JPH08315842A - 燃料電池発電装置の運転方法および補機給電回路 - Google Patents

燃料電池発電装置の運転方法および補機給電回路

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JPH08315842A
JPH08315842A JP7123305A JP12330595A JPH08315842A JP H08315842 A JPH08315842 A JP H08315842A JP 7123305 A JP7123305 A JP 7123305A JP 12330595 A JP12330595 A JP 12330595A JP H08315842 A JPH08315842 A JP H08315842A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】回路の簡素化と併せて、運転モードの切換えに
際しても補機への給電が瞬断なく行える燃料電池発電装
置の運転方法,補機給電回路を提供する。 【構成】燃料電池2の出力をインバータ6により交流に
変換して電力系統7に給電する燃料電池発電装置におい
て、インバータと電力系統とを結ぶ送電回路12から分
岐して補機4に通じる補機給電回路13を接続するとと
もに、該補機給電回路の分岐点Pを挟んでインバータ側
に連系スイッチS1 ,電力系統側に連系スイッチS2 を
接続し、これら連系スイッチを燃料電池発電プラントの
「起動」,「待機運転」,「連系運転」,「停止動作」
の各運転モードに合わせて選択的にON,OFF制御
し、「連系運転」時を含めて起動時の「発電昇温」ステ
ップ,および停止動作時の「発電降温」ステップの各運
転モードでインバータを電力系統との連系状態で運転さ
せながら、補機への給電を行う。

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
インバータにより交流電力に変換して電力系統に給電す
る燃料電池発電装置の運転方法および補機給電回路に関
する。
【0002】
【従来の技術】まず、従来における燃料電池発電プラン
ト/電力系統間の給電回路,およびその運転方法を表す
タイムチャートを図2(a),(b)に示す。(a)図に
おいて、1は燃料電池2,改質器3,補機4,ダミー負
荷5を含む燃料電池発電プラント、6はインバータ、7
は電力系統、8は系統電源、9は系統負荷であり、ここ
でインバータ6と電力系統7との間の送電回路には連系
スイッチS1 とS2 が直列に接続され、さらに連系スイ
ッチS1 とインバータ6との間,および連系スイッチS
1 とS2 との間から分岐した補機給電回路10,11に
はそれぞれ給電切替スイッチS3 ,S4 が接続されてい
る。
【0003】また、かかる燃料電池発電装置の運転状態
は(b)図に示す如くであり、よく知られているよう
に、燃料電池発電装置の運転モードには、「起動」,
「待機運転」,「連係運転」,「停止動作」の状態があ
り、さらに「起動」は「改質昇温」,「発電昇温」のス
テップに分けられ、「停止動作」は「発電降温」,「停
止」のステップに分けられている。
【0004】ここで、「起動」の「改質昇温」ステップ
は、原燃料を改質器3のバーナで燃焼させた状態で改質
触媒に燃料がを導入し、ここで生成した改質ガスを燃料
電池2をバイパスさせて改質器バーナに直接供給して燃
焼させ、改質ガスが所定の安定した組成になるまで改質
系を昇温させる過程であり、このステップではインバー
タ6は停止であり、連係スイッチS2,給電切替スイッチ
S4 をONとして電力系統7より受電した電力で発電プ
ラント内の補機4の動力を賄っている。なお、この状態
では補機4への給電が電力系統7→連系スイッチS2 →
給電切替スイッチS4 を経由するルートで行われる。
【0005】これに対して、「発電昇温」ステップは、
燃料電池2に燃料,および空気の反応ガスを供給して発
電させながら電池および付属機器を昇温する過程であ
り、このステップでは給電スイッチS3 をON, 給電切
替スイッチS4 をOFFに切換え、インバータ6を単独
運転して燃料電池2の発電電力を発電プラント内の補機
4に給電し、余剰の電力をダミー負荷5で消費してい
る。なお、この状態では燃料電池2→インバータ6→給
電切替スイッチS3 のルートで補機4,ダミー負荷5へ
の給電が行われる。
【0006】また、「待機運転」は燃料電池発電プラン
トを自立運転し、必要時に電力系統に給電できる状態に
待機している状態であり、前記した「発電昇温」ステッ
プと同様に、補機4への給電は燃料電池2の発電電力で
賄っている。さらに、「連系運転」は電力系統7に併入
して系統負荷9に給電している状態で、連系スイッチS
1 をONとして燃料電池2の発電電力をインバータ6→
連系スイッチS1 →連系スイッチS2 のルートで電力系
統7に給電し、ここでインバータ6は外部から指示され
た出力値になるように送電端出力を制御している。な
お、連系運転中に電力系統側で異常が発生した場合には
系統スイッチS2 をOFFにして運転モードを「待機運
転」に切換える。
【0007】一方、「停止動作」の「発電降温」ステッ
プでは、連系スイッチS1 をOFFにしてインバータ6
を電力系統7より解列した後、発電(インバータ6は単
独運転とする)を行いながら燃料電池2を冷却水により
強制冷却して所定の温度まで低下させる過程であり、燃
料電池が停止温度に到達すると、次の「停止」ステップ
に移行して給電切替スイッチS3 をOFF,S4 をON
に切換えた上でインバータ6を停止させるとともに、燃
料電池2への反応ガス供給もストップして発電を完全に
停止し、さらに改質系,電池内部を窒素ガスでパージし
て停止保管の状態にする。なお、上記した運転モードの
指示は操作パネルでの運転員の入力,遠隔操作で行い、
この指示に基づく運転制御は自動的にプログラム制御さ
れる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述のよう
に連系スイッチS1,S2 に加えて補機への給電回路に給
電切替スイッチS3 ,S4 を設け、運転モードの切換え
に対応して給電切替スイッチS3 ,S4 を切換え操作す
る従来の運転方式では、次記のような難点がある。すな
わち、 1)給電切替スイッチを含めた運転制御系の回路が複雑
になる。
【0009】2)給電切替スイッチS3 ,S4 を切換え
る際に、同時にスイッチS3 ,S4がONの状態になる
とインバータ6の出力電圧と系統電圧とが混色するおそ
れがあることから、一方のスイッチのOFFを確認した
後に他方のスイッチをONにするようにしているが、こ
のためにスイッチの切換途中で双方のスイッチが共にO
FFとなって補機4への給電が中断となる状態が生じ
る。
【0010】しかも、補機によっては給電の瞬断でも運
転に支障を来すものがあり、この場合には補助電源,電
解コンデンサなどによりバックアップして補機への給電
瞬断を防ぐようにした方式を採用している。しかしなが
ら、このようなバックアップ方式はシステムが複雑,大
形化するほか、設備費も嵩む。本発明は上記の点にかん
がみなされたものであり、その目的は前記課題を解決
し、回路の簡素化と併せて、運転モードの切換えに際し
ても補機への給電を瞬断なく行えるようにした燃料電池
発電装置の運転方法および補機給電回路を提供すること
にある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の運転方法は、「起動」,「待機運転」,
「連系運転」,「停止動作」の各運転モードに対し、
「連系運転」時を含めて起動時の「発電昇温」ステッ
プ,および停止動作時の「発電降温」ステップの各運転
モードでインバータを電力系統との連系状態で運転する
ものとする。
【0012】また、前記運転方法を実施するための本発
明の給電回路は、インバータと電力系統とを結ぶ送電回
路より分岐して燃料電池発電プラントの補機給電回路を
接続するとともに、該補機給電回路の分岐点を挟んで主
回路のインバータ側には燃料電池発電プラントの起動時
における「改質昇温」ステップ,および停止動作時の
「停止」ステップを除いた起動時の「発電昇温」ステッ
プ,「待機運転」,「連系運転」,および停止動作時の
「発電降温」ステップの各運転モードでスイッチONと
する連系スイッチを接続し、電力系統側には「待機運
転」を除いた「起動」,「連系運転」,「停止動作」の
各運転モードでスイッチONとする連系スイッチを接続
する。
【0013】
【作用】上記構成の補機給電回路,および運転方法によ
れば、「起動」,「待機運転」,「連系運転」,および
「停止動作」の各運転モードに対応して送電回路の発電
プラント側,および系統側に接続した二つの連系スイッ
チを切換え操作するだけで、補機への給電が瞬断なく継
続的に行える。これにより、補機への給電に対する瞬断
防止のバックアップシステムも不要となり、運転制御系
を含めて補機給電回路が簡素化される。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例を図1(a),(b)に
基づいて説明する。なお、実施例の回路図中で図2に対
応する機器には同じ符号が付してある。すなわち、図1
(a)の回路図においては、インバータ6と電力系統7
とを結ぶ送電回路12の中間地点Pより分岐して燃料電
池発電プラント1の補機4に対する補機給電回路13を
接続するとともに、該補機給電回路13の分岐点Pを挟
んで主回路のインバータ6との間には連系スイッチS1
が、また電力系統7との間には連系スイッチS2 がそれ
ぞれ接続されている。ここで、連系スイッチS1は
(b)図のタイムチャートで表すように、「起動」,
「待機運転」,「連系運転」,「停止動作」の各運転モ
ードに対して、燃料電池発電プラント1の起動時におけ
る「改質昇温」ステップ,および停止動作時の「停止」
ステップを除いた起動時の「発電昇温」ステップ,「待
機運転」,「連系運転」,および停止動作時の「発電降
温」ステップの各運転モードでONに投入される。一
方、連系スイッチS2 は、「待機運転」を除いた「起
動」,「連系運転」,「停止動作」の各運転モードでO
Nに投入される。そして、インバータ6は起動時の「改
質昇温」ステップ,および停止動作時の「停止」ステッ
プで運転停止、「待機運転」モードでは単独運転と、残
る起動時の「発電昇温」ステップ,停止動作時の「発電
降温」ステップ,および「連系運転」モードでは電力系
統との連系状態で運転される。なお、「連系運転」モー
ドの状態で電力系統7に何らかの異常が発生すると、連
系スイッチS2 をOFFにして「待機運転」モードに切
換え、電力系統7が正常に復帰すれば再び「連系運転」
モードに切換える。
【0015】ここで、発電プラント1の起動時における
「改質昇温」ステップ,および停止動作時の「停止」ス
テップでは、電力系統7→連系スイッチS2 →補機給電
回路13のルートで補機4への給電が行われる。また、
起動時の「発電昇温」ステップ,「連系運転」モード,
および停止動作時の「発電降温」ステップでは、電力系
統7との連系状態のもとで、補機4への給電を燃料電池
2→インバータ6→連系スイッチS1 →補機給電回路1
3のルートで行う。なお、「待機運転」モードでは、イ
ンバータ6を単独運転とした上で、前記と同様に補機4
への給電が燃料電池2→インバータ6→連系スイッチS
1→補機給電回路13のルートで行われる。
【0016】つまり、図2で述べた従来の運転方式で
は、起動時の「発電昇温」ステップ,停止動作時の「発
電降温」ステップではインバータ6を単独運転として、
「起動」,「停止」のステップ切換え時に給電切替スイ
ッチS3 とS4 との間でスイッチ切換え操作を行ってい
たのに対して、図1の本発明実施例ではインバータ7を
連系運転として発電プラントの起動,停止動作を行うよ
うにしており、したがって起動が確立した後の運転状態
では、電力系統側に異常の発生がない限りは常「連系運
転」モードとなり、これにより補機への給電が発電プラ
ントの起動→発電→停止の全期間を通じて瞬断なく継続
的に行える。
【0017】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、従
来の運転方式と較べて、補機給電回路に接続する給電切
替スイッチが省略できるほか、これら給電切替スイッチ
の切換え時に生じる補機動力の瞬断を防止するバックア
ップシステムも不要となり、これにより補機給電回路,
並びにスイッチ切換えに関連した制御システムを大幅に
簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示し、(a)は燃料電池発電
プラント/電力系統間の給電回路図、(b)は燃料電池
発電装置の運転方法を表すタイムチャート図
【図2】従来の燃料電池発電装置を示し、(a)は燃料
電池発電プラント/電力系統間の給電回路図、(b)は
燃料電池発電装置の運転方法を表すタイムチャート図
【符号の説明】
1 燃料電池発電プラント 2 燃料電池 3 改質器 4 補機 5 ダミー負荷 6 インバータ 7 電力系統 12 給電主回路 13 補機給電回路 S1 発電プラント側連系スイッチ S2 系統側連系スイッチ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃料電池で発電した直流電力をインバータ
    により商用の交流電力に変換して電力系統に給電する燃
    料電池発電装置において、「起動」,「待機運転」,
    「連系運転」,「停止動作」の各運転モードに対し、
    「連系運転」時を含めて起動時の「発電昇温」ステッ
    プ,および停止動作時の「発電降温」ステップの各運転
    モードでインバータを電力系統との連系状態で運転する
    ことを特徴とする燃料電池発電装置の運転方法。
  2. 【請求項2】燃料電池で発電した直流電力をインバータ
    により交流電力に変換して電力系統に給電する燃料電池
    発電装置において、インバータと電力系統とを結ぶ送電
    回路より分岐して燃料電池発電プラントの補機給電回路
    を接続するとともに、該補機給電回路の分岐点を挟んで
    主回路のインバータ側には燃料電池発電プラントの起動
    時における「改質昇温」ステップ,および停止動作時の
    「停止」ステップを除いた起動時の「発電昇温」ステッ
    プ,「待機運転」,「連系運転」,および停止動作時の
    「発電降温」ステップの各運転モードでスイッチONと
    する連系スイッチを接続し、電力系統側には「待機運
    転」を除いた「起動」,「連系運転」,「停止動作」の
    各運転モードでスイッチONとする連系スイッチを接続
    したことを特徴とする燃料電池発電装置の補機給電回
    路。
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