JP2010287426A - Reformer for fixed type power generation plant, fuel cell, and battery managing system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は定置式発電設備における改質器、燃料電池及びバッテリーの管理システムに関するものである。 The present invention relates to a reformer, a fuel cell, and a battery management system in a stationary power generation facility.
定置式発電設備においては、複数の燃料電池を積層させた燃料電池スタック中で水素富化原燃料を酸化させることにより、電気を発生させることができる。改質器及び燃料電池スタックを通る流れとこれらからの出力とをモニターする制御システムによって、発電出力が変動しても発電設備の運転を容易に制御できる。例えば、バッテリー及び/またはスーパーキャパシタのようなバッファシステムがそのような過渡現象から前記発電設備の構成要素を保護するために用いられる。 In a stationary power generation facility, electricity can be generated by oxidizing a hydrogen-enriched raw fuel in a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells are stacked. The control system for monitoring the flow through the reformer and the fuel cell stack and the output from them can easily control the operation of the power generation equipment even if the power generation output fluctuates. For example, buffer systems such as batteries and / or supercapacitors can be used to protect the components of the power plant from such transients.
燃料電池回路を通る電子量の維持は、アノード触媒存在下で水素を陽子と電子とに解離する陽極側に持続的に水素を供給することによって達成できる。水素が欠如すると、燃料電池を保全できなくなる。従って発電設備を運転制御する一アプローチにおいて、陽極での多量の水素が、大きな燃料電池スタックを用いることによって確保される。しかしながらここで発明者たちは、そのためには大量の燃料と燃料を収容するための相応する大きな領域が必要となることを認識している。 Maintenance of the amount of electrons through the fuel cell circuit can be achieved by continuously supplying hydrogen to the anode side that dissociates hydrogen into protons and electrons in the presence of the anode catalyst. In the absence of hydrogen, the fuel cell cannot be maintained. Thus, in one approach to operating and controlling the power plant, a large amount of hydrogen at the anode is ensured by using a large fuel cell stack. However, the inventors here recognize that this requires a large amount of fuel and a correspondingly large area to accommodate the fuel.
燃料電池から導出される電力すなわち電流は、損失の発生量、ひいては燃料電池の効率に影響を与えるため、燃料電池スタックからの電力出力を維持することも望ましい。また、燃料電池の活性化損失は、出力電圧の減少につながり得る。従って、発電設備を運転制御する別のアプローチとして、燃料電池から導出される電流に応じて改質器の容量を調整するよう制御システムが組み込まれる。原燃料と蒸気の流入量を変化させて改質器の容量を調整することによって、前記燃料電池スタックへ入る水素富化燃料レベルを調整する。しかしながら、ここでさらに発明者たちは、このようなアプローチによる不利点に気付いた。具体的には、前記改質器の水及び燃料の流量調整と、蒸気の送風速度の調整と、システムの温度レベルの調整とにかかる反応時間が、しばしば所望の時間よりも長くなるということである。反応時間が遅いと、燃料が十分な量貯蔵されていたとしても、燃料電池の陽極側における水素レベルの一時的な欠如によって、構成要素の損傷をまねくことがある。その損傷は、過渡的な変動が生じた場合、より深刻なものとなる。 It is also desirable to maintain the power output from the fuel cell stack because the power or current derived from the fuel cell affects the amount of loss generated and thus the efficiency of the fuel cell. Also, the activation loss of the fuel cell can lead to a decrease in output voltage. Therefore, as another approach for controlling the operation of the power generation facility, a control system is incorporated so as to adjust the capacity of the reformer in accordance with the current derived from the fuel cell. The hydrogen-enriched fuel level entering the fuel cell stack is adjusted by adjusting the capacity of the reformer by changing the inflow amounts of raw fuel and steam. However, further here the inventors have noticed the disadvantages of such an approach. Specifically, the reaction time for adjusting the water and fuel flow rates of the reformer, adjusting the steam blowing rate, and adjusting the temperature level of the system is often longer than desired. is there. If the reaction time is slow, even if a sufficient amount of fuel is stored, the temporary lack of hydrogen level on the anode side of the fuel cell can lead to component damage. The damage becomes more severe when transient fluctuations occur.
上記の問題は、電気的バッファに接続されていて、さらに蒸気改質器へと接続されている燃料電池を具備する発電設備を作動させる方法で解決できる。この方法は、前記燃料電池によって電気的バッファの充電を制御するために、改質器における蒸気と炭素の割合を維持する一方、前記電気的バッファに影響される電圧に基づいて、前記改質器の運転を調整することを含む。例えば上記の方法は、前記改質器の調整によって前記燃料電池の電流が増加するよりも前に、電気的バッファから電流を供給することによって電力要求の増加を補償することを含む。 The above problem can be solved by a method of operating a power generation facility comprising a fuel cell connected to an electrical buffer and further connected to a steam reformer. This method maintains the ratio of steam to carbon in the reformer to control the charging of the electrical buffer by the fuel cell, while the reformer is based on the voltage affected by the electrical buffer. Including coordinating driving. For example, the above method includes compensating for an increase in power demand by supplying current from an electrical buffer before the fuel cell current increases due to adjustment of the reformer.
このように、前記改質器を電圧に応じて調整することによって、システムは電圧攪乱に対応できるようになる。従って、例えば陽極側での燃料不足の可能性を減少させるために、大きな燃料貯蔵バッファに頼るよりもむしろ、電気的バッファを、過渡的な状態下(例えばポンプやブロワなどの補助部品が反応するための過渡的な状態下)での要求補償に用いることができる。 Thus, by adjusting the reformer according to voltage, the system can cope with voltage disturbance. Thus, rather than relying on a large fuel storage buffer, for example to reduce the possibility of fuel shortage on the anode side, the electrical buffer is subject to transient conditions (eg auxiliary components such as pumps and blowers react). Therefore, it can be used to compensate for demands under transient conditions.
以上の記述は、詳細な説明でさらに述べられる概念の一部を簡略化したかたちで紹介するものであるということは理解されるべきである。これは、クレームされた要旨のかぎや本質的な特徴を特定することを意図したものではなく、そのクレームされた要旨の射程は、詳細な説明につづく請求項によって独自に定義される。さらに前記クレームされた要旨は、本開示中に記載される問題点を解決する実施例には限定されない。 It should be understood that the foregoing description introduces some of the concepts further described in the detailed description in a simplified form. It is not intended to identify key or essential features of the claimed subject matter, but the scope of the claimed subject matter is uniquely defined by the claims following the detailed description. Furthermore, the claimed subject matter is not limited to embodiments that solve the problems set forth in this disclosure.
図1は燃料電池技術を用いて水素富化原燃料から電気を発生させる、定置式発電設備100(以下、『発電設備100』という。)の一実施形態を示している。この定置式発電設備は、DC−DCコンバータ104を介してDCバス106に電力を伝達する燃料電池スタックアセンブリ102を具備する。このDC−DCコンバータ104は、本開示に記載される制御システムの一部を具備する。 FIG. 1 shows an embodiment of a stationary power generation facility 100 (hereinafter referred to as “power generation facility 100”) that generates electricity from hydrogen-enriched raw fuel using fuel cell technology. The stationary power generation facility includes a fuel cell stack assembly 102 that transmits power to a DC bus 106 via a DC-DC converter 104. This DC-DC converter 104 comprises part of the control system described in this disclosure.
発電設備100はバッファシステム108を具備する。このバッファシステム108には、例えば電圧/電流バッファ、バッテリーまたはバッテリー群、スーパーキャパシタあるいはそれらの組み合わせが含まれるが、それだけには限られない。バランスオブプラント110は、前記発電設備を構成するその他の構成要素、構造及びシステムを含んでいる。前記発電設備を構成するその他の構成要素、構造及びシステムとは、発電設備の全ての部分における安全な稼動と技術的な協調のために必要とされる装置のようなものである。その例には、主及び補助変圧器、クレーン及びタービンが含まれるが、それだけには限られない。DCバス106は、発電設備100によって生成されたDC電力を入力されて、その後の送電のためにAC電力に変換して出力するインバーター112へとつながっている。発電設備100の一実施形態において、燃料電池スタック層102で発生した電力が十分でない場合、バッファシステム108はインバーター112からのAC電力を入力として充電されてもよい。 The power generation facility 100 includes a buffer system 108. The buffer system 108 includes, but is not limited to, for example, a voltage / current buffer, a battery or battery group, a super capacitor, or a combination thereof. The balance of plant 110 includes other components, structures, and systems that constitute the power generation facility. The other components, structures and systems that make up the power generation facility are like devices required for safe operation and technical coordination in all parts of the power generation facility. Examples include, but are not limited to, main and auxiliary transformers, cranes and turbines. The DC bus 106 is connected to an inverter 112 that receives DC power generated by the power generation facility 100 and converts the DC power into AC power for subsequent power transmission. In one embodiment of the power generation facility 100, if the power generated in the fuel cell stack layer 102 is not sufficient, the buffer system 108 may be charged with AC power from the inverter 112 as input.
本開示に記載される前記発電設備の制御システムは、第一に所定のシステムバッテリーの電圧を維持するように構成されたものである。そのため前記制御システムは、バッテリーの電圧を目標値まで回復させるべく協調させた方法で、前記発電設備における一構成要素または様々な構成要素を適切に調整することによって、システムバッテリーの電圧変動に応答する。上述の実施形態において前記発電設備の一構成要素(または複数の構成要素)がコントローラによって決められた修正に対して反応しない場合、システムバッテリーを充電しそれを目標値まで戻すために、インバーターに例えばグリッドからAC電力を入力することが可能となる。 The control system for the power generation facility described in the present disclosure is first configured to maintain a predetermined system battery voltage. Therefore, the control system responds to system battery voltage variations by appropriately adjusting one component or various components in the power generation facility in a coordinated manner to restore the battery voltage to a target value. . In the above embodiment, if one component (or components) of the power plant does not respond to the correction determined by the controller, the inverter may be used, for example, to charge the system battery and return it to the target value. AC power can be input from the grid.
図2は一実施形態における発電設備100を含む発電設備制御システム200の追加的な詳細を図示する。前記システムは、蒸気改質器210へと流れる原燃料供給部202を具備する燃料電池スタックアセンブリ102を含む。ここに記載される実施形態においては、適宜のさまざまな炭化水素原燃料が用いられてよい。適合する原燃料には、バイオディーゼル、植物油及び天然ガスなどが含まれるが、それだけには限られない。従って前記改質器210は、蒸気を用いて炭化水素原燃料から水素ガスを生成するよう構成されている。 FIG. 2 illustrates additional details of a power plant control system 200 that includes the power plant 100 in one embodiment. The system includes a fuel cell stack assembly 102 that includes a raw fuel supply 202 that flows to a steam reformer 210. In the embodiments described herein, a variety of suitable hydrocarbon raw fuels may be used. Suitable raw fuels include but are not limited to biodiesel, vegetable oils and natural gas. Therefore, the reformer 210 is configured to generate hydrogen gas from hydrocarbon raw fuel using steam.
さらに前記システムは、燃料流量制御装置204を含む。この燃料流量制御装置は、トランスミッタ206を介し蒸気改質器210へと流れる原燃料の流量を調整する。前記燃料流量制御装置は、適宜のさまざまな構成要素を含んでいる。例えば、燃料弁(図示されている)が含まれるが、それだけには限られない。燃料流量計208によってモニターされた燃料の流量は、電気的コントローラ230に伝達される。燃料流量の調整機構は、本開示中により詳細にわたって記されるように、複数の発電設備構成要素から受信する入力、例えば燃料流量の目標値、測定された燃料流量などに基づき、電気的コントローラ230によって制御される。 The system further includes a fuel flow control device 204. This fuel flow rate control device adjusts the flow rate of the raw fuel flowing to the steam reformer 210 via the transmitter 206. The fuel flow control device includes various appropriate components. Examples include, but are not limited to, fuel valves (shown). The flow rate of the fuel monitored by the fuel flow meter 208 is transmitted to the electrical controller 230. The fuel flow adjustment mechanism is based on inputs received from a plurality of power plant components, such as a target value for fuel flow, a measured fuel flow, etc., as described in more detail in this disclosure. Controlled by.
前記改質器210での水素濃縮に用いられる蒸気は、水供給部212から発生する。水流量制御装置214はトランスミッタ216を介して蒸気改質器210へと流れる蒸気または水の流量を調整する。前記水量制御装置は、適宜のさまざまな構成要素を含んでいる。この例には、送風機、給水ポンプ(図示されている)またはこれらの組み合わせが含まれるが、それだけには限られない。水流量計218によってモニターされた水の流量は、電気的コントローラ230に伝達される。水量の調整機構もまた、本開示中により詳細にわたって記されるように、さまざまな運転状態、例えば水流量の目標値及びモニターされた水流量などに基づき、電気的コントローラ230によって制御される。 Steam used for hydrogen concentration in the reformer 210 is generated from the water supply unit 212. The water flow rate controller 214 adjusts the flow rate of the steam or water that flows to the steam reformer 210 via the transmitter 216. The water amount control device includes various appropriate components. Examples of this include, but are not limited to, a blower, a feed pump (shown), or a combination thereof. The water flow monitored by the water flow meter 218 is communicated to the electrical controller 230. The water volume adjustment mechanism is also controlled by the electrical controller 230 based on various operating conditions, such as a target water flow rate and a monitored water flow rate, as will be described in greater detail in this disclosure.
蒸気改質器210によって生成された水素富化燃料は、その後燃料電池スタック220へと伝達される。燃料電池スタック220は、連結された複数の連成する燃料電池を含むものであり、水素富化燃料の酸化のために空気供給部222から供給される空気を用いる。空気流量制御装置224は、燃料電池スタックへと入る空気の流量を制御する。この空気量制御装置224は、適宜のさまざまな構成要素を含んでいる。例えば、送風機(図示されている)が含まれるが、それだけには限られない。空気流量の調整機構もまた、空気流量の目標値及び測定された空気流量を含むさまざまな運転状態に応じて、電気的コントローラ230によって制御される。前記燃料電池スタック220からの投入電流の生成によって、図に示されるように燃料排気と酸素を使い果たした空気が産みだされる。 The hydrogen-enriched fuel produced by the steam reformer 210 is then transmitted to the fuel cell stack 220. The fuel cell stack 220 includes a plurality of coupled fuel cells connected to each other, and uses air supplied from the air supply unit 222 to oxidize the hydrogen-enriched fuel. The air flow rate control device 224 controls the flow rate of air entering the fuel cell stack. The air amount control device 224 includes various appropriate components. Examples include, but are not limited to, a blower (shown). The air flow adjustment mechanism is also controlled by the electrical controller 230 in response to various operating conditions, including the target value of the air flow and the measured air flow. Generation of the input current from the fuel cell stack 220 produces fuel exhaust and air that has used up oxygen as shown in the figure.
前記投入電流は、電流測定器226によって測定された後、DC−DCコンバータ104に伝達される。前記DC−DCコンバータは、最大電流制限値を有しており、最大電流を越えるとコンバータが電流制御モードに入る。さらに、前記DC−DCコンバータは、例えば53Vなどの設定された電圧制限値を有しており、それを下回ると出力電圧が上昇する。 The input current is measured by the current measuring device 226 and then transmitted to the DC-DC converter 104. The DC-DC converter has a maximum current limit value, and when the maximum current is exceeded, the converter enters a current control mode. Further, the DC-DC converter has a set voltage limit value such as 53 V, for example, and the output voltage rises below this value.
発電設備100によって生成された電力は、DC−DCコンバータを介して、DCバス106へと伝達され、そこから送電される。図1に図示するバッファシステム108(以下、バッテリーとも記載する)は、前記発電設備に含まれている。この例においては酸系のバッテリーが用いられるが、前記バッファシステムはその他のタイプのバッテリーをさまざまに組み合わせることによって構成されてもよい。バッテリー電圧測定器228は、バッファバッテリーの電圧を決定し、電子コントローラ230へその情報を中継する。 The electric power generated by the power generation facility 100 is transmitted to the DC bus 106 via the DC-DC converter, and is transmitted from there. A buffer system 108 (hereinafter also referred to as a battery) illustrated in FIG. 1 is included in the power generation facility. In this example, an acid-based battery is used, but the buffer system may be constructed by various combinations of other types of batteries. The battery voltage meter 228 determines the voltage of the buffer battery and relays the information to the electronic controller 230.
前記コントローラは、電流測定器226からの燃料電池スタックより導出される投入電圧に関する入力を受け、バス電流測定器234からのバス電流232に関する入力もまた受ける。前記コントローラは、受け取ったデータの全体に基づいて、空気と原燃料と水の流量に対する調節を、それぞれ単独でまたは組み合わせて行う。燃料電池スタックの運転の制御には、例えば図3から図5に記載されるように、さまざまな方法が単独でまたは組み合わされて用いられる。 The controller receives input related to the input voltage derived from the fuel cell stack from the current meter 226 and also receives input related to the bus current 232 from the bus current meter 234. The controller makes adjustments to the flow rates of air, raw fuel, and water, either alone or in combination, based on the entire received data. For controlling the operation of the fuel cell stack, various methods are used singly or in combination, for example, as described in FIGS.
具体的に、図3は本開示に係る発電設備100の発電を調整する制御システム300の一実施例を表している。前記実施形態の一態様において、前記制御システムは燃料電池技術を用いて発電する定置式発電設備における燃料電池スタックの運転及び出力を制御するために用いられる。前記制御システムへと送られる入力の構成要素と、それらに影響を受ける対応出力が図示される。 Specifically, FIG. 3 illustrates an embodiment of a control system 300 that adjusts the power generation of the power generation facility 100 according to the present disclosure. In one aspect of the embodiment, the control system is used to control the operation and output of a fuel cell stack in a stationary power plant that generates power using fuel cell technology. The components of the inputs sent to the control system and the corresponding outputs affected by them are illustrated.
第一の制御ルーチンは第一コントローラ310を用いることによりバッテリーの電圧に応じて改質器の運転を制御する350として図示されている。具体的に、バッテリーの電圧302の指示値は、電圧測定器228から得られる。測定されたバッテリーの電圧304は、所定の設定電圧値306と比較される。例えば、前記ルーチンの一態様において、発明者たちはシステムバッテリーの電圧の目標値つまりバス電圧を53Vと決定したとする(例えば設定電圧306として)。測定されたバッテリーの電圧と前記設定値306との偏差またはずれは、非線形ゲイン関数を有するルックアップテーブル308に送信される。一例として、前記非線形ゲインは、式(数1)で表される。
さまざまなシステムの相互作用をより良く推定するとともに、例えば前述された53Vなどのシステムバッテリーの目標電圧(またはバス電圧)をより正確に維持するために、ルーチン350において測定されたバス電流に基づく追加的なフィードフォワード制御が行われる。前記バス電流232は、バス電流測定器234によって測定され、ルックアップテーブル316と対照して分析される。目標設定電流値からのこの電流値のずれ314及びコントローラK1 310からの入力312に基づいて水流量制御装置214を調整することによって、水の流量調節が適切に行われる。これによって、前記改質器へと流れ込む蒸気の量が調整され、結果として改質器の容量が変化する。従って、本開示中により詳しく説明されるように、バッテリーの電圧に応じたフィードバック制御ループの組み合わせと、バス電流に応じたフィードフォワード制御機構は、システムバッテリーの電圧を目標値へと近づかせるために、改質器210の運転を調整する。 Addition based on the bus current measured in routine 350 to better estimate the interaction of the various systems and more accurately maintain the target voltage (or bus voltage) of the system battery, such as 53V described above. Feedforward control is performed. The bus current 232 is measured by the bus current meter 234 and analyzed against the lookup table 316. By adjusting the water flow rate controller 214 based on this current value deviation 314 from the target set current value and the input 312 from the controller K1 310, the water flow rate is adjusted appropriately. As a result, the amount of steam flowing into the reformer is adjusted, and as a result, the capacity of the reformer changes. Therefore, as will be explained in more detail in the present disclosure, the combination of the feedback control loop according to the battery voltage and the feedforward control mechanism according to the bus current are used to bring the system battery voltage close to the target value. The operation of the reformer 210 is adjusted.
第二の制御ルーチンは、前記第一制御ルーチン350と並列して運転する360として図示されている。水流量320は、具体的には水流量計218によって測定され改質器へと入る蒸気の流量であり、燃料の流量は、燃料流量計208によって測定され改質器へと入る燃料の流量であるが、これらはコントローラが水と炭素の割合322、つまり蒸気と原燃料(炭化水素)の割合を推定するためのデータを提供する。蒸気と炭素の割合の設定値326からの推定された蒸気と炭素の割合324のずれが確認されると、その偏差は、ルックアップテーブル328に送信される。このルックアップテーブルもまた、非線形ゲイン関数を有する。一例として、前記非線形ゲインは、式(数2)で表される。
さまざまなシステムの相互作用をより良く推定するとともに、例えば前述された53Vなどのシステムバッテリーの目標電圧(またはバス電圧)をより正確に維持するために、ルーチン360において測定されたバス電流による追加的なフィードフォワード制御が行われる。バス電流測定器234によって測定された前記バス電流232は、ルックアップテーブル316へと送信される。目標設定電流値からの前記電流値のずれ314及びコントローラK2 330からの入力332に基づいて、燃料の流量に対するさらなる調整が、前記燃料流量制御装置204を適切に調整することによって行われる。従って、蒸気と炭素の割合に応じて行われるフィードバック制御ループと、バス電流に応じて行われるフィードフォワード制御機構との組み合わせによって、蒸気と炭素の割合を目標値まで回復させるために、改質器210の運転が調節され、結果としてその後の燃料電池スタック220の運転が調節される。このようにして、制御ルーチン350と360は、燃料電池スタックの作動データからのフィードバックに応じて、バッテリー電圧と、蒸気と炭素の割合とを調和させてフィードバック制御をすることができる。さらに、これらはバス電流に応じてフィードフォワード制御をすることもできる。そうすることで前記制御システムは、前記燃料電池スタックの容量及び電気的バッファシステム108を有効に用いることによるシステムの需要に合わせて、前記改質器の容量を調整する。 In order to better estimate the interaction of the various systems and more accurately maintain the target voltage (or bus voltage) of the system battery, such as 53V described above, additional due to the bus current measured in routine 360 Feedforward control is performed. The bus current 232 measured by the bus current measuring device 234 is transmitted to the lookup table 316. Based on the current value deviation 314 from the target set current value and the input 332 from the controller K2 330, further adjustments to the fuel flow rate are made by appropriately adjusting the fuel flow rate controller 204. Therefore, in order to recover the ratio of steam and carbon to the target value by the combination of the feedback control loop performed according to the ratio of steam and carbon and the feedforward control mechanism performed according to the bus current, the reformer The operation of 210 is adjusted, and as a result, the subsequent operation of the fuel cell stack 220 is adjusted. In this manner, the control routines 350 and 360 can perform feedback control by harmonizing the battery voltage and the ratio of steam to carbon in accordance with feedback from the operation data of the fuel cell stack. Furthermore, they can also be feedforward controlled according to the bus current. By doing so, the control system adjusts the capacity of the reformer according to the capacity of the fuel cell stack and the demand of the system by effectively using the electric buffer system 108.
図3はさらに、フィードフォワード構造と共に作動する第三の制御ルーチン370を図示する。前記フィードフォワード構造は、発電設備100において導出された前記投入電流に応答するものである。具体的に、燃料電池スタック220から導出された投入電流340は、電流測定器226によって測定され、ルックアップテーブル342へと送信される。ルックアップテーブル342にはさらに燃料流量測定器208からの、燃料の流量に関するデータが入力される。受け取ったデータに基づいて、前記ルックアップテーブルは、前記燃料電池スタックから導出されうる電流の最大限度を分析して指定する。そしてこの指定値は、DC−DCコンバータへと送信される。このDC−DCコンバータは、上述のとおり、電流がこの最大限度を超えないよう維持するために、電流制御モードで作動する FIG. 3 further illustrates a third control routine 370 that operates with the feedforward structure. The feedforward structure is responsive to the input current derived in the power generation facility 100. Specifically, the input current 340 derived from the fuel cell stack 220 is measured by the current measuring device 226 and transmitted to the lookup table 342. Further, data relating to the fuel flow rate from the fuel flow rate measuring device 208 is input to the lookup table 342. Based on the received data, the lookup table analyzes and specifies the maximum limit of current that can be derived from the fuel cell stack. This designated value is transmitted to the DC-DC converter. The DC-DC converter operates in a current control mode as described above to keep the current from exceeding this maximum limit.
さらに、フィードフォワード制御は、投入電流に応じて空気流量制御装置224を調整するために用いられる。このようにして、例えば前記投入電流の値を、所望の運転状態に近づけるため及び指定された最大許容値を超えないよう維持するために、前記燃料電池スタックの容量が適宜調整される。 Further, the feedforward control is used to adjust the air flow rate control device 224 according to the input current. In this way, for example, the capacity of the fuel cell stack is adjusted as appropriate in order to keep the value of the input current close to a desired operating state and not to exceed a specified maximum allowable value.
ルーチン370の別の態様において、導出される電流が最大許容値よりも大きい場合、DC−DCコンバータは、電流を制限するために作動する。一方、前記制御システムは、燃料電池スタック220から導出される最大許容電流を調整するべく作動する。前記制御システムは、ルーチン350と360におけるPIDコントローラK1 310とK2 330を介して、本開示中に記載される水流量制御装置214と燃料流量制御装置204との調整を起動することによって、その後の改質器と燃料電池スタックの容量に影響を与える。別の例において、前記バッテリー電圧が目標設定値よりも高いことが確認されると、前記コントローラは、前記システムから導出される投入電流を減少させ、システムバッテリー電圧を目標設定値へと回復させるまたは近づけることによって、改質器ひいては燃料電池スタックの容量を減少させる方向に前記水流量制御装置と燃料流量制御装置を調整する。 In another aspect of the routine 370, if the derived current is greater than the maximum allowable value, the DC-DC converter operates to limit the current. On the other hand, the control system operates to adjust the maximum allowable current derived from the fuel cell stack 220. The control system then activates the adjustment of the water flow controller 214 and the fuel flow controller 204 described in the present disclosure via the PID controllers K1 310 and K2 330 in routines 350 and 360 to provide subsequent control. It affects the capacity of the reformer and the fuel cell stack. In another example, if it is determined that the battery voltage is higher than a target set value, the controller reduces the input current derived from the system and restores the system battery voltage to the target set value or By bringing them closer, the water flow rate control device and the fuel flow rate control device are adjusted in a direction that reduces the capacity of the reformer, and hence the fuel cell stack.
このようにして、本出願は発電設備100に、電圧に応じた制御システムを組み込む。ここでは、改質器及び燃料電池スタックの容量を改善するために図3に図示される一連のルーチンが並列または直列になって起動される。さらに、前記ルーチンのカスケード構造は、前記制御システムの迅速で質の高い調和を可能にする。一つの例として、ルーチン350において改質器に入る蒸気量に変化を起こす事象は、改質器の蒸気と炭素の割合を変え、結果的にルーチン360の改質器へ入る燃料の流量に影響を与える。別の例として、ルーチン360において改質器の容量を変化させる事象は、前記燃料電池スタック220から導出される投入電流340に(燃料電池スタックの容量に影響を与えることによって)変化をもたらし、それによってルーチン370における燃料電池スタックの空気流量を変化させる。さらなる一例として、燃料電池スタック220から導出される前記投入電流の変化は、システムバッテリーの電圧を変える。このシステムバッテリーの変化が、前記制御システムを改質器及び燃料電池スタックの容量を改善するべく運転させる。カスケード制御ルーチンと電気的バッファを用いることによって、前記発電設備制御システムは、推測される状態に対する改質器の容量をより良く管理し、それによって十分な量の水素富化燃料を前記燃料電池スタックへと供給する。カスケード制御ルーチンはまた、改質器と燃料電池スタックの容量を機能的に同期させ、それによって既存の発電設備の作動状態のもと、前記設備の発電容量を改善する。 In this way, the present application incorporates a control system according to the voltage in the power generation facility 100. Here, in order to improve the capacity of the reformer and the fuel cell stack, a series of routines illustrated in FIG. 3 are started in parallel or in series. Furthermore, the routine cascade structure allows for quick and high quality harmony of the control system. As an example, an event that causes a change in the amount of steam entering the reformer in routine 350 changes the proportion of steam and carbon in the reformer, and consequently affects the flow of fuel entering the reformer in routine 360. give. As another example, an event that changes the capacity of the reformer in the routine 360 causes a change in the input current 340 derived from the fuel cell stack 220 (by affecting the capacity of the fuel cell stack) To change the air flow rate of the fuel cell stack in the routine 370. As a further example, the change in input current derived from the fuel cell stack 220 changes the voltage of the system battery. This system battery change causes the control system to operate to improve the capacity of the reformer and fuel cell stack. By using a cascade control routine and an electrical buffer, the power plant control system better manages the capacity of the reformer for the inferred conditions, thereby delivering a sufficient amount of hydrogen-enriched fuel to the fuel cell stack. To supply. The cascade control routine also functionally synchronizes the capacity of the reformer and the fuel cell stack, thereby improving the power generation capacity of the equipment under the operating conditions of the existing power equipment.
具体的には、図4により詳しく図示される前記カスケード制御ルーチンはさらに、前記システムが、バッテリーの電圧の過渡的な変化が生じた場合に発電設備構成要素によって引き起こされた損傷を減少させるようにはたらく。例えば、システムバッテリーの電圧302が目標設定値306を下回る場合、前記制御システムは前記改質器210の改質容量を調整し、次いで燃料電池の容量を調整する。ここでは、システムバッテリーの電圧が設定電圧値306の限界値内におさまるまで、燃料電池スタックから導出される投入電流340を増加させる。前記燃料電池スタックの容量を調整するよりも前に、システムバッテリーの電圧に応じて改質器の容量を調整することで、前記改質器の容量が前記燃料電池スタックの容量を増加させる。前記制御システムが燃料電池や発電設備100のその他の構成要素に損傷を与えることなく、燃料電池/電気的バッファから導出される電流を増加させることによってバッテリーの電圧の過渡的な低下を調整するような状況下で、改質器の容量を電圧に応じて上昇させると、燃料電池スタックの陽極側における適正な量の水素が維持される。 In particular, the cascade control routine illustrated in greater detail in FIG. 4 further ensures that the system reduces damage caused by power plant components when a transient change in battery voltage occurs. Work. For example, if the system battery voltage 302 falls below a target setpoint 306, the control system adjusts the reformer 210's reforming capacity and then the fuel cell capacity. Here, the input current 340 derived from the fuel cell stack is increased until the voltage of the system battery falls within the limit value of the set voltage value 306. The capacity of the reformer increases the capacity of the fuel cell stack by adjusting the capacity of the reformer according to the voltage of the system battery before adjusting the capacity of the fuel cell stack. The control system adjusts for the transient drop in battery voltage by increasing the current drawn from the fuel cell / electrical buffer without damaging the fuel cell or other components of the power plant 100. Under such circumstances, when the capacity of the reformer is increased according to the voltage, an appropriate amount of hydrogen on the anode side of the fuel cell stack is maintained.
上述の運転は、例えば電流応答制御システムと対比する。電流に基づくシステムにおいて過渡的な電圧の低下が第一に前記燃料電池スタックから導出される電流を増加させ、次いで改質器の容量が適宜調整される場合、前記改質器は、前記燃料電池から導出される電流に反応する。このアプローチでは、前記改質器の水及び燃料の流量の調整と、空気量の調整と、システムの温度レベルの調整とにかかる反応時間が、所望の時間よりも長くなる場合がある。前記燃料電池から導出される投入電流が急激に変動するときに燃料電池における水素レベルが十分でなければ、燃料電池に取り返しのつかない損傷が生じる可能性がある。 The above operation is compared with, for example, a current response control system. In a current-based system, if the transient voltage drop first increases the current derived from the fuel cell stack and then the capacity of the reformer is adjusted accordingly, the reformer Reacts to the current derived from. In this approach, the reaction time for adjusting the water and fuel flow rates of the reformer, adjusting the air volume, and adjusting the temperature level of the system may be longer than desired. If the hydrogen level in the fuel cell is not sufficient when the input current derived from the fuel cell fluctuates rapidly, irreversible damage to the fuel cell may occur.
別の例として、バッテリーの電圧が目標設定電圧値よりも高くなる場合、本出願の制御システムは燃料電池スタック220より導出される投入電流を減少させるよう指令し、一方で前記改質器は、改質器容量の減少を遅らせる。この状況において、電圧に誘起される遅れは、バッテリー電圧の過渡的な減少に対して迅速に反応する。従って、改質器の容量すなわち燃料電池スタックの容量を電圧に応じて上下動させることによって、適宜発電設備の制御システムを、電流または/及び電圧の過渡状態に対してよりよく反応させることが可能となる。 As another example, when the battery voltage becomes higher than the target set voltage value, the control system of the present application commands the input current derived from the fuel cell stack 220 to be reduced, while the reformer Delay reduction of reformer capacity. In this situation, the voltage induced delay reacts quickly to a transient decrease in battery voltage. Therefore, by appropriately moving the capacity of the reformer, that is, the capacity of the fuel cell stack, according to the voltage, the control system of the power generation facility can be made to react better to current or / and voltage transients as appropriate. It becomes.
図4は、本開示に係る発電設備100を制御するための方法の一実施形態をフローチャートで表したものである。前記実施形態は、例えば図3に図示されるさまざまな制御ルーチンを用いる。方法400ではまず、402においてシステムバッテリーの電圧302が推定される(例えばバッテリーの電圧測定器228を読み取る)。404において、測定されたバッテリーの電圧302と設定電圧306との電圧偏差(x)が測定される。前記偏差は、前述されたように、入力された前記偏差xと非線形関数に基づいて調整偏差Eを算出するルックアップテーブル308へ送信される。 FIG. 4 is a flowchart illustrating an embodiment of a method for controlling the power generation facility 100 according to the present disclosure. The embodiment uses various control routines illustrated in FIG. 3, for example. The method 400 begins by estimating the system battery voltage 302 at 402 (eg, reading the battery voltage meter 228). At 404, a voltage deviation (x) between the measured battery voltage 302 and the set voltage 306 is measured. As described above, the deviation is transmitted to the lookup table 308 that calculates the adjustment deviation E based on the input deviation x and the nonlinear function.
方法400ではまた、図3のルーチン350に図示されるように、406において、設定値306からの測定されたバッテリーの電圧304の算出された調整偏差/ずれに基づいたコントローラK1 310からの指令を受けて前記水流量制御装置214が調整される。さらに、ルックアップテーブル316から受け取るバス電流に依存したフィードフォワード制御の動作に基づく調整が組み込まれる。設定電圧値からの偏差を修正するための応答は、バッテリーの電圧の偏差に基づくフィードバックコントローラ及びバス電流に依存したフィードフォワード入力を介して燃料電池改質器への水の供給量を調整することによって、余分な燃料の貯蔵やその他の資源を必要とすることなく、適切に行われる。 The method 400 also provides a command from the controller K1 310 based on the calculated adjustment deviation / deviation of the measured battery voltage 304 from the setpoint 306 at 406, as illustrated in the routine 350 of FIG. In response, the water flow control device 214 is adjusted. Furthermore, an adjustment based on the operation of the feedforward control depending on the bus current received from the lookup table 316 is incorporated. The response to correct the deviation from the set voltage value is to adjust the water supply to the fuel cell reformer via the feedback controller based on the battery voltage deviation and the feed forward input depending on the bus current. This is done properly without the need for extra fuel storage or other resources.
次に方法400は、408において、図3のルーチン360に図示されたように蒸気と炭素の割合を分析する。前記改質器210における蒸気と炭素の適切な割合は、改質器の容量を最適化する。410において設定値326からの偏差がある場合、調整偏差Eを算出してコントローラK2に送信するために、偏差値xはルックアップテーブル328でさらに評価される。図3に図示されるように、電流バスに依存した追加的なフィードフォワード調整がなされてもよい。前記入力に従い、412では、改質器における蒸気の流量に相応する燃料の流量を適切に調整する。これによって、蒸気と炭素の割合が目標設定値326に近づくように再調整される。ルーチン360に図示される前記フィードバック制御ループが燃料の供給を調整することで、所定の設定値326からの測定された蒸気と炭素の割合の偏差を修正するための適切な応答がなされる。 The method 400 then analyzes the vapor to carbon ratio at 408 as illustrated in the routine 360 of FIG. The appropriate ratio of steam and carbon in the reformer 210 optimizes the capacity of the reformer. If there is a deviation from the set value 326 at 410, the deviation value x is further evaluated in a look-up table 328 to calculate the adjustment deviation E and send it to the controller K2. As illustrated in FIG. 3, additional feedforward adjustments depending on the current bus may be made. According to the input, at 412, the fuel flow rate corresponding to the steam flow rate in the reformer is appropriately adjusted. As a result, the ratio of steam and carbon is readjusted so as to approach the target set value 326. The feedback control loop illustrated in routine 360 adjusts the fuel supply to provide an appropriate response to correct the measured steam to carbon ratio deviation from the predetermined setpoint 326.
前記コントロールシステムによって改質器の容量が調整されると、この容量は、前記燃料電池スタックの電流生成容量と適宜調和される。この効果に関して、方法400ではさらに416において、図3のルーチン370の上部分岐に図示される、DC−DCコンバータ104に前記燃料電池スタック220から導出される最大許容電流値が設定される。前記設定値は、後に燃料電池スタック220で酸化される水素富化燃料の生成に影響を与える改質器210への燃料の流量に基づく。燃料電池スタックから導出される投入電流は電流測定器226によって測定される。 When the capacity of the reformer is adjusted by the control system, this capacity is appropriately matched with the current generation capacity of the fuel cell stack. With respect to this effect, the method 400 further sets 416 the maximum allowable current value derived from the fuel cell stack 220 in the DC-DC converter 104, illustrated in the upper branch of the routine 370 of FIG. The setpoint is based on the flow rate of fuel to the reformer 210 that affects the production of hydrogen-enriched fuel that is subsequently oxidized in the fuel cell stack 220. The input current derived from the fuel cell stack is measured by the current measuring device 226.
このようにして、燃料電池スタック220と、炭化水素原燃料として供給され、燃料電池スタックへ流れる水素富化燃料を供給する改質器210と、結果的に過渡的な電力変動に対する改善された保護及び迅速な対応を可能とするバッテリーの運転制御システムを具備する定置式発電設備100内に電圧に応じた制御システムを組み込むことは可能である。前記制御システムは、所定のバッテリーの電圧設定値を有する。前記改質器と燃料電池スタックの設定値を協調させて調整することによって、前記制御システムはバッテリー電圧を所定の設定値306に近いところでモニター及び維持できるようになる。一態様において、電圧応答制御システムによってシステムバッテリーの電圧が目標設定値を下回ることが測定されると、バッテリー電圧を維持するために必要な追加電流を投入するために、制御システムは一連の制御を行う。例えば、燃料流量制御装置204と同時に水流量制御装置214を制限することによって、必要な蒸気と炭素の割合を乱すことなく、前記改質器の容量を調整することができる。 In this way, the fuel cell stack 220, the reformer 210 that supplies the hydrogen-enriched fuel that is supplied as raw hydrocarbon fuel and flows to the fuel cell stack, and consequently improved protection against transient power fluctuations. In addition, it is possible to incorporate a control system in accordance with the voltage in the stationary power generation facility 100 having a battery operation control system that enables quick response. The control system has a predetermined battery voltage setting. By coordinating the reformer and fuel cell stack setpoints, the control system can monitor and maintain the battery voltage close to a predetermined setpoint 306. In one aspect, when the voltage response control system determines that the voltage of the system battery is below the target set point, the control system performs a series of controls to inject additional current necessary to maintain the battery voltage. Do. For example, by limiting the water flow rate control device 214 simultaneously with the fuel flow rate control device 204, the capacity of the reformer can be adjusted without disturbing the required steam to carbon ratio.
別の態様として、DC−DCコントローラを備えさせることによって、前記燃料電池の容量を制御することができる。このDC−DCコントローラは、改質器への燃料の流量に基づいて前記燃料電池スタックから導出される最大許容電流を補償する。さらに、前記燃料電池スタックの容量は、燃料電池スタックに蒸気を供給する空気流量制御装置224を制御することによってモニターできる。前記空気流量制御装置224は、燃料電池から導出されルックアップテーブルシステム342を介して伝達される投入電流に応じて制御される。さらに前記制御システムに微分制御を組み込むことによって、改善された過渡応答及び攪乱防止が可能となる。改質器の容量すなわち燃料電池スタックの容量を適宜上下動させることによって、バッテリー電圧の予測不能の変化に対応できる。 As another aspect, the capacity of the fuel cell can be controlled by providing a DC-DC controller. The DC-DC controller compensates for the maximum allowable current derived from the fuel cell stack based on the fuel flow to the reformer. Further, the capacity of the fuel cell stack can be monitored by controlling an air flow rate control device 224 that supplies steam to the fuel cell stack. The air flow rate control device 224 is controlled according to the input current derived from the fuel cell and transmitted via the look-up table system 342. Further, by incorporating differential control into the control system, improved transient response and disturbance prevention can be achieved. By appropriately moving the capacity of the reformer, that is, the capacity of the fuel cell stack, it is possible to cope with an unpredictable change in the battery voltage.
具体的に、バッテリーの電圧が目標設定値に達したことが前記制御機構によって測定されると、前記DC−DCコンバータ104はまず燃料電池スタック220からの投入電流を低下させる。一方で前記改質器210は目標値を上回るが、これによって前記システムをバッテリー電圧の過渡状態により早く反応させることができる。つまり、前記改質器が設定値を上回ることは許可するが、下回ることは避けるという構造を組み込むことによって、前記制御機構はバッテリー電圧の過渡状態により早く応答できるようになる。最初にフィードバック制御機構とカスケード制御ルーチンにおいて順をおって起こる事象に支配されるコントローラは、図3に図示されるように、所定の設定値からの電流及び電圧値におけるモニターの変動に迅速に対応するよう補助する。 Specifically, when the control mechanism measures that the battery voltage has reached the target set value, the DC-DC converter 104 first reduces the input current from the fuel cell stack 220. On the other hand, the reformer 210 exceeds the target value, which allows the system to react more quickly to battery voltage transients. In other words, by incorporating a structure that allows the reformer to exceed the set value but avoids it, the control mechanism can respond more quickly to the transient state of the battery voltage. The controller, which is initially dominated by events that occur sequentially in the feedback control mechanism and cascade control routine, responds quickly to monitor variations in current and voltage values from a given set point, as illustrated in Figure 3. To help.
ここで例に示された制御及び推定ルーチンは、さまざまなシステムの構造と共に用いられるということには注意されたい。ここに記載される具体的なルーチンは、イベントドリブン、インターラプトドリブン、マルチタスク、マルチスレッド及びその他の一処理方略または複数の処理方略である。例えば、図示されるさまざまな作用、運転または機能は、図示される順に遂行されたり、並列に遂行されたり、または省略されて遂行されてよい。つまり、処理の順序は、ここに記載される実施例特徴や利点を達成するために必ずしも必要とされるものではなく、図解及び記述を容易にするために提供されている。一つもしくはいくつかの図示された作用、運転または機能は、用いられる方略によって繰り返し遂行されてもよい。さらに、記載される運転、機能または/及び作用は、前記制御システムにおいて、コードとして図式化され、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体にプログラムされてもよい。 It should be noted that the control and estimation routines shown here as examples are used with various system structures. Specific routines described herein are event-driven, interrupt-driven, multitasking, multithreading, and other one or more processing strategies. For example, the various operations, operations, or functions shown may be performed in the order shown, performed in parallel, or omitted. That is, the order of processing is not necessarily required to achieve the example features and advantages described herein, but is provided for ease of illustration and description. One or several of the illustrated actions, operations or functions may be performed repeatedly depending on the strategy used. Furthermore, the described operations, functions or / and actions may be diagrammed as codes in the control system and programmed into a computer readable storage medium.
図5は、図3と図4に図示される制御システムルーチンの運転を簡略化し、フローチャートで表したものである。方法500では502において、図4の402に図示されたように、バッテリー電圧測定器228を用いてシステムバッテリー電圧が測定される。その後504において、方法500ではバッテリー電圧が、目標設定値306を下回っているかどうか評価される。もし下回っていれば、その偏差は、506においてルックアップテーブル308を介し、その後PIDコントローラK1に送信される。前記PIDコントローラK1は、蒸気として改質器210へ流れる水の量を増加させるために前記改質器の水流量制御装置214を適宜調整する。このルーチン350は、図3においてすでに説明されている。 FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the control system routine shown in FIGS. 3 and 4 in a simplified manner. In method 500, at 502, a system battery voltage is measured using a battery voltage meter 228 as illustrated at 402 in FIG. Thereafter, at 504, method 500 evaluates whether the battery voltage is below target setpoint 306. If so, the deviation is transmitted to the PID controller K1 via the lookup table 308 at 506. The PID controller K1 appropriately adjusts the water flow rate controller 214 of the reformer to increase the amount of water flowing to the reformer 210 as steam. This routine 350 has already been described in FIG.
方法500では508において、前記改質器へ入る水(蒸気)及び燃料の流量の測定に基づいて蒸気と炭素の割合が評価される。これが正しければ、512において前記燃料電池スタックから導出される電流が電流測定装置226を介して評価され、電流ルックアップテーブル342における値と比較されることによって、最大許容制限値内であると確認される。この電流値も許容範囲内におさまっている場合、前記投入電流は、前記投入電流は、前記制御システムによって、システムバッファ(バッテリー)を充電するために用いられる。その後、516において、測定されたシステムバッテリー電圧は再び所定の設定値306と照らしあわされる。しかしながらもし、この516において、システムバッテリー電圧が所定の設定値306を上回ると測定された場合、燃料電池スタック220より導出されうる電流の最大許容値は、DC−DCコンバータに設定される。このようにして、前記制御システムは、発電設備の構成要素に取り返しのつかない損傷を引き起こす電流の急激な変動を減少させることができる。516において、システムバッテリー電圧が所定の設定値を超えていなければ、前記制御システムは、適切な投入電流を確保するため、制御ループにおける事象をステップ504から反復する。前記の適切な投入電流が確保されれば、システムバッテリーを目標値まで回復させることができる In method 500, at 508, the ratio of steam to carbon is evaluated based on measurements of the flow rate of water (steam) and fuel entering the reformer. If this is correct, the current derived from the fuel cell stack at 512 is evaluated via the current measuring device 226 and compared with the value in the current lookup table 342 to be confirmed to be within the maximum allowable limit value. The When this current value is also within an allowable range, the input current is used by the control system to charge a system buffer (battery). Thereafter, at 516, the measured system battery voltage is again checked against the predetermined setpoint 306. However, if it is measured at 516 that the system battery voltage exceeds a predetermined set value 306, the maximum allowable value of current that can be derived from the fuel cell stack 220 is set in the DC-DC converter. In this way, the control system can reduce rapid fluctuations in current that cause irreparable damage to the components of the power generation equipment. At 516, if the system battery voltage does not exceed a predetermined set point, the control system repeats the events in the control loop from step 504 to ensure an appropriate input current. If the appropriate input current is ensured, the system battery can be recovered to the target value.
一方、508で測定された蒸気と炭素の割合が正しくなければ、510において、前記改質器の燃料流量制御装置204はPIDコントローラK1を介して調整される。フィードバック制御ルーチン350を起動させると、前記改質器を流れる燃料の量が増加し、結果的に蒸気と炭素の割合が補正される。これは、改質器の容量の利用改善を可能にする。あるいは、512において、前記燃料電池スタックから導出される電流が最大許容制限値を下回ると測定された場合、ルーチン370に図示されるように、前記燃料電池スタックの電流容量を増加させるべく、514において燃料電池空気流量制御装置が調整される。506、510及び514における事象は、改質器及び燃料電池の容量の両方をより良く管理することによって、前記燃料電池から導出される投入電流を増加させるという、前記制御システムの協調力を反映している。そして前記投入電流が増加することにより、システムバッファバッテリーを再充電することが期待される。 On the other hand, if the steam to carbon ratio measured at 508 is not correct, then at 510, the reformer fuel flow control device 204 is adjusted via the PID controller K1. When the feedback control routine 350 is activated, the amount of fuel flowing through the reformer increases, and as a result, the ratio of steam and carbon is corrected. This allows improved utilization of the capacity of the reformer. Alternatively, if, at 512, the current derived from the fuel cell stack is measured to be below a maximum allowable limit value, at 514, to increase the current capacity of the fuel cell stack, as illustrated in routine 370. The fuel cell air flow control device is adjusted. The events at 506, 510 and 514 reflect the cooperating power of the control system to increase the input current derived from the fuel cell by better managing both the reformer and fuel cell capacity. ing. As the input current increases, it is expected that the system buffer battery is recharged.
このようにして、電圧に応じた発電設備制御システムはさまざまな攪乱に対しより良く対処する。この発電設備制御システムは、電気的バッファを具備し、システムバッテリー電圧を制御するために前記システムの構成要素を調節する。電圧に応じた高ゲイン制御システムは、過剰に反応する場合があり、費用も高い。それに対してここで説明される電圧に応じた低ゲイン制御システムは、改善された方法で過渡状態に対応でき、費用も安い。また、電気的コントローラの反応時間を遅らせるためにシステムバッテリーを用いることは、発電設備の構成要素を保護する。例えば、電流に突如急激な変動が起こった場合に、前記改質器を守る。発電設備から生成される電力が十分でなければ、システムインバーターからのAC電力が利用される。この態様において、組み込まれたシステムバッテリーは、一時的なサージ電流が生じた場合に起こる取り返しのつかない損失からシステムインバーターを保護する。比較的小さなバッテリーとしてバッファシステムを組み込むことによって、過剰に大きなバッファ中の燃料を必要とすることなく、陽極側における十分な量の水素を維持することができる。これによって、余分な燃料、追加的な燃料の貯蔵及び関係資源に対してかかる費用を節約できる。過渡状態に対処する際の発電設備制御システムのロバスト性によって、大きなバッテリーシステムやスーパーキャパシタなどの大きなバッファシステムの必要性もなくなる。前記制御システムは小さなバッファバッテリーで過渡状態に対する動的応答の釣り合いを取るが、このアプローチは、大きなバッファシステムと共に適用することもできる。 In this way, the power plant control system depending on the voltage better copes with various disturbances. The power plant control system includes an electrical buffer and adjusts the components of the system to control the system battery voltage. High gain control systems depending on voltage may be overly responsive and expensive. In contrast, the low gain control system according to the voltage described here can cope with transients in an improved way and is cheap. Also, using a system battery to delay the response time of the electrical controller protects the components of the power generation facility. For example, the reformer is protected when a sudden sudden change in current occurs. If the power generated from the power generation facility is not sufficient, AC power from the system inverter is used. In this manner, the integrated system battery protects the system inverter from irreversible losses that occur when a temporary surge current occurs. By incorporating the buffer system as a relatively small battery, a sufficient amount of hydrogen on the anode side can be maintained without the need for fuel in an excessively large buffer. This saves costs for extra fuel, additional fuel storage and related resources. The robustness of the power plant control system when dealing with transients also eliminates the need for large buffer systems such as large battery systems and supercapacitors. Although the control system balances the dynamic response to transients with a small buffer battery, this approach can also be applied with large buffer systems.
Claims (20)
前記燃料電池スタックに接続され、前記燃料電池スタックに水素富化燃料を供給する改質器と、
前記改質器へ原燃料を供給する原燃料供給部と、
前記改質器へ水を供給する水供給部と、
前記燃料電池スタックへ空気を供給する空気供給部と、
前記燃料電池スタックに電気的に接続された電圧バスと、
前記電圧バスに電気的に接続されたバッテリーシステムと、
前記電圧バスの電圧に応じて前記改質器へ供給される水を調整する制御システムとを具備するシステム。 A fuel cell stack;
A reformer connected to the fuel cell stack and supplying hydrogen-enriched fuel to the fuel cell stack;
A raw fuel supply unit for supplying raw fuel to the reformer;
A water supply unit for supplying water to the reformer;
An air supply unit for supplying air to the fuel cell stack;
A voltage bus electrically connected to the fuel cell stack;
A battery system electrically connected to the voltage bus;
A control system for adjusting water supplied to the reformer according to the voltage of the voltage bus.
前記燃料電池による前記電気的バッファの充電制御のために、DCバス電圧の目標電圧値と前記改質器における蒸気と炭素との割合の目標値とに基づいて前記改質器の運転を調整し、
その調整が、実際の蒸気と炭素との割合のフィードバック指示に基づいて前記改質器に供給される原燃料を調整すること、及びDCバス電圧の実際の電圧のフィードバック指示に基づいて前記改質器へ供給される水を調整することを含むものである燃料電池スタックの運転方法。 A method of operating a fuel cell stack in a power generation system, wherein the fuel cell stack is connected to an electrical buffer through a DC-DC converter and a DC voltage bus, and further connected to a reformer,
In order to control charging of the electrical buffer by the fuel cell, the operation of the reformer is adjusted based on a target voltage value of a DC bus voltage and a target value of a ratio of steam and carbon in the reformer. ,
The adjustment adjusts the raw fuel supplied to the reformer based on an actual steam to carbon ratio feedback indication, and the reformation based on the actual voltage feedback indication of the DC bus voltage. A method of operating a fuel cell stack, comprising adjusting the water supplied to the vessel.
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