JPH08242589A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、燃料電池出力から多出力で電力を供
給する場合、一方の装置故障時に、他方の装置への電力
供給を停止させることなく、安定に燃料電池の運転を継
続する電力変換装置を提供することを目的とする。 【構成】本発明は、燃料電池１の出力に、直流変換装置
３を介して直流負荷５を接続すると共に、交流変換部２
０，連系リアクトル２２，遮断器２１，異常検出部２
３，保護・制御回路２４，駆動回路２５を有する交流電
力交換装置２を介して商用電源６と連系した交流負荷４
を接続する。前記交流電力変換装置２の入力側に逆流防
止ダイオード２６３と並列に接続した高速で開放する短
絡スイッチ２６４よりなる入力過電圧防止回路２６を接
続する。これにより、燃料電池１の出力電圧の上昇を防
ぎ、交流電力変換装置２が停止した場合にも燃料電池１
から直流変換装置３への電力供給を可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池の直流出力を
直流負荷および交流負荷に電力を供給する給電システム
において、交流電力変換装置出力または商用電源系統で
発生した異常等により交流負荷への電力供給が停止した
場合においても、燃料電池の出力を直流負荷に供給を継
続する信頼性、安定性の高い電力変換装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は都市ガス等を改質して得られ
る水素と空気中の酸素を化学的に反応させて直接電気エ
ネルギーを取り出すとともに、反応に伴って発生する熱
エネルギーをも有効に利用することにより、クリーンで
効率の高いコージェネレーションシステムを構築するこ
とができる。電気エネルギーおよび熱エネルギーをとも
に利用する場合、電気出力が最大の時に熱エネルギーが
最大に得られたことから、燃料電池を最大効率で運転す
るためには燃料電池の電気出力を定格一定で運転する方
法がとられている。また、燃料電池の電気出力を利用す
る場合の給電システムの構成方法は、燃料電池の直流出
力を交流電力変換装置により交流電力に変換し、商用電
源と連系して交流負荷へ電力を供給する方法が一般的で
あるが、燃料電池の出力が直流電圧であることから、燃
料電池の直流出力を負荷の必要な直流電圧に変換し、直
流負荷へ電力を供給する方法とすることでより高い変換
効率が得られる。給電システムを構成する場合、いずれ
の給電方法とするかは交流および直流負荷の容量によっ
ても選定されるべきであるが、燃料電池出力から交流給
電および直流給電を併用した構成方法もとられている。
このような交流給電と直流給電を併用した給電システム
に用いる電力変換装置の構成例を図６に示す。図６にお
いて、１は燃料電池、２は直流を交流に変換して交流負
荷へ電力を供給する交流電力変換装置、３は直流負荷へ
電力を供給する直流変換装置、４は交流負荷、５は直流
負荷、６は商用電源、２０は直流を交流に変換するため
に変換素子で構成する交流変換部、２１は遮断器、２２
は連系リアクトル、２３は異常検出部、２４は保護・制
御回路、２５は駆動回路、２６は入力過電圧防止回路で
ある。入力過電圧防止回路２６を構成する２６１は放電
用スイッチ、２６２は抵抗である。また、図６の交流電
力変換装置２の交流変換部２０の構成例を図７に示す。
図７において、１１から１６は変換素子、３１から３６
はダイオード、２１は遮断器、２２は連系リアクトルで
ある。

【０００３】このような従来の給電システム構成におい
て、図６の交流電力変換装置２の出力で過電流または商
用電源６系統で位相急変、周波数変動、過電圧、不足電
圧等の異常が生じた場合には、異常検出部２３により異
常を検出して異常信号を送出し、保護・制御回路２４に
より駆動回路２５の駆動信号をオフさせて、交流電力変
換装置２の運転を停止させるとともに、遮断器開放信号
により遮断器２１を開放させる。

【０００４】しかしながら、上記の異常時の動作におい
て、交流電力変換装置２の運転を停止する場合には図７
に示す変換素子１１から１６をゲートオフする手段で行
うため、機械的に遮断する遮断器２１の開放時間とゲー
トオフ時間には数十ｍｓから百数十ｍｓ程度のずれが生
じる。このため、変換素子１１から１６がゲートオフし
てから遮断器２１が開放するまでの期間においては、連
系リアクトル２２に蓄えられたエネルギーと商用電源６
からの流入エネルギーが重畳され、変換素子１１から１
６と並列に接続されたダイオード３１から３６を介して
入力側に逆流することがある。この場合、図６の交流電
力変換装置２の入力Ａ点に過電圧が生じるため、燃料電
池１や変換素子１１から１６および直流変換装置３の素
子類の破壊を防止するため、従来の回路では放電用スイ
ッチ２６１と抵抗２６２で構成する入力過電圧防止回路
２６により、Ａ点の直流電圧が設定電圧を超えた場合に
放電用スイッチ２６１を投入し、入力側へ流入するエネ
ルギーを消費させて過電圧を抑制している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の技術
による給電システムの異常検出時の保護動作を図８に示
す。図８において、（１）は図６におけるＡ点の電圧、
（２）は交流電力変換装置２の入力電流Ｉ₁ 、（３）は
直流変換装置３の入力電流Ｉ₂ である。燃料電池１の出
力を交流電力変換装置２により商用電源６と並列に交流
負荷４に交流電力を供給し、直流変換装置３により直流
負荷５に直流電力を供給している時に、交流電力変換装
置２の出力で過電流または商用電源６の系統で位相急
変、周波数変動、過電圧、不足電圧等の異常が発生した
場合は，異常検出部２３により検出した信号により保護
・制御回路２４を介して駆動回路２５の駆動信号を停止
させて交流変換部２０をゲートオフさせる。この交流変
換部２０のゲートオフにより交流電力変換装置２は停止
し、交流電力変換装置２の入力電流Ｉ₁ は零になる。同
時にまた、異常検出信号により保護・制御回路２４が動
作し、遮断器２１を開放する。

【０００６】しかしながら、交流変換部２０のゲートオ
フから遮断器２１が開放するまでには時間差があること
から、この期間に連系リアクトル２２の蓄積エネルギー
と商用電源６からの流入エネルギーが重畳して入力側に
流れ、入力電流Ｉ₁ は逆方向に流れて燃料電池１側に帰
還しようとするためＡ点の電圧が上昇し、遮断器２１が
開放することで入力電流Ｉ₁ が零になりＡ点の電圧が下
がる。ここで交流変換部２０のゲートオフから遮断器２
１が開放するまでの期間においては、Ａ点の電圧が燃料
電池１の出力電圧より高くカットオフ状態になるため、
燃料電池１から供給する直流変換装置３の入力電流Ｉ₂
は流れなくなり、遮断器２１の開放と同時にＡ点の電圧
が下がるため急激に流れ出す。図８で図６に示す入力過
電圧防止回路２６がない場合には、Ａ点の電圧の上昇値
は大きく、入力過電圧防止回路２６を接続することでＡ
点の過電圧はある程度抑制されるものの、燃料電池１の
出力電圧と等しいかそれ以下にすることは困難である。
従って、このような入力電流Ｉ₂ の変化は、直流負荷へ
の供給が一時途絶えるとともに燃料電池１に対して急激
な電力変動を与えることとなり、特に直流変換装置３の
入力電流Ｉ₂ の分担量が大きい場合には給電システムの
信頼性や燃料電池の過電圧防止を図るうえで障害となっ
ていた。

【０００７】本発明は、上記問題点を解決するために創
案したものであり、その目的は燃料電池出力から交流負
荷および直流負荷に電力供給中に、交流電力変換装置の
出力で過電流または商用電源系統で位相急変、周波数変
動、過電圧、不足電圧等の異常が発生し、交流電力変換
装置が停止して交流負荷への電力供給が停止した場合に
も、燃料電池の出力電圧を上昇させることなく燃料電池
の運転を安定に継続させ、直流負荷への電力供給を瞬断
なく行える安全で信頼性の高い電力変換装置を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、燃料電池の出力に交流電力変換装置と直
流変換装置を各々並列に接続し、該直流変換装置には直
流負荷を接続して直流電力を供給するとともに、該交流
電力変換装置は交流電力に変換して、商用電源から得た
交流電力と連系して交流負荷に電力供給する電力変換装
置であって、該交流電力変換装置は該燃料電池の出力を
交流変換部、連系リアクトル、遮断器を介して該交流負
荷に接続し、該連系リアクトルと遮断器間および遮断器
と交流負荷間に異常検出点を設け、該異常検出点を異常
検出部に接続し、該異常検出部の出力信号を保護・制御
回路へ入力し、該保護・制御回路の出力の一方を前記遮
断器に、もう一方を駆動回路に接続し、該交流電力変換
装置出力で過電流もしくは商用電源系統で位相急変、周
波数変動、過電圧、不足電圧等の異常を検出した場合、
前記異常検出部より発生した異常検出信号により該交流
電力変換装置内の前記保護・制御回路を動作させて該交
流変換部の動作を停止させるとともに、出力の遮断器を
開放させる電力変換装置において、前記交流電力変換装
置の入力に逆流防止ダイオードが順方向で直列に接続さ
れ、該逆流防止ダイオードと並列に起動信号送出時およ
び該異常検出信号が消失した時に閉じる短絡スイッチが
接続され、前記異常検出時には該交流電力変換装置を停
止してから該遮断器を開放するまでに、前記短絡スイッ
チを高速に開放する手段を有することを特徴とするもの
である。

【０００９】又、本発明は、上記電力変換装置におい
て、前記異常検出時における前記短絡スイッチを高速に
開放する手段として、異常を検出する該異常検出部に、
該交流電力変換装置出力の過電流もしくは商用電源系統
での位相急変、周波数変動、過電圧、不足電圧等の異常
検出に基づく異常検出信号とは別に、該異常検出信号よ
り低いレベルの別の検出値を設け、該別の検出値に基づ
いて送出する信号により前記保護・制御回路を動作さ
せ、前記短絡スイッチを開放することを特徴とするもの
である。

【００１０】

【作用】上記手段により本発明は、交流電力変換装置の
入力に起動信号送出時および異常検出信号が消失した時
に閉じる短絡スイッチと、これと並列に逆流防止ダイオ
ードを接続して構成する入力過電圧防止回路を設け、交
流電力変換装置の出力で過電流または商用電源系統で位
相急変、周波数変動、過電圧、不足電圧等の異常が発生
した場合に、交流変換部の変換素子がゲートオフしてか
ら遮断器が開放する間に生じる交流電力変換装置の入力
電圧の上昇を抑制するために、上記の短絡スイッチを高
速に開放させることにより、上記逆流防止ダイオードに
よって入力への帰還電流をカットするように作用させた
ものである。

【００１１】また、上記の短絡スイッチを高速に開放さ
せる手段としては、交流変換部の変換素子をゲートオフ
させる前記異常検出信号により開放させる場合と、前記
異常検出信号よりも低いレベルの検出値に基づいて送出
する信号により開放するように作用させる。

【００１２】従って、このような上記の入力過電圧防止
回路の作用により、燃料電池出力から交流負荷および直
流負荷に電力を供給している状態で、交流電力変換装置
の出力または商用電源系統で前記の異常が発生し、交流
電力の供給が停止された場合にも燃料電池出力電圧の上
昇を抑制し、燃料電池の運転を安定に継続させて直流負
荷への電力供給を瞬断なく行うことができ、信頼度を高
めている。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。なお、図中、図６〜図８の従来技術で説明
したものと同一部分は、同一符号を付してある。図１は
本発明の一実施例を示す構成図である。１は燃料電池、
２は直流を交流に変換して交流電力を供給する交流電力
変換装置、３は直流負荷へ直流電力を供給する直流変換
装置、４は交流負荷、５は直流負荷、６は商用電源、２
０は交流変換部、２１は遮断器、２２は連系リアクト
ル、２３は異常検出部、２４は保護・制御回路、２５は
駆動回路、２６は逆流防止ダイオード２６３と高速で開
放する入力短絡スイッチ２６４で構成される入力過電圧
防止回路、２７は起動信号発生回路である。

【００１４】燃料電池１の出力に交流電力変換装置２と
直流変換装置３を各々並列に接続し、直流変換装置３に
は直流負荷５を接続して直流電力を供給するとともに、
交流電力変換装置２は交流電力に変換して、商用電源６
から得た交流電力と連系して交流負荷４に電力供給する
電力変換装置であって、交流電力交換装置２は燃料電池
１の出力に交流変換部２０、連系リアクトル２２、遮断
器２１を介して交流負荷４に接続し、連系リアクトル２
２と遮断器２１間および遮断器２１と交流負荷４間に異
常検出点を設け、該異常検出点を異常検出部２３に接続
し、異常検出部２３の出力信号を保護・制御回路２４へ
入力し、保護・制御回路２４の出力の一方を遮断器２１
に、もう一方を駆動回路２５に接続し、該交流電力変換
装置２の出力で過電流または商用電源系統６で位相急
変、周波数変動、過電圧、不足電圧等の異常が発生して
異常を検出した場合、異常検出部２３からの異常検出信
号により交流電力変換装置２の前記保護・制御回路２４
を動作させて駆動回路２５により交流変換部２０をゲー
トオフして停止させるとともに、出力の遮断器２１を開
放させる電力変換装置であり、前記交流電力変換装置２
の入力と交流変換部２０間に逆流防止ダイオード２６３
が順方向で直列に接続され、逆流防止ダイオード２６３
と並列に短絡スイッチ２６４が接続される。また、短絡
スイッチ２６４は保護・制御回路２４と接続して、前記
異常検出信号が消失された時に閉じる信号を受けるとと
もに、起動信号発生回路２７と接続し、起動信号発生時
には閉じる信号を受ける。

【００１５】異常検出部２３は、異常検出点により交流
電力変換装置２の出力および商用電源６系統の交流電圧
および交流電流を検出して直流電圧レベルに変換し、異
常検出部２３で作成する基準の直流電圧と比較して、そ
の出力が一定のレベルを超えた場合に異常検出信号とし
て保護・制御回路２４に送出するような構成とする。

【００１６】ここで、図１の交流電力変換装置２の異常
検出部２３について、周波数異常の場合を例にとり図２
により簡単に説明を加える。図中、２３１は比較器、２
３３は商用電源周波数検出点、２３４は基準周波数部で
あり、通常４７Ｈｚ〜５３Ｈｚ（５０±３Ｈｚ）に設定
されており、商用電源周波数がこの範囲内の場合は正常
動作範囲であり、比較器２３１の出力から信号は送出さ
れない。同様に電圧検出、位相検出も商用電源側から検
出される。但し、過電流検出の場合は遮断器２１の交流
変換部側から検出するが、基本的検出回路は同様である
ので、ここでは省略する。商用電源周波数が通常の周波
数範囲を逸脱すると比較器２３１では、基準周波数部２
３４と比較し、比較器２３１の出力から異常検出信号が
保護・制御回路２４へ送出される。なお、この異常検出
信号が本発明の実施例で以降説明される信号Ｘに相当す
る。

【００１７】なお、具体的周波数の検出比較方法として
は、検出した周波数と基準周波数を直接比較する方法と
一旦整流して直流電圧レベルに変換して比較する方法が
あるが、機能的にはどちらでも同じであるので、ここで
は、その説明は省略する。

【００１８】本実施例における入力過電圧防止回路２６
の短絡スイッチ２６４は、交流電力変換装置２の起動信
号送出時および保護・制御回路２４からの異常検出信号
に基づく信号が消失された後、すなわち通常は閉じてお
り、交流電力変換装置２の出力で過電流または商用電源
６系統で位相急変、周波数変動、過電圧、不足電圧等の
異常が発生した場合には、異常検出信号により高速に開
放する機能を持つものとする。従って、交流電力変換装
置２が異常を検出して停止した場合には逆流防止ダイオ
ード２６３が導通し、正常に運転している場合には短絡
スイッチ２６４は閉じている。なお、逆流防止ダイオー
ド２６３を常時導通させ、短絡スイッチ２６４を設けな
い方法も考えられるが、この場合は常時逆流防止ダイオ
ード２６３が導通するため損失となるだけでなく、逆流
防止ダイオード２６３を常時放熱するフィン等も必要と
なり、装置の小形化、高効率化に適していない。

【００１９】以上のように構成した一実施例の動作およ
び作用を述べる。図４および図５に異常検出時の動作の
一例を横軸に時間として示す。図４は商用電源系統での
周波数変動の場合の検出例を示し、縦軸は交流電圧を検
出して周波数に比例して変換した直流電圧レベルであ
り、（ａ）は周波数異常検出レベル、（ｂ）は周波数異
常検出前のレベル、（ｃ）は周波数正常レベルである。
図５は図４の検出時における動作を示し、（１）は図１
におけるＡ点の電圧、（２）はＢ点の電圧、（３）は交
流電力変換装置の入力電流Ｉ₁ 、（４）は直流変換装置
の入力電流Ｉ₂ である。燃料電池１の直流出力を、交流
電力変換装置２を介して交流電力に変換して交流負荷４
に供給し、直流変換装置３を介して直流電力を直流負荷
５に供給している時に、交流電力変換装置２の出力で過
電流または商用電源６の系統で位相急変、周波数変動、
過電圧、不足電圧等の異常のうち、商用電源６の系統で
周波数変動が発生した場合には、まず図４において異常
検出部２３は、異常検出点より商用電源６の系統の交流
電圧を検出して、周波数に比例して変換した直流電圧レ
ベルが（ａ）の周波数異常検出レベルに達することで、
異常検出部２３の基準の直流電圧と比較した信号を異常
検出信号として出力する信号Ｘを、保護・制御回路２４
に送出する。信号Ｘにより図５の動作は、保護・制御回
路２４を介して駆動回路２５の駆動信号を停止させ、交
流変換部２０をゲートオフさせる。この交流変換部２０
のゲートオフにより交流電力変換装置２は停止し、交流
電力変換装置２の入力電流Ｉ₁ は零になる。同時にまた
信号Ｘにより保護・制御回路２４が動作し遮断器２１を
開放する。しかしながら、交流変換部２０のゲートオフ
から遮断器２１が開放するまでには時間差があることか
ら、この期間に連系リアクトル２２の蓄積エネルギーと
商用電源６からの流入エネルギーが重畳して入力側に流
れるためＢ点の電圧は上昇する。ここで、入力過電圧防
止回路２６の短絡スイッチ２６４は、交流電力変換装置
２が正常に運転している場合には閉じているが、異常時
には異常検出する異常検出部２３から送出される信号Ｘ
により保護・制御回路２４を動作させて、高速で短絡ス
イッチ２６４を開放させるように動作させる。これによ
り、交流電力変換装置２の入力電圧の上昇は逆流防止ダ
イオード２６３でカットされるため、燃料電池１の直流
出力であるＡ点の電圧は上昇しない。従って、交流電力
変換装置２の出力または商用電源６の系統で異常が発生
した場合には、交流変換部２０がゲートオフして停止
し、遮断器２１が開放されて交流電力変換装置２の入力
電流Ｉ₁ が零になるのに対して、直流変換装置３の入力
電流Ｉ₂ は一定に保たれ、直流負荷５への電力供給断は
避けられる。

【００２０】次にもう一つの実施例として、入力短絡ス
イッチ２６４を高速で開放する場合について説明する。
図１および上記交流電力変換装置２の構成の中に、交流
電力変換装置２の出力で過電流または商用電源６の系統
で位相急変、周波数変動、過電圧、不足電圧等の異常が
発生した場合、異常検出部２３により異常を検出して送
出する信号Ｘとは別に、該異常検出信号より低いレベル
の検出値を設け、該検出値に基づく信号Ｙを送出する機
能を設ける。

【００２１】本実施例における動作について、前記の商
用電池６系統で周波数変動の場合の検出例を、図４およ
び図５により説明する。燃料電池１の直流出力を、交流
電力変換装置２を介して交流電力に変換して交流負荷４
に供給し、直流変換装置３を介して直流電力を直流負荷
５に供給している時に、交流電力変換装置２の出力で過
電流または商用電源６の系統で位相急変、周波数変動、
過電圧、不足電圧等の異常のうち、商用電源６の系統で
周波数変動が発生した場合の例で、図４において異常検
出部２３は、異常検出点より商用電源６系統の交流電圧
を検出して、周波数に比例して変換した直流電圧レベル
が（ａ）の周波数異常検出レベルに達することで、異常
検出部２３の基準の直流電圧と比較した信号を異常検出
信号として出力する信号Ｘを保護・制御回路２４に送出
する。信号Ｘにより図５の動作は、保護・制御回路２４
を介して駆動回路２５の駆動信号を停止させ、交流変換
部２０をゲートオフさせる。この交流変換部２０のゲー
トオフにより交流電力変換装置２は停止し、交流電力変
換装置２の入力電流Ｉ₁ は零になる。同時にまた信号Ｘ
により保護・制御回路２４が動作し遮断器２１を開放す
る。交流変換部２０のゲートオフから遮断器２１が開放
するまでには時間差があることから、この期間には連系
リアクトル２２の蓄積エネルギーと商用電源６からの流
入エネルギーが重畳して入力側に流れるためＢ点の電圧
は上昇する。ここで、入力電圧防止回路２６の短絡スイ
ッチ２６４は、交流電力変換装置２が正常に運転してい
る場合には閉じているが、交流電力変換装置２の出力ま
たは商用電源６の系統での異常のうち、一例として商用
電源６の系統で周波数変動が発生した場合には、図４に
おいて異常検出部２３により商用電源６系統の交流電圧
を検出して、周波数に比例して変換した直流電圧レベル
が（ａ）の周波数異常検出レベルに達することで、異常
検出部２３の基準の直流電圧と比較した信号を異常検出
信号として出力する信号Ｘは別に、（ａ）の周波数異常
検出レベルより低い（ｂ）の周波数異常検出前のレベル
で、異常検出部２３の基準の直流電圧と比較した信号を
出力する信号Ｙを送出することにより、保護・制御回路
２４を動作させて高速で短絡スイッチ２６４を開放させ
るように動作させる。この動作により、交流電力変換装
置２の入力電圧の上昇は逆流防止ダイオード２６３でカ
ットされるため、燃料電池１の直流出力であるＡ点の電
圧は上昇しない。従って、交流電力変換装置２の交流変
換部２０がゲートオフして停止し、遮断器２１が開放さ
れて交流電力変換装置２の入力電流Ｉ₁ が零になるのに
対して、直流変換装置３の入力電流Ｉ₂ は一定に保たれ
る。

【００２２】ここで、本発明のもう一つの実施例におけ
る異常検出部２３について、周波数異常の場合を例にと
り図３により簡単に説明を加える。図中、２３１，２３
２は比較器、２３３は商用電源周波数検出点、２３４，
２３５は基準周波数部１，基準周波数部２であり、２３
６はアンド（ＡＮＤ）回路である。２３４の基準周波数
部１は通常４７Ｈｚ〜５３Ｈｚ（５０±３Ｈｚ）に、ま
た、２３５の基準周波数部２は４９Ｈｚ〜５１Ｈｚ（５
０±１Ｈｚ）に設定されており、商用電源周波数がこの
範囲内の場合は正常動作範囲であり、４９Ｈｚ〜５１Ｈ
ｚ未満の場合は正常動作範囲であり、比較器２３１，２
３２の出力から信号は送出されない。同様に電圧検出、
位相検出も商用電源側から検出される。但し、過電流検
出の場合は遮断器２１の交流変換部側から検出するが、
基本的検出回路は同様であるので、説明はここでは省略
する。商用電源周波数が異常となり４９Ｈｚ〜５１Ｈｚ
の範囲を逸脱すると比較器２３２から異常信号（いわゆ
るＹ信号）が保護・制御回路２４へ送出される。この信
号Ｙにより入力短絡スイッチ２６４が開放される。この
後、商用電源周波数が４７Ｈｚ〜５３Ｈｚを逸脱すると
比較器２３１が動作し、比較器２３１からの異常検出信
号Ｘが比較器２３２からの異常信号Ｙが加えられている
ＡＮＤ回路２３６を介して、保護・制御回路２４へ送出
される。この信号Ｘにより交流変換部２０の駆動回路２
５への駆動信号の停止と遮断器２１の遮断信号を送出す
る。このことにより遮断器２１の開放と入力短絡スイッ
チ２６４の開放に時間差が生じるので、上記実施例のよ
うな課題の解決をはかることが可能となる。

【００２３】なお、本説明では異常信号ＸとＹを２本の
信号線で説明したが、両者の信号レベルを変えることに
より、当然一つの信号線で異常信号を送出することは可
能である。

【００２４】なお、具体的周波数の検出比較方法として
は、検出した周波数と基準周波数を直接比較する方法と
一旦整流して直流電圧レベルに変換して比較する方法が
あるが、機能的にはどちらでも同じであるので、ここで
は、その説明は省略する。

【００２５】本実施例のように、異常値を検出して送出
される信号Ｘより低いレベルの検出値に基づいて送出さ
れる信号Ｙにより、短絡スイッチ２６４を高速で開放さ
せるように動作させることで、前記実施例の動作の中
で、仮に、交流変換部２０のゲートオフよりも短絡スイ
ッチ２６４の開放時間に遅れが生じた場合にも、本実施
例では、交流変換部２０のゲートオフよりも早く短絡ス
イッチ２６４を開放できるので、より安定な動作が可能
である。

【００２６】次に、以上の実施例の保護動作において、
交流変換部２０がゲートオフする前に、入力過電圧防止
回路２６の短絡スイッチ２６４を開放しない場合と開放
した場合とを比較した実験動作を図９および図１０に示
す。図９は短絡スイッチ２６４を開放しない場合の動作
で、交流変換部２０はゲートオフしてから遮断器２１が
開放する期間に、交流電力変換装置入力電流Ｉ₁ が零と
なるとともに、直流変換装置入力電流Ｉ₂ も一旦零とな
り、遮断器２１が開放すると同時に直流変換装置入力電
流Ｉ₂ が急激に流れる特性を示している。図１０は短絡
スイッチ２６４を開放した場合の動作で、交流変換部２
０のゲートオフにより交流電力変換装置入力電流Ｉ₁ は
零になるが、直流変換装置入力電流Ｉ₂ は一定であり、
直流負荷５への電力供給断は避けられている。

【００２７】以上述べたように、本実施例では、交流電
力変換装置２の入力に設けた過電圧防止回路２６によ
り、通常運転時には電力損失を発生させず、異常検出時
には、逆流防止ダイオード２６３と並列に接続した短絡
スイッチ２６４を交流変換部２０のゲートオフする前に
高速で開放することにより、直流変換装置３の入力であ
る燃料電池１の出力電圧の電圧上昇を防止することを特
徴としている。

【００２８】このため、異常発生時に交流電力変換装置
２が停止して交流電力の供給が停止した場合にも、燃料
電池１から直流電力は瞬断なく供給が継続でき、また燃
料電池への電力変動も小さく抑制できるため、システム
の信頼性が高く安定した燃料電池の運転状態を維持する
ことが可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
電力変換装置は、燃料電池の出力に接続して直流を交流
に変換し、商用電源と連系して交流電力を供給するとと
もに、燃料電池の出力を直流変換装置により直流電力を
供給する交流および直流給電を併用した給電構成におい
て、商用電源系統または交流電力変換装置出力に異常が
発生して交流負荷への電力供給が停止した場合にも、簡
単な短絡スイッチと逆流防止ダイオードで構成する入力
過電圧防止回路と制御回路を付加することにより、燃料
電池の出力電圧の上昇を防止でき、燃料電池から直流負
荷へ瞬断なく電力供給を行うことが可能である。一方、
燃料電池への電力変動も小さく抑えることが可能となる
ため、システムおよび燃料電池の信頼性を向上できると
いう利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成説明図である。

【図２】本発明の異常検出部の一例を示す構成説明図で
ある。

【図３】本発明の異常検出部の他の例を示す構成説明図
である。

【図４】本発明の一実施例の動作を説明するための特性
図である。

【図５】本発明の一実施例の動作を説明するための特性
図である。

【図６】従来の電力変換装置の一例を示す構成説明図で
ある。

【図７】従来の交流電力変換装置の交流変換部の一例を
示す構成説明図である。

【図８】従来の電力変換装置の動作を説明するための特
性図である。

【図９】本発明の入力短絡スイッチを閉じない場合の実
験動作の一例を示す特性図である。

【図１０】本発明の入力短絡スイッチを閉じた場合の実
験動作の一例を示す特性図である。

【符号の説明】

１…燃料電池、 ２…交流電力変換装置、 ３…直流変換装置、 ４…交流負荷、 ５…直流負荷、 ６…商用電源、 ２０…交流変換部、 ２１…遮断器、 ２２…連系リアクトル、 ２３…異常検出部、 ２４…保護・制御回路、 ２５…駆動回路、 ２６…入力過電圧防止回路、 ２７…起動信号発生回路、 １１，１２，１３，１４，１５，１６…変換素子、 ３１，３２，３３，３４，３５，３６…ダイオード、 ２６１…放電用スイッチ、 ２６２…抵抗、 ２６３…逆流防止ダイオード、 ２６４…短絡スイッチ、 ２３１，２３２…比較器、 ２３６…ＡＮＤ回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料電池の出力に交流電力変換装置と直
   流変換装置を各々並列に接続し、該直流変換装置には直
   流負荷を接続して直流電力を供給するとともに、該交流
   電力変換装置は交流電力に変換して、商用電源から得た
   交流電力と連系して交流負荷に電力供給する電力変換装
   置であって、該交流電力変換装置は該燃料電池の出力を
   交流変換部、連系リアクトル、遮断器を介して該交流負
   荷に接続し、該連系リアクトルと遮断器間および遮断器
   と交流負荷間に異常検出点を設け、該異常検出点を異常
   検出部に接続し、該異常検出部の出力信号を保護・制御
   回路へ入力し、該保護・制御回路の出力の一方を前記遮
   断器に、もう一方を駆動回路に接続し、該交流電力変換
   装置出力で過電流もしくは商用電源系統で位相急変、周
   波数変動、過電圧、不足電圧等の異常を検出した場合、
   前記異常検出部より発生した異常検出信号により該交流
   電力変換装置内の前記保護・制御回路を動作させて該交
   流変換部の動作を停止させるとともに、出力の遮断器を
   開放させる電力変換装置において、 前記交流電力変換装置の入力に逆流防止ダイオードが順
   方向で直列に接続され、該逆流防止ダイオードと並列に
   起動信号送出時および該異常検出信号が消失した時に閉
   じる短絡スイッチが接続され、前記異常検出時には該交
   流電力変換装置を停止してから該遮断器を開放するまで
   に、前記短絡スイッチを高速に開放する手段を有するこ
   とを特徴とする電力変換装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電力変換装置において、
   前記異常検出時における前記短絡スイッチを高速に開放
   する手段として、異常を検出する該異常検出部に、該交
   流電力変換装置出力の過電流もしくは商用電源系統での
   位相急変、周波数変動、過電圧、不足電圧等の異常検出
   に基づく異常検出信号とは別に、該異常検出信号より低
   いレベルの別の検出値を設け、該別の検出値に基づいて
   送出する信号により前記保護・制御回路を動作させ、前
   記短絡スイッチを開放することを特徴とする電力変換装
   置。