JP2018161004A - 発電システムの制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発電機に負荷が投入された後において、回転速度の著しい低下を抑制し、回転速度が定格回転速度に整定されるまでの時間を短くするとともに、発電機から負荷に供給される電力の品質を確保することができる発電システムの制御装置及び制御方法を提供する。【解決手段】発電システムの制御装置４は、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍが目標回転速度Ｓｒになるよう制御する回転速度制御部４２と、目標回転速度Ｓｒを調整する目標回転速度調整部４３とを備える。目標回転速度調整部４３は、遮断器によって発電機３への負荷の接続が遮断された状態において、目標回転速度Ｓｒを定格回転速度よりも高い負荷投入前回転速度に設定する機能と、遮断器によって発電機３に負荷が接続された後、回転速度Ｓｍが切換回転速度になったときに、目標回転速度Ｓｒを定格回転速度に切り換えて設定する機能とを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、発電システムの制御装置及び制御方法に関する。

エンジンの燃焼によって発電機における発電を行う発電システムは、エンジンの冷却熱やエンジンの排ガスの廃熱を回収可能にしたコージェネレーションシステム等に用いられる。また、発電システムは、商用電源と連系し、商用電源によって動作する種々の負荷に電力を供給したり、商用電源の停電時に重要な負荷に電力を供給したりするよう構成されることもある。

商用電源の停電時に、発電システムの発電機において発電した電力を負荷へ供給する際には、急激な負荷の投入により、エンジンの回転速度が一時的に低下することがある。この場合、発電機に接続された自動電圧調整器によって、発電機の目標電圧を、エンジンの回転速度の低下量に応じて低下させることにより、エンジンに過大な負担が生じないようにしている。これにより、エンジンの回転速度の低下の抑制、また、エンジンの回転速度の復帰時間の短縮化を図っている。このような自動電圧調整器としては、例えば、特許文献１のディーゼル発電設備の制御方法及び装置に用いられるものがある。

また、例えば、特許文献２のエンジン駆動発電機制御方式においては、負荷の投入時に生じる、発電機の出力電圧及びエンジンの回転速度の低下を抑制するために、負荷が投入される前に、発電機の出力電圧及びエンジンの回転速度を上昇させておくことが記載されている。

特開昭５９−５９０９８号公報 特開昭６０−７４９９８号公報

しかしながら、特許文献１，２においては、発電機に負荷が投入された後にエンジンの回転速度が低下する過程において、発電機の目標電圧を低下させるのではなく、エンジンの目標回転速度を直接低下させる工夫はなされていない。
特許文献２においては、負荷が投入される前に上昇させたエンジンの回転速度は、負荷が投入された後においては、特別な制御は行われず、発電機の目標電圧の変化を受けて受動的に変化するのみである。言い換えれば、特許文献２においては、発電機に負荷が投入された後において、エンジンの回転速度を制御する際の目標回転速度を、適切に変化させる工夫はなされていない。

例えば、発電機に負荷が投入されると同時に、目標回転速度を、負荷が投入される前の高い回転速度から定格回転速度に切り換えると、実際の回転速度が目標回転速度よりも高くなることがある。この場合には、エンジンのスロットル弁の開度が絞られ、実際の回転速度が著しく低下するおそれがある。エンジンの回転速度が著しく低下する場合には、回転速度が定格回転速度に整定されるまでの時間が長くなるおそれがある。また、この場合には、エンジンの回転を受けて発電する発電機の出力電圧も低下し、発電機から負荷へ、必要とされる品質の電力を一時的に供給できなくなるおそれがある。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、発電機に負荷が投入された後において、回転速度の著しい低下を抑制し、回転速度が定格回転速度に整定されるまでの時間を短くするとともに、発電機から負荷に供給される電力の品質を確保することができる発電システムの制御装置及び制御方法を提供しようとして得られたものである。

本発明の一態様は、エンジンの燃焼によって発電機における発電を行い、前記発電機から遮断器を介して負荷へ電力を供給する発電システムに用いられる制御装置であって、
前記制御装置は、
前記エンジンの回転速度Ｓｍが目標回転速度Ｓｒになるよう制御する回転速度制御部と、前記目標回転速度Ｓｒを調整する回転速度調整部とを備えており、
前記回転速度調整部は、
前記遮断器によって前記発電機への前記負荷の接続が遮断された状態において、前記目標回転速度Ｓｒを定格回転速度Ｓ０よりも高い負荷投入前回転速度Ｓｈに設定する設定機能と、
前記遮断器によって前記発電機に前記負荷が接続された後、前記回転速度Ｓｍが、前記負荷投入前回転速度Ｓｈ未満の値として決定された切換回転速度Ｓ１になったときに、前記目標回転速度Ｓｒを前記負荷投入前回転速度Ｓｈから前記定格回転速度Ｓ０に切り換えて設定する切換機能と、を有する、発電システムの制御装置にある。

本発明の他の態様は、エンジンの燃焼によって発電機における発電を行い、前記発電機から遮断器を介して負荷へ電力を供給する発電システムの制御方法であって、
前記エンジンの回転速度Ｓｍが目標回転速度Ｓｒになるよう制御するに際し、
前記遮断器によって前記発電機への前記負荷の接続が遮断された状態において、前記目標回転速度Ｓｒを定格回転速度Ｓ０よりも高い負荷投入前回転速度Ｓｈに設定して、前記回転速度Ｓｍが前記負荷投入前回転速度Ｓｈになるよう制御する負荷投入前回転制御動作と、
前記遮断器によって前記発電機に前記負荷が接続された後、前記回転速度Ｓｍが、前記負荷投入前回転速度Ｓｈ未満の値として決定された切換回転速度Ｓ１になったときに、前記目標回転速度Ｓｒを前記負荷投入前回転速度Ｓｈから前記定格回転速度Ｓ０に切り換えて設定し、前記回転速度Ｓｍが前記定格回転速度Ｓ０になるよう制御する定格回転制御動作と、を含む、発電システムの制御方法にある。

前記発電システムの制御装置及び制御方法においては、発電機に負荷が投入される前の状態において、エンジンの回転速度Ｓｍが負荷投入前回転速度Ｓｈに維持されるようにする。これにより、発電機に負荷が投入されたときに生じる、エンジンの回転速度Ｓｍの低下量を抑えることができる。ここで、回転速度Ｓｍとは、実際の回転速度Ｓｍのことを示す。

また、発電機に負荷が投入された後において、回転速度Ｓｍを制御する際の目標となる目標回転速度Ｓｒを、負荷投入前回転速度Ｓｈから定格回転速度Ｓ０に切り換えて設定するタイミングに工夫をしている。具体的には、このタイミングは、回転速度Ｓｍが、負荷投入前回転速度Ｓｈ未満の値として決定された切換回転速度Ｓ１になったときとしている。これにより、発電機に負荷が投入された後において、回転速度Ｓｍの著しい低下を抑制し、かつ、回転速度Ｓｍが定格回転速度Ｓ０に整定されるまでの時間を短くするとともに、発電機から負荷に供給される電力の品質を確保することができる。この電力の品質とは、電力の周波数、電圧等のことをいう。

切換回転速度Ｓ１が負荷投入前回転速度Ｓｈに近い速度に設定されると、目標回転速度Ｓｒが負荷投入前回転速度Ｓｈから定格回転速度Ｓ０に切り換わる際に、実際の回転速度Ｓｍが目標回転速度Ｓｒよりも高くなる場合が想定される。この場合には、回転速度制御部が、回転速度Ｓｍを目標回転速度Ｓｒに近づけるためにこの回転速度Ｓｍを低下させることになり、発電機への負荷の投入によって回転速度Ｓｍが急激に低下している最中に、エンジンのスロットル弁が絞られるおそれがある。その結果、負荷の投入後におけるエンジンの回転速度の低下が著しくなるおそれがある。

一方、切換回転速度Ｓ１が定格回転速度Ｓ０よりも大幅に小さな速度に設定されると、目標回転速度Ｓｒを負荷投入前回転速度Ｓｈから定格回転速度Ｓ０に切り換えるための制御信号が発せられてから、回転速度Ｓｍが目標回転速度Ｓｒとしての定格回転速度Ｓ０に低下するまでのタイミングが遅れるおそれがある。その結果、負荷の投入後におけるエンジンの回転速度Ｓｍが一時的に定格回転速度Ｓ０を超えて、発電機から負荷に供給される電力の品質が低下するおそれがある。

以上、発電システムの制御装置及び制御方法によれば、目標回転速度Ｓｒを、負荷投入前回転速度Ｓｈから定格回転速度Ｓ０に切り換えるタイミングが良く、発電機に負荷が投入された後において、回転速度Ｓｍの著しい低下を抑制し、回転速度Ｓｍが定格回転速度Ｓ０に整定されるまでの時間を短くするとともに、発電機から負荷に供給される電力の品質を確保することができる。

実施形態にかかる、発電システムの構成を示す説明図。 実施形態にかかる、発電システムの制御装置の構成を示すブロック図。 実施形態にかかる、発電システムの制御方法を示すフローチャート。 実施形態にかかる、発電システムの制御方法の続きを示すフローチャート。 実施形態にかかる、実施例として、発電機に負荷が投入されたときの回転速度及びスロットル弁の開度の時間的変化を示すグラフ。 実施形態にかかる、比較例１として、発電機に負荷が投入されたときの回転速度及びスロットル弁の開度の時間的変化を示すグラフ。 実施形態にかかる、比較例２として、発電機に負荷が投入されたときの回転速度及びスロットル弁の開度の時間的変化を示すグラフ。

前述した発電システムの制御装置及び制御方法にかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
本形態の発電システム１の制御装置４は、図１に示すように、ガスエンジン２及び発電機３を備える発電システム１に用いられる。発電システム１は、ガスエンジン２の燃焼によって発電機３における発電を行い、発電機３から遮断器５を介して負荷７へ電力を供給するよう構成されている。制御装置４は、図２に示すように、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍが目標回転速度Ｓｒになるよう制御する回転速度制御部４２と、目標回転速度Ｓｒを調整する目標回転速度調整部４３とを備える。

目標回転速度調整部４３は、設定機能及び切換機能を有する。設定機能は、遮断器５によって発電機３への負荷７の接続が遮断された状態において、目標回転速度Ｓｒを定格回転速度Ｓ０よりも高い負荷投入前回転速度Ｓｈに設定するものである。切換機能は、遮断器５によって発電機３に負荷７が接続された後、回転速度Ｓｍが、定格回転速度Ｓ０以上であって負荷投入前回転速度Ｓｈ未満の範囲内で設定された切換回転速度Ｓ１になったときに、目標回転速度Ｓｒを負荷投入前回転速度Ｓｈから定格回転速度Ｓ０に切り換えて設定するものである。

以下、本形態の発電システム１の制御装置４及び制御方法について詳説する。
図１に示すように、本形態の発電システム１は、燃料ガスと空気との混合気によって燃焼を行う定置式のガスエンジン２と、ガスエンジン２の出力軸に連結され、この出力軸の回転を受けて発電する発電機３と、ガスエンジン２及び発電機３の動作を制御する制御装置４とを備える。ガスエンジン２には、ガスエンジン２の燃焼室に供給する混合気の流量を調整するスロットル弁２１、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍを検出する回転計（回転速度検出器）２２等が設けられている。

なお、回転計２２は、発電機３側に設けられることもある。この場合には、発電機３の回転速度を、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍとして利用することができる。ガスエンジン２の出力軸と発電機３の入力軸とは直結されているため、これらの回転速度は同じである。
また、制御装置４は、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍを検出する代わりに、発電機３の周波数を検出してもよい。発電機３の周波数は、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍに比例する。この場合には、制御装置４は、発電機３の周波数をガスエンジン２の回転速度Ｓｍに換算して制御を行う。

図１に示すように、発電システム１の発電機３によって電力を供給する対象である負荷７は、通常時は、商用電源６によって動作するものである。発電システム１は、商用電源６の停電時において、商用電源６の代わりのバックアップ電源として機能する。商用電源６と負荷７の入力端子との間の配線、及び発電機３の出力端子と負荷７の入力端子との間の配線には、負荷７に、商用電源６及び発電機３のいずれか一方又は両方を接続するかの切換えが可能な遮断器５が配置されている。発電システム１の制御装置４は、発電機３の出力電圧が目標電圧として確立した場合に、遮断器５を操作可能である。

発電システム１は、ガスエンジン２及び発電機３を用いて発電を行うとともに、ガスエンジン２の冷却熱やガスエンジン２から排気される排ガスの廃熱を回収するコージェネレーションシステムを構成することができる。発電システム１は、工場、施設等に設置される。発電システム１は、商用電源６との連系を行って、負荷７へ電力を供給するよう構成することもできる。

本形態の制御装置４の目標回転速度調整部４３は、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍを制御する際の目標となる目標回転速度Ｓｒを変更する機能を有する。具体的には、目標回転速度調整部４３は、目標回転速度Ｓｒを負荷投入前回転速度Ｓｈと定格回転速度Ｓ０との２つに変更する機能を有する。そして、目標回転速度調整部４３は、発電機３に負荷７が投入される前の初期段階においては、目標回転速度Ｓｒを負荷投入前回転速度Ｓｈに設定し、発電機３に負荷７が投入された後の適宜タイミングにおいて、目標回転速度Ｓｒを定格回転速度Ｓ０に設定する。そして、目標回転速度調整部４３においては、特に、目標回転速度Ｓｒを負荷投入前回転速度Ｓｈから定格回転速度Ｓ０に切り換えるタイミングに工夫がされている。

図２に示すように、制御装置４の回転速度制御部４２は、目標回転速度Ｓｒと、回転計２２によって検出される回転速度Ｓｍとの偏差Ｅｓがなくなるよう、ガスエンジン２のスロットル弁２１の開度を調整するよう構成されている。発電機３に負荷７が接続された定常状態においては、目標回転速度Ｓｒが定格回転速度Ｓ０に設定された状態が維持され、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍが定格回転速度Ｓ０になるように制御される。

ガスエンジン２の定格回転速度Ｓ０は、ガスエンジン２の設計仕様に基づき、ガスエンジン２の適正な使用が可能な値として定められる。
負荷投入前回転速度Ｓｈは、ガスエンジン２及び発電機３の性能、発電機３に接続される負荷７の容量等を加味し、ガスエンジン２及び発電機３の性能上、許容される最大の値に設定することができる。具体的には、負荷投入前回転速度Ｓｈは、定格回転速度Ｓ０の１．０５〜１．３倍の値に設定することができる。例えば、ガスエンジン２の定格回転速度Ｓ０が１２００ｒｐｍである場合には、負荷投入前回転速度Ｓｈは、１２６０〜１５６０ｒｐｍの範囲内の値に設定することができる。

負荷投入前回転速度Ｓｈが１．０５倍未満である場合には、発電機３への負荷７の投入前に目標回転速度Ｓｒを上げておくことによるメリットが得られず、発電機３への負荷７の投入後における、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍの低下量が大きくなり過ぎるおそれがある。一方、負荷投入前回転速度Ｓｈを１．３倍超過に設定することは、ガスエンジン２の性能の制約上困難となることがある。なお、負荷投入前回転速度Ｓｈの上限値は、ガスエンジン２の種類によって異なることがあり、１．３倍よりも小さい場合及び１．３倍よりも大きい場合もある。

切換回転速度Ｓ１は、目標回転速度Ｓｒの切り換えに伴う制御遅れがあまり存在しない場合には、定格回転速度Ｓ０よりも高い場合及び低い場合のいずれも含めて、定格回転速度Ｓ０に近い値とすることができる。また、切換回転速度Ｓ１は、目標回転速度Ｓｒの切り換えに伴う制御遅れがある程度存在する場合には、定格回転速度Ｓ０以上の値とすることができる。
具体的には、切換回転速度Ｓ１は、定格回転速度Ｓ０の０．９〜１．１５倍の値に設定することができる。例えば、ガスエンジン２の定格回転速度Ｓ０が１２００ｒｐｍである場合には、切換回転速度Ｓ１は、１０８０〜１３８０ｒｐｍの範囲内の値に設定することができる。

切換回転速度Ｓ１が０．９倍未満である場合には、目標回転速度Ｓｒの切り換えに伴う制御遅れによって、ガスエンジン２のスロットル弁２１が絞られるタイミングが遅れ、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍが定格回転速度Ｓ０を超えるおそれがある。一方、切換回転速度Ｓ１が１．１５倍超過である場合には、切換回転速度Ｓ１が定格回転速度Ｓ０から離れ、ガスエンジン２のスロットル弁２１が絞られるタイミングが早くなり、回転速度Ｓｍが目標回転速度Ｓｒよりも高くなって、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍが著しく低下するおそれがある。

また、実際の制御システム１においては、目標回転速度Ｓｒを切り換えてから、回転速度Ｓｍが目標回転速度Ｓｒになるまでの制御遅れが存在する。この制御遅れは、制御装置４において、目標回転速度Ｓｒを負荷投入前回転速度Ｓｈから定格回転速度Ｓ０に切り換えるための制御信号が発せられてから、回転速度Ｓｍが目標回転速度Ｓｒとしての定格回転速度Ｓ０に低下するまでの遅れ時間として表すことができる。

目標回転速度Ｓｒを負荷投入前回転速度Ｓｈから定格回転速度Ｓ０に切り換えるための制御信号が発せられた後には、制御信号を受けてガスエンジン２のスロットル弁２１の開度が絞られる。このとき、ガスエンジン２の吸気マニホールドの圧力が低下し、ガスエンジン２の燃焼室に供給される混合気量が減少する。そして、混合気量の減少を受けて、回転速度Ｓｍが目標回転速度Ｓｒとしての定格回転速度Ｓ０に低下することになる。そのため、この一連の動作に要する時間が遅れ時間となる。

発電機３に負荷７が投入された後における、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍの低下速度と、遅れ時間とに基づいて、遅れ時間内におけるガスエンジン２の回転速度Ｓｍの低下幅を求めることができる。そして、切換回転速度Ｓ１は、この低下幅としての遅れ見込み量を考慮して求めることができる。

また、発電機３に接続される負荷７の大きさは必ずしも一定ではない。そのため、発電機３に負荷７が接続された際に、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍが切換回転速度Ｓ１まで低下しない場合も想定される。本形態の目標回転速度調整部４３は、設定機能及び切換機能の他に、時間計測機能及びタイマー切換機能を有する。時間計測機能は、発電機３に負荷７が接続された時点からの経過時間を計測するものである。また、タイマー切換機能は、時間計測機能によって計測される経過時間が規定時間を経過した時点において、目標回転速度Ｓｒが定格回転速度Ｓ０に切り換わっていない場合に、目標回転速度Ｓｒを負荷投入前回転速度Ｓｈから定格回転速度Ｓ０に切り換えて設定するものである。

また、目標回転速度調整部４３は、時間計測機能及びタイマー切換機能に代えて、又は時間計測機能及びタイマー切換機能に加えて、上昇切換機能を有していてもよい。上昇切換機能は、遮断器５によって発電機３に負荷７が接続された後、回転速度Ｓｍが切換回転速度Ｓ１になる前に、この回転速度Ｓｍが低下する状態から上昇する状態に転じたときに、目標回転速度Ｓｒを負荷投入前回転速度Ｓｈから定格回転速度Ｓ０に切り換えて設定するものである。

タイマー切換機能における規定時間は、発電機３に負荷７が接続された時点からの、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍの低下が確認される経過時間を考慮して設定することができる。上昇切換機能を用いずに時間計測機能及びタイマー切換機能を用いる場合には、タイマー切換機能が機能する機会が比較的多くなることが想定される。そして、タイマー切換機能における規定時間は、比較的短くして、例えば、５秒以内の値として設定することができる。

一方、上昇切換機能と時間計測機能及びタイマー切換機能を併用する場合には、タイマー切換機能が機能する前に、上昇切換機能が機能する機会が比較的多くなることが想定される。そして、タイマー切換機能における規定時間は、比較的長くして、例えば、１０〜２０秒の範囲内の値として設定することができる。
なお、時間計測機能及びタイマー切換機能は用いずに、上昇切換機能のみを用いてもよい。

また、図示は省略するが、制御装置４は、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍの制御を行う他に、発電機３の出力電圧の制御を行う。発電機３には、発電機３の出力電圧を検出する電圧計（電圧検出器）３１等が設けられている。制御装置４は、電圧計３１によって検出される出力電圧が目標電圧になるよう制御する。また、制御装置４は、回転計２２による回転速度Ｓｍが、定格回転速度Ｓ０に許容変動範囲を加味した回転速度よりも低下した場合には、回転速度Ｓｍの低下量に応じて、発電機３の目標電圧を低下させるよう構成されていてもよい。

制御装置４には、目標回転速度Ｓｒの設定及び調整を統括する制御管理部４１が構築されている。制御管理部４１は、発電機３の出力電圧が目標電圧として確立した場合に、遮断器５に操作信号を送って、発電機３に負荷７を接続するよう構成されている。

（制御方法）
次に、制御装置４を用いた発電システム１の制御方法について、図３及び図４のフローチャートを参照して説明する。
発電システム１においては、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍの制御が行われる。まず、発電機３に負荷７が接続されていない状態において、ガスエンジン２を起動し、発電機３による発電を開始する。このとき、制御装置４の目標回転速度調整部４３の設定機能により、目標回転速度Ｓｒは負荷投入前回転速度Ｓｈに設定される（図３のステップＳｔ１）。次いで、回転計２２によってガスエンジン２の回転速度Ｓｍが検出される（ステップＳｔ２）。

次いで、制御装置４の回転速度制御部４２によって、負荷投入前回転制御動作として、回転速度Ｓｍが、目標回転速度Ｓｒとしての負荷投入前回転速度Ｓｈになるよう制御される（ステップＳｔ３）。回転速度Ｓｍが目標回転速度Ｓｒになった後には（ステップＳｔ４）、制御管理部４１は、電圧計３１によって検出される発電機３の出力電圧が目標電圧として確立したか否かを判別する（ステップＳｔ５）。そして、発電機３の出力電圧が目標電圧として確立した場合には、制御管理部４１は、遮断器５を操作して発電機３に負荷７を接続（投入）する（図４のステップＳｔ６）。なお、図３の記号ａは、図４の記号ａに移動することを示す。

発電機３に負荷７が接続されたときには、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍが急激に低下する。そのため、回転速度制御部４２は、回転速度Ｓｍを、目標回転速度Ｓｒとしての負荷投入前回転速度Ｓｈにしようとする。そして、スロットル弁２１の開度が大きくなり、ガスエンジン２への燃料ガスの流量が急激に増加する。

発電機３に負荷７が接続されたときには、目標回転速度調整部４３は、発電機３に負荷７が接続された時点を時間のゼロ点として、このゼロ点からの経過時間の計測を開始する。そして、経過時間を計測するカウンタの値Ｔをリセットする（０に設定する）（ステップＳｔ７）。また、回転計２２によってガスエンジン２の回転速度Ｓｍが検出される（ステップＳｔ８）。

次いで、目標回転速度調整部４３において、回転速度Ｓｍが切換回転速度Ｓ１以下に低下したか否かが判定される（ステップＳｔ９）。回転速度Ｓｍが切換回転速度Ｓ１以下に低下していない場合には、回転速度Ｓｍが低下する状態から上昇する状態に転じていないかが判定される（Ｓｔ１０）。また、回転速度Ｓｍが低下する状態から上昇する状態に転じていない場合には、カウンタの値Ｔが規定時間として設定された設定値Ｔｓを超えたか否かが判定される（ステップＳｔ１１）。カウンタの値Ｔが設定値Ｔｓを超えていない場合には、カウンタの値Ｔを増加させた後（ステップＳｔ１２）、ステップＳｔ８に戻る。そして、回転速度Ｓｍが切換回転速度Ｓ１以下に低下するまで、回転速度Ｓｍが低下する状態から上昇する状態に転じるまで、又はカウンタの値Ｔが設定値Ｔｓを超えるまで、ステップＳｔ８〜Ｓｔ１２が繰り返される。

ステップＳｔ９において、回転速度Ｓｍが切換回転速度Ｓ１以下に低下した場合には、目標回転速度調整部４３は、定格回転制御動作として、回転速度Ｓｍが切換回転速度Ｓ１になったとして、目標回転速度Ｓｒを負荷投入前回転速度Ｓｈから定格回転速度Ｓ０に切り換えて設定する（ステップＳｔ１３）。そして、回転速度制御部４２によって、回転速度Ｓｍが目標回転速度Ｓｒとしての定格回転速度Ｓ０になるよう制御される（ステップＳｔ１５）。回転速度Ｓｍが切換回転速度Ｓ１になったときには、この時点における回転速度Ｓｍが定格回転速度Ｓ０に近くなっている。そのため、目標回転速度Ｓｒを定格回転速度Ｓ０に変更することにより、回転速度Ｓｍが定格回転速度Ｓ０に追従しやすくなる。

また、ステップＳｔ９において、回転速度Ｓｍが切換回転速度Ｓ１以下に低下していなくても、ステップＳｔ１０において、回転速度Ｓｍが低下する状態から上昇する状態に転じた場合には、目標回転速度Ｓｒが負荷投入前回転速度Ｓｈから定格回転速度Ｓ０に切り換えて設定される（ステップＳｔ１３）。そして、回転速度制御部４２によって、回転速度Ｓｍが目標回転速度Ｓｒとしての定格回転速度Ｓ０になるよう制御される（ステップＳｔ１５）。発電機３に負荷７が接続された後において、回転速度Ｓｍが切換回転速度Ｓ１に低下する前に、低下する状態から上昇する状態に転じたときには、回転速度Ｓｍが切換回転速度Ｓ１まで低下しないと判断され、目標回転速度Ｓｒを定格回転速度Ｓ０に変更することができる。

また、ステップＳｔ９において、回転速度Ｓｍが切換回転速度Ｓ１以下に低下せず、かつ、ステップＳｔ１０において、回転速度Ｓｍが低下する状態から上昇する状態に転じていない場合でも、ステップＳｔ１１においてカウンタの値Ｔが設定値Ｔｓを超えた場合には、目標回転速度Ｓｒが負荷投入前回転速度Ｓｈから定格回転速度Ｓ０に切り換えて設定される（ステップＳｔ１３）。そして、回転速度制御部４２によって、回転速度Ｓｍが目標回転速度Ｓｒとしての定格回転速度Ｓ０になるよう制御される（ステップＳｔ１５）。これにより、発電機３に負荷７が接続された後に、設定値Ｔｓによる経過時間を経過しても回転速度Ｓｍが切換回転速度Ｓ１まで低下しない場合には、目標回転速度Ｓｒを定格回転速度Ｓ０に変更することができる。

そして、回転計２２によって検出される回転速度Ｓｍが目標回転速度Ｓｒとしての定格回転速度Ｓ０になるまで、ステップＳｔ１４〜Ｓｔ１６が繰り返される。その後、回転速度Ｓｍが定格回転速度Ｓ０に安定した後は、定常時の制御動作が行われる。そして、回転速度制御部４２によって、回転速度Ｓｍが目標回転速度Ｓｒとしての定格回転速度Ｓ０に制御される。

（作用効果）
本形態の発電システム１の制御装置４及び制御方法においては、発電機３に負荷７が投入される前の状態において、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍが負荷投入前回転速度Ｓｈに維持されるようにする。これにより、発電機３に負荷７が投入されたときに生じる、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍの低下量を抑えることができる。

また、発電機３に負荷７が投入された後において、目標回転速度Ｓｒを負荷投入前回転速度Ｓｈから定格回転速度Ｓ０に切り換えて設定するタイミングを、回転速度Ｓｍが、定格回転速度Ｓ０以上であって負荷投入前回転速度Ｓｈ未満の範囲内で設定された切換回転速度Ｓ１になったときとしている。このタイミングとは、制御装置４において、目標回転速度Ｓｒを負荷投入前回転速度Ｓｈから定格回転速度Ｓ０に切り換えるための制御信号が発せられるタイミングのことをいう。これにより、発電機３に負荷７が投入された後において、回転速度Ｓｍの著しい低下を抑制し、かつ、回転速度Ｓｍが定格回転速度Ｓ０に整定されるまでの時間を短くするとともに、発電機３から負荷７に供給される電力の品質を確保することができる。

本形態の負荷７は、商用電源６によって動作するものである。電力の品質は、規定の周波数と規定の交流電圧が維持されることによって確保される。

図５には、本形態の発電システム１の制御方法の実施例として、発電機３に負荷７が投入されたときに、回転速度Ｓｍが切換回転速度Ｓ１に低下したときに、目標回転速度Ｓｒが定格回転速度Ｓ０に切り換わった場合について、回転速度Ｓｍ及びスロットル弁２１の開度の時間的変化を示す。同図に示すように、発電機３に負荷が投入された後には、回転速度Ｓｍが低下する。このとき、回転速度Ｓｍが切換回転速度Ｓ１になったときに目標回転速度Ｓｒが定格回転速度Ｓ０に切り換わることにより、回転速度Ｓｍの低下が抑制され、回転速度Ｓｍが短時間で定格回転速度Ｓ０に収束することが分かる。

図６には、本形態の発電システム１の制御方法の比較例１として、発電機３に負荷７が投入されたときに、回転速度Ｓｍが、切換回転速度Ｓ１に低下する前の、定格回転速度Ｓ０の１．１５倍よりも高い回転速度Ｓ２になったときに、目標回転速度Ｓｒが定格回転速度Ｓ０に切り換わった場合について、回転速度Ｓｍ及びスロットル弁２１の開度の時間的変化を示す。同図に示すように、回転速度Ｓｍが、切換回転速度Ｓ１よりも高い回転速度Ｓ２になったときに、目標回転速度Ｓｒが定格回転速度Ｓ０に切り換わっていることにより、実際の回転速度Ｓｍが目標回転速度Ｓｒよりも高くなる時間帯Ｘがあることが分かる。この時間帯Ｘにおいては、回転速度制御部４２が、回転速度Ｓｍを目標回転速度Ｓｒに近づけるためにこの回転速度Ｓｍを低下させることになり、発電機３への負荷７の投入によって回転速度Ｓｍが急激に低下している最中に、ガスエンジン２のスロットル弁２１が絞られるおそれがある。同図においては、スロットル弁２１の開度が、一時的に小さくなった後に再び大きくなっていることが分かる。その結果、負荷７の投入後におけるガスエンジン２の回転速度Ｓｍの低下が著しくなって、発電機３から負荷７に供給される電力の周波数及び交流電圧も低下し、一時的に、発電機３から負荷７へ必要な電力を供給できなくなるおそれがある。同図においては、回転速度Ｓｍが、図５の場合に比べて大きく低下していることが分かる（符号Ｙ１によって示す。）。

一方、図７には、本形態の発電システム１の制御方法の比較例２として、発電機３に負荷７が投入されたときに、回転速度Ｓｍが、定格回転速度Ｓ０の０．９倍よりも低い回転速度Ｓ３になったときに、目標回転速度Ｓｒが定格回転速度Ｓ０に切り換わった場合について、回転速度Ｓｍ及びスロットル弁２１の開度の時間的変化を示す。同図に示すように、回転速度Ｓｍが、切換回転速度Ｓ１の０．９倍よりも低い回転速度Ｓ３になったときに、目標回転速度Ｓｒが定格回転速度Ｓ０に切り換わっていることにより、スロットル弁２１の開度が急激に大きくなった状態が維持され、回転速度Ｓｍが低下した後に、回転速度Ｓｍが定格回転速度Ｓ０を大きく超えていることが分かる（符号Ｙ２によって示す。）。この現象は、目標回転速度Ｓｒが負荷投入前回転速度Ｓｈから定格回転速度Ｓ０に切り換わった後に、目標回転速度Ｓｒの切り換えに伴う制御遅れによって、ガスエンジン２に供給される混合気流量が絞られるタイミングが遅れることによって生じる。そして、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍが定格回転速度Ｓ０を超えるときには、発電機３から負荷７に供給される電力の周波数が規定の周波数から外れ、この電力の品質が低下するおそれがある。また、回転速度Ｓｍのハンチングが生じやすくなり、回転速度Ｓｍが定格回転速度Ｓ０に整定されるまでの時間が長くなるおそれがある。

以上、本形態の発電システム１の制御装置４及び制御方法によれば、目標回転速度Ｓｒを、負荷投入前回転速度Ｓｈから定格回転速度Ｓ０に切り換えるタイミングが良く、発電機３に負荷７が投入された後において、回転速度Ｓｍの著しい低下を抑制し、回転速度Ｓｍが定格回転速度Ｓ０に整定されるまでの時間を短くするとともに、発電機３から負荷７に供給される電力の品質を確保することができる。

本発明は、本形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態を構成することが可能である。

１ 発電システム
２ ガスエンジン
２１ スロットル弁
３ 発電機
４ 制御装置
４２ 回転速度制御部
４３ 目標回転速度調整部
５ 遮断器
６ 商用電源
７ 負荷

Claims (8)

1. エンジンの燃焼によって発電機における発電を行い、前記発電機から遮断器を介して負荷へ電力を供給する発電システムに用いられる制御装置であって、
   前記制御装置は、
   前記エンジンの回転速度Ｓｍが目標回転速度Ｓｒになるよう制御する回転速度制御部と、前記目標回転速度Ｓｒを調整する回転速度調整部とを備えており、
   前記回転速度調整部は、
   前記遮断器によって前記発電機への前記負荷の接続が遮断された状態において、前記目標回転速度Ｓｒを定格回転速度Ｓ０よりも高い負荷投入前回転速度Ｓｈに設定する設定機能と、
   前記遮断器によって前記発電機に前記負荷が接続された後、前記回転速度Ｓｍが、前記負荷投入前回転速度Ｓｈ未満の値として決定された切換回転速度Ｓ１に低下したときに、前記目標回転速度Ｓｒを前記負荷投入前回転速度Ｓｈから前記定格回転速度Ｓ０に切り換えて設定する切換機能と、を有する、発電システムの制御装置。
2. 前記負荷投入前回転速度Ｓｈは、前記定格回転速度Ｓ０の１．０５〜１．３倍の値に設定されており、
   前記切換回転速度Ｓ１は、前記負荷投入前回転速度Ｓｈ未満であって前記定格回転速度Ｓ０の０．９〜１．１５倍の値に設定されている、請求項１に記載の発電システムの制御装置。
3. 前記回転速度調整部は、
   前記発電機に前記負荷が接続された時点からの経過時間を計測する時間計測機能と、前記時間計測機能によって計測される前記経過時間が規定時間を経過した時点において、前記目標回転速度Ｓｒが前記定格回転速度Ｓ０に切り換わっていない場合に、前記目標回転速度Ｓｒを前記負荷投入前回転速度Ｓｈから前記定格回転速度Ｓ０に切り換えて設定するタイマー切換機能と、を有する、請求項１又は２に記載の発電システムの制御装置。
4. 前記回転速度調整部は、
   前記遮断器によって前記発電機に前記負荷が接続された後、前記回転速度Ｓｍが、前記切換回転速度Ｓ１になる前に低下する状態から上昇する状態に転じたときに、前記目標回転速度Ｓｒを前記負荷投入前回転速度Ｓｈから前記定格回転速度Ｓ０に切り換えて設定する上昇切換機能を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発電システムの制御装置。
5. エンジンの燃焼によって発電機における発電を行い、前記発電機から遮断器を介して負荷へ電力を供給する発電システムの制御方法であって、
   前記エンジンの回転速度Ｓｍが目標回転速度Ｓｒになるよう制御するに際し、
   前記遮断器によって前記発電機への前記負荷の接続が遮断された状態において、前記目標回転速度Ｓｒを定格回転速度Ｓ０よりも高い負荷投入前回転速度Ｓｈに設定して、前記回転速度Ｓｍが前記負荷投入前回転速度Ｓｈになるよう制御する負荷投入前回転制御動作と、
   前記遮断器によって前記発電機に前記負荷が接続された後、前記回転速度Ｓｍが、前記負荷投入前回転速度Ｓｈ未満の値として決定された切換回転速度Ｓ１に低下したときに、前記目標回転速度Ｓｒを前記負荷投入前回転速度Ｓｈから前記定格回転速度Ｓ０に切り換えて設定し、前記回転速度Ｓｍが前記定格回転速度Ｓ０になるよう制御する定格回転制御動作と、を含む、発電システムの制御方法。
6. 前記負荷投入前回転速度Ｓｈは、前記定格回転速度Ｓ０の１．０５〜１．３倍の値に設定されており、
   前記切換回転速度Ｓ１は、前記負荷投入前回転速度Ｓｈ未満であって前記定格回転速度Ｓ０の０．９〜１．１５倍の値に設定されている、請求項５に記載の発電システムの制御方法。
7. 前記定格回転制御動作においては、前記発電機に前記負荷が接続された時点からの経過時間を計測し、前記経過時間が規定時間を経過した時点において、前記目標回転速度Ｓｒが前記定格回転速度Ｓ０に切り換わっていない場合には、前記目標回転速度Ｓｒを前記負荷投入前回転速度Ｓｈから前記定格回転速度Ｓ０に切り換えて設定する、請求項５又は６に記載の発電システムの制御方法。
8. 前記定格回転制御動作においては、前記遮断器によって前記発電機に前記負荷が接続された後、前記回転速度Ｓｍが、前記切換回転速度Ｓ１になる前に低下する状態から上昇する状態に転じた場合には、前記目標回転速度Ｓｒを前記負荷投入前回転速度Ｓｈから前記定格回転速度Ｓ０に切り換えて設定する、請求項５〜７のいずれか１項に記載の発電システムの制御方法。

Images