JP2005245105A - ガスエンジン発電設備 - Google Patents

Abstract

【課題】 ガスエンジン発電機の部分負荷運転時あるいは運転条件が変動するときにおける効率改善を図り、ガスエンジン発電機を電力系統連系システムに接続したシステムにおいて急激な負荷変動に対して安定した負荷追従が行えるようにする。
【解決手段】 ＰＷＭ交直変換器４１とＰＷＭ直交変換器４２を直流リンク部４３で接続した回路を発電機１５と電力系統２２の間に介装して、出力電力を上記回路を介して電力系統に供給するものであって、交直変換器４１により発電機１５を可変速制御し、電力系統２２における電力需要に応じてガスエンジン１３の燃料を制御し、電力系統における負荷急変に対してエンジンと発電機の慣性エネルギーにより追従させ、部分負荷運転状態やガス燃料成分変化に対して回転数調整を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、商用系統や自然エネルギ発電装置と複合してガスエンジン発電装置を稼働させるようにしたガスエンジン発電設備に関し、特にバイオマス起源のガスを利用するガスエンジン発電設備に関する。

従来、ガスエンジン発電機を電力系統に接続する場合は、発電機の出力を系統に直接接続し、エンジンの回転数を系統の周波数に合わせるように運用していた。したがって、駆動すべき負荷の大きさにかかわらずエンジン回転数を一定にする必要があり、部分負荷運転ではエンジンの特性上効率が低下する問題があった。

なお、発電機の出力を電力変換装置で所定の交流電力に変換した上で系統あるいは負荷に供給し、エンジンの回転数を需要先の周波数に合わせるように運用するシステムもある。このシステムでも、発生電力とエンジン回転数は原動機が決定し、電力変換装置は単に発電機からの交流出力を整流して直流化しさらにパルス幅変調回路（PWM）で所定周波数の交流に変換するようにしている。したがって、負荷の状態が変化するときに、それに合わせてエンジンの効率が最も高くなるような最適値を追跡して運転することはできない。

また、ガスエンジン発電機を太陽光発電や風力発電などの分散型電源と一緒に組んで、出力電力を商用電源系統に重畳する系統連系システムが広く行われている。このような系統連系システムにおいて、太陽光発電などの分散型電源は気候や天候により出力が決まり、また商用電源系統は給電量をできるだけ変動させないことが好ましいので、負荷が変動するときは、出力可変のガスエンジン発電機を使って負荷追従制御を行う必要がある。
しかし、ガスエンジンの特性上、急激な負荷変動に追従できないという問題があった。さらに、非常時に系統連系運転から自立運転に切り換えるときには大きな周波数変動が起こり、条件によっては発電機がトリップする場合があった。
ガスエンジン発電機の負荷にしたがって高効率な運転位置に移動させると、これにしたがって出力電力の周波数が変化して系統の電力と不整合になるおそれがある。

また、ガスエンジン発電機の自立運転中の系統周波数はエンジン特性に依存するので安定性が悪く負荷急変があると大きな変動が生じてしまう。ガスエンジン発電機は低負荷状態では安定した運転ができずトリップする可能性が大きい。
さらに、バイオマス起源のバイオガスを用いるときは、原料となるバイオマスの量が変動すること、種々の原料を混合してガス発生をさせるときにはガスの性状が一定せず燃料ガス成分が変動することなどの特徴がある。ガス成分が変化するとエンジンの出力特性が変化し、出力変動や周波数変動が起こるなどの困難が生じる。

特許文献１や特許文献２には、分散型電力発生源とガスタービン発電機やガスエンジン発電機の出力電力を商用電源系統に重畳する系統連系システムの発明が開示されている。
従来の系統連系システムは、各電力発生源ごとに直流側変換装置とインバータを備えるので、相互間の協調が必要となるばかりか装置費も大きくなっていた。
特許文献１に開示された系統連系システムは、各電力発生源ごとに付設した直流側変換装置の出力を並列接続して直流系統を形成し、この直流系統の直流電力をインバータなど１式の交流側変換装置で交流電力に変換して交流系統に送電するようにして、装置の小型化とコストダウンを図ったものである。

なお、交流側変換装置は、直流電力の電圧値に基づいて決定された交流電流値をもって直流電力を交流電力に変換して交流系統に供給する。また、図８にはガスエンジン発電機を組み込んだ例が示されている。直流系統における電圧値に依存して交流系統の電流値制御を行うようにしたため、分散型電力発生装置やガスエンジン発電機はそれぞれ交流系統から独立して制御することができる。ガスエンジン発電についても、直流系統の直流電流に基づいて出力電流を制御することにより、分散型電力発生源の出力電力の不安定さを解消し、応答性の悪さを解消するとされている。

また、特許文献２には、電力系統に高速遮断機を介して連系した常時運転されるガスエンジン発電機に加えて、コンデンサやフライホイールなどの特に出力密度の高い電力貯蔵手段を用いた無停電電源装置を最重要負荷に接続して、最重要負荷に瞬時電圧低下や停電の影響を及ぼさないようにした技術が開示されている。
しかし、特許文献１および特許文献２には、ガスエンジン発電装置が複雑な出力特性を有するため、負荷によって最高効率運転位置が変化し出力周波数が変化することに関する事項について何の指摘も示唆もない。したがってこうした事項に基づいて、適当な処理を行うことに関しては記載がない。
特開２００３−２５０２２２号公報 特開２００１−０６１２３８号公報

本発明が解決しようとする課題は、ガスエンジン発電機の部分負荷運転時あるいは運転条件が変動するときにおける効率改善を図ることである。また、ガスエンジン発電機を電力系統連系システムに接続した場合に、急激な負荷変動に対して安定した負荷追従が行えるようにすることである。

上記課題を解決するため本発明のガスエンジン発電機は、パルス幅変調式（PWM）交直変換器とPWM式直交変換器を直流リンク部で直列に接続した回路を出力端子と電力系統の間に介装して、出力電力を出力端子から上記回路を介して電力系統に供給するものであって、交直変換器により発電機を可変速制御し、電力系統における電力需要に応じてガスエンジンの燃料を制御し、電力系統における負荷急変に対してエンジンと発電機の慣性エネルギーにより追従させ、部分負荷運転状態やガス燃料成分変化に対して回転数調整を行うことを特徴とする。

ガスエンジン発電機で発生した電力はコンバータとも呼ばれる交直変換器で直流になって発電時の周波数条件から解放され、さらに、インバータとも呼ばれる直交変換器により電力系統で必要とされる周波数と電圧に変成されて系統に出力される。
また、コンバータとインバータの間に直流部があるため、ガスエンジン発電機の運転は電力系統における周波数と関係無く行うことができ、必要な電力を発生するという条件の下で最も効率の高い運転条件を選択することができる。
電力系統で必要とされる電力のうちガスエンジン発電機に振り分けられる電力水準は、ガスエンジンに供給される燃料ガスの流量で調整することができる。

インバータとの間の直流部と発電機との間に挿入するコンバータはＰＷＭ制御による交直変換器で、このＰＷＭ式コンバータを使うことにより、直流部からの電流を調整して３相側に交流の電圧を発生させることができる。発生させる３相交流の周波数、電圧、位相は、ＰＷＭ周波数と直流部電圧の制約の範囲内で任意に設定することができる。
さらに、ＰＷＭでコンバータが発生する電圧、位相、周波数を調整することにより、発電電流の制御をすることができる。

そこで、時間的により早い変化をする電力変化に対応して、交直変換器により発電機の回転を制御する。特に電力系統における負荷の急変には、エンジンと発電機の慣性エネルギーを利用することができる。たとえば負荷急増には発電機周波数を減少させるようにすると回転モーメントの余剰が電力系統に供給され力学的な高速度で補償することができ、また負荷急減には発電機周波数を増加することで補償することができる。
また、部分負荷運転では、ガスエンジン発電機の特性に則って運転条件を調整することにより効率の低下を防ぐことができる。たとえばトルク回転数特性図から必要な部分負荷量における最大効率条件を求めてその条件に従って運転をすればよい。

さらに、バイオガスを利用する場合は、原料や処理方法によってガスの成分や燃焼特性が変化するので、予めバイオガスの種類ごとにガスエンジン発電機の特性図を求めておいて、そのときに使用中のバイオガスについて特性図に合致した運転を行えばよい。また、組成変化があったときにも、新しい条件に合致した特性図を利用することで円滑に新しい最大効率運転に移行することができる。

なお、交直変換器と直交変換器を接合した直流リンク部に蓄電池を設けるようにしてもよい。
蓄電池は、電力系統と給電量の間に非均衡が生じたときにこれを均して無駄な電力消費を防ぐと共に、電力不足を防止する。また発電機の可変速制御では対応できない比較的大きな負荷変動に対して蓄電池から給電することにより応答性、安定性を高める。

なお、風力発電装置などの分散型電力発生装置を直流リンク部に接続してもよい。風力発電などではコンバータを用いて出力を直流化した後で直流リンク部に供給する。蓄電池が設備されているときは、分散型電力発生装置からの電力は一旦蓄電池に貯えられる。
分散型電力発生装置で得られる電力は、気候天候により大きく左右されるので、安定性に欠ける。そこで、生成量を調整することができるガスエンジン発電機により電力斑を補償することにより、電力系統に電力を安定供給することが好ましい。
なお、商用系統から電力受電する場合も、一部を一旦直流化して直流リンク部の蓄電池に受け入れるようにして、蓄電池の充電に利用することができる。

負荷予測制御装置と負荷追従制御装置を備えて、ガスエンジン発電機の制御を行うことが好ましい。
負荷予測制御装置は、各電力発生装置の発生電力、商用系統からの受電量、電力系統の電力需要量、ガスホルダのガス保持量、蓄電池の電荷残量などをモニターして、電力需要量や発電量を予測し、その結果に基づいて、商用系統からの受電量、蓄電池の充放電制限値設定、さらにガスエンジン発電機の燃料ガス調節弁の駆動指令の発生を行う。

負荷追従制御装置は、需要電力量、商用系統からの受電量、風力発電装置などの発電量の測定値に基づいて、現在時点のバイオマス発電量を設定する。なお、直流部に蓄電池を接続した場合は、蓄電池の電圧が一定の設定値に制御されていること、および蓄電池の充放電電流が制限値を超えないことを保証するため、電力量測定値に基づく設定値と、これら２個の規制値との最低値を選択して、バイオマス発電量設定値とすることが好ましい。

本発明のガスエンジン発電設備によれば、部分負荷運転時あるいは運転条件の変動時における効率が大幅に改善され、また、ガスエンジン発電機を電力系統連系システムに接続した場合には急激な負荷変動に対して安定した負荷追従が行える。

以下、実施例を用いて本発明のガスエンジン発電設備を詳細に説明する。

図１は本発明の１実施例に係るガスエンジン発電設備の全体概念図、図２は本実施例において可能なガスエンジン運転モードを説明する図面、図３は本実施例における負荷追従制御の分担状況を説明する概念図である。
図１に示した本発明第１実施例のガスエンジン発電装置は、商用系統２０と連系させて使用したもので、重要負荷３１を一般負荷３２と区分して、一般負荷３２を商用系統２０に接続し、重要負荷３１をスイッチ２１を介してガスエンジン発電機１０を接続した重要負荷用系統２２に接続して、商用系統２０で事故が起こったときにスイッチ２１を切り離してガスエンジン発電機１０で電源品質を維持することにより、重要負荷３１の安全を確保するようにしたものである。

ガスエンジンGE１３には、ガスホルダGH１１から流量調節弁１２を介して燃料ガスが供給される。ガスエンジン１３にはヒートポンプなどの熱負荷１４を発電機１５と一緒に結合したコージェネレーションシステムとして利用して、発電を行うと同時に熱負荷１４にエネルギーを供給するようにすることができる。
燃料ガスには都市ガス、天然ガスなどの他に、バイオマス起源のバイオガスを用いることができる。ただし、バイオガスは原料が多様な場合や季節的に変動する場合には組成が安定せず、最適運転の条件が変化する問題がある。

発電機出力は、交直変換装置（コンバータ）４１と直交変換装置（インバータ）４２を経由して系統２２に給電されている。交直変換装置４１と直交変換装置４２の間の直流部４３には蓄電池４４が接続されていて、余剰のエネルギーを蓄積しておいて、必要なときに放出することにより安定した出力を維持することができる。
本実施例のガスエンジン発電設備では、熱負荷と発電負荷に応じた燃料制御、ガスエンジン回転速度制御、蓄電池充放電制御を行うことによって、柔軟な対応をすることができ、高効率で安定した運転を実現することができる。

重要負荷用系統２２の電圧が一定になるようにインバータ４２を制御する。出力電力の位相と周波数は重要負荷用系統２２のものと同期を取って一致させる。また、需要量・発電量予測演算装置５１を備えて、電力需要量とガスエンジン発電量の測定値及びこれらの将来にわたる予測値に基づいて、やや長期的な観点から必要とされるガスエンジン発電量を算出する。ガスエンジンの出力特性データに基づいて求めたガスエンジン発電量とガス流量調節弁１２の関係図５２に従って、流量調節弁１２の開度を調整する。
バイオガスを使用する場合は、原料により組成が変化するなど、安定した性能が得られないおそれがあるが、あり得るケースについてガスエンジン発電量とガス流量調節弁の関係図５２を準備しておくことにより、対応することができる。

コンバータ４１はＰＷＭ制御による３相ブリッジ交直変換器で、このＰＷＭ式コンバータを使うことにより、直流部４３の電圧が確立していることを条件として、直流部の電圧に基づいて３相側に交流の電圧を発生させることができる。コンバータが発生する電圧をVｃ、発電機の誘起電圧をVｇ、発電電流をIｇとおき、巻線を損失や抵抗を無視して理想的なインダクタンスLのみと仮定すると、３相の各相ごとに、
Ld/dt（Ig）＝Vg−Vc
すなわち、ベクトル表記では、
LωＩｇ＝Ｖｇ−Ｖｃ
なる式が成立する。
PWMの制御によって発生させる３相交流の周波数、電圧、位相は、ＰＷＭ周波数と直流部電圧の制約の範囲内で任意に設定することができ、これらを調整することにより、発電電流Ｉｇの制御をすることができる。
そこでガス発電量設定装置５３で決定される設定値を、コンバータ４１の制御に反映させれば、目的に適合した発電機回転数、発電電流の設定をすることができる。

なお、従来の直結型ガスエンジン発電機では、系統と同じ周波数の電気を発生させるため原動機も一定回転数になるような制御をする必要があり、たとえば、条件が変化すれば最大効率運転ができなくなるなどの制約があったが、本実施例のガスエンジン発電装置では、発電機が発生する交流の特性は最終的な出力に関係がないため、失火、吹き消え、失速などに至らない限り、自由に運用することができる。
すなわち、図２に概念的に示すように、ガスエンジン発電機の可変速発電領域が特性図中の面に拡大し、最大効率モードＡ、電力一定モードＢ、最少燃料モードＣ、静粛運転モードＤ、瞬時的負荷追従モードＥなどの各種の運転モードを可能とする。

最大効率モードＡは、各燃料量での最大出力点に沿って可変速運転して、部分負荷での最大効率で運転するものである。電力一定モードＢは、電力一定曲線に沿って運転して、エンジンの回転数が変わっても出力が変わらないようにするものである。最少燃料モードＣは、最少燃料量を保持して運転するもので、失火、吹き消えしない限界燃焼状態を追跡するものである。静粛運転モードＤは、騒音防止のため、運転可能な騒音基準値以下の領域で運転するものである。瞬時的負荷追従モードＥは、急激な負荷変動に対して、交直変換装置側から瞬間的に受電周波数を変化させて発電機・エンジンの慣性エネルギーを引き出すもので、フライホイール効果を利用して燃料制御より早い負荷追従が可能である。

発電機１５からの３相電力はＰＷＭコンバータ４１で所定の電圧の直流となり直流部４３に出力されて、蓄電池４４に蓄電される。
本実施例のガスエンジン発電設備は、ガスエンジン発電量設定装置５３を備えて、適当な運転モードに従って、電力需要量の測定値から現在時点のガスエンジン発電量の設定値を算出して指令する。
さらに、ガスエンジンの出力特性データから、ガスエンジン発電量と発電機最適周波数の関係５４を予め求めておいて、ガスエンジン発電量の設定値に適合するような受電周波数をＰＷＭコンバータ４１に指令することにより、発電機１５の周波数を制御する。
また、負荷が急変して燃料系の応答で間に合わない場合は、瞬時的負荷追従モードＥを利用して、一時的にＰＷＭコンバータ４１の周波数を変えて発電機の慣性エネルギーを電力に変換してしのぐことができる。さらに、微分演算装置５５を備えて、発電量設定値の微分値を算出して、この微分値に基づいてＰＷＭコンバータ４１の受電周波数を逆方向に変化させることにより慣性エネルギーを利用してもよい。

実施例１のガスエンジン発電設備によれば、発電機と電力系統の特性が直結していないので、運転条件が変化したり部分負荷運転時であっても、任意の運転モードを選択して運転ができ、たとえば最大効率運転モードを選択して効率の良い運転をすることが可能である。また、負荷変動があっても、ガスエンジン発電量設定演算装置で適切な設定値を算出して運転することにより、図３に示すように、急激な変動に対しては慣性モーメントを活用した瞬時的負荷追従モードを利用して、数秒から数１０秒の変化については蓄電池からの充放電を利用することによって、さらに数１０秒以上のゆっくりした変化に対してはガス流量調節弁の開度制御によって、それぞれ適切に追従ができる。

このようにして、本実施例のガスエンジン発電設備では、部分負荷運転時の効率を改善することができる。
また、系統の電圧、周波数を直交変換装置で制御するため、自立運転中の電源品質を向上させることができる。
蓄電池を用いることにより、系統連系運転から非常用の自立運転に切り換えるときに生じる電圧や周波数の動揺を抑制することができる。
負荷の急変、燃料成分の変化などの擾乱があっても、エンジン可変速制御と蓄電池で吸収することができるので、応答性および安定性を高めることができる。

図４は本発明の第２の実施例である分散型電源と商用系統を系統連系した場合のガスエンジン発電設備のブロックダイアグラム、図５は第２実施例のガスエンジン発電設備に関するもう少し詳しい配線図である。
風力発電や太陽光発電における出力は風や日射の状況で左右され非定常的であるので、これで直接負荷を駆動すると安全な運転をすることができない。このため、外部商用系統から不足分の補充を受けて電源の安定化を図る。しかし、外部商用系統からの受電が、状況に従って任意に変化するようになると、最大量に合わせて設備を準備したり受電契約を結ぶ必要が生じて、合理的でない。そこで、実施例２のガスエンジン発電設備では、さらに、バイオマス起源のバイオガスを利用したガスエンジン発電装置を取り込んで、不足が生じたときに不足分を補充するようにして、合理化を図っている。

図４と図５に示した分散エネルギー制御システムは、バイオガス発電装置に洋上の風力発電機と外部商用系統を付帯させたものである。太陽電池による太陽光発電の電力は交流化して負荷系統に直接供給するようになっている。

家畜の糞などから回収したバイオマス起源の可燃性ガスはバイオガスと呼ばれ、発生場所から収集されて、ガスホルダ１１１に貯蔵されている。ガスホルダ１１１のガスはガス流量調節弁１１２を介してガスエンジン１１３に供給される。ガスエンジン１１３は回転軸が３相電力用の発電機１１４に繋がっていて、バイオガスを燃焼させると発電機を回転させて３相交流電力を発生させる。交流電力はバイオマス発電用交直変換器１１５で直流化する。
比較的強い風が年間を通じて得られる洋上に設備された風力発電機１３１で発生する電力は、負荷系統１２３で直接受け入れる電力を超えた超過発電分については、同様に風力発電用交直変換器１３２で直流化される。

また、負荷変動に関係なく一定量の電力を外部の商用系統１３３から受電するようになっており、供給される交流電力も商用系統側交直変換器１３４で直流化される。
蓄電池１２０の直流電力は、負荷系統側直交変換器１２１で３相交流電力に変換されて負荷１２２が接続されている負荷系統１２３に流される。
なお、太陽電池１３６はパワーコンディショナ１３７を介して負荷系統１２３に接続されていて、太陽電池１３６で発生する直流電力は電圧周波数の調整を受けて直接に交流の負荷系統１２３に供給される。

バイオマス発電用交直変換器１１５には可変速制御装置１４１が設けられていて、交直変換器１１５，１３２，１３４と直交変換器１２１の間の直流リンク部１２４の電圧に基づいてバイオマス発電用交直変換器１１５のＰＷＭインバータ制御装置を介して受電周波数を操作する。直流リンク部１２４の電圧目標値は、蓄電池１２０の電圧と残量によって決定する。
なお、ガスエンジン１１３の瞬時的負荷追従モード運転を選択することにより、ガスエンジン１１３と発電機１１４の慣性モーメントを利用して回転速度を瞬間的に変更して瞬時負荷変動を吸収させることができる。

また、ガス流量調節弁１１２には燃料制御装置１４２が付属していて、負荷電力に応じて流量調節弁の開度を調整する。数１０秒から数分にわたる負荷変動に追従することができる。
さらに、図４の分散エネルギー制御システムは遠隔監視装置１４３を備えている。遠隔監視装置１４３は、バイオマス発電装置の発電量、風力発電機発電量、商用系統からの受電量、太陽光発電の発電量、負荷系統の電力需要量などの情報を収集して、システムの状況を刻々把握し操作者に報知する。
なお、負荷系統側直交変換器１２１は、負荷変動に追従して直流リンク部１２４の直流を変換し３相交流の電圧、周波数を一定に制御して、負荷系統１２３の電力品質を確保する。
蓄電池の充放電を調整することによって、数秒から数１０秒にわたる負荷変動に追従させることができる。

交流系統の実際を含めてさらに詳しく表示した図５に基づいて、本実施例のガスエンジン発電設備の電装システムについて説明する。
風力発電機１３１の出力電力のうち定常発電計画量（ＰｋＷ）と、太陽電池１３６から得られる太陽光発電分は、商用系統１３３から一定量受電する電力と合わせてたとえば６．６ｋＶ５０Ｈｚ３相の高圧交流電力として負荷系統１２３に供給される。なお、太陽光発電電力は、パワーコンディショナ１３７で負荷系統の電力と合致するように品質調整を行っている。

さらに、需要量や発電量が変化して負荷系統１２３の電圧が低下すると、蓄電池１２０から補充することによって電力需要の変動に対応する。
蓄電池１２０に蓄積された電力は、負荷系統１２３の電力が不足するときに直交変換器１２１を介して放出される。直交変換器１２１は、負荷系統１２３の電力品質をフィードバックして電圧及び周波数を調整し同質の交流電力に変成し系統の品質を保証している。

蓄電池１２０に蓄積する電力は、図４に関して説明したように、バイオマス発電、風力発電、さらに不足分を商用系統から給電するようになっている。
ガスエンジン発電装置は、ガスホルダ１１１に貯蔵したバイオガスを流量調節弁１１２を介してガスエンジン１１３に供給し、発電機１１４で３相交流電力を生成する。生成した３相交流電力は交直変換器１１５で直流化して直流リンク部１２４に供給される。

風力発電機１３１において、定常発電計画量（ＰｋＷ）を超える発電ができるときには、その超えた部分を交直変換器１３２で直流化し直流リンク部１２４に供給する。
商用系統１３３からも、受電量を決めて交直変換器１３４で直流化して直流リンク部１２４に供給する。
また、蓄電池１２０の立ち上がり時点など特に充電電力を必要とするときには、バッテリーチャージャ１３８を介して負荷系統１２４から蓄電池１２０に給電できるようになっている。

ガスエンジン発電設備には、負荷予測制御装置１５０と負荷追従制御装置１５２が付設されている。これら制御装置１５０，１５２は、図４に表示した遠隔監視装置１４３の一部として構成しても良い。
負荷予測制御装置１５０は、実需要電力量、風力発電量、商用系統からの受電量、太陽光発電量、バイオガス発電量、ガスホルダに保持したガス量、蓄電池の残量などの情報を収集してデータベースを構築し、需要電力量、風力発電量、太陽光発電量を予測して、外部商用系統からの受電量設定値を決定する。また、蓄電池の残量に基づいて蓄電池の充放電電流の制限値を補正する。蓄電池の残量は充電電流と放電電流の差を積分した量で評価することができる。

負荷予測制御装置１５０は、また、需要電力量予測値から風力発電量予測値と商用系統から受電する電力量設定値と太陽光発電量予測値を差し引くとバイオマス発電の必要量になるので、この値をバイオマス発電量の設定値とする。決められたバイオマス発電量設定値に基づき、ガスエンジン発電量とガス流量調節弁の関係図１４２を参照して、ガス流量調節弁１１２の開度を設定する。この設定値は多少長い時間にわたる需要予測値に対応するものである。

負荷追従制御装置１５２は、バイオマス発電用交直変換器１１５を介してガスエンジンを制御する装置である。負荷追従制御装置１５２にはバイオガス発電量設定器１５３が設備されていて、実際の需要電力量から風力発電量と商用系統からの受電量と太陽光発電量を差し引いた値に基づいて時々刻々のバイオマス発電量を設定する。
ガスエンジンの出力特性データから、予めガスエンジン発電量と発電機の最適周波数の関係図１４４を作製しておいて、この関係図に基づいてガスエンジン発電量設定値から交直変換器１１５の受電周波数を決めて指令し発電機１１４の周波数を制御する。
また、負荷が急変するときは、微分演算装置１４５を使って、発電量設定値の微分値に対応する強さで、交直変換器１１５の受電周波数を負荷増加時に減少させ負荷減少時に増加するように逆方向に変化させることにより、発電機の慣性エネルギーを利用してバイオマス発電量を瞬時に負荷追従させる技法を使用することが好ましい。

なお、直流リンク部１２４の電圧は、蓄電池１２０の機能保全のため端子電圧および充放電電流が制限値を超えないようにする必要があるため、ガスエンジン発電量設定器１５３の前に最低値選択器１５４を備えて、需要電力量から得られる発電量設定値と直流リンク部の電圧から得られる設定値と蓄電池の充放電制限値に基づいて得られる設定値のうち最も低い制御信号を選択するように構成されている。

本実施例のガスエンジン発電設備により、発電機の可変速制御だけでは対応できない比較的大きな負荷変動に対して応答性および安定性が向上する。
また、ガスエンジンの可制御性を活用し、風力や太陽光のような自然条件で変動する自然エネルギー発電設備と組み合わせて、それぞれの発電能力を有効に利用することができる。なお、バイオガスは成分が変動しやすいが、予め特性データに基づいた関係図を求めて利用することにより、的確な設定を行うことができる。
慣性エネルギー、蓄電池、燃料制御と、応答性の早い要素と比較的遅い要素とを組み合わせることにより、各種の負荷変動パターンに対応した制御ができる。

本発明の１実施例に係るガスエンジン発電設備の全体概念図である。 本実施例において可能なガスエンジン運転モードを説明する図面である。 本実施例における負荷追従制御の分担状況を説明する概念図である。 本発明の第２の実施例である分散型電源と商用系統を系統連系した場合のガスエンジン発電設備のブロックダイアグラムである。 第２実施例のガスエンジン発電設備に関するもう少し詳しい配線図である。

符号の説明

１０ ガスエンジン発電機
１１ ガスホルダGH
１２ 流量調節弁
１３ ガスエンジンGE
１４ 熱負荷
１５ 発電機
２０ 商用系統
２１ スイッチ
２２ 重要負荷用系統
３１ 重要負荷
３２ 一般負荷
４１ 交直変換装置（コンバータ）
４２ 直交変換装置（インバータ）
４３ 直流部
４４ 蓄電池
５１ 需要量・発電量予測演算装置
５２ ガスエンジン発電量とガス流量調節弁の関係図
５３ ガス発電量設定装置
５４ ガスエンジン発電量と発電機最適周波数の関係図
５５ 微分演算装置
１１１ ガスホルダ
１１２ ガス流量調節弁
１１３ ガスエンジン
１１４ 発電機
１１５ バイオマス発電用交直変換器
１２０ 蓄電池
１２１ 負荷系統側直交変換器
１２２ 負荷
１２３ 負荷系統
１２４ 直流リンク部
１３１ 風力発電機
１３２ 風力発電用交直変換器
１３３ 商用系統
１３４ 商用系統側交直変換器
１３６ 太陽電池
１３７ パワーコンディショナ
１３８ バッテリーチャージャ
１４１ 可変速制御装置
１４２ 燃料制御装置、ガスエンジン発電量とガス流量調節弁の関係図
１４３ 遠隔監視装置
１４４ ガスエンジン発電量と発電機最適周波数の関係図
１４５ 微分演算装置
１５０ 負荷予測制御装置
１５２ 負荷追従制御装置
１５３ バイオガス発電量設定器
１５４ 最低値選択器

Claims (6)

1. ガスエンジンの軸に発電機を接合したガスエンジン発電機における出力端子と電力系統の間に交直変換器と直交変換器を直流リンク部で直列に接続した回路を介装して、出力電力を前記出力端子から該回路を介して前記電力系統に供給するものであって、該電力系統における電力需要に応じてガスエンジンの燃料を制御し、前記交直変換器により前記発電機を可変速制御し、該電力系統における負荷急変に対してガスエンジン発電機の慣性エネルギーにより追従させ、部分負荷運転状態やガス燃料成分変化に対して回転数調整を行うことを特徴とするガスエンジン発電設備。
2. 前記直流リンク部に蓄電池を設けることを特徴とする請求項１記載のガスエンジン発電設備。
3. １式以上の分散型電力発生装置を前記直流リンク部で並列に接続した請求項１または２記載のガスエンジン発電設備。
4. 負荷予測制御装置を備えて、負荷変動量と分散型電力発生装置の発電量を予測して前記ガスエンジンに供給するガス量を調整することにより前記ガスエンジン発電機の制御を行うことを特徴とする請求項３記載のガスエンジン発電設備。
5. 負荷追従制御装置を備えて、前記電力系統における電力需要量に基づいて前記交直変換器の出力を調整することを特徴とする請求項３または４記載のガスエンジン発電設備。
6. 前記ガスエンジンに供給されるガスはバイオガスであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のガスエンジン発電設備。
   

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