reached (NO in step ST208), the processing returns to step ST207, and the third output reduction control continues.

ステップST209において、ローカルコントローラ17は、システムコントローラ18から第1出力下降要求を受信したか否かを判定する。受信済の場合(ステップST209でYES)、処理はステップST210に進む。一方、未受信の場合(ステップST209でNO)、処理はステップST212に進む。 In step ST209, the local controller 17 determines whether or not a first output decrease request has been received from the system controller 18. If it has been received (YES in step ST209), processing proceeds to step ST210. On the other hand, if it has not been received (NO in step ST209), processing proceeds to step ST212.

ステップST210において、ローカルコントローラ17は、第1出力下降制御を実行する。第1出力下降制御は、システムコントローラ18からの要求に従う他律的出力調整制御に属し、第1出力下降要求に含まれる出力下降幅情報(下げ出力電流幅)に基づいて、系統連系インバータ16dからの出力電流を所定の調整幅で段階的に下降させる。 In step ST210, the local controller 17 executes first output decrease control. The first output decrease control belongs to heteronomous output adjustment control in accordance with a request from the system controller 18, and gradually decreases the output current from the grid-connected inverter 16d by a predetermined adjustment amount based on output decrease amount information (output current decrease amount) included in the first output decrease request.

ステップST211において、ローカルコントローラ17は、自機に割り当てられた下げ出力電流幅(出力下降幅)に到達したか否かを判定する。到達した場合(ステップST211でYES)、処理は終了する。一方、到達していない場合(ステップST211でNO)、処理はステップST210に戻り、第1出力下降制御を継続する。 In step ST211, the local controller 17 determines whether the output current reduction range (output reduction range) assigned to the local device has been reached. If it has been reached (YES in step ST211), the processing ends. On the other hand, if it has not been reached (NO in step ST211), the processing returns to step ST210, and the first output reduction control continues.

ステップST212において、ローカルコントローラ17は、システムコントローラ18から出力上昇要求を受信したか否かを判定する。受信済の場合(ステップST212でYES)、処理はステップST213に進む。一方、未受信の場合(ステップST212でNO)、処理はステップST201に戻る。 In step ST212, the local controller 17 determines whether or not it has received a request to increase output from the system controller 18. If it has been received (YES in step ST212), the process proceeds to step ST213. On the other hand, if it has not been received (NO in step ST212), the process returns to step ST201.

ステップST213において、ローカルコントローラ17は、出力上昇制御を実行する。出力上昇制御は、システムコントローラ18からの要求に従う他律的出力調整制御に属し、出力上昇要求に含まれる出力上昇幅情報(上げ出力電流幅)に基づいて、系統連系インバータ16dからの出力電流を所定の調整幅で段階的に上昇させる。 In step ST213, the local controller 17 executes output increase control. The output increase control is a heteronomous output adjustment control that follows a request from the system controller 18, and increases the output current from the grid-connected inverter 16d in stages by a predetermined adjustment amount based on the output increase amount information (increased output current amount) included in the output increase request.

ステップST214において、ローカルコントローラ17は、システムコントローラ18からの出力上昇要求が停止したか否かを判定する。停止した場合(ステップST214でYES)、処理は終了する。一方、停止していない場合(ステップST214でNO)、処理はステップST215に進む。 In step ST214, the local controller 17 determines whether the output increase request from the system controller 18 has stopped. If it has stopped (YES in step ST214), the processing ends. On the other hand, if it has not stopped (NO in step ST214), the processing proceeds to step ST215.

ステップST215において、ローカルコントローラ17は、自機の出力上昇操作により定格出力電力に達したか否かを判定する。達している場合(ステップST215でYES)、処理は終了する。一方、達していない場合(ステップST215でNO)、処理はステップST213に戻り、出力上昇制御を継続する。 In step ST215, the local controller 17 determines whether the rated output power has been reached as a result of the output increase operation of the local controller. If it has been reached (YES in step ST215), the processing ends. On the other hand, if it has not been reached (NO in step ST215), the processing returns to step ST213, and the output increase control continues.

上述した第1出力下降制御は、最小需要電力Dを下回る比較的緩慢なデマンド減少が生じた状況で実行される。デマンドが減少傾向にある早い段階で発電ユニット100の出力電力を下降させて実際購買電力Qmを十分に回復させることで、逆潮流の発生が予防される。一方、第2出力下降制御と、これに続く第3出力下降制御は、最小需要電力Dを下回る比較的急激なデマンド減少が生じた状況で実行される。予期しないデマンドの急減が起こったときは、2段階の出力調整で実際購買電力Qmを早急に回復させることで、逆潮流の発生が回避される。 The first output decrease control described above is performed in situations where there is a relatively gradual decrease in demand below the minimum demand power D. By decreasing the output power of the power generation unit 100 at an early stage when demand is on a downward trend and sufficiently restoring the actual purchased power Qm, the occurrence of reverse power flow is prevented. On the other hand, the second output decrease control and the subsequent third output decrease control are performed in situations where there is a relatively sudden decrease in demand below the minimum demand power D. When an unexpected sudden decrease in demand occurs, the occurrence of reverse power flow is avoided by quickly restoring the actual purchased power Qm through two-stage output adjustment.

<第2情報に基づくローカルコントローラの出力調整制御>
ローカルコントローラ17の各々は、自機と商用電源系統500との協調状態に関する第2情報に基づいて、自律的出力調整制御を実行可能に構成することができる。第2情報に基づく制御は、第1情報に基づく制御よりも優先される。
<Output Adjustment Control of Local Controller Based on Second Information>
Each of the local controllers 17 can be configured to be able to execute autonomous output adjustment control based on second information regarding the cooperative state between the local controller 17 and the commercial power system 500. Control based on the second information takes priority over control based on the first information.

〔第2情報に基づく制御例A〕
ローカルコントローラ17は、自機のパワーコンディショナ16の出力側の端子間電圧が整定値を超えた場合に、発電モジュール20の発電電力(有効電力)に対して運転力率が一定となるよう無効電力を出力する力率一定制御を実行する。この力率一定制御は、系統電圧の上昇を抑制するための動作である。力率一定制御を所定時間実行しても端子間電圧が整定値以下とならない場合、ローカルコントローラ17は、上述した第2出力下降制御を実行し、発電ユニット100を部分負荷運転に強制移行させる。第2出力下降制御の終了条件は、端子間電圧が整定値以下となった場合である。
[Control Example A Based on Second Information]
When the terminal voltage on the output side of the local power conditioner 16 exceeds a set value, the local controller 17 executes constant power factor control, which outputs reactive power so that the operating power factor is constant relative to the power generated (active power) of the power generation module 20. This constant power factor control is an operation for suppressing an increase in the grid voltage. If the terminal voltage does not become equal to or less than the set value even after executing constant power factor control for a predetermined time, the local controller 17 executes the second output decrease control described above, and forcibly shifts the power generation unit 100 to partial load operation. The condition for terminating the second output decrease control is when the terminal voltage becomes equal to or less than the set value.

〔第2情報に基づく制御例B〕
ローカルコントローラ17は、対応する電流センサ201~204により逆潮流電流を検知した場合(例えば、Qm≦-200[W]となった場合)に、発電ユニット100を上述したホットスタンバイに移行させる。本実施形態では、予期しないデマンドの急減による逆潮流は、基本的には上述した第2出力下降制御で回避するようにしている。そのため、ホットスタンバイへの移行は、第2出力下降制御が十分に機能しなかった場合の緊急避難的な処置となっている。
[Control Example B Based on Second Information]
When the corresponding current sensor 201 to 204 detects a reverse power flow current (for example, when Qm≦−200 [W]), the local controller 17 transitions the power generating unit 100 to the hot standby state described above. In this embodiment, reverse power flow due to an unexpected sudden decrease in demand is basically avoided by the second output decrease control described above. Therefore, transitioning to the hot standby state is an emergency measure to be taken when the second output decrease control does not function sufficiently.

<第3情報に基づくローカルコントローラの出力調整制御>
ローカルコントローラ17の各々は、自機が専有するパワーコンディショナ16の内部温度に関する第3情報に基づいて、自律的出力調整制御を実行可能に構成することができる。第3情報に基づく制御は、第1情報に基づく制御よりも優先される。
<Output Adjustment Control of Local Controller Based on Third Information>
Each of the local controllers 17 can be configured to be able to execute autonomous output adjustment control based on third information related to the internal temperature of the power conditioner 16 that is exclusively owned by that local controller 17. The control based on the third information has priority over the control based on the first information.

〔第3情報に基づく制御例〕
系統連系インバータ16dには、パワーモジュールを構成するIGBT等のスイッチング素子が過熱により損傷するのを防止するため、スイッチング素子の温度異常を監視する機能が備えられている。ローカルコントローラ17は、パワーコンディショナ16の内部温度、すなわちスイッチング素子の温度が上限値を超えている場合、上述した第2出力下降制御を実行し、発電ユニット100を部分負荷運転に強制移行させる。第2出力下降制御の終了条件は、内部温度が上限値を下回った場合である。
[Example of control based on third information]
The grid-connected inverter 16d has a function for monitoring abnormal temperatures of the switching elements, such as IGBTs, that constitute the power module, to prevent the elements from being damaged due to overheating. When the internal temperature of the power conditioner 16, i.e., the temperature of the switching elements, exceeds an upper limit, the local controller 17 executes the second output decrease control described above and forcibly shifts the power generation unit 100 to partial load operation. The condition for terminating the second output decrease control is when the internal temperature falls below the upper limit.

<第4情報に基づくローカルコントローラの出力調整制御>
ローカルコントローラ17の各々は、更に、自機が専有する発電モジュール20の熱的バランスに関する第4情報に基づいて、自律的出力調整制御を実行可能に構成することができる。第4情報に基づく制御は、第1情報に基づく制御よりも優先される。
<Output Adjustment Control of Local Controller Based on Fourth Information>
Each of the local controllers 17 can further be configured to be able to execute autonomous output adjustment control based on fourth information regarding the thermal balance of the power generation module 20 exclusively owned by that local controller 17. The control based on the fourth information has priority over the control based on the first information.

〔第4情報に基づく制御例A〕
ローカルコントローラ17は、発電モジュール20の発電動作中、アノードオフガス凝縮器7から流出するアノードオフガスGdの冷却温度が、水蒸気の凝縮が起こる露点以下の目標温度になるように、ファン7aの回転数を調節している。この回転数が上限値を超えた場合、ローカルコントローラ17は、上述した第2出力下降制御を実行し、発電ユニット100を部分負荷運転に強制移行させる。第2出力下降制御の終了条件は、ファン7aの回転数が上限値を下回った場合である。
[Control Example A Based on Fourth Information]
During the power generation operation of the power generation module 20, the local controller 17 adjusts the rotation speed of the fan 7a so that the cooling temperature of the anode off-gas Gd flowing out from the anode off-gas condenser 7 becomes a target temperature below the dew point at which water vapor condenses. If this rotation speed exceeds an upper limit, the local controller 17 executes the second output decrease control described above and forcibly shifts the power generation unit 100 to partial load operation. The second output decrease control is terminated when the rotation speed of the fan 7a falls below the upper limit.

ファン7aにより送られる冷却用空気(外気)の温度が高く、アノードオフガスGdを露点以下に冷却できない場合には、凝縮水Wbの生成量が減って水自立を維持できない。そこで、発電モジュール20の発電電力を下降させることで、セルスタック1から流出するアノードオフガスGdの排出温度を下げ、冷却用空気の温度が高い状況でも露点以下に冷却できるようにする。 If the temperature of the cooling air (outside air) sent by fan 7a is high and the anode off-gas Gd cannot be cooled below the dew point, the amount of condensed water Wb produced will decrease and water self-sustaining will not be maintained. Therefore, by reducing the power generated by the power generation module 20, the discharge temperature of the anode off-gas Gd flowing out of the cell stack 1 will be lowered, allowing the cooling air to be cooled below the dew point even when the temperature is high.

〔第4情報に基づく制御例B〕
ローカルコントローラ17は、発電モジュール20の発電動作中、セルスタック1から流出するカソードオフガスGeの排出温度が目標温度になるように、第3空気ブロワ15の回転数を調節している。この回転数が上限値を超えた場合、ローカルコントローラ17は、上述した第2出力下降制御を実行し、発電ユニット100を部分負荷運転に強制移行させる。第2出力下降制御の終了条件は、操作量が上限量を下回った場合である。
[Control Example B Based on Fourth Information]
During the power generation operation of the power generation module 20, the local controller 17 adjusts the rotation speed of the third air blower 15 so that the exhaust temperature of the cathode offgas Ge flowing out from the cell stack 1 becomes a target temperature. If this rotation speed exceeds an upper limit, the local controller 17 executes the second output decrease control described above and forcibly shifts the power generation unit 100 to partial load operation. The condition for terminating the second output decrease control is when the manipulated variable falls below the upper limit.

セルスタック1から流出するカソードオフガスGeの排出温度は、セルスタック1の動作温度を反映している。冷却管Zcに冷却用空気Adを流してもセルスタック1の動作温度が高すぎるときは、燃料利用率を悪化させたり、発電セルの劣化を加速させたりするおそれがある。そこで、発電モジュール20の発電電力を下降させることで、改質ガスと酸素の反応熱を減らしてセルスタック1の動作温度を下げるようにする。 The discharge temperature of the cathode off-gas Ge flowing out of the cell stack 1 reflects the operating temperature of the cell stack 1. If the operating temperature of the cell stack 1 is too high even when cooling air Ad is flowing through the cooling pipe Zc, this may result in a deterioration in fuel utilization rate or accelerated deterioration of the power generation cells. Therefore, by lowering the power generation power of the power generation module 20, the heat of reaction between the reformed gas and oxygen is reduced, thereby lowering the operating temperature of the cell stack 1.

<出力調整機からの除外処理>
システムコントローラ18は、第2情報、第3情報および第4情報のうち、いずれかの情報に基づく自律的出力調整制御を実行中の発電ユニット100が存在するときは、これらを除いた残余の発電ユニット100をステップST101における出力調整機のグループに区分する。なお、出力調整機から除外された発電ユニット100の出力電力は、ローカルコントローラ17が主導する出力調整制御によって成り行きとなるため、出力調整機のグループのみが出力電力の均等化の対象となる。
<Exclusion process from output adjuster>
If there are any power generating units 100 that are executing autonomous output adjustment control based on any of the second information, the third information, and the fourth information, the system controller 18 classifies the remaining power generating units 100 excluding these into groups of output adjusters in step ST101. Note that the output power of the power generating units 100 excluded from the output adjuster will be determined by the output adjustment control led by the local controller 17, and therefore only the groups of output adjusters are subject to output power equalization.

3.その他の変形例
発電モジュール20を構成するセルスタック1は、固体酸化物形燃料電池(SOFC)に替えて溶融炭酸形燃料電池(MCFC)であってもよい。MCFCは、SOFCと同様に高温作動型の燃料電池であり、高い発電効率を有している。
3. Other Modifications The cell stack 1 constituting the power generation module 20 may be a molten carbon dioxide fuel cell (MCFC) instead of a solid oxide fuel cell (SOFC). Like the SOFC, the MCFC is a high-temperature operating fuel cell and has high power generation efficiency.

燃料電池を用いる発電モジュール20は、一段のセルスタック1で発電を行うタイプに限らず、二段以上のセルスタック1で発電を行うタイプであってもよい。具体的には、前段のセルスタックから排出されたアノードオフガスから水蒸気を除去して再生ガスを生成し、この再生ガスを次段のセルスタックのアノードに供給する。なお、再生ガスを生成するにあたり、アノードオフガスに含有される二酸化炭素を分離膜や吸収液などを用いて除去するようにしてもよい。二段以上のセルスタックで発電を行うように構成することで、燃料利用率を大幅に高めることができる。 The power generation module 20 using fuel cells is not limited to a type that generates power using a single cell stack 1, but may also be a type that generates power using two or more cell stacks 1. Specifically, water vapor is removed from the anode off-gas discharged from the previous cell stack to generate regenerated gas, which is then supplied to the anode of the next cell stack. When generating the regenerated gas, carbon dioxide contained in the anode off-gas may be removed using a separation membrane or absorbent. By configuring the module to generate power using two or more cell stacks, the fuel utilization rate can be significantly increased.

燃料電池を用いる発電モジュール20は、セルスタックに改質ガスを供給する構成に限らず、純粋な水素ガスを供給するように構成されていてもよい。具体的には、外部の水素製造サイトから輸送インフラを通じて供給される水素ガスをセルスタックのアノードに導入する。水素ガスを原燃料に用いる場合、水蒸気改質および水自立に必要な構成要素(改質器2、蒸発器4、アノードオフガス凝縮器7、気水分離部Sa、凝縮水回収タンク9、水ポンプ12等)を省略することができる。 The fuel cell-based power generation module 20 is not limited to a configuration that supplies reformed gas to the cell stack; it may also be configured to supply pure hydrogen gas. Specifically, hydrogen gas supplied from an external hydrogen production site via transportation infrastructure is introduced into the anode of the cell stack. When hydrogen gas is used as the raw fuel, the components required for steam reforming and water self-sustaining (reformer 2, evaporator 4, anode off-gas condenser 7, steam-water separator Sa, condensed water recovery tank 9, water pump 12, etc.) can be omitted.

発電ユニット100は、燃料電池を用いるタイプに限らず、他のタイプに変更することもできる。発電ユニットは、太陽電池を用いるタイプであってもよいし、有機ランキンサイクル、蒸気タービン、ガスタービン、ガスエンジンを利用して発電機を回転させるタイプであってもよい。 The power generation unit 100 is not limited to a type that uses a fuel cell, and can be modified to other types. The power generation unit may be a type that uses a solar cell, or a type that uses an organic Rankine cycle, a steam turbine, a gas turbine, or a gas engine to rotate a generator.

システムコントローラ18は、ローカルコントローラ17(PLC)に組み込まれた機能ブロックとしてもよいが、ローカルコントローラ17から分離された独立コントローラとすることもできる。この場合、ローカルコントローラ17の各々は、通信ユニット17aを介してシステムコントローラ18と接続される。 The system controller 18 may be a functional block incorporated into the local controller 17 (PLC), or it may be an independent controller separated from the local controller 17. In this case, each local controller 17 is connected to the system controller 18 via a communication unit 17a.

電力供給システム1000は、各発電ユニット101~104のローカルコントローラ17に接続される第1電流センサ201~204とは別に、追加の第2電流センサを備えることもできる。この追加の第2電流センサは、親機のシステムコントローラ18に接続される。 The power supply system 1000 can also include an additional second current sensor in addition to the first current sensors 201-204 connected to the local controller 17 of each power generation unit 101-104. This additional second current sensor is connected to the system controller 18 of the parent unit.

ローカルコントローラ17(PLC)が実行する制御機能の一部は、パワーコンディショナ16に装備された内蔵コントローラが実行するように構成することもできる。この場合、内蔵コントローラは、実質的にローカルコントローラ17の構成要素である。例えば、上述した第2出力下降制御、第2情報に基づく制御例A,B並びに第3情報に基づく制御例は、内蔵コントローラが実行する制御機能としてもよい。更には、停電および復電の監視、並びに連系運転モードおよび自立運転モードの間の移行指示は、内蔵コントローラが実行する制御機能としてもよい。 Some of the control functions performed by the local controller 17 (PLC) can also be configured to be performed by an internal controller provided in the power conditioner 16. In this case, the internal controller is essentially a component of the local controller 17. For example, the second output decrease control, control examples A and B based on the second information, and control example based on the third information described above may be control functions performed by the internal controller. Furthermore, monitoring power outages and power restorations, and issuing instructions for transitioning between grid-connected operation mode and isolated operation mode may be control functions performed by the internal controller.

以上説明した本実施形態の電力供給システム1000によれば、以下のような効果を奏する。 The power supply system 1000 of this embodiment described above provides the following advantages:

(1)電力供給システム1000は、商用電源系統500に対して並列状態で運転される複数台の発電ユニット100と、複数台の発電ユニット100の制御状態を統括するシステムコントローラ18と、を備え、複数台の発電ユニット100の各々は、発電モジュール20と、発電モジュール20の発電電力を商用電源系統500の交流電力に相当する出力電力に変換するパワーコンディショナ16と、発電モジュール20の発電電力を制御することによって、出力電力を制御するローカルコントローラ17と、を有し、複数台の発電ユニット100において、ローカルコントローラ17の各々は、定格出力電力以下かつ最小出力電力以上の範囲で出力電力を調整する出力調整制御を実行可能に構成され、出力調整制御は、他律的に出力電力を調整する他律的出力調整制御(定速出力下降制御A、定速出力下降制御C、定速出力上昇制御)と、自律的に出力電力を調整する自律的出力調整制御(定速出力下降制御B)と、を含み、システムコントローラ18は、複数台の発電ユニット100の全台を、出力調整制御を実行させる出力調整機のグループに区分し、商用電源系統500からの購買電力に関する第1情報に基づいて、出力調整機の各々の出力電力を略均等にさせるように、他律的出力調整制御および自律的出力調整制御を統括する。 (1) The power supply system 1000 comprises a plurality of power generation units 100 operated in parallel with the commercial power system 500, and a system controller 18 that oversees the control state of the plurality of power generation units 100. Each of the plurality of power generation units 100 has a power generation module 20, a power conditioner 16 that converts the power generated by the power generation module 20 into output power equivalent to the AC power of the commercial power system 500, and a local controller 17 that controls the output power by controlling the power generated by the power generation module 20. In the plurality of power generation units 100, each of the local controllers 17 controls the output power by controlling the power generated by the power generation module 20. The system is configured to be able to execute output adjustment control that adjusts output power within a range equal to or greater than the minimum output power, and the output adjustment control includes heteronomous output adjustment control (constant speed output decrease control A, constant speed output decrease control C, constant speed output increase control) that heteronomously adjusts output power, and autonomous output adjustment control (constant speed output decrease control B) that autonomously adjusts output power. The system controller 18 divides all of the multiple power generation units 100 into groups of output adjusters that execute output adjustment control, and, based on first information regarding power purchased from the commercial power system 500, coordinates the heteronomous output adjustment control and the autonomous output adjustment control so as to substantially equalize the output power of each output adjuster.

複数台の発電ユニット100は、基本的に連系運転モードで全負荷運転または部分負荷運転を行う構成となっている。システムコントローラ18は、発電ユニット100の全台を出力調整機のグループに区分したうえで、ローカルコントローラ17による他律的出力調整制御および自律的出力調整制御を統括する。これにより、発電ユニット100の全台が出力調整機として常時運転される状態となるので、デマンド変化に対する電力供給の追従性を高めることができる。本運用形態の電力供給システム1000は、すべての発電ユニット100が出力調整機であるので、高デマンド期間と低デマンド期間のデマンド変動幅が比較的大きい電力需要設備600への電力供給に適している。 The multiple power generation units 100 are basically configured to operate at full load or partial load in grid-connected operation mode. The system controller 18 divides all of the power generation units 100 into groups of output regulators and oversees the heteronomous output regulation control and autonomous output regulation control by the local controllers 17. This allows all of the power generation units 100 to operate constantly as output regulators, improving the ability of the power supply to respond to changes in demand. Because all of the power generation units 100 in this operating configuration are output regulators, the power supply system 1000 is suitable for supplying power to power demand facilities 600 where the range of demand fluctuations between high and low demand periods is relatively large.

また、システムコントローラ18は、出力調整機の各々の出力電力を略均等にさせるように、ローカルコントローラ17による他律的出力調整制御および自律的出力調整制御を統括する。各発電ユニット100の出力電力が略均等であるので、発電モジュール20および補機30の負荷も概ね均等となり、劣化度合いや残り寿命のばらつきが少ない。そのため、すべての発電ユニット100に対して計画的に同じタイミングでの部品交換等のメンテナンスを行うことができる。 The system controller 18 also oversees the heteronomous output adjustment control and autonomous output adjustment control by the local controller 17 to ensure that the output power of each output adjuster is approximately equal. Because the output power of each power generation unit 100 is approximately equal, the load on the power generation modules 20 and auxiliary equipment 30 is also roughly equal, resulting in little variation in the degree of deterioration or remaining lifespan. This allows for planned maintenance such as part replacement to be performed at the same time for all power generation units 100.

(2)(1)の電力供給システム1000において、商用電源系統500から電力需要設備600に流れる順潮流電流を検出する電流センサ200を備え、システムコントローラ18は、第1情報として、電流センサ200の検出情報から実際購買電力Qmを算出し、実際購買電力Qmが第1基準購買電力Q1を下回っている場合に、実際購買電力Qmが第1基準購買電力Q1よりも高位の第2基準購買電力Q2に略等しくなるように、ローカルコントローラ17の各々に均等に割り当てられた出力下降幅で第1出力下降制御を実行させ、実際購買電力Qmが第2基準購買電力Q2を上回っている場合に、実際購買電力Qmが第1基準購買電力Q1から第2基準購買電力Q2までの範囲内に入るまで、ローカルコントローラ17の各々に均等に割り当てられた出力上昇幅で出力上昇制御を実行させる。 (2) The power supply system 1000 of (1) is equipped with a current sensor 200 that detects the forward flow current flowing from the commercial power system 500 to the power demand facility 600. The system controller 18 calculates the actual purchased power Qm from the detection information of the current sensor 200 as first information, and when the actual purchased power Qm is lower than the first reference purchased power Q1, causes each local controller 17 to execute first output decrease control with an output decrease range equally allocated to each local controller 17 so that the actual purchased power Qm becomes approximately equal to a second reference purchased power Q2 that is higher than the first reference purchased power Q1. When the actual purchased power Qm exceeds the second reference purchased power Q2, causes each local controller 17 to execute output increase control with an output increase range equally allocated to each local controller 17 until the actual purchased power Qm falls within the range from the first reference purchased power Q1 to the second reference purchased power Q2.

システムコントローラ18は、実際購買電力Qmが第1基準購買電力Q1を下回ることによって最小需要電力Dを下回る比較的緩慢なデマンド減少を判定すると、ローカルコントローラ17の各々に他律的に第1出力下降制御を実行させて、実際購買電力Qmを第2基準購買電力Q2まで増やすようにする。これにより、デマンド減少に電力供給を追従させつつ、逆潮流の発生を効果的に防止することができる。 When the system controller 18 determines that the actual purchased power Qm falls below the first reference purchased power Q1, resulting in a relatively slow decrease in demand below the minimum demand power D, it heteronomously causes each local controller 17 to execute the first output decrease control to increase the actual purchased power Qm to the second reference purchased power Q2. This allows the power supply to follow the decrease in demand while effectively preventing the occurrence of reverse power flow.

また、システムコントローラ18は、実際購買電力Qmが第2基準購買電力Q2を上回ることによってデマンド増加を判定すると、ローカルコントローラ17の各々に他律的に出力上昇制御を実行させて、実際購買電力Qmを第1基準購買電力Q1から第2基準購買電力Q2までの範囲内まで減らすようにする。これにより、デマンド増加に電力供給を追従させつつ、各発電ユニット100の全負荷運運転に復帰を目指すことができる。 Furthermore, when the system controller 18 determines that demand is increasing because the actual purchased power Qm exceeds the second reference purchased power Q2, it causes each local controller 17 to execute output increase control heteronomously to reduce the actual purchased power Qm to within the range from the first reference purchased power Q1 to the second reference purchased power Q2. This makes it possible to adjust the power supply to follow the increase in demand while aiming to return each power generating unit 100 to full load operation.

さらに、システムコントローラ18は、ローカルコントローラ17の各々に対し、均等に割り当てられた出力下降幅で第1出力下降制御を実行させる一方で、均等に割り当てられた出力上昇幅で出力上昇制御を実行させる。これにより、各発電ユニット101~104の部分負荷運転中に、出力電力を常に均等化することができる。 Furthermore, the system controller 18 causes each of the local controllers 17 to execute the first output decrease control with an equally allocated output decrease range, while also executing the output increase control with an equally allocated output increase range. This allows the output power of each power generation unit 101-104 to be constantly equalized during partial load operation.

(3)(2)の電力供給システム1000において、ローカルコントローラ17の各々は、第1情報として、電流センサ200の検出情報から実際購買電力Qmを算出し、実際購買電力Qmが第1基準購買電力Q1よりも低位の第3基準購買電力Q3を下回っている場合に、実際購買電力Qmが第3基準購買電力Q3に略等しくなるように、第2出力下降制御を実行し、システムコントローラ18は、第2出力下降制御が実行された後、実際購買電力Qmが第2基準購買電力に略等しくなるように、ローカルコントローラ17の各々に個別に割り当てられた出力下降幅で第3出力下降制御を実行させる (3) In the power supply system 1000 of (2), each local controller 17 calculates the actual purchased power Qm from the detection information of the current sensor 200 as the first information. If the actual purchased power Qm is lower than the third reference purchased power Q3, which is lower than the first reference purchased power Q1, the local controller 17 executes the second output reduction control so that the actual purchased power Qm becomes approximately equal to the third reference purchased power Q3. After the second output reduction control is executed, the system controller 18 executes the third output reduction control by the output reduction amount individually assigned to each local controller 17 so that the actual purchased power Qm becomes approximately equal to the second reference purchased power.

ローカルコントローラ17の各々は、実際購買電力Qmが第3基準購買電力Q3を下回ることによって最小需要電力Dを下回る比較的急激なデマンド減少を判定すると、自律的に第2出力下降制御を実行して、実際購買電力Qmを第3基準購買電力Q3まで回復させるようにする。その後、システムコントローラ18は、ローカルコントローラ17の各々に他律的に第3出力下降制御を実行させて、実際購買電力Qmを第2基準購買電力Q2まで増やすようにする。これにより、突発的なデマンド減少に対しても逆潮流の発生を確実に防止することができる。 When each local controller 17 determines that actual purchased power Qm has fallen below the third reference purchased power Q3, resulting in a relatively sudden decrease in demand below the minimum demand power D, it autonomously executes second output decrease control to restore actual purchased power Qm to the third reference purchased power Q3. The system controller 18 then heteronomously causes each local controller 17 to execute third output decrease control to increase actual purchased power Qm to the second reference purchased power Q2. This makes it possible to reliably prevent reverse power flow from occurring even in the event of a sudden decrease in demand.

また、システムコントローラ18は、ローカルコントローラ17の各々に対し、個別に割り当てられた出力下降幅で第3出力下降制御を実行させる。これにより、第2出力下降制御の終了時に各機で不均一となっている出力電力を均等化された状態に戻して部分負荷運転を継続することができる。 The system controller 18 also causes each local controller 17 to execute the third output reduction control using the individually assigned output reduction amount. This allows the uneven output power of each unit to be returned to an equalized state at the end of the second output reduction control, allowing partial load operation to continue.

(4)(2)または(3)の電力供給システム1000において、複数台の発電ユニット100は、同一の定格出力電力を有し、第1基準購買電力Q1は、電力需要設備600における所定期間の最小需要電力Dから複数台の発電ユニットの設置台数Nに定格出力電力Aを乗じた最大供給可能電力を差し引いた差分値を下回る所定の正数値である。 (4) In the power supply system 1000 of (2) or (3), the multiple power generation units 100 have the same rated output power, and the first reference purchased power Q1 is a predetermined positive value that is less than the difference obtained by subtracting the maximum supplyable power calculated by multiplying the number N of installed power generation units by the rated output power A from the minimum demand power D for a predetermined period in the power demand facility 600.

第1基準購買電力Q1がこのように設定されている場合、工場等の操業が行われている高デマンド期間では、発電ユニット100の全台が定格出力電力で運転されることになる。そのため、購買電力コストを最小化するという自家発電のメリットを享受することができる。 When the first standard purchased power Q1 is set in this way, during periods of high demand when factories and other facilities are operating, all power generating units 100 will operate at their rated output power. This allows you to enjoy the benefits of private power generation, such as minimizing purchased power costs.

また、各発電ユニット101~104は、全負荷運転をベースにして稼働されるので、均等に割り当てられた出力調整幅で第1出力下降制御および出力上昇制御を実行させると、部分負荷運転中の出力電力が常に均等化された状態に保たれる。これにより、電力供給システム1000の試運転実施後、各機のメンテナンスサイクルを一致させることができる。 Furthermore, since each power generation unit 101-104 operates based on full-load operation, executing the first output decrease control and output increase control with an equally allocated output adjustment range keeps the output power during partial-load operation in an equalized state. This allows the maintenance cycles of each unit to be matched after the power supply system 1000 has been commissioned.

(5)(2)または(3)の電力供給システム1000において、ローカルコントローラ17の各々は、自機の現時点の出力情報(セルスタック1に対する掃引電流値、系統連系インバータ16d出力電力等)を継続的にシステムコントローラ18に送信し、システムコントローラ18は、各機から受信した出力情報を使用して他律的出力調整制御(定速出力下降制御A、定速出力下降制御C、定速出力上昇制御)および自律的出力調整制御(定速出力下降制御B)を統括する。 (5) In the power supply system 1000 of (2) or (3), each local controller 17 continuously transmits its own current output information (sweep current value for the cell stack 1, output power of the grid-connected inverter 16d, etc.) to the system controller 18, and the system controller 18 uses the output information received from each device to oversee heteronomous output adjustment control (constant-speed output decrease control A, constant-speed output decrease control C, constant-speed output increase control) and autonomous output adjustment control (constant-speed output decrease control B).

システムコントローラ18は、ローカルコントローラ17が定速出力下降制御A~Cおよび定速出力上昇制御の実行しているときに、各機の出力情報を随時取得して出力調整の進行状況を監視する。出力情報を取得できないときは、デマンド変化に対応できずに逆潮流が発生する危険性があるが、その危険性を早期に判断することができる。 When the local controller 17 is executing constant-speed output decrease controls A to C and constant-speed output increase control, the system controller 18 continually acquires output information from each unit and monitors the progress of output adjustments. If output information cannot be acquired, there is a risk that demand changes cannot be accommodated and reverse power flow will occur, but this risk can be determined early.

また、ローカルコントローラ17が定速出力下降制御A,Cおよび定速出力上昇制御の終了したときには、各機の出力情報を随時取得して各発電ユニット101~104に対する出力割当量を演算する。これにより、各発電ユニット101~104の出力電力を速やかに均等化することができる。 Furthermore, when the local controller 17 completes constant-speed output decrease control A, C and constant-speed output increase control, it acquires output information from each unit as needed and calculates the output allocation amount for each power generation unit 101-104. This allows the output power of each power generation unit 101-104 to be quickly equalized.

(6)(2)または(3)の電力供給システム1000において、ローカルコントローラ17の各々は、システムコントローラ18として機能し得るシステムコントール部を有し、複数台の発電ユニット100は、1台の親機と残余の子機とに区分され、親機に指定された発電ユニット101におけるシステムコントール部は、システムコントローラ18として有効化され、子機に指定された発電ユニット102~104におけるシステムコントール部は、システムコントローラ18として無効化される。 (6) In the power supply system 1000 of (2) or (3), each of the local controllers 17 has a system control unit that can function as a system controller 18, and the multiple power generation units 100 are divided into one parent unit and the remaining child units, and the system control unit in the power generation unit 101 designated as the parent unit is enabled as the system controller 18, and the system control units in the power generation units 102 to 104 designated as child units are disabled as the system controller 18.

複数台の発電ユニット101~104は、ローカルコントローラ17に組み込まれたシステムコントール部の有効/無効を切替可能に構成されている。親機に指定された発電ユニット101のシステムコントール部のみをシステムコントローラ18として有効化することで、独立型のシステムコントローラを設置する必要がなくなる。そのため、電力供給システム1000の導入コスト(機器費用および工事費用等)を最小化することができる。 The multiple power generation units 101-104 are configured so that the system control unit built into the local controller 17 can be switched between enabled and disabled. By enabling only the system control unit of the power generation unit 101 designated as the parent unit as the system controller 18, there is no need to install a standalone system controller. This minimizes the introduction costs (equipment costs, construction costs, etc.) of the power supply system 1000.

(7)(6)の電力供給システム1000において、電流センサ200は、親機および子機のローカルコントローラ17の各々に対応付けられた複数個の第1電流センサ201~204(第1電流センサ)と、親機のシステムコントローラ18に対応付けられた単一の第2電流センサと、を含み、第2電流センサは、装備するか否かを選択可能である。 (7) In the power supply system 1000 of (6), the current sensor 200 includes a plurality of first current sensors 201-204 (first current sensors) associated with each of the local controllers 17 of the parent and child devices, and a single second current sensor associated with the system controller 18 of the parent device, and it is possible to select whether or not to install the second current sensor.

複数個の第1電流センサ201~204は、複数台の発電ユニット101~104に対応付けられて設けられる。そのため、各機のローカルコントローラ17では、実際購買電力Qmをリアルタイムに把握することが可能である。そのため、ローカルコントローラ17は、デマンドの急激な減少に対して遅滞なく第2出力下降制御を実行することができる。 Multiple first current sensors 201-204 are provided in correspondence with multiple power generation units 101-104. This allows the local controller 17 of each unit to grasp the actual purchased power Qm in real time. This allows the local controller 17 to execute second output reduction control without delay in response to a sudden decrease in demand.

また、追加の第2電流センサを装備させた場合、システムコントローラ18は、実際購買電力Qmのモニタ値を独自に算出することが可能になる。そのため、システムコントローラ18は、第1出力下降制御および第3出力下降制御をローカルコントローラ17の各々に実行させにあたって、精度の高い割当出力下降幅情報を生成することができる。同様に、システムコントローラ18は、出力上昇制御をローカルコントローラ17の各々に実行させるあたって、精度の高い割当出力下降幅情報を生成することができる。 Furthermore, if an additional second current sensor is installed, the system controller 18 will be able to independently calculate the monitor value of actual purchased power Qm. As a result, the system controller 18 can generate highly accurate allocated power decrease width information when having each of the local controllers 17 execute the first output decrease control and the third output decrease control. Similarly, the system controller 18 can generate highly accurate allocated power decrease width information when having each of the local controllers 17 execute the output increase control.

(8)(1)~(3)の電力供給システム1000において、ローカルコントローラ17の各々は、更に、自機と商用電源系統500との協調状態に関する第2情報、自機が専有するパワーコンディショナ16の内部温度に関する第3情報、および自機が専有する発電モジュール20の熱的バランスに関する第4情報のいずれかに基づいて、自律的出力調整制御を実行可能に構成され、システムコントローラ18は、第2情報、第3情報および第4情報のいずれかに基づく自律的出力調整制御を実行中の発電ユニット100を除く残余の発電ユニット100を、第1情報に基づく他律的出力調整制御(定速出力下降制御A、定速出力下降制御C、定速出力上昇制御)および自律的出力調整制御(定速出力下降制御B)を実行させる出力調整機のグループに区分する。 (8) In the power supply system 1000 of (1) to (3), each local controller 17 is further configured to be able to execute autonomous output adjustment control based on any of second information regarding the cooperative state between itself and the commercial power system 500, third information regarding the internal temperature of the power conditioner 16 exclusively owned by itself, and fourth information regarding the thermal balance of the power generation module 20 exclusively owned by itself, and the system controller 18 classifies the remaining power generation units 100, excluding the power generation units 100 currently executing autonomous output adjustment control based on any of the second information, third information, and fourth information, into groups of output adjusters that execute heteronomous output adjustment control (constant-speed output decrease control A, constant-speed output decrease control C, constant-speed output increase control) and autonomous output adjustment control (constant-speed output decrease control B) based on the first information.

ローカルコントローラ17の各々は、第2情報、第3情報および第4情報に基づく出力調整制御を、第1情報に基づく出力調整制御よりも優先して自立的に実行する。第2情報に基づく出力調整制御を優先して実行することにより、予期しない逆潮流の発生を回避する。その結果、電力事業者が運営する商用電源系統500に悪影響を及ぼすことがないようにすることができる。第3情報に基づく出力調整制御を優先して実行することにより、系統連系インバータ16dのパワーモジュールを構成するIGBT等のスイッチング素子が過熱により損傷するのを防止する。その結果、定期メンテナンス以外の異常発生で発電モジュール100を停止させる頻度を低減することができる。第4情報に基づく出力調整制御を優先して実行することにより、発電モジュール20の水自立を維持したり、燃料利用率の悪化や発電セルの劣化を防止したりする。その結果、高効率の発電運転を継続することができる。 Each local controller 17 autonomously executes output adjustment control based on the second information, third information, and fourth information, prioritizing it over output adjustment control based on the first information. By prioritizing output adjustment control based on the second information, unexpected reverse power flow is avoided. As a result, adverse effects on the commercial power grid 500 operated by the electric power utility can be prevented. By prioritizing output adjustment control based on the third information, switching elements such as IGBTs that constitute the power module of the grid-connected inverter 16d are prevented from being damaged by overheating. As a result, the frequency of shutting down the power generation module 100 due to abnormalities other than scheduled maintenance can be reduced. By prioritizing output adjustment control based on the fourth information, water independence of the power generation module 20 is maintained and deterioration of the fuel utilization rate and degradation of the power generation cells are prevented. As a result, highly efficient power generation operation can be continued.

また、システムコントローラ18は、第2情報、第3情報および第4情報のうち、いずれかの情報に基づく自律的出力調整制御を実行中の発電ユニット100が存在するときは、これらを除いた残余の発電ユニット100を出力調整機のグループに区分する。そのため、出力調整機を活用しながら、デマンド変化に電力供給量を追従させることができる。 Furthermore, if there are power generation units 100 that are executing autonomous output adjustment control based on any of the second, third, and fourth information, the system controller 18 classifies the remaining power generation units 100 excluding these into an output adjuster group. This makes it possible to make the power supply follow changes in demand while utilizing the output adjuster.

(9)(1)~(3)の電力供給システム1000において、複数台の発電ユニット100において、発電モジュール20の各々は、固体酸化物形燃料電池セルを集積したセルスタック1を含んで構成される。 (9) In the power supply system 1000 of (1) to (3), each of the power generation modules 20 in the multiple power generation units 100 includes a cell stack 1 that integrates solid oxide fuel cell cells.

電力供給システム1000は、SOFCを用いるタイプの発電ユニット100によって自家発電を行い、需要家へ自家発電電力を供給する。SOFCは、火力発電電力に比べて一次エネルギー効率が高いので、需要家が電力事業者から購入している商用電力の一部を自家発電電力に切り替えることで、二酸化炭素の排出量削減を図ることができる。 The power supply system 1000 generates electricity privately using a power generation unit 100 that uses an SOFC, and supplies the privately generated electricity to consumers. Because SOFCs have higher primary energy efficiency than thermally generated electricity, consumers can reduce carbon dioxide emissions by switching some of the commercial electricity they purchase from power companies to privately generated electricity.

また、複数台の発電ユニット100は、商用電源系統500の停電発生時に、連系運転モードから自立運転モードへ移行が可能である。自然災害等による停電発生時に自立して電力供給を維持するシステムを実現することで、社会生活や経済活動への悪影響を軽減することができる。 Furthermore, multiple power generation units 100 can switch from grid-connected operation mode to independent operation mode in the event of a power outage in the commercial power system 500. By realizing a system that can independently maintain power supply in the event of a power outage caused by a natural disaster, etc., it is possible to reduce the adverse impact on social life and economic activity.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の構成は上記実施形態に限られず、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。 Although the above describes an embodiment of the present invention, the configuration of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. In other words, the above embodiment is illustrative in all respects and should be considered not to be limiting. The technical scope of the present invention is defined by the claims, not the description of the above embodiment, and should be understood to include all modifications that fall within the meaning and scope of the claims.

〔国連が主導する持続可能な開発目標(SDGs)への貢献〕
本開示に係る発電ユニットおよび電力供給システムは、一次エネルギー効率の向上により二酸化炭素の排出量を削減させており、SDGs(Sustainable Development Goals)の目標13「気候変動に具体的な対策を」の実現に貢献し得る。また、本開示に係る発電ユニットおよび電力供給システムは、自然災害による停電発生時に自立して電力供給を維持することができ、SDGsの目標11「住み続けられるまちづくりを」の実現に貢献し得る。
[Contributing to the United Nations-led Sustainable Development Goals (SDGs)]
The power generation unit and power supply system according to the present disclosure reduce carbon dioxide emissions by improving primary energy efficiency, and can contribute to the realization of SDG Goal 13, "Take urgent action to combat climate change." Furthermore, the power generation unit and power supply system according to the present disclosure can independently maintain power supply in the event of a power outage caused by a natural disaster, and can contribute to the realization of SDG Goal 11, "Make cities and towns inclusive and sustainable."

1 セルスタック
2 改質器
3 バーナ
4 蒸発器
5 空気予熱器
6 アノードオフガス冷却器
7 アノードオフガス凝縮器
7a ファン
8 CO酸化器(一酸化炭素酸化器)
9 凝縮水回収タンク
10 第1原燃料ブロワ
11 第1空気ブロワ
12 水ポンプ
13 第2原燃料ブロワ
14 第2空気ブロワ
15 第3空気ブロワ
16 パワーコンディショナ
16a,16b DC/DCコンバータ
16c 平滑コンデンサ
16d 系統連系インバータ
16e,16f スイッチ
16g,16h 制御回路
17 ローカルコントローラ
17a 通信ユニット
18 システムコントローラ
20 発電モジュール
30 補機
40 負荷モジュール
41 電気ヒータ
42 放熱ファン
100 発電ユニット
101 第1発電ユニット
102 第2発電ユニット
103 第3発電ユニット
104 第4発電ユニット
200 電流センサ
201 第1電流センサ
202 第2電流センサ
203 第3電流センサ
204 第4電流センサ
300 自立コンセント
500 商用電源系統
600 電力需要設備
610 配電盤
1000 電力供給システム
Aa,Ab,Ac 空気
Ad 冷却用空気
B1 第1ベローズ形伸縮管継手
B2 第2ベローズ形伸縮管継手
B3 第3ベローズ形伸縮管継手
B4 第4ベローズ形伸縮管継手
E1,E2 燃料取入口
E3,E4,E5 空気取入口
E6 ガス排出口
Ga,Gf 原燃料ガス
Gb 混合ガス
Gc 改質ガス
Gd アノードオフガス
Ge カソードオフガス
Gg 燃焼ガス
La 原燃料ライン
Lb 混合ガスライン
Lc アノード燃料ライン
Ld アノードオフガスライン
Le カソード空気ライン
Lf カソードオフガスライン
Lg 燃焼ガスライン
Lh バーナ冷却用空気ライン
Li 改質水ライン
Lj 起動用空気ライン
Lk 冷却用空気ライン
Lk1 収集管
Lw 凝縮水回収ライン
Ma 第1分配マニホールド
Mb 第2分配マニホールド
Mc 第1収集マニホールド
Md 第2収集マニホールド
R1 第1領域
R2 第2領域
Sa 気水分離部
Sb 水位検知器
Sc 排水弁
Wa 改質水
Wb 凝縮水
Za 熱放射筒
Zb 燃焼ガス管
Zc 冷却管
REFERENCE SIGNS LIST 1 Cell stack 2 Reformer 3 Burner 4 Evaporator 5 Air preheater 6 Anode off-gas cooler 7 Anode off-gas condenser 7a Fan 8 CO oxidizer (carbon monoxide oxidizer)
9 Condensed water recovery tank 10 First raw fuel blower 11 First air blower 12 Water pump 13 Second raw fuel blower 14 Second air blower 15 Third air blower 16 Power conditioner 16a, 16b DC/DC converter 16c Smoothing capacitor 16d Grid-connected inverter 16e, 16f Switch 16g, 16h Control circuit 17 Local controller 17a Communication unit 18 System controller 20 Power generation module 30 Auxiliary equipment 40 Load module 41 Electric heater 42 Heat dissipation fan 100 Power generation unit 101 First power generation unit 102 Second power generation unit 103 Third power generation unit 104 Fourth power generation unit 200 Current sensor 201 First current sensor 202 Second current sensor 203 Third current sensor 204 Fourth current sensor 300 Stand-alone outlet 500 Commercial power supply system 600 Power demand facility 610 Distribution panel 1000 Power supply system Aa, Ab, Ac Air Ad Cooling air B1 First bellows type expansion joint B2 Second bellows type expansion joint B3 Third bellows type expansion joint B4 Fourth bellows type expansion joint E1, E2 Fuel inlet E3, E4, E5 Air inlet E6 Gas outlet Ga, Gf Raw fuel gas Gb Mixed gas Gc Reformed gas Gd Anode off-gas Ge Cathode off-gas Gg Combustion gas La Raw fuel line Lb Mixed gas line Lc Anode fuel line Ld Anode off-gas line Le Cathode air line Lf Cathode off-gas line Lg Combustion gas line Lh Burner cooling air line Li Reforming water line Lj Start-up air line Lk Cooling air line Lk1 Collection pipe Lw Condensed water recovery line Ma First distribution manifold Mb Second distribution manifold Mc First collection manifold Md Second collection manifold R1 First region R2 Second region Sa Air-water separator Sb Water level detector Sc Drain valve Wa Reforming water Wb Condensed water Za Heat radiation tube Zb Combustion gas pipe Zc Cooling pipe

Claims (9)

商用電源系統に対して並列状態で運転される複数台の発電ユニットと、
前記複数台の発電ユニットの制御状態を統括するシステムコントローラと、を備え、
前記複数台の発電ユニットの各々は、
発電モジュールと、
前記発電モジュールの発電電力を前記商用電源系統の交流電力に相当する出力電力に変換するパワーコンディショナと、
前記発電モジュールの発電電力を制御することによって、前記出力電力を制御するローカルコントローラと、を有し、
前記複数台の発電ユニットにおいて、前記ローカルコントローラの各々は、定格出力電力以下かつ最小出力電力以上の範囲で前記出力電力を調整する出力調整制御を実行可能に構成され、
前記出力調整制御は、
他律的に前記出力電力を調整する他律的出力調整制御と、
自律的に前記出力電力を調整する自律的出力調整制御と、を含み、
前記システムコントローラは、
前記複数台の発電ユニットの全台を、前記出力調整制御を実行させる出力調整機のグループに区分し、
前記商用電源系統からの購買電力に関する第1情報に基づいて、前記出力調整機の各々の出力電力を略均等にさせるように、前記他律的出力調整制御および前記自律的出力調整制御を統括する
電力供給システム。
a plurality of power generation units operated in parallel with a commercial power system;
a system controller that controls the control state of the plurality of power generating units,
Each of the plurality of power generation units comprises:
a power generation module;
a power conditioner that converts the power generated by the power generation module into output power equivalent to AC power of the commercial power supply system;
a local controller that controls the output power by controlling the power generated by the power generation module,
In the plurality of power generating units, each of the local controllers is configured to be able to execute output adjustment control to adjust the output power within a range not exceeding a rated output power and not less than a minimum output power,
The output adjustment control includes:
a heteronomous output adjustment control for heteronomously adjusting the output power;
an autonomous output adjustment control that autonomously adjusts the output power;
The system controller
Dividing all of the plurality of power generating units into groups of output adjusters that execute the output adjustment control;
A power supply system that controls the heteronomous output adjustment control and the autonomous output adjustment control so as to approximately equalize the output power of each of the output adjusters based on first information regarding power purchased from the commercial power system.
前記商用電源系統から電力需要設備に流れる順潮流電流を検出する電流センサを備え、
前記システムコントローラは、
前記第1情報として、前記電流センサの検出情報から実際購買電力を算出し、
前記実際購買電力が第1基準購買電力を下回っている場合に、前記実際購買電力が前記第1基準購買電力よりも高位の第2基準購買電力に略等しくなるように、前記ローカルコントローラの各々に均等に割り当てられた出力下降幅で第1出力下降制御を実行させ、
前記実際購買電力が前記第2基準購買電力を上回っている場合に、前記実際購買電力が前記第1基準購買電力から前記第2基準購買電力までの範囲内に入るまで、前記ローカルコントローラの各々に均等に割り当てられた出力上昇幅で出力上昇制御を実行させる
請求項1に記載の電力供給システム。
a current sensor for detecting a forward flow current flowing from the commercial power supply system to the power demand facility;
The system controller
calculating an actual purchased power from the detection information of the current sensor as the first information;
When the actual purchased power is lower than a first reference purchased power, a first output decrease control is executed with an output decrease width equally allocated to each of the local controllers so that the actual purchased power becomes substantially equal to a second reference purchased power that is higher than the first reference purchased power;
2. The power supply system of claim 1, wherein when the actual purchased power exceeds the second reference purchased power, each of the local controllers is caused to perform output increase control with an output increase amount equally allocated to each of the local controllers until the actual purchased power falls within a range from the first reference purchased power to the second reference purchased power.
前記ローカルコントローラの各々は、
前記第1情報として、前記電流センサの検出情報から実際購買電力を算出し、
前記実際購買電力が前記第1基準購買電力よりも低位の第3基準購買電力を下回っている場合に、前記実際購買電力が前記第3基準購買電力に略等しくなるように、第2出力下降制御を実行し、
前記システムコントローラは、
前記第2出力下降制御が実行された後、前記実際購買電力が前記第2基準購買電力に略等しくなるように、前記ローカルコントローラの各々に個別に割り当てられた出力下降幅で第3出力下降制御を実行させる
請求項2に記載の電力供給システム。
Each of the local controllers
calculating an actual purchased power from the detection information of the current sensor as the first information;
When the actual purchased power is lower than a third reference purchased power that is lower than the first reference purchased power, a second output decrease control is executed so that the actual purchased power becomes substantially equal to the third reference purchased power;
The system controller
3. The power supply system of claim 2, wherein after the second output decrease control is executed, a third output decrease control is executed with an output decrease width individually assigned to each of the local controllers so that the actual purchased power becomes approximately equal to the second reference purchased power.
前記複数台の発電ユニットは、同一の定格出力電力を有し、
前記第1基準購買電力は、前記電力需要設備における所定期間の最小需要電力から前記複数台の発電ユニットの設置台数に前記定格出力電力を乗じた最大供給可能電力を差し引いた差分値を下回る所定の正数値である
請求項2または3に記載の電力供給システム。
the plurality of power generating units have the same rated output power;
The power supply system described in claim 2 or 3, wherein the first standard purchased power is a predetermined positive value that is less than the difference value obtained by subtracting the maximum supplyable power obtained by multiplying the number of installed power generation units by the rated output power from the minimum demand power for a predetermined period in the power demand facility.
前記ローカルコントローラの各々は、自機の現時点の出力情報を継続的に前記システムコントローラに送信し、
前記システムコントローラは、各機から受信した前記出力情報を使用して前記他律的出力調整制御および前記自律的出力調整制御を統括する
請求項2または3に記載の電力供給システム。
each of the local controllers continuously transmits its own current output information to the system controller;
4. The power supply system according to claim 2, wherein the system controller uses the output information received from each device to control the heteronomous output adjustment control and the autonomous output adjustment control.
前記ローカルコントローラの各々は、前記システムコントローラとして機能し得るシステムコントール部を有し、
前記複数台の発電ユニットは、1台の親機と残余の子機とに区分され、
前記親機に指定された発電ユニットにおける前記システムコントール部は、前記システムコントローラとして有効化され、
前記子機に指定された発電ユニットにおける前記システムコントール部は、前記システムコントローラとして無効化される
請求項2または3に記載の電力供給システム。
each of the local controllers has a system control unit capable of functioning as the system controller;
The plurality of power generating units are divided into one parent unit and the remaining child units,
The system control unit in the power generating unit designated as the parent unit is enabled as the system controller,
4. The power supply system according to claim 2, wherein the system control unit in the power generating unit designated as the slave unit is disabled as the system controller.
前記電流センサは、
前記親機および前記子機の前記ローカルコントローラの各々に対応付けられた複数個の第1電流センサと、
前記親機の前記システムコントローラに対応付けられた単一の第2電流センサと、を含み、
前記第2電流センサは、装備するか否かを選択可能である
請求項6に記載の電力供給システム。
The current sensor
a plurality of first current sensors associated with the local controllers of the parent device and the child device;
a single second current sensor associated with the system controller of the parent device;
The power supply system according to claim 6, wherein the second current sensor can be selected whether or not to be provided.
前記ローカルコントローラの各々は、更に、自機と前記商用電源系統との協調状態に関する第2情報、自機が専有する前記パワーコンディショナの内部温度に関する第3情報、および自機が専有する前記発電モジュールの熱的バランスに関する第4情報のいずれかに基づいて、前記自律的出力調整制御を実行可能に構成され、
前記システムコントローラは、前記第2情報、前記第3情報および前記第4情報のいずれかに基づく前記自律的出力調整制御を実行中の発電ユニットを除く残余の発電ユニットを、前記第1情報に基づく前記他律的出力調整制御および前記自律的出力調整制御を実行させる出力調整機のグループに区分する
請求項1~3のいずれか1項に記載の電力供給システム。
each of the local controllers is further configured to be able to execute the autonomous output adjustment control based on any of second information regarding a cooperative state between the local controller and the commercial power system, third information regarding an internal temperature of the power conditioner exclusively owned by the local controller, and fourth information regarding a thermal balance of the power generation module exclusively owned by the local controller;
The power supply system according to any one of claims 1 to 3, wherein the system controller classifies the remaining power generation units, excluding the power generation units currently executing the autonomous output adjustment control based on any one of the second information, the third information, and the fourth information, into a group of output adjusters that execute the heteronomous output adjustment control and the autonomous output adjustment control based on the first information.
前記複数台の発電ユニットにおいて、前記発電モジュールの各々は、固体酸化物形燃料電池セルを集積したセルスタックを含んで構成される
請求項1~3のいずれか1項に記載の電力供給システム。
4. The power supply system according to claim 1, wherein each of the power generation modules in the plurality of power generation units includes a cell stack in which solid oxide fuel cells are integrated.
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