JP2017184485A - 発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】比較的安価で経済性の高い構成でありながらも、発生した高調波を良好に打ち消すことができる技術を提供する。【解決手段】模擬負荷制御手段３２は、第１模擬負荷消費電力調整手段３１ａ及び第２模擬負荷消費電力調整手段３１ｂにて第１模擬負荷３０ａと第２模擬負荷３０ｂとで消費される消費電力が等しくなるように制御する状態で、模擬負荷制御を実行する。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンにより回転駆動されて発電を行う発電機と、前記発電機に対して利用者側の電力負荷を解並列可能な電力負荷遮断器と、前記エンジンを駆動させた状態で前記電力負荷遮断器を解列状態から並列状態へ切り換えて前記発電機に対して前記電力負荷を投入する電力負荷投入処理を実行し、前記発電機の出力電圧が規定電圧に維持されるように前記エンジンの出力を制御するエンジン出力制御を実行する発電制御手段と、前記電力負荷の消費電力を計測する電力負荷消費電力計測手段と、前記電力負荷とは別に、前記発電機の発電電力を消費する模擬負荷と、前記発電機と前記模擬負荷との接続部に配置され、前記模擬負荷の消費電力を変更可能な模擬負荷消費電力調整手段と、前記発電機の発電電力が前記エンジンを安定運転可能な所定の基準発電電力以上に維持されるように、前記電力負荷消費電力計測手段の計測結果に基づいて前記模擬負荷消費電力調整手段を制御する模擬負荷制御を実行する模擬負荷制御手段とを備えた発電システムに関する。

電気機器などの電力負荷を設けた施設では、通常、商用電力系統から受電した基準電圧（例えば６６００Ｖ）及び基準周波数（例えば６０Ｈｚ）の受電電力が当該電力負荷に供給される。また、施設には、例えば商用電力系統に連系して発電を行って、基準電圧及び基準周波数の発電電力を電力負荷に供給可能なコージェネレーションシステムなどの発電システムが設けられる場合がある。
このような発電システムとして、商用電力系統からの受電が停止する停電時において、商用電力系統から発電機を切り離した状態で、発電機を駆動するエンジンを起動させて発電機の自立運転を行い、発電機の発電電圧が確立し安定して発電が行えるようになった段階で、停電時の給電対象とする電力負荷の一部又は全部の特定負荷を発電機に投入して、特定負荷への給電を継続するように構成されたものが知られている（例えば特許文献１を参照。）。
更に、特許文献１に係る発電システムに加えて、電力負荷の消費電力を計測する電力負荷消費電力計測手段と、電力負荷とは別に発電機の発電電力を消費する模擬負荷と、発電機と模擬負荷との接続部に配置され、模擬負荷の消費電力を変更可能なサイリスタレギュレータ等から成る模擬負荷消費電力調整手段とを備えた発電システムが知られている（特許文献２を参照）。
当該特許文献２に開示の技術にあっては、発電機の発電電力がエンジンを安定運転可能な所定の基準発電電力以上に維持されるように、電力負荷消費電力計測手段の計測結果に基づいて模擬負荷消費電力調整手段を制御する模擬負荷制御を実行可能に構成されている。
上記特許文献２に係る発電システムにあっては、利用者側の一部又は全体の電力負荷に発電電力を供給する発電機に対して、その電力負荷とは別の模擬負荷が投入され、更には、当該模擬負荷の消費電力が上記模擬負荷制御により制御されることで、電力負荷と模擬負荷とに供給される発電電力が、常に上記基準発電電力以上に維持される。これにより、エンジンの出力が比較的高いものに維持され、結果、エンジンの安定運転が実現される。

特開２００７−００６５９５公報 特開２０１５−１０９７４６公報

以上の構成にあっては、模擬負荷制御を実行する際に、サイリスタレギュレータ等から成る模擬負荷消費電力調整手段にて、模擬負荷の消費電力を変更する制御を実行するのであるが、当該サイリスタレギュレータは、インバータと比較して安価である反面、スイッチング素子により電力（電圧）制御を実行するように構成され且つ整流機構を持たないものが多いため、高調波の発生源となることがある。当該高調波は、コンデンサの異常過熱や発電機の損傷等の原因となることから、極力抑制する必要がある。当該高調波を抑制する代表的な構成として、発生した高調波と逆位相の電流を電力線に流すことで高調波を抑制するアクティブフィルタが知られているが、当該アクティブフィルタは、非常に高価である。
以上のような状況であるので、上記特許文献２に示される発電システムにおいて、比較的安価で経済性の高い構成でありながらも、高調波の発生を良好に抑制できる技術が望まれていた。

本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、エンジンにより発電機を回転駆動する発電システムにおいて、停電時等において発電機に投入される電力負荷の消費電力が小さい場合でも、合理的且つ簡単な構成を採用するだけで、エンジンの運転状態を安定したものとして、排気エミッションの増加やストール等を抑制でき、更には、比較的安価で経済性の高い構成でありながらも、発生した高調波を良好に打ち消すことができる技術を提供する点にある。

上記目的を達成するための本発明に係る発電システムは、
エンジンにより回転駆動されて発電を行う発電機と、
前記発電機に対して利用者側の電力負荷を解並列可能な電力負荷遮断器と、
前記エンジンを駆動させた状態で前記電力負荷遮断器を解列状態から並列状態へ切り換えて前記発電機に対して前記電力負荷を投入する電力負荷投入処理を実行し、前記発電機の出力電圧が規定電圧に維持されるように前記エンジンの出力を制御するエンジン出力制御を実行する発電制御手段と、
前記電力負荷の消費電力を計測する電力負荷消費電力計測手段と、
前記電力負荷とは別に、前記発電機の発電電力を消費する模擬負荷と、
前記発電機と前記模擬負荷との接続部に配置され、前記模擬負荷の消費電力を変更可能な模擬負荷消費電力調整手段と、
前記発電機の発電電力が前記エンジンを安定運転可能な所定の基準発電電力以上に維持されるように、前記電力負荷消費電力計測手段の計測結果に基づいて前記模擬負荷消費電力調整手段を制御する模擬負荷制御を実行する模擬負荷制御手段とを備えた発電システムであって、その特徴構成は、
前記発電機と前記模擬負荷消費電力調整手段との接続部に配置され、前記発電機の発電電力を変圧する第１変圧器と第２変圧器とを、夫々が前記発電機からの発電電力を各別に変圧する状態で備え、
前記第１変圧器と前記第２変圧器は、Δ−Δ変圧器とΔ−Ｙ変圧器の組み合わせ、又は、Ｙ−Δ変圧器とＹ−Ｙ変圧器の組み合わせから成り、
前記第１変圧器にて変圧された発電電力を消費する前記模擬負荷としての第１模擬負荷と、前記第２変圧器にて変圧された発電電力を消費する前記模擬負荷としての第２模擬負荷とを各別に備え、
前記第１変圧器と前記第１模擬負荷との間に設けられる前記模擬負荷消費電力調整手段としての第１模擬負荷消費電力調整手段と、前記第２変圧器と前記第２模擬負荷との間に設けられる前記模擬負荷消費電力調整手段としての第２模擬負荷消費電力調整手段とを各別に備え、
前記模擬負荷制御手段は、前記第１模擬負荷消費電力調整手段及び前記第２模擬負荷消費電力調整手段にて前記第１模擬負荷と前記第２模擬負荷とで消費される消費電力が等しくなるように制御する状態で、前記模擬負荷制御を実行する点にある。

上記特徴構成によれば、模擬負荷制御において、発電機の発電電力を第１模擬負荷と第２模擬負荷とで各別に消費する構成において、第１模擬負荷へ導かれる発電電力を第１変圧器にて変圧し、第２模擬負荷へ導かれる発電電力を第２変圧器にて変圧することで、第１模擬負荷に導かれる電圧成分の位相と、第２模擬負荷に導かれる電圧成分の位相とをずらすことができる。これにより、第１模擬負荷消費電力調整手段にて発生する高調波と、第２模擬負荷消費電力調整手段にて発生する高調波との位相とが、ずれることとなり、両者が打ち消し合う形態で、高調波成分を抑制できる。
しかも、上記模擬負荷制御にあっては、第１模擬負荷と第２模擬負荷とで消費される消費電力を等しくなるように制御するから、第１模擬負荷消費電力調整手段にて発生する高調波と、第２模擬負荷消費電力調整手段にて発生する高調波とを、より良好に打ち消し合わせることができる。
結果、エンジンにより発電機を回転駆動する発電システムにおいて、停電時等において発電機に投入される電力負荷の消費電力が小さい場合でも、合理的且つ簡単な構成を採用するだけで、エンジンの運転状態を安定したものとして、排気エミッションの増加やストール等を抑制でき、更には、発生した高調波をも良好に打ち消すことができる発電システムを実現できる。

発電システムの更なる特徴構成は、
前記模擬負荷消費電力調整手段が、前記模擬負荷として配置された負荷抵抗器に供給される発電電力の電圧を変更可能な電圧調整器で構成されている点にある。

本特徴構成によれば、模擬負荷消費電力調整手段として、模擬負荷として配置された負荷抵抗器に供給される発電電力の電圧を変更可能なサイリスタレギュレータ等の電圧調整器を採用することができる。
このような電圧調整器を採用すれば、模擬負荷制御において、模擬負荷としての負荷抵抗器の消費電力を、電力負荷の消費電力の変動に合わせて瞬時且つ無段階で変化させることができるので、発電電力を極めて安定したものに維持することができ、エンジンの出力変動を抑制できる。
更に、高調波の抑制を良好に実行するには、上述したように、第１模擬負荷の消費電力と第２模擬負荷の消費電力を等しくするように制御する必要があるが、上記特徴構成にあっては、両者の消費電力を、電力負荷の消費電力の変動に合わせて瞬時に且つ無段階で変化させることができるから、両者の消費電力を良好に同期させて、高調波を抑制できる。

発電システムの更なる特徴構成は、
前記模擬負荷制御手段が、前記模擬負荷制御において、前記模擬負荷の消費電力を、前記発電機の基準発電電力に対する前記電力負荷の消費電力の差分に対応して変化させる点にある。

本特徴構成によれば、模擬負荷制御手段による模擬負荷制御において、模擬負荷の消費電力が発電機の基準発電電力に対する電力負荷の消費電力の差分に対応して自動的に増減されるので、発電機の発電電力が基準発電電力又はそれ以上の目標発電電力に維持されることになる。よって、エンジンの出力が比較的高い状態で且つ一定に保たれるので、エンジンの運転状態を一層安定したものに維持できる。
特に、模擬負荷消費電力調整手段を、模擬負荷として配置された負荷抵抗器に供給される発電電力の電圧を変更可能な電圧調整器で構成している場合、模擬負荷の消費電力を発電機の基準発電電力に対する電力負荷の消費電力の差分に対応して増減するときに、第１模擬負荷の消費電力と第２模擬負荷の消費電力を、電力負荷の消費電力の変動に合わせて瞬時に且つ無段階で変化させる形態で等しく制御することができ、両者の消費電力を良好に同期させて、高調波を抑制できる。

発電システムの更なる特徴構成は、
前記発電制御手段が、前記電力負荷投入処理において、前記発電機に対する前記電力負荷の投入時期と同時又はその前に、前記発電機に対して前記模擬負荷を投入する点にある。

発電機に対する模擬負荷の投入時期が電力負荷の投入時期よりも遅い場合、発電機に対して消費電力が小さい電力負荷のみが投入される期間が存在することになる。すると、エンジンが低出力で運転されて、エンジンの運転状態が不安定となり、その電力負荷への電力供給が不安定となる場合がある。
そこで、本特徴構成によれば、発電制御手段による電力負荷投入処理において、発電機に対する模擬負荷の投入時期を電力負荷の投入時期と同時又はその前の時期とする。すると、発電機に対して電力負荷が投入された時点及びそれ以降において、発電機の発電出力が基準発電電力以上に維持され、それによりエンジンの出力が比較的大きく保たれ、エンジンの安定運転が実現される。よって、電力負荷に対して安定して発電電力を供給することができる。

発電システムの更なる特徴構成は、
前記発電制御手段が、前記電力負荷に対する商用電力系統からの給電が停止する停電を検出した停電時に、前記電力負荷遮断器を解列状態として前記エンジンを起動させた上で前記電力負荷投入処理を実行する点にある。

本特徴構成によれば、停電時において、エンジンが起動されて略無負荷状態で自立運転を行う発電機に対して、消費電力が極めて小さい場合がある重要負荷などの電力負荷が投入されるのに加えて、模擬負荷が投入され、更に、電力負荷の投入後において、その模擬負荷の消費電力が模擬負荷制御により制御される。よって、停電時における電力負荷の投入後においても、発電機の発電電力が常に基準発電電力以上に維持されることにより、エンジンの安定運転を実現でき、結果、重要負荷などの電力負荷へ安定して発電電力を供給することができる。

また、停電時の電力負荷投入処理及び模擬負荷制御において、模擬負荷の消費電力が電力負荷よりも小さい状態で、発電機に電力負荷を投入する前に、発電機に模擬負荷を投入することが好ましい。
即ち、停電時に電力負荷投入処理及び模擬負荷制御を実行する場合において、模擬負荷を利用して、負荷投入準備時間（停電時から電力負荷が投入できる状態になるまでの時間）の短縮、負荷投入率（発電機の定格発電電力に対する電力負荷の消費電力の割合）の拡大、並びに、整定時間（電力負荷を投入してから発電機を駆動するエンジンの回転速度が安定するまでの時間）の短縮を実現できる。

第１実施形態における発電システムの概略構成を示す図 停電時における発電システムの発電制御の処理フロー図 第１実施形態における発電機の発電電力、並びに、電力負荷及び模擬負荷の消費電力の状態遷移を示すグラフ図

〔第１実施形態〕
本発明に係る発電システムの第１実施形態について、図１〜図３に基づいて説明する。
図１に示す発電システムは、商用電力系統１から受電した受電電力を消費する電力負荷４を有する事業所などの施設に設けられて、当該商用電力系統１からの受電が停止する停電が発生したときに、電力負荷４に対して、発電装置１０で発電した発電電力Ｐ１０を供給するシステムとして構成されている。
尚、商用電力系統１から受電した受電電力は、電力線３に供給され、当該電力線３に遮断器６などを介して接続された電力負荷４に供給される。
この電力負荷４は、コンプレッサ、ポンプ、エレベータ、医療機器などの非常用設備などのように、施設の全電力負荷のうち重要負荷などの少なくとも一部の電力負荷とされている。
また、電力負荷４の電力線３に対する接続部には、電力負荷４の消費電力Ｐ４を計測する電力負荷消費電力計測器５（電力負荷消費電力計測手段の一例）が設けられている。

かかる発電システムには、発電装置１０と、この発電装置１０の運転制御などを行う発電制御装置１５（発電制御手段の一例）とが設けられている。
上記発電装置１０は、商用電力系統１の受電電力と同じ基準電圧（例えば６６００Ｖ）及び基準周波数（例えば６０Ｈｚ）の発電電力Ｐ１０を電力負荷４に供給可能なものとして構成されている。更に、発電装置１０は、発電に伴って熱を発生するコージェネレーションシステムとして構成されている。

上記発電装置１０は、発電機１０ｂをエンジン１０ａで駆動する形態で発電を行って発電電力Ｐ１０を出力する一般的な発電装置として構成されている。図示は省略するが、この発電装置１０には、発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０を基準電圧及び基準周波数に変換する電力変換器や、バッテリーの蓄電電力を利用してエンジン１０ａを起動させるセルモータ等が設けられている。そして、発電制御装置１５は、外部からの電力供給がない状態でも、エンジン１０ａをセルモータにより自立起動することができ、また、エンジン１０ａの回転速度を所望の定格回転速度に設定する形態で、発電機１０ｂの出力電圧が規定電圧に維持されるように、エンジン１０ａの出力を制御するエンジン出力制御を実行する。
発電装置１０の出力側は、電力負荷遮断器１３を介して電力線８に接続されており、また、この電力線８は、電力負荷遮断器７を介して電力線３に接続されている。
即ち、電力負荷遮断器１３及び電力負荷遮断器７は、発電機１０ｂに対して電力負荷４を解列自在に構成されている。

発電システムには、商用電力系統１から電力線３が受電する受電電圧を計測する系統連系保護継電器２が設けられている。即ち、この系統連系保護継電器２は、受電電圧の計測結果を監視し、その結果から商用電力系統１からの受電が停止する停電を検出する停電検出手段として機能する。
一方、発電制御装置１５は、詳細については後述するが、系統連系保護継電器２の計測結果により停電が検出された停電時に、遮断器６を解列状態に切り換えて商用電力系統１から電力線３を切り離したうえで、エンジン１０ａを起動させた状態で、電力負荷遮断器１３及び電力負荷遮断器７を解列状態から並列状態に切り換えて発電機１０ｂに対して電力負荷４を投入する電力負荷投入処理を実行する。尚、この電力負荷４のように、エンジン１０ａの起動後に発電機１０ｂに投入される電力負荷４を初期負荷と呼ぶ場合もある。

この発電システムには、施設内の電力負荷４とは別に、発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０を消費する負荷抵抗器からなる模擬負荷３０が設けられており、この模擬負荷３０は、電力線８に対して、後述する電圧調整器３１と変圧器２５を介して接続されている。即ち、電力負荷遮断器１３を介して電力線８に供給される発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０は、変圧器２５で所定の電圧まで低下された後に、電圧調整器３１を介して模擬負荷３０に供給することができる。
電圧調整器３１は、発電機１０ｂと模擬負荷３０との接続部に配置されており、模擬負荷３０に供給される電力の電圧を変更可能なサイリスタレギュレータなどで構成されている。即ち、この電圧調整器３１は、模擬負荷３０に供給される電力の電圧を調整することで、模擬負荷３０の消費電力Ｐ３０を変更可能な模擬負荷消費電力調整手段Ｘとして機能することになる。

上記サイリスタレギュレータ等の電圧調整器３１は、スイッチング素子から構成されており、高調波の発生源であり、当該高調波は、システムに設けられるコンデンサの異常過熱や発電機の損傷等の原因となることから、極力抑制する必要がある。
そこで、当該発電システムは、変圧器２５として、発電機１０ｂと電圧調整器３１との接続部に、発電機１０ｂの発電電力を変圧するΔ−Δ変圧器２５ａ（第１変圧器の一例）とΔ−Ｙ変圧器２５ｂ（第２変圧器の一例）とを、夫々が発電機１０ｂからの発電電力を各別に変圧する状態で備え、模擬負荷３０として、Δ−Δ変圧器２５ａにて変圧された発電電力を消費する第１模擬負荷３０ａと、Δ−Ｙ変圧器２５ｂにて変圧された発電電力を消費する第２模擬負荷３０ｂとを各別に備え、電圧調整器３１として、Δ−Δ変圧器２５ａと第１模擬負荷３０ａとの間に設けられる第１電圧調整器３１ａ（第１模擬負荷消費電力調整手段の一例）と、Δ−Ｙ変圧器２５ｂと第２模擬負荷３０ｂとの間に設けられる第２電圧調整器３１ｂ(第２模擬負荷消費電力調整手段の一例）とを各別に備えて構成されている。

模擬負荷３０としては、需要家の意思とは無関係に電力消費の有無の状態を切り換え可能な電力負荷であるヒータなどの電気抵抗器や、電力を回転負荷として消費する回転負荷抵抗器などが利用されている。また、電気抵抗器を模擬負荷３０として利用する場合に、その発生した熱は、例えば、ファンにより直接放熱したり、エンジン１０ａの冷却水で回収された熱などと共に利用に供することができる。
尚、変圧器２５で電圧が低下された電力を発電装置１０の補機などに供給しても構わない。この場合、発電機１０ｂの発電電力は、補機の消費電力を差し引いたものとして取り扱う。

発電制御装置１５は、停電時には、電力負荷遮断器１３及び電力負荷遮断器７を解列状態に切り換えて発電機１０ｂから電力負荷４を解列して、エンジン１０ａを起動させ、その後に、電力負荷遮断器１３及び電力負荷遮断器７を適時解列状態から並列状態に切り換えて、発電機１０ｂに電力負荷４を投入する電力負荷投入処理を実行する。
更に、発電システムは、発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０がエンジン１０ａを安定運転可能な所定の基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（図３参照）以上に維持されるように、電力負荷消費電力計測器５の計測結果に基づいて電圧調整器３１を制御する模擬負荷制御を実行する模擬負荷制御装置３２（模擬負荷制御手段の一例）が設けられている。
また、当該模擬負荷制御装置３２は、第１電圧調整器３１ａと第２電圧調整器３１ｂとにより第１模擬負荷３０ａと第２模擬負荷３０ｂとで消費される消費電力が等しくなるように制御する状態で、模擬負荷制御を実行する。
このような合理的且つ簡単な構成を採用するだけで、エンジン１０ａの運転状態を安定したものとして、排気エミッションの増加やストール等を抑制している。更に、電圧調整器３１として、第１電圧調整器３１ａと第２電圧調整器３１ｂとを各別に分割して備え、第１電圧調整器３１ａへ導かれる発電電力をΔ−Δ変圧器２５ａにて変圧し、第２電圧調整器３１ｂへ導かれる発電電力をΔ−Ｙ変圧器２５ｂにて変圧する構成を採用すると共に、第１模擬負荷３０ａと第２模擬負荷３０ｂとの消費電力を等しくするように制御するから、高調波発生源としての第１電圧調整器３１ａにて発生する高調波と、第２電圧調整器３１ｂにて発生する高調波との位相を積極的にずらし、両者の高調波を打ち消す形態で低減している。
尚、この基準発電電力Ｐ１０ｍａｘは、エンジン１０ａを安定運転可能な発電電力として任意に設定することができる。
また、発電制御装置１５と模擬負荷制御装置３２とは、個別の制御装置として構成しても良いし、共通の制御装置が機能するように構成しても良い。
以下、このような発電システムが停電時において実行する停電時の電力負荷投入処理及び模擬負荷制御を含む発電制御の処理フロー、並びに、模擬負荷制御の処理フローについて、図２及び図３を参照して説明する。

（発電制御）
先ず、発電制御の詳細について、図２及び図３を参照して説明する。
系統連系保護継電器２の計測結果により停電が検出された停電時（図２のステップ＃１のｙｅｓ側、図３の時間Ｔ０）には、発電制御装置１５が、電力負荷遮断器１３及び電力負荷遮断器７を解列状態（非通電状態）に切り替えて、発電機１０ｂから電力負荷４を解列した状態で、蓄電電力によりセルモータを作動して、エンジン１０ａを自立起動させる（図２のステップ＃２）。
すると、図３における時間Ｔ０〜時間Ｔ１において、エンジン１０ａの回転速度が上昇し、それに伴って、エンジン１０ａにより回転駆動される発電機１０ｂの発電電圧が上昇する。

次に、発電制御装置１５は、エンジン１０ａの回転速度が定格回転速度に達し、それに伴って、発電機１０ｂの発電電圧が基準電圧に到達して確立されたと判定したときに（図２のステップ＃３のｙｅｓ側）、電力負荷遮断器１３を解列状態から並列状態（通電状態）に切り替えて、発電機１０ｂに模擬負荷３０を投入する模擬負荷投入処理を実行する（図２のステップ＃４、図３の時間Ｔ１〜時間Ｔ２）。尚、このように発電機１０ｂに対して模擬負荷３０のみを投入している状態では、発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０は模擬負荷３０の消費電力Ｐ３０に一致することになる。

この模擬負荷投入処理（図２のステップ＃４、図３の時間Ｔ１〜時間Ｔ２）では、先ず、模擬負荷制御装置３２が、電圧調整器３１により模擬負荷３０に供給される電力の電圧を調整することで、模擬負荷３０の消費電力Ｐ３０が十分に小さい状態で、当該模擬負荷３０が発電機１０ｂに投入されて、模擬負荷３０への給電が開始される。このことにより発電機１０ｂの運転状態が安定したものに維持される。次に、模擬負荷制御装置３２が、電圧調整器３１により模擬負荷３０に供給される電力の電圧を徐々に増加させることで、模擬負荷３０の消費電力Ｐ３０が、始動初期の発電機１０ｂの基準発電電力Ｐ１０ｍａｘとして予め設定されている所定の第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）に至るまで増加する。尚、このエンジン１０ａを安定運転可能な第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）は、発電機１０ｂの定格発電電力の約５０％に設定されている。
このことにより、エンジン１０ａの運転状態は安定したものに維持されたまま、エンジン１０ａに適度な負荷がかかり、結果、当該エンジン１０ａの暖機が早期に進行することになる。

次に、発電制御装置１５は、電力負荷遮断器７を解列状態から並列状態（通電状態）に切り替えて、発電機１０ｂに電力負荷４を投入する電力負荷投入処理を実行し（図２のステップ＃５、図３の時間Ｔ２）、電力負荷４への給電が開始される。
そして、この電力負荷投入処理が実行されて発電機１０ｂに電力負荷４が投入された後に、後述する模擬負荷制御が実行される（図２のステップ＃６、図３の時間Ｔ２以降）。

（模擬負荷制御）
次に、模擬負荷制御の詳細について、図３を参照して説明する。
この模擬負荷制御では、模擬負荷制御装置３２が、発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０が、エンジン１０ａを安定運転可能な基準発電電力Ｐ１０ｍａｘに維持されるように、電圧調整器３１の電圧調整を行って、模擬負荷３０の消費電力Ｐ３０を制御する。即ち、この模擬負荷制御では、模擬負荷３０の消費電力Ｐ３０は、電力負荷４の消費電力の変動とは逆位相で変化するように調整され、具体的には、基準発電電力Ｐ１０ｍａｘに対する電力負荷４の消費電力Ｐ４の差分（Ｐ１０ｍａｘ−Ｐ４）に調整される。

基準発電電力Ｐ１０ｍａｘは複数段設定されている。具体的には、発電機１０ｂの定格発電電力の例えば約５０％に設定された第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）と、発電機１０ｂの定格発電電力相当に設定された第２基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（２）とが、基準発電電力Ｐ１０ｍａｘとして設定されている。
そして、模擬負荷制御装置３２は、模擬負荷制御において、電力負荷消費電力計測器５で計測された電力負荷４の消費電力Ｐ４に基づいて基準発電電力Ｐ１０ｍａｘを切り替える。具体的には、電力負荷４の消費電力Ｐ４が第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）を基準として設定した所定の範囲内に所定の時間継続した場合には、第２基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（２）を基準発電電力Ｐ１０ｍａｘとして用い、逆に、電力負荷４の消費電力Ｐ４が第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）を基準として所定の範囲内に所定の時間継続しなかった場合には、第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）を基準発電電力Ｐ１０ｍａｘとして用いる。

すると、発電機１０ｂへの電力負荷４の投入時点から電力負荷４の消費電力Ｐ４が第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）を基準として設定した所定の範囲内に所定の時間継続するまでの期間（図３の時間Ｔ２〜時間Ｔ３）は、模擬負荷３０の消費電力Ｐ３０は、第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）に対する電力負荷４の消費電力Ｐ４の差分（Ｐ１０ｍａｘ（１）−Ｐ４）に制御される。すると、発電電力Ｐ１０は、第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）に維持されることになる。
また、電力負荷４の消費電力Ｐ４が第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）を基準として設定した所定の範囲内に所定の時間継続している期間（図３の時間Ｔ３〜時間Ｔ４）は、模擬負荷３０の消費電力Ｐ３０を発電電力Ｐ１０が一定になるよう制御を継続する。

更に、電力負荷４の消費電力Ｐ４が第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）を基準として設定した所定の範囲内に所定の時間継続した時点以降（図３の時間Ｔ４以降）は、基準発電電力Ｐ１０ｍａｘが第２基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（２）に切り替えられる。
具体的に、基準発電電力Ｐ１０ｍａｘを第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）から第２基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（２）に切り替えられるにあたり、先ずは、発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０が第２基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（２）に到達するまで（図３の時間Ｔ５まで）、模擬負荷３０の消費電力Ｐ３０が徐々に増加される。このことにより、エンジン１０ａの出力の急激な増加が抑制されて、エンジン１０ａの運転状態が安定したものに維持される。
そして、発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０が第２基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（２）に到達した時点以降（図３の時間Ｔ５以降）では、模擬負荷３０の消費電力Ｐ３０が、第２基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（２）に対する電力負荷４の消費電力Ｐ４の差分（Ｐ１０ｍａｘ（２）−Ｐ４）に制御されることで、発電電力Ｐ１０が、第２基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（２）に維持されることになる。

ここで、基準発電電力Ｐ１０ｍａｘは、例えば発電機１０ｂの定格発電電力の約５０％以上の比較的高いものに設定されている。よって、エンジン１０ａの出力が比較的高いものに維持されるので、電力負荷消費電力Ｐ４が比較的小さい場合でも、エンジン１０ａの安定運転が実現され、エンジン１０ａの排気エミッションの増加やストール等を抑制することができる。尚、第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）は、エンジン１０ａを安定運転可能な発電機１０ｂの発電電力範囲の下限値を示し、例えば、エンジン１０ａの出力が定格出力の半分となるときの発電電力Ｐ１０に相当するものとして設定されている。そして、発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０が当該第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ未満となる場合には、エンジンの出力が例えば定格出力の半分未満というような極めて低い状態となって、エンジンの運転状態が不安定となり、排ガス中のＮＯｘが増加するなどの排気エミッションの増加やストール等の問題が生じる場合がある。
更に、発電機１０ｂに対して、電力負荷４に先立って模擬負荷３０が投入されるので、発電機１０ｂに対して電力負荷４が投入された時点以降において、発電機１０ｂの発電出力に対応するエンジン１０ａの出力が常に大きいものに保たれて、エンジン１０ａの安定運転が実現されることになる。
尚、エンジン１０ａを安定運転可能な第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）は、別に定格発電電力の５０％に限らず、任意に設定することができ、また、第２基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（２）は、定格発電電力相当に限らず、第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）よりも大きな基準発電電力Ｐｍａｘとして任意に設定することができる。

〔別実施形態〕
最後に、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）上記実施形態では、模擬負荷制御を、系統連系保護継電器２により停電が検出された停電時に発電機１０ｂに電力負荷４の一部である電力負荷４を投入する停電制御において実行するように構成したが、停電時以外において模擬負荷制御を実行しても構わない。
例えば、商用電力系統１に連系して発電機１０ｂにより発電を行って、電力負荷４に対して商用電力系統１からの受電電力と発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０とを供給している状態において、発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０が基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ以上に維持されるように、発電機１０ｂに対して投入された模擬負荷３０の消費電力Ｐ３０を制御することができる。
このことで、電力負荷４の消費電力Ｐ４が小さい場合でも、発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０を比較的大きいものに維持できるので、エンジン１０ａの安定運転を実現することができる。

（２）上記実施形態では、発電機１０ｂに対して電力負荷４を投入する前に模擬負荷３０を投入し、その投入した模擬負荷３０の消費電力Ｐ３０を徐々に増加させることで、エンジン１０ａの早期暖機を実現するように構成したが、発電機１０ｂに対して電力負荷４と模擬負荷３０とを同時に投入しても構わない。

（３）上記実施形態では、模擬負荷制御において、発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０を基準発電電力Ｐ１０ｍａｘに維持するように、模擬負荷３０の消費電力Ｐ３０を調整するように構成したが、例えば、発電機１０ｂに投入される模擬負荷３０の消費電力Ｐ３０を十分に大きいものに設定することで、発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０を、その変動は許容しながら、エンジン１０ａの安定運転可能な所定の基準発電電力以上に保つように構成しても構わない。

（４）上記実施形態では、停電時に発電機１０ｂに投入する電力負荷４を重要負荷として説明したが、重要負荷以外の電力負荷４を投入するように構成しても構わない。

（５）上記実施形態にあっては、第１変圧器をΔ−Δ変圧器とし、第２変圧器をΔ−Ｙ変圧器とする構成例を示した。当該変圧器の組み合わせは、比較的大きい発電電力を変圧する場合にも好適である。また、当該組み合わせにあっては、双方の変圧器がΔ結線を含むため、高調波で誘導電力が歪み難いというメリットもある。
尚、第１変圧器と第２変圧器は、Ｙ−Δ変圧器とＹ−Ｙ変圧器の組み合わせとしても構わない。

本発明は、エンジンにより発電機を回転駆動する発電システムにおいて、停電時等において発電機に投入される電力負荷の消費電力が小さい場合でも、合理的且つ簡単な構成を採用するだけで、エンジンの運転状態を安定したものとして、排気エミッションの増加やストール等を抑制でき、更には、比較的安価いで経済性の高い構成でありながらも、発生した高調波をも良好に打ち消すことができる発電システムとして、好適に利用可能である。

１ ：商用電力系統
４ ：電力負荷
５ ：電力負荷消費電力計測器（電力負荷消費電力計測手段）
７ ：電力負荷遮断器
８ ：電力線
１０ ：発電装置
１０ａ ：エンジン
１０ｂ ：発電機
１３ ：電力負荷遮断器
１５ ：発電制御装置（発電制御手段）
２５ａ ：Δ−Δ変圧器
２５ｂ ：Δ−Ｙ変圧器
３０ａ ：第１模擬負荷
３０ｂ ：第２模擬負荷
３１ａ ：第１電圧調整器
３１ｂ ：第２電圧調整器
３２ ：模擬負荷制御装置（模擬負荷制御手段）
Ｘ ：模擬負荷消費電力調整手段

Claims (5)

1. エンジンにより回転駆動されて発電を行う発電機と、
   前記発電機に対して利用者側の電力負荷を解並列可能な電力負荷遮断器と、
   前記エンジンを駆動させた状態で前記電力負荷遮断器を解列状態から並列状態へ切り換えて前記発電機に対して前記電力負荷を投入する電力負荷投入処理を実行し、前記発電機の出力電圧が規定電圧に維持されるように前記エンジンの出力を制御するエンジン出力制御を実行する発電制御手段と、
   前記電力負荷の消費電力を計測する電力負荷消費電力計測手段と、
   前記電力負荷とは別に、前記発電機の発電電力を消費する模擬負荷と、
   前記発電機と前記模擬負荷との接続部に配置され、前記模擬負荷の消費電力を変更可能な模擬負荷消費電力調整手段と、
   前記発電機の発電電力が前記エンジンを安定運転可能な所定の基準発電電力以上に維持されるように、前記電力負荷消費電力計測手段の計測結果に基づいて前記模擬負荷消費電力調整手段を制御する模擬負荷制御を実行する模擬負荷制御手段とを備えた発電システムであって、
   前記発電機と前記模擬負荷消費電力調整手段との接続部に配置され、前記発電機の発電電力を変圧する第１変圧器と第２変圧器とを、夫々が前記発電機からの発電電力を各別に変圧する状態で備え、
   前記第１変圧器と前記第２変圧器は、Δ−Δ変圧器とΔ−Ｙ変圧器の組み合わせ、又は、Ｙ−Δ変圧器とＹ−Ｙ変圧器の組み合わせから成り、
   前記第１変圧器にて変圧された発電電力を消費する前記模擬負荷としての第１模擬負荷と、前記第２変圧器にて変圧された発電電力を消費する前記模擬負荷としての第２模擬負荷とを各別に備え、
   前記第１変圧器と前記第１模擬負荷との間に設けられる前記模擬負荷消費電力調整手段としての第１模擬負荷消費電力調整手段と、前記第２変圧器と前記第２模擬負荷との間に設けられる前記模擬負荷消費電力調整手段としての第２模擬負荷消費電力調整手段とを各別に備え、
   前記模擬負荷制御手段は、前記第１模擬負荷消費電力調整手段及び前記第２模擬負荷消費電力調整手段にて前記第１模擬負荷と前記第２模擬負荷とで消費される消費電力が等しくなるように制御する状態で、前記模擬負荷制御を実行する発電システム。
2. 前記模擬負荷消費電力調整手段が、前記模擬負荷として配置された負荷抵抗器に供給される発電電力の電圧を変更可能な電圧調整器で構成されている請求項１に記載の発電システム。
3. 前記模擬負荷制御手段が、前記模擬負荷制御において、前記模擬負荷の消費電力を、前記発電機の基準発電電力に対する前記電力負荷の消費電力の差分に対応して変化させる請求項１又は２に記載の発電システム。
4. 前記発電制御手段が、前記電力負荷投入処理において、前記発電機に対する前記電力負荷の投入時期と同時又はその前に、前記発電機に対して前記模擬負荷を投入する請求項１〜３の何れか一項に記載の発電システム。
5. 前記発電制御手段が、前記電力負荷に対する商用電力系統からの給電が停止する停電を検出した停電時に、前記電力負荷遮断器を解列状態として前記エンジンを起動させた上で前記電力負荷投入処理を実行する請求項１〜４の何れか一項に記載の発電システム。

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