JP2007006595A - Operation method of private power generator set with power storage means - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、正常時に商用系統に接続され商用系統の停電時等に商用系統から自立して原動機によって駆動される発電機を有する自家発電設備(例えば、コージェネレーションシステム)における自立運転時の負荷変動に対応する運転方法に関する。 The present invention relates to a load fluctuation during a self-sustained operation in a private power generation facility (for example, a cogeneration system) having a generator that is connected to the commercial system during normal operation and is driven by a prime mover independently from the commercial system at the time of a power failure of the commercial system. It is related with the driving method corresponding to.
商用系統に接続された自家発電設備の構成の例を、図5を用いて説明する。自家発電設備1は、原動機11と、該原動機11によって駆動される発電機12と、該発電機12の出力の周波数を監視して前記原動機11を周波数制御する周波数制御装置13と、前記発電機12の出力電圧を監視して発電機の出力電圧を制御する電圧制御装置14とを有しており、構内配電線2に接続されている。構内配電線2は、商用系統3に系統分離遮断機21によって分離可能に接続される。構内配電線2には、複数の負荷22−1〜22−5が負荷遮断機スイッチ23−1〜23−5を介して接続される。
An example of the configuration of the private power generation facility connected to the commercial system will be described with reference to FIG. The private
ここで、負荷22−1から負荷22−3が無瞬断で電力を供給しなければならない負荷とし、負荷22−4が重要負荷であり、負荷22−5が一般負荷であるとする。 Here, it is assumed that the load 22-1 to the load 22-3 must supply power without interruption, the load 22-4 is an important load, and the load 22-5 is a general load.
このような自家発電設備1が、商用系統3との系統連系でなく、系統分離いわゆる自立にて運転している場合、負荷22の変動により、発電機12の電圧や周波数が変動する。自家発電設備1には、ガバナーなどから構成される周波数制御装置13と、AVR(自動電圧調装置)などからなる電圧制御装置14が具備されており、周波数と電圧が変動しても、規定値に収まるように制御される。この発電機の周波数制御装置13と電圧制御装置14による制御では、図6に示すように、数秒から数十秒の時間がかかる。
When such an in-house
このようなシステムにおいては、発電機12と負荷(電動機)22の特性によるが、大きな負荷変動があると電圧や周波数の変動が大きく、発電機12がトリップしたり、負荷機器22が停止するという不具合がある。一般的に、許容負荷変動量は、定格容量の10%〜30%となっている。つまり、許容負荷変動量以上の負荷については、スターデルタ起動など、起動電流を抑制する起動方法にするなどの対策をとらなければ、自立運転時の負荷とすることができなかった。逆に、その負荷を自立運転時の負荷とするためには、自家発電設備の容量を大きくする必要があった。
In such a system, depending on the characteristics of the
このため、多くの負荷がある場合には、順次起動といった対策が必要となり、コスト高となっていた。また、自立運転時の自家発電設備の稼働率は、3〜7割程度に収められていた。そのため部分負荷運転となり、自立運転時の発電効率は低下していた。 For this reason, when there are a lot of loads, it is necessary to take measures such as sequential activation, resulting in high costs. Moreover, the operation rate of the private power generation equipment at the time of a self-sustained operation was about 30 to 70%. For this reason, partial load operation has occurred, and the power generation efficiency during the independent operation has been reduced.
このような問題に対処するために、内燃機関などの原動機によって駆動される発電機を用いた発電設備と、該発電設備で発電した電力を変換する電力変換装置と、前記発電設備で発電された電力を蓄える蓄電設備とを備えた自家発電設備において、前記発電設備の出力、前記蓄電設備の容量および負荷電力を検出して、該発電設備に出力を負荷の変動に追従して制御する制御装置を備えることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
本発明は、上記自家発電設備において、商用系統に停電が発生するなどにより商用系統から自立して自家発電設備を運転するときに、負荷変動に伴なって生じる不都合を取り除く運転方法を提供することを目的とする。 The present invention provides an operation method that eliminates inconveniences caused by load fluctuations when operating the private power generation facility independently from the commercial system, such as when a power failure occurs in the commercial power system. With the goal.
本発明は、正常時に商用系統に接続され商用系統の停電時等に商用系統から自立して原動機によって駆動される発電機と、電力貯蔵手段と、該電力貯蔵手段の充放電を制御する充放電制御装置を具備する自家発電設備の運転方法において、負荷の増加を検出すると、前記電力貯蔵手段から出力(放電)して負荷の増加分を電力貯蔵手段に負担させ、その後、電力貯蔵手段の出力を発電機の許容変動負荷以下の速度で徐々に削減し、電力貯蔵手段の出力が0となると負荷の分担処理を終了させる。さらに、本発明は、上記自家発電設備の運転方法において、発電機の出力周波数を監視し、出力周波数が低下したことを検出すると、自家発電設備の出力を増加させ、出力周波数が定格周波数に達すると負荷分担処理を終了する。 The present invention relates to a generator that is connected to a commercial system during normal operation and is driven by a prime mover independently from the commercial system at the time of a power failure of the commercial system, power storage means, and charge / discharge that controls charging / discharging of the power storage means In the method for operating a private power generation facility equipped with a control device, when an increase in load is detected, the output is discharged (discharged) from the power storage means to cause the power storage means to bear the increased load, and then the output of the power storage means Is gradually reduced at a speed equal to or lower than the allowable fluctuation load of the generator, and when the output of the power storage means becomes 0, the load sharing process is terminated. Furthermore, the present invention monitors the output frequency of the generator in the method for operating the private power generation facility, and if the output frequency is detected to decrease, the output of the private power generation facility is increased and the output frequency reaches the rated frequency. Then, the load sharing process ends.
本発明は、正常時に商用系統に接続され商用系統の停電時等に商用系統から自立して原動機によって駆動される発電機と、電力貯蔵手段と、該電力貯蔵手段の充放電を制御する充放電制御装置を具備する自家発電設備の運転方法において、負荷の減少を検出すると電力貯蔵手段に電力を入力(充電)し、その後、電力貯蔵手段の入力を発電機の許容変動負荷以下の速度で徐々に減少させ、電力貯蔵手段の入力が0となると負荷分担処理を終了する。さらに、本発明は、上記自家発電設備の運転方法において、発電機の出力周波数を監視し、出力周波数が上昇したことを検出すると、自家発電設備の出力を減少させ、出力周波数が定格周波数に達すると負荷分担処理を終了する。 The present invention relates to a generator that is connected to a commercial system during normal operation and is driven by a prime mover independently from the commercial system at the time of a power failure of the commercial system, power storage means, and charge / discharge that controls charging / discharging of the power storage means In a method of operating a private power generation facility equipped with a control device, when a decrease in load is detected, power is input (charged) to the power storage means, and then the power storage means is gradually input at a speed equal to or less than the allowable fluctuation load of the generator. When the input of the power storage means becomes 0, the load sharing process is terminated. Furthermore, the present invention monitors the output frequency of the generator in the operation method of the private power generation facility, and if the output frequency is detected to increase, the output of the private power generation facility is decreased and the output frequency reaches the rated frequency. Then, the load sharing process ends.
本発明によれば、自家発電設備に接続できる負荷の容量や数を増加させることができ、同じ負荷に対しては、必要とする自家発電設備1の容量を小さくすることができ、設備費を低減することができる。
According to the present invention, it is possible to increase the capacity and the number of loads that can be connected to the private power generation equipment, and for the same load, the capacity of the private
さらに、本発明によれば、負荷の順次投入が不要となることから、設備費の低減と設備設計の簡素化が図られる。また、自立運転時の負荷の稼働率を向上させることができる。 Further, according to the present invention, since it is not necessary to sequentially load the equipment, the equipment cost can be reduced and the equipment design can be simplified. Moreover, the operation rate of the load at the time of a self-supporting operation can be improved.
以下、本発明にかかる自家発電設備の商用系統非連系時における運転方法について、図を用いて説明する。図1を用いて、本発明が適用される回転型の自家発電設備に電力貯蔵手段を組み合わせた商用系統に連系される自家発電設備の発電部分の構成を説明する。 Hereinafter, an operation method when the private power generation facility according to the present invention is not connected to a commercial system will be described with reference to the drawings. The configuration of the power generation portion of the private power generation facility linked to a commercial system in which the power storage means is combined with the rotary private power generation facility to which the present invention is applied will be described with reference to FIG.
本発明にかかる運転方法が適用される自家発電設備1は、原動機11と、該原動機11によって駆動される発電機12と、該発電機12の出力の周波数を監視して前記原動機11を周波数制御する周波数制御装置13と、前記発電機12の出力電圧を監視して発電機の出力電圧を制御する電圧制御装置14と、電力を蓄えまたは放出可能な電力貯蔵手段15と、該電力貯蔵手段15の充放電を制御する充放電制御装置16とを有しており、構内配電線2に接続されている。構内配電線2は、商用系統3に系統分離遮断機21によって分離可能に接続される。構内配電線2には、複数の負荷22−1〜22−5が負荷遮断機スイッチ23−1〜23−5を介して接続される。
The private
原動機11としては、ガスエンジン、ガスタービンエンジン、ディーゼルエンジンなどを用いることができ、コージェネレーションシステムに適用することができる。 As the prime mover 11, a gas engine, a gas turbine engine, a diesel engine, or the like can be used, and can be applied to a cogeneration system.
電力貯蔵手段15は、電力を貯蔵する能力を有する手段であればどのような設備であってもよいが、例えば、鉛蓄電池、ニッケル水素蓄電池、リチウムイオン蓄電池キャパシタ、フライホイール等々を用いることができる。 The power storage means 15 may be any equipment as long as it has the ability to store electric power. For example, a lead storage battery, a nickel hydride storage battery, a lithium ion storage battery capacitor, a flywheel, and the like can be used. .
電力貯蔵手段15の充放電を制御する充放電制御装置16は、電力貯蔵手段15の直流電圧を交流電力に変換するとともに発電機12の交流出力電力を直流電力に変換する電力変換装置を用いることができ、負荷の状態を監視する手段を有しており、負荷の状態によって、電力変換方向を変更することができる手段である。この制御は、発電設備1の負荷電力Pによる制御や、発電機12の出力周波数によって制御することができる。
The charge /
本発明は、自家発電設備に蓄電池などの電力貯蔵手段を組み合わせ、系統連系時に電力貯蔵手段に電力を貯蔵しておき、負荷が変動して発電機の許容電力を越える電力が要求される負荷変動時に電力貯蔵手段が負荷変動分を負担し、その後、自家発電設備が許容する負荷変動範囲の速度で電力貯蔵手段の負担分を徐々に削減し、電力貯蔵手段の負担分を発電機に移行させる。 The present invention combines a power storage means such as a storage battery with a private power generation facility, stores the power in the power storage means during grid connection, and the load fluctuates to require a power that exceeds the allowable power of the generator The power storage means bears the load fluctuation at the time of fluctuation, and then gradually reduces the share of the power storage means at the speed of the load fluctuation range allowed by the private power generation equipment, and transfers the share of the power storage means to the generator Let
すなわち、負荷増の場合、その増分電力を電力貯蔵手段が放電することによって供給し、その後放電量を徐々に少なくする。これにより、負荷量に対して発電量が少なくなるため、周波数が減少する。自家発電設備は、既に具備している周波数制御により出力を徐々に増加させることによって周波数を増加させる。最終的に電力貯蔵手段の放電を0とすることにより、負荷増分を自家発電設備に移行させることができる。自家発電設備の発電機出力の増加の速度を自家発電設備が追従できる最大速度以下とすれば、発電機がトリップすることなく、急激かつ大きな負荷の変動に対処することができる。 That is, when the load increases, the incremental power is supplied by discharging the power storage means, and then the discharge amount is gradually reduced. As a result, the amount of power generation is reduced with respect to the load amount, and thus the frequency is reduced. The private power generation facility increases the frequency by gradually increasing the output by the frequency control already provided. By finally setting the discharge of the power storage means to 0, the load increment can be transferred to the private power generation facility. If the rate of increase in the generator output of the private power generation facility is set to be equal to or less than the maximum speed that the private power generation facility can follow, it is possible to cope with a rapid and large load fluctuation without tripping the generator.
逆に、負荷減の場合、余剰となった発電機の出力を電力貯蔵手段に充電し、その後、電力貯蔵手段への充電を徐々に減少させる。これにより、負荷量に対して発電量が大きくなるため周波数が増加し、最終的に電力貯蔵手段の充電を0とすることにより、負荷減分を自家発電設備に移行することができる。 On the other hand, in the case of load reduction, the output of the surplus generator is charged in the power storage means, and then the charge in the power storage means is gradually reduced. As a result, the amount of power generation increases with respect to the amount of load, so that the frequency increases. Finally, by reducing the charging of the power storage means to 0, the load decrement can be transferred to the private power generation facility.
これにより、自家発電設備の許容する負荷変動を越える負荷変動が生じても、負荷変動を抑えることなく、自家発電設備の健全な運転が可能となる。また、自家発電設備の許容負荷変動以内の負荷変動に対しても、自家発電設備に対する変動を電力貯蔵手段によって緩和することにより、発電機の出力周波数および出力電圧の変動を抑えることが可能となる。 As a result, even if a load fluctuation exceeding the load fluctuation allowed by the private power generation facility occurs, the private power generation facility can be operated smoothly without suppressing the load variation. In addition, it is possible to suppress fluctuations in the output frequency and output voltage of the generator by mitigating fluctuations in the private power generation equipment by the power storage means even for load fluctuations within the allowable load fluctuation of the private power generation equipment. .
本発明による自家発電設備の運転方法は、遮断器21が開放した系統分離時において適用される。すなわち、自家発電設備停止時は、遮断器21を開放して自家発電設備を起動させた後の負荷22−1〜22−5投入時に、また自家発電設備連系運転中に商用系統に停電等が発生し、遮断器21を開放した際は、負荷22−1〜22−5の変動時に、電力貯蔵手段の充放電により自家発電設備の負荷投入率を改善できる。 The method for operating a private power generation facility according to the present invention is applied during system separation when the circuit breaker 21 is open. That is, when the private power generation facility is stopped, the commercial system is blacked out when the loads 22-1 to 22-5 are turned on after the circuit breaker 21 is opened and the private power generation facility is activated, or during the private power generation facility interconnection operation. When the circuit breaker 21 is opened, the load input rate of the private power generation facility can be improved by charging / discharging the power storage means when the loads 22-1 to 22-5 fluctuate.
自家発電設備1は、自立運転時には、周波数制御装置(ガバナー)にて周波数一定、電圧制御装置(AVR)に低電圧一定制御を行う。負荷が投入されると、発電機の出力周波数や電圧が下がる。その周波数を検出して、出力増や電圧増の制御を行い周波数や電圧が一定となる。従来の運転方法では、許容投入量以上の負荷が投入されると、周波数や電圧が下がりすぎ、保護装置が働き自家発電設備はトリップし、また、周波数や電圧の低下により負荷設備に影響がでるが、本発明では、負荷投入分を検出して、それと同じ容量をまず電力貯蔵手段から放電し、その後電力貯蔵手段は許容変動量以下の速度で出力を減少してゆく。
The private
一般に自家発電設備の許容負荷変動率は、負荷増よりも負荷減が大きい。電力貯蔵手段の中には充電スピードが放電スピードに比べて遅いものがある。したがって、負荷変動時の負荷分担手法には、負荷増のときのみ電力貯蔵手段にて負担するケースと、負荷増と負荷減の双方で負担するケースが考えられる。 In general, the allowable load fluctuation rate of the private power generation facility has a larger load decrease than a load increase. Some power storage means have a slower charging speed than a discharging speed. Therefore, the load sharing method at the time of load fluctuation can be considered to be burdened by the power storage means only at the time of load increase, or to be burdened by both load increase and load decrease.
上記の負荷変動時の負荷分担手法のうち、負荷増のときのみ電力貯蔵手段にて負担するケースを、図2を用いて説明する。充放電制御装置16は、負荷変動の有無を監視し(S1)、負荷変動ΔPがあったときは、負荷の増加であるか否かを判断する(S2)。負荷変動が負荷の増加であったときは、電力貯蔵手段15をΔP出力(放電)状態となるように制御する(S3)。その後、電力貯蔵手段の出力(放電)を発電設備に許容変動負荷以下の速度(Va(kw/s))で徐々に減少させる(S4)。電力貯蔵手段15の出力が0となったかを判断し(S5)、0となったときに、負荷変動分分担処理を終了する。
Of the load sharing methods when the load fluctuates, a case where the power storage means bears only when the load increases will be described with reference to FIG. The charge /
ステップS2において、負荷が減少したときには、周波数Fが上昇する(S6)ので、自家発電設備は自らの周波数制御に従い出力を減少させ(S7)、周波数Fが定格周波数に復帰したか否かを監視して(S8)、定格周波数に復帰すると、負荷変動分担処理を終了する。 In step S2, when the load decreases, the frequency F increases (S6), so the private power generation facility decreases the output according to its own frequency control (S7), and monitors whether the frequency F has returned to the rated frequency. Then, when returning to the rated frequency (S8), the load variation sharing process is terminated.
ステップS4において、電力貯蔵手段の出力を低下させてゆく過程で、周波数Fが定格周波数よりも低下する(S9)と、自家発電設備は出力を増加させ(S10)、周波数Fが定格周波数に復帰したかを監視し(S11)、定格周波数に復帰すると、負荷変動分担処理を終了する。 In step S4, in the process of decreasing the output of the power storage means, when the frequency F decreases below the rated frequency (S9), the private power generation facility increases the output (S10), and the frequency F returns to the rated frequency. Whether or not it has been monitored (S11), and when it returns to the rated frequency, the load variation sharing process is terminated.
図3を用いて、負荷増と負荷減の双方で電力貯蔵手段が負荷分担するケースを説明する。充放電制御青内16は、負荷増が発生したか否かを判断し(S21)、負荷増が発生すると、電力貯蔵手段15が出力(放電)するよう制御する(S22)。その後、電力貯蔵手段15の出力(放電)を発電設備の許容変動負荷以下の速度で徐々に削減する(S23)。電力貯蔵手段15の出力が0になるか判定し(S24)、出力が0になると負荷分担処理を終了させる。ステップS23で発電機12の出力周波数Fを監視し、周波数Fが、定格周波数以下に低下すると、自家発電設備が自動的に出力を増加させ(S26)、周波数Fが定格集な数に達すると、負荷分担処理を終了する。
A case where the power storage means shares the load both in the load increase and the load decrease will be described with reference to FIG. The charging / discharging control blue 16 determines whether or not a load increase has occurred (S21), and controls the power storage means 15 to output (discharge) when the load increase occurs (S22). Thereafter, the output (discharge) of the power storage means 15 is gradually reduced at a speed equal to or lower than the allowable variable load of the power generation equipment (S23). It is determined whether the output of the
ステップS21の判断で、負荷増がなかったときには、負加減が発生したか否かを監視する(S28)。負加減が発生したときには、電力貯蔵手段15が増加分の電力を蓄電するように制御し(S29)、その後、電力貯蔵手段15の入力(蓄電)を発電設備の許容変動負荷以下の速度で徐々に減少させ(S30)、入力が0になる(S31)と、負荷分担処理を終了する。
If it is determined in step S21 that the load has not increased, it is monitored whether or not a negative addition / subtraction has occurred (S28). When negative addition / subtraction occurs, the
ステップS30で、発電機12の出力周波数を監視し周波数Fが上昇すると(S32)、自家発電設備が自動的に出力を減少させ(S33)、出力周波数Fが定格周波数に達すると(S34)、負荷分担処理を終了する。
In step S30, when the output frequency of the
以上の処理による動作を、図4を用いて説明する。すなわち、負荷が増加すると、発電機12の出力は電力貯蔵手段15からの出力があるまでの一瞬の間負荷増の影響が出るが、電力貯蔵手段15の出力により負荷増加前の出力に戻る。一方、電力貯蔵手段15の出力は、一旦負荷増加分を出力した後、一定速度で出力を減少する。発電機12の出力周波数Fが、周波数制御の不感帯Fu以下となると、発電機12は、自らの周波数制御に従い許容変動負荷以下の速度で出力を増加させる。
The operation by the above processing will be described with reference to FIG. That is, when the load increases, the output of the
以上のように、本発明は、商用系統が停電したなど自立運転の場合に効果を発揮するものである。したがって、通常時は、系統連系を行い電力貯蔵手段は、負荷平準化運転などの経済的な運転が可能である。 As described above, the present invention is effective in the case of a self-sustaining operation such as a power failure in a commercial system. Accordingly, during normal times, grid connection is performed, and the power storage means can be economically operated such as load leveling operation.
通常、自家発電設備1の許容負荷変動量は、原動機11の特性にもよるが、無負荷状態で低格出力の20〜30%であり、80%負荷状態で5%程度である。これに対して、本発明によれば、負荷変動分を電力貯蔵手段が一旦負担するので、自家発電設備1の許容負荷変動量は100%近くに向上する。
Normally, the allowable load fluctuation amount of the private
このことによって、自家発電設備1に接続できる負荷の容量や数を増加させることができる。したがって、同じ負荷に対しては、費用とする自家発電設備1の容量を小さくすることができ、設備費を低減することができる。
As a result, the capacity and number of loads that can be connected to the private
さらに、本発明によれば、負荷の順次投入が不要となることから、自立運転時の負荷の稼働率を向上させることができる。 Furthermore, according to the present invention, since it is not necessary to sequentially load the load, it is possible to improve the operating rate of the load during the independent operation.
1:自家発電設備、11:原動機、12:発電機、13:周波数制御装置、14:電圧制御装置、15:電力貯蔵手段、16:充放電制御手段、2:構内配電線、21:系統遮断機、22:負荷、23:負荷遮断機、3:商用系統。 1: private power generation equipment, 11: prime mover, 12: generator, 13: frequency control device, 14: voltage control device, 15: power storage means, 16: charge / discharge control means, 2: on-site distribution line, 21: system interruption Machine, 22: load, 23: load circuit breaker, 3: commercial system.
Claims (4)
負荷の増加を検出すると、前記電力貯蔵手段から出力(放電)して負荷の増加分を電力貯蔵手段に負担させ、その後、電力貯蔵手段の出力を発電機の許容変動負荷以下の速度で徐々に削減し、電力貯蔵手段の出力が0となると負荷の分担処理を終了させることにより、自家発電設備の負荷投入率を改善することを特徴とする自家発電設備の運転方法。 A generator that is connected to the commercial system at normal time and is driven by a motor independently from the commercial system at the time of a power failure of the commercial system, etc., a power storage means, and a charge / discharge control device that controls charging / discharging of the power storage means In the operation method of private power generation equipment that
When an increase in the load is detected, the output is discharged (discharged) from the power storage means so that the increase in the load is borne by the power storage means, and then the output of the power storage means is gradually increased at a speed equal to or lower than the allowable fluctuation load of the generator. A method for operating a private power generation facility, characterized in that the load sharing rate of the private power generation facility is improved by reducing the load and terminating the load sharing process when the output of the power storage means becomes zero.
負荷の減少を検出すると電力貯蔵手段に電力を入力(充電)し、その後、電力貯蔵手段の入力を発電機の許容変動負荷以下の速度で徐々に減少させ、電力貯蔵手段の入力が0となると負荷分担処理を終了することを特徴とする自家発電装置の運転方法。 A self-contained power generator that is connected to a commercial system during normal operation and that is driven by a motor independently from the commercial system during a power outage of the commercial system, a power storage unit, and a charge / discharge control device that controls charging / discharging of the power storage unit In the operation method of the power generation equipment,
When a load decrease is detected, power is input (charged) to the power storage means, and then the input of the power storage means is gradually decreased at a speed equal to or lower than the allowable fluctuation load of the generator, and the input of the power storage means becomes zero. A method for operating a private power generator, wherein the load sharing process is terminated.
4. The method of operating a private power generation facility according to claim 3, wherein when the output frequency of the generator is monitored and an increase in the output frequency is detected, the output of the private power generation facility is decreased, and when the output frequency reaches the rated frequency, the load is reduced. A method for operating a private power generation facility, characterized in that the sharing process is terminated.
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