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JPH0215892B2 - - Google Patents
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JPH0215892B2 - - Google Patents

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Publication number
JPH0215892B2
JPH0215892B2 JP57046320A JP4632082A JPH0215892B2 JP H0215892 B2 JPH0215892 B2 JP H0215892B2 JP 57046320 A JP57046320 A JP 57046320A JP 4632082 A JP4632082 A JP 4632082A JP H0215892 B2 JPH0215892 B2 JP H0215892B2
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JP
Japan
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excited inverter
fuel cell
voltage
inverter
self
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Application number
JP57046320A
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JPS58165118A (ja
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Nobuo Myoshi
Naoya Eguchi
Teruo Imura
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Kansai Electric Power Co Inc
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Kansai Denryoku KK
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Publication date
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Publication of JPH0215892B2 publication Critical patent/JPH0215892B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/505Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/515Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Voltage And Current In General (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、燃料電池からインバータを介して
電力系統または負荷は給電する発電システムに関
するものである。
〔従来の技術〕
近年、益々厳しくなるエネルギー情勢を背景に
して、燃料電池は、高効率であつて環境保全性に
優れた新しいエネルギー源として注目され、盛ん
に研究開発が進められている。この種の燃料電池
を直流電源として発電システムを構成するに際し
ては、一般に直流電力を交流電力へ変換するイン
バータ装置が必要とされる。この場合、インバー
タ装置としては、独立電源として単独運転ができ
ること、系統連係運転時に無効電力制御ができる
こと等の理由から、自励インバータを主体として
システム構成される場合が多い。ところで、燃料
電池は、負荷の変化に対して比較的電圧変動率の
大きいことが一つの特徴として知られている。特
に、この電圧変動率は、無負荷近傍(0〜25%)
の領域で顕著であり、一般に定格負荷時の電圧に
対し無負荷時の電圧が約1.5〜1.8倍になる。この
ため、この種の燃料電池を使用する発電システム
のインバータ装置には、前記のような電圧変動率
を充分考慮したシステム設計が要求される。
このような観点から、従来の燃料電池発電シス
テムにおいて、インバータ装置は燃料電池の広範
な電圧変動領域全体に対応できるよう機器の定格
を選定している。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、この場合、装置容量が必要以上に大き
くなり、コストおよび効率面で種々の難点があつ
た。特に、大容量発電システムを構成する場合、
多重自励インバータを使用することが予想される
が、燃料電池無負荷近傍の高い電圧を許容するた
めに、半導体素子の耐圧を上げたり、半導体素子
を多段に直列接続することにより、インバータ装
置の製造コストが増大する欠点がある。また、制
御面においても、燃料電池電圧が大きく変動する
中で、発電システムとして出力電圧または出力有
効電力・無効電力の制御を行うには、入力電圧が
余り変動しない場合に比べて厳しい制御性が要求
されていた。
さらに、前述した燃料電池発電システムの問題
点に対する方策として、例えば発電システムの起
動×停止時に直流側へダミー抵抗を挿入し、燃料
電池電圧を強制的に降下させることも提案されて
いる。しかしながら、このような手段によれば、
起動・停止時にダミー抵抗が消費する電力は全て
損失となるばかりでなく、ダミー抵抗の投入・開
放が燃料電池に不必要な過渡変動を与える欠点が
ある。
従つて、本発明の目的は、燃料電池発電システ
ムにおいて、燃料電池電圧が異常に高くなる場合
に自励インバータへの入力電圧を有効に抑制し、
自励インバータの安全かつ効率のよい運転を可能
にすることができる燃料電池発電システムを提供
するにある。
〔課題を解決するための手段〕
前記の目的を達成するため、本発明において
は、燃料電池を直流電源とし自励インバータを介
して電力系統または負荷へ給電するよう構成した
燃料電池発電システムにおいて、 燃料電池に対し自励インバータと電流制御系に
より制御される他励インバータとをそれぞれスイ
ツチを介して接続し、 燃料電池電圧が定格電圧より高い所定の設定電
圧値以上となつた際に他励インバータのスイツチ
を閉じてこの他励インバータを電流制御系により
制御し、自励インバータの電流および電圧分担が
設定値となつた際に電流制御系の設定電流値を零
にした後、他励インバータのスイツチを開いて燃
料電池から他励インバータを開放するよう構成し
て自励インバータに印加される電圧を抑制したこ
とを特徴とする。
〔作用〕
本発明に係る燃料電池発電システムによれば、
燃料電池に対し自励インバータと共に他励インバ
ータをそれぞれスイツチを介して並列接続し、燃
料電池電圧が異常に高くなる無負荷ないし軽負荷
時において前記他励インバータを運転することに
より、自励インバータの電圧責務を軽減すること
ができる。
〔実施例〕
次に、本発明に係る燃料電池発電システムの実
施例につき、添付図面を参照しながら以下詳細に
説明する。
第1図は、本発明に係る燃料電池発電システム
の一実施例を示す回路図である。すなわち、第1
図において、参照符号10は燃料電池を示し、こ
の燃料電池10はインバータ装置12を介し直流
電力を交流電力に変換して電力系統14へ給電す
るよう構成配置される。インバータ装置12の主
回路構成は、自励インバータ16からなり、この
自励インバータ16の入力側には、インバータ投
入用スイツチ18(S1)、フイルタリアクトル2
0およびフイルタコンデンサ22が接続される。
また、自励インバータ16の出力側には、変圧器
24、結合リアクトル26および系統併入用スイ
ツチ28(S2)が順次接続される。
しかるに、本発明においては、前述した構成か
らなる燃料電池発電システムにおいて、燃料電池
10とインバータ装置12との間に開閉スイツチ
30(S3)を介して他励インバータ32を接続す
る。なお、前記他励インバータ32の入力側には
電流検出器34を設ける。
この他励インバータ32は、第2図に示す制御
系によつて制御する。すなわち、第2図に示す制
御系は、電流制御を目的とし、他励インバータ3
2の入力電流を設定する電流設定器36と、この
電流設定器36により設定された入力設定電流I1
にソフトスタート機能を付加する加減速演算器3
8と、加減速演算器38による設定電圧IR※と前
記電流検出器34による検出電流IRとを比較し検
出電流を設定レベルに保持する電流調節器40
と、電流調節器40の出力に基づいて他励インバ
ータの点孤角γを設定する点弧パルスを出力する
点弧角調節器42とから構成される。
従つて、本発明によれば、燃料電池発電システ
ムの無負荷ないし軽負荷時において、他励インバ
ータを運転して燃料電池電圧の抑制を行い、燃料
電池電圧が自励インバータの許容するレベルまで
抑制された際に自励インバータを運転して他励イ
ンバータから自励インバータへ電流分担を行うこ
とにより、自励インバータの電圧責務を軽減する
ことができる。
次に、前記構成からなる燃料電池発電システム
の運転動作につき詳細に説明する。
まず、一般に燃料電池の電流−電圧特性は第3
図に示す通りである。第3図から明らかなよう
に、無負荷ないし軽負荷時の電圧は、定格電圧
E2に比べて極めて大きくなる。このため、本発
明においては、基本的に発電システムが低出力と
なる起動および停止時に他励インバータを運転す
る。
そこで、燃料電池発電システムの起動時におけ
る運転につき、第4図に示す動作波形を参照しな
がら説明する。発電システムの起動に際しては、
最初開閉スイツチ30(S3)を投入し、燃料電池
10の負荷として他励インバータ32を起動す
る。この時、他励インバータ32の入力電流IR
は、電流設定器36より加減速演算器38を介し
て出力される設定電流値IR※に従つて徐々に増加
し、設定値I1となる。一方、これに伴い、燃料電
池10の出力電圧EFCは、第3図に示す電流−電
圧特性に従つて、無負荷電圧E0から設定電流値I1
の時の電圧E1へ低下する。この時点で自励イン
バータ16の投入用スイツチ18(S1)を投入
し、自励インバータ16を起動させる。従つて、
自励インバータ16には、過大な無負荷電圧E0
は印加されることなく、低減された電圧E1が印
加される。その後、自励インバータ16の出力電
圧が電力系統14の電圧と一致した状態におい
て、系統併入用スイツチ28(S2)を投入し、出
力指令に従つて電力系統14へ電力を供給する。
この場合、自励インバータ16の出力PINVが所定
レベルP0に達した状態において、他励インバー
タ32の電流設定値を零とし、他励インバータ3
2の入力電流IRを徐々に減少させて最終的に零と
なるようにする。この時、他励インバータ32の
開閉スイツチ30(S3)を開放すれば、燃料電池
10は自励インバータ16からなるインバータ装
置のみを介して電力系統14へ給電を行う。な
お、他励インバータ32の運転に際し、他励イン
バータ32の発生する電力は、電力系統もしくは
他の電源へ有効に回生することができる。
これに対し、燃料電池発電システムの停止時に
おける運転は、前記起動時における運転と逆操作
することにより達成できる。この場合の動作波形
を示せば第5図に示す通りである。すなわち、停
止時においては、自励インバータの出力電流IFC
を電流検出器34で検出し、検出電流値IRが所定
値以下となつた際に開閉スイツチ30(S3)を投
入し、他励インバータ32を起動する。この時、
他励インバータ32の入力電流IRは、電流設定器
36より加減速演算器38を介して出力される設
定電流値IR※に従つて徐々に増加し、設定値I1
なる。一方、これに伴い、自励インバータ16の
出力PINVが次第に低下する。従つて、自励インバ
ータ16の出力PINVが、所定レベル以下となつた
時点で、自励インバータ16の投入用スイツチ1
8(S1)を開放する。この結果、燃料電池10の
負荷として他励インバータ32のみが運転され、
燃料電池10の出力電圧EFCは、設定電流値I1
時の電圧E1に保持される。その後、他励インバ
ータ32の電流設定値を零とし、他励インバータ
32の入力電流IRを徐々に減少させて最終的に零
となるようにする。この時、他励インバータ32
の開閉スイツチ30(S3)を開放すれば、燃料電
池10の出力電圧EFCは無負荷電圧E0となる。
なお、前述の実施例においては、他励インバー
タを発電システムの起動および停止時に動作させ
る場合について説明したが、このような場合に限
らず、発電システムが低出力で電池電圧が自励イ
ンバータの許容する電圧より高い時に適宜他励イ
ンバータを動作させることは勿論である。
前述した実施例から明らかなように、本発明に
よれば、燃料電池発電システムの無負荷ないし軽
負荷時において、他励インバータを運転すること
により、電力損失および燃料電池への過度変動を
生じることなく、燃料電池電圧を自励インバータ
が許容するレベルまで抑制することができる。従
つて、本発明によれば、自励インバータの動作電
圧レベルは、素子の容量やインバータ出力の要求
仕様等を考慮して、例えば燃料電池の定格出力の
25%程度の合理的なレベルに選定することができ
る。また、他励インバータは、高電圧・小電流領
域での定格を有すればよいため、豊富な種類の素
子を使用して経済的に製作することができる。
前述したように、本発明システムによれば、他
励インバータの動作によつて燃料電池電圧を抑制
することができるため、他励インバータ用素子と
比べて高価な素子を使用して製作する自励インバ
ータの過電圧保護を有効に達成することができ
る。また、自励インバータの容量は、入力電圧が
低減される分だけ小さくすることができる。ま
た、本発明システムを採用することにより、従来
のようにダミー抵抗を使用して電圧抑制を行う場
合に比べて電力損失がなく、しかも燃料電池に過
渡変動が加わることもない。
以上、本発明の好適な実施例について説明した
が、本発明方式は前述した燃料電池発電システム
の系統連係運転を行う場合に限らず単独運転を行
う発電システムにも適用し得ると共に、蓄電池等
の電圧変動率の大きい電源を直流電源とする発電
システムにも好適に適用することができることは
勿論である。また、前述の実施例において、自励
インバータは単一のサイリスタインバータ回路を
示したが、多重形インバータ回路や、GTOサイ
リスタおよびトランジスタ等を使用したインバー
タ回路とすることもできるし、また電圧形もしく
は電流形のいずれのインバータとすることも可能
である。その他、本発明の精神を逸脱しない範囲
内において種々の設計変更をなし得ることは勿論
である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る燃料電池発電システムの
一実施例を示す回路図、第2図は第1図に示す他
励インバータの制御系を示すブロツク回路図、第
3図は燃料電池の電流−電圧特性曲線図、第4図
は第1図に示す回路の起動時における運転状態を
示す動作波形図、第5図は第1図に示す回路の停
止時における運転状態を示す動作波形図である。 10……燃料電池、12……インバータ装置、
14……電力系統、16……自励インバータ、1
8……投入用スイツチ、20……フイルタリアク
トル、22……フイルタコンデンサ、24……変
圧器、26……結合リアクトル、28……系統併
入用スイツチ、30……開閉スイツチ、32……
他励インバータ、34……電流検出器、36……
電流設定器、38……加減速演算器、40……電
流調節器、42……点弧角調節器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 燃料電池を直流電源とし自励インバータを介
    して電力系統または負荷へ給電するよう構成した
    燃料電池発電システムにおいて、 燃料電池に対し自励インバータと電流制御系に
    より制御される他励インバータとをそれぞれスイ
    ツチを介して接続し、 燃料電池電圧が定格電圧より高い所定の設定電
    圧値以上となつた際に他励インバータのスイツチ
    を閉じてこの他励インバータを電流制御系により
    制御し、自励インバータの電流および電圧分担が
    設定値となつた際に電流制御系の設定電流値を零
    にした後、他励インバータのスイツチを開いて燃
    料電池から他励インバータを開放するよう構成し
    て自励インバータに印加される電圧を抑制したこ
    とを特徴とする燃料電池発電システム。
JP57046320A 1982-03-25 1982-03-25 燃料電池発電システム Granted JPS58165118A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57046320A JPS58165118A (ja) 1982-03-25 1982-03-25 燃料電池発電システム

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JP57046320A JPS58165118A (ja) 1982-03-25 1982-03-25 燃料電池発電システム

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JPS58165118A JPS58165118A (ja) 1983-09-30
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US4251736A (en) * 1979-07-23 1981-02-17 United Technologies Corporation Method for controlling power flow between an electrochemical cell and a power grid

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