[发明专利]使用了燃料电池的备用电源系统

说明书

技术领域

本发明涉及使用了燃料电池的备用电源系统，尤其涉及在通常时为了向负载供电而与系统电源连接使用、并在系统电源侧停电时可与系统电源脱离后向负载供给来自燃料电池的电力的备用电源系统。

背景技术

近年来，一种分散型的电源系统正引人注目，其中，在电力消费者即电力需要者的场所配置燃料电池作为分散电源装置，并将来自供电局的配电电力即来自系统电源的电力与来自燃料电池的电力进行组合后供该电力消费者的电力消费。在供电局侧，设置有多个发电设备、多个变电设备、和用于将这些发电设备及变电设备进行连接来向多个需要者供电的配电设备，发电设备、变电设备和变电设备作为一个整体保持协调地进行运转，将供电局侧的这些设备作为一个整体称为系统电源。

燃料电池虽产生直流电力，但由于在电力消费者的宅内需要与来自系统电源的交流电力相叠加来向负载进行配电，所以需要使分散电源即燃料电池与系统电源连接。为了使燃料电池与系统电源连接，使用将燃料电池所输出的直流电力转换为交流电力，并使其频率或电压适合于来自系统电源的电力的功率调节器(PCS)。来自功率调节器的交流电力的输出线一般在设置于电力消费者的宅内的配电板上，与来自系统电源侧的配电线相连接，由此，对位于电力消费者的宅内的负载，一并供给来自燃料电池的交流电力和来自系统电源的交流电力。

图1是表示这样用于使由燃料电池构成的分散电源与系统电源相连接来使用的现有的电源系统的结构。

作为分散电源设置有包含燃料电池并输出交流电力的燃料电池系统81，且燃料电池系统81的输出连接于配电板82。配电板82还连接于系统电源，并将来自系统电源的交流电力和来自燃料电池系统81的交流电力经由相同的配电线供给到负载。

燃料电池系统81具备：燃料电池91：和功率调节器(PCS)92，其将由燃料电池91发出的直流电力转换为交流电力后输出。虽未在图1中表示，但燃料电池91具备：改性器，其将由碳氢化合物构成的燃料例如灯油或LPG(液化石油气)等燃料改性后生成氢；和燃料电池主体，被供给氢和氧(或空气)来进行发电。作为典型的燃料电池，燃料电池主体具备：负极及正极，分别被供给氢和氧；和电解质膜，配置于负极与正极之间，并可透过氢离子等。

功率调节器92按照与经由配电板82而输入的系统电源侧的交流电力相连接的方式，将来自燃料电池91的直流电力转换为交流电力。此外，为了使燃料电池即改性器及燃料电池主体进行动作，需要通过加热器将它们升温到规定的温度范围，此外，为了向改性器供给燃料，需要使泵进行动作。如此，为了燃料电池系统81运转，需要使加热器及泵等各种辅助设备动作，用于使加热器及泵等动作的电力是由功率调节器92向燃料电池供给的。如果燃料电池系统81进入到稳定运转状态，则可以使用燃料电池91发出的电力的一部分作为用于加热器及泵的电力。但是，在燃料电池系统81自身的启动(上电)时，由于燃料电池91还未开始发电，所以将由从系统电源经由配电板82向功率调节器92输入的交流电力获得用于使加热器及泵动作的电力。

然而，当系统电源如上所述那样与分散电源进行连接时，必须使由分散电源产生的电力不会对系统电源侧产生不良的影响。针对为了不对系统电源产生不良的影响的对策，例如，在日本的经济产业省资源能量厅所总结的“系统连接指南”中进行了说明，尤其规定了在系统电源侧发生了停电事故时应该将分散电源与系统电源脱离。这是因为在系统电源侧发生停电事故时，若分散电源正在动作，则因在停电中而本应处于未充电的系统电源侧的配电线或配电网却被分散电源进行充电，从而有在停电恢复等的作业中发生触电事故、或在系统电源恢复到正常状态时因系统电源侧的交流电力的相位与配电线侧的相位不一致而发生故障的危险。此外，若从分散电源向系统电源侧供给了电力，则使系统电源内的故障发生位置的搜索变得困难。在系统电源侧的停电事故时为了将分散电源与系统电源脱离，分散电源的功率调节器构成为：当检测出来自系统电源侧的电力供给中断时，迅速使该分散电源的动作停止，进而根据需要由机械式的开关或断路器将分散电源与配电线断开。