JP2008267351A - 発電装置の監視方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】発電装置が備えるエンジン性能の評価精度を高くでき、さらには、長い時系列で変化する劣化状況や故障を正確に予知することが可能な発電装置の監視方法及びシステムを提供する。
【解決手段】エンジンと発電機を備えた発電装置にて各種センサにより定期的に測定した測定データに基づいて、エンジンの性能評価を行う発電装置の監視方法において、所定のエンジン吸気温度範囲が複数設定されるとともに、夫々の該吸気温度範囲毎に、発電出力に対する許容燃費率範囲の相関関係が設定されており、前記測定データから、少なくとも吸気温度、燃費率及び発電出力からなる運転データを取得した後、該運転データから、前記エンジン吸気温度範囲で且つ所定の発電出力範囲に存在する運転データを抽出して運転データ平均値を算出し、前記吸気温度範囲毎に、前記運転データ平均値が前記許容燃費率範囲に存在する場合にはエンジン性能が基準性能内と判断し、存在しない場合には基準性能を満たしていないと判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンと発電機を備えた発電装置の監視方法及びシステムに関し、特に、基準性能に対する実働エンジンの性能評価を適切に行うことにより信頼性の高い異常検知が可能で、さらには長い時系列で変化する劣化状況や故障を予知することができる発電装置の監視方法及びシステムに関する。

従来、発電装置において継続的或いは断続的に長期間稼動する機器の劣化や異常を判断する際には、日々の運転におけるエンジン負荷、燃料消費量、エンジン回転数、冷却水温、潤滑油圧等の運転データを測定し、測定されたデータを基に運転報告としての、時報、日報、月報を出力し、これを作業員が確認することにより判断していた。しかし、測定される膨大な運転データから作業員が運転状況を分析することは困難であった。

そこで、近年では自動化が進み、測定された運転データを予め設定された許容値と比較し、この許容値から逸脱する場合に異常を報知する装置も提案、実用化されている。例えば、特許文献１（特開平７−２０８２７０号公報）では、ガスエンジンを具備したコジェネレーションシステムにおいて、ガスエンジンのガス消費量とエンジン負荷とを検出し、ガス消費量の変化値を許容値と比較して故障を判断する装置が開示されている。

さらに、インターネット等の普及によって、このような発電装置にて２４時間に亘って装置の運転状況を監視する遠隔監視システムについても各種提案、実用化されつつある。これは、定期的に測定して得られた各種運転データを基に、監視装置にて劣化や異常を判断し、異常等が検知された場合には、インターネットや携帯電話等の通信回線を介してサービスマンへ警報を送る機能を具備する。

また、特許文献２（特開２００６−９０１７３号公報）には、自家発電システムにおいて、監視装置にてエンジン排ガス温度、潤滑油温度、冷却水温度等の測定変化量の傾向変化を検出し、発電装置の異常を早期に検知する方法が開示されており、またエンジンが定格出力以下で運転されている場合には、各種測定データを定格出力データに補正して傾向変化を検出するようにしている。さらに、発電装置が基準温度以外の状態で運転される場合、その状態データからその時の定格出力補正データを算出し、さらに基準温度時の測定データに補正して傾向変化を検出するようにしている。

特開平７−２０８２７０号公報 特開２００６−９０１７３号公報

上記したように、発電装置の監視方法において、エンジンや発電機の各種運転データを基に異常検知や予知を行う方法は従来より提案されている。
しかし、様々な条件下で時系列で変化する各エンジン性能が基準エンジン性能を満たしているか、また、どのレベルで経年劣化しているかを評価することは、ある時、データを机上で整理分析しない限り、評価できていないのが実状であった。
特許文献１等に記載されるように自動化された従来の方法は、瞬間における運転データが許容値を超える場合に異常と判断するものであり、許容範囲内で運転が行われている場合であっても、経年劣化が著しく次回のメンテナンスが行われる前に性能が許容範囲以下まで低下することを予知することはできなかった。
さらに、エンジンにおいては、周囲温度により吸気温度が変わり、燃焼温度や圧縮温度などに影響を及ぼすため単純に基準性能との比較はできない。同様に、エンジンの運転条件によっても測定されるデータは変化するため、単に許容値と運転データを比較して異常判断を行うことには問題が残る。

特許文献２に記載されるように、出力の異なる測定データを定格出力データに補正したり、周囲温度に基づいて測定データを補正することは有効な方法ではあるが、定格出力データに補正する際に補正係数を用いており、これは近似的に算出するのみであり正確なデータを得ることは難しく、また全ての測定データを補正することは解析装置が複雑化してしまうという問題があった。
従って、本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、発電装置が備えるエンジン性能の評価精度を高くでき、さらには、長い時系列で変化する劣化状況や故障を正確に予知することが可能な発電装置の監視方法及びシステムを提供することを目的とする。

そこで、本発明はかかる課題を解決するために、エンジンと発電機を備えた発電装置にて各種センサにより定期的に測定した測定データに基づいて、エンジンの性能評価を行う発電装置の監視方法において、
所定のエンジン吸気温度範囲が複数設定されるとともに、夫々の該吸気温度範囲毎に、発電出力に対する許容燃費率範囲の相関関係が設定されており、
前記測定データから、少なくとも吸気温度、燃費率及び発電出力からなる運転データを取得した後、該運転データから、前記エンジン吸気温度範囲で且つ所定の発電出力範囲に存在する運転データを抽出して運転データ平均値を算出し、
前記吸気温度範囲毎に、前記運転データ平均値が前記許容燃費率範囲に存在する場合にはエンジン性能が基準性能内と判断し、存在しない場合には基準性能を満たしていないと判断することを特徴とする。

本発明によれば、予め複数の吸気温度範囲を任意に設定し、この吸気温度に対応した運転データで、且つ所定の発電出力範囲に対応した運転データのみを抽出し、評価するようにしているため、適した基準性能と比較することが可能となり、評価精度を向上させることが可能である。
また、前記抽出した運転データを、さらにその範囲内にて平均化し、得られた平均値に基づいて評価を行っているため、測定データのばらつきを緩和することができ、誤った評価を下すことなく正確な評価結果を提供できる。

また、前記相関関係が、所定の発電出力範囲とこれに対応した許容燃費率範囲により形成される複数の領域からなることを特徴とする。
これにより、発電出力に対する許容燃費率範囲からなる相関関係を導き出す際に容易に行えるとともに、燃費率の評価の際にも処理が簡素化される。

また、前記相関関係が、発電出力と基準燃費率から得られる近似曲線であり、該近似曲線に対して前記基準燃費率の閾値が設定されていることを特徴とする。
これにより、全ての発電出力に対応することが可能となり、異なる発電装置にも簡単に適用でき、汎用性が向上する。
さらに、前記運転データは、所定期間収集したデータの平均値を算出することにより得られたデータであることが好ましい。

さらにまた、前記吸気温度範囲毎に前記燃費率の時系列変化から変化率を導出し、該変化率に基づいて所定時間経過後のエンジン性能を予測することを特徴とする。
これにより、所定時間経過後のエンジン性能を的確に把握することが可能となり、警報として表れる前の不具合を早期に発見できたり、長い時系列で変化する劣化状況や故障を予知することが可能となる。

また、エンジンと発電機を備えた発電装置にて各種センサにより定期的に測定した測定データに基づいて、エンジンの性能評価を行う発電装置の監視システムにおいて、
所定のエンジン吸気温度範囲が複数設定されるとともに、夫々の該吸気温度範囲毎に、発電出力に対する許容燃費率範囲の相関関係が設定された評価データベースと、
前記測定データを取得するデータ取得部と、
前記取得した測定データから、少なくとも吸気温度、燃費率及び発電出力からなる運転データを取得して蓄積する記憶部と、
前記蓄積した運転データから、前記エンジン吸気温度範囲で且つ所定の発電出力範囲に存在する運転データを抽出して運転データ平均値を算出し、前記吸気温度範囲毎に、前記運転データ平均値が前記許容燃費率範囲に存在する場合にはエンジン性能が基準性能内と判断し、存在しない場合には基準性能を満たしていないと判断する評価演算部と、を備えたことを特徴とする。

また、前記評価データベースに格納された前記相関関係が、所定の発電出力範囲とこれに対応した許容燃費率範囲により形成される複数の領域からなることを特徴とする。
また、前記評価データベースに格納された前記相関関係が、発電出力と基準燃費率から得られる近似曲線であり、該近似曲線に対して前記基準燃費率の閾値が設定されていることを特徴とする。

さらに、前記評価演算部では、前記吸気温度範囲毎に前記燃費率の時系列変化から変化率を導出し、該変化率に基づいて所定時間経過後のエンジン性能を予測することを特徴とする。
さらにまた、前記発電システムは、分散型発電システムに備えられた発電装置であり、
前記監視システムにて、複数の前記発電装置から通信回線を介して前記測定データを取得するようにしたことを特徴とする。
これによれば、遠隔地にて複数の分散型発電システムを統括的に管理することが可能となる。

以上記載のごとく本発明によれば、日々のエンジン性能が基準性能を満足しているかを容易に且つ的確に判断することができ、また警報として表れる前の不具合を早期に発見できたり、長い時系列で変化する劣化状況や故障を予知することが可能となる。これにより、事象が起きてからの人的な戻り解析でなく、事象を予知することで事故の未然防止に繋がり、メンテナンスの時期も予想することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
図１は本発明の実施例に係る評価方法を示すフロー図、図２は実施例において発電出力毎の燃費率と吸気温度の関係を示すグラフ、図３は実施例において燃費率の時系列変化を示すグラフ、図４は本発明の実施例に係る監視システムの概略構成図、図５は各吸気温度における燃費率のとエンジン負荷率（出力）の相関関係を示すグラフ、図６は燃費率の評価機構を説明する図、図７は本発明の実施例に係る燃費率の時系列変化を示すグラフである。

本実施例は、エンジンと発電機を備えた発電装置に適用され、特にコージェネレーションシステムに好適に適用できる。
また、本実施例は分散型発電装置にも適している。この場合、発電装置内に具備する監視装置若しくはその周囲に設置される監視装置にて運転データを収集し、該運転データをインターネット等の通信回線を介して遠隔地に立地する監視センタに一定時間毎に送信し、該監視センタにおいて運転データを分析、監視する。

最初に、図４を参照して本実施例の監視装置に全体構成を説明する。
同図に示されるように、発電所１には、エンジン１２と発電機１３を備えた発電装置１１と、該発電装置１１に備え付けられた各種センサを有する。センサとして、燃料消費量を検出する燃料消費量検出センサ１４、エンジンの吸気温度を検出する温度センサ１５、発電機の出力を検出する出力検出センサ１６とを少なくとも備えている。他にも、エンジン回転数、冷却水温、潤滑油圧等を検出する各種センサを備えている。

前記発電装置１１の各種センサにより測定された運転データは、一旦、該発電装置１１近傍に設置された監視装置１７に収集される。この監視装置１７では、各種センサにより定期的に測定された時系列の測定データを収集、蓄積する。
発電装置１１から遠隔地に立地する監視センタ２は、前記監視装置１７にて集計された測定データを一定時間毎に受信するデータ取得部２１と、該取得した測定データを、必要に応じて演算した後蓄積する記憶部２２と、該蓄積した運転データを分析する評価演算部２３と、該演算により導き出されたエンジン性能の評価結果を出力する出力部２４と、評価データベース２５とを備える。

監視センタ２には、評価データベース２５に予め以下の相関関係が格納されている。
即ち、所定のエンジン吸気温度範囲が複数設定されており、夫々の吸気温度範囲毎に、発電出力範囲とエンジンの許容燃費率範囲の相関関係が設定されている。尚、吸気温度についても上限閾値と下限閾値とが設けられている。
この相関関係において、発電出力範囲は、所定の発電出力値に対して上限閾値及び下限閾値からなる。また、基準燃費範囲は、基準燃費率ｂｅに対して少なくとも上限許容値からなる。尚、基準燃費率ｂｅは、基準性能を有する場合の該当発電出力値に対する燃費率である。

上記した相関関係は、複数のポイントにより設定する場合と、近似曲線により設定する場合の２通り存在する。
図５に、上記相関関係を示す。
複数のポイントにより設定する場合、Ｔ_１±１℃（ここでＴ_ｎは吸気温度、１℃は閾値の幅である）と、Ｔ_２±１℃と、Ｔ_３±１℃の３つの吸気温度範囲において、夫々所定の発電出力範囲Ｗ_１±２％（ここでＷ_ｎは発電出力値、２％は閾値の幅である）、Ｗ_２±２％が設定されている。
さらに、夫々の吸気温度範囲と発電出力範囲における許容燃費率範囲ｂｅ_１＋５％（ここでｂｅ_ｎは基準燃費率、５％は許容値の幅である）、ｂｅ_２＋５％、・・・が設定されている。

本実施例では、まず、監視センタ２の記憶部２２に蓄積された運転データから、上記した吸気温度範囲と発電出力範囲に該当する燃費率を抽出する。そして、この抽出した複数の燃費率から、所定期間内における平均値を算出する。この平均燃費率を、前記相関関係にプロットし、このプロットが前記許容燃費率範囲内に存在する場合、エンジン性能が基準性能を満足していると判断される。各吸気温度範囲−発電出力範囲の領域において、同様に、抽出した燃費率の平均値である平均燃費率をプロットし、これらの領域の少なくとも何れかから平均燃費率が逸脱した場合に、エンジン性能が基準性能を満たさず、異常や劣化していると判断される。

また、近似曲線により設定する場合、燃費率とエンジン負荷率の相関関係から得られる近似曲線を所定の吸気温度毎に複数設定しておく。
さらに、各近似曲線毎に、燃費率の許容値を設定しておく。
そして、監視センタの記憶部に蓄積された燃費率から、設定した吸気温度範囲に対応する燃費率を抽出し、該抽出した燃費率を近似曲線にプロットする。このプロットが前記許容燃費率範囲内に存在する場合、エンジン性能が基準性能を満足していると判断される。一方、プロットが許容燃費率範囲に存在しない場合、エンジン性能が基準性能を満たさず、異常や劣化していると判断される。
尚、上記した吸気温度毎の燃費率と基準出力値の相関関係は、性能試験により取得する方法、経験値から取得する方法、シミュレーションにより取得する方法などが挙げられる。

本実施例によれば、予め複数の吸気温度範囲を任意に設定し、この吸気温度に対応した運転データで、且つ所定の発電出力範囲に対応した運転データのみを抽出し、評価するようにしているため、適した基準性能と比較することが可能となり、評価精度を向上させることが可能である。
また、前記抽出した運転データを、さらにその範囲内にて平均化し、平均値に基づいて評価を行っているため、測定データのばらつきを緩和することができ、誤った評価を下すことなく正確な評価結果を提供できる。

また、本実施例において、相関関係をポイントにより設定する場合に、前記吸気温度範囲毎に前記燃費率の時系列変化から変化率を導出し、該変化率に基づいて所定時間経過後のエンジン性能を予測する機能を備えることもできる。
図６に示すように、所定の吸気温度範囲に対応した発電出力範囲内に上記の方法により抽出した運転データをプロットし、これを所定期間継続して行う。これにより、一の領域内に複数のプロットが存在することとなり、このうち燃費率の閾値を超えるものについては燃費率オーバーとなる。一方、この領域内にプロットが存在する場合、夫々１００ｈｒ経過後のデータ、・・・、２００ｈｒ経過後のデータ、・・・、３００ｈｔ経過後のデータと複数のプロットが存在する。

ここで、この領域内における時系列変化を求めると、図７のグラフが得られる。同図に示されるように、時系列に沿って比例的に燃費率が高くなり、性能が低下する。そこで、この変化率λを求め、現時点を５００ｈｒとすると、所定時間経過後、例えば次のメンテナンス時間である２０００ｈｒにおける燃費率を推定することができる。このとき、推定した燃費率が、予め設定した閾値を超える場合には、メンテナンス時間前に対処を行うようにする。
このように、本実施例によれば、所定時間経過後のエンジン性能を的確に把握することが可能となり、警報として表れる前の不具合を早期に発見できたり、長い時系列で変化する劣化状況や故障を予知することが可能となる。

ここで、図１を参照して、本実施例の監視システムによる具体的な評価フローの一例につき説明する。尚、本実施例において、数値はこれに限定されるものではない。
発電所１にて、各種センサにより発電装置１１の運転データを１秒毎に測定し、監視装置１７にて収集、蓄積する。そして、この測定データを、インターネット等の通信回線３０を介して監視センタ２に送信する。
監視センタ２では、データ取得部２１により１日／１分毎の測定データを受信し、記憶部２２に蓄積する。
そして、監視センタ２では、測定データから１分毎の燃費率ｂｅを計算する。次いで、評価データベース２５に設定された所定の発電出力範囲Ｗ_１±２％、Ｗ_２±２％、・・・のデータを選択し、その中からさらに夫々の出力範囲において吸気温度範囲Ｔ_１±１℃、Ｔ_２±１℃、Ｔ_３±１℃における運転データを選択する。

これにより、夫々の領域においてｎ数の運転データが抽出される。
ここで、発電出力範囲Ｗ_１±２％で且つ吸気温度範囲Ｔ_１±１℃に該当する運転データについて説明すると、１日分のデータ（ｎ数）による平均燃費率ｂｅ_１１（発電出力：Ｗ_１、吸気温度Ｔ_１）、評価データベース２５に格納された吸気温度毎の燃費率を基準性能値（許容燃費率範囲）と比較する（図２参照）。この運転データが、ｂｅ１の＋５％以内に存在する場合には、エンジン性能が基準性能範囲内と判断し、＋５％以上である場合には、基準性能範囲外と判断して警報等の処置を行う。
同様に、夫々の領域においても上記したフローを行い、エンジン性能を評価する。これらの評価結果のうち、少なくとも何れかが基準性能範囲外である場合には、基準性能範囲外との評価がなされる。

また、上記により抽出した運転データの時系列データを求める（図３参照）。この燃費率に関する時系列データから傾きλ_１を求め、この傾きλ_１に基づいて所定時間経過後の燃費率を求めることができる。これにより、所定時間経過後の燃費率が基準性能範囲内にあるか否かを容易に且つ的確に把握することが可能となる。

本発明の実施例に係る評価方法を示すフロー図である。 実施例において発電出力毎の燃費率と吸気温度の関係を示すグラフである。 実施例において燃費率の時系列変化を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る監視システムの概略構成図である。 各吸気温度における燃費率のとエンジン負荷率（出力）の相関関係を示すグラフである。 燃費率の評価機構を説明する図である。 本発明の実施形態に係る燃費率の時系列変化を示すグラフである。

符号の説明

１ 発電所
１１ 発電装置
１２ エンジン
１３ 発電機
１４、１５、１６ センサ
１７ 監視装置
２ 監視センタ
２１ データ取得部
２２ 記憶部
２３ 評価演算部
２４ 出力部
２５ 評価データベース

Claims (10)

1. エンジンと発電機を備えた発電装置にて各種センサにより定期的に測定した測定データに基づいて、エンジンの性能評価を行う発電装置の監視方法において、
   所定のエンジン吸気温度範囲が複数設定されるとともに、夫々の該吸気温度範囲毎に、発電出力に対する許容燃費率範囲の相関関係が設定されており、
   前記測定データから、少なくとも吸気温度、燃費率及び発電出力からなる運転データを取得した後、該運転データから、前記エンジン吸気温度範囲で且つ所定の発電出力範囲に存在する運転データを抽出して運転データ平均値を算出し、
   前記吸気温度範囲毎に、前記運転データ平均値が前記許容燃費率範囲に存在する場合にはエンジン性能が基準性能内と判断し、存在しない場合には基準性能を満たしていないと判断することを特徴とする発電装置の監視方法。
2. 前記相関関係が、所定の発電出力範囲とこれに対応した許容燃費率範囲により形成される複数の領域からなることを特徴とする請求項１記載の発電装置の監視方法。
3. 前記相関関係が、発電出力と基準燃費率から得られる近似曲線であり、該近似曲線に対して前記基準燃費率の閾値が設定されていることを特徴とする請求項１記載の発電装置の監視方法。
4. 前記運転データは、所定期間収集したデータの平均値を算出することにより得られたデータであることを特徴とする請求項１記載の発電装置の監視方法。
5. 前記吸気温度範囲毎に前記燃費率の時系列変化から変化率を導出し、該変化率に基づいて所定時間経過後のエンジン性能を予測することを特徴とする請求項１乃至４記載の発電装置の監視方法。
6. エンジンと発電機を備えた発電装置にて各種センサにより定期的に測定した測定データに基づいて、エンジンの性能評価を行う発電装置の監視システムにおいて、
   所定のエンジン吸気温度範囲が複数設定されるとともに、夫々の該吸気温度範囲毎に、発電出力に対する許容燃費率範囲の相関関係が設定された評価データベースと、
   前記測定データを取得するデータ取得部と、
   前記取得した測定データから、少なくとも吸気温度、燃費率及び発電出力からなる運転データを取得して蓄積する記憶部と、
   前記蓄積した運転データから、前記エンジン吸気温度範囲で且つ所定の発電出力範囲に存在する運転データを抽出して運転データ平均値を算出し、前記吸気温度範囲毎に、前記運転データ平均値が前記許容燃費率範囲に存在する場合にはエンジン性能が基準性能内と判断し、存在しない場合には基準性能を満たしていないと判断する評価演算部と、を備えたことを特徴とする発電装置の監視システム。
7. 前記評価データベースに格納された前記相関関係が、所定の発電出力範囲とこれに対応した許容燃費率範囲により形成される複数の領域からなることを特徴とする請求項６記載の発電装置の監視システム。
8. 前記評価データベースに格納された前記相関関係が、発電出力と基準燃費率から得られる近似曲線であり、該近似曲線に対して前記基準燃費率の閾値が設定されていることを特徴とする請求項６記載の発電装置の監視システム。
9. 前記評価演算部では、前記吸気温度範囲毎に前記燃費率の時系列変化から変化率を導出し、該変化率に基づいて所定時間経過後のエンジン性能を予測することを特徴とする請求項６乃至８記載の発電装置の監視システム。
10. 前記発電装置は、分散型発電システムに備えられた発電装置であり、
    前記監視システムにて、複数の前記発電装置から通信回線を介して前記測定データを取得するようにしたことを特徴とする請求項６乃至９の何れかに記載の発電装置の監視システム。

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