JP2007249341A - Hydrogen production system - Google Patents

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武之 板橋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wind power generation and hydrogen production system that stably supplies power from a wind power generation device to a load and a hydrogen production device. <P>SOLUTION: The absorption of power fluctuations of the wind power generation device in the hydrogen production device and the control of the current of the hydrogen production device can stabilize hydrogen production and suppress hydrogen production device degradation. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は水素製造装置に係り、特に風力発電により得られた電力をエネルギー源として利用する水素製造装置に関する。   The present invention relates to a hydrogen production apparatus, and more particularly to a hydrogen production apparatus that uses power obtained by wind power generation as an energy source.

現在我々の生活を支えているエネルギーの大半は化石燃料によりまかなわれているが、資源の枯渇に加えて地球温暖化などの課題を抱えている。これらの課題を解決する方法の一つとして風力，太陽光，水力などの再生可能エネルギーの利用があげられる。しかし、これらの再生可能エネルギーはエネルギー密度が小さいことやエネルギー供給が不安定であるなどの欠点を有している。これらを解決する方法として、エネルギーを水素という二次エネルギーに一旦変換して貯蔵し、エネルギー需要にあわせて水素を供給することにより、エネルギーの安定供給を図る方法がある。さらに、水素エネルギーは電気エネルギーと比較して容易に貯蔵できる利点も兼ね備えている。   Currently, most of the energy that supports our lives is provided by fossil fuels, but in addition to the depletion of resources, there are issues such as global warming. One way to solve these problems is to use renewable energy such as wind, solar, and hydropower. However, these renewable energies have drawbacks such as low energy density and unstable energy supply. As a method for solving these problems, there is a method in which energy is temporarily converted into secondary energy called hydrogen and stored, and hydrogen is supplied in accordance with energy demand, thereby achieving a stable supply of energy. Furthermore, hydrogen energy also has the advantage that it can be easily stored compared to electrical energy.

風力を利用して発電し、その電力により水素を安定かつ効率的に製造する方法としては、風力発電装置の風車回転数を励磁機により制御して発電装置から水素製造装置に供給される電圧を制御する方法があげられる。   As a method for generating hydrogen using wind power and producing hydrogen stably and efficiently, the voltage supplied from the power generator to the hydrogen generator is controlled by controlling the wind turbine speed of the wind power generator with an exciter. There is a method of control.

特開２００４−２６９９４５号公報JP 2004-269945 A

風力発電により負荷に電力を安定供給することと水素を製造することとを同時に実施する場合、水素製造装置への負荷が変動するため、水素製造量が不安定になり、負荷変動が繰り返されることにより水素製造装置の劣化が早まる。   When the stable supply of power to the load by wind power generation and the production of hydrogen are performed simultaneously, the load on the hydrogen production device fluctuates, resulting in unstable hydrogen production and repeated load fluctuations. This accelerates the deterioration of the hydrogen production apparatus.

本発明の目的は、風力発電装置からの電力を安定に負荷と水素製造装置とに供給する風力発電水素製造装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a wind power generation hydrogen production apparatus that stably supplies power from a wind power generation apparatus to a load and a hydrogen production apparatus.

負荷に電力を供給する風力発電装置と前記風力発電装置から電力の供給を受ける電解水素製造装置とを有する風力発電水素製造装置であって、予め設定された負荷に供給する電力を目標値とし、前記風力発電装置が発電する発電出力と前記目標値との差分を前記電解水素製造装置に供給することを特徴とする風力発電水素製造装置である。   A wind power generation hydrogen production apparatus having a wind power generation apparatus that supplies power to a load and an electrolytic hydrogen production apparatus that receives power supply from the wind power generation apparatus, and sets power to be supplied to a preset load as a target value, The wind power generation hydrogen production apparatus is characterized in that a difference between a power generation output generated by the wind power generation apparatus and the target value is supplied to the electrolytic hydrogen production apparatus.

本発明の風力発電水素製造装置によれば、風力発電装置からの電力を安定に負荷と水素製造装置とに供給する風力発電水素製造装置を提供できる。   According to the wind power generation hydrogen production apparatus of the present invention, it is possible to provide a wind power generation hydrogen production apparatus that stably supplies power from the wind power generation apparatus to a load and a hydrogen production apparatus.

水素製造装置に供給する電力を制御するためのチョッパー回路や、チョッパー回路の電流制御、風力発電装置の風車ピッチ角度を制御することにより実現した。   This was realized by controlling the chopper circuit for controlling the power supplied to the hydrogen production device, the current control of the chopper circuit, and the windmill pitch angle of the wind power generator.

本発明を実施するための実施形態を以下に説明する。
（１）電力系統に接続された風力発電装置において、所定の電力を電力系統に供給し、かつ、風力発電装置の発電電力と電力系統に出力する目標値電力との差分を差分電力として電解水素製造装置に供給することにより、水素を製造する水素製造システム。
（２）前記において、電解水素製造装置の動作状態に基づき、電解水素製造装置に供給する電力や電流を制御することにより、水素製造量を制御する水素製造システム。
（３）風車ピッチ角が制御できる風力発電装置を用い、風車ピッチ角度を制御することにより、発電装置出力を所定の電力に保つことができる水素製造システム。
（４）前記において、少なくとも風力発電装置，電解水素製造装置，発電された交流を電解水素製造装置に供給するための交流直流変換器から構成される水素製造システム。
（５）前記において、電解水素製造装置への供給電力を制御するためのチョッパー回路を有する水素製造システム。
（６）電力系統に接続された風力発電装置において、所定の電力を電力系統に供給し、かつ、余剰変動電力を電解酸素製造装置に供給することにより、酸素を製造する酸素製造システム。 Embodiments for carrying out the present invention will be described below.
(1) In the wind turbine generator connected to the power grid, electrolytic hydrogen is supplied by supplying a predetermined power to the grid and using the difference between the generated power of the wind turbine generator and the target value power output to the grid as differential power. A hydrogen production system that produces hydrogen by supplying it to production equipment.
(2) In the above, the hydrogen production system which controls hydrogen production amount by controlling the electric power and electric current which are supplied to an electrolytic hydrogen production apparatus based on the operation state of an electrolytic hydrogen production apparatus.
(3) A hydrogen production system that uses a wind turbine generator capable of controlling the wind turbine pitch angle and controls the wind turbine pitch angle to keep the power generator output at a predetermined power.
(4) A hydrogen production system comprising at least a wind power generator, an electrolytic hydrogen production device, and an AC / DC converter for supplying the generated alternating current to the electrolytic hydrogen production device.
(5) In the above, the hydrogen production system which has a chopper circuit for controlling the electric power supplied to an electrolytic hydrogen production apparatus.
(6) An oxygen production system for producing oxygen in a wind turbine generator connected to an electric power system by supplying predetermined electric power to the electric power system and supplying surplus fluctuation power to the electrolytic oxygen production apparatus.

本発明にかかる実施形態は、前述のように、水素製造システムにおいて、風力発電装置から供給可能な電力や電流と水素製造装置の動作可能な電力あるいは電流範囲とを比較し、水素製造装置の動作状態を制御することにより、達成される。さらに、本発明にかかる実施形態は、風力発電装置の定格電力あるいは、風速に依存した最適な電力が出力されるように風車ピッチ角を制御することにより、達成される。   As described above, the embodiment according to the present invention compares the power or current that can be supplied from the wind power generator with the operable power or current range of the hydrogen production apparatus in the hydrogen production system, and operates the hydrogen production apparatus. This is achieved by controlling the state. Furthermore, the embodiment according to the present invention is achieved by controlling the windmill pitch angle so that the rated power of the wind turbine generator or the optimum power depending on the wind speed is output.

本実施形態では、負荷を電力系統としているが、負荷は電力系統に限定されるものではなく、工場や、プラントのように安定した電力供給が求められる用途に適用可能である。   In the present embodiment, the load is an electric power system, but the load is not limited to the electric power system, and can be applied to uses such as factories and plants that require stable power supply.

また、以下の実施例では水素製造装置として記載するが、水の電気分解により水素を得る場合、同時に酸素も得られる。したがって、以下の実施例においては、生成された酸素を捕集すれば、酸素製造装置となる。   Moreover, although described as a hydrogen production apparatus in the following examples, when hydrogen is obtained by electrolysis of water, oxygen is also obtained at the same time. Therefore, in the following examples, an oxygen production apparatus is obtained by collecting generated oxygen.

図１は、本発明の一実施例である風力発電水素製造装置の構成図である。   FIG. 1 is a configuration diagram of a wind power generation hydrogen production apparatus according to an embodiment of the present invention.

風力発電装置は、風車ピッチ角が制御できる風車１が接続されたかご型誘導発電装置２などから構成され、２回線系統送電線３を介して電力系統（無限大母線）に接続される。ここで、風力発電装置の端子には、力率調整用進相コンデンサ８を設置し、定格出力時に力率がほぼ１になるように設定されている。   The wind turbine generator includes a cage induction generator 2 and the like to which a wind turbine 1 capable of controlling the wind turbine pitch angle is connected, and is connected to an electric power system (infinite bus) via a two-line power transmission line 3. Here, a power factor adjusting phase-advancing capacitor 8 is installed at the terminal of the wind turbine generator, and the power factor is set to be approximately 1 at the rated output.

水素製造装置７は、電力系統と、Δ−Δ変圧器４，三相全波整流回路５，降圧チョッパー回路６を介して接続される。   The hydrogen production device 7 is connected to the power system via a Δ-Δ transformer 4, a three-phase full-wave rectifier circuit 5, and a step-down chopper circuit 6.

降圧チョッパー回路６は、チョッパー制御装置５５の出力するパルス信号Gate Signalにより制御される。
チョッパー制御装置５５は、電流センサ５１と電圧センサ５２の検出値から、電力演算器５０により計算された風力発電装置の出力する電力Ｐw を入力する。また、水素製造装置７の電圧Ｅ2 は電圧センサ５４により検出され、また水素製造装置７に流れる電流Ｉ2 は電流センサ５３により検出され、チョッパー制御装置５５に入力される。 The step-down chopper circuit 6 is controlled by a pulse signal Gate Signal output from the chopper controller 55.
Chopper controller 55, the detected value of the current sensor 51 and voltage sensor 52, receives the output electric power P w of a wind turbine generator, which is calculated by the power calculator 50. The voltage E 2 of the hydrogen production device 7 is detected by the voltage sensor 54, and the current I 2 flowing through the hydrogen production device 7 is detected by the current sensor 53 and input to the chopper control device 55.

水素製造装置７としては、固体高分子電解質型水電解水素製造装置を用い、降圧チョッパー回路６の制御により風力の変動電力を水素製造装置７で消費させて水素を製造する。   As the hydrogen production apparatus 7, a solid polymer electrolyte water electrolysis hydrogen production apparatus is used, and hydrogen is produced by consuming the fluctuating power of wind power by the hydrogen production apparatus 7 under the control of the step-down chopper circuit 6.

ここでは、降圧チョッパー回路６の例で説明するが、昇圧チョッパー回路や、昇降圧チョッパー回路でもよい。また、風力発電装置として、ここではかご型誘導発電機を用いた装置を用いて説明するが、同期発電機や交流励磁型同期発電機，永久磁石式発電機などを用いた装置にも適用できる。また、風力発電装置は、少なくとも一台以上で構成される風力発電装置であってもよい。さらに、水素製造装置として、ここでは固体高分子電解質水電解水素製造装置で説明するが、アルカリ水電解水素製造装置，食塩水電解水素製造装置，海水電解水素製造装置，水蒸気電解水素製造装置であってもよい。   Although an example of the step-down chopper circuit 6 will be described here, a step-up chopper circuit or a step-up / step-down chopper circuit may be used. Further, as a wind power generator, a description will be given using a device using a squirrel-cage induction generator here, but it can also be applied to a device using a synchronous generator, an AC excitation synchronous generator, a permanent magnet generator, or the like. . Further, the wind power generator may be a wind power generator composed of at least one unit. Furthermore, as a hydrogen production apparatus, a solid polymer electrolyte water electrolysis hydrogen production apparatus will be described here, but an alkaline water electrolysis hydrogen production apparatus, a brine electrolysis hydrogen production apparatus, a seawater electrolysis hydrogen production apparatus, and a steam electrolysis hydrogen production apparatus. May be.

図３は、降圧チョッパー回路６を駆動するチョッパー制御装置５５の構成図である。風力発電電力Ｐw と系統に出力する風力発電電力の目標値電力Ｐk の差分電力ｅは、ＰＩコントローラ９に入力される。ＰＩコントローラ９は、水素製造装置７で消費する電力目標値Ｐt を計算する。さらに電力目標値Ｐt を電圧検出値Ｅ2 で除算し、水素製造装置の電流指令値Ｉt を計算し、比較ブロック（ブロックＡ）へ出力する。前記目標値Ｐk は、装置内部で運転時間帯などの条件で変更してもよいし、あるいは、電力系統側の装置からの伝送により指令値を変更してもよい。 FIG. 3 is a configuration diagram of the chopper control device 55 that drives the step-down chopper circuit 6. The differential power e between the wind power generation power P w and the target value power P k of the wind power generation power output to the grid is input to the PI controller 9. The PI controller 9 calculates a power target value P t consumed by the hydrogen production device 7. Further, the electric power target value P t is divided by the detected voltage value E 2 to calculate a current command value I t for the hydrogen production apparatus and output it to the comparison block (block A). The target value P k may be changed in the apparatus under conditions such as an operation time zone, or the command value may be changed by transmission from the apparatus on the power system side.

一方、水素製造装置７の電圧Ｅ2 は、電力最大値演算ブロック１１に入力され、演算の後に水素製造装置７で許容される電流値Ｉh を比較ブロック（ブロックＡ）へ出力する。図４は、電力最大値演算ブロック１１の動作を説明する図である。図４において、現在の電圧Ｅ2 と電流Ｉ2 が入力されると、テーブル参照または算出式により、水素製造装置の電流電圧特性の状態（図では状態Ｂ）が求められ、そのとき許容される水素製造のための最大電流値Ｉh maxと最小電流値Ｉh minが計算され、電流指令値Ｉh として出力される。たとえば水素製造装置の状態が変化して電流指令値が最小値以下に下がったり、電流指令値が変更されて電流指令値が最大値と最小値の範囲を外れると、水素の製造効率が低下するので、電流指令値を所定範囲内に制限する必要がある。 On the other hand, the voltage E 2 of the hydrogen production apparatus 7 is input to the maximum power value calculation block 11, and outputs the current value I h allowed by the hydrogen production device 7 after the calculation to the comparison block (Block A). FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the power maximum value calculation block 11. In FIG. 4, when the current voltage E 2 and current I 2 are input, the state of the current-voltage characteristic of the hydrogen production apparatus (state B in the figure) is obtained by referring to a table or a calculation formula, and allowed at that time. A maximum current value I h max and a minimum current value I h min for hydrogen production are calculated and output as a current command value I h . For example, if the state of the hydrogen production device changes and the current command value falls below the minimum value, or the current command value is changed and the current command value falls outside the range between the maximum and minimum values, the hydrogen production efficiency decreases. Therefore, it is necessary to limit the current command value within a predetermined range.

比較ブロック１０（ブロックＡ）は、水素製造装置７の電流の目標値Ｉt と水素製造で許容される電流最大値Ｉh maxと最小電流値Ｉh minを入力し、Ｉt とＩh max，Ｉh minを比較し、下記式１および式２により出力信号Ｓignal(１) の値を決定し、切替ブロック
５７（ブロックＢ）に出力する。
（数１）
Ｉh max＞Ｉt＞Ｉh min：Ｓignal(１)＝１
（数２）
Ｉh max＜Ｉt または、 Ｉt＜Ｉh min：Ｓignal(１)＝０
切替ブロック５７（ブロックＢ）は、水素製造装置７の入力電流指令値Ｉt と、許容される水素製造のための入力電流指令値Ｉh とを入力し、Ｓignal(１) が“１”のとき電流指令値Ｉt を切替器５８から出力し、Ｓignal(１) が“０”のとき電流指令値Ｉh を切替器５８から出力する。すなわち、水素製造に用いる電流目標値Ｉt が、水素製造装置で要求される許容範囲（Ｉh max＞Ｉt＞Ｉh min）から外れるときは、許容値Ｉh （Ｉh maxまたはＩh min）が選択される。 The comparison block 10 (block A) inputs the target current value I t of the hydrogen production device 7, the maximum current value I h max and the minimum current value I h min allowed for hydrogen production, and I t and I h max , I h min are compared, the value of the output signal Signal (1) is determined by the following formulas 1 and 2, and output to the switching block 57 (block B).
(Equation 1)
I h max > I t > I h min : Signal (1) = 1
(Equation 2)
I h max <I t or I t <I h min : Signal (1) = 0
The switching block 57 (block B) inputs the input current command value I t of the hydrogen production apparatus 7 and the input current command value I h for permissible hydrogen production, and Signal (1) is “1”. when it outputs a current command value I t from the switching unit 58 outputs a current command value I h when the Signal (1) is "0" from the selector 58. That is, when the target current value I t used for hydrogen production is out of the allowable range (I h max > I t > I h min ) required for the hydrogen production apparatus, the allowable value I h (I h max or I h min ) is selected.

切替器５８から出力された電流指令値Ｉref は、電流制限器５６に入力される。   The current command value Iref output from the switch 58 is input to the current limiter 56.

電流制限器５６は、例えば一次遅れフィルタや、変化率を所定値以内に抑制する変化率リミッタで構成され、電流指令値Ｉrefの急峻な変動を抑制した電流指令値Ｉref′を出力する。電流指令値Ｉref′は電流調整ブロック１２（ブロックＣ）に入力される。   The current limiter 56 is composed of, for example, a first-order lag filter or a change rate limiter that suppresses the change rate within a predetermined value, and outputs a current command value Iref ′ that suppresses a steep fluctuation of the current command value Iref. The current command value Iref ′ is input to the current adjustment block 12 (block C).

電流調整ブロック１２は、電流指令値Ｉref′ と、水素製造装置に流れる電流Ｉ2 の偏差を零にするため、偏差をＰＩコントローラ９に入力し、チョッパー回路６を駆動するための指令値Ｄuty を、パルス作成器ＰＷＭに出力する。 The current adjustment block 12 inputs the deviation to the PI controller 9 in order to make the deviation between the current command value Iref ′ and the current I 2 flowing through the hydrogen production device zero, and the command value Duty for driving the chopper circuit 6 is obtained. And output to the pulse generator PWM.

パルス作成器ＰＷＭでは、入力された指令値Ｄuty から、チョッパー回路６を構成するＩＧＢＴなどのスイッチング素子をオン・オフするパルスGate Signalを作成する。   The pulse generator PWM generates a pulse gate signal for turning on / off switching elements such as IGBTs constituting the chopper circuit 6 from the inputted command value Duty.

図５は、風車のピッチ角指令ＢＥＴＡを求めるための構成図を示す。ある時刻における平均風速をｕ［ｍ／ｓ］とすると、回転数に対する発電電力の特性は、最大値をもつ特性となる。そのため、平均風速ｕが求まると、最適な風車回転数ωref はテーブル参照や、算出式による計算により求めることが出来る。風速が大きいときは、発電機定格より発電電力が大きくならないように、発電電力が所定値ＰRmaxとなるように、最大効率点となる回転数にならない回転数で運転する。従って、図中太線で示す発電特性となる。所定値
ＰRmaxは、切替器５９にて変更できるようにしておき、例えば夜間のように系統での電力消費が小さく、系統に風力の電力を出力したくないときは、水素製造装置の定格容量相当にＰR をＰRchgに変更すると、系統に出力される電力はほぼ零としながら水素製造装置にて水素を製造することが出来、風力発電装置を停止しなくても良い。 FIG. 5 is a block diagram for obtaining the wind turbine pitch angle command BETA. Assuming that the average wind speed at a certain time is u [m / s], the characteristic of the generated power with respect to the rotational speed is a characteristic having a maximum value. Therefore, when the average wind speed u is obtained, the optimum wind turbine rotational speed ωref can be obtained by referring to a table or calculating with a calculation formula. When the wind speed is high, the engine is operated at a rotational speed that does not reach the maximum efficiency point so that the generated power becomes a predetermined value PRmax so that the generated power does not become larger than the generator rating. Therefore, the power generation characteristic indicated by the bold line in the figure is obtained. The predetermined value P Rmax can be changed by the switch 59. For example, when the power consumption in the system is small such as at night and it is not desired to output wind power to the system, the rated capacity of the hydrogen production device If P R is changed to P Rchg considerably, the hydrogen output can be produced by the hydrogen production apparatus while the power output to the system is substantially zero, and the wind power generation apparatus does not have to be stopped.

最適な風車回転数ωref から回転数検出値ωを減算し、偏差を計算する。得られた偏差は、ＰＩコントローラ９に入力され、偏差がゼロとなるようにＰＩコントローラ９の出力である風車のピッチ角ＢＥＴＡは調整される。   The deviation is calculated by subtracting the detected rotation speed value ω from the optimum windmill rotation speed ωref. The obtained deviation is input to the PI controller 9, and the pitch angle BETA of the windmill, which is the output of the PI controller 9, is adjusted so that the deviation becomes zero.

図６および図７，図８は、図５に示したピッチ角制御の動作を示す。図６は風速を示しており、図７は、その時計算されるピッチ角ＢＥＴＡを示しており、また、図８は発電出力を示している。ピッチ角制御により、風速が高いときの電力がほぼ所定値（ここでは
５０ＭＷ）に制御されている。 6, 7, and 8 show the pitch angle control operation shown in FIG. 5. FIG. 6 shows the wind speed, FIG. 7 shows the pitch angle BETA calculated at that time, and FIG. 8 shows the power generation output. By the pitch angle control, the electric power when the wind speed is high is controlled to a predetermined value (here, 50 MW).

図９，図１０，図１１は、図１および図３に示したシステムの動作を示す。   9, FIG. 10 and FIG. 11 show the operation of the system shown in FIG. 1 and FIG.

図９は、水素製造装置に流れる電流Ｉ2 を示している。水素製造装置の最大電流値は、図３のブロックＢの制御により所定値内（ここでは、１４ｋＡ）に抑制されており、所定値以下では、風力の変動を吸収するように水素製造装置電流が変化している。 FIG. 9 shows the current I 2 flowing through the hydrogen production apparatus. The maximum current value of the hydrogen production apparatus is suppressed within a predetermined value (14 kA in this case) by the control of the block B in FIG. 3, and below the predetermined value, the hydrogen production apparatus current is absorbed so as to absorb wind power fluctuations. It has changed.

図１０は、水素製造量を示す。図９に示した電流値Ｉ2 に応じて水素が製造されていることがわかる。 FIG. 10 shows the amount of hydrogen production. It can be seen that hydrogen is produced according to the current value I 2 shown in FIG.

図１１は、電力系統に出力される有効電力を示しており、この値は、図３で説明した系統に出力する風力発電電力の目標値Ｐk により調整できる。図１１は、Ｐk ＝３０ＭＷとしたときの波形であり、系統に出力される電力はほぼ３０ＭＷに制御できている。 FIG. 11 shows the active power output to the power system, and this value can be adjusted by the target value P k of the wind power output to the system described in FIG. FIG. 11 shows a waveform when P k = 30 MW, and the power output to the system can be controlled to approximately 30 MW.

上記実施例に示すように、風力発電電力Ｐw の値より、系統に出力する風力発電電力の目標値Ｐk を小さくすることで、風力発電による電力の変動電力成分は水素製造装置に吸収され、系統にはほぼ一定の電力を出力することが出来る水素製造システムを提供できる。 As shown in the above embodiment, than the value of the wind generated power P w, by decreasing the target value P k of the wind generated power to be output to the system, power fluctuation component of power by the wind power generation is absorbed by the hydrogen generating device , A hydrogen production system capable of outputting almost constant power to the system can be provided.

上記実施例に示すように、電流指令値の急峻な変動成分を除去して、水素製造装置に供給される電流を制御することで、水素製造に寄与しない無駄な電力消費を抑制できる。   As shown in the above embodiment, by removing the steep fluctuation component of the current command value and controlling the current supplied to the hydrogen production apparatus, useless power consumption that does not contribute to hydrogen production can be suppressed.

また、電流指令値の最大値を水素製造装置の状態により求まる最大値に制限する手段を備えるので、水素製造装置の劣化を防止できる。   In addition, since the means for limiting the maximum value of the current command value to the maximum value determined by the state of the hydrogen production apparatus is provided, the deterioration of the hydrogen production apparatus can be prevented.

また、ピッチ角を求める際の最大電力値ＰR を変えることで、系統に出力する電力を調整できる（例えば最大電力値ＰR を系統に出力する風力発電電力の目標値Ｐk と同じとすると、系統に出力する電力値のベース分はほぼ零に制御できる。）。 Further, by changing the maximum power value P R for obtaining the pitch angle and the same as the target value P k of the wind generated power output can adjust the power to be output to the system (e.g., the maximum power value P R to the system The base of the power value output to the system can be controlled to be almost zero.)

以上の実施例によれば、水素製造装置で風力の電力変動を吸収できるため、系統に出力される電力の変動分を抑制し、また、水素製造も安定に行うことができ、かつ、水素製造装置の劣化を抑制する効果がある。   According to the above embodiments, the hydrogen production apparatus can absorb wind power fluctuations, so that fluctuations in power output to the system can be suppressed, hydrogen production can be performed stably, and hydrogen production can be performed. There is an effect of suppressing deterioration of the apparatus.

次に図２を用いて実施例２について説明する。図２は本発明の他の実施例の装置構成を示す単線結線図であり、図１と同一符号は同一部分をあらわすので説明を省略する。   Next, Example 2 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a single-line diagram showing a device configuration of another embodiment of the present invention. The same reference numerals as those in FIG.

図２に示す実施例では、風力発電機は交流直流変換器６１，交流直流変換器６２を介して系統に接続される。   In the embodiment shown in FIG. 2, the wind power generator is connected to the system via an AC / DC converter 61 and an AC / DC converter 62.

水素製造装置７は、交流直流変換器６１（または６２）の直流部分に接続され、チョッパー回路６および制御装置５５にて水素製造装置７の電流は調整される。   The hydrogen production device 7 is connected to the DC portion of the AC / DC converter 61 (or 62), and the current of the hydrogen production device 7 is adjusted by the chopper circuit 6 and the control device 55.

本実施例によると、実施例１と同等の効果があり、また、直流部に接続することで、整流回路が不要になり、構成が簡単になる。   According to the present embodiment, there is an effect equivalent to that of the first embodiment, and by connecting to the direct current portion, a rectifier circuit becomes unnecessary and the configuration is simplified.

発電装置の出力と水素製造装置の製造状況を比較して、水素製造装置への負荷変動を抑制することが可能なため、発電方式が異なる発電装置と水素製造装置を具備した水素製造装置にも適用可能である。   By comparing the output of the power generation device and the production status of the hydrogen production device, it is possible to suppress load fluctuations on the hydrogen production device. Applicable.

本発明の一実施例である風力発電水素製造装置の構成図。The block diagram of the wind power generation hydrogen production apparatus which is one Example of this invention. 本発明の他の実施例である風力発電水素製造装置の構成図。The block diagram of the wind power generation hydrogen production apparatus which is the other Example of this invention. チョッパー制御装置の構成図。The block diagram of a chopper control apparatus. 水素製造装置の最大電力値を求めるための説明図。Explanatory drawing for calculating | requiring the maximum electric power value of a hydrogen production apparatus. ピッチ角制御装置の説明図。Explanatory drawing of a pitch angle control apparatus. 風速データ。Wind speed data. 風車ピッチ角の変化。Changes in windmill pitch angle. 風力発電装置の出力変化。Wind power generator output change. 水素製造装置の電流変化。Current change in hydrogen production equipment. 水素製造装置における水素発生量変化。Changes in the amount of hydrogen generated in hydrogen production equipment. 電力系統への出力電力変化。Change in output power to the power system.

符号の説明Explanation of symbols

１…風車、２…かご型誘導発電装置、３…２回線系統送電線、４…Δ−Δ変圧器、５…三相全波整流回路、６…降圧チョッパー回路、７…水素製造装置、８…力率調整用進相コンデンサ、９…ＰＩコントローラ、１０…比較ブロック、１１…電力最大値演算ブロック、１２…電流調整ブロック、５０…電力演算器、５１，５３…電流センサ、５２，５４…電圧センサ、５５…チョッパー制御装置、５６…電流制限器、５７…切替ブロック、５８，５９…切替器、６１，６２…交流直流変換器、７０…ピッチ制御装置。



DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Windmill, 2 ... Cage type | mold induction generator, 3 ... Two-line system power transmission line, 4 ... (DELTA) -delta transformer, 5 ... Three-phase full-wave rectifier circuit, 6 ... Step-down chopper circuit, 7 ... Hydrogen production apparatus, 8 Power phase adjustment phase advance capacitor, 9 PI controller, 10 Comparison block, 11 Maximum power calculation block, 12 Current adjustment block, 50 Power calculator, 51, 53 Current sensor, 52, 54 Voltage sensor, 55 ... chopper controller, 56 ... current limiter, 57 ... switching block, 58, 59 ... switch, 61, 62 ... AC / DC converter, 70 ... pitch controller.



Claims (13)

負荷に電力を供給する風力発電装置と前記風力発電装置から電力の供給を受ける電解水素製造装置とを有する風力発電水素製造装置であって、予め設定された負荷に供給する電力を目標値とし、前記風力発電装置が発電する発電出力と前記目標値との差分を前記電解水素製造装置に供給することを特徴とする風力発電水素製造装置。   A wind power generation hydrogen production apparatus having a wind power generation apparatus that supplies power to a load and an electrolytic hydrogen production apparatus that receives power supply from the wind power generation apparatus, and sets power to be supplied to a preset load as a target value, A wind power generation hydrogen production apparatus characterized in that a difference between a power generation output generated by the wind power generation apparatus and the target value is supplied to the electrolytic hydrogen production apparatus. 負荷に電力を供給する風力発電装置と前記風力発電装置から電力の供給を受ける電解水素製造装置とを有する風力発電水素製造装置であって、前記風力発電装置の発電出力を検出する手段と、検出した前記発電出力と予め設定された負荷に供給する電力の目標値との差分を電解水素製造装置に供給する制御手段とを備えることを特徴とする風力発電水素製造装置。   A wind power generation hydrogen production apparatus having a wind power generation apparatus that supplies power to a load and an electrolytic hydrogen production apparatus that receives power supply from the wind power generation apparatus, the means for detecting the power generation output of the wind power generation apparatus, and a detection And a control means for supplying a difference between the generated power output and a target value of power to be supplied to a preset load to the electrolytic hydrogen production apparatus. 検出した風力発電装置の発電出力に基づいて電解水素製造装置への供給電力と負荷に出力する電力とが所定の電力値となるような制御手段を備えることを特徴とする請求項２記載の風力発電水素製造装置。   3. The wind power according to claim 2, further comprising a control unit that makes the supply power to the electrolytic hydrogen production apparatus and the power output to the load have a predetermined power value based on the detected power generation output of the wind power generation apparatus. Power generation hydrogen production equipment. 前記制御手段として、電解水素製造装置の消費電力、および／または、水素製造装置に許容される電力から計算される電解水素製造装置に流れる電流指令値に基づき、水素製造装置の電源回路スイッチング素子のゲート信号を制御することにより、入力電流を制御する手段を有することを特徴とする請求項２記載の風力発電水素製造装置。   As the control means, based on the power consumption of the electrolytic hydrogen production apparatus and / or the current command value flowing through the electrolytic hydrogen production apparatus calculated from the power allowed for the hydrogen production apparatus, the power supply circuit switching element of the hydrogen production apparatus The wind power generation hydrogen production apparatus according to claim 2, further comprising means for controlling an input current by controlling a gate signal. 前記電流指令値の急峻な変動を抑制するための電流制限手段を備えることを特徴とする請求項４記載の風力発電水素製造装置。   5. The wind power generation hydrogen production apparatus according to claim 4, further comprising current limiting means for suppressing a steep fluctuation of the current command value. 前記電流指令値を電解水素製造装置の動作状態により決まる電流の最大値を越えないように制限する電流指令値の変更手段を備え、電解水素製造装置の入力電流の目標値を変更することを特徴とする請求項４記載の風力発電水素製造装置。   A current command value changing means for limiting the current command value so as not to exceed a maximum current value determined by an operating state of the electrolytic hydrogen production apparatus, and changing a target value of an input current of the electrolytic hydrogen production apparatus. The wind power generation hydrogen production apparatus according to claim 4. 前記風力発電装置は、風車を有し、前記風車のピッチ角が制御できることを特徴とする請求項１記載の風力発電水素製造装置。   The wind power generation hydrogen production apparatus according to claim 1, wherein the wind power generation apparatus includes a windmill, and a pitch angle of the windmill can be controlled. 前記ピッチ角により風力発電装置の発電可能な最大電力値を風力発電装置の定格電力から変更する手段を備えることを特徴とする請求項７記載の風力発電水素製造装置。   The wind power generation hydrogen production apparatus according to claim 7, further comprising means for changing a maximum power value that can be generated by the wind turbine generator from the rated power of the wind turbine generator according to the pitch angle. 前記風力発電装置で発電された交流を電解水素製造装置に供給するための電力変換回路を有することを特徴とする請求項１記載の風力発電水素製造装置。   The wind power generation hydrogen production device according to claim 1, further comprising a power conversion circuit for supplying alternating current generated by the wind power generation device to the electrolytic hydrogen production device. 前記風力発電装置で発電された電力を負荷に接続するための電力変換回路を有することを特徴とする請求項１記載の風力発電水素製造装置。   The wind power generation hydrogen production apparatus according to claim 1, further comprising a power conversion circuit for connecting the power generated by the wind power generation apparatus to a load. 前記電解水素製造装置への供給電力を制御するためのチョッパー回路を有することを特徴とする請求項１記載の風力発電水素製造装置。   The wind power generation hydrogen production apparatus according to claim 1, further comprising a chopper circuit for controlling power supplied to the electrolytic hydrogen production apparatus. 前記負荷は、電力系統であることを特徴とする請求項１記載の風力発電水素製造装置。   The wind power generation hydrogen production apparatus according to claim 1, wherein the load is a power system. 負荷に電力を供給する風力発電装置と前記風力発電装置から電力の供給を受ける電解酸素製造装置とを有する風力発電水素製造装置であって、予め設定された負荷に供給する電力を目標値とし、前記風力発電装置が発電する発電出力と前記目標値との差分を前記電解酸素製造装置に供給することを特徴とする風力発電酸素製造装置。   A wind power generation hydrogen production apparatus having a wind power generation apparatus that supplies power to a load and an electrolytic oxygen production apparatus that receives power supply from the wind power generation apparatus, and sets power to be supplied to a preset load as a target value, A wind power generation oxygen production apparatus characterized in that a difference between a power generation output generated by the wind power generation apparatus and the target value is supplied to the electrolytic oxygen production apparatus.
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