JPH08236134A

JPH08236134A - 燃料電池用給電制御装置

Info

Publication number: JPH08236134A
Application number: JP7035067A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Tani; 俊宏谷; Keiichiro Tanaka; 啓一郎田中; Osao Kudome; 長生久留; Takao Sakurai; 貴夫桜井; Masayuki Morimoto; 雅之森本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1995-02-23
Filing date: 1995-02-23
Publication date: 1996-09-13

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】送電系統の停電発生等、異常時に、特定負荷
へのみ燃料電池から給電を続行し、作動できるようにす
る。【構成】送電系統２と系統保護用遮断器ＭＣ１を介し
て連結され、燃料電池４の発電容量以下の負荷容量にさ
れた無停電負荷８と直結するとともに、複数の一般負荷
９、１０、１１とそれぞれ容量制限用遮断器ＭＣ３、Ｍ
Ｃ４、ＭＣ５を介して連結した負荷系統３と、電池４か
らの直流出力を、系統２から検出した電圧、周波数、お
よび位相の交流出力に変換する変換機能、および系統２
の状態を検出し、送電系統事故時には系統２の異状を検
出し、その検出信号により、遮断器ＭＣ１および遮断器
ＭＣ３、ＭＣ４、ＭＣ５を制御する異常検出機能を備え
たインバータ５を、電池４の出力端にそれぞれ設けた、
変電所からの系統２で供給される電力と、電池４で発電
される電力を併用した負荷運転に使用する、燃料電池用
給電制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体高分子型燃料電
池、又は固体電解質型燃料電池等の燃料電池からの電力
と、変電所からの送電系統による電力を連系して、負荷
に給電できるようにした給電制御装置に関するもので、
特に、送電系統の停電発生等、異常時に、特定負荷への
み燃料電池から給電を続行し、作動できるようにした燃
料電池用給電制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池や太陽電池等で発電される電力
と、送電系統からの電力、いわゆる発電所で発電され、
変電所を経由して送電線で送られて来る、商用電源から
の電力を併用して、負荷の運転を行う、いわゆる連系に
よる電力運用がある。この運用のためには、送電系統の
安全を確保するために送電系統の喪失時、すなわち、商
用電源からの電力供給が断たれる停電発生時等、送電系
統の異常発生時には、燃料電池や太陽電池から送電系統
への電力供給は停止しなければならない。そのため、両
電源の連系を行う系統連系点に、系統保護用の遮断器が
設置されている。これにより、送電系統喪失時等、燃料
電池等による発電を続行しても、系統連系点に設置され
た遮断器の開放により、送電系統への電力供給は停止さ
れるため、送電系統の安全は保たれることになる。しか
し、燃料電池等の発電装置は、系統連系点に至るまでの
間（以下発電装置側という。）に設けられている負荷の
必要とする電力を、全て供給しなければならず、その電
力が発電装置の出力容量を上まわり、発電装置がトリッ
プすることがある。

【０００３】一般に、ビルなどに設置され、送電系統と
連系させて運転を行う、振動が殆どなく、しかも、有害
な排気ガスを発生しない燃料電池を使用した発電装置
は、そのビルの消費する最大電力量より小さい容量のも
のが選定され、設定される。このため、送電系統喪失
時、系統連系点の遮断器が開放した場合、発電装置側に
設置されている負荷の消費電力が、最大発電容量を上回
わり発電装置がトリップすることが起り得る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の不具
合を解消するため、送電系統の喪失時等、発電装置側に
設置されている負荷の一部への電力供給をストップし
て、消費電力が発電装置の最大発電容量より小さくなる
ようにして、発電装置のトリップを防止し、電力供給を
続ける他の一部の負荷を継続して作動できるようにし
た、燃料電池用給電制御装置を提供することを課題とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の燃料
電池用給電制御装置は、次の手段とした。

【０００６】（１）変電所からの商用電力を供給する送
電系統と系統保護用遮断器を介して連系され、送電系統
から供給された商用電力と燃料電池で発電した電力を併
用して負荷に供給するラインを、燃料電池の発電容量以
下の負荷容量にした無停電負荷に直結したラインと、複
数の一般負荷に、それぞれ容量制限用遮断器を介して連
結したラインの２つに区別して設けた負荷系統を設け
た。

【０００７】（２）燃料電池で発電した直流出力を、送
電系統で供給される商用電力と同じ電圧、周波数、およ
び位相の交流出力に変換する変換機能、および送電系統
事故時に検出機能（UVR,OVR,UFR,OFR あるいはそれと同
等の機能および単独運転検出機能）により送電系統の異
常を検出し、その検出信号により系統保護用遮断器を開
放して、負荷系統と送電系統の連系を遮断するととも
に、容量制限用遮断器を開放して、重要度の低い一般負
荷への電力供給を遮断して、重要度の高い無停電負荷の
み継続して作動させる異常検出機能を備えたインバータ
を、負荷系統に電力を供給する燃料電池の出力端に設け
た。

【０００８】また、他の本発明の燃料電池用給電制御装
置は、上記（１），（２）に加え、次の手段とした。

【０００９】（３）燃料電池から負荷系統に電力を供給
するラインに介装された、インバータの出力端に、燃料
電池から負荷系統へ、又は負荷系統から燃料電池への電
力の供給を遮断する出力遮断器を介装した。

【００１０】

【作用】本発明の燃料電池用給電制御装置は、上記
（１），（２）の手段により、（１）・送電系統から供給される電力に停電等の異常が
ない場合は、負荷系統に直結された無停電負荷、および
容量制限用遮断器を介して連結された一般負荷の、それ
ぞれに必要とされる電力は、燃料電池で発電され、イン
バータの変換機能で送電系統の電力の電圧、周波数、お
よび位相と同一にされて、供給される電力と、系統保護
用遮断器を通って、負荷系統に供給され、燃料電池から
の電力を補完する電力によって賄われ、負荷の全ては作
動する。これにより、燃料電池は稼働率を最大限にし
て、負荷に電力を供給できる。

【００１１】また、送電系統から供給される電力に異常
が生じたときは、インバータのもつ異常検出機能（UVR,
OVR,UFR,OFR あるいはそれと同等の機能および単独運転
検出機能）で、その異常を検出し、その検出信号によ
り、系統保護用遮断器（ＭＣ１）を遮断し、負荷系統と
送電系統の連系を絶ち、燃料電池から送電系統への電力
供給を絶つことにより送電系統の安全が確保される。さ
らに、インバータでは前記検出信号により、負荷系統の
容量制限用遮断器（ＭＣ３，ＭＣ４…）を遮断し、これ
らの容量制限用遮断器を介して電力を供給するようにし
た、予め選択された、重要度の低い一般負荷への電力供
給が遮断される。これにより、容量オーバによる燃料電
池のトリップが防止でき、予め選択され燃料電池に直結
した、重要度の高い無停電負荷への電力供給がストップ
することなく、継続して、作動でき、非常用発電機、又
はコンピュータ用ＵＰＳ（無停電電源）の設置が不要に
なる。

【００１２】さらに、送電系統から供給される電力の異
常が解消したときは、燃料電池の直流出力をインバータ
の変換機能で、異常が解消した送電系統の電力の電圧、
周波数、および位相と同一の交流出力にするとともに、
前記異常検出機能により、送電系統の復旧を確認した
後、系統保護用遮断器、および容量制限用遮断器を閉鎖
して、送電系統と負荷系統の連系を行い、一般負荷を作
動させ、通常運転に移行することができる。

【００１３】さらに、他の本発明の燃料電池用給電制御
装置は、上記（１），（２）の手段に加え、上記（３）
の手段により、上記（１）に加え、（２）送電系統に異常がない場合、燃料電池の起動が完
了し、燃料電池からの電力が供給できるようになるまで
は、出力遮断器を開放して全ての負荷に燃料電池と干渉
することなく、送電系統からの電力を供給でき、また、
燃料電池の起動時等、燃料電池からの電力が供給できる
ようになるのを待って、出力遮断器を閉鎖して、燃料電
池からの電力を送電系統からの電力と併用することがで
き、燃料電池を保護することができる。

【００１４】さらに、通常運転時において、又は送電系
統の異常時の無停電負荷への給電時に短絡、地絡等が発
生し、燃料電池がトリップしたときは、出力遮断器を開
放して、燃料電池を負荷系統から切離し、燃料電池を保
護することができる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の燃料電池用給電制御装置の実
施例を図面にもとづき説明する。図１は、本発明の燃料
電池用給電制御装置の一実施例を示すブロック図であ
る。

【００１６】図に示すように、符号１で示すビル内部に
は、変電所から商用電力を供給する送電系統２が引き込
まれている。送電系統２と、ビル１の内部の各負荷８〜
１１に電力を供給する負荷系統３との連系を行う系統連
結点には、系統保護用遮断器ＭＣ１が設けられ、送電系
統２から供給される電力に異常、例えば、停電が生じた
とき、これを開放して、負荷系統３から送電系統２への
電力の流れ、いわゆる逆潮流を防止して、送電系統２の
保護を行うようにしている。

【００１７】また、負荷系統３には、ビル１内で使用さ
れる電気機器、いわゆる負荷を、安全上装備が義務づけ
られている、非常時に点灯する非常灯、および、常に安
定作動が要求される、大型コンピュータ等の重要な、予
め選択された機器からなる無停電負荷８と、それ以外の
一般照明、および空気調和機等の電力供給がストップし
ても、重大な支障が生じない重要度の低い機器からなる
一般負荷９〜１１が連結されている。負荷系統は、この
うちの無停電負荷８とは、常時連絡されるようにすると
ともに、一般負荷９〜１１とは開閉することにより、導
通を断続できる容量制限用遮断器ＭＣ３，ＭＣ４，ＭＣ
５を介装して、連結されている。

【００１８】一方、ビル１内には、固体高分子型燃料電
池、又は固体電解質型電池等の、供給された燃料中の水
素と空気中の酸素を電気化学反応させて、発電を行うこ
とのできる燃料電池４が設置され、ビル１内で必要とす
る電力量の一部を賄わせるようにしている。特に、発電
に伴う騒音が発生せず、また有害な排気ガスを発生しな
い燃料電池４は、ビル１内での発電装置としては最適な
ものである。この燃料電池４の発電容量は、前述したよ
うに、ビル１内に設置された負荷が消費する最大電力量
より小さい容量のものが選定され、通常、発電容量限度
付近で稼働し、稼働率を最大限にする。

【００１９】次に、燃料電池４で発電された電力を負荷
系統３に供給するために設けられたラインには、インバ
ータ５が設置されている。インバータ５は、計器用変圧
器ＰＴを介して、送電系統２と連結されており、送電系
統２側の電圧、位相、および周波数等の、送電系統２か
ら負荷系統３に供給される電力の交流電流特有のインデ
ックスを、計器用変圧器ＰＴの二次側で誘起される誘起
交流電流をその制御部で検出することにより把握するよ
うにしている。インバータ５は、把握した送電系統２の
交流特有のインデックスを基に、燃料電池４から入力さ
れる直流出力を、少くとも送電系統２の電力と同じ電
圧、周波数および位相の交流出力にする変換機能を具え
ている。またインバータ５には、次の保護継電器、・過電圧継電器（ＯＶＲ）・不足電圧継電器（ＵＶＲ）・周波数上昇継電器（ＯＦＲ）・周波数低下継電器（ＵＦＲ）または、それと同等の機能および単独運転検出機能から
なる異常検出機能を設け、計器用変圧器ＰＴの誘起交流
電流から送電系統２の異常を検出した場合には、系統保
護用遮断器ＭＣ１を開放して、送電系統２の保護を行う
とともに、燃料電池４のトリップを防止するために、負
荷系統３と一般負荷９〜１１の導通を継続する容量制限
用遮断器ＭＣ３〜ＭＣ５を開放して、燃料電池４で発電
される電力を、燃料電池４の発電容量以下にした無停電
負荷８にのみ供給する機能を備えている。

【００２０】さらに、インバータ５は送電系統の異常が
解消したときは、無停電負荷８に電力を供給している燃
料電池４の出力を、異常が解消した送電系統２の電力の
電圧、周波数、および位相と同一の交流出力に、変換機
能により修正するとともに、前記異常検出機能により、
送電系統の復旧を確認した後、系統保護用遮断器ＭＣ１
を閉鎖して、送電系統２と負荷系統３の連系を行い、さ
らに容量制限用遮断器ＭＣ３〜ＭＣ５を開閉して、一般
負荷を作動させ、通常運転に移行させることができる。
これにより、送電系統からの電力が復帰したとき、無停
電負荷８には位相等のずれが生じることなく、スムーズ
な電力供給が可能となる。

【００２１】また、インバータ５の出力端には、出力遮
断器ＭＣ２が設置されている。この出力遮断器ＭＣ２
は、送電系統２に異常がない場合において、燃料電池４
の起動を行い、燃料電池４からの電力が供給できるよう
に整定するまでは、これを開放して、全ての負荷８〜１
１に、燃料電池４の運転と干渉することなく、送電系統
２からの電力を送給でき、また、燃料電池４からの電力
が供給できるようになるのを待って、これを閉鎖して、
燃料電池４からの電力を送電系統２からの電力と併用す
ることができるようにしたものである。

【００２２】この出力遮断器ＭＣ２の設置により、送電
系統２からの電力の入力による燃料電池の保護を行うこ
とができる。さらに、通常運転時、又は送電系統の異常
時の無停電負荷への給電時に、負荷系統３に直結した無
停電負荷８に、短絡、地絡等が発生し、燃料電池がトリ
ップしたときは、この出力遮断器ＭＣ２を開放して、燃
料電池４を負荷系統３から切離し、燃料電池４を保護す
ることもできる。なお、本実施例においては、送電系統
２に異常が発生したとき、インバータ５の持つ異常検出
機能（保護継電器（UVR,OVR,UFR,OFR)またはそれと同等
の機能および単独運転検出機能）により、その異常を検
出し、その検出信号により、容量制限用遮断器ＭＣ３〜
ＭＣ５が、一斉に遮断されて、一般負荷９〜１１への電
力供給を一斉にストップする例を示したが、無停電負荷
８の電力容量が一定でない場合は、無停電負荷８に供給
する電力量を検出して、燃料電池４の発電容量を越える
一般負荷、例えば一般負荷１１、への電力供給のみを、
ストップするようにできるものである。さらに、一般負
荷９〜１１にプライオリティを付けておき、プライオリ
ティの高い順に供給するようにも、することができるも
のである。

【００２３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の燃料電池用
給電制御装置によれば、請求項１に示す構成により、（１）送電系統の異常発生に伴う運転停止に対し、重要
度の高い無停電負荷に電力を供給するために設ける、非
常用発電機やコンピュータ用ＵＰＳが不要になる。

【００２４】（２）燃料電池の保護が充分に行われ、安
定した電力の供給分担が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料電池用給電制御装置の一実施例に
係る、給電システムブロック図である。

【符号の説明】

１ビル２送電系統３負荷系統４燃料電池５インバータ８無停電負荷９，１０，１１一般負荷ＭＣ１系統保護用遮断器ＭＣ２出力遮断器ＭＣ３，ＭＣ４，ＭＣ５容量制限用遮断器ＰＴ計器用変圧器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者桜井貴夫名古屋市中村区岩塚町字高道１番地三菱重工業株式会社名古屋機器製作所内 (72)発明者森本雅之名古屋市中村区岩塚町字高道１番地三菱重工業株式会社名古屋機器製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】変電所からの送電系統で供給される電力
と、燃料電池で発電される電力を併用した負荷運転に使
用する燃料電池用給電制御装置において、前記送電系統
と系統保護用遮断器を介して連結され、前記燃料電池の
発電容量以下の負荷容量にされた無停電負荷と直結する
とともに、複数の一般負荷とそれぞれ容量制限用遮断器
を介して連結した負荷系統と、前記燃料電池からの直流
出力を、前記送電系統から検出した電圧、周波数、およ
び位相の交流出力に変換する変換機能、および前記送電
系統の状態を検出し、送電系統事故時には送電系統の異
常を検出し、その検出信号により、前記系統保護用遮断
器、および前記容量制限用遮断器を制御する異常検出機
能を備えたインバータを、前記燃料電池の出力端にそれ
ぞれ設けたことを特徴とする燃料電池用給電装置。
【請求項２】前記インバータの出力端に出力遮断器を
設けたことを特徴とする請求項１の燃料電池用給電制御
装置。