JP5573154B2

JP5573154B2 - Power conditioner and power generation system equipped with the same

Info

Publication number: JP5573154B2
Application number: JP2009297538A
Authority: JP
Inventors: 政宏森; 直樹峠田; 若山　　義洋; 清晴井上; 佳和濱谷
Original assignee: Noritz Corp
Current assignee: Noritz Corp
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2029-12-28
Also published as: JP2011139577A

Description

本発明は、パワーコンディショナとこれを備えた発電システムに関する。より具体的には、燃料電池その他の発電装置を商用電源系統と連系させるパワーコンディショナと、その発電装置とパワーコンディショナを備えた発電システムに関する。 The present invention relates to a power conditioner and a power generation system including the same. More specifically, the present invention relates to a power conditioner for linking a fuel cell or other power generation device with a commercial power supply system, and a power generation system including the power generation device and the power conditioner.

燃料電池や太陽電池等の自家発電設備（発電装置）を電力会社の商用電源系統に連系して運用することにより、効率的に発電して節電を図る発電システムが既に実施されている。かかる発電システムでは、発電装置と商用電源系統とを互いに連系させるためのパワーコンディショナが設けられる。
このパワーコンディショナは、発電装置の直流電力を系統に同期する交流電力に変換する構成部として、発電された直流電圧を昇圧するコンバータ部と、コンバータ部で昇圧された直流電圧を系統と同期のとれた交流電圧に変換するインバータ部とを備えている。 There have already been implemented power generation systems that efficiently generate power and save electricity by operating in-house power generation facilities (power generation devices) such as fuel cells and solar cells in conjunction with commercial power systems of electric power companies. In such a power generation system, a power conditioner for interconnecting the power generation apparatus and the commercial power supply system is provided.
This power conditioner is a component that converts the DC power of the power generation device into AC power that is synchronized with the system. The converter unit boosts the generated DC voltage, and the DC voltage boosted by the converter unit is synchronized with the system. And an inverter unit that converts the AC voltage into a taken AC voltage.

一方、上記発電システムにおいて、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel Cell）や固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer Electrolyte Fuel Cell）よりなる発電装置（以下、「燃料型発電装置」ということがある。）の場合には、負荷の急変動に追随して発電量を調整できないという特性がある。
このため、上記燃料型発電装置を採用した発電システムでは、負荷が急に増加した場合は不足分の電力を系統側から供給を受け、負荷が急に減少した場合は余剰電力として処理する必要がある。 On the other hand, in the above power generation system, a power generation device (hereinafter referred to as “fuel type power generation device”) comprising a solid oxide fuel cell (SOFC) or a polymer electrolyte fuel cell (PEFC). In other cases, the power generation amount cannot be adjusted following a sudden load change.
For this reason, in a power generation system that employs the fuel-type power generation device, when the load suddenly increases, it is necessary to receive a shortage of power from the system side, and when the load suddenly decreases, it must be treated as surplus power. is there.

この余剰電力の処理方法としては、系統側に逆潮流させる方法もあるが、事業者の事情で逆潮流が認められていない場合や、認められていても電力を有償又は高値で買い取ってもらえない場合が多く、この場合には余剰電力を逆潮流する利点がない。
そこで、系統電力が所定値以下となる逆潮流を検出すると、パワーコンディショナの出力電力（具体的には、インバータ部の出力電流）を低下させる制御（以下、「逆潮流防止制御」ということがある。）を行うパワーコンディショナが既に知られている（特許文献１参照）。 There is also a method of reverse power flow to the grid side as a method of processing this surplus power, but if the reverse power flow is not permitted due to the circumstances of the operator, even if it is recognized, you can not buy power for a fee or at a high price In many cases, there is no advantage of reverse flow of surplus power.
Therefore, when detecting reverse power flow when the system power is below a predetermined value, control to reduce the output power of the power conditioner (specifically, output current of the inverter unit) (hereinafter referred to as “reverse power flow prevention control”). There is already known a power conditioner that performs (see Patent Document 1).

しかし、かかる逆潮流防止制御を行うパワーコンディショナでは、逆潮流を回避するためにパワーコンディショナの出力電力を減少させると、それに対応して燃料型発電装置の発電電力を抑制する必要があるが、前述の通り、燃料型発電装置は化学反応のスピードが遅いために、発電電力を急に増加させることができない。
そこで、発電電力を急変させずに逆潮流を防止するものとして、負荷とは別に設けたヒータ等よりなる余剰電力消費手段に、パワーコンディショナの余分な出力電力を供給する発電システムが知られている（特許文献２参照）。 However, in a power conditioner that performs such reverse power flow prevention control, if the output power of the power conditioner is reduced in order to avoid reverse power flow, it is necessary to suppress the power generated by the fuel-type power generation device correspondingly. As described above, since the fuel-type power generation device has a slow chemical reaction, the generated power cannot be increased rapidly.
Therefore, a power generation system that supplies excess output power of a power conditioner to surplus power consumption means such as a heater provided separately from a load is known as a means for preventing reverse power flow without suddenly changing generated power. (See Patent Document 2).

特開２００２−２３８１６６号公報JP 2002-238166 A 特開２００６−５０８３８号公報JP 2006-50838 A

ところで、パワーコンディショナにおける出力電力の制御は、通常、電流制御型のインバータ部に対する出力電流を調整することによって行われるので、逆潮流を防止するためにパワーコンディショナの出力電力を絞る場合には、インバータ部の出力電流を減少させることになる。
従って、上記特許文献１のパワーコンディショナでは、逆潮流時におけるインバータ部のＤＣリンク電圧が順潮流時よりも高圧になり、コンバータ部からの電力供給を行うことができず、燃料型発電装置の発電電力を急激に低下せざるを得ない場合がある。 By the way, the control of the output power in the power conditioner is normally performed by adjusting the output current to the current control type inverter unit. Therefore, when the output power of the power conditioner is reduced in order to prevent reverse power flow. As a result, the output current of the inverter unit is reduced.
Therefore, in the power conditioner of Patent Document 1, the DC link voltage of the inverter unit at the time of reverse power flow becomes higher than that at the time of forward power flow, and power supply from the converter unit cannot be performed. In some cases, the generated power must be drastically reduced.

この場合、燃料型発電装置での電力が元の状態に戻るのに相当の時間（１分〜数分程度）がかかり、本来、燃料型発電装置で賄える筈の電力を系統側から供給せねばならなくなり、電力ロスが生じることになる。
これに対して、上記特許文献２のパワーコンディショナでは、逆潮流時にパワーコンディショナの出力電力をヒータ等の余剰電力消費手段に供給するので、上記の不都合は生じないが、余剰電力消費手段を設ける分だけ設備コストが嵩むので、エネルギー効率が悪いという欠点がある。 In this case, it takes a considerable time (about 1 to several minutes) for the electric power in the fuel-type power generator to return to the original state. Power loss will occur.
On the other hand, in the power conditioner of Patent Document 2, the output power of the power conditioner is supplied to surplus power consuming means such as a heater during reverse power flow. Since the equipment cost increases as much as it is provided, there is a disadvantage that energy efficiency is poor.

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、ヒータ等の余剰電力消費手段を設けなくても、逆潮流が生じた場合に発電電力を必要以上に下げずに発電を継続することができるパワーコンバータと、これを有する発電システムを提供することを目的とする。 In view of the above-described conventional problems, the present invention is a power converter capable of continuing power generation without reducing the generated power more than necessary when a reverse power flow occurs without providing surplus power consuming means such as a heater. And it aims at providing a power generation system which has this.

（１）本発明は、発電部が出力する直流電圧を所定電圧に変換するコンバータ部と、このコンバータ部が出力する直流電圧を交流電圧に変換して商用電源系統に供給するインバータ部とを備えたパワーコンディショナであって、前記インバータ部のＤＣリンク電圧が、当該インバータ部が系統最大電圧を出力するのに必要な目標電圧値に近づくように前記コンバータ部の出力電圧を制御するコンバータ制御部と、逆潮流が順潮流に戻るように前記インバータ部の出力電流を制御するインバータ制御部と、前記商用電源系統に対する潮流が前記順潮流であるか前記逆潮流であるかを判定する状態判定部とを備えており、前記コンバータ制御部は、前記状態判定部の判定結果が逆潮流の場合における前記コンバータ部の出力電圧の単位時間当たりの減少制御量を、前記状態判定部の判定結果が順潮流の場合における前記減少制御量に比べて大きくすることにより、逆潮流時において前記ＤＣリンク電圧が前記目標電圧値を超える場合に、前記コンバータ部の出力電圧を順潮流時の場合よりも高速に減少させることを特徴とする。
(1) The present invention includes a converter unit that converts a DC voltage output from the power generation unit into a predetermined voltage, and an inverter unit that converts the DC voltage output from the converter unit into an AC voltage and supplies the AC voltage to a commercial power supply system. A converter control unit for controlling the output voltage of the converter unit so that the DC link voltage of the inverter unit approaches a target voltage value necessary for the inverter unit to output a system maximum voltage. An inverter control unit that controls the output current of the inverter unit so that the reverse power flow returns to the forward power flow, and a state determination unit that determines whether the power flow to the commercial power system is the forward power flow or the reverse power flow And the converter control unit per unit time of the output voltage of the converter unit when the determination result of the state determination unit is a reverse power flow When the DC link voltage exceeds the target voltage value at the time of reverse power flow by increasing the decrease control amount in comparison with the decrease control amount when the determination result of the state determination unit is forward power flow , It is characterized in that the output voltage of the converter unit is reduced at a higher speed than in the case of forward flow.

本発明のパワーコンディショナによれば、上記コンバータ制御部が、逆潮流時においてＤＣリンク電圧が目標電圧値を超える場合に、コンバータ部の出力電圧を順潮流時の場合よりも高速に減少させるので、逆潮流時におけるＤＣリンク電圧の上昇を順潮流時の場合に比べてより確実に抑制することができる。
このため、上記インバータ制御部が順潮流に戻るようにインバータ部の出力電流を制御しても、コンバータ部からの電力供給を行うことができ、燃料型発電装置の発電電力を急激に低下させる必要がなくなる。従って、ヒータ等の余剰電力消費手段を設けなくても、逆潮流が生じた場合に発電電力を下げずに発電を継続することができる。 According to the power conditioner of the present invention, the converter control unit reduces the output voltage of the converter unit at a higher speed when the DC link voltage exceeds the target voltage value at the time of reverse power flow than at the time of forward power flow. As a result, it is possible to more reliably suppress an increase in the DC link voltage during reverse power flow than in the case of forward power flow.
For this reason, even if the output current of the inverter unit is controlled so that the inverter control unit returns to a forward flow, the power can be supplied from the converter unit, and the generated power of the fuel-type power generator must be drastically reduced. Disappears. Therefore, even if no surplus power consuming means such as a heater is provided, power generation can be continued without reducing the generated power when a reverse power flow occurs.

（２）本発明のパワーコンディショナにおいて、前記目標電圧値を含む前記ＤＣリンク電圧の目標電圧範囲が順潮流時用と逆潮流時用との２種類のものが予め設定されており、逆潮流時用の前記目標電圧範囲が順潮流時用の前記目標電圧範囲に比べて低圧側に偏っていることが好ましい。
この場合、逆潮流時用の目標電圧範囲が通常よりも低圧側に偏っているので、２種類の目標電圧範囲を同じに設定する場合に比べて、逆潮流時におけるＤＣリンク電圧の上昇をより確実に抑制することができる。 (2) In the power conditioner of the present invention, two types of target voltage ranges of the DC link voltage including the target voltage value are set in advance for forward power flow and for reverse power flow. It is preferable that the target voltage range for time is biased to a lower voltage side than the target voltage range for forward power flow.
In this case, since the target voltage range for reverse power flow is biased to a lower voltage side than usual, the increase in the DC link voltage at the time of reverse power flow is higher than when two types of target voltage ranges are set to be the same. It can be surely suppressed.

（３）また、本発明のパワーコンディショナにおいて、前記インバータ制御部は、逆潮流時において前記インバータ部の出力電流を抑制する際に、前記ＤＣリンク電圧の変動に応じて当該インバータ部の出力電流の減少制御量を調整することにより、ＤＣリンク電圧を安定化させることが好ましい。
この場合、コンバータ制御部によるＤＣリンク電圧の上昇抑制に加えて、インバータ制御部によってもＤＣリンク電圧の上昇を抑制できるので、逆潮流時におけるＤＣリンク電圧の上昇をより確実に抑制することができる。 (3) In the power conditioner of the present invention, when the inverter control unit suppresses the output current of the inverter unit during reverse power flow, the output current of the inverter unit according to the fluctuation of the DC link voltage It is preferable to stabilize the DC link voltage by adjusting the decrease control amount.
In this case, in addition to the suppression of the DC link voltage increase by the converter control unit, the inverter control unit can also suppress the increase of the DC link voltage, so that the increase of the DC link voltage during reverse power flow can be more reliably suppressed. .

（４）本発明のパワーコンディショナにおいて、逆潮流時において前記目標電圧範囲を超えるＤＣリンク電圧が生じた場合に、そのＤＣリンク電圧を放電によって前記目標電圧範囲内に安定化させる安定化回路が、前記インバータ部と前記コンバータ部の間に設けられていることが好ましい。
この場合、上記安定化回路がＤＣリンク電圧を放電によって目標電圧範囲内に安定化させるので、逆潮流時におけるＤＣリンク電圧の上昇を確実に抑制することができる。 (4) In the power conditioner of the present invention, when a DC link voltage exceeding the target voltage range occurs during reverse power flow, a stabilization circuit that stabilizes the DC link voltage within the target voltage range by discharging. It is preferable that it is provided between the inverter part and the converter part.
In this case, since the stabilization circuit stabilizes the DC link voltage within the target voltage range by discharging, it is possible to reliably suppress an increase in the DC link voltage during reverse power flow.

（５）本発明の発電システムは、燃料型発電装置よりなる前記発電装置と、この発電装置の出力側に前記コンバータ部の入力側が接続された本発明のパワーコンディショナとを備えたものであり、本発明のパワーコンディショナと同様の作用効果を奏する。 (5) The power generation system of the present invention includes the power generation device including a fuel-type power generation device, and the power conditioner of the present invention in which the input side of the converter unit is connected to the output side of the power generation device. The same effects as the power conditioner of the present invention are exhibited.

以上の通り、本発明によれば、ヒータ等の余剰電力消費手段を設けなくても、逆潮流が生じた場合に発電電力を必要以上に下げずに発電を継続することができるので、逆潮流時における電力ロスを抑制可能な発電システムを安価に提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to continue the power generation without reducing the generated power more than necessary when the reverse power flow occurs without providing the surplus power consumption means such as a heater. It is possible to provide a power generation system capable of suppressing power loss at a low cost.

第１実施形態に係るパワーコンディショナを用いた発電システムの概略構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows schematic structure of the electric power generation system using the power conditioner which concerns on 1st Embodiment. パワーコンディショナのコンバータ部の概略構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows schematic structure of the converter part of a power conditioner. ＤＣリンク電圧の目標電圧範囲を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the target voltage range of DC link voltage. 状態判定部の判定内容を示す状態遷移図である。It is a state transition diagram which shows the determination content of a state determination part. 第２実施形態に係るパワーコンディショナを用いた発電システムの概略構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows schematic structure of the electric power generation system using the power conditioner which concerns on 2nd Embodiment.

以下、図面に基づいて、本発明の実施形態を詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
〔システムの概略構成〕
図１は、本発明の第１実施形態に係るパワーコンディショナ３を用いた発電システムの概略構成を示している。
図１に示すように、本実施形態の発電システムは、発電装置１の一種である燃料電池と、この発電装置１を商用電源系統（以下、単に「系統」ということがある。）２に連系させるためのパワーコンディショナ３と、発電装置１の補機６に対して電力を供給する補機電源部（補機６への電力供給手段）４とを主要部として備えている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[First Embodiment]
[Schematic configuration of the system]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a power generation system using a power conditioner 3 according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the power generation system according to the present embodiment connects a fuel cell, which is a kind of power generation device 1, and the power generation device 1 to a commercial power system (hereinafter simply referred to as “system”) 2. A power conditioner 3 for power generation and an auxiliary power supply unit (power supply means for the auxiliary device 6) 4 for supplying electric power to the auxiliary device 6 of the power generation apparatus 1 are provided as main parts.

上記燃料電池は、水素を含む燃料ガスと酸素を含む酸化剤ガスとを供給し、水素と酸素を化学反応させて発電する発電装置であって、これによって発電された電力は直流電圧として出力される。
燃料電池は、使用する電解質や運転温度（スタック５の温度）の相違により数種類に分類されるが、本実施形態では、電解質にイオン伝導性セラミックスを用いた固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）を用いている。 The fuel cell is a power generation device that generates a power by supplying a fuel gas containing hydrogen and an oxidant gas containing oxygen and causing a chemical reaction between hydrogen and oxygen, and the power generated thereby is output as a DC voltage. The
Fuel cells are classified into several types depending on the electrolyte to be used and the operating temperature (temperature of the stack 5). In this embodiment, a solid oxide fuel cell (SOFC) using an ion conductive ceramic as an electrolyte is used. Used.

図１に示すように、本実施形態の燃料型発電装置１は、発電部（スタック）５と、補機６と、ＦＣ制御部７とを有する。
ＳＯＦＣよりなる発電装置１は、運転温度が数百度（例えば、８００〜１０００℃程度）と高温であることから、起動開始から発電開始に至るまでの起動準備に１時間以上を必要とするが、発電運転（定常運転）が開始されると、例えば、７０〜１８０Ｖの直流電圧が発電部５から出力されるように構成されている。つまり、発電装置１の定常運転時の出力電圧範囲は、７０〜１８０Ｖである。 As shown in FIG. 1, the fuel-type power generation device 1 of this embodiment includes a power generation unit (stack) 5, an auxiliary machine 6, and an FC control unit 7.
Since the operating temperature of the power generation apparatus 1 made of SOFC is as high as several hundred degrees (for example, about 800 to 1000 ° C.), it takes one hour or more to prepare for startup from the start of startup to the start of power generation. When the power generation operation (steady operation) is started, for example, a DC voltage of 70 to 180 V is output from the power generation unit 5. That is, the output voltage range during steady operation of the power generator 1 is 70 to 180V.

補機６は、発電装置１を動作させるための周辺機器であり、発電装置１の起動準備中や発電運転中に動作するブロワやポンプなどの電気負荷（図示せず）によって構成されている。この電気負荷は、例えば、直流電圧（ＤＣ２４Ｖ）で駆動されるモータなどである。
なお、補機６を構成するブロワやポンプは、燃料電池１の起動中及び起動準備中にオン／オフを繰り返すことから、その動作中における動作電流の変動は極めて激しい。 The auxiliary machine 6 is a peripheral device for operating the power generation apparatus 1 and is configured by an electrical load (not shown) such as a blower or a pump that operates during preparation for starting the power generation apparatus 1 or during a power generation operation. This electric load is, for example, a motor driven by a direct-current voltage (DC 24 V).
In addition, since the blower and pump which comprise the auxiliary machine 6 repeat on / off during starting of the fuel cell 1 and preparation for starting, the fluctuation | variation of the operating current during the operation | movement is very severe.

ＦＣ制御部７は、記憶装置や演算装置を含むマイコンを制御中枢として備えた、プログラマブルな制御装置よりなる。
このＦＣ制御部７は、発電部５の出力電圧や出力電流、補機６の状態などを監視する各種センサ類（図示せず）から得られる情報と、後述するＰＣ制御部１５との通信によって得られるパワコン３側の情報とに基づいて、補機６を含む発電装置１の各部の動作を制御する。 The FC control unit 7 includes a programmable control device including a microcomputer including a storage device and an arithmetic device as a control center.
The FC control unit 7 communicates with information obtained from various sensors (not shown) for monitoring the output voltage and output current of the power generation unit 5 and the state of the auxiliary machine 6 and the PC control unit 15 described later. Based on the obtained information on the power conditioner 3 side, the operation of each part of the power generation apparatus 1 including the auxiliary machine 6 is controlled.

商用電源系統２は、商用電源８（例えば、３相のＡＣ２００Ｖ）から供給される交流電力と、この交流電力を家庭内の電気負荷９に供給するための電源ラインと、分電盤とを備えており、パワーコンディショナ３を介して発電装置１と系統連系されている。
パワーコンディショナ３は、発電装置１を商用電源系統２に連系させるための装置であって、図１に示すように、コンバータ部１０と、インバータ部１１と、ＤＣリンク部１２と、ＡＣブリッジ回路部１３と、スイッチ回路部１４と、ＰＣ制御部１５とを主要部として備えている。 The commercial power supply system 2 includes AC power supplied from a commercial power supply 8 (for example, three-phase AC200V), a power supply line for supplying this AC power to the electrical load 9 in the home, and a distribution board. And connected to the power generation apparatus 1 via the power conditioner 3.
The power conditioner 3 is a device for connecting the power generation device 1 to the commercial power supply system 2, and as shown in FIG. 1, a converter unit 10, an inverter unit 11, a DC link unit 12, an AC bridge, and the like. The circuit part 13, the switch circuit part 14, and the PC control part 15 are provided as main parts.

〔パワーコンディショナの構成〕
上記コンバータ部１０は、発電装置１から出力される直流電圧を所定の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータで構成されており、発電装置１の発電部５から出力される直流電力を、インバータ部１１において商用電源系統２に供給可能な電力（例えば、ＡＣ２００Ｖ）の生成ができる状態にまで昇圧して、ＤＣリンク部１２に供給する。 [Configuration of the inverter]
The converter unit 10 includes a DC / DC converter that converts a DC voltage output from the power generation device 1 into a predetermined DC voltage, and converts the DC power output from the power generation unit 5 of the power generation device 1 into an inverter unit. 11, the electric power (for example, AC 200 V) that can be supplied to the commercial power supply system 2 is boosted to a state where it can be generated and supplied to the DC link unit 12.

図２に示すように、本実施形態のコンバータ部１０は、Ｈブリッジ回路１７と直並列回路１８とを備えている。
Ｈブリッジ回路１７は、共振型スイッチング方式のスイッチング素子と２個の昇圧トランスとを備え、これらの各トランスの巻数比に応じて昇圧された２つの直流電圧出力が、直並列回路１８における直列・並列の回路切り替えによって１又は２倍に昇圧されるようになっている。 As shown in FIG. 2, the converter unit 10 of this embodiment includes an H-bridge circuit 17 and a series-parallel circuit 18.
The H bridge circuit 17 includes a resonant switching type switching element and two step-up transformers, and two DC voltage outputs boosted according to the turns ratio of these transformers are connected in series / parallel in the series-parallel circuit 18. The voltage is boosted 1 or 2 times by switching the circuits in parallel.

すなわち、コンバータ部１０は、発電部５からの入力電圧を、トランスの巻数比（本実施形態では、２．２倍）と、直並列回路の回路切り替え（並列は１倍、直列は２倍であるので、１〜２倍の範囲内で制御可能）とによって昇圧する。
なお、本実施形態のコンバータ部１０は、トランスを備えた絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータであるから、発電装置１と商用電源系統２とは、このコンバータ部１０によって電気的に縁切りされている。 That is, the converter unit 10 converts the input voltage from the power generation unit 5 into the transformer turns ratio (2.2 times in this embodiment) and the circuit switching of the series-parallel circuit (1 time in parallel and 2 times in series). Therefore, it can be controlled within a range of 1 to 2 times).
In addition, since the converter part 10 of this embodiment is an insulation type DC / DC converter provided with the transformer, the electric power generating apparatus 1 and the commercial power system 2 are electrically separated by this converter part 10.

一方、インバータ部１１は、生成した交流電圧を商用電源系統２に供給する正動作と、商用電源系統２から供給される交流電圧を直流電圧に変換してＤＣリンク部１２に出力する逆動作とが可能なＤＣ／ＡＣインバータ回路により構成されている。
具体的には、本実施形態のインバータ部１１は、ＤＣリンク部１２を介してコンバータ部１０と接続された系統連系型のインバータ回路よりなる。このインバータ回路は周知の電流制御型のものであり、コンバータ部１０が出力する直流電圧を所定の交流電圧（例えば、ＡＣ２００Ｖ）に変換するＦＥＴブリッジと、ＰＷＭの矩形波を正弦波に変換するチョークコイルとから主構成されている。 On the other hand, the inverter unit 11 performs a normal operation of supplying the generated AC voltage to the commercial power supply system 2 and a reverse operation of converting the AC voltage supplied from the commercial power supply system 2 into a DC voltage and outputting the DC voltage to the DC link unit 12. It is comprised by the DC / AC inverter circuit which can do.
Specifically, the inverter unit 11 of the present embodiment includes a grid-connected inverter circuit connected to the converter unit 10 via the DC link unit 12. This inverter circuit is of a known current control type, an FET bridge that converts a DC voltage output from the converter unit 10 into a predetermined AC voltage (for example, AC 200 V), and a choke that converts a PWM rectangular wave into a sine wave. Mainly composed of coils.

インバータ部１１の商用電源系統側にはスイッチ回路部１４が設けられている。インバータ部１１は、このスイッチ回路部１４の接点Ａ側に接続され、スイッチ回路部１４を介して商用電源系統２との連系ができるように構成されている。
また、このインバータ部１１のコンバータ部１０側（つまり、インバータのＤＣリンク）には、大容量のＤＣリンクコンデンサ１２ａがコンバータ部１０と並列に接続されており、これにより、ＤＣリンク部１２が形成されている。 A switch circuit unit 14 is provided on the commercial power system side of the inverter unit 11. The inverter unit 11 is connected to the contact A side of the switch circuit unit 14 and is configured to be connected to the commercial power supply system 2 via the switch circuit unit 14.
Further, a large-capacity DC link capacitor 12a is connected in parallel with the converter unit 10 on the converter unit 10 side of the inverter unit 11 (that is, the DC link of the inverter), thereby forming the DC link unit 12. Has been.

ＡＣブリッジ回路部１３は、商用電源系統２（商用電源８）から供給される交流電圧を所定の直流電圧（例えば、ＤＣ２８０Ｖ）に変換してＤＣリンク部１２に供給する整流回路である。
図１に示すように、ＡＣブリッジ回路部１３の入力側がスイッチ回路部１４の接点Ｂ側に接続されるとともに、出力側が上記ＤＣリンク部１２に接続されている。なお、このＡＣブリッジ回路１３には平滑回路が備えられていてもよい。 The AC bridge circuit unit 13 is a rectifier circuit that converts an AC voltage supplied from the commercial power supply system 2 (commercial power supply 8) into a predetermined DC voltage (for example, DC 280 V) and supplies the DC voltage to the DC link unit 12.
As shown in FIG. 1, the input side of the AC bridge circuit unit 13 is connected to the contact B side of the switch circuit unit 14, and the output side is connected to the DC link unit 12. The AC bridge circuit 13 may be provided with a smoothing circuit.

スイッチ回路部１４は、商用電源系統２とパワーコンディショナ３の接続部に介装されており、インバータ部１１又はＡＣブリッジ回路部１３のいずれを商用電源系統２に接続するかを選択する切り替えスイッチである。
このスイッチ回路部１４の接点は、後述するＰＣ制御部１５によって制御可能であり、スイッチ接点をＡ側に接続することで商用電源系統２とインバータ部１１とが接続される。また、スイッチ接点をＢ側に接続することで商用電源系統２とＡＣブリッジ回路部１３とが接続される。 The switch circuit unit 14 is interposed in a connection portion between the commercial power supply system 2 and the power conditioner 3, and is a changeover switch that selects which of the inverter unit 11 or the AC bridge circuit unit 13 is connected to the commercial power supply system 2. It is.
The contact of this switch circuit unit 14 can be controlled by a PC control unit 15 described later, and the commercial power supply system 2 and the inverter unit 11 are connected by connecting the switch contact to the A side. Further, the commercial power supply system 2 and the AC bridge circuit unit 13 are connected by connecting the switch contact to the B side.

本実施形態のパワーコンディショナ３では、このスイッチ回路部１４が、発電装置１の発電システムと商用電源系統２とを連系させる系統連系スイッチとして機能しており、系統連系させないときはスイッチ接点が接点Ｂ側に接続される。
また、スイッチ回路部１４の接点を構成するリレーは、図示しないリレー駆動回路が非通電のときには、接点をＢ側に接続するようになっており、リレー回路に通電することによって接点がＡ側に接続される。 In the power conditioner 3 of the present embodiment, the switch circuit unit 14 functions as a grid interconnection switch that links the power generation system of the power generation device 1 and the commercial power supply system 2. The contact is connected to the contact B side.
Further, the relay constituting the contact of the switch circuit unit 14 is configured to connect the contact to the B side when a relay drive circuit (not shown) is not energized, and the contact is brought to the A side by energizing the relay circuit. Connected.

なお、本実施形態では、スイッチ回路部１４を系統連系スイッチとして用いているが、系統連系スイッチをスイッチ回路部１４とは別に設けることも可能である。つまり、このスイッチ回路部１４と直列に、別途系統連系を解列可能なスイッチ回路（系統連系リレー）を設けることも可能である。 In the present embodiment, the switch circuit unit 14 is used as a system interconnection switch. However, the system connection switch may be provided separately from the switch circuit unit 14. That is, it is also possible to provide a switch circuit (system connection relay) that can disconnect the system connection separately in series with the switch circuit unit 14.

ＰＣ制御部１５は、記憶装置や演算装置を含むマイコンを制御中枢として備えた、プログラマブルな制御装置よりなる。
このＰＣ制御部１５は、発電装置１からの入力電圧、入力電流、スタック温度を監視する各種センサ類から得られる情報、ＦＣ制御部７から得られる発電装置１側の情報、図示しない発電システムのリモコン（操作部）から得られる情報などに基づいて、パワーコンディショナ３の各部の動作を制御するとともに、発電システム全体の制御も行うことができる。 The PC control unit 15 includes a programmable control device that includes a microcomputer including a storage device and an arithmetic device as a control center.
The PC control unit 15 includes information obtained from various sensors that monitor the input voltage, input current, and stack temperature from the power generation device 1, information on the power generation device 1 side obtained from the FC control unit 7, and a power generation system (not shown). Based on information obtained from a remote controller (operation unit), the operation of each unit of the power conditioner 3 can be controlled, and the entire power generation system can be controlled.

具体的には、ＰＣ制御部１５は、上記コンバータ部１０やインバータ部１１の動作及び停止の制御や、スイッチ回路部１４のスイッチ接点の切替制御などを行うほか、発電装置１のＦＣ制御部７に対して各種指令（例えば、発電装置１の起動開始や起動停止の指令など）を行うことができる。
なお、このＰＣ制御部１５は、補機６の場合と同様に、発電装置１が発電を行っていないときでも動作できるように、駆動電源がＤＣリンク部１２から供給される。 Specifically, the PC control unit 15 performs control of operation and stop of the converter unit 10 and the inverter unit 11, switching control of the switch contacts of the switch circuit unit 14, and the like, and the FC control unit 7 of the power generator 1. Various commands (for example, commands for starting or stopping the power generation device 1) can be issued.
As in the case of the auxiliary machine 6, the PC control unit 15 is supplied with drive power from the DC link unit 12 so that it can operate even when the power generation apparatus 1 is not generating power.

補機電源部４は、発電装置１の補機６に供給する直流電圧（例えば、ＤＣ２４Ｖ）を生成する電源装置である。
本実施形態では、この補機電源部４として、コンバータ部１０とは別体に構成された絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータが用いられている。すなわち、補機電源部４は、その入力側がＤＣリンク部１２に接続され、ＤＣリンク部１２から直流電力の供給を受けるようになっており、その出力側が補機６に接続されている。なお、この補機電源部４は、絶縁型のＤＣ／ＤＣコンバータを用いているので、この補機電源部４によって補機６（発電装置１）と商用電源系統２とは縁切りされている。 The auxiliary machine power supply unit 4 is a power supply apparatus that generates a direct-current voltage (for example, DC 24 V) supplied to the auxiliary machine 6 of the power generation apparatus 1.
In the present embodiment, an insulated DC / DC converter configured separately from the converter unit 10 is used as the auxiliary power source unit 4. That is, the input side of the auxiliary power supply unit 4 is connected to the DC link unit 12, and direct current power is supplied from the DC link unit 12, and the output side is connected to the auxiliary unit 6. Since the auxiliary power supply unit 4 uses an insulating DC / DC converter, the auxiliary power supply unit 4 separates the auxiliary machine 6 (power generation device 1) from the commercial power supply system 2.

また、本実施形態では、上記ＤＣリンクコンデンサ１２ａとして、素子の耐圧が４５０Ｖである５４０μＦのコンデンサが用いられている。また、補機電源部４の入力側のコンデンサ（図示せず）には１５０μＦのコンデンサ、上記ＤＣリンク部１２とＰＣ制御部１５との間に介在するＰＣ制御部用の電源（図示せず）の入力側コンデンサには１５μＦのコンデンサが用いられている。 In the present embodiment, a 540 μF capacitor whose element withstand voltage is 450 V is used as the DC link capacitor 12a. A capacitor (not shown) on the input side of the auxiliary power supply unit 4 has a 150 μF capacitor, and a power supply for the PC control unit (not shown) interposed between the DC link unit 12 and the PC control unit 15. A 15 μF capacitor is used as the input side capacitor.

〔補機への電力供給〕
なお、本実施形態のパワーコンディショナ３では、補機６への電力供給は以下のようにして行われる。
すなわち、発電装置１が定常運転を行っていない場合（発電装置１が停止中または起動準備中の場合）には、ＰＣ制御部１５は、スイッチ回路部１４の接点をＢ側に接続する。これにより、商用電源８からの交流電力がＡＣブリッジ回路部１３を介してＤＣリンク部１２に与えられ、ＤＣリンク部１２を介して補機電源部４に電力が供給される。 [Power supply to auxiliary equipment]
In the power conditioner 3 of the present embodiment, power supply to the auxiliary machine 6 is performed as follows.
That is, when the power generation device 1 is not performing steady operation (when the power generation device 1 is stopped or ready for activation), the PC control unit 15 connects the contact of the switch circuit unit 14 to the B side. Thus, AC power from the commercial power supply 8 is supplied to the DC link unit 12 via the AC bridge circuit unit 13, and power is supplied to the auxiliary power supply unit 4 via the DC link unit 12.

これに対して、発電装置１が定常運転である場合には、補機６にはコンバータ部１０から出力される発電電力が供給される。
すなわち、この場合、ＰＣ制御部１５は、スイッチ回路部１４の接点をＡ側に接続し、インバータ部１１と商用電源系統２とを連系状態にする。この状態では、コンバータ部１０から出力される電力がＤＣリンク部１２に接続された電源ラインを介して補機電源部４に供給される。つまり、ＤＣリンク部１２と補機電源部４とを接続する電源ラインが、補機６に電力を供給するための電力供給手段として機能する。 On the other hand, when the power generator 1 is in a steady operation, the generated power output from the converter unit 10 is supplied to the auxiliary machine 6.
In other words, in this case, the PC control unit 15 connects the contact of the switch circuit unit 14 to the A side, and brings the inverter unit 11 and the commercial power supply system 2 into a connected state. In this state, the electric power output from the converter unit 10 is supplied to the auxiliary power supply unit 4 via the power supply line connected to the DC link unit 12. That is, the power supply line connecting the DC link unit 12 and the auxiliary machine power supply unit 4 functions as power supply means for supplying power to the auxiliary machine 6.

〔ＰＣ制御部の各機能部〕
ＰＣ制御部１５の記憶装置は、その演算装置が実行する回路制御等のためのコンピュータプログラムを記憶しており、そのコンピュータプログラムを実行することで達成される機能部として、起動制御部１５Ａ、状態判定部１５Ｂ、コンバータ制御部１５Ｃ及びインバータ制御部１５Ｄを備えている。
以下、これらの制御部１５Ａ〜１５Ｄごとの動作を説明することにより、ＰＣ制御部１５における処理内容を明らかにする。 [Each functional part of PC control part]
The storage device of the PC control unit 15 stores a computer program for circuit control and the like executed by the arithmetic device. As a functional unit achieved by executing the computer program, the activation control unit 15A, state A determination unit 15B, a converter control unit 15C, and an inverter control unit 15D are provided.
Hereinafter, the processing contents in the PC control unit 15 will be clarified by describing the operation of each of the control units 15A to 15D.

〔起動制御部の処理内容〕
まず、発電装置１のＦＣ制御部７は、ユーザ操作等によって与えられる発電運転の開始指令に基づいて、補機６を動作させて発電運転を起動する。
起動制御部１５Ａは、発電装置１の出力電流値をＦＣ制御部７から予め取得しているとともに、コンバータ部１０の入力側に設けられた電圧センサＳ１と電流センサＳ２（図１参照）の検出値により、コンバータ部１０に対する現時の入力電圧と入力電流を常に監視している。 [Processing content of startup control unit]
First, the FC control unit 7 of the power generation apparatus 1 starts the power generation operation by operating the auxiliary machine 6 based on a power generation operation start command given by a user operation or the like.
The start control unit 15A obtains the output current value of the power generation device 1 from the FC control unit 7 in advance and detects the voltage sensor S1 and the current sensor S2 (see FIG. 1) provided on the input side of the converter unit 10. The current input voltage and input current to the converter unit 10 are constantly monitored by the values.

起動制御部１５Ａは、発電部５での化学反応が安定して電流センサＳ２の検出値が発電装置１から指示された所定値を継続し、かつ、電圧センサＳ１の検出値が予め設定された動作開始入力電圧Ｖｓ以上になったことを条件に、後述の状態判定部１５Ｂ、コンバータ制御部１５Ｃ及びインバータ制御部１５Ｄを起動させる。
上記動作開始入力電圧Ｖｓは、発電装置１の出力電圧範囲に基づいて設定されている。発電部５の定常運転時の出力電圧範囲は、通常、７０〜１８０Ｖとなっており、この範囲内で動作開始入力電圧Ｖｓが設定される。 The activation control unit 15A maintains a predetermined value instructed by the power generation device 1 so that the chemical reaction in the power generation unit 5 is stable, and the detection value of the voltage sensor S1 is set in advance. On condition that the operation start input voltage Vs or higher is reached, a state determination unit 15B, a converter control unit 15C, and an inverter control unit 15D described later are activated.
The operation start input voltage Vs is set based on the output voltage range of the power generator 1. The output voltage range during steady operation of the power generation unit 5 is normally 70 to 180 V, and the operation start input voltage Vs is set within this range.

もっとも、本実施形態では、動作開始入力電圧Ｖｓが、発電装置１の出力電圧範囲の下限値に近傍の電圧値（例えば、１００Ｖ）に設定されており、これにより、発電装置１が定常運転の起動準備を開始してから、早い段階でパワーコンディショナ３を起動させるようにしている。
なお、起動制御部１５Ａは、電圧センサＳ１の検出値が動作開始入力電圧Ｖｓ未満となった場合には、パワーコンディショナ３の動作を停止させて、系統と解列させる。 However, in the present embodiment, the operation start input voltage Vs is set to a voltage value (for example, 100 V) close to the lower limit value of the output voltage range of the power generator 1, thereby causing the power generator 1 to be in steady operation. The power conditioner 3 is started at an early stage after the start preparation is started.
When the detected value of the voltage sensor S1 becomes less than the operation start input voltage Vs, the activation control unit 15A stops the operation of the power conditioner 3 and disconnects it from the system.

〔コンバータ制御部の処理内容〕
ＰＣ制御部１５の記憶装置には、コンバータ部１０の入力電圧に見合ったＤＣリンク電圧Ｖｄｃの目標電圧値Ｖｔと、その許容範囲である目標電圧範囲Ｚ１，Ｚ２が予め設定されている。
上記目標電圧値Ｖｔは、商用電源系統２として３相ＡＣ２００Ｖが用いられる本実施形態の場合には、例えば、系統過電圧判定値の最大値（＝２４０√２Ｖ≒３４０Ｖ）にマージンα（＝５０Ｖ）を加算した電圧値（＝３９０Ｖ）に設定される。 [Processing content of converter control unit]
In the storage device of the PC control unit 15, a target voltage value Vt of the DC link voltage Vdc corresponding to the input voltage of the converter unit 10 and target voltage ranges Z1 and Z2 that are permissible ranges are set in advance.
In the present embodiment in which a three-phase AC200V is used as the commercial power supply system 2, the target voltage value Vt is, for example, the maximum value of the system overvoltage determination value (= 240√2V≈340V) and the margin α (= 50V). Is set to a voltage value (= 390V).

図３は、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃの目標電圧範囲Ｚ１，Ｚ２を示す説明図である。図３に示すように、本実施形態では、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃの目標電圧範囲Ｚ１，Ｚ２が、順潮流状態の場合と逆潮流状態の場合とで異なる範囲に設定されている。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing target voltage ranges Z1 and Z2 of the DC link voltage Vdc. As shown in FIG. 3, in this embodiment, the target voltage ranges Z1 and Z2 of the DC link voltage Vdc are set to different ranges in the forward flow state and the reverse flow state.

図３（ａ）のハッチング部分は、順潮流状態での目標電圧範囲（以下、「第１範囲」という。）Ｚ１を示している。この第１範囲Ｚ１では、目標電圧値Ｖｔ（＝３９０Ｖ）の上位側に、一定の許容量ΔＶｔが設定され、下位側にそれと同じ絶対値の許容量ΔＶｔ（本実施形態では、ΔＶｔ＝１５Ｖ）が設定されている。
従って、第１範囲Ｚ１を不等式で示すと、次の通りである。
Ｚ１：Ｖｔ−ΔＶｔ≦Ｖｄｃ≦Ｖｔ＋ΔＶｔ The hatched portion in FIG. 3A indicates a target voltage range (hereinafter referred to as “first range”) Z1 in a forward power flow state. In the first range Z1, a constant allowable amount ΔVt is set on the upper side of the target voltage value Vt (= 390V), and the same absolute value allowable amount ΔVt on the lower side (ΔVt = 15V in this embodiment). Is set.
Accordingly, the first range Z1 is expressed as an inequality as follows.
Z1: Vt−ΔVt ≦ Vdc ≦ Vt + ΔVt

図３（ｂ）のハッチング部分は、逆潮流状態での目標電圧範囲（以下、「第２範囲」という。）Ｚ２を示している。この第２範囲Ｚ２では、目標電圧値Ｖｔ（＝３９０Ｖ）の下位側にのみ一定の許容量ΔＶｔが設定されており、上位側には許容量ΔＶｔが設定されていない。
従って、第２範囲Ｚ２を不等式で示すと、次の通りである。
Ｚ２：Ｖｔ−ΔＶｔ≦Ｖｄｃ≦Ｖｔ The hatched portion in FIG. 3B shows a target voltage range (hereinafter referred to as “second range”) Z2 in a reverse power flow state. In the second range Z2, the constant allowable amount ΔVt is set only on the lower side of the target voltage value Vt (= 390V), and the allowable amount ΔVt is not set on the upper side.
Accordingly, the second range Z2 is expressed as an inequality as follows.
Z2: Vt−ΔVt ≦ Vdc ≦ Vt

ＰＣ制御部１５のコンバータ制御部１５Ｃは、ＤＣリンク部１２に設けた電圧センサＳ３（図１参照）の検出値によりＤＣリンク電圧Ｖｄｃを常に監視しており、この電圧センサＳ３の検出値に基づいて、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃが目標電圧範囲Ｚ１，Ｚ２内に収まるようにコンバータ部１０の出力電圧をフィードバック制御する。
すなわち、コンバータ制御部１５Ｃは、順潮流状態の場合（図３（ａ））には、目標電圧範囲として第１範囲Ｚ１を選択し、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃが第１範囲Ｚ１内になるようにコンバータ部１０の出力電圧を収束させる。 The converter control unit 15C of the PC control unit 15 constantly monitors the DC link voltage Vdc based on the detection value of the voltage sensor S3 (see FIG. 1) provided in the DC link unit 12, and based on the detection value of the voltage sensor S3. Thus, the output voltage of the converter unit 10 is feedback-controlled so that the DC link voltage Vdc falls within the target voltage range Z1, Z2.
That is, the converter control unit 15C selects the first range Z1 as the target voltage range in the forward power flow state (FIG. 3A), and converts the DC link voltage Vdc into the first range Z1. The output voltage of the unit 10 is converged.

具体的には、コンバータ制御部１５Ｃは、電圧センサＳ３で検出されるＤＣリンク電圧Ｖｄｃが第１範囲Ｚ１の下限値（Ｖｔ−ΔＶｔ）未満である場合には、コンバータ部１０の直並列回路１８に対するデューティを、現状よりも２ポイントだけプラスする。
逆に、コンバータ制御部１５Ｃは、電圧センサＳ３で検出されるＤＣリンク電圧Ｖｄｃが第１範囲Ｚ１の上限値（Ｖｔ＋ΔＶｔ）を超える場合には、コンバータ部１０の直並列回路１８に対するデューティを、現状よりも２ポイントだけマイナスする。 Specifically, the converter control unit 15C, when the DC link voltage Vdc detected by the voltage sensor S3 is less than the lower limit (Vt−ΔVt) of the first range Z1, the series / parallel circuit 18 of the converter unit 10. The duty for is increased by 2 points from the current state.
Conversely, when the DC link voltage Vdc detected by the voltage sensor S3 exceeds the upper limit value (Vt + ΔVt) of the first range Z1, the converter control unit 15C sets the duty of the converter unit 10 for the series / parallel circuit 18 to the current state. Minus 2 points.

なお、上記フィードバック制御において、デューティポイントのプラスは、直列側にスイッチングして出力電圧を増加させることを意味し、マイナスは、並列側にスイッチングして出力電圧を減少させることを意味する。また、本実施形態では、デューティポイントは、１ポイントあたり出力電圧を０．１１％変動させることを意味する。
一方、コンバータ制御部１５Ｃは、逆潮流状態の場合（図３（ｂ））には、目標電圧範囲として第２範囲Ｚ２を選択し、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃが第２範囲Ｚ２内になるようにコンバータ部１０の出力電圧を収束させる。 In the feedback control, a positive duty point means switching to the series side to increase the output voltage, and a minus means switching to the parallel side to decrease the output voltage. In the present embodiment, the duty point means that the output voltage varies by 0.11% per point.
On the other hand, in the case of a reverse power flow state (FIG. 3B), converter control unit 15C selects second range Z2 as the target voltage range, and converts converter so that DC link voltage Vdc is within second range Z2. The output voltage of the unit 10 is converged.

具体的には、コンバータ制御部１５Ｃは、電圧センサＳ３で検出されるＤＣリンク電圧Ｖｄｃが第２範囲Ｚ２の下限値（Ｖｔ−ΔＶｔ）未満である場合には、コンバータ部１０の直並列回路１８に対するデューティを、現状よりも２ポイントだけプラスする。この点については、順潮流状態の場合と同様である。
逆に、コンバータ制御部１５Ｃは、電圧センサＳ３で検出されるＤＣリンク電圧Ｖｄｃが第２範囲Ｚ２の上限値（Ｖｔ）を超える場合には、コンバータ部１０の直並列回路１８に対するデューティを、現状よりも２ポイントだけマイナスする。 Specifically, the converter control unit 15C, when the DC link voltage Vdc detected by the voltage sensor S3 is less than the lower limit value (Vt−ΔVt) of the second range Z2, the series / parallel circuit 18 of the converter unit 10. The duty for is increased by 2 points from the current state. This is the same as in the case of the forward current state.
Conversely, when the DC link voltage Vdc detected by the voltage sensor S3 exceeds the upper limit value (Vt) of the second range Z2, the converter control unit 15C determines the duty of the converter unit 10 for the series / parallel circuit 18 as Minus 2 points.

また、本実施形態では、逆潮流時においては、Ｖｔ＋ΔＶｔの上下で出力電圧の減少度合いを変化させている。具体的には、電圧センサＳ３で検出されるＤＣリンク電圧ＶｄｃがＶｔ＋ΔＶｔを超える場合には、コンバータ部１０の直並列回路１８に対するデューティを、現状のＤＣリンク電圧ＶｄｃとＶｔ＋１３Ｖとの差分ポイントだけマイナスするようになっている。
このため、逆潮流時にＤＣリンク電圧ＶｄｃがＶｔ＋ΔＶｔを超える場合は、電圧ＶｄｃがＶｔ〜Ｖｔ＋ΔＶｔの範囲である場合に比べて、コンバータ部１０に対する出力電圧の単位時間当たりの減少制御量が大きい。 In the present embodiment, the degree of decrease in the output voltage is changed above and below Vt + ΔVt during reverse power flow. Specifically, when the DC link voltage Vdc detected by the voltage sensor S3 exceeds Vt + ΔVt, the duty of the converter unit 10 with respect to the series-parallel circuit 18 is negative by the difference point between the current DC link voltage Vdc and Vt + 13V. It is supposed to be.
For this reason, when the DC link voltage Vdc exceeds Vt + ΔVt during reverse power flow, the amount of reduction control per unit time of the output voltage to the converter unit 10 is larger than when the voltage Vdc is in the range of Vt to Vt + ΔVt.

以上のように、本実施形態では、順潮流時用の第１範囲Ｚ１と逆潮流時用の第２範囲Ｚ２との２種類の目標電圧範囲が予め設定されており、逆潮流時用の目標電圧範囲Ｚ２が順潮流時用の目標電圧範囲Ｚ１に比べて低圧側に偏っている。
このため、逆潮流時においてＤＣリンク電圧Ｖｄｃが目標電圧値Ｖｔを超える場合においては、コンバータ制御部１５Ｃにより、コンバータ部１０の出力電圧が順潮流時の場合よりも高速に減少することになる。 As described above, in the present embodiment, two types of target voltage ranges, the first range Z1 for forward flow and the second range Z2 for reverse flow, are set in advance, and the target for reverse flow is set. The voltage range Z2 is biased toward the low voltage side compared to the target voltage range Z1 for forward power flow.
Therefore, when the DC link voltage Vdc exceeds the target voltage value Vt during reverse power flow, the converter controller 15C causes the output voltage of the converter unit 10 to decrease at a higher speed than during forward power flow.

なお、コンバータ制御部１５Ｃは、後述する状態判定部１５Ｂが生成する状態情報に基づいて、コンバータ部１０に対するフィードバック制御を行う際に参照すべき第１範囲Ｚ１と第２範囲Ｚ２を瞬時に切り替える。 Note that the converter control unit 15C instantaneously switches between the first range Z1 and the second range Z2 to be referred to when performing feedback control on the converter unit 10 based on state information generated by a state determination unit 15B described later.

〔状態判定部の判定内容〕
図４は、状態判定部１５Ｂの判定内容を示す状態遷移図である。
図４に示すように、ＰＣ制御部１５の状態判定部１５Ｂは、系統の有効電力Ｐの大小に基づいて、パワーコンディショナ３の系統２に対する潮流を判定する。
すなわち、状態判定部１５Ｂは、商用電源系統２に設けられた電圧センサＳ４とカレントトランス方式の系統側電流センサＣＴ（図１参照）の検出値を常に監視しており、この検出値から算出される系統２の現時の有効電力Ｐを所定の閾値Ｐｔｈと比較する。 [Determination contents of the status judgment unit]
FIG. 4 is a state transition diagram showing determination contents of the state determination unit 15B.
As shown in FIG. 4, the state determination unit 15B of the PC control unit 15 determines the power flow of the power conditioner 3 with respect to the system 2 based on the magnitude of the active power P of the system.
That is, the state determination unit 15B constantly monitors the detected values of the voltage sensor S4 provided in the commercial power supply system 2 and the current transformer system current sensor CT (see FIG. 1), and is calculated from the detected values. The current active power P of the system 2 is compared with a predetermined threshold value Pth.

そして、状態判定部１５Ｂは、有効電力Ｐが閾値Ｐｔｈを超える場合には、順潮流状態であると判定し、有効電力Ｐが閾値Ｐｔｈ以下である場合には、逆潮流状態であると判定する。
なお、上記有効電力Ｐは系統２のＵ相電力とＶ相電力の和で算出され、ＵＶ各相の電力は各相の電流値と電圧値の積で算出されるが、本実施形態では、交流波形の１波ごとにその演算を行い、２波の移動平均をもって有効電力Ｐとしている。従って、有効電力Ｐのデータ更新のタイミングは、５０Ｈｚの場合では２０ｍｓごとになる。 Then, the state determination unit 15B determines that the active power P exceeds the threshold Pth, and determines that the current is in the forward power flow state. If the active power P is equal to or lower than the threshold Pth, the state determination unit 15B determines that the current is in the reverse power flow state. .
The active power P is calculated by the sum of the U-phase power and the V-phase power of the grid 2, and the power of each UV phase is calculated by the product of the current value and the voltage value of each phase. In this embodiment, The calculation is performed for each AC waveform, and the active power P is determined by a moving average of two waves. Therefore, the data update timing of the active power P is every 20 ms in the case of 50 Hz.

状態判定部１５Ｂは、自身の判定結果を少なくとも１つ記憶しており、今回の判定結果が以前の判定結果と異なる場合には、その変化後の状態（順潮流状態又は逆潮流状態のいずれか）を示す状態情報を、コンバータ制御部１５Ｃとインバータ制御部１５Ｄに通知する。
なお、状態判定部１５Ｂでの判定結果を、毎回、コンバータ制御部１５Ｃとインバータ制御部１５Ｄに通知し、これらの制御部１５Ｃ，１５Ｄにおいて状態変化を検出することにしてもよい。 The state determination unit 15B stores at least one of its own determination results. If the current determination result is different from the previous determination result, the state after the change (either the forward flow state or the reverse flow state) ) Is notified to the converter control unit 15C and the inverter control unit 15D.
Note that the determination result in the state determination unit 15B may be notified to the converter control unit 15C and the inverter control unit 15D every time, and the state change may be detected in these control units 15C and 15D.

〔インバータ制御部の処理内容〕
ＰＣ制御部１５のインバータ制御部１５Ｄは、電圧センサＳ４と電流センサＳ５の検出値（図１参照）を常時監視しており、その検出値に基づいて、ＰＷＭのデューティを変更することにより、ＤＣリンク部１２の直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部１１の出力電流を任意に調節可能となっている。 [Processing content of inverter control unit]
The inverter control unit 15D of the PC control unit 15 constantly monitors the detection values (see FIG. 1) of the voltage sensor S4 and the current sensor S5, and changes the duty of the PWM based on the detection values, thereby changing the DC duty. The output current of the inverter unit 11 that converts the DC voltage of the link unit 12 into an AC voltage can be arbitrarily adjusted.

本実施形態のインバータ制御部１５Ｄは、状態判定部１５Ｂからの状態情報が順潮流状態である場合には、通常時の所定のデューティでインバータ部１１のＦＥＴブリッジを駆動する。
また、インバータ制御部１５Ｄは、状態判定部１５Ｂからの状態情報が逆潮流状態である場合には、通常時よりもデューティを小さくしてインバータ部１１の出力電流を絞ることにより、逆潮流を順潮流に戻す制御（逆潮流防止制御）を実行する。 When the state information from the state determination unit 15B is a forward power flow state, the inverter control unit 15D of the present embodiment drives the FET bridge of the inverter unit 11 with a predetermined duty at normal times.
Further, when the state information from the state determination unit 15B indicates the reverse power flow state, the inverter control unit 15D reduces the duty by reducing the output current of the inverter unit 11 to reduce the reverse power flow. Execute control to return to power flow (reverse power flow prevention control).

更に、本実施形態のインバータ制御部１５Ｄは、上記逆潮流防止制御を実行するに当たって、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃの変動に対応してインバータ部１１の出力電流の減少制御量を調整することにより、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃを安定化させる制御を実行する。
すなわち、インバータ制御部１５Ｄは、前記電圧センサＳ３の検出値を常に監視しており、逆潮流の場合にインバータ部１１の出力電流を絞る際に、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃが所定の閾値を超える差分で上昇した場合には、出力電流の減少量を減らしてＤＣリンク電圧Ｖｄｃを元の電圧値まで下降させる。 Furthermore, the inverter control unit 15D of the present embodiment adjusts the reduction control amount of the output current of the inverter unit 11 in accordance with the fluctuation of the DC link voltage Vdc when executing the reverse power flow prevention control, thereby the DC link. Control for stabilizing the voltage Vdc is executed.
That is, the inverter control unit 15D constantly monitors the detection value of the voltage sensor S3, and when the output current of the inverter unit 11 is reduced in the case of reverse power flow, the inverter link unit 15D is a difference that exceeds the predetermined threshold value. When the voltage rises, the decrease amount of the output current is reduced and the DC link voltage Vdc is lowered to the original voltage value.

その逆に、インバータ制御部１５Ｄは、逆潮流の場合にインバータ部１１の出力電流を絞る際に、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃが所定の閾値を超える差分で下降した場合には、出力電流の減少量を増やしてＤＣリンク電圧Ｖｄｃを元の電圧値まで上昇させる。
なお、このインバータ制御部１５ＤによるＤＣリンク電圧Ｖｄｃの安定化制御は、コンバータ制御部１５Ｃによるリンク電圧Ｖｃｄの上昇抑制の先、後又は同時のいずれのタイミングで行っても良い。 Conversely, when the inverter control unit 15D reduces the output current of the inverter unit 11 in the case of reverse power flow, if the DC link voltage Vdc drops with a difference exceeding a predetermined threshold, the inverter control unit 15D reduces the amount of decrease in the output current. Increase the DC link voltage Vdc to the original voltage value.
The stabilization control of the DC link voltage Vdc by the inverter control unit 15D may be performed at any timing before, after, or at the same time as the increase of the link voltage Vcd by the converter control unit 15C.

〔逆潮流時の問題点と第１実施形態の効果〕
上記構成に係るパワーコンディショナ３において、通常は、発電装置１における発電量に応じて発電装置１のＦＣ制御部７が送信する目標電流値に基づいて、インバータ制御部１５Ｄが出力電流値制御を行う。
これと同時に、コンバータ制御部１５Ｃは、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃの目標電圧値制御を行う。このさい、順潮流（通常）時においては、発電装置１における発電効率を維持するため、発電装置１での発電量が安定するように、適度な制御スピード（電気負荷の状態に急反応しない）で目標電圧値制御が行われる。 [Problems during reverse power flow and effects of the first embodiment]
In the power conditioner 3 according to the above configuration, the inverter control unit 15D normally performs output current value control based on the target current value transmitted by the FC control unit 7 of the power generation device 1 in accordance with the amount of power generation in the power generation device 1. Do.
At the same time, converter control unit 15C performs target voltage value control of DC link voltage Vdc. At this time, during normal power flow (normal), in order to maintain the power generation efficiency of the power generation device 1, a moderate control speed (not reacting rapidly to the state of the electric load) so that the power generation amount in the power generation device 1 is stabilized. The target voltage value control is performed at.

一方、パワーコンディショナ３が逆潮流状態（状態判定部１５Ｂが逆潮流を検出）になると、インバータ制御部１５Ｄは、その逆潮流状態を解消するために出力電流を急激に絞るようになる。しかし、これによってＤＣリンク電圧Ｖｄｃが高くなると、通常時のコンバータ制御部１５Ｃの制御スピードではＤＣリンク電圧Ｖｄｃの低下が遅れてしまう。
このとき、発電装置１のＦＣ制御部７は、出力電流が急激に減少したことに急反応し、必要以上に発電出力を絞ってしまう。もっとも、発電が停止されるわけではない。 On the other hand, when the power conditioner 3 is in the reverse power flow state (the state determination unit 15B detects the reverse power flow), the inverter control unit 15D rapidly reduces the output current in order to eliminate the reverse power flow state. However, when the DC link voltage Vdc becomes high as a result, the decrease in the DC link voltage Vdc is delayed at the normal control speed of the converter control unit 15C.
At this time, the FC control unit 7 of the power generation device 1 reacts abruptly to the sudden decrease in the output current, and restricts the power generation output more than necessary. However, power generation is not stopped.

そうすると、その後、逆潮流状態が解消されて、発電装置１の出力電流を元の状態に回復させたいと思っても、発電装置１の立ち上がり特性上その回復に相当の時間がかかってしまい、その結果、発電装置１とパワコン３に損失が生じる。
すなわち、低電流領域では、発電装置１は発電効率が悪く、パワーコンディショナ３は電力ロスが大きい。また、その間は商用電力を多く使用しなければならない。
なお、上記の逆潮流時のインバータ制御による問題点は、特に発電装置１が固定酸化物型燃料電池である場合に顕著である。 Then, even if the reverse power flow state is canceled and the output current of the power generation device 1 is desired to be restored to the original state after that, it takes a considerable time for the recovery due to the rising characteristics of the power generation device 1. As a result, a loss occurs in the power generator 1 and the power conditioner 3.
That is, in the low current region, the power generation device 1 has poor power generation efficiency, and the power conditioner 3 has a large power loss. In the meantime, much commercial power must be used.
The problem due to the inverter control at the time of reverse flow is particularly remarkable when the power generation device 1 is a fixed oxide fuel cell.

この点、第１実施形態のパワーコンディショナ３によれば、コンバータ制御部１５Ｃが、逆潮流時においてＤＣリンク電圧Ｖｄｃが目標電圧値Ｖｔを超える場合に、コンバータ部１０の出力電圧を順潮流時の場合よりも高速に減少させるので、逆潮流時におけるＤＣリンク電圧Ｖｄｃの上昇を順潮流時の場合に比べてより確実に抑制することができる。
このため、インバータ制御部１５Ｄが順潮流に戻るようにインバータ部１１の出力電流を制御しても、コンバータ部１０からの電力供給を行うことができ、発電装置１の発電電力を急激に低下させる必要がなくなる。 In this regard, according to the power conditioner 3 of the first embodiment, the converter control unit 15C converts the output voltage of the converter unit 10 during forward flow when the DC link voltage Vdc exceeds the target voltage value Vt during reverse flow. Therefore, the increase in the DC link voltage Vdc at the time of reverse power flow can be suppressed more reliably than that at the time of forward power flow.
For this reason, even if the output current of the inverter unit 11 is controlled so that the inverter control unit 15D returns to the forward flow, the power supply from the converter unit 10 can be performed, and the generated power of the power generator 1 is drastically reduced. There is no need.

従って、逆潮流が生じた場合に発電電力を必要以上に下げずに発電を継続することができるので、逆潮流発生後における電力ロスを抑制可能な発電システムを安価に提供することができる。
また、第１実施形態のパワーコンディショナ３によれば、コンバータ制御部１５ＣによるＤＣリンク電圧Ｖｄｃの上昇抑制に加えて、インバータ制御部１５Ｄが、逆潮流時においてインバータ部１１の出力電流を抑制する際に、ＤＣリンク電圧Ｖｄｃの変動に応じて当該インバータ部１１の出力電流の減少制御量を調整するので、逆潮流時におけるＤＣリンク電圧Ｖｄｃの上昇をより確実に抑制できるという利点もある。 Therefore, when a reverse power flow occurs, power generation can be continued without reducing the generated power more than necessary, so that a power generation system capable of suppressing power loss after the reverse power flow can be provided at low cost.
Further, according to the power conditioner 3 of the first embodiment, the inverter control unit 15D suppresses the output current of the inverter unit 11 at the time of reverse power flow, in addition to the suppression control of the DC link voltage Vdc by the converter control unit 15C. At this time, since the reduction control amount of the output current of the inverter unit 11 is adjusted according to the fluctuation of the DC link voltage Vdc, there is also an advantage that the increase of the DC link voltage Vdc during reverse power flow can be suppressed more reliably.

〔第２実施形態〕
図５は、本発明の第２実施形態に係るパワーコンディショナ３を用いた発電システムの概略構成を示す回路図である。
図１と図５を対比すれば明らかな通り、本実施形態のパワーコンディショナ３が第１実施形態のそれと異なる点は、コンバータ部１０とインバータ部１１の間のＤＣリンク部１２に安定化回路２０を設けた点にあり、その他の構成及び機能は第１実施形態の場合と同様である。 [Second Embodiment]
FIG. 5 is a circuit diagram showing a schematic configuration of a power generation system using the power conditioner 3 according to the second embodiment of the present invention.
As apparent from the comparison between FIG. 1 and FIG. 5, the power conditioner 3 of this embodiment is different from that of the first embodiment in that a stabilization circuit is provided in the DC link portion 12 between the converter portion 10 and the inverter portion 11. The other configurations and functions are the same as those of the first embodiment.

すなわち、本実施形態のパワーコンディショナ３では、ＤＣリンクコンデンサ１２ａと並列に安定化回路２０が設けられており、この安定化回路２０は、抵抗等よりなる負荷２１とこれに直列に接続されたスイッチング素子２２とから構成されている。
そして、ＰＣ制御部１５は、逆潮流時において目標電圧範囲Ｚ２を超えるＤＣリンク電圧Ｖｄｃが生じた場合に、所定時間だけ上記スイッチング素子２２を瞬間的にオンにする。これにより、過大なＤＣリンク電圧Ｖｄｃが負荷２１に放電され、目標電圧範囲Ｚ２内に収束するようになっている。 That is, in the power conditioner 3 of the present embodiment, the stabilization circuit 20 is provided in parallel with the DC link capacitor 12a. The stabilization circuit 20 is connected in series with the load 21 made of a resistor or the like. And a switching element 22.
The PC control unit 15 instantaneously turns on the switching element 22 for a predetermined time when a DC link voltage Vdc exceeding the target voltage range Z2 is generated during reverse power flow. Thereby, an excessive DC link voltage Vdc is discharged to the load 21 and converges within the target voltage range Z2.

本実施形態のパワーコンディショナ３によれば、上記安定化回路２０がＤＣリンク電圧Ｖｄｃを放電によって目標電圧範囲Ｚ２内に安定化させるので、第１実施形態の場合に比べて、逆潮流時におけるＤＣリンク電圧Ｖｄｃの上昇をより確実に抑制できるという利点がある。 According to the power conditioner 3 of the present embodiment, the stabilization circuit 20 stabilizes the DC link voltage Vdc within the target voltage range Z2 by discharging. Therefore, compared with the case of the first embodiment, the stabilization circuit 20 can be operated at the time of reverse power flow. There is an advantage that an increase in the DC link voltage Vdc can be more reliably suppressed.

〔その他の変形例〕
上記実施形態は本発明の例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は、上記実施形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲及びその構成と均等な全ての変更が含まれる。
例えば、上記実施形態では、逆潮流時におけるＤＣリンク電圧Ｖｄｃの不感帯である第２範囲Ｚ２が、その上限が目標電圧値Ｖｔと一致した領域になっているが（図３（ｂ）参照）、第２範囲Ｚ２の上限は目標電圧値Ｖｔを超えていてもよい。 [Other variations]
The above embodiments are illustrative of the present invention and are not limiting. The scope of the present invention is shown not by the above embodiment but by the scope of claims for patent, and includes all modifications equivalent to the scope of claims and their configurations.
For example, in the above embodiment, the second range Z2, which is the dead zone of the DC link voltage Vdc during reverse flow, is a region whose upper limit coincides with the target voltage value Vt (see FIG. 3B). The upper limit of the second range Z2 may exceed the target voltage value Vt.

例えば、第２範囲Ｚ２は第１範囲Ｚ１とまったく同じ領域であってもよい。この場合でも、第２範囲Ｚ２の上限を超える場合にマイナスするデューティポイントを、順潮流時よりも大きくすれば、コンバータ部１０の出力電圧を順潮流時の場合よりも高速に減少させることができる。 For example, the second range Z2 may be the same region as the first range Z1. Even in this case, if the duty point minus when exceeding the upper limit of the second range Z2 is made larger than that in the forward power flow, the output voltage of the converter unit 10 can be reduced faster than in the forward power flow. .

また、上記実施形態では、発電装置１として固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を用いているが、発電装置１には、他の形式の燃料電池である固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）やガスエンジンを用いた燃料型発電装置を用いることも可能である。
更に、上記実施形態では、発電システム単体の構成について説明したが、この発電システムは、発電装置１で発生する排熱を排熱回収手段（例えば、熱交換器）で回収して温水生成用の熱源として利用するなど、コージェネレーションシステムの構成要素としても適用可能である。 Moreover, in the said embodiment, although the solid oxide fuel cell (SOFC) is used as the electric power generating apparatus 1, in the electric power generating apparatus 1, the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) which is another type fuel cell, It is also possible to use a fuel type power generator using a gas engine.
Furthermore, although the configuration of the power generation system alone has been described in the above embodiment, this power generation system recovers exhaust heat generated in the power generation apparatus 1 by an exhaust heat recovery means (for example, a heat exchanger) and generates hot water. It can also be applied as a component of a cogeneration system, such as being used as a heat source.

１発電装置
２商用電源系統（系統）
３パワーコンディショナ
４補機電源部
５発電部（燃料電池スタック）
８商用電源
９電気負荷
１０コンバータ部
１１インバータ部
１２ＤＣリンク部
１５ＰＣ制御部
１５Ａ起動制御部
１５Ｂ状態判定部
１５Ｃコンバータ制御部
１５Ｄインバータ制御部
２０安定化回路
ＶｄｃＤＣリンク電圧
Ｖｔ目標電圧値
Ｚ１第１範囲（目標電圧範囲）
Ｚ２第２範囲（目標電圧範囲） 1 Power generator 2 Commercial power system (system)
3 Power conditioner 4 Auxiliary power supply unit 5 Power generation unit (fuel cell stack)
8 Commercial power supply 9 Electric load 10 Converter unit 11 Inverter unit 12 DC link unit 15 PC control unit 15A Startup control unit 15B State determination unit 15C Converter control unit 15D Inverter control unit 20 Stabilization circuit Vdc DC link voltage Vt Target voltage value Z1 1 range (target voltage range)
Z2 2nd range (target voltage range)

Claims

A power conditioner comprising: a converter unit that converts a DC voltage output from a power generator into a predetermined voltage; and an inverter unit that converts the DC voltage output from the converter unit into an AC voltage and supplies the AC voltage to a commercial power system. ,
A converter control unit for controlling the output voltage of the converter unit so that the DC link voltage of the inverter unit approaches a target voltage value necessary for the inverter unit to output a system maximum voltage;
An inverter control unit for controlling the output current of the inverter unit so that the reverse power flow returns to the forward power flow ;
A state determination unit that determines whether the power flow with respect to the commercial power system is a forward power flow or a reverse power flow ,
The converter control unit reduces the amount of decrease in the output voltage of the converter unit per unit time when the determination result of the state determination unit is reverse power flow, and the decrease when the determination result of the state determination unit is forward power flow. When the DC link voltage exceeds the target voltage value during reverse power flow, the output voltage of the converter unit is decreased at a higher speed than during forward power flow by increasing the control amount compared to the control amount. Power conditioner to do.

Two types of target voltage ranges for the DC link voltage including the target voltage value are set in advance for forward power flow and for reverse power flow, and the target voltage range for reverse power flow is set for forward power flow. The power conditioner according to claim 1, wherein the power conditioner is biased toward a lower voltage side than the target voltage range for use.

The said inverter control part adjusts the reduction | decrease control amount of the output current of the said inverter part according to the fluctuation | variation of the said DC link voltage, when suppressing the output current of the said inverter part at the time of reverse power flow. The listed inverter.

When the DC link voltage exceeding the target voltage range occurs during reverse flow, a stabilization circuit that stabilizes the DC link voltage within the target voltage range by discharging is provided between the inverter unit and the converter unit. The power conditioner according to claim 2 provided.

A power generation system comprising: the power generation device including a fuel type power generation device; and the power conditioner according to any one of claims 1 to 4, wherein an input side of the converter unit is connected to an output side of the power generation device. .