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公開番号2025031393
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-07
出願番号2023137592
出願日2023-08-25
発明の名称水電解槽システムおよび水電解槽システムの制御方法
出願人株式会社日立製作所
代理人弁理士法人磯野国際特許商標事務所
主分類H02J 3/12 20060101AFI20250228BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】水電解システムを適切に電力系統に連系する。
【解決手段】電力変換器から供給された直流電力によって水素を製造する水電解槽と、電力変換器が交流系統から受け取る有効電力を入力有効電力とし、系統周波数の周波数偏差が「0」であるときの入力有効電力を基準有効電力とし、入力有効電力から基準有効電力を減算した結果を有効電力補正量del_Pfilとし、周波数偏差の変動周期が所定の第1の周期である場合の周波数偏差の変動振幅に対する有効電力補正量の変動振幅の利得を第1の利得とし、周波数偏差の変動周期が第1の周期よりも短い所定の第2の周期である場合の周波数偏差の変動振幅に対する有効電力補正量の変動振幅の利得を第2の利得とし、第1の利得よりも第2の利得が小さくなるように有効電力補正量を設定する有効電力調整部Bと、を水電解槽システムに設けた。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
交流系統から受電する交流電力を直流電力に変換する自励式の電力変換器と、
前記電力変換器から供給された直流電力によって水素を製造する水電解槽と、
前記交流系統の周波数である系統周波数を検出する周波数検出部と、
前記電力変換器が前記交流系統から受け取る有効電力を入力有効電力とし、前記系統周波数から所定の定格周波数を減算した結果を周波数偏差とし、前記周波数偏差が「０」であるときの前記入力有効電力を基準有効電力とし、前記入力有効電力から前記基準有効電力を減算した結果を有効電力補正量とし、前記周波数偏差の変動周期が所定の第１の周期である場合の前記周波数偏差の変動振幅に対する前記有効電力補正量の変動振幅の利得を第１の利得とし、前記周波数偏差の変動周期が前記第１の周期よりも短い所定の第２の周期である場合の前記周波数偏差の変動振幅に対する前記有効電力補正量の変動振幅の利得を第２の利得とし、前記第１の利得よりも前記第２の利得が小さくなるように前記有効電力補正量を設定する有効電力調整部と、を備える
ことを特徴とする水電解槽システム。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記有効電力調整部は、
前記周波数偏差に対して利得を施して前記有効電力補正量を求めるものであり、所定の周波数よりも高い、前記周波数偏差の変動周波数成分に対して、前記有効電力補正量に対する利得を、他の周波数成分に対する利得よりも小さくする演算機能を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の水電解槽システム。
【請求項３】
前記有効電力調整部は、
前記周波数偏差に対して利得を施して前記有効電力補正量を求めるものであり、所定の変動周期よりも短い、前記周波数偏差の変動周期成分に対して、前記有効電力補正量に対する利得を、他の変動周期成分に対する利得よりも小さくする演算機能を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の水電解槽システム。
【請求項４】
前記周波数偏差の変動周波数成分または変動周期成分に対する利得特性を調整する特性値を、運用者が設定するためのインターフェースを備える
ことを特徴とする請求項２または３に記載の水電解槽システム。
【請求項５】
前記特性値は、ローパスフィルタの時定数である
ことを特徴とする請求項４に記載の水電解槽システム。
【請求項６】
前記特性値は、移動平均フィルタの移動平均窓の幅である
ことを特徴とする請求項４に記載の水電解槽システム。
【請求項７】
前記電力変換器に入力される電力の力率を設定する力率調整部をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の水電解槽システム。
【請求項８】
前記力率調整部は、前記交流系統における電圧振幅の変動成分と、前記入力有効電力の変動成分と、の相関値を算出する相関演算器と、
前記相関値を元に学習された力率と前記有効電力を乗算することで無効電力指令値を算出する無効電力指令部と、を備える
ことを特徴とする請求項７に記載の水電解槽システム。
【請求項９】
交流系統から受電する交流電力を直流電力に変換する自励式の電力変換器と、
前記電力変換器から供給された直流電力によって水素を製造する水電解槽と、
前記電力変換器と前記水電解槽との間を接続され、そのインピーダンスはインダクタンス成分を有する接続回路と、
前記電力変換器の一対の直流出力端子間に接続されたコンデンサ回路と、を備え、
前記コンデンサ回路の等価コンデンサ容量と前記接続回路における前記インダクタンス成分と、によって定められる共振周波数が、前記電力変換器におけるスイッチング周波数よりも低い
ことを特徴とする水電解槽システム。
【請求項１０】
前記電力変換器と前記水電解槽との間を接続され、そのインピーダンスはインダクタンス成分を有する接続回路と、
前記電力変換器の一対の直流出力端子間に接続されたコンデンサ回路と、をさらに備え、
前記コンデンサ回路の等価コンデンサ容量と前記接続回路における前記インダクタンス成分と、によって定められる共振周波数が、前記電力変換器におけるスイッチング周波数よりも低い
ことを特徴とする請求項１に記載の水電解槽システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、水電解槽システムおよび水電解槽システムの制御方法に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
カーボンニュートラルに向けたエネルギー利用の変化は、今や全世界的傾向になりつつあり、電源、エネルギー消費側双方での移行が進められている。産業における脱炭素化は、第一に熱源の電化により進められている。しかし、その必要とされる熱量や輸送需要により、必ずしも電化によって全てが解決されるわけではなく、脱炭素燃料に対する期待が高まっている。水素は、燃焼過程で二酸化炭素の排出が無いことから、製造技術およびその活用技術開発に大きな期待が寄せられている。一方、電源の脱炭素化の進展により、老朽化した火力発電の系統からの解列が進み、慣性を含む系統周波数維持能力の低下、ひいては系統の安定度低下が課題となりつつある。
【０００３】
従来の回転型発電機による慣性供給やガバナフリー機能による安定度改善サービスに加え、近年では半導体電力変換器の高い制御性能を活用し、蓄電池や再生可能エネルギーからの周波数安定化機能提供が実用化されつつある。水電解システムも交流系統と水電解槽の間に電力変換器を備えることから、交流系統から受電する電力を制御するポテンシャルがある。また、水電解システムの大容量化が進んでおり、電力系統の安定化貢献も今後ますます期待される。
【０００４】
その一例として、下記特許文献１の要約には、「記載されるものは、コンバータ（１２）であって、そのＡＣ電圧側においてデカップリングインダクタ（１３）を介してＡＣ電圧グリッド（１５）に接続され、及びＡＣ電圧グリッド（１５）からＡＣ有効電力を引き出すコンバータ（１２）と、電解槽（１１）であって、そのＤＣ電圧側においてコンバータ（１２）に接続され、及びＡＣ電圧グリッド（１５）の公称周波数に対応し、且つ経時的に一定であるグリッド周波数において、電解槽（１１）の公称電力の５０％～１００％の電力において動作される電解槽（１１）とを有する電気分解装置（１０）を動作させるための方法であって、コンバータ（１２）は、ＡＣ電圧グリッド（１５）から引き出されるＡＣ有効電力が、ＡＣ電圧グリッド（１５）のグリッド周波数の変化及び／又は変化率に応じて直接変化されるように電圧印加で動作される、方法である。同様に記載されるものは、ＡＣ電圧グリッドに瞬時予備電力を提供するための電気分解装置及び方法である。」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特表２０２２－５１５８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述した技術において、交流系統に対して水電解システムを水電解槽の寿命を考慮したうえで一層適切に連系したいという要望がある。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、交流系統に対して適切に連系できる水電解槽システムおよび水電解槽システムの制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため本発明の水電解槽システムは、交流系統から受電する交流電力を直流電力に変換する自励式の電力変換器と、前記電力変換器から供給された直流電力によって水素を製造する水電解槽と、前記交流系統の周波数である系統周波数を検出する周波数検出部と、前記電力変換器が前記交流系統から受け取る有効電力を入力有効電力とし、前記系統周波数から所定の定格周波数を減算した結果を周波数偏差とし、前記周波数偏差が「０」であるときの前記入力有効電力を基準有効電力とし、前記入力有効電力から前記基準有効電力を減算した結果を有効電力補正量とし、前記周波数偏差の変動周期が所定の第１の周期である場合の前記周波数偏差の変動振幅に対する前記有効電力補正量の変動振幅の利得を第１の利得とし、前記周波数偏差の変動周期が前記第１の周期よりも短い所定の第２の周期である場合の前記周波数偏差の変動振幅に対する前記有効電力補正量の変動振幅の利得を第２の利得とし、前記第１の利得よりも前記第２の利得が小さくなるように前記有効電力補正量を設定する有効電力調整部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、水電解システムを交流系統に対して適切に連系できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
第１実施形態による水電解槽システムのブロック図である。
自励式コンバータの一例の回路図である。
波形制御装置のブロック図である。
交流電流制御部のブロック図である。
調整力供給特性演算器の特性例を示す図である。
調整力演算器における演算例を示す図である。
周波数逸脱判定器のブロック図である。
有効電流リミット値演算器のブロック図である。
第２実施形態による水電解槽システムのブロック図である。
第３実施形態による水電解槽システムのブロック図である。
第３実施形態における波形制御装置のブロック図である。
第３実施形態における無効電力指令算出器のブロック図である。
コンピュータのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［実施形態の概要］
上述した特許文献１の内容を応用すると、擬似的な慣性を電力系統に供給できると考えられる。これと同様に、後述する実施形態は、電力変換器を可変電力源として制御することにより、連系点における系統位相や電圧の変化に対して瞬時予備力を提供し、回転型発電機と同様の安定化効果を擬似的に実現するものである。しかし、電力システムの需給バランスは常時変動している。系統周波数は需給バランスの状態を示す状態量であるが、その周波数は数秒、もしくはそれより長い中期的変動成分と、１秒より短い短期的変動を含む。そのため、特許文献１を応用した技術で瞬時予備力を供給する場合、水電解槽側に供給される電力にも短期的変動と中期的変動が混入することになる。
（【００１１】以降は省略されています）

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