JP2010250967A - Fuel cell power generating system and control method for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池の発電出力を多相の交流電力に変換して負荷に供給する燃料電池発電装置及び燃料電池発電装置の制御方法に関する。 The present invention relates to a fuel cell power generation device that converts a power generation output of a fuel cell into multiphase AC power and supplies it to a load, and a control method for the fuel cell power generation device.
従来、燃料電池発電装置を用いて負荷への電力供給を行うようにした燃料電池発電装置が提案されている。
例えば、図７に示すように、この燃料電池発電装置１００では、燃料電池１の発電出力をインバータ３で三相交流に変換し、遮断器ＭＣＢ１を介して顧客負荷２０に供給すると共に、燃料電池発電装置１００内のポンプやブロア、ヒータ等といった各種の３相の補機負荷６に供給している。
2. Description of the Related Art Conventionally, a fuel cell power generator that supplies power to a load using a fuel cell power generator has been proposed.
For example, as shown in FIG. 7, in this fuel cell
また、このような燃料電池発電装置１００では、燃料として都市ガスやＬＰＧ等の原燃料を用い、原燃料を改質器２で水素リッチな改質ガスに改質し、その結果得た改質ガスを燃料電池１に供給して燃料電池発電を行っている。
そして、コントローラ５において、電流センサ１ａで検出された燃料電池１の発電電流に基づき、燃料電池１の発電出力が各負荷で必要とする電力に見合った電力量となるように改質器２への原燃料の供給量を制御することにより、燃料電池１の発電出力と燃料電池１側から見た電力負荷とのバランスを保つようにしている。
Further, in such a fuel cell
Then, based on the power generation current of the
また、燃料電池発電装置１００では、原燃料を改質ガスに改質する必要があり、原燃料の流量を調整したとしても燃料電池１に実際に供給される改質ガスの流量が変化するまでに応答時間を要する。このため、負荷への供給電力を燃料電池１の発電出力のみにより賄う自立運転を行う際には、供給する燃料流量を、負荷に見合った発電出力となるように制御したとしても、結果的に燃料電池１が燃料不足傾向となる可能性がある。
Further, in the fuel cell
そのため、負荷の負荷量変動に対する追従特性を向上させるために、負荷量変動に備えて、負荷で要求される電力に見合った燃料よりも予め多めに燃料供給を行うことにより燃料不足傾向となることを抑制するようにしたり、また、負荷の負荷量の変動パターンを予め検出しておき、この変動パターンに沿って改質ガスの流量を調整することにより、負荷変動に対する追従性を向上させるようにしたりする方法（特許文献１）等も提案されている。 Therefore, in order to improve the follow-up characteristics with respect to the load amount fluctuation of the load, in preparation for the load amount fluctuation, the fuel supply tends to be insufficient by supplying more fuel in advance than the fuel commensurate with the electric power required by the load. In addition, by detecting the fluctuation pattern of the load amount of the load in advance and adjusting the flow rate of the reformed gas along this fluctuation pattern, the followability to the load fluctuation is improved. A method (Patent Document 1) or the like has also been proposed.
ところで、燃料電池１で発電された直流電力からなる発電出力は、図７に示すように、インバータ３で交流電力に変換された後負荷に供給され、インバータ３では、例えば３相の平衡電圧を出力している。
このような３相の平衡電圧を出力している状態で、燃料電池１の発電出力を供給すべき負荷が不平衡状態（各相の負荷間が平衡でない状態）であると、商用周波数の整数倍のリップルを含んだ電力が負荷で消費されることになる。また、燃料電池１の発電電圧はほぼ一定であるため、燃料電池１の発電電流にもリップル成分が現れることになる。
By the way, as shown in FIG. 7, the power generation output composed of DC power generated by the
When the load to which the power generation output of the
一方で、リップルの変化速度は、原燃料の流量制御速度に比較して速い。このため、燃料電池１の発電電流に見合った流量となるように原燃料の流量制御を行ったとしても、燃料電池１に実際に供給される改質ガスの流量変化が追いつかず、燃料電池１が燃料不足となる状態が発生し、燃料電池１本体が劣化する可能性がある。
前述のように、燃料を予め多めに投入することにより、燃料不足傾向となることを抑制することはできるが、リップルの大きさによっては燃料不足が生じることになり、リップルを見込んで燃料をさらに多めに投入すると、燃料の無駄な消費につながる。
On the other hand, the rate of change of ripple is faster than the flow rate control speed of raw fuel. For this reason, even if the flow control of the raw fuel is performed so that the flow rate corresponds to the generated current of the
As described above, by adding a large amount of fuel in advance, it is possible to suppress the tendency of fuel shortage, but depending on the size of the ripple, fuel shortage may occur, and further fuel is expected in anticipation of ripple. If a large amount is added, it leads to wasteful consumption of fuel.
また、不平衡状態を抑制する方法として、不平衡調整用の負荷を予め設けておき、負荷への出力電力が不平衡状態であるときには、出力ライン間に、不平衡を抑制するように不平衡調整用の負荷を接続することにより、不平衡を解消する方法も考えられる。しかしながら、このように、不平衡調整用の負荷を設けるということはすなわち、コスト増加につながるため、コスト増加を伴うことなく、不平衡を調整する方法が望まれていた。
そこで、この発明は、上記従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、負荷への出力電力が不平衡状態となることを容易に回避することの可能な燃料電池発電装置及び燃料電池発電装置の制御方法を提供することを目的としている。
In addition, as a method of suppressing the unbalanced state, an unbalanced adjustment load is provided in advance, and when the output power to the load is in an unbalanced state, unbalanced so as to suppress unbalanced between the output lines. A method of eliminating the imbalance by connecting an adjustment load is also conceivable. However, providing a load for unbalance adjustment in this way leads to an increase in cost, and therefore a method for adjusting unbalance without increasing the cost has been desired.
Accordingly, the present invention has been made paying attention to the above-mentioned conventional unsolved problems, and a fuel cell power generator and a fuel that can easily avoid the output power to the load being in an unbalanced state. It aims at providing the control method of a battery power generation device.
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る発明は、燃料電池と、前記燃料電池で発電された直流電力を多相の交流電力に変換して負荷に供給するインバータと、前記燃料電池による発電を行なうために必要な単相補機負荷と、前記単相補機負荷を、前記インバータの多相出力のうちの何れか２相間に接続し、且つ接続先の相を切り替え可能な接続先切り替え手段と、前記インバータ側からみた電力負荷の不平衡状態を検出する不平衡状態検出手段と、前記電力負荷が不平衡状態にあることが検出されたとき、前記インバータ側からみた電力負荷がより平衡状態となる、前記単相補機負荷の接続先を検索する不平衡調整手段と、を備え、前記接続先切り替え手段は、前記不平衡調整手段の検索結果にしたがって前記単相補機負荷の接続先を切り替えることを特徴としている。
In order to achieve the above object, an invention according to
また、請求項２に係る発明は、前記単相補機負荷を複数備え、前記不平衡調整手段は、前記単相補機負荷の接続先を個別に検索することを特徴としている。
さらに、請求項３に係る発明は、前記単相補機負荷は、ヒータであることを特徴としていう。
さらにまた、請求項４に係る発明は、前記接続先切り替え手段は、前記単相補機負荷を、コンダクタを介して前記インバータの多相出力の出力ラインに接続し、コンダクタを制御することにより、前記多相出力のうちの何れか２相間に前記単相補機負荷を選択的に接続することを特徴としている。
The invention according to
The invention according to
Furthermore, in the invention according to claim 4, the connection destination switching means connects the single complementary machine load to an output line of a multiphase output of the inverter through a conductor, and controls the conductor to thereby The single complementary machine load is selectively connected between any two phases of the multiphase outputs.
また、本発明の請求項５に係る発明は、燃料電池と、前記燃料電池で発電された直流電力を多相の交流電力に変換して負荷に供給するインバータと、前記燃料電池による発電を行なうために必要な単相補機負荷と、を備えた燃料電池発電装置の制御方法であって、前記単相補機負荷を、前記インバータの多相出力のうちの何れか２相間に接続し、前記インバータ側からみた電力負荷が不平衡状態にあるとき、前記インバータ側からみた電力負荷がより平衡状態となるように、前記単相補機負荷の接続先の相間を切り替えることを特徴としている。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a fuel cell, an inverter for converting DC power generated by the fuel cell into multi-phase AC power to be supplied to a load, and power generation by the fuel cell. And a single complementary machine load necessary for controlling the fuel cell power generation apparatus, wherein the single complementary machine load is connected between any two phases of the multiphase outputs of the inverter, and the inverter When the power load viewed from the side is in an unbalanced state, the phase of the connection destination of the single complementary machine load is switched so that the power load viewed from the inverter side is more balanced.
ここで、インバータ側から見た電力負荷が不平衡状態である場合、負荷への供給電力にリップルが生じ、燃料電池の発電電圧がほぼ一定の状態を維持すると燃料電池の発電電流にリップルが生じることになる。このため、燃料電池に、発電電流に見合った燃料供給が行われるように燃料流量を制御したとしても、燃料電池に実際に供給される燃料流量が変化するまでには応答時間を要するため、発電電流に生じるリップルの変化に対して燃料電池に供給される燃料流量の変化が追いつかず、結果的に燃料電池が燃料不足傾向となる可能性がある。 Here, when the power load seen from the inverter side is in an unbalanced state, a ripple occurs in the power supplied to the load, and a ripple occurs in the generated current of the fuel cell if the generated voltage of the fuel cell is maintained at a substantially constant state. It will be. For this reason, even if the fuel flow rate is controlled so that the fuel cell is supplied with fuel corresponding to the generated current, a response time is required until the fuel flow rate actually supplied to the fuel cell changes. The change in the flow rate of the fuel supplied to the fuel cell cannot catch up with the change in the ripple generated in the current, and as a result, the fuel cell may tend to run out of fuel.
しかしながら、インバータの多相出力の何れか２相間に単相補機負荷を予め接続しておき、インバータ側からみた電力負荷が不平衡状態にあることを検出したときには、インバータ側からみた電力負荷がより平衡状態となる位置に、単相補機負荷の接続先が切り替えられるため、不平衡状態が抑制されることになる。このため、燃料電池の発電電流にリップルが生じることを抑制することができ、結果的に燃料電池が燃料不足傾向となることを抑制することができる。
特に、単相補機負荷を複数設けることによって、インバータ出力の各相間の負荷の調整をより精度よく行なうことができるため、インバータ側から見た電力負荷をより平衡状態に近づけることが可能となる。
However, when a single complementary machine load is connected in advance between any two phases of the multiphase output of the inverter and it is detected that the power load seen from the inverter side is in an unbalanced state, the power load seen from the inverter side is more Since the connection destination of the single-complementary machine load is switched to the position where the equilibrium state is achieved, the unbalanced state is suppressed. For this reason, it can suppress that a ripple arises in the electric power generation electric current of a fuel cell, and can suppress that a fuel cell becomes a fuel shortage tendency as a result.
In particular, by providing a plurality of single-complementary machine loads, the load between the phases of the inverter output can be adjusted with higher accuracy, so that the power load viewed from the inverter side can be brought closer to an equilibrium state.
本発明によれば、燃料電池による発電に必要な単相補機負荷を、インバータの多相出力の何れか２相間に接続し、インバータから見た電力負荷が平衡状態に近づくように、単相補機負荷の接続先を切り替えるようにしたため、不平衡状態を調整するための負荷などを別途設けることなく、インバータ側からみた電力負荷をより平衡状態に近づけることができ、結果的に、電力負荷が不平衡状態にあることに起因して、燃料電池の発電電流にリップルが生じることを抑制し、燃料電池が燃料不足傾向となることを抑制することができる。
特に、単相補機負荷を複数設けることにより、各相間の負荷をより精度よく調整することができ、インバータ側から見た電力負荷をより平衡状態に近づけることができる。
According to the present invention, a single complementary machine load necessary for power generation by a fuel cell is connected between any two phases of the multiphase output of the inverter, and the single complementary machine is so arranged that the power load seen from the inverter approaches an equilibrium state. Since the connection destination of the load is switched, the power load viewed from the inverter side can be brought closer to the balanced state without separately providing a load for adjusting the unbalanced state. It is possible to suppress the generation of ripples in the power generation current of the fuel cell due to the equilibrium state, and to suppress the fuel cell from becoming a fuel shortage.
In particular, by providing a plurality of single complementary machine loads, the load between the phases can be adjusted with higher accuracy, and the power load viewed from the inverter side can be brought closer to an equilibrium state.
以下、本発明の実施の形態を説明する。
まず、第１の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用した燃料電池発電装置１００の概略構成を示す図である。
燃料電池発電装置１００は、直流電力を発生する燃料電池１と、都市ガス或いはＬＰＧなどの原燃料を、改質用蒸気を用いて改質し、水素リッチな改質ガスを燃料電池１に出力する改質器２と、燃料電池１で発生した直流電力を３相の平衡電圧に変換するインバータ３と、燃料電池発電装置１００全体を制御するコントローラ５とを備え、インバータ３で変換された３相交流のｒ相、ｓ相、ｔ相の各交流出力ライン１１ｒ、１１ｓ、１１に、顧客負荷２０が接続される。
Embodiments of the present invention will be described below.
First, a first embodiment will be described.
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a fuel
The fuel
また、各交流出力ライン１１ｒ、１１ｓ、１１ｔの、インバータ３と顧客負荷２０との間には、インバータ３と顧客負荷２０との間を遮断するための遮断器ＭＣＢ１が設けられている。また、交流出力ライン１１ｒ、１１ｓ、１１ｔの、インバータ３と遮断器ＭＣＢ１との間には３相補機負荷７が接続されると共に、遮断器ＭＣＢ１と顧客負荷２０との間には、遮断器ＭＣＢ２及び切り替え回路１５を介して、単相補機負荷９が接続される。
Moreover, between each
また、燃料電池１とインバータ３の間には、燃料電池１の発電電流Ｉｆｃを検出する電流センサ１ａが設けられている。また、交流出力ライン１１ｒ、１１ｓ、１１ｔの、切り替え回路１５の接続点と遮断器ＭＣＢ１との間には、各相の線電流を検出するための線電流センサ１２ｒ、１２ｓ、１２ｔがそれぞれ設けられている。これら電流センサ１ａ及び線電流センサ１２ｒ〜１２ｔの検出値はコントローラ５に入力される。
Further, a
前記３相補機負荷７及び単相補機負荷９は、燃料電池保温用に設けられているヒータ、或いは寒冷地仕様の燃料電池発電装置に設けられている、燃料電池パッケージ内を保温するためのパッケージ内保温ヒータ等といった各種ヒータ、或いは、排熱回収用又は電池冷却水用等のポンプ、換気用のブロア等といった、燃料電池１で電力発電を行なうに際に必要な、燃料電池発電装置１００内に設けられた各種の補器負荷からなる。
The three-
このうち、例えば後述の冷却水過熱器３５に用いられるヒータは単相負荷で構成され、これが単相補機負荷９として切り替え回路１５を介してインバータ３の出力側に接続される。なお、単相補機負荷９は、冷却水過熱器３５に限るものではなく、例えば、冷却水配管を温めるためのヒータ等であってもよく、また、燃料電池保温用のヒータに限らず、燃料電池１による発電中に常時作動させるものであれば適用することができる。
そして、冷却水過熱器３５用のヒータを除く各補機負荷は、３相の平衡負荷で構成され、これら３相補機負荷７は、交流出力ライン１１ｒ、１１ｓ、１１ｔに直接接続される。なお、ここでは、各種の複数の３相の補機負荷をまとめて３相補機負荷７として扱うものとする。
Among these, for example, a heater used in a
Each auxiliary load excluding the heater for the
切り替え回路１５は、ＲＳコンダクタ１５ｒｓと、ＳＴコンダクタ１５ｓｔと、ＲＴコンダクタ１５ｒｔとを備える。ＲＳコンダクタ１５ｒｓは、ｒ相の交流出力ライン１１ｒと接続される単相補機用交流ライン３１ｒ及びｓ相の交流出力ライン１１ｓと接続される単相補機用交流ライン３１ｓのそれぞれに一端が接続され、他端は、単相補機負荷９に接続される。ＳＴコンダクタ１５ｓｔは、ｓ相の交流出力ライン１１ｓと接続される単相補機用交流ライン３１ｓ及びｔ相の交流出力ライン１１ｔと接続される単相補機用交流ライン３１ｔのそれぞれに一端が接続され、他端は、単相補機負荷９に接続される。ＲＴコンダクタ１５ｒｔは、ｒ相の交流出力ライン１１ｒと接続される単相補機用交流ライン３１ｒ及びｔ相の交流出力ライン１１ｔと接続される単相補機用交流ライン３１ｔのそれぞれに一端が接続され、他端は、単相補機負荷９に接続される。
The switching
そして、単相補機用交流ライン３１ｒ〜３１ｔの、切り替え回路１５と交流出力ライン１１ｒ〜１１ｔとの間に遮断器ＭＣＢ２が介挿されている。
これにより、遮断器ＭＣＢ２を導通状態とした状態で、ＲＳコンダクタ１５ｒｓ、ＳＴコンダクタ１５ｓｔ、ＲＴコンダクタ１５ｒｔの何れか１つを導通状態とすることにより、インバータ３の３相の交流出力のうちの、何れか２相間に、単相補機負荷９が接続されるようになっている。
And the circuit breaker MCB2 is inserted between the switching
Thereby, in a state where the circuit breaker MCB2 is in a conductive state, any one of the RS conductor 15rs, the ST conductor 15st, and the RT conductor 15rt is in a conductive state, so that of the three-phase AC outputs of the
なお、遮断器ＭＣＢ１は、導通／非導通の切り替えを、交流出力ライン１１ｒ〜１１ｔに対して同時に行なう。同様に遮断器ＭＣＢ２は、導通／非導通の切り替えを、単相補機用交流ライン３１ｒ〜３１ｔに対して同時に行なう。
また、各コンダクタ１５ｒｓ、１５ｓｔ、１５ｒｔは、導通／非導通の切り替えを、何れか２相の単相補機用交流ラインに対して同時に行なう。
In addition, circuit breaker MCB1 performs conduction | electrical_connection / non-conduction switching with respect to
In addition, each of the conductors 15rs, 15st, and 15rt performs conduction / non-conduction switching simultaneously on any two-phase AC line for a single complementary machine.
コントローラ５は、図示しない各種センサの検出信号に基づき、燃料電池発電装置１００内の各部を制御する。また、改質器２に供給される原燃料流量が、電流センサ１ａの発電電流に見合った流量となるように原燃料の流量制御を行い、燃料電池１の発電出力が、顧客負荷２０及び各種補機負荷で要求される電力に見合った電力となるように制御する。
また、コントローラ５は不平衡抑制処理を実行し、線電流センサ１２ａ〜１２ｃの検出値に基づき、インバータ３側から見た電力負荷が平衡状態（各相の負荷間が平衡である状態）にあるか否かを判定し、インバータ３側から見た電力負荷が平衡状態となるように、切り替え回路１５の各コンダクタ１５ｒｓ、１５ｓｔ、１５ｔｒを切り替える。
The
Further, the
図２は、燃料電池１の概略構成を示すブロック図である。
天然ガスやＬＰＧ等といった原燃料は、原燃料供給系２１を経て燃料反応器２２に供給される。この燃料反応器２２は、脱硫器２２ａ、ＣＯ変成器２２ｂ及び熱交換機２２ｃが一体に組み込まれて形成され、燃料反応器２２に供給された原燃料は、熱交換器２２ｃで加熱された後、脱硫器２２ａに供給される。
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the
Raw fuel such as natural gas or LPG is supplied to the
脱硫器２２ａは、天然ガスやＬＰＧ等といった炭化水素系の原燃料に含まれる硫黄分を除去する脱硫触媒が充填され、脱硫器２２ａで脱硫された原燃料は、エゼクタ２３に送られる。
エゼクタ２３は、脱硫器２２ａからの原燃料と、水蒸気供給系２３ａを経て導入される水蒸気分離器２４で分離された水蒸気とを混合して改質器２に供給する。
The
The
改質器２には、水蒸気と混合された原燃料がエゼクタ２３から導入されると共に、燃焼空気供給用ブロア２６ａを備えた燃焼空気供給系２６を通して燃焼空気が導入され、さらに、燃料電池本体２７から排出される未反応水素を含む燃料オフガスがオフガス供給系２８を経て導入される。そして、改質器２において、水蒸気が付加された原燃料がバーナ２５ａによる燃焼により水蒸気改質されて、水素に富む水素リッチガスが生成される。
A raw fuel mixed with water vapor is introduced into the
改質器２で生成された水素リッチガスはＣＯ変成器２２ｂに送られ、含まれる触媒被毒物質であるＣＯがＣＯ2へ変成された後、燃焼ガスとして、改質ガス供給系２９を経て燃料電池本体２７の燃料極２７ａへと送られる。また、改質器２５から出た燃焼排ガスは、燃焼排ガス系３０を通して水回収用凝縮器３１に送られる。
一方、燃料電池本体２７の空気極２７ｂには、反応空気ブロア３２ａを備えた反応空気供給系３２を通して反応用の空気が送られ、電池反応後の空気は、空気排出系３３を通して水回収用凝縮器３１に送られる。
The hydrogen-rich gas generated in the
On the other hand, reaction air is sent to the
また、燃料電池本体２７には、冷却板２７ｃが組み込まれている。この冷却板２７ｃの内部には、水蒸気分離器２４に貯留された、電気伝導度が低く且つシリカ等の鉱物系異物の少ない純水が冷却水として供給される。この純水は、燃料電池冷却水循環ポンプ３４ａを備えた冷却水循環系３４により水蒸気分離器２４から循環供給されると共に、純水の一部は、燃料電池用冷却水の廃熱回収用の熱交換器３４ｂを介して循環供給され、これによって、燃料電池本体２７の発電に伴う発熱を除去し、燃料電池本体２７の温度を所定の運転温度に維持している。
A cooling
冷却水循環系３４により燃料電池本体２７に循環供給され、燃料電池本体２７での発電による生成熱を除去して冷却し、その熱を得て高温になった加圧水、或いは水と水蒸気とからなる気液二層流の冷却水は、冷却水加熱器３５を経て水蒸気分離器２４の気相部へと還流される。
冷却水加熱器３５は、起動時及び水蒸気分離器２４の圧力変動時の補償用として設置されているものであって、電気ヒータを組み込んで構成される。
The cooling
The cooling
水回収用凝縮器３１には燃焼排ガス系３０を通して改質器２５からの燃焼排ガスが導入されると共に、空気排出系３３を通して燃料電池本体２７の空気極２７ｂからの電池反応後の空気排出ガスが導入され、空冷式冷却器戻りライン４１を通して導入される空冷式冷却器４２で冷却された冷却水により、燃焼排ガス及び空気排出ガス中の回収水を冷却する。
Combustion exhaust gas from the reformer 25 is introduced into the
水回収用凝縮器３１で回収された生成水のうち、一部は、回収水循環ポンプ４３ａ及び外部冷却器循環ポンプ４３ｂを備える空冷式冷却器往きライン４３を通して空冷式冷却器４２に導入される。空冷式冷却器往きライン４３の、回収水循環ポンプ４３ａと外部冷却器循環ポンプ４３ｂとの間には三方調節弁４３ｃが設けられ、空冷式冷却器往きライン４３を循環する、水回収用凝縮器３１で回収された生成水の一部は冷却媒体循環系４４に排出される。この冷却媒体循環系４４に排出された水回収用凝縮器３１からの生成水は、冷却媒体として燃料電池用冷却水の廃熱回収用熱交換器３４ｂに供給された後、排熱中温水熱交換器４４ａに供給され、ここで熱交換された後、一部は空冷式冷却器往きライン４３に戻される。
Part of the product water recovered by the
また、空冷式冷却器往きライン４３の、外部冷却器循環ポンプ４３ｂと空冷式冷却器４２との間には三方調節弁４３ｄが設けられ、空冷式冷却器往きライン４３を流れる生成水の一部は、空冷式冷却器戻りライン４１に排出される。
水回収用凝縮器３１で生成された生成水は、さらに補給水ポンプ４６ａを備えた生成水回収ライン４６を介して燃料電池高温水熱変換器４７に供給された後、イオン交換式水処理装置４８に導入される。そして、このイオン交換式水処理装置４８で生成された純水が給水ポンプ４９により、燃料電池冷却水循環ポンプ３４ａの吸入側に吐出され、これによって、水蒸気分離器２４の純水の補給が行われる。
In addition, a three-
The generated water generated by the
燃料電池高温水熱交換機４７には、冷却媒体として、空冷式冷却器戻りライン４１を流れる冷却水が冷却媒体循環系４７ａにより循環供給される。
次に、上記第１の実施の形態の動作を、図３に示す、コントローラ５で実行される不平衡抑制処理の処理手順の一例を示すフローチャートを伴って説明する。
コントローラ５では、この図３に示す不平衡抑制処理を予め設定したタイミングで実行する。例えば、コントローラ５は、不平衡抑制処理を、顧客負荷２０に対して、燃料電池１の発電電力による電力供給を開始した初期の時点或いは、顧客負荷２０で負荷量が変更されたとき、或いは、顧客負荷２０への電力供給を行なっている間、所定周期で実行する。
The cooling water flowing through the air-cooled
Next, the operation of the first embodiment will be described with reference to a flowchart showing an example of the processing procedure of the unbalance suppression processing executed by the
The
また、コントローラ５では、初期状態では、切り替え回路１５において何れか１つのコンダクタのみを閉状態に制御し、何れかの相間に単相補機負荷９を接続する。ここでは、例えば切り替え回路１５のＲＳコンダクタ１５ｒｓのみを閉状態に制御する。すなわち、ｒ相、ｓ相、ｔ相の交流出力ライン１１ｒ〜１１ｔのうち、ｒ相及びｓ相の交流出力ライン１１ｒ、１１ｓ間に単相補機負荷９を接続する。
なお、ここでは、簡単のために、インバータ３の出力側に３相補機負荷７は接続されていないものとして説明する。
いま、顧客負荷２０として、ｒ−ｔ相間に４Ωの負荷が接続され、ｓ−ｔ相間に４Ωの負荷が接続され、ｒ−ｓ相間には負荷が接続されていないものとする。
In the
Here, for the sake of simplicity, it is assumed that the three-
Now, as the
仮に、この状態で、遮断器ＭＣＢ２を非導通状態としたまま顧客負荷２０への電力供給を行なった場合、顧客負荷２０は３相不平衡負荷であるため、インバータ３側からみた電力負荷は不平衡状態（各相の負荷間が平衡でない状態）となる。この不平衡状態において各線電流センサ１２ｒ〜１２ｔで検出される、各線電流の実効値は、図４（ａ）に示すように不平衡となる。例えば、各相間電圧が２００〔Ｖ〕であるとすると、ｒ−ｔ相間に流れるｒ−ｔ間電流及びｓ−ｔ相間に流れるｓ−ｔ間電流は、２００〔Ｖ〕÷４〔Ω〕＝５０〔Ａ〕となり、ｒ−ｓ間電流は０〔Ａ〕となって、線電流Ｉｒ＝５０〔Ａ〕、Ｉｓ＝５０〔Ａ〕、Ｉｔ＝５０×√３＝８６．５〔Ａ〕となる。
In this state, if power is supplied to the
しかしながら、図１に示すように、３相の何れかの相間に、遮断器ＭＣＢ２及び切り替え回路１５を介して単相補機負荷９を接続しており、初期状態では、ＲＳコンダクタ１５ｒｓのみが閉状態に制御されているため、ｒ相及びｓ相間に単相補機負荷９が接続されることになる。
このため、顧客負荷２０は３相不平衡負荷であるものの、ｒ相及びｓ相間に単相補機負荷９を接続することによって、インバータ３側から見た電力負荷は、不平衡状態が抑制されることになる。例えば、単相補機負荷９が、４〔Ω〕の負荷であるとすると、顧客負荷２０は、ｒ−ｔ相間及びｓ−ｔ相間に４〔Ω〕の負荷が接続される不平衡負荷であり、ｒ−ｓ相間には４〔Ω〕の単相補機負荷９が接続されることになるため、結果的に、各相間に４〔Ω〕の負荷が接続されることになる。
However, as shown in FIG. 1, a single complementary machine load 9 is connected between any of the three phases via the circuit breaker MCB2 and the switching
Therefore, although the
このため、各相間の電流は２００〔Ｖ〕÷４〔Ω〕＝５０〔Ａ〕となり、各線電流Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔは、５０〔Ａ〕×√３≒８６．５〔Ａ〕となり、インバータ３側からみた電力負荷は図４（ｂ）に示すように平衡となる。
したがって、顧客負荷２０が不平衡であっても、単相補機負荷９を接続することによって、インバータ３側から見た電力負荷の不平衡状態を抑制したことになる。
Therefore, the current between each phase is 200 [V] ÷ 4 [Ω] = 50 [A], and each line current Ir, Is, It is 50 [A] × √3≈86.5 [A]. The power load seen from the 3 side is balanced as shown in FIG.
Therefore, even if the
そして、この状態で、図３の不平衡抑制処理が実行されると、まず、線電流センサ１２ｒ、１２ｓ、１２ｔで検出した、各相の線電流Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔが読み込まれ（ステップＳ１）、これら各相の線電流Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔに基づき平衡状態にあるか否かが判断される（ステップＳ２）。例えば、各線電流Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔのそれぞれの間の差が、予め設定した許容範囲内にあるとき、平衡状態であると判断する。
In this state, when the unbalance suppression process of FIG. 3 is executed, first, the line currents Ir, Is, It detected by the line
この場合、図４（ｂ）に示すように、インバータ３側から見た電力負荷は平衡状態であるため、これら各線電流間の差は許容範囲内となる。よって、インバータ３側から見た電力負荷は平衡状態であると判断される（ステップＳ２）。このため、コントローラ５は、不平衡抑制処理を終了する。
これによって、切り替え回路１５は、ＲＳコンダクタ１５ｒｓのみが閉状態に維持された状態を維持し、すなわち、単相補機負荷９が、ｒ−ｓ相間に接続された状態を維持する。つまり、インバータ３側から見た電力負荷は平衡状態に維持されることになる。
In this case, as shown in FIG. 4B, since the power load viewed from the
Thereby, the switching
したがって、燃料電池１の発電出力はインバータ３で３相交流電力に変換され、遮断器ＭＣＢ１を介して顧客負荷２０に供給され、さらに、インバータ３の３相交流出力は、遮断器ＭＣＢ１及びＭＣＢ２を介して切り替え回路１５に供給される。そして、切り替え回路１５のＲＳコンダクタ１５ｒｓを介して、単相補器負荷９には、単相の交流出力が供給される。これによって、顧客負荷２０に対して３相交流電力が供給されると共に、単相補機負荷９に対して単相交流出力が供給されることになって、燃料電池１の発電電力により、顧客負荷２０への電力供給が行なわれると共に、燃料電池発電装置１００内の各補機負荷への電力供給が賄われることになる。
なお、３相補機負荷７は３相平衡負荷であるため、インバータ３の交流出力が３相補機負荷７に供給されたとしても、インバータ３側からみた電力負荷を、平衡状態に維持することができる。
Therefore, the power generation output of the
Since the three-
一方、初期状態で、単相補機負荷９をｒ−ｓ相間に接続したときの各相の線電流が平衡状態とならなかったとき、或いは、初期状態で、単相補機負荷９をｒ−ｓ相間に接続することにより平衡状態に維持された状態から、顧客負荷２０の負荷が変化すること等により不平衡状態となったときには、線電流センサ１２ｒ〜１２ｔで検出される各線電流Ｉｒ〜Ｉｔの差が大きくなるため、不平衡抑制処理において、ステップＳ２の処理で不平衡状態であると判断される。
On the other hand, when the line current of each phase when the single complementary machine load 9 is connected between the rs phases in the initial state does not reach the equilibrium state, or the single complementary machine load 9 is rs in the initial state. When the
このため、コントローラ５は、ステップＳ２からステップＳ３に移行し、差電流Ｉｒｓ（＝Ｉｒ−Ｉｓ）が、差電流の最大値（実効値）Ｉｄｉｆｍａｘ以上であり、且つ差電流Ｉｒｔ（＝Ｉｒ−Ｉｔ）が、差電流の最大値（実効値）Ｉｄｉｆｍａｘ以上であるかを判断する。
ここで、差電流の最大値（実効値）Ｉｄｉｆｍａｘは、各線電流間の差から、不平衡状態にあると判断するためのしきい値であって、すなわち、平衡状態であるとみなすことの可能な線電流の差の許容範囲を規定する値である。この差電流の最大値Ｉｄｉｆｍａｘは、単相補機負荷９の容量に応じて決定する。例えば、上述のように、単相補機負荷９が４〔Ω〕、１０〔ｋｗ〕の負荷である場合には、差電流の最大値Ｉｄｉｆｍａｘは、５０〔Ａ〕として設定する。
For this reason, the
Here, the maximum value (effective value) Idifmax of the difference current is a threshold value for determining that there is an unbalanced state from the difference between the line currents, that is, it can be regarded as being in the balanced state. This is a value that defines the allowable range of the difference in line current. The maximum value Idifmax of the difference current is determined according to the capacity of the single complementary machine load 9. For example, as described above, when the single complementary machine load 9 is a load of 4 [Ω] and 10 [kw], the maximum value Idifmax of the difference current is set as 50 [A].
そして、差電流Ｉｒｓ及びＩｒｔが共に、差電流の最大値（実効値）Ｉｄｉｆｍａｘ以上であるとき、つまり、ｒ相の線電流に比較してｔ相の線電流及びｓ相の線電流が小さいときにはステップＳ４に移行し、切り替え回路１５において、ＳＴコンダクタ１５ｓｔのみを閉状態とし、ＲＳコンダクタ１５ｒｓ及びＲＴコンダクタ１５ｒｔは開状態として、単相補機負荷９を、ｓ相及びｔ相間に接続する。このため、単相補機負荷９が接続された分だけ、ｓ−ｔ相間の負荷が増加し、ｓ−ｔ間に流れる電流が増加するため、単相補機負荷９は、結果的に、ｔ相及びｓ相の線電流を増加させる方向に作用することになり、すなわち、不平衡を抑制する方向に作用することになる。
When the difference currents Irs and Irt are both equal to or greater than the maximum value (effective value) Idifmax of the difference current, that is, when the t-phase line current and the s-phase line current are smaller than the r-phase line current. In step S4, in the switching
一方、ステップＳ３で差電流Ｉｒｓ及びＩｒｔが共に差電流の最大値（実効値）Ｉｄｉｆｍａｘ以上でないときには、ステップＳ５に移行し、差電流Ｉｓｔ（＝Ｉｓ−Ｉｔ）が、差電流の最大値（実効値）Ｉｄｉｆｍａｘ以上であり、且つ差電流Ｉｓｒ（＝Ｉｓ−Ｉｒ）が、差電流の最大値（実効値）Ｉｄｉｆｍａｘ以上であるかを判断する。そして、差電流Ｉｓｔ及びＩｓｒが共に、差電流の最大値（実効値）Ｉｄｉｆｍａｘ以上であって、ｓ相の線電流に比較して、ｔ相及びｒ相の線電流が小さいときにはステップＳ６に移行し、切り替え回路１５において、ＲＴコンダクタ１５ｒｔのみを閉状態とし、ＲＳコンダクタ１５ｒｓ及びＳＴコンダクタ１５ｓｔは開状態として、単相補機負荷９をｒ相及びｔ相間に接続する。そして処理を終了する。
これにより、単相補機負荷９が接続された分だけ、ｒ−ｔ相間の負荷が増加し、ｒ−ｔ間に流れる電流が増加するため、単相補機負荷９は、結果的に、ｒ相及びｓ相の線電流を増加させる方向に作用することになり、すなわち、不平衡を抑制する方向に作用することになる。
On the other hand, when both the difference currents Irs and Irt are not equal to or larger than the maximum value (effective value) Idifmax of the difference current in step S3, the process proceeds to step S5, where the difference current Ist (= Is−It) is the maximum value (effective) of the difference current. Value) Idifmax or more, and it is determined whether the difference current Isr (= Is-Ir) is more than the maximum value (effective value) Idifmax of the difference current. Then, when both the difference currents Ist and Isr are equal to or greater than the maximum value (effective value) Idifmax of the difference current and the t-phase and r-phase line currents are smaller than the s-phase line current, the process proceeds to step S6. In the switching
As a result, the load between the rt phases is increased by the amount of connection of the single complementary machine load 9, and the current flowing between rt increases. And the s-phase line current is increased, that is, the s-phase line current is increased.
一方、ステップＳ５で差電流Ｉｓｔ及びＩｓｒが共に差電流の最大値（実効値）Ｉｄｉｆｍａｘ以上でないときには、ステップＳ７に移行し、差電流Ｉｔｓ（＝Ｉｔ−Ｉｓ）が、差電流の最大値（実効値）Ｉｄｉｆｍａｘ以上であり、且つ差電流Ｉｔｒ（＝Ｉｔ−Ｉｒ）が、差電流の最大値（実効値）Ｉｄｉｆｍａｘ以上であるかを判断する。そして、差電流Ｉｔｓ及びＩｔｒが共に、差電流の最大値（実効値）Ｉｄｉｆｍａｘ以上であって、ｔ相の線電流に比較して、ｓ相及びｒ相の線電流が小さいときにはステップＳ８に移行し、切り替え回路１５において、ＲＳコンダクタ１５ｒｓのみを閉状態とし、ＲＴコンダクタ１５ｒｔ及びＳＴコンダクタ１５ｓｔは開状態として、単相補機負荷９をｒ相及びｓ相間に接続する。そして、処理を終了する。
On the other hand, when both the difference currents Ist and Isr are not equal to or larger than the maximum value (effective value) Idifmax of the difference current in step S5, the process proceeds to step S7, and the difference current Its (= It-Is) becomes the maximum value (effective) of the difference current. Whether or not the difference current Itr (= It−Ir) is greater than or equal to the maximum value (effective value) Idifmax of the difference current. Then, when the difference currents Its and Itr are both equal to or greater than the maximum value (effective value) Idifmax of the difference current and the s-phase and r-phase line currents are smaller than the t-phase line current, the process proceeds to step S8. In the switching
これにより、単相補機負荷９が接続された分だけ、ｒ−ｓ相間の負荷が増加し、ｒ−ｓ相間に流れる電流が増加するため、単相補機負荷９は、結果的に、ｒ相及びｓ相の線電流を増加させる方向に作用することになり、すなわち、不平衡を抑制する方向に作用することになる。
一方、ステップＳ７で、差電流Ｉｔｓ及びＩｔｒが共に差電流の最大値（実効値）Ｉｄｉｆｍａｘ以上でないとき、すなわち、ステップＳ３、ステップＳ５、ステップＳ７の処理により不平衡状態を抑制し得る単相補機負荷９の接続先を検索したが、該当する接続先がみつからないときには、不平衡状態ではあるが、この不平衡状態は、許容範囲内であるとしてそのまま処理を終了する。
As a result, the load between the rs phases is increased by the amount of connection of the single complementary machine load 9, and the current flowing between the rs phases is increased. And the s-phase line current is increased, that is, the s-phase line current is increased.
On the other hand, when the difference currents Its and Itr are not equal to or greater than the maximum value (effective value) Idifmax of the difference current in step S7, that is, a single complementary machine that can suppress the unbalanced state by the processing of step S3, step S5, and step S7. When the connection destination of the load 9 is searched, but the corresponding connection destination is not found, it is in an unbalanced state, but this unbalanced state is regarded as being within the allowable range, and the processing is ended as it is.
したがって、例えば、顧客負荷２０が、ｒ−ｓ相間及びｒ−ｔ相間に負荷抵抗が４〔Ω〕である単相負荷がそれぞれ接続される不平衡負荷であって、且つ、１０〔ｋｗ〕、４〔Ω〕の単相補機負荷９がｒ−ｓ相間に接続された初期状態において、相間電圧が２００〔Ｖ〕の３相交流出力が供給された状態で、差電流Ｉｒｓが１００〔Ａ〕、Ｉｒｔが５０〔Ａ〕、Ｉｔｓが０〔Ａ〕であって、差電流Ｉｒｓ及びＩｒｔが共に差電流の最大値Ｉｄｉｆｍａｘ（５０〔Ａ〕）以上である場合には、切り替え回路１５において、ＲＳコンダクタ１５ｒｓは開状態、ＳＴコンダクタ１５ｓｔは閉状態に切り替えられる。
Therefore, for example, the
このため、ｒ−ｓ相間の負荷が減少するものの、ｓ−ｔ相間の負荷は増加し、結果的に、各線電流は、Ｉｒ＝８６．５〔Ａ〕、Ｉｓ＝８６．５〔Ａ〕、Ｉｔ＝８６．５〔Ａ〕となり、差電流は、Ｉｒｓが０〔Ａ〕、Ｉｒｔが０〔Ａ〕、Ｉｔｓが０〔Ａ〕となり、各差電流は、単相補機負荷９がｒ−ｓ相間に接続されている場合よりも小さくなる。すなわち、不平衡状態が抑制されたことになる。 For this reason, although the load between rs phases decreases, the load between st phases increases, and as a result, each line current is Ir = 86.5 [A], Is = 86.5 [A], It = 86.5 [A], and the difference currents are 0 [A] for Irs, 0 [A] for Irt, and 0 [A] for Its. Smaller than when connected between phases. That is, the unbalanced state is suppressed.
なお、単相補機負荷９の接続先を切り替えると、例えば上述のようにｒ−ｓ相間の負荷が減少し、その分、ｓ−ｔ相間の負荷が増加することになり、単相補器負荷９の接続先を切り替えたとしても不平衡を抑制することができない可能性がある。この現象は、差電流の最大値Ｉｄｉｆｍａｘが小さいときほど、図３のステップＳ３、ステップＳ５、ステップＳ７の条件を満足しやすくなり、接続先が切り替わるために生じ易くなるが、これを回避するために、差電流の最大値Ｉｄｉｆｍａｘを大きくするとこれはすなわち、不平衡の許容範囲も大きくなることを意味する。 When the connection destination of the single complementary machine load 9 is switched, for example, the load between the rs phases decreases as described above, and the load between the s phases increases accordingly, and the single complement load 9 Even if the connection destination is switched, there is a possibility that imbalance cannot be suppressed. This phenomenon is more likely to occur because the conditions of step S3, step S5, and step S7 in FIG. 3 are satisfied and the connection destination is switched as the maximum value Idifmax of the difference current is smaller. In addition, when the maximum value Idifmax of the difference current is increased, this means that the allowable range of unbalance is also increased.
そのため、差電流の最大値Ｉｄｉｆｍａｘは、不平衡の許容範囲をどの程度とするかを考慮して設定し、且つ、前述のように、単相補機負荷９の容量に応じて、不平衡を許容範囲内に抑え、且つ単相負荷の接続先の切り替えが頻繁に起きないように 設定する。このように設定することによって、不平衡を的確に抑制することができる。
このように、線電流に基づいて不平衡状態であるか否かを判定すると共に、どの相間の負荷を増加させればよいかを判定し、判定結果に応じて単相補機負荷９の接続先を切り替えるようにしたため、不平衡状態を的確に抑制することができる。
Therefore, the maximum value Idifmax of the difference current is set in consideration of the allowable range of unbalance, and as described above, unbalance is allowed according to the capacity of the single complementary machine load 9. Set it within the range so that switching of the connection destination of single-phase load does not occur frequently. By setting in this way, imbalance can be suppressed accurately.
In this way, it is determined whether or not the unbalanced state is based on the line current, it is determined which phase load should be increased, and the connection destination of the single complementary machine load 9 is determined according to the determination result. Therefore, the unbalanced state can be accurately suppressed.
したがって、インバータ３側から見た出力電力が不平衡状態であることに起因して、燃料電池１の発電電流Ｉｆｃにリップルが生じることを抑制することができる。このため、燃料電池１の発電電流Ｉｆｃに見合った燃料供給を行って、燃料電池１での発電を行わせることにより、顧客負荷２０や単相補機負荷９及び３相補機負荷７で必要とする電力に見合った電力供給が行われることになり、燃料電池１が燃料不足傾向となることを抑制することができる。したがって、燃料電池１が燃料不足傾向となることに起因して、燃料電池１本体に影響を及ぼすことを抑制することができる。
Therefore, it is possible to suppress the occurrence of ripple in the generated current Ifc of the
また、単相補機負荷９として、燃料電池発電装置１００において設ける必要のある補機負荷を適用しているため、例えば、調整用の負荷を別途設ける等といった機器の増加を伴うことなく実現することができ、すなわち、大幅なコストの増加を伴うことなく、不平衡状態を抑制することができる。また、調整用の負荷により不平衡状態を調整する方法の場合には、調整用の負荷はその分不要な電力消費を行なうことになるが、単相補機負荷９として、燃料電池発電装置１００において設ける必要のある補機負荷を適用しているため、不要な電力消費を伴うことなく実現することができる。
In addition, since the auxiliary load that needs to be provided in the fuel cell
また、単相補機負荷９として、ポンプや、ブロア等ではなく、冷却水加熱器３５等といったヒータを用いているため、運転中に出力変動が少なく、上記単相負荷として用いた場合に、制御が容易である という効果を得ることができる。
また、上述のように、単相補機負荷９の接続先を切り替えることにより不平衡状態を抑制するようにしているため、単相補機負荷９の容量に応じて不平衡状態の抑制度合が変化する。したがって、例えば、顧客負荷２０としてどのような不平衡負荷が接続される傾向にあるのか、すなわち、各線電流がどの程度の大きさとなる不平衡負荷が接続される傾向にあるのか等を監視し、これに基づき、接続される不平衡負荷の不平衡状態を抑制し得る容量の単相負荷を、単相補器負荷９として適用することによって、より、的確に不平衡状態を抑制することができる。
In addition, since a heater such as a cooling
Further, as described above, since the unbalanced state is suppressed by switching the connection destination of the single complementary machine load 9, the degree of suppression of the unbalanced state changes according to the capacity of the single complementary machine load 9. . Therefore, for example, what unbalanced load tends to be connected as the
また、上記実施の形態においては、切り替え回路１５では、単相補機負荷９の接続先を、各コンダクタ１５ｒｓ、１５ｓｔ、１５ｒｔを用いて切り替えているため、単相負荷９を複数用意する必要がなく、余計なコスト増加にならない いう効果を得ることができる。
なお、上記実施の形態においては、単相補機負荷９として、燃料電池保温用のヒータを用いた場合について説明したが、これに限るものではなく、例えば、寒冷地用の燃料電池発電装置に設けられている、パッケージ内保温ヒータを適用することも可能であり、燃料電池発電装置１００内に設けられ且つ燃料電池１が作動しているときに稼働させるヒータであれば適用することができる。
In the above embodiment, the switching
In the above embodiment, the case where a heater for keeping the fuel cell is used as the single complementary machine load 9 has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, it is provided in a fuel cell power generator for cold regions. It is also possible to apply an in-package heat retaining heater, and any heater that is provided in the fuel cell
また、上記実施の形態においては、単相補機負荷９として、ヒータを適用した場合について説明したが、これに限るものではなく、ポンプやブロア等といった他の負荷を単相負荷で構成し、これを適用することも可能である。
また、上記実施の形態においては、３相補機負荷７は、３相平衡負荷で構成される場合について説明したが、これに限るものではない。仮に、３相補機負荷７が不平衡負荷であっても適用することができる。
In the above embodiment, the case where a heater is applied as the single complementary machine load 9 has been described. However, the present invention is not limited to this, and other loads such as a pump and a blower are configured as a single-phase load. It is also possible to apply.
In the above embodiment, the case where the three-
すなわち、線電流センサ１２ｒ〜１２ｔは、交流出力ライン１１ｒ〜１１ｔの線電流を検出しており、この交流出力ライン１１ｒ〜１１ｔの線電流は、交流出力ライン１１ｒ〜１１ｔに接続されている負荷に応じた値を示すことになり、３相補機負荷７が不平衡負荷である場合にはこの影響が線電流センサ１２ｒ〜１２ｔの検出値に表れることになる。したがって、線電流センサ１２ｒ〜１２ｔの検出値に基づき、平衡状態となるように制御することによって、交流出力ライン１１ｒ〜１１ｔに接続された全ての負荷の総和が平衡状態となるように制御することができる。
That is, the line
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
図５は、第２の実施の形態における燃料電池発電装置１００の概略構成を示したものである。この第２の実施の形態における燃料電池発電装置１００は、単相補機負荷を複数設けたものである。
すなわち、図５に示すように、図１に示す第１の実施の形態の遮断器ＭＣＢ２、切り替え回路１５及び単相補機負荷９に替えて、遮断器ＭＣＢ２ａ、ＭＣＢ２ｂ、ＭＣＢ２ｃ、切り替え回路１５ａ、１５ｂ、１５ｃ及び単相補器負荷９ａ、９ｂ、９ｃが接続されている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 5 shows a schematic configuration of the fuel cell
That is, as shown in FIG. 5, the circuit breakers MCB2a, MCB2b, MCB2c, and switching
切り替え回路１５ａ〜１５ｃは、各交流出力ライン１１ｒ〜１１ｔの、遮断器ＭＣＢ１と顧客負荷２０との間に、遮断器ＭＣＢ２ａ〜２ｃを介して接続され、これら切り替え回路１５ａ、１５ｂ、１５ｃに、単相補機負荷９ａ、９ｂ、９ｃが接続されている。
なお、切り替え回路１５ａ〜１５ｃの構成は、図１に示す切り替え回路１５の構成と同一であるのでその詳細な説明は省略する。また、単相補機負荷９ａ〜９ｃは、単相補機負荷９と同様に、単相の補機負荷で構成され、前述のように、燃料電池保温用ヒータ、パッケージ保温用のヒータ等を、単相負荷で構成した負荷からなる。また、単相補機負荷９ａ〜９ｃは、上記第１の実施の形態と同様にヒータに限らず、単相の補機負荷であれば適用することができる。
The switching
The configuration of the switching
そして、これら切り替え回路１５ａ〜１５ｃは、初期状態では、それぞれ異なるコンダクタが閉状態に制御され、例えば、切り替え回路１５ａ（以下第１の切り替え回路ともいう）では、ＲＳコンダクタ１５ｒｓのみが閉状態に制御され、切り替え回路１５ｂ（以下第２の切り替え回路ともいう）では、ＳＴコンダクタ１５ｓｔのみが閉状態に制御され、切り替え回路１５ｃ（以下第３の切り替え回路ともいう）では、ＲＴコンダクタ１５ｒｔのみが閉状態に制御される。
The switching
これによって、初期状態では、各相間に、単相補機負荷９ａ〜９ｃがそれぞれ接続された状態となる。
そして、コントローラ５では、図３に示す不平衡状態抑制処理に替えて、図６に示す、単相補機負荷が複数ある場合の不平衡状態抑制処理を実行する。
すなわち、まず、ステップＳ１１で、上記図３のステップＳ１及びステップＳ２の処理と同様の手順で、各線電流センサ１２ｒ〜１２ｔの検出値を読み込み、ステップＳ１２で、平衡状態であるか否かを判断する。そして、平衡状態であれば、そのまま処理を終了する。
As a result, in the initial state, the single complementary machine loads 9a to 9c are connected between the respective phases.
Then, the
That is, first, in step S11, the detection values of the line
一方、ステップＳ１２の処理で不平衡状態と判断されるときには、ステップＳ１３に移行し、差電流の最大値Ｉｄｉｆｍａｘとして、第１の切り替え回路１５ａに接続された単相補機負荷９ａの容量に応じた最大値Ｉｄｉｆｍａｘ１を設定する。この最大値Ｉｄｉｆｍａｘ１ａの設定方法は、上記第１の実施の形態における差電流の最大値Ｉｄｉｆｍａｘの設定方法と同様である。
そして、ステップＳ１４に移行し、第１の切り替え回路１５ａに対する、コンダクタ切り替え処理を行なう。この処理は、図３のステップＳ３からステップＳ８の処理と同様の処理を行ない、不平衡状態を抑制し得る単相補機負荷９ａの接続先を検索する。
On the other hand, when it is determined that the unbalanced state is detected in the process of step S12, the process proceeds to step S13, and the maximum value Idifmax of the difference current is set according to the capacity of the single
Then, the process proceeds to step S14, and a conductor switching process is performed on the
すなわち、各差電流を演算し、差電流Ｉｒｓ及びＩｒｔが共に差電流の最大値Ｉｄｉｆｍａｘよりも大きいときには、第１の切り替え回路１５ａにおいてＳＴコンダクタ１５ｓｔのみを閉状態にし、差電流Ｉｓｔ及びＩｓｒが共に差電流の最大値Ｉｄｉｆｍａｘよりも大きいときには、第１の切り替え回路１５ａにおいてＲＴコンダクタ１５ｒｔのみを閉状態にし、差電流Ｉｔｓ及びＩｔｒが共に差電流の最大値Ｉｄｉｆｍａｘよりも大きいときには、第１の切り替え回路１５ａにおいてＲＳコンダクタ１５ｒｓのみを閉状態に制御する。
That is, each difference current is calculated, and when the difference currents Irs and Irt are both larger than the maximum difference current Idifmax, only the ST conductor 15st is closed in the
そして、図３のステップＳ３からステップＳ８に相当する、第１の切り替え回路１５ａに対するコンダクタ処理が終了したならば、図６のステップＳ１５に移行し、再度、各線電流センサ１２ｒ〜１２ｔの検出値を読み込み、ステップＳ１２の処理と同様の手順で、平衡状態であるか否かを判断する（ステップＳ１６）。そして、平衡状態であれば、そのまま処理を終了し、不平衡状態であれば、ステップＳ１７に移行する。
Then, when the conductor processing for the
ステップＳ１７では、差電流の最大値Ｉｄｉｆｍａｘとして、第２の切り替え回路１５ｂに接続された単相補機負荷９ｂの容量に応じた最大値Ｉｄｉｆｍａｘ２を設定する。この最大値Ｉｄｉｆｍａｘ２の設定方法は、上記第１の実施の形態における差電流の最大値Ｉｄｉｆｍａｘの設定方法と同様である。
そして、ステップＳ１８に移行し、第２の切り替え回路１５ｂに対する、コンダクタ切り替え処理を行ない、不平衡状態を抑制し得る単相補機負荷９ｂの接続先を検索する。この処理は、ステップＳ１４の処理と同様であって、図３のステップＳ３からステップＳ８の処理と同様の処理を行なう。
In step S17, the maximum value Idifmax2 corresponding to the capacity of the single complementary machine load 9b connected to the
Then, the process proceeds to step S18, where the conductor switching process is performed for the
そして、図３のステップＳ３からステップＳ８の処理と同様の手順で第２の切り替え回路１５ｂに対するコンダクタ処理が終了したならば、図６のステップＳ１９に移行し、再度、各線電流センサ１２ｒ〜１２ｔの検出値を読み込み、ステップＳ１２の処理と同様の手順で、平衡状態であるか否かを判断する（ステップＳ２０）。そして、平衡状態であれば、そのまま処理を終了し、不平衡状態であれば、ステップＳ２１に移行する。
Then, when the conductor process for the
ステップＳ２１では、差電流の最大値Ｉｄｉｆｍａｘとして、第３の切り替え回路１５ｃに接続された単相補機負荷９ｃの容量に応じた最大値Ｉｄｉｆｍａｘ３を設定する。この最大値Ｉｄｉｆｍａｘ３の設定方法は、上記第１の実施の形態における差電流の最大値Ｉｄｉｆｍａｘの設定方法と同様である。
そして、ステップＳ２２に移行し、第３の切り替え回路１５ｃに対する、コンダクタ切り替え処理を行ない、不平衡状態を抑制し得る単相補機負荷９ｃの接続先を検索する。この処理は、ステップＳ１４の処理と同様であって、図３のステップＳ３からステップＳ８の処理と同様の処理を行なう。
そして、図３のステップＳ３からステップＳ８の処理と同様の手順で第３の切り替え回路１５ｃに対するコンダクタ処理が終了したならば、処理を終了する。
In step S21, the maximum value Idifmax3 corresponding to the capacity of the single
Then, the process proceeds to step S22, where conductor switching processing is performed on the
Then, when the conductor process for the
次に、第２の実施の形態の動作を説明する。
初期状態では、切り替え回路１５ａはＲＳコンダクタ１５ｒｓのみが閉状態、切り替え回路１５ｂはＳＴコンダクタ１５ｓｔのみが閉状態、切り替え回路１５ｃはＲＴコンダクタ１５ｒｔのみが閉状態に制御されるため、交流出力ライン１１ｒ〜１１ｔの各相間それぞれに単相補機負荷９ａ〜９ｃが接続されることになる。ここで、例えば、単相補機負荷９ａ及び９ｃの容量はそれぞれ１０〔ｋｗ〕、単相補機負荷９ｂの容量は５〔ｋｗ〕とする。
Next, the operation of the second embodiment will be described.
In the initial state, the switching
この状態で、燃料電池１を作動させ、遮断器ＭＣＢ１、及びＭＣＢ２を導通状態に切り替えると、燃料電池１の発電出力はインバータ３で３相交流出力に変換された後、顧客負荷２０に供給されると共に、切り替え回路１５ａ〜１５ｃを介して各単相補機負荷９ａ〜９ｃに供給される。
そして、コントローラ５により、図６に示す不平衡抑制処理が実行され、線電流センサ１２ｒ〜１２ｔの検出信号に基づきインバータ３側からみた電力負荷が平衡状態であると判断されたならば（ステップＳ１１、ステップＳ１２）、そのまま処理を終了する。すなわち、顧客負荷２０が不平衡負荷であっても、３相の各相間に単相顧客負荷９ａ〜９ｃを接続することにより、インバータ３側から見た電力負荷が平衡状態となる場合には、このまま処理を終了する。
In this state, when the
Then, if the
一方、インバータ３側から見た電力負荷が不平衡状態であると判断されるときには、まず第１の切り替え回路１５ａについてコンダクタの切り替え処理を行い、各差電流と差電流の最大値Ｉｄｉｆｍａｘ１とに基づき、不平衡状態を抑制するための単相補機負荷９ａの接続先が検索される（ステップＳ１３、ステップＳ１４）。すなわち、例えば、差電流Ｉｒｓ及びＩｒｔが共に差電流の最大値Ｉｄｉｆｍａｘ１以上であるときには、ＲＳコンダクタ１５ｒｓに替えて、ＳＴコンダクタ１５ｓｔを閉状態に切り替える。これによって、ｒ−ｓ相間には何れの単相補機負荷も接続されず、ｓ−ｔ相間に単相補機負荷９ａ及び９ｂが接続され、ｒ−ｔ相間に単相補機負荷９ｃが接続された状態となる。
On the other hand, when it is determined that the power load viewed from the
そして、この状態で、再度各線電流センサ１２ｒ〜１２ｔの検出信号に基づきインバータ３側からみた電力負荷が平衡状態であるかが判定される。
ここで、単相補機負荷９ａの接続先を、ｒ−ｓ相間からｓ−ｔ相間に切り替えているため、ｓ−ｔ相間の負荷は大きくなるが、逆にｒ−ｓ相間の負荷は小さくなることになって、単相補機負荷９ａの接続先を切り替えても、不平衡状態が解消されないこともある。この場合には、今度は、第２の切り替え回路１５ｂについてコンダクタの切り替え処理を行い、各差電流と差電流の最大値Ｉｄｉｆｍａｘ２とに基づき、不平衡状態を抑制するための単相補機負荷９ｂの接続先が検索される（ステップＳ１７、ステップＳ１８）。
In this state, it is determined again whether the power load viewed from the
Here, since the connection destination of the single
そして、例えば、差電流Ｉｔｓ及びＩｔｒが共に差電流の最大値Ｉｄｉｆｍａｘ２以上であるときには、第２の切り替え回路１５ｂにおいて、ＳＴコンダクタ１５ｓｔに替えて、ＲＳコンダクタ１５ｒｓを閉状態に切り替える。これによって、ｓ−ｔ相間に接続されていた単相補機負荷９ｂが、ｒ−ｓ相間に接続されることになり、結果的に、当初、ｒ−ｓ相間に接続されていた単相補機負荷９ａと、ｓ−ｔ相間に接続されていた単相補機負荷９ｂとが入れ代わって接続されたことになる。
For example, when the difference currents Its and Itr are both equal to or greater than the maximum difference current Idifmax2, the
そして、単相補機負荷９ａの容量は１０〔ｋｗ〕であり、単相補機負荷９ｂの容量は５〔ｋｗ〕であるため、結果的に、ｒ−ｓ相間の負荷を、単相補機負荷９ａの容量と単相補機負荷９ｂとの差分（５〔ｋｗ〕）相当だけ減少させ、逆に、ｓ−ｔ相間の単相補機負荷９ａの容量と単相補機負荷９ｂとの差分（５〔ｋｗ〕）相当だけ増加させたことになる。
そして、この状態で、再度各線電流センサ１２ｒ〜１２ｔの検出信号に基づきインバータ３側からみた電力負荷が平衡状態であるかを判断し、平衡状態となったときには、処理終了するが、平衡状態とならなければ、同様にして第３の切り替え回路１５ｃに対する調整を行なう。
And since the capacity | capacitance of the single
Then, in this state, it is determined again whether the power load viewed from the
このように、第２の実施の形態においては、複数の単相補機負荷９ａ〜９ｃを設け、不平衡状態を抑制するように、各単相補機負荷の接続先を切り替えているため、単相補機負荷が１つの場合に比較して、各相間の負荷をより精度よく調整することができる。
したがって、上記第１の実施の形態と同等の作用効果を得ることができると共に、さらに不平衡状態をより精度よく調整することができ、すなわち、不平衡状態をより抑制することができる。
As described above, in the second embodiment, a plurality of single complementary machine loads 9a to 9c are provided, and the connection destination of each single complementary machine load is switched so as to suppress the unbalanced state. Compared with the case where the machine load is one, the load between each phase can be adjusted more accurately.
Therefore, it is possible to obtain the same effect as that of the first embodiment, and it is possible to adjust the unbalanced state with higher accuracy, that is, to further suppress the unbalanced state.
また、ある単相補機負荷の接続先を切り替えたならば、その状態で平衡状態であるか否かを判断し、不平衡状態であるときには次の単相補機負荷の接続先を検索する構成としているため、ある単相補機負荷の接続先を切り替えた後の状態を考慮して、他の単相補機負荷の接続先を検索するため、仮に、一の単相補機負荷の接続先を切り替えることにより、より不平衡状態となった場合であっても、次の単相補機負荷を、この時点での不平衡状態を抑制する相間に接続することによって、不平衡状態を的確に抑制することができる。 Also, if the connection destination of a single complementary machine load is switched, it is determined whether or not it is in an equilibrium state in that state, and when it is in an unbalanced state, the connection destination of the next single complementary machine load is searched. Therefore, considering the state after switching the connection destination of a single complementary machine load, to search for the connection destination of another single complementary machine load, temporarily switch the connection destination of one single complementary machine load. Therefore, even if the unbalanced state is further increased, the unbalanced state can be accurately suppressed by connecting the next single complementary machine load between the phases that suppress the unbalanced state at this point. it can.
また、上述のように、顧客負荷２０への交流出力ライン１１ｒ〜１１ｔに各単相補機負荷９ａ〜９ｃに接続することにより、顧客負荷２０が不平衡負荷である場合でも、インバータ３側から見た電力負荷が平衡状態となるように調整することができる。その反面、顧客負荷２０が平衡負荷である場合でも単相補機負荷９ａ〜９ｃを接続することになるため、単相補機負荷９ａ〜９ｃを接続したがために平衡状態とならないことも考えられる。
Further, as described above, the
しかしながら、単相補機負荷９ａ〜９ｃの接続先を、不平衡状態を抑制する位置に切り替えることにより不平衡状態を抑制することができるため、不平衡状態とはなるものの、単相補器負荷９ａ〜９ｃが接続されることにより、不平衡状態となった場合の影響を低減することができる。したがって、顧客負荷２０が平衡負荷である場合には、単相補機負荷９ａ〜９ｃを接続することによる影響をできるだけ小さくしつつ、且つ顧客負荷２０が不平衡負荷である場合には、単相補機負荷９ａ〜９ｃを接続することによって不平衡状態を抑制することができることになる。
However, since the unbalanced state can be suppressed by switching the connection destination of the single complementary machine loads 9a to 9c to a position where the unbalanced state is suppressed, the
また、顧客負荷２０が平衡負荷である場合には、単相補機負荷９ａ〜９ｃを設けることによって却って不平衡状態となるが、顧客負荷２０の稼働状況等から、顧客負荷２０として不平衡負荷が接続される可能性が比較的低いときには単相補機負荷９ａ〜９ｃの容量を同一にしておけば、インバータ３側からみた顧客負荷を平衡状態に維持することができる。
When the
したがって、顧客負荷２０として接続される負荷が不平衡負荷となる可能性や、不平衡負荷が接続されるときには、どの相間にどの程度の負荷が接続されるのか等といった不平衡状況等に基づいて、単相補機負荷９ａ〜９ｃとして必要な容量を判断し、これに見合った容量のヒータ等といった単相補機負荷を単相補機負荷９ａ〜９ｃとして用いれば、インバータ３側からみた出力電力の不平衡状態をより的確に抑制することができる。
Therefore, the load connected as the
また、このように複数の単相補機負荷９ａ〜９ｃを接続することにより、例えば、燃料電池１が作動中、断続的に作動させる補機負荷等であっても、単相補機負荷として適用することができる。この場合には、例えば定周期で不平衡抑制処理を実行し、インバー３側からみた出力電力の平衡状態を監視し、不平衡のときにはこれを抑制するように単相補機負荷９ａ〜９ｃの接続先を切り替えることにより、顧客負荷２０の負荷変動だけでなく、単相補機負荷９ａ〜９ｃ側の負荷変動により生じる不平衡状態に対しても不平衡状態を抑制するように制御することができる。
In addition, by connecting a plurality of single complementary machine loads 9a to 9c in this way, for example, even an auxiliary machine load that is intermittently operated while the
なお、実施の形態においては、３つの単相補機負荷９ａ〜９ｃを設けた場合について説明したが、これに限るものではなく、２つ或いは４つ以上の単相補機負荷を設けることも可能である。
また、上記実施の形態においては、各相の線電流Ｉａ〜Ｉｃを検出し、この線電流Ｉａ〜Ｉｃに基づき、不平衡状態を抑制する場合について説明したがこれに限るものではない。例えば、各相の電力量を検出する電力計等の電力量検出手段を設け、この電力計で検出した各相の電力量に基づき不平衡状態であるか否かを判定し、不平衡状態であるときには、各相間で電力量の差が小さくなるように単相補機負荷９、９ａ〜９ｃの接続先を検索するようにしてもよい。
In the embodiment, the case where the three single complementary machine loads 9a to 9c are provided has been described. However, the present invention is not limited to this, and it is possible to provide two or four or more single complementary machine loads. is there.
In the above embodiment, the case where the line currents Ia to Ic of each phase are detected and the unbalanced state is suppressed based on the line currents Ia to Ic has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, a power amount detection means such as a wattmeter for detecting the power amount of each phase is provided, and it is determined whether or not it is in an unbalanced state based on the power amount of each phase detected by this wattmeter. In some cases, the connection destinations of the single-
また、上記実施の形態においては、初期状態では、各単相補機負荷９ａ〜９ｃを異なる相間に接続する場合について説明したが、これに限るものではなく、初期状態で、何れかの相間に複数の単相補機負荷を接続することも可能である。
また、上記実施の形態においては、直流電力を３相交流電力に変換して顧客負荷２０に供給する場合について説明したが、これに限るものではなく、２相或いは３相以上の多相の交流電力に変換して顧客負荷２０側に供給する場合であっても適用することができる。
In the above embodiment, the case where the single complementary machine loads 9a to 9c are connected between different phases in the initial state has been described. However, the present invention is not limited to this. It is also possible to connect a single complementary machine load.
Moreover, although the case where DC power is converted into three-phase AC power and supplied to the
ここで、上記実施の形態において、顧客負荷２０が負荷に対応し、単相補機負荷９、９ａ〜９ｃが単相補機負荷に対応し、切り替え回路１５、１５ａ〜１５ｃが接続先切り替え手段に対応し、図３のステップＳ２の処理、又は図６のステップＳ１２、ステップＳ１６、ステップＳ２０の処理が不平衡状態検出手段に対応し、図３のステップＳ３からステップＳ８の処理、又は図６のステップＳ１４、ステップＳ１８、ステップＳ２２の処理が不平衡調整手段に対応している。
Here, in the above embodiment, the
１ 燃料電池
１ａ 電流センサ
２ 改質器
３ インバータ
５ コントローラ
７ ３相補機負荷
９、９ａ〜９ｃ 単相補機負荷
１１ａ〜１１ｃ 交流出力ライン
１２ｒ、１２ｓ、１２ｔ 線電流センサ
１５、１５ａ〜１５ｃ 切り替え回路
１５ｒｓ ＲＳコンダクタ
１５ｓｔ ＳＴコンダクタ
１５ｒｔ ＲＴコンダクタ
２０ 顧客負荷
１００ 燃料電池発電装置
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記燃料電池で発電された直流電力を多相の交流電力に変換して負荷に供給するインバータと、
前記燃料電池による発電を行なうために必要な単相補機負荷と、
前記単相補機負荷を、前記インバータの多相出力のうちの何れか２相間に接続し、且つ接続先の相を切り替え可能な接続先切り替え手段と、
前記インバータ側からみた電力負荷の不平衡状態を検出する不平衡状態検出手段と、
前記電力負荷が不平衡状態にあることが検出されたとき、前記インバータ側からみた電力負荷がより平衡状態となる、前記単相補機負荷の接続先を検索する不平衡調整手段と、を備え、
前記接続先切り替え手段は、前記不平衡調整手段の検索結果にしたがって前記単相補機負荷の接続先を切り替えることを特徴とする燃料電池発電装置。 A fuel cell;
An inverter that converts the DC power generated by the fuel cell into multiphase AC power and supplies it to a load;
A single-complementary machine load necessary to generate power by the fuel cell;
Connection destination switching means for connecting the single complementary machine load between any two phases of the multi-phase output of the inverter and switching the connection destination phase;
Unbalanced state detecting means for detecting an unbalanced state of the power load as seen from the inverter side;
When it is detected that the power load is in an unbalanced state, the power load viewed from the inverter side becomes more balanced, and comprises an unbalance adjustment means for searching for a connection destination of the single complementary machine load,
The connection destination switching means switches the connection destination of the single complementary machine load according to the search result of the unbalance adjustment means.
前記不平衡調整手段は、前記単相補機負荷の接続先を個別に検索することを特徴とする請求項１記載の燃料電池発電装置。 A plurality of the single complementary machine load,
2. The fuel cell power generator according to claim 1, wherein the unbalance adjusting means individually searches for a connection destination of the single complementary machine load.
前記燃料電池で発電された直流電力を多相の交流電力に変換して負荷に供給するインバータと、
前記燃料電池による発電を行なうために必要な単相補機負荷と、を備えた燃料電池発電装置の制御方法であって、
前記単相補機負荷を、前記インバータの多相出力のうちの何れか２相間に接続し、
前記インバータ側からみた電力負荷が不平衡状態にあるとき、前記インバータ側からみた電力負荷がより平衡状態となるように、前記単相補機負荷の接続先の相間を切り替えることを特徴とする燃料電池発電装置の制御方法。 A fuel cell;
An inverter that converts the DC power generated by the fuel cell into multiphase AC power and supplies it to a load;
A control method for a fuel cell power generation device comprising a single complementary machine load necessary for performing power generation by the fuel cell,
The single complementary machine load is connected between any two phases of the multiphase output of the inverter,
When the power load viewed from the inverter side is in an unbalanced state, the fuel cell is switched between the connection destination phases of the single complementary machine load so that the power load viewed from the inverter side is more balanced. A method for controlling a power generator.
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