JP2007298009A - 発電システムの異常診断装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】異常診断装置は、圧力測定手段によって測定を行った吸気マニホールド内の圧力を圧力データP(i)として逐次読み込み、発電出力測定手段によって測定を行った発電機の発電出力を発電出力データW(i)として逐次読み込むよう構成してある。異常診断装置は、所定の算出期間T3の間に逐次読込みを行った複数の圧力データP(i)について分散値Pvを求めると共に、所定の算出期間T3の間に逐次読込みを行った複数の発電出力データW(i)について分散値Wvを求め、圧力データP(i)に基づく分散値Pvが所定の圧力用設定値Ps以下になり、かつ発電出力データW(i)に基づく分散値Wvが所定の発電出力用設定値Ws以下になったことを、過給機の異常を検出する異常検出条件とするよう構成してある。
【選択図】図2
Description
また、過給圧を検出するセンサを別途設けることなく、過給圧を検出して過給機の異常を検出するよう構成した技術としては、例えば、特許文献1に開示された過給機付エンジンの異常過給圧判定装置がある。
また、特許文献1は、いわゆる車両用のエンジンに過給機を設けた場合についての技術であり、燃料カット等を行って過給圧の異常に対応するものである。そのため、上記混合気を定置式エンジンへ供給して発電機を作動させる発電システムに直接適用することはできない。
該定置式エンジンの出力によって作動させる発電機と、
燃焼用空気と燃料ガスとを混合した混合気を作り出す混合ミキサーと、
該混合ミキサーから受け取った上記混合気を圧縮して、圧縮混合気を作り出す過給機と、
該過給機から受け取った上記圧縮混合気の流量調整を、開閉弁の開度調整によって行うスロットルバルブと、
該スロットルバルブから受け取った上記流量調整後の圧縮混合気を、上記複数の気筒へ分岐して供給する吸気マニホールドと、
該吸気マニホールド内の圧力を測定する圧力測定手段とを有する発電システムに用い、上記過給機の異常を検出するよう構成した異常診断装置であって、
該異常診断装置は、上記圧力測定手段によって上記吸気マニホールド内の圧力を逐次測定し、該測定を行った圧力を、圧力データとして逐次読み込むよう構成してあると共に、
所定の算出期間の間に逐次読込みを行った複数の上記圧力データについて分散値又は標準偏差を求め、該圧力データに基づく分散値又は標準偏差が所定の圧力用設定値以下になったことを、上記過給機の異常を検出する異常検出条件とするよう構成してあることを特徴とする発電システムの異常診断装置にある(請求項1)。
本発明の異常診断装置は、発電システムにおいて、上記圧縮混合気を上記スロットルバルブへ供給する上記過給機に生じた能力低下の異常を、過給機にセンサを直接設けることなく検出することができるものである。そして、異常診断装置は、上記圧力測定手段によって測定した吸気マニホールド内の圧力の変化状態を用いて、過給機の異常を検出することができるものである。
すなわち、スロットルバルブにおける開閉弁は、その開度が小さいほど、圧縮混合気の流れの影響を受けて振動しやすく、当該開閉弁の角度変化量に対する圧縮混合気の流量変化が大きくなる。これにより、過給機が能力低下の異常を生ずることなく正常に作動しているときには、吸気マニホールド内の圧力が適度に振動する。
そして、この正常時においては、上記圧力データが適切に振動し、上記所定の算出期間における圧力データに基づく分散値又は標準偏差の値は、上記所定の圧力用設定値を超える。そのため、このときには、発電システムは、正常に運転を継続することができる。
なお、異常診断装置は、異常検出の信頼性を高めるために、上記圧力データに基づく分散値又は標準偏差が、継続して上記所定の圧力用設定値以下になったときに初めて過給機の異常を検出することができる。
該定置式エンジンの出力によって作動させる発電機と、
燃焼用空気と燃料ガスとを混合した混合気を作り出す混合ミキサーと、
該混合ミキサーから受け取った上記混合気を圧縮して、圧縮混合気を作り出す過給機と、
該過給機から受け取った上記圧縮混合気の流量調整を、開閉弁の開度調整によって行うスロットルバルブと、
該スロットルバルブから受け取った上記流量調整後の圧縮混合気を、上記複数の気筒へ分岐して供給する吸気マニホールドと、
上記発電機の発電出力を測定する発電出力測定手段とを有する発電システムに用い、上記過給機の異常を検出するよう構成した異常診断装置であって、
該異常診断装置は、上記発電出力測定手段によって上記発電機の発電出力を逐次測定し、該測定を行った発電出力を、発電出力データとして逐次読み込むよう構成してあると共に、
所定の算出期間の間に逐次読込みを行った複数の上記発電出力データについて分散値又は標準偏差を求め、該発電出力データに基づく分散値又は標準偏差が所定の発電出力用設定値以下になったことを、上記過給機の異常を検出する異常検出条件とするよう構成してあることを特徴とする発電システムの異常診断装置にある(請求項3)。
本発明の異常診断装置においては、吸気マニホールド内の圧力の変化状態を用いず、上記発電出力測定手段によって測定した発電機の発電出力の変化状態を用いて、過給機の異常を検出することができるものである。
なお、異常診断装置は、異常検出の信頼性を高めるために、上記発電出力データに基づく分散値又は標準偏差が、継続して上記所定の発電出力用設定値以下になったときに初めて過給機の異常を検出することができる。
第1、第2の発明において、上記定置式エンジンは、都市ガス、天然ガス等のガス燃料を用いて運転を行うガスエンジンとすることができる。また、第1、第2の発明は、ガスエンジンにおいて、ガス燃料と空気との混合比(空気比)をほとんど変化させずに運転を行う場合に適用することが好ましい。
また、上記定置式エンジンとは、工場、建物又は家屋等に設置して用いるエンジンのことをいう。
また、上記所定の発電出力用設定値は、発電機の発電出力が正常に目標発電出力に達しているとき(例えば、上記発電機の発電出力が発電出力定格値の98%以上に維持されているとき)の発電出力データに基づく分散値又は標準偏差の値よりも、若干小さい値として設定することができる。
また、圧力データ又は発電出力データに基づく標準偏差は、上記圧力データ又は発電出力データに基づく分散値の平方根に基づいて求めることができる。
これにより、上記吸気マニホールド内の圧力の変化が、圧力データに基づく分散値又は標準偏差に与える影響を小さくすることができ、異常診断装置による異常検出の信頼性を一層高めることができる。
これにより、上記発電機の発電出力の変化が、発電出力データに基づく分散値又は標準偏差に与える影響を小さくすることができ、異常診断装置による異常検出の信頼性を一層高めることができる。
また、上記発電出力規定値は、例えば、発電出力定格値の95〜98%の値として設定することができる。
この場合には、異常検出精度を維持したまま、過給機の異常を早期に検出することができる。なお、上記分散値又は標準偏差とは、圧力データ及び発電出力データの少なくとも一方に基づく分散値又は標準偏差のことをいう。
本例の発電システム1における異常診断装置6は、図1に示すごとく、シーケンサ又はプログラマブルコントローラによって構成し、定置式エンジン2を用いて発電機3を作動させる構成の発電システム1に用いるものである。
本例の異常診断装置6は、発電システム1において、圧縮混合気M2をスロットルバルブ43へ供給する過給機42に生じた能力低下の異常を、過給機42にセンサを直接設けることなく検出することができるものである。
そして、異常診断装置6は、圧力測定手段51によって吸気マニホールド45内の圧力を逐次測定し、この測定を行った圧力を圧力データP(i)として逐次読み込むよう構成してある。また、異常診断装置6は、発電出力測定手段52によって発電機3の発電出力を逐次測定し、この測定を行った発電出力を発電出力データW(i)として逐次読み込むよう構成してある。
図1に示すごとく、本例の定置式エンジン2は、都市ガス(13A)等のガス燃料Fを用いて運転を行うガスエンジンであり、このガスエンジンにおいては、ガス燃料Fと空気との混合比(空気比)をほとんど変化させずに運転を行う。
本例の発電システム1は、定置式エンジン2及び発電機3の各種制御を行う制御装置10を有している。この制御装置10は、シーケンサ又はプログラマブルコントローラによって構成してあり、発電機3の発電出力が目標とする目標発電出力になるよう上記スロットルバルブ43の開度を制御するよう構成してある。また、本例の異常診断装置6は、制御装置10内に構成した異常診断プログラムである。
また、スロットルバルブ43と吸気マニホールド45との間の吸気配管には、過給機42による断熱圧縮により温度が上昇した圧縮混合気M2を冷却するインタクーラ44が配設してある。
本例の算出期間T3は1時間とし、本例の予備算出期間T2は5分とした。
また、異常診断装置6は、上記異常検出条件が充足され、かつ上記所定の算出期間T3の間に逐次読込みを行った複数の発電出力データW(i)の平均値が、所定の発電出力規定値未満になったときに、上記過給機42の異常を検出するよう構成してある。
上記発電システム1を稼動させるに当たっては、図1に示すごとく、混合ミキサー41において混合した燃焼用空気Aとガス燃料Fとの混合気M1を、過給機42、スロットルバルブ43、インタクーラ44及び吸気マニホールド45等を経由して定置式エンジン2の各気筒21に供給し、この定置式エンジン2の運転を行って、発電機3を作動させる。このとき、上記制御装置10は、発電機3の発電出力が所定の目標発電出力になるようスロットルバルブ43の開度を制御する。
このカウントは、上記サンプリング時間T1の経過を計測するサンプリング用カウントC1と、上記予備算出期間T2の経過を計測する予備算出期間用カウントC2と、上記算出期間T3の経過を計測する算出期間用カウントC3とがある。
そして、サンプリング用カウントC1がサンプリング期間T1になったときには、異常診断装置6は、圧力測定手段51により測定した圧力を圧力データP(i)として読み込むと共に、発電出力測定手段52により測定した発電出力を発電出力データW(i)として読み込む(S104)。
このとき、圧力データP(i)に基づく分散値Pv及び発電出力データW(i)に基づく分散値Wvの少なくともいずれか一方が、圧力用設定値Ps以下又は発電出力用設定値Ws以下になっていないときには、過給機42に異常はないとして、算出期間用カウントC3をゼロに初期化し(S114)、上記S102〜S114を繰り返す。なお、算出期間用カウントC3をゼロに初期化するときには、予備算出期間用カウントC2及びサンプリング用カウントC1もゼロに初期化する(S111、S108)。
次いで、異常診断装置6は、この算出期間T3内における発電出力データW(i)の平均値が、所定の発電出力規定値(本例では、発電出力規定値の98%の値)未満になったか否かを判定し(S116)、この平均値が発電出力規定値未満になっていないときには、サンプリング用カウントC1、予備算出期間用カウントC2及び算出期間用カウントC3をゼロに初期化して(S108、S111、S114)、上記S102〜S116を繰り返す。
なお、異常診断装置6は、算出期間T3内における発電出力データW(i)の平均値が、所定の発電出力規定値未満に継続して繰り返しなったときに始めて、過給機42の能力低下の異常があることを検出することもできる。
この場合に、圧力データP(i)に基づく標準偏差Pdは、例えば、以下の計算式(数7)によって求めることができ、発電出力データW(i)に基づく標準偏差Wdは、例えば、以下の計算式(数8)によって求めることができる。ここで、m、n、P2(j)、W2(j)は、上述した(数5、数6)と同様である。
すなわち、スロットルバルブ43における開閉ダンパ431は、その開度が小さいほど、圧縮混合気M2の流れの影響を受けて振動しやすく、当該開閉ダンパ431の角度変化量に対する圧縮混合気M2の流量変化が大きくなる。これにより、過給機42が能力低下の異常を生ずることなく正常に作動しているときには、吸気マニホールド45内の圧力が適度に振動する。
なお、異常診断装置6は、異常検出の信頼性を高めるために、上記圧力データP(i)に基づく分散値Pvが、継続して上記所定の圧力用設定値Ps以下になり、かつ上記発電出力データW(i)に基づく分散値Wvの値が、継続して上記所定の発電出力用設定値Ws以下になったときに初めて過給機42の異常を検出することができる。
これにより、上記吸気マニホールド45内の圧力の変化が、圧力データP(i)に基づく分散値Pv及び発電出力データW(i)に基づく分散値Wvに与える影響を小さくすることができ、異常診断装置6による異常検出の信頼性を一層高めることができる。
本例においては、上記異常診断装置6による作用効果を確認するための性能試験を行った。この性能試験においては、発電システム1を1日の間稼動させ、この間における過給機42の異常の有無を確認した。
図5は、性能試験1として異常診断を行った場合を示し、横軸に時間(時刻)をとり、縦軸に吸気マニホールド45内の圧力(圧力データP(i))(kPa)及び発電機3の発電出力(発電出力データW(i))(対定格%)をとって、これらの変化を示す図である。
なお、同図において、異常判定結果が0から立ち上がっている場合が、過給機42の異常を検出したことを示す。
同図においては、圧力及び発電出力が昼間(8:00〜20:00)の区間において、緩やかに小さくなるように変化した。
なお、同図において、異常判定結果が0から立ち上がっている場合が、過給機42の異常を検出したことを示す。
2 定置式エンジン
21 気筒
3 発電機
41 混合ミキサー
42 過給機
43 スロットルバルブ
431 開閉ダンパ(開閉弁)
45 吸気マニホールド
51 圧力測定手段
52 発電出力測定手段
6 異常診断装置
A 燃焼用空気
F ガス燃料
M1 混合気
M2 圧縮混合気
G 排ガス
T1 サンプリング時間
T2 予備算出期間
T3 算出期間
T4 判定期間
P(i) 圧力データ
P2(j) 圧力データの偏差2乗和
Pv 圧力データに基づく分散値
Ps 圧力用設定値
W(i) 発電出力データ
W2(j) 発電出力データの偏差2乗和
Wv 発電出力データに基づく分散値
Ws 発電出力用設定値
Claims (7)
- 複数の気筒を備えた定置式エンジンと、
該定置式エンジンの出力によって作動させる発電機と、
燃焼用空気と燃料ガスとを混合した混合気を作り出す混合ミキサーと、
該混合ミキサーから受け取った上記混合気を圧縮して、圧縮混合気を作り出す過給機と、
該過給機から受け取った上記圧縮混合気の流量調整を、開閉弁の開度調整によって行うスロットルバルブと、
該スロットルバルブから受け取った上記流量調整後の圧縮混合気を、上記複数の気筒へ分岐して供給する吸気マニホールドと、
該吸気マニホールド内の圧力を測定する圧力測定手段とを有する発電システムに用い、上記過給機の異常を検出するよう構成した異常診断装置であって、
該異常診断装置は、上記圧力測定手段によって上記吸気マニホールド内の圧力を逐次測定し、該測定を行った圧力を、圧力データとして逐次読み込むよう構成してあると共に、
所定の算出期間の間に逐次読込みを行った複数の上記圧力データについて分散値又は標準偏差を求め、該圧力データに基づく分散値又は標準偏差が所定の圧力用設定値以下になったことを、上記過給機の異常を検出する異常検出条件とするよう構成してあることを特徴とする発電システムの異常診断装置。 - 請求項1において、上記発電システムは、上記発電機の発電出力を測定する発電出力測定手段を有しており、
上記異常診断装置は、上記発電出力測定手段によって上記発電機の発電出力を逐次測定し、該測定を行った発電出力を、発電出力データとして逐次読み込むよう構成してあると共に、
上記過給機の異常を検出する際には、上記所定の算出期間の間に逐次読込みを行った複数の上記発電出力データについて分散値又は標準偏差を求め、該発電出力に基づく分散値又は標準偏差が所定の発電出力用設定値以下になり、かつ上記圧力データに基づく分散値又は標準偏差が上記所定の圧力用設定値以下になったことを上記異常検出条件とするよう構成してあることを特徴とする発電システムの異常診断装置。 - 複数の気筒を備えた定置式エンジンと、
該定置式エンジンの出力によって作動させる発電機と、
燃焼用空気と燃料ガスとを混合した混合気を作り出す混合ミキサーと、
該混合ミキサーから受け取った上記混合気を圧縮して、圧縮混合気を作り出す過給機と、
該過給機から受け取った上記圧縮混合気の流量調整を、開閉弁の開度調整によって行うスロットルバルブと、
該スロットルバルブから受け取った上記流量調整後の圧縮混合気を、上記複数の気筒へ分岐して供給する吸気マニホールドと、
上記発電機の発電出力を測定する発電出力測定手段とを有する発電システムに用い、上記過給機の異常を検出するよう構成した異常診断装置であって、
該異常診断装置は、上記発電出力測定手段によって上記発電機の発電出力を逐次測定し、該測定を行った発電出力を、発電出力データとして逐次読み込むよう構成してあると共に、
所定の算出期間の間に逐次読込みを行った複数の上記発電出力データについて分散値又は標準偏差を求め、該発電出力データに基づく分散値又は標準偏差が所定の発電出力用設定値以下になったことを、上記過給機の異常を検出する異常検出条件とするよう構成してあることを特徴とする発電システムの異常診断装置。 - 請求項1又は2において、上記異常診断装置は、上記所定の算出期間よりも短い所定の予備算出期間毎に、該予備算出期間の間に逐次読込みを行った複数の上記圧力データについて偏差2乗和を求めると共に、上記所定の算出期間の間における複数の上記予備算出期間の偏差2乗和の合計を用いて、上記圧力データに基づく分散値又は標準偏差を求めるよう構成してあることを特徴とする発電システムの異常診断装置。
- 請求項2又は3において、上記異常診断装置は、上記所定の算出期間よりも短い所定の予備算出期間毎に、該予備算出期間の間に逐次読込みを行った複数の上記発電出力データについて偏差2乗和を求めると共に、上記所定の算出期間の間における複数の上記予備算出期間の偏差2乗和の合計を用いて、上記発電出力データに基づく分散値又は標準偏差を求めるよう構成してあることを特徴とする発電システムの異常診断装置。
- 請求項2〜5のいずれか一項において、上記異常診断装置は、上記異常検出条件が充足され、かつ上記所定の算出期間の間に逐次読込みを行った複数の上記発電出力データの平均値が、所定の発電出力規定値未満になったときに、上記過給機の異常を検出するよう構成してあることを特徴とする発電システムの異常診断装置。
- 請求項1〜6のいずれか一項において、上記異常診断装置は、上記所定の算出期間よりも短い所定の判定期間毎に、該判定期間よりも長い期間を遡った上記算出期間における上記分散値又は標準偏差を用いて、上記過給機の異常の有無の判定を行うよう構成してあることを特徴とする発電システムの異常診断装置。
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