JP2014152727A - Power generating system and its control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジン等の動力源を有する発電機と電気二重層キャパシタ(EDLC)及び蓄電池とを備えた発電システム及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a power generation system including a generator having a power source such as an engine, an electric double layer capacitor (EDLC), and a storage battery, and a control method thereof.
従来、エンジン発電機等の動力源の回転動力を発電機に伝達して発電を行う発電システムが知られている。例えば、特許文献1、2がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, a power generation system that generates power by transmitting rotational power of a power source such as an engine generator to a power generator is known. For example, there are
動力源と発電機を備えた従来の発電システムでは、交流周波数生成を発電機で行っていたため、動力源の燃料効率や回転効率等の運転条件に拘わらず、発電機主体の発電システムであった。そのため、出力する交流周波数に一致した回転数を維持する制御方法が主体であり、動力回転数が交流周波数より低回転であれば、ギヤを介して交流周波数50/60Hzを維持できる1500rpm/1800rpmに合わせて発電していた。 例えば、ガスタービンエンジンでは数万回転で回転するが高回転をギヤでリダクション(減速)し、発電機の回転数付近で稼働させて発電させている。 また、動力源の制御範囲が狭い場合でかつ動力の変動が大きい場合も同様にリダクションを使用してその変動変化を小さくする工夫がなされている。 しかし、ギヤを介在させているため、ギヤが奪うエネルギーもある。また、変動抑制を運動エネルギーで行っているため、例えば、急激な変動ではブレーキ(運動エネルギー熱エネルギー変換)など、電気エネルギー以外のエネルギー変換で損失している。さらに、需要電力の急激な変動に追随することが困難である。 In the conventional power generation system equipped with a power source and a generator, the AC frequency is generated by the generator, so the power generation system is mainly a generator regardless of the operating conditions such as the fuel efficiency and rotation efficiency of the power source. . Therefore, the main control method is to maintain the rotational speed that matches the output AC frequency, and if the rotational speed of the power is lower than the AC frequency, the AC frequency can be maintained at 1500 rpm / 1800 rpm that can maintain 50/60 Hz. It was generating electricity together. For example, in a gas turbine engine, it rotates at tens of thousands of revolutions, but the high revolution is reduced (decelerated) with a gear and is operated near the number of revolutions of the generator to generate power. Further, when the control range of the power source is narrow and the fluctuation of the power is large, the device is similarly devised to reduce the fluctuation change by using reduction. However, since the gear is interposed, there is energy that the gear takes. In addition, since fluctuation suppression is performed with kinetic energy, for example, sudden fluctuations are lost due to energy conversion other than electrical energy such as braking (kinetic energy thermal energy conversion). Furthermore, it is difficult to follow a rapid fluctuation in demand power.
以上の現状に鑑み本発明は、動力源と発電機を備えた発電システム及びその制御方法において、需要電力の急激な変動に速やかに追随でき、かつ、燃料消費率ができるだけ小さくなる回転数にて効率的に動力源を駆動するように制御可能とすることを目的とする。 In view of the above-described situation, the present invention provides a power generation system including a power source and a generator, and a control method thereof, which can quickly follow rapid fluctuations in power demand and can achieve a fuel consumption rate as low as possible. It aims at enabling control to drive a power source efficiently.
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を提供する。なお、括弧内の数字は、後述する図面中の符号であり、参考のために付したものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides the following configurations. The numbers in parentheses are reference numerals in the drawings described later, and are given for reference.
本発明の態様は、動力源と前記動力源の回転動力により発電電力を出力する発電機とを具備する発電部(1)と、電気二重層キャパシタ及び蓄電池からなる充放電装置に対し発電電力の一部又は全部を充電するか又は前記充放電装置から放電させて発電電力に加える処理を行う発電電力処理部(2)と、前記発電電力処理部(2)の出力する供給電力を交流に変換して負荷に対して出力するインバータ部(3)と、前記発電部(1)、前記発電電力処理部(2)及び前記インバータ部(3)の動作を制御する制御部(4)と、を備えた発電システムであって、前記制御部(4)は、前記充放電装置からの充放電がないときの前記動力源の回転数と負荷の需要電力との対応関係を予め記憶した記憶装置(4G)と、前記動力源の稼働中において、負荷における需要電力の所定の変動幅以上の上昇を検知したとき、前記記憶装置(4G)を参照し、前記動力源の回転数を、上昇後の需要電力に対応する回転数を超える所定の増強時回転数に設定して増加させる手段と、前記動力源の回転数が上昇後の需要電力に対応する回転数に到達するまでの間、前記充放電装置から放電させ、かつ、放電においては前記電気二重層キャパシタを前記蓄電池よりも優先的に放電させる手段と、を有する。 An aspect of the present invention provides a power generation unit (1) including a power source and a generator that outputs generated power by the rotational power of the power source, and a charge / discharge device including an electric double layer capacitor and a storage battery. A generated power processing unit (2) that performs a process of charging a part or all of it or discharging from the charging / discharging device to add to the generated power, and converting the supplied power output from the generated power processing unit (2) into alternating current And an inverter unit (3) that outputs to the load, and a control unit (4) that controls the operation of the power generation unit (1), the generated power processing unit (2), and the inverter unit (3). In the power generation system provided, the control unit (4) stores in advance a correspondence relationship between the rotational speed of the power source and the demand power of the load when there is no charge / discharge from the charge / discharge device ( 4G) and during operation of the power source When an increase of the demand power in the load over a predetermined fluctuation range is detected, the storage device (4G) is referred to, and the rotational speed of the power source exceeds the rotational speed corresponding to the demand power after the increase. Means for increasing the rotational speed by setting the rotational speed, until the rotational speed of the power source reaches the rotational speed corresponding to the increased power demand, and discharging from the charging / discharging device, and in the discharge Means for preferentially discharging the electric double layer capacitor over the storage battery.
一実施例においては、前記制御部(4)は、前記動力源の回転数と燃料消費率の対応関係を前記記憶装置に予め記憶しており、前記動力源の安定時において、一定時間内の需要電力の変動幅及び平均値を計算する手段と、前記記憶装置を参照し、計算した需要電力の変動幅及び平均値に対応する前記動力源の回転数の変動幅及び平均値を取得し、前記動力源の回転数を、取得した前記動力源の回転数の変動幅内において平均値以上かつ燃料消費率が最小となる回転数に設定する手段と、を有する。 In one embodiment, the control unit (4) stores the correspondence relationship between the rotational speed of the power source and the fuel consumption rate in the storage device in advance, and within a predetermined time when the power source is stable. Means for calculating the fluctuation range and average value of demand power, and referring to the storage device, obtaining the fluctuation range and average value of the rotational speed of the power source corresponding to the calculated fluctuation range and average value of demand power; Means for setting the rotational speed of the power source to a rotational speed that is equal to or greater than an average value and has a minimum fuel consumption rate within the obtained fluctuation range of the rotational speed of the power source.
一実施例においては、前記制御部(4)は、前記動力源の始動時において、前記記憶装置を参照し、前記動力源の回転数を、待機時需要電力に対応する回転数を超える所定の需要待機回転数に設定して増加させる手段と、前記動力源の回転数が待機時需要電力に対応する回転数に到達するまでの間、前記充放電装置から放電させ、かつ、放電においては前記電気二重層キャパシタを前記蓄電池よりも優先的に放電させる手段と、を有する。 In one embodiment, the control unit (4) refers to the storage device when starting the power source, and sets the rotational speed of the power source to a predetermined value exceeding the rotational speed corresponding to the standby demand power. A means for setting and increasing the demand standby rotational speed, and until the rotational speed of the power source reaches the rotational speed corresponding to the standby demand power, discharging from the charge / discharge device, and in discharging Means for preferentially discharging the electric double layer capacitor over the storage battery.
一実施例においては、前記制御部(4)は、前記動力源の稼働中において、負荷における需要電力の所定の変動幅以内の変動を検知したとき、需要電力が発電電力を上回る場合は余剰分にて前記充放電装置を充電し、かつ、充電においては前記電気二重層キャパシタを前記蓄電池よりも優先的に充電する手段と、需要電力が発電電力を下回る場合は不足分を前記充放電装置から放電させ、かつ、放電においては前記電気二重層キャパシタを前記蓄電池よりも優先的に放電させる手段と、を有する。 In one Example, when the said control part (4) detects the fluctuation | variation within the predetermined fluctuation range of the demand electric power in load during operation of the said power source, when a demand electric power exceeds a generated electric power, it is a surplus part. The charging / discharging device is charged at the same time, and in charging, the electric double layer capacitor is preferentially charged over the storage battery, and when the demand power is lower than the generated power, the shortage is charged from the charging / discharging device. And a means for discharging the electric double layer capacitor preferentially over the storage battery in discharging.
一実施例においては、前記制御部(4)は、前記動力源の停止時において、前記動力源の回転数をゼロに設定して低減させる手段と、前記動力源の回転数がゼロに到達するまでの間、前記充放電装置を充電し、かつ、充電においては前記蓄電池を前記電気二重層キャパシタよりも優先的に充電する手段と、を有する。 In one embodiment, the control unit (4) is configured to reduce the power source by setting the rotational speed of the power source to zero when the power source is stopped, and the rotational speed of the power source reaches zero. Until the charging / discharging device is charged, and in the charging, the storage battery is preferentially charged over the electric double layer capacitor.
一実施例においては、前記制御部(4)は、負荷の需要電力の変動を、負荷周波数の上昇又は低下により検知する手段を有する。 In one embodiment, the control unit (4) has means for detecting fluctuations in the demand power of the load by increasing or decreasing the load frequency.
一実施例においては、前記制御部(4)は、系統連系する場合、系統から基準周波数及び基準電圧を取得する手段と、取得した基準周波数及び基準電圧に前記インバータ部の出力する交流の周波数及び電圧を一致させるべく前記インバータ部を制御する手段と、を有する。 In one embodiment, when the control unit (4) is connected to the grid, the control unit (4) acquires a reference frequency and a reference voltage from the grid, and an AC frequency output from the inverter unit to the acquired reference frequency and reference voltage. And a means for controlling the inverter unit to match the voltages.
本発明の別の態様は、動力源と前記動力源の回転動力により発電電力を出力する発電機とを具備する発電部(1)と、電気二重層キャパシタ及び蓄電池からなる充放電装置に対し発電電力の一部又は全部を充電するか又は前記充放電装置から放電させて発電電力に加える処理を行う発電電力処理部(2)と、前記発電電力処理部(2)の出力する供給電力を交流に変換して負荷に対して出力するインバータ部(3)と、を備えた発電システムを制御する制御方法であって、前記充放電装置からの充放電がないときの前記動力源の回転数と負荷の需要電力との対応関係を予め記憶装置(4G)に記憶させておくステップと、前記動力源の稼働中において、負荷における需要電力の所定の変動幅以上の上昇を検知したとき、前記記憶装置(4G)を参照し、前記動力源の回転数を、上昇後の需要電力に対応する回転数を超える所定の増強時回転数に設定して増加させるステップと、前記動力源の回転数が上昇後の需要電力に対応する回転数に到達するまでの間、前記充放電装置から放電させ、かつ、放電においては前記電気二重層キャパシタを前記蓄電池よりも優先的に放電させるステップと、を有する。 Another aspect of the present invention provides power generation for a power generation unit (1) including a power source and a generator that outputs generated power by the rotational power of the power source, and a charge / discharge device including an electric double layer capacitor and a storage battery. The generated power processing unit (2) that performs a process of charging a part or all of the power or discharging the charging / discharging device to add to the generated power, and the supply power output from the generated power processing unit (2) are exchanged A control method for controlling a power generation system provided with an inverter unit (3) that converts the power source into a load and outputs the load to the load, and the rotational speed of the power source when there is no charge / discharge from the charge / discharge device; The step of storing the correspondence relationship with the demand power of the load in the storage device (4G) in advance, and when the increase of the demand power in the load over a predetermined fluctuation range is detected during the operation of the power source, the storage Equipment (4G) The step of increasing the rotational speed of the power source by setting the rotational speed of the power source to a predetermined rotational speed exceeding the rotational speed corresponding to the increased power demand, and the power demand after the rotational speed of the power source is increased. Until the rotational speed corresponding to is reached, discharging from the charging / discharging device, and discharging the electric double layer capacitor preferentially over the storage battery.
一実施例においては、前記動力源の回転数と燃料消費率の対応関係を前記記憶装置に予め記憶させておくステップと、前記動力源の安定時において、一定時間内の需要電力の変動幅及び平均値を計算するステップと、前記記憶装置を参照し、計算した需要電力の変動幅及び平均値に対応する前記動力源の回転数の変動幅及び平均値を取得し、前記動力源の回転数を、取得した前記動力源の回転数の変動幅内において平均値以上かつ燃料消費率が最小となる回転数に設定するステップと、を有する。 In one embodiment, the correspondence relationship between the rotational speed of the power source and the fuel consumption rate is stored in the storage device in advance, and the fluctuation range of the demand power within a predetermined time when the power source is stable, and A step of calculating an average value, referring to the storage device, obtaining a fluctuation range and average value of the rotational speed of the power source corresponding to the calculated fluctuation range and average value of demand power, and the rotational speed of the power source Is set to a rotational speed at which the fuel consumption rate is the minimum and within the average value within the obtained fluctuation range of the rotational speed of the power source.
一実施例においては、前記動力源の始動時において、前記記憶装置を参照し、前記動力源の回転数を、待機時需要電力に対応する回転数を超える所定の需要待機回転数に設定して増加させるステップと、前記動力源の回転数が待機時需要電力に対応する回転数に到達するまでの間、前記充放電装置から放電させ、かつ、放電においては前記電気二重層キャパシタを前記蓄電池よりも優先的に放電させるステップと、を有する。 In one embodiment, when the power source is started, the storage device is referred to, and the rotational speed of the power source is set to a predetermined demand standby rotational speed that exceeds the rotational speed corresponding to the standby demand power. And increasing the number of revolutions of the power source until the number of revolutions of the power source reaches the number of revolutions corresponding to standby demand power, and discharging the electric double layer capacitor from the storage battery in discharging. And preferentially discharging.
一実施例においては、前記動力源の稼働中において、負荷における需要電力の所定の変動幅以内の変動を検知したとき、需要電力が発電電力を上回る場合は余剰分にて前記充放電装置を充電し、かつ、充電においては前記電気二重層キャパシタを前記蓄電池よりも優先的に充電するステップと、需要電力が発電電力を下回る場合は不足分を前記充放電装置から放電させ、かつ、放電においては前記電気二重層キャパシタを前記蓄電池よりも優先的に放電させるステップと、を有する。 In one embodiment, when the fluctuation within the predetermined fluctuation range of the demand power in the load is detected during operation of the power source, if the demand power exceeds the generated power, the charging / discharging device is charged with a surplus. And in charging, the step of charging the electric double layer capacitor with priority over the storage battery, and when the demand power is lower than the generated power, the shortage is discharged from the charging / discharging device, and in discharging Discharging the electric double layer capacitor preferentially over the storage battery.
一実施例においては、前記動力源の停止時において、前記動力源の回転数をゼロに設定して低減させるステップと、前記動力源の回転数がゼロに到達するまでの間、前記充放電装置を充電し、かつ、充電においては前記蓄電池を前記電気二重層キャパシタよりも優先的に充電するステップと、を有する。 In one embodiment, when the power source is stopped, the charge / discharge device is configured to reduce the rotational speed of the power source by setting it to zero and until the rotational speed of the power source reaches zero. And charging the storage battery more preferentially than the electric double layer capacitor in charging.
一実施例においては、負荷の需要電力の変動を、負荷周波数の上昇又は低下により検知するステップを有する。 In one embodiment, the method includes a step of detecting a change in power demand of the load by increasing or decreasing the load frequency.
一実施例においては、系統連系する場合、系統から基準周波数及び基準電圧を取得するステップと、取得した基準周波数及び基準電圧に前記インバータ部の出力する交流の周波数及び電圧を一致させるべく前記インバータ部を制御するステップと、を有する。 In one embodiment, in the case of grid connection, the step of acquiring a reference frequency and a reference voltage from the system, and the inverter for matching the acquired reference frequency and reference voltage with the AC frequency and voltage output from the inverter unit. Controlling the unit.
本発明の発電システム及びその制御方法では、動力源の回転数(すなわち発電電力に対応)と需要電力の対応関係を予め設定しておき、需要電力の変動があったとき、動力源の回転数の設定を増減させ、それにより発電電力が変動後の需要電力の値に到達するまでの過渡的期間に、充放電装置である電気二重層キャパシタ(EDLC)と蓄電池を充放電させて発電電力を調整する。これにより、需要電力の変動があったとき、需要電力に対応した供給電力を迅速に負荷に供給することができる。また、需要電力の変動については、特に電気二重層キャパシタの出力密度の能力を期待し、ナノ秒内での応答速度を実現する。よって、充放電においては基本的に電気二重層キャパシタを蓄電池よりも優先させる。電気二重層キャパシタでの対応範囲を超えた場合には、蓄電池が補助的に対応する。但し、停止時においては、動力源が高速回転から停止するまでの時間(数十秒から数分)の電力により蓄電池を優先的に充電する。これにより、次の動力源の始動時に、電気二重層キャパシタの放電の不足分を蓄電池により十分に補うことができ、発電電力に放電電力を加えて供給することで、始動後迅速に需要電力に対応することができる。 In the power generation system and the control method thereof according to the present invention, a correspondence relationship between the rotational speed of the power source (that is, corresponding to the generated power) and the demand power is set in advance, and when the demand power varies, the rotational speed of the power source In the transitional period until the generated power reaches the value of the demand power after fluctuation, the electric double layer capacitor (EDLC) and the storage battery, which are charge / discharge devices, are charged and discharged to reduce the generated power. adjust. Thereby, when there is a fluctuation in demand power, supply power corresponding to the demand power can be quickly supplied to the load. As for fluctuations in power demand, we expect the output density capability of electric double layer capacitors, and realize response speed within nanoseconds. Therefore, in charge / discharge, the electric double layer capacitor is basically prioritized over the storage battery. In the case where the corresponding range of the electric double layer capacitor is exceeded, the storage battery is supplementarily supported. However, at the time of stop, the storage battery is preferentially charged with electric power for a time (tens of seconds to several minutes) until the power source stops from high speed rotation. As a result, at the time of starting the next power source, the shortage of discharge of the electric double layer capacitor can be compensated sufficiently by the storage battery, and by adding the discharged power to the generated power, the supply power can be quickly obtained after the start. Can respond.
需要電力の変動を負荷周波数の変動で検知し、需要電力の変動量に応じて動力源の回転数を制御する。これにより的確な需要電力の変動を把握できる。 The fluctuation of the demand power is detected by the fluctuation of the load frequency, and the rotational speed of the power source is controlled according to the fluctuation amount of the demand power. As a result, it is possible to accurately grasp fluctuations in demand power.
系統連系した場合、負荷に供給する供給電力の周波数及び電圧は、系統から基準周波数及び基準電圧を検知してインバータを駆動することにより系統に同期させる。これにより系統連系が実現される。 In the case of grid connection, the frequency and voltage of the power supplied to the load are synchronized with the grid by detecting the reference frequency and the reference voltage from the grid and driving the inverter. Thereby, grid connection is realized.
以下、一実施例を示した図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の発電システムの一実施例を概略的かつ模式的に示した構成図である。黒矢印は、電力の流れを示し、白矢印は、検知信号、計測信号又は制御信号の流れを示している。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings showing an example.
FIG. 1 is a configuration diagram schematically and schematically showing an embodiment of a power generation system according to the present invention. Black arrows indicate the flow of power, and white arrows indicate the flow of detection signals, measurement signals, or control signals.
発電システムは、主たる構成要素として発電部1と、発電電力処理部2と、インバータ部3と、制御部4とを備えている。
The power generation system includes a
発電部1は、動力源1Aと、発電機1Bと、動力制御部1Cとを備えている。動力源1Aは、軽油やガソリン等の燃料を消費して回転動力を出力するエンジンが好適である。動力源1Aの回転動力は発電機1Bに伝達され、発電機1Bの有するタービンが回転することにより交流の発電電力を出力する。CPUを具備する動力制御部1Cは、制御部4の制御に基づいて動力源1Aの始動及び停止ならびに回転数を制御する。本システムでは、負荷5の需要電力の変動に対応して動力源1Aの回転数を制御する。
The
発電電力処理部2は、発電部1が出力した発電電力を入力され、発電電力の処理を行う。発電電力の処理として次のものがある。
(i)発電電力の一部又は全部を出力コンバータ2Cを介してそのままインバータ部3へ供給する処理。
(ii)発電電力の一部又は全部を電気二重層キャパシタ(EDLC)2F又は蓄電池2Iに充電する処理。
(iii)電気二重層キャパシタ2F又は蓄電池2Iから放電させ、発電電力と合わせて出力コンバータ2Cを介してインバータ部3へ供給する処理。
The generated
(I) A process of supplying a part or all of the generated power to the
(Ii) A process of charging a part or all of the generated power to the electric double layer capacitor (EDLC) 2F or the storage battery 2I.
(Iii) A process of discharging from the electric
整流部2Aは、交流である発電電力を整流して直流に変換する。 The rectifying unit 2A rectifies the generated power that is alternating current and converts it into direct current.
発電電力計測部2Bは、直流に変換された発電電力の電圧及び電流を計測し、計測値を制御部4へ送信する。加えて、発電電力計測部2Bは、制御部4の制御に基づいて発電電力(整流部2Aの出力)と出力コンバータ2Cとの間の接続又は遮断を切替え、また、発電電力と電気二重層キャパシタ2F又は蓄電池2Iとの間の接続又は遮断を切り替える機能も備える。
The generated
出力コンバータ2Cは、DC−DCコンバータにより構成された昇圧回路及び降圧回路を含む。制御部4の制御に基づいて、発電電力計測部2Bから送られる電力の電圧を昇圧又は降圧して適切な電圧とし、インバータ部3へ出力する。昇圧するか降圧するかの選択及び昇圧又は降圧の値は、制御部4からDC−DCコンバータのスイッチング素子にPWM信号を送信することにより行う(以下のDC−DCコンバータについても同様)。PWM制御による昇圧回路及び降圧回路については周知技術である(以下の昇降圧回路についても同様)。
The output converter 2C includes a step-up circuit and a step-down circuit configured by a DC-DC converter. Based on the control of the
EDLC充放電用コンバータ2Dは、DC−DCコンバータにより構成された昇圧回路及び降圧回路を含み、電気二重層キャパシタ2Fの充電及び放電の双方向に働き、充電電力及び放電電力のそれぞれの場合において適切な電圧及び電流に調整する。この調整は、制御部4の制御により行われる。
The EDLC charge / discharge converter 2D includes a step-up circuit and a step-down circuit constituted by a DC-DC converter, and works in both directions of charging and discharging of the electric
EDLC電流電圧計測部2Eは、電気二重層キャパシタ2Fの充電及び放電における電圧及び電流を計測し、計測値を制御部4に送信する。また、EDLC電流電圧計測部2Eは、EDLC充放電用コンバータ2Dとの接続を遮断することにより、電気二重層キャパシタ2Fの出力電圧及び出力電流を計測し、計測値を制御部4に送信する。
The EDLC current /
蓄電池充放電用コンバータ2Gは、DC−DCコンバータにより構成された昇圧回路及び降圧回路を含み、蓄電池2Iの充電及び放電の双方向に働き、充電電力及び放電電力のそれぞれの場合において適切な電圧及び電流に調整する。この調整は、制御部4の制御により行われる。
The storage battery charging / discharging
蓄電池電流電圧計測部2Hは、蓄電池2Iの充電及び放電における電圧及び電流を計測し、計測値を制御部4に送信する。また、蓄電池電流電圧計測部2Hは、蓄電池充放電用コンバータ2Gとの接続を遮断することにより、蓄電池2Iの出力電圧及び出力電流を計測し、計測値を制御部4に送信する。
The storage battery current /
電気二重層キャパシタ2Fは、システムの発電電力及び需要電力の範囲を考慮して、適切な容量を選択する。蓄電池2Iは、二次電池であり、例えば、鉛蓄電池、リチウムイオン電池等である。誘電分極により電気エネルギーを蓄積する電気二重層キャパシタ2Fは、化学反応による蓄電池2Iに比べて遙かに応答性がよく出力密度が高いため、大電流による急速な充放電に対応できる。充放電効率も高く、出力密度1kW/kgでも95%以上の出力効率が得られる。これを利用して本システムでは、負荷5の需要電力に対して発電電力の不足時には電気二重層キャパシタ2Fから優先的に放電させ、発電電力余剰時には電気二重層キャパシタ2Fに優先的に充電させることで、需要電力の変動に速やかに対応できる。本システムにおける蓄電池2Iは、基本的に電気二重層キャパシタ2Fの補助的な役割を果たすものである。
The electric
なお、本明細書では、電気二重層キャパシタ2F及び蓄電池2Iをまとめて「充放電装置」と称することとする。
In the present specification, the electric
本システムでは、負荷5の需要電力の変動に対し、2つの対応手段を備えている。第1の対応手段としては、動力源1Aの回転数を増減制御することで発電電力を増減して負荷への供給電力を調整する。第2の対応手段としては、発電電力の一部又は全部を電気二重層キャパシタ2F若しくは蓄電池2Iに充電し、又は、これらから放電させて発電電力に加えることで負荷への供給電力を調整する。本システムは、これら2つの対応手段を組み合わせることにより、供給電力が負荷の需要電力の変動に速やかに追随できるように動力源の回転数及び充放電装置の充放電を調整している。
In this system, two countermeasures are provided for fluctuations in power demand of the
インバータ部3は、発電電力処理部2の出力コンバータ2Cから直流電力を入力される。インバータ部3は、制御部4の制御に基づいて、入力された直流電力を所定の電圧及び周波数の交流電力に変換し、負荷5に対する供給電力として出力する。
The
負荷5の需要電力は、基本的に本システムの供給電力によって賄われる。一方、実施例の本システムは系統6と連系しており、本システムの供給電力が負荷5の需要電力を賄えなくなった場合に系統6から電力供給される。
The power demand of the
この実施例では、負荷5に対する供給電力の電圧と周波数を、系統6に同期させている。これを実現するために、本システムでは、制御部4が系統6の系統電力をサンプリングし、系統周波数と系統電圧を取得している。制御部4は、系統周波数及び系統電圧をそれぞれ基準周波数及び基準電圧とし、これに同期させるようにインバータ3を制御する。以下、系統連系させた場合の実施例を説明するが、独立型電源のように系統連系させない場合、基準周波数及び基準電圧を独自に設定してもよい。
In this embodiment, the voltage and frequency of power supplied to the
また、本システムでは、負荷5における需要電力の変動を検知するために、負荷5における周波数をサンプリングしている。負荷5における需要電力が上昇して供給電力が不足した場合、負荷5の周波数が基準周波数よりも低下する。一方、負荷5における需要電力が低下して供給電力が過剰となった場合、負荷5の周波数が基準周波数よりも上昇する。負荷周波数が基準周波数よりも低下したときは、動力源の回転数の増加及び/又は充放電装置の放電により供給電力を増強することにより負荷周波数を基準周波数に戻す。一方、負荷周波数が基準周波数よりも上昇したときは、動力源の回転数の低減及び/又は充放電装置の充電により供給電力を低減することにより負荷周波数を基準周波数に戻す。このように負荷周波数の低下又は上昇を検知し、低下量またな上昇量に基づいて需要電力の変化量を計算し、動力源の回転数制御及び/又は充放電装置の充放電制御により供給電力を調整する。
Further, in the present system, the frequency at the
図2は、図1と同じ本発明の発電システムを示し、特に、インバータ部3及び制御部4を詳細に示した構成図である。
FIG. 2 shows the same power generation system of the present invention as in FIG. 1, and in particular, a configuration diagram showing the
インバータ部3に入力される供給電力は、充放電装置が充放電を行っていない場合は発電電力のみとなる。充放電装置に放電させている場合、供給電力は、発電電力に放電電力を加えたものとなる。一方、充放電装置に充電している場合、供給電力は、発電電力から充電電力を減じたものとなる。
The supplied power input to the
制御部4は、主要構成要素としてCPU4A、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)4B、比較器4C、論理回路4D及び駆動回路4Eを有する。CPU4Aは、負荷5から負荷周波数の検知信号を、系統6から基準周波数及び基準電圧の検知信号を受信する(通常、ここでの検知信号はサンプリングを意味し、実際の周波数及び電圧の解析はCPUで行う)。また、CPU4Aは、発電電力処理部2から上述した各計測値を受信する。さらに、CPU4Aは、発電部1の動力源の回転数の制御、発電電力処理部2の充放電装置の充放電の制御及びインバータ部3の駆動制御を行う。
The
CPU4Aは、例えば、ワンチップマイクロプロセッサであるPIC(Peripheral interface controller)により構成できる。CPU4Aは、検知した系統の基準周波数及び基準電圧に基づいて、DSP4Bに対し同じ周波数の目標正弦波Vrefと、同じ電圧を生成するための変調波(高調波)Vtとを生成させる。目標正弦波Vrefと、変調波(高調波)Vtは比較器4Cに入力され、比較器4CはPWM波形を出力する。論理回路4Dは、PWM波形に基づいてインバータ部3のスイッチング素子TR1、TR2、TR3、TR4のゲートを駆動する駆動回路に制御信号を出力する。駆動回路は、交流の正の半サイクル用と負の半サイクル用がある。このようなPWM制御自体は周知技術である。
The
CPU4は、制御に必要な情報を予め記憶しておくための記憶装置4Gを有する。記憶装置4Gは、半導体メモリ等の外部記憶装置である。
The
インバータ部3は、正の半サイクル用と負の半サイクル用の2対のスイッチング素子とLC平滑回路とを有する。インバータ部3のスイッチング素子TR1、TR2、TR3、TR4としては、MOS−FET又はIGBT等のトランジスタを用いる。一例として、発電電力処理部2から入力される供給電力の電圧に耐えうるように、インバータ部3を複数並列に設けることが、好適である。インバータ部3を複数並列に設ける場合、1つのインバータ回路において、スイッチング素子としてSIC−SBD(炭化ケイ素ダイオード)を用い、かつ設計出力電力の60%以内の電流量となるように構成し、高速応答、高耐電圧性能の回路とすることが、さらに好適である。これら複数並列に設けたインバータ回路3を同時に制御し、必要な数のインバータ回路3を駆動して調整し、高効率の供給電力に対応できるようにすることが、好適である。
The
図3のグラフの太い点線は、動力源回転数R(横軸)と、動力源出力すなわち発電電力G(左の縦軸)との関係を示した曲線である。また、動力源回転数Rと、需要電力D(右の外側の縦軸)との対応関係も示している。この動力源回転数Rと需要電力Dとの対応関係は、図1に示した充放電装置による充放電がない場合の対応関係である。すなわち、右の縦軸の需要電力Dは、左の縦軸の発電電力Gがそのまま供給電力として負荷に供給され、負荷で需要される場合の需要電力である。 The thick dotted line in the graph of FIG. 3 is a curve showing the relationship between the power source rotational speed R (horizontal axis) and the power source output, that is, the generated power G (left vertical axis). In addition, the correspondence relationship between the power source rotational speed R and the demand power D (right outer vertical axis) is also shown. The correspondence relationship between the power source rotational speed R and the demand power D is a correspondence relationship when there is no charging / discharging by the charging / discharging device shown in FIG. That is, the demand power D on the right vertical axis is the power demand when the generated power G on the left vertical axis is supplied to the load as the supplied power as it is and is demanded by the load.
動力源回転数Rと、充放電電力がない場合の需要電力Dとの対応関係は、図2に示した制御部4の記憶装置4Gに予め記憶されている。例えば、動力源回転数R(s0)の点は、需要電力D(s0)の点と対応し、動力源回転数R(max)の点は、需要電力D(max)の点と対応している。このように、図3のグラフにおいて、横軸の動力源回転数Rの所定の点から上方に延びる直線と発電電力Gの曲線が交わる点から水平に延びる直線が、縦軸の需要電力Dと交わる点が、対応する需要電力Dの点である。
The correspondence relationship between the power source rotational speed R and the demand power D when there is no charge / discharge power is stored in advance in the
さらに制御において用いるために、需要電力Dの範囲には、始動時需要電力範囲、通常電力範囲、及び高需要電力範囲を設定し、これらの範囲についても記憶装置4Gに予め記憶されている。
Further, for use in control, a demand power range at start, a normal power range, and a high demand power range are set in the range of demand power D, and these ranges are also stored in the
図3のグラフの太い実線は、エンジン発電機における動力源回転数Rとエンジンの燃料消費率F(右の内側の縦軸)の関係を示した曲線である。燃料消費率とは、エンジンの発生する機械エネルギーに対する消費燃料の割合をいい、一般にg/kWhという単位を用いて表される。動力源回転数Rの範囲内に燃料消費率Fが最小となる動力源回転数R(Fmin)の最小点が存在する。低回転数域及び高回転数域では燃料消費率Fが大きくなっている。エンジンの種類によって、燃料消費率Fが最小となる動力源回転数R(Fmin)はほぼ決まっている。本発明では、この燃料消費率Fが最小となる動力源回転数R(Fmin)の存在を考慮した動力源回転数の制御を行う。詳細は後述するフロー図で説明する。 The thick solid line in the graph of FIG. 3 is a curve showing the relationship between the power source rotational speed R in the engine generator and the fuel consumption rate F of the engine (right inner vertical axis). The fuel consumption rate refers to the ratio of fuel consumption to mechanical energy generated by the engine, and is generally expressed in units of g / kWh. Within the range of the power source rotational speed R, there is a minimum point of the power source rotational speed R (Fmin) at which the fuel consumption rate F is minimum. The fuel consumption rate F is large in the low speed range and the high speed range. Depending on the type of engine, the power source rotational speed R (Fmin) at which the fuel consumption rate F is minimized is almost determined. In the present invention, the power source rotational speed is controlled in consideration of the existence of the power source rotational speed R (Fmin) at which the fuel consumption rate F is minimized. Details will be described with reference to a flowchart described later.
図3中の各符号については、後述するフロー図の説明において参照する。
以下の説明では、電気二重層キャパシタを「EDLC」と称することとする。
Each reference numeral in FIG. 3 will be referred to in the description of the flowchart described later.
In the following description, the electric double layer capacitor is referred to as “EDLC”.
図4は、本システムにおける動力源出力すなわち発電電力Gの変化(実線)と、実際の需要電力Dの変化(点線)の一例を示す図である。本システムでは、負荷の需要電力に対して供給電力が速やかに対応するので、需要電力Dの変化は供給電力の変化でもある。供給電力と発電電力Gは次の関係にある。
(i)充放電装置からの充放電がない場合
供給電力=発電電力
(ii)充放電装置から放電させる場合
供給電力=発電電力+放電電力
(iii)充放電装置を充電する場合
供給電力=発電電力−充電電力
FIG. 4 is a diagram showing an example of a change in power source output, that is, generated power G (solid line) and an actual change in demand power D (dotted line) in this system. In this system, the supply power quickly responds to the demand power of the load, so the change in the demand power D is also a change in the supply power. Supply power and generated power G have the following relationship.
(I) When there is no charge / discharge from the charge / discharge device Supply power = Generated power (ii) When discharged from the charge / discharge device Supply power = Generated power + Discharge power (iii) When charging / discharge device is charged Supply power = Power generation Power-Charging power
図4の例では、時間の経過に伴ってシステムの稼働状況が、始動時、需要待機時、通常発電電力時、最大発電電力増強時、最大発電電力時、停止時と変遷したパターンを示している。通常電力発電時の間には、需要電力の変動に従って、発電電力増強時、発電電力安定時、発電電力低減時が含まれている。もちろん、変遷のパターンはこれに限られず多様である。 The example in FIG. 4 shows a pattern in which the operating status of the system has changed over time, such as when starting, when waiting for demand, when generating normal power, when increasing maximum generated power, when generating maximum power, and when stopping. Yes. During normal power generation, according to fluctuations in demand power, when generated power is increased, when generated power is stabilized, and when generated power is reduced. Of course, the pattern of transition is not limited to this and is diverse.
始動時における発電電力は、動力源の回転数増加に伴って増えるが、実線で示す発電電力の増加の傾きは、始動時における負荷の需要電力の急激な増加(突入電流等)に追随できない。従って、充放電装置からの放電により、発電電力の不足分を補う。本システムにおいては、充放電装置からの放電は、先ず応答の速いEDLCを優先させ、EDLCが放電不能となったならば蓄電池からの放電を開始する。ここで、EDLCは自己放電しやすいために、通常、始動時には充電量が満充電状態から低下している。EDLCが放電不能になった場合、直ちに蓄電池に切り替えて放電させる。蓄電池は、前回運転の停止時に優先的に充電される(停止時のみ蓄電池の充電を優先)ため、始動時には十分に充電されている。従って、始動時においては、主として蓄電池からの放電電力によりインバータの駆動を開始し、負荷への供給電力を担う。 Although the generated power at the time of starting increases with an increase in the number of revolutions of the power source, the slope of the increase in the generated power indicated by the solid line cannot follow the rapid increase in demand power (inrush current, etc.) of the load at the time of starting. Therefore, the shortage of generated power is compensated by the discharge from the charging / discharging device. In this system, the discharge from the charging / discharging device gives priority to the EDLC having a quick response, and starts discharging from the storage battery when the EDLC cannot be discharged. Here, since the EDLC is easily self-discharged, the charge amount is usually lowered from the fully charged state at the start. When the EDLC becomes incapable of discharging, it is immediately switched to a storage battery and discharged. Since the storage battery is preferentially charged when the previous operation is stopped (the storage battery is given priority only when the operation is stopped), the storage battery is sufficiently charged at the start. Therefore, at the time of start-up, driving of the inverter is started mainly by the discharge power from the storage battery, and the power supplied to the load is borne.
動力源の回転数が待機時需要電力に対応する回転数R(s0)に到達すると放電を停止する。さらに回転数R(s0)を超えると、発電電力の余剰分による充放電装置の充電を行う。本システムにおいては、充放電装置への充電は、EDLCを優先させ、EDLCが満充電状態となったならば蓄電池への充電を行う。このように、蓄電池は、充放電においてEDLCの補助的役割を果たす。 When the rotational speed of the power source reaches the rotational speed R (s0) corresponding to the standby power demand, the discharge is stopped. When the rotational speed R (s0) is further exceeded, the charging / discharging device is charged with the surplus generated power. In this system, charge to the charging / discharging device gives priority to EDLC, and when the EDLC becomes fully charged, the storage battery is charged. Thus, the storage battery plays an auxiliary role for EDLC in charging and discharging.
図5は、始動時における制御フローの一例を示す概略的な流れ図である。説明においては図1〜図4も参照する(以下の流れ図においても同様)。 FIG. 5 is a schematic flowchart showing an example of a control flow at the time of starting. 1 to 4 are also referred to in the description (the same applies to the following flowcharts).
ステップ101において、図3及び図4の需要待機回転数R(s1)を目標回転数に設定して、動力源の回転数をゼロから増加させ始める。需要待機回転数R(s1)は、待機時需要電力D(s0)に対応する回転数R(s0)を超える所定の回転数である。待機時とは、例えばアイドリング状態のように負荷が本格的な電力消費を開始していない状態である。ここでは、待機時の需要電力を「待機時需要電力」と称し、待機時の動力源回転数を「需要待機回転数」と称している。動力源の回転数の増加と共に、発電電力が増加する。
In
ステップ102において、インバータ部への供給電力(当初は発電電力のみ、放電開始後は発電電力+放電電力)がインバータ部を駆動可能な電力に到達したか否かを判断する。到達していない場合は、ステップ103において先ずEDLCから放電し、EDLCが放電不能となったならば、ステップ104で蓄電池から放電する。上述した通り、始動時にはEDLCよりも蓄電池からの放電電力が主となる。充放電装置からの放電により、供給電力は発電電力に放電電力を加えた量となる。放電電力の量は、発電電力の不足分を補う量とする。従って、発電電力の増加に伴い、放電電力を減少させるように制御する。
In
ステップ102において供給電力がインバータ部を駆動可能な電力に到達したならば、ステップ105でインバータ部の駆動を開始する。これにより、負荷に対して供給電力が供給される。インバータ部の駆動は、図13に示す停止時の制御フローで停止されるまで運転期間中継続される。インバータ部の制御については、図6において説明する。
If the supplied power reaches the power that can drive the inverter unit in
インバータ部の駆動後、ステップ106において、発電電力が需要電力に到達したか否かを判断する。到達していない場合は、ステップ107において蓄電池からの放電を継続する。到達したならば、ステップ108において放電を停止する。この時点の動力源の回転数は、図3のR(s0)であり、待機時需要電力に対応する回転数である。一方、設定した需要待機回転数R(s1)はR(s0)より上であるので、動力源の回転数はさらに増加し、発電電力は増加し、余剰分が発生する。
After driving the inverter unit, in step 106, it is determined whether the generated power has reached the demand power. If not reached, the discharge from the storage battery is continued in
ステップ109において、発電電力の余剰分により先ずEDLCを充電し、さらに余剰分があればステップ110において、蓄電池を充電する。
In
ステップ111において、動力源の回転数が需要待機回転数R(s1)に到達したか否かを判断する。動力源の回転数が需要待機回転数R(s1)に到達していなければ充電を継続し、到達したならば、ステップ112において動力源の回転数を需要待機回転数R(s1)に維持する。その後、図7の需要待機時の制御フローへ進む。
In step 111, it is determined whether or not the rotational speed of the power source has reached the demand standby rotational speed R (s1). If the rotational speed of the power source has not reached the demand standby rotational speed R (s1), charging is continued. If the rotational speed has reached, the rotational speed of the power source is maintained at the demand standby rotational speed R (s1) in
図6は、インバータ部の駆動中の制御フローの一例を概略的に示す流れ図である。
ステップ201において、系統電力をサンプリングする。ステップ202において、サンプリングした系統電力の周波数及び電圧を、基準周波数及び基準電圧として取得する。ステップ203において、基準周波数の正弦波及び基準電圧に基づく変調波を生成し、これらからPWM波形を生成する。ステップ204において、PWM波形によりスイッチング素子を駆動し、基準周波数及び基準電圧と同じ周波数及び電圧をインバータ部から出力させる。この制御フローを繰り返すことにより、常に基準周波数及び基準電圧と同じ周波数及び電圧にて負荷に供給電力を供給する。
FIG. 6 is a flowchart schematically showing an example of a control flow during driving of the inverter unit.
In
図7は、需要待機時における制御フローの一例を示す概略的な流れ図である。
ステップ301において、動力源の回転数を需要待機点R(s1)に維持することを継続する。ステップ302において、負荷から検知した負荷周波数と、系統の基準周波数とが一致しているかを判断する。需要電力は、変動量の大小はあっても常に変動しているものであるから、ここでは、一定時間内の変動幅が所定の変動幅以内であれば負荷周波数と基準周波数とが一致しているとみなす。
FIG. 7 is a schematic flowchart showing an example of a control flow during demand standby.
In
負荷周波数と基準周波数が一致していれば、ステップ303において、発電電力が需要電力を上回っているか否かを判断する。発電電力が需要電力を上回っている場合は、ステップ304及び305において余剰電力によりEDLC及び蓄電池を充電する。発電電力が需要電力を上回っていない場合は、ステップ302に戻る。この例では、需要待機回転数R(s1)を待機時需要電力に対応する回転数R(s0)より上に設定しているので、発電電力が需要電力を下回ることはほとんどない、と想定している。
If the load frequency matches the reference frequency, it is determined in
ステップ302において、負荷周波数が基準周波数と一致していない場合(この例では需要電力上昇を想定)は、ステップ306において、負荷周波数の低下量から上昇後の需要電力を計算する。ステップ307において、計算した上昇後の需要電力が、通常需要電力範囲であるか、又は、高需要電力範囲であるかを判断する。この判断は、予め記憶装置に記憶された需要電力の各範囲の設定を参照して行う。通常需要電力範囲である場合は、図8の通常需要電力範囲の発電電力増強時の制御フローに進む。高需要電力範囲である場合は、図11の最大発電電力増強時の制御フローに進む。
If the load frequency does not match the reference frequency in step 302 (assuming an increase in demand power in this example), in
図8は、通常需要電力範囲の発電電力増強時の制御フローの一例を示す概略的な流れ図である。 FIG. 8 is a schematic flowchart showing an example of a control flow when the generated power is increased in the normal demand power range.
ステップ401において、上昇後の需要電力に対応する回転数を超える所定の増強時回転数を目標として回転数の増加を開始する。発電電力は動力源の回転数の増加と共に増加する。
In
ステップ402において、発電電力が需要電力に到達したか否かを判断する。到達していない場合は、ステップ403において先ずEDLCから放電し、EDLCが放電不能となったならば、ステップ404で蓄電池から放電する。EDLCからの迅速な放電により供給電力が需要電力に即座に対応することができる。ステップ402において、発電電力が上昇後の需要電力に到達したならば、ステップ405において放電を停止する。設定した所定の増強時回転数は、上昇後の需要電力に対応する回転数より上であるので、動力源の回転数はさらに増加し、発電電力は増加し、余剰分が発生する。
In
ステップ406おいて、発電電力の余剰分により先ずEDLCを充電し、さらに余剰分があればステップ407において、蓄電池を充電する。
In
ステップ408において、動力源の回転数が設定した所定の増強時回転数に到達したか否かを判断する。動力源の回転数が所定の増強時回転数に到達していなければ充電を継続し、到達したならば、ステップ409において動力源の回転数を維持する。その後、図9A及び図9Bの発電電力安定時の制御フローへ進む。
In
図9A及び図9Bは、発電電力安定時の制御フローの一例を示す概略的な流れ図である。ここでは特に、図3を参照して説明する。 9A and 9B are schematic flowcharts showing an example of a control flow when the generated power is stable. In particular, the description will be given with reference to FIG.
ステップ501において、一定時間内の需要電力変動幅及び需要電力平均値を計算する。図3では、需要電力変動幅の2つの例としてΔD(A)とΔD(B)を示し、需要電力平均値の2つの例としてD(Aave)とD(Bave)を示している。次に、ステップ502において、需要電力変動幅及び需要電力平均値にそれぞれ対応する動力源回転数の変動幅及び動力源回転数の平均値を記憶装置から取得する。図3では、動力源回転数の変動幅の2つの例としてΔR(A)とΔR(B)を示し、動力源回転数の平均値としてR(Aave)とR(Bave)を示している。
In
続いて、ステップ503において、動力源回転数を設定する。設定方法は、取得した動力源回転数の変動幅内において、動力源回転数の平均値以上かつ燃料消費率(図3のF)が最小となる点とする。この点に動力源回転数を維持することにより、効率のよい運転をすることができる。図3では、動力源回転数の変動幅がΔR(A)の場合、平均値R(Aave)以上の回転数範囲で燃料消費率Fが最小となる点は、変動幅ΔR(A)の最大点R(Amax)である。よって、この場合、動力源を回転数R(Amax)に設定する。一方、動力源回転数の変動幅がΔR(B)の場合、平均値R(Bave)以上の回転数範囲で燃料消費率Fが最小となる点は、平均値R(Bave)である。よって、この場合、動力源を回転数R(Bave)に設定する。
Subsequently, in
ステップ504において、負荷から検知した負荷周波数と系統から取得した基準周波数とが一致しているかを判断する。需要電力は変動量の大小はあっても常に変動しているものであるから、一定時間内に所定の変動幅以内であれば負荷周波数と基準周波数とが一致しているとみなす。
In
負荷周波数と基準周波数が一致していれば、ステップ505において、発電電力が需要電力を上回っているか否かを判断する。発電電力が需要電力を上回っている場合は、ステップ506及び507において余剰電力によりEDLC及び蓄電池を充電する。発電電力が需要電力を下回っている場合は、ステップ508、509においてEDLC及び蓄電池を放電して発電電力を補充する。このような制御により発電電力安定時の運転を行う。
If the load frequency matches the reference frequency, it is determined in
ステップ504において、負荷周波数が基準周波数と一致していない場合は、図9Bのステップ510へ進む。ステップ510において、負荷周波数の変化量から変化後の需要電力を計算する。ステップ511において、需要電力の変化が上昇であるか、低下であるかを判断する。上昇である場合は、ステップ512において、計算した上昇後の需要電力が、通常需要電力範囲であるか、又は、高需要電力範囲であるかを判断する。通常需要電力範囲である場合は、図8の通常需要電力範囲の発電電力増強時の制御フローに進む。高需要電力範囲である場合は、図11の最大発電電力増強時の制御フローに進む。一方、ステップ511において、需要電力の変化が低下である場合は、図10の発電電力低減時の制御フローへ進む。
If the load frequency does not match the reference frequency in
図10は、発電電力低減時の制御フローの一例を示す概略的な流れ図である。
ステップ601において、計算した低下後の需要電力に対応する回転数を超える所定の低減時回転数を目標として動力源の回転数の低減を開始する。動力源の回転数の低減中は、発電電力が需要電力を上回っているので、余剰電力によりステップ602、ステップ603において、EDLC及び蓄電池の充電を行う。これにより、発電電力から充電電力が減じられる結果、供給電力は速やかに需要電力に到達する。ステップ602において、動力源の回転数が低減時回転数に到達したか否かを判断する。到達したならば、図9A及び図9Bの発電電力安定時の制御フローへ進む。
FIG. 10 is a schematic flowchart showing an example of a control flow when the generated power is reduced.
In
図11は、最大発電電力増強時の制御フローの一例を示す概略的な流れ図である。
ステップ701において、最大回転数を目標として回転数の増加を開始する。発電電力は動力源の回転数の増加と共に増加する。
FIG. 11 is a schematic flowchart showing an example of a control flow at the time of increasing the maximum generated power.
In
ステップ702において、発電電力が上昇後の需要電力に到達したか否かを判断する。到達していない場合は、ステップ703において先ずEDLCから放電し、EDLCが放電不能となったならば、ステップ704で蓄電池から放電する。EDLCからの迅速な放電により供給電力が需要電力に即座に対応することができる。ステップ702において、発電電力が上昇後の需要電力に到達したならば、ステップ705において放電を停止する。設定した最大回転数は、上昇後の需要電力に対応する回転数より上である(需要電力に対応する回転数が最大回転数である場合は、ステップ709に進む)ので、動力源の回転数はさらに増加し、発電電力は増加し、余剰分が発生する。
In
ステップ706おいて、発電電力の余剰分により先ずEDLCを充電し、さらに余剰分があればステップ707において、蓄電池を充電する。
In
ステップ708において、動力源の回転数が最大回転数に到達したか否かを判断する。動力源の回転数が最大回転数に到達していなければ充電を継続し、到達したならば、ステップ709において動力源の回転数を最大回転数に維持する。その後、図12の最大発電電力時の制御フローへ進む。
In
図12は、最大発電電力時の制御フローの一例を示す概略的な流れ図である。
ステップ801において、動力源の回転数を最大出力点R(max)に維持することを継続する。ステップ802において、負荷から検知した負荷周波数と系統の基準周波数とが一致しているかを判断する。一定時間内に所定の変動幅以内であれば負荷周波数と基準周波数とが一致しているとみなす。
FIG. 12 is a schematic flowchart showing an example of a control flow at the time of maximum generated power.
In step 801, the rotation of the power source is continuously maintained at the maximum output point R (max). In
負荷周波数と基準周波数が一致していれば、ステップ803において、発電電力の余剰分によりEDLC及び蓄電池を充電する(但し、需要電力が最大発電電力の場合は、余剰分がないので充電は行わない)。
If the load frequency matches the reference frequency, in
ステップ802において、負荷周波数が基準周波数と一致していない場合は、需要電力が低下して負荷周波数が上昇した場合であるから、図10の発電電力低減時の制御フローへ進む(または、停止時の制御フローに進む場合もある)。
In
図13は、停止時の制御フローの一例を示す概略的な流れ図である。
ステップ901において、回転数ゼロを目標として動力源の回転数の低減を開始する。ステップ901において、インバータ部の駆動を停止し、負荷への電力の供給を停止する。これにより、発電電力の全部を充放電装置の充電に向けることができる。停止時には蓄電池の充電を優先させる。蓄電池は次回の始動時までの停止期間にも充電状態を維持しやすいためである。ステップ903において蓄電池を充電し、蓄電池が満充電状態となりさらに発電電力がある場合は、ステップ904でEDLCを充電する。
FIG. 13 is a schematic flowchart illustrating an example of a control flow at the time of stopping.
In
ステップ905において、動力源の回転数がゼロとなったか否かを判断する。ゼロとなっていない場合は充電を継続する。ゼロとなったならば終了する。
In
以上、エンジンを動力源とするエンジン発電機を備えた発電システムを例として説明したが、動力源は、回転動力を生成するものであればエンジン発電機以外のものでもよい。 The power generation system including the engine generator using the engine as a power source has been described above as an example. However, the power source may be other than the engine generator as long as it generates rotational power.
1 発電部
1A 動力源
1B 発電機
1C 動力制御部
2 発電電力処理部
2A 整流部
2B 発電電力計測部
2C 出力コンバータ
2D EDLC充放電用コンバータ
2E EDLC電流電圧計測部
2F 電気二重層キャパシタ(EDLC)
2G 蓄電池充放電用コンバータ
2H 蓄電池電流電圧計測部
2I 蓄電池
3 インバータ部
TR1、TR2、TR3、TR4 スイッチング素子
L 誘導素子
C 容量素子
4 制御部
4A CPU
4B デジタルシグナルプロセッサ(DSP)
4C 比較器
4D 論理回路
4E 駆動回路
4G 記憶装置
5 負荷
6 系統
DESCRIPTION OF
2G storage battery charge /
4B Digital signal processor (DSP)
4C comparator
Claims (14)
電気二重層キャパシタ及び蓄電池からなる充放電装置に対し発電電力の一部又は全部を充電するか又は前記充放電装置から放電させて発電電力に加える処理を行う発電電力処理部(2)と、
前記発電電力処理部(2)の出力する供給電力を交流に変換して負荷に対して出力するインバータ部(3)と、
前記発電部(1)、前記発電電力処理部(2)及び前記インバータ部(3)の動作を制御する制御部(4)と、を備えた発電システムであって、
前記制御部(4)は、
前記充放電装置からの充放電がないときの前記動力源の回転数と負荷の需要電力との対応関係を予め記憶した記憶装置(4G)と、
前記動力源の稼働中において、負荷における需要電力の所定の変動幅以上の上昇を検知したとき、前記記憶装置(4G)を参照し、前記動力源の回転数を、上昇後の需要電力に対応する回転数を超える所定の増強時回転数に設定して増加させる手段と、
前記動力源の回転数が上昇後の需要電力に対応する回転数に到達するまでの間、前記充放電装置から放電させ、かつ、放電においては前記電気二重層キャパシタを前記蓄電池よりも優先的に放電させる手段と、を有することを特徴とする
発電システム。 A power generation unit (1) comprising a power source and a generator that outputs generated power by the rotational power of the power source;
A generated power processing unit (2) that performs a process of charging a part or all of the generated power with respect to the charge / discharge device including the electric double layer capacitor and the storage battery or discharging the charge / discharge device from the charge / discharge device and adding the generated power to the generated power,
An inverter unit (3) that converts supply power output from the generated power processing unit (2) into alternating current and outputs it to a load;
A control unit (4) for controlling the operation of the power generation unit (1), the generated power processing unit (2) and the inverter unit (3),
The control unit (4)
A storage device (4G) that stores in advance the correspondence between the rotational speed of the power source and the demand power of the load when there is no charge / discharge from the charge / discharge device;
While the power source is in operation, when the increase in demand power in the load is detected to be greater than a predetermined fluctuation range, the storage device (4G) is referred to and the rotational speed of the power source corresponds to the increased power demand Means for setting and increasing a predetermined number of revolutions at an increase exceeding the number of revolutions to be performed;
The charge / discharge device is discharged until the rotation speed of the power source reaches the rotation speed corresponding to the increased power demand, and the electric double layer capacitor is given priority over the storage battery in discharging. A power generation system comprising: means for discharging.
前記動力源の回転数と燃料消費率の対応関係を前記記憶装置に予め記憶しており、
前記動力源の安定時において、一定時間内の需要電力の変動幅及び平均値を計算する手段と、
前記記憶装置を参照し、計算した需要電力の変動幅及び平均値に対応する前記動力源の回転数の変動幅及び平均値を取得し、前記動力源の回転数を、取得した前記動力源の回転数の変動幅内において平均値以上かつ燃料消費率が最小となる回転数に設定する手段と、を有することを特徴とする
請求項1に記載の発電システム。 The control unit (4)
The correspondence relationship between the rotational speed of the power source and the fuel consumption rate is stored in advance in the storage device,
Means for calculating a fluctuation range and an average value of power demand within a predetermined time when the power source is stable;
Referring to the storage device, obtain the fluctuation range and average value of the rotational speed of the power source corresponding to the calculated fluctuation range and average value of demand power, and determine the rotational speed of the power source of the acquired power source. 2. The power generation system according to claim 1, further comprising: a rotation speed that is equal to or higher than an average value and has a minimum fuel consumption rate within a fluctuation range of the rotation speed.
前記動力源の始動時において、前記記憶装置を参照し、前記動力源の回転数を、待機時需要電力に対応する回転数を超える所定の需要待機回転数に設定して増加させる手段と、
前記動力源の回転数が待機時需要電力に対応する回転数に到達するまでの間、前記充放電装置から放電させ、かつ、放電においては前記電気二重層キャパシタを前記蓄電池よりも優先的に放電させる手段と、を有することを特徴とする
請求項1又は2に記載の発電システム。 The control unit (4)
Means for increasing the rotational speed of the power source by setting the rotational speed of the power source to a predetermined demand standby rotational speed exceeding the rotational speed corresponding to the standby power demand at the time of starting the power source;
The charging / discharging device is discharged until the rotational speed of the power source reaches the rotational speed corresponding to the standby demand power, and the electric double layer capacitor is preferentially discharged over the storage battery in discharging. The power generation system according to claim 1, further comprising:
需要電力が発電電力を上回る場合は余剰分にて前記充放電装置を充電し、かつ、充電においては前記電気二重層キャパシタを前記蓄電池よりも優先的に充電する手段と、
需要電力が発電電力を下回る場合は不足分を前記充放電装置から放電させ、かつ、放電においては前記電気二重層キャパシタを前記蓄電池よりも優先的に放電させる手段と、を有することを特徴とする
請求項1〜3のいずれかに記載の発電システム。 When the control unit (4) detects a fluctuation within a predetermined fluctuation width of the demand power in the load during operation of the power source,
When the demand power exceeds the generated power, the charging / discharging device is charged with a surplus, and in charging, the electric double layer capacitor is charged with priority over the storage battery,
Means for discharging the shortage from the charging / discharging device when the demand power is lower than the generated power, and discharging the electric double layer capacitor preferentially over the storage battery in discharging. The power generation system according to any one of claims 1 to 3.
前記動力源の停止時において、前記動力源の回転数をゼロに設定して低減させる手段と、
前記動力源の回転数がゼロに到達するまでの間、前記充放電装置を充電し、かつ、充電においては前記蓄電池を前記電気二重層キャパシタよりも優先的に充電する手段と、を有することを特徴とする
請求項1〜4のいずれかに記載の発電システム。 The control unit (4)
Means for reducing the rotational speed of the power source by setting it to zero when the power source is stopped;
Means for charging the charging / discharging device until the rotational speed of the power source reaches zero, and charging the storage battery more preferentially than the electric double layer capacitor in charging. The power generation system according to any one of claims 1 to 4.
負荷の需要電力の変動を、負荷周波数の上昇又は低下により検知する手段を有することを特徴とする
請求項1〜5のいずれかに記載の発電システム。 The control unit (4)
The power generation system according to any one of claims 1 to 5, further comprising means for detecting fluctuations in demand power of the load by increasing or decreasing the load frequency.
系統連系する場合、系統から基準周波数及び基準電圧を取得する手段と、
取得した基準周波数及び基準電圧に前記インバータ部の出力する交流の周波数及び電圧を一致させるべく前記インバータ部を制御する手段と、を有することを特徴とする
請求項1〜6のいずれかに記載の発電システム。 The control unit (4)
In the case of grid interconnection, means for obtaining a reference frequency and a reference voltage from the grid,
The means for controlling the inverter unit so as to make the frequency and voltage of the alternating current output from the inverter unit coincide with the acquired reference frequency and reference voltage, according to any one of claims 1 to 6. Power generation system.
前記充放電装置からの充放電がないときの前記動力源の回転数と負荷の需要電力との対応関係を予め記憶装置(4G)に記憶させておくステップと、
前記動力源の稼働中において、負荷における需要電力の所定の変動幅以上の上昇を検知したとき、前記記憶装置(4G)を参照し、前記動力源の回転数を、上昇後の需要電力に対応する回転数を超える所定の増強時回転数に設定して増加させるステップと、
前記動力源の回転数が上昇後の需要電力に対応する回転数に到達するまでの間、前記充放電装置から放電させ、かつ、放電においては前記電気二重層キャパシタを前記蓄電池よりも優先的に放電させるステップと、を有することを特徴とする
発電システムの制御方法。 Charging part or all of generated power to a power generation unit (1) including a power source and a generator that outputs generated power by the rotational power of the power source, and a charge / discharge device including an electric double layer capacitor and a storage battery Or the generated power processing unit (2) that performs the process of discharging from the charging / discharging device and adding the generated power to the generated power, and the supply power output from the generated power processing unit (2) is converted into an alternating current to the load A control method for controlling a power generation system including an inverter unit (3) for output,
Storing the correspondence relationship between the rotational speed of the power source and the demand power of the load when there is no charge / discharge from the charge / discharge device in advance in the storage device (4G);
While the power source is in operation, when the increase in demand power in the load is detected to be greater than a predetermined fluctuation range, the storage device (4G) is referred to and the rotational speed of the power source corresponds to the increased power demand A step of setting a predetermined number of rotations to increase and exceeding the number of rotations to increase; and
The charge / discharge device is discharged until the rotation speed of the power source reaches the rotation speed corresponding to the increased power demand, and the electric double layer capacitor is given priority over the storage battery in discharging. And a step of discharging the power generation system.
前記動力源の安定時において、一定時間内の需要電力の変動幅及び平均値を計算するステップと、
前記記憶装置を参照し、計算した需要電力の変動幅及び平均値に対応する前記動力源の回転数の変動幅及び平均値を取得し、前記動力源の回転数を、取得した前記動力源の回転数の変動幅内において平均値以上かつ燃料消費率が最小となる回転数に設定するステップと、を有することを特徴とする
請求項8に記載の発電システムの制御方法。 Storing the correspondence relationship between the rotational speed of the power source and the fuel consumption rate in the storage device in advance;
When the power source is stable, calculating a fluctuation range and an average value of demand power within a predetermined time; and
Referring to the storage device, obtain the fluctuation range and average value of the rotational speed of the power source corresponding to the calculated fluctuation range and average value of demand power, and determine the rotational speed of the power source of the acquired power source. The method for controlling the power generation system according to claim 8, further comprising a step of setting the rotation speed to be equal to or higher than an average value and having a minimum fuel consumption rate within a fluctuation range of the rotation speed.
前記動力源の回転数が待機時需要電力に対応する回転数に到達するまでの間、前記充放電装置から放電させ、かつ、放電においては前記電気二重層キャパシタを前記蓄電池よりも優先的に放電させるステップと、を有することを特徴とする
請求項8又は9に記載の発電システムの制御方法。 At the time of starting the power source, referring to the storage device, and increasing the rotational speed of the power source by setting it to a predetermined demand standby rotational speed exceeding the rotational speed corresponding to the standby demand power; and
The charging / discharging device is discharged until the rotational speed of the power source reaches the rotational speed corresponding to the standby demand power, and the electric double layer capacitor is preferentially discharged over the storage battery in discharging. The method of controlling a power generation system according to claim 8 or 9, further comprising:
需要電力が発電電力を上回る場合は余剰分にて前記充放電装置を充電し、かつ、充電においては前記電気二重層キャパシタを前記蓄電池よりも優先的に充電するステップと、
需要電力が発電電力を下回る場合は不足分を前記充放電装置から放電させ、かつ、放電においては前記電気二重層キャパシタを前記蓄電池よりも優先的に放電させるステップと、を有することを特徴とする
請求項8〜10のいずれかに記載の発電システムの制御方法。 During operation of the power source, when detecting a fluctuation within a predetermined fluctuation range of demand power in the load,
If the demand power exceeds the generated power, the charging / discharging device is charged with a surplus, and in charging, the electric double layer capacitor is preferentially charged over the storage battery; and
Discharging power from the charging / discharging device when demand power is lower than generated power, and discharging the electric double layer capacitor preferentially over the storage battery in discharging. The control method of the electric power generation system in any one of Claims 8-10.
前記動力源の回転数がゼロに到達するまでの間、前記充放電装置を充電し、かつ、充電においては前記蓄電池を前記電気二重層キャパシタよりも優先的に充電するステップと、を有することを特徴とする
請求項8〜11のいずれかに記載の発電システムの制御方法。 At the time of stopping the power source, setting the rotational speed of the power source to zero and reducing;
Charging the charging / discharging device until the rotational speed of the power source reaches zero, and charging the storage battery more preferentially than the electric double layer capacitor in charging. The control method of the electric power generation system in any one of Claims 8-11 characterized by the above-mentioned.
請求項8〜12のいずれかに記載の発電システムの制御方法。 The method for controlling a power generation system according to any one of claims 8 to 12, further comprising a step of detecting a change in demand power of the load by an increase or decrease in load frequency.
取得した基準周波数及び基準電圧に前記インバータ部の出力する交流の周波数及び電圧を一致させるべく前記インバータ部を制御するステップと、を有することを特徴とする
請求項8〜13のいずれかに記載の発電システムの制御方法。 In case of grid connection, obtaining a reference frequency and a reference voltage from the grid;
14. The step of controlling the inverter unit so as to make the AC frequency and voltage output from the inverter unit coincide with the acquired reference frequency and reference voltage. 14. Control method of power generation system.
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