JP2020129908A

JP2020129908A - 発電システム、発電制御装置、及び発電制御方法

Info

Publication number: JP2020129908A
Application number: JP2019021587A
Authority: JP
Inventors: 誠祐田中; Masahiro Tanaka; 和成南里; Kazushige Minamizato; 浩紀宮田; Hironori Miyata; 洋一尾方; Yoichi Ogata
Original assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd; Nippon Steel Energy Service Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Engineering Co Ltd; Nippon Steel Energy Service Co Ltd
Priority date: 2019-02-08
Filing date: 2019-02-08
Publication date: 2020-08-27
Anticipated expiration: 2039-02-08
Also published as: JP7220581B2

Abstract

【課題】需要家設備の受電点力率の改善と、需要家設備における発電効率の更なる向上との両立を図るのに有効な発電システムを提供する。【解決手段】発電システム１０は、発電装置１１と、需要家設備１が消費する遅れ無効電力を縮小するように発電装置１１を制御する第一発電制御部１１２と、発電装置１１が供給する遅れ無効電力の大きさに関する無効電力指標値に基づいて、需要家設備１が有する進相コンデンサ６の状態を発電装置１１に接続されるオン状態又は発電装置１１に接続されないオフ状態にするオン・オフ制御部１１１と、進相コンデンサ６がオン状態である場合に発電装置１１により供給される遅れ無効電力が、当該進相コンデンサ６がオフ状態である場合に比較して小さくなるように、オン状態及びオフ状態の切り替えに応じて発電装置１１の制御目標値を変更する第二発電制御部１１３と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、発電システム、発電制御装置、及び発電制御方法に関する。

特許文献１には、受電点における無効電力を検出する無効電力検出手段と、各発電機が発電する有効電力を検出する有効電力検出手段と、各発電機が発電すべき無効電力の総和が受電点における無効電力に一致し、各発電機の損失コストの総和が最小になる各発電機の無効電力を算出する力率演算手段と、を備える自動力率制御システムが開示されている。

特開２０１４−１７６１３６号公報

本開示は、需要家設備の受電点力率の改善と、需要家設備における発電効率の更なる向上との両立を図るのに有効な発電システムを提供することを目的とする。

本開示の一側面に係る発電システムは、電力系統の需要家設備に設置される発電装置と、需要家設備が消費する遅れ無効電力（以下、「受電点無効電力」という。）を縮小するように発電装置を制御する第一発電制御部と、発電装置が供給する遅れ無効電力の大きさに関する無効電力指標値に基づいて、需要家設備が有する進相コンデンサの状態を発電装置に接続されるオン状態又は発電装置に接続されないオフ状態にするオン・オフ制御部と、進相コンデンサがオン状態である場合に発電装置により供給される遅れ無効電力が、当該進相コンデンサがオフ状態である場合に発電装置により供給される遅れ無効電力に比較して小さくなるように、当該進相コンデンサのオン状態及びオフ状態の切り替えに応じて発電装置の制御目標値を変更する第二発電制御部と、を備える。

この発電システムによれば、発電装置の制御により、受電点無効電力を微調節することができる。また、受電点無効電力の調節に進相コンデンサの状態（オン状態又はオフ状態）の切り替えを併用することで、発電装置が供給する遅れ無効電力を削減し、発電装置の発電効率を向上させることができる。進相コンデンサのオン状態及びオフ状態の切り替えに応じて、発電装置の制御目標値を切り替えることで、系統側に遅れ無効電力を供給してしまう状態（以下、「無効電力の逆潮状態」という。）の発生を抑制することができる。従って、需要家設備の受電点力率の改善と、需要家設備における発電効率向上との両立を図るのに有効である。

第二発電制御部は、オン・オフ制御部が進相コンデンサをオフ状態からオン状態に切り替える前に、当該進相コンデンサのオフ状態用の制御目標値を当該進相コンデンサのオン状態用の制御目標値に変更するように構成されていてもよい。この場合、進相コンデンサのオン状態用の制御目標値による発電装置の制御と、当該進相コンデンサのオフ状態からオン状態への切り替えとが重なることに起因して無効電力の逆潮状態が発生することを回避することができる。

第二発電制御部は、オン・オフ制御部が進相コンデンサをオン状態からオフ状態に切り替えた後に、当該進相コンデンサのオン状態用の制御目標値を当該進相コンデンサのオフ状態用の制御目標値に変更するように構成されていてもよい。この場合、進相コンデンサのオン状態と、当該進相コンデンサのオフ状態用の制御目標値から当該進相コンデンサのオン状態用の制御目標値への切り替えとが重なることに起因して無効電力の逆潮状態が発生することを回避することができる。

オン・オフ制御部は、進相コンデンサが供給できる遅れ無効電力の大きさに所定のマージンを加算した第一閾値を無効電力指標値が超えるのに応じて進相コンデンサをオフ状態からオン状態に切り替え、当該マージンより小さい第二閾値を無効電力指標値が下回るのに応じて進相コンデンサをオン状態からオフ状態に切り替えるように構成されていてもよい。この場合、第一閾値と第二閾値との間に不感帯を設けることにより、進相コンデンサのオン状態及びオフ状態の切り替え頻度を抑制し、過剰な切替に起因する受電点力率の頻繁な変化を抑制することができる。

オン・オフ制御部は、無効電力指標値に基づいてオン状態の進相コンデンサの数を変更するように構成されていてもよい。この場合、進相コンデンサが供給する遅れ無効電力を多段階で調節可能にすることで、進相コンデンサの状態の切り替えに伴う発電装置１１の制御目標値の変更量を抑制することができる。

オン・オフ制御部は、オン状態及びオフ状態の切り替えに際して、複数の進相コンデンサのそれぞれの静電容量に基づいて、オン状態及びオフ状態を切り替えるべき進相コンデンサを選択するように構成されていてもよい。この場合、必要とされる無効電力の大きさに応じて、静電容量の異なる複数の進相コンデンサを使い分けることで、発電効率の更なる向上を図ることができる。

オン・オフ制御部は、オン状態からオフ状態への切り替えに際して、無効電力指標値の変化速度と、複数の進相コンデンサのそれぞれの静電容量とに基づいて、オン状態及びオフ状態を切り替えるべき進相コンデンサを選択するように構成されていてもよい。この場合、オン状態からオフ状態への切り替え頻度を抑制することができる。

本開示の他の側面に係る発電制御装置は、需要家設備に設置された発電装置を制御対象とし、需要家設備が消費する遅れ無効電力を縮小するように発電装置を制御する第一発電制御部と、発電装置が供給する遅れ無効電力の大きさに関する無効電力指標値に基づいて、需要家設備が有する進相コンデンサの状態を発電装置に接続されるオン状態又は発電装置に接続されないオフ状態にするオン・オフ制御部と、進相コンデンサがオン状態である場合に発電装置により供給される遅れ無効電力が、当該進相コンデンサがオフ状態である場合に発電装置により供給される遅れ無効電力に比較して小さくなるように、当該進相コンデンサのオン状態及びオフ状態の切り替えに応じて発電装置の制御目標値を変更する第二発電制御部と、を備える。

本開示の更に他の側面に係る発電制御方法は、発電装置、進相コンデンサ、及び負荷を有する需要家設備が消費する遅れ無効電力を縮小するように発電装置を制御することと、発電装置が供給する遅れ無効電力の大きさに関する無効電力指標値に基づいて、需要家設備が有する進相コンデンサの状態を発電装置に接続されるオン状態又は発電装置に接続されないオフ状態にすることと、進相コンデンサがオン状態である場合に発電装置により供給される遅れ無効電力が、当該進相コンデンサがオフ状態である場合に発電装置により供給される遅れ無効電力に比較して小さくなるように、当該進相コンデンサのオン状態及びオフ状態の切り替えに応じて発電装置の制御目標値を変更することと、を含む。

本開示によれば、需要家設備の受電点力率の改善と、需要家設備における発電効率の更なる向上との両立を図るのに有効な発電システムを提供することができる。

需要家設備の概略構成を示す模式図である。制御装置のハードウェア構成を示すブロック図である。力率調節手順を示すフローチャートである。力率調節手順の変形例を示すフローチャートである。

以下、実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

〔発電システム〕
図１に示すように、本実施形態に係る発電システム１０は、電力系統ＰＳの需要家設備１に設置されるシステムである。需要家設備１は、変圧器２と、電力検出部４と、負荷５と、進相コンデンサ６と、切替スイッチ７と、発電システム１０とを備える。

変圧器２は、電力系統ＰＳの電圧を需要家設備１の構内用の電圧に変換する。電力検出部４は、需要家設備１の受電点３における電力を計測する。受電点３は、需要家設備１が電力系統ＰＳから電力供給を受ける点であり、具体的には電力系統ＰＳと変圧器２の一次側（電力系統ＰＳ側）との接続点である。電力検出部４は、交流電圧計及び交流電流計を含み、交流電圧及び交流電流の計測結果に基づいて受電点３における有効電力及び無効電力を導出する。

負荷５は、変圧器２の二次側（需要家設備１の構内側）からの構内電線９に接続されており、構内において電力を消費する。負荷５の具体例としては、モータ、ヒータ、クーラ又は照明等が挙げられるがこれらに限定されるものではなく、上記供給電力を消費する限りいかなるものであってもよい。需要家設備１は、複数の負荷５を備えていてもよい。図においては二つの負荷５を示しているが、負荷５の数に特に制限はない。

進相コンデンサ６は、負荷５が消費する遅れ無効電力を進み無効電力の消費によって相殺し、受電点３の力率を向上させるためのコンデンサである。なお、進み無効電力を消費することは、遅れ無効電力を供給することと等価である。切替スイッチ７は、進相コンデンサ６と構内電線９との間に介在し、進相コンデンサ６の状態を構内電線９に接続される状態（以下、「オン状態」という。）又は構内電線９に接続されない状態（以下、「オフ状態」という。）に切り替える。切替スイッチ７は、例えば電磁接触器であり、制御信号の入力によって電気的に操作可能である。需要家設備１は、複数組の進相コンデンサ６及び切替スイッチ７を備えていてもよい。図においては、二組の進相コンデンサ６及び切替スイッチ７を示しているが、進相コンデンサ６及び切替スイッチ７の数に特に制限はない。需要家設備１が複数の進相コンデンサ６を備えている場合に、当該複数の進相コンデンサ６は、互いに静電容量が異なる複数の進相コンデンサ６を含んでいてもよい。

発電システム１０は、発電装置１１と、自動電圧調整器１２及び自動力率調整器１３と、電力検出部１４と、発電制御装置１００とを備える。

発電装置１１は、需要家設備１の構内に設置され、構内電線９に接続される。発電装置１１は、動力の入力に応じて交流電力を発生させ、発生した交流電力を構内電線９に出力する。発電装置１１は、無効電力を制御可能な交流発電機であればいかなるものであってもよい。図においては、一つの発電装置１１を示しているが、発電装置１１の数に制限はなく、発電システム１０は複数の発電装置１１を備えていてもよい。

自動力率調整器１３は、自動電圧調整器１２を介して発電装置１１の力率を目標値に近付ける。自動電圧調整器１２は、自動力率調整器１３からの指令に応じて発電装置１１の界磁電流の調節等を行う。

電力検出部１４は、発電装置１１が発生する電力を計測する。例えば電力検出部１４は、発電装置１１と構内電線９との間における交流電圧及び交流電流を計測し、計測結果に基づいて有効電力及び無効電力を導出する。

発電制御装置１００は、例えば発電装置１１及び切替スイッチ７等を制御対象とするプログラマブルロジックコントローラであり、需要家設備１が消費する遅れ無効電力を縮小するように発電装置１１を制御することと、発電装置１１が供給する遅れ無効電力（発電装置１１が消費する進み無効電力）の大きさに関する無効電力指標値に基づいて、進相コンデンサ６の状態を発電装置１１に接続されるオン状態又は発電装置１１に接続されないオフ状態に切り替えることと、進相コンデンサ６がオン状態である場合に発電装置１１により供給される遅れ無効電力が、当該進相コンデンサ６がオフ状態である場合に発電装置１１により供給される遅れ無効電力に比較して小さくなるように、当該進相コンデンサ６のオン状態及びオフ状態の切り替えに応じて発電装置１１の制御目標値を変更することと、を実行するように構成されている。

例えば発電制御装置１００は、機能上の構成（以下、「機能モジュール」という。）として、第一発電制御部１１２と、オン・オフ制御部１１１と、第二発電制御部１１３とを有する。

第一発電制御部１１２は、需要家設備１が消費する遅れ無効電力（以下、「受電点無効電力」という。）を縮小するように発電装置１１を制御する。例えば第一発電制御部１１２は、受電点無効電力を縮小するように、発電装置１１が供給する遅れ無効電力（以下、「調整用無効電力」という。）を調節する。

より具体的に、第一発電制御部１１２は、受電点無効電力の情報を電力検出部４から取得し、これを縮小するための制御目標値を導出する。例えば第一発電制御部１１２は、受電点無効電力をゼロにする（受電点力率を１にする）ために発電装置１１が供給すべき遅れ無効電力（以下、「無効電力目標値」という。）を制御目標値として導出する。また、第一発電制御部１１２は、発電装置１１が発生する有効電力の情報を電力検出部１４から取得し、当該有効電力と上記無効電力目標値とに基づいて、発電装置１１の力率目標値を導出する。そして第一発電制御部１１２は、導出した力率目標値を自動力率調整器１３に出力する。これにより、発電装置１１が供給する遅れ無効電力が上記無効電力目標値に近付けられる。

オン・オフ制御部１１１は、上記無効電力指標値に基づいて、切替スイッチ７により進相コンデンサ６をオン状態又はオフ状態に切り替える。例えば無効電力指標値は、発電装置１１が供給する遅れ無効電力の大きさを実質的に示す値である。なお、発電システム１０が複数の発電装置１１を備える場合、無効電力指標値は全ての発電装置１１が供給する遅れ無効電力の総和を実質的に示す値である。例えばオン・オフ制御部１１１は、上記無効電力目標値を無効電力指標値として用いてもよい。

オン・オフ制御部１１１は、進相コンデンサ６が供給できる遅れ無効電力の大きさ（以下、「進相コンデンサ６の進相レベル」という。）に所定のマージンα１を加算した第一閾値を無効電力指標値が超えるのに応じて進相コンデンサ６をオフ状態からオン状態に切り替え、マージンα１より小さいマージンα２と同じ値の第二閾値を無効電力指標値が下回るのに応じて進相コンデンサ６をオン状態からオフ状態に切り替えてもよい。

マージンα１及びマージンα２は、発電機が最低限供給しなければならない無効電力の大きさよりも大きい値に設定されていてもよい。発電機が最低限供給しなければならない無効電力の大きさは、例えば発電機が供給する無効電力の可変範囲の最小値であり、発電機ごとの仕様によって定まる。

オン・オフ制御部１１１は、無効電力指標値に基づいてオン状態の進相コンデンサ６の数を変更するように構成されていてもよい。複数の進相コンデンサ６が互いに静電容量の異なる複数の進相コンデンサ６を含んでいる場合、オン・オフ制御部１１１は、オン状態及びオフ状態の切り替え対象とする進相コンデンサ６を静電容量に基づいて選択するように構成されていてもよい。また、オン・オフ制御部１１１は、無効電力指標値の変化速度と、複数の進相コンデンサ６のそれぞれの静電容量とに基づいて、オン状態からオフ状態に切り替えるべき進相コンデンサ６を選択するように構成されていてもよい。より具体的に、オン・オフ制御部１１１は、無効電力指標値の変化速度が高くなるのに応じて、静電容量の大きな進相コンデンサ６をオン状態からオフ状態に切り替えるように構成されていてもよい。

第二発電制御部１１３は、進相コンデンサ６がオン状態である場合に発電装置１１により供給される遅れ無効電力が、当該進相コンデンサ６がオフ状態である場合に発電装置１１により供給される遅れ無効電力に比較して小さくなるように、当該進相コンデンサ６のオン状態及びオフ状態の切り替えに応じて発電装置１１の制御目標値（第一発電制御部１１２による発電装置１１の制御における制御目標値）を変更する。例えば第二発電制御部１１３は、進相コンデンサ６がオフ状態からオン状態に切り替わるのに応じ、オフ状態における無効電力目標値から当該進相コンデンサ６の進相レベル（進相コンデンサ６が供給する遅れ無効電力の大きさ）を減算する。また、第二発電制御部１１３は、進相コンデンサ６がオン状態からオフ状態に切り替わるのに応じ、オフ状態における無効電力目標値に当該進相コンデンサ６の進相レベルを加算する。

第二発電制御部１１３は、オン・オフ制御部１１１が進相コンデンサ６をオフ状態からオン状態に切り替える前に、当該進相コンデンサ６のオフ状態用の無効電力目標値を当該進相コンデンサ６のオン状態用の無効電力目標値に変更するように構成されていてもよい。この場合、オン・オフ制御部１１１は、第二発電制御部１１３が進相コンデンサ６のオフ状態用の無効電力目標値を進相コンデンサ６のオン状態用の無効電力目標値に変更した後、進相コンデンサ６をオフ状態からオン状態に切り替える前に所定時間待機するように構成されていてもよい。

また、第二発電制御部１１３は、オン・オフ制御部１１１が進相コンデンサ６をオン状態からオフ状態に切り替えた後に、当該進相コンデンサ６のオン状態用の無効電力目標値を当該進相コンデンサ６のオフ状態用の無効電力目標値に変更するように構成されていてもよい。この場合、第二発電制御部１１３は、オン・オフ制御部１１１が進相コンデンサ６をオン状態からオフ状態に切り替えた後、進相コンデンサ６のオン状態用の制御目標値を進相コンデンサ６のオフ状態用の制御目標値に変更する前に、所定時間待機するように構成されていてもよい。

続いて、発電制御装置１００のハードウェア構成を例示する。図２に示すように、発電制御装置１００は、回路１２０を有する。回路１２０は、一つ又は複数のプロセッサ１２１と、メモリ１２２と、ストレージ１２３と、入出力ポート１２４とを含む。ストレージ１２３は、例えばハードディスク等、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を有する。記憶媒体は、後述の発電制御手順を発電制御装置１００に実行させるためのプログラムを記憶している。記憶媒体は、不揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク及び光ディスク等の取り出し可能な媒体であってもよい。メモリ１２２は、ストレージ１２３の記憶媒体からロードしたプログラム及びプロセッサ１２１による演算結果を一時的に記憶する。プロセッサ１２１は、メモリ１２２と協働して上記プログラムを実行することで、上述した各機能モジュールを構成する。入出力ポート１２４は、プロセッサ１２１からの指令に従って、電力検出部４，１４、自動力率調整器１３、切替スイッチ７，７との間で電気信号の入出力を行う。

〔発電制御手順〕
続いて、発電制御方法の一例として、発電制御装置１００が実行する発電制御手順を説明する。この手順は、上記受電点無効電力を縮小するように発電装置１１を制御することと、発電装置１１が供給する遅れ無効電力の大きさに関する無効電力指標値に基づいて、進相コンデンサ６の状態を発電装置１１に接続されるオン状態又は発電装置１１に接続されないオフ状態に切り替えることと、進相コンデンサ６がオン状態である場合に発電装置１１により供給される遅れ無効電力が、当該進相コンデンサ６がオフ状態である場合に発電装置１１により供給される遅れ無効電力に比較して小さくなるように、当該進相コンデンサ６のオン状態及びオフ状態の切り替えに応じて発電装置１１の制御目標値を変更することと、を含む。

図３に示すように、発電制御装置１００は、まずステップＳ０１，Ｓ０２，Ｓ０３を順に実行する。ステップＳ０１では、第一発電制御部１１２が、上記受電点無効電力の情報を電力検出部４から取得する。ステップＳ０２では、第一発電制御部１１２が、受電点無効電力を縮小する（例えばゼロにする）ために発電装置１１が供給すべき遅れ無効電力（上記無効電力目標値）を導出する。ステップＳ０３では、オン・オフ制御部１１１が上記無効電力目標値を無効電力指標値として用い、当該無効電力指標値が上記第一閾値を上回っているか否かを確認する。

ステップＳ０３において、無効電力指標値が第一閾値を上回っていると判定した場合、発電制御装置１００はステップＳ０４を実行する。ステップＳ０４では、オフ状態となっている進相コンデンサ６が存在するか否かをオン・オフ制御部１１１が確認する。

ステップＳ０４において、オフ状態となっている進相コンデンサ６が存在すると判定した場合、発電制御装置１００はステップＳ０６，Ｓ０７を順に実行する。ステップＳ０６では、第二発電制御部１１３が、現在の無効電力目標値を、オフ状態の進相コンデンサ６がオン状態となった場合の無効電力目標値に変更する。例えば第二発電制御部１１３は、現在の無効電力目標値から、オフ状態の進相コンデンサ６の進相レベルを減算する。ステップＳ０７では、オン・オフ制御部１１１が、オフ状態の進相コンデンサ６のいずれかを切替スイッチ７によりオン状態に切り替える。なお、オン・オフ制御部１１１は、ステップＳ０６が実行された後、ステップＳ０７を実行する前に所定時間待機してもよい。

ステップＳ０３において、無効電力指標値は第一指標値以下であると判定した場合、発電制御装置１００はステップＳ１１を実行する。ステップＳ１１では、無効電力指標値が上記第二閾値を下回っているか否かをオン・オフ制御部１１１が確認する。

ステップＳ１１において、無効電力指標値が第二閾値を下回っていると判定した場合、発電制御装置１００はステップＳ１２を実行する。ステップＳ１２では、オン状態となっている進相コンデンサ６が存在するか否かをオン・オフ制御部１１１が確認する。

ステップＳ１２において、オン状態となっている進相コンデンサ６が存在すると判定した場合、発電制御装置１００はステップＳ１４，Ｓ１５を順に実行する。ステップＳ１４では、オン・オフ制御部１１１が、オン状態の進相コンデンサ６のいずれかを切替スイッチ７によりオフ状態に切り替える。ステップＳ１５では、第二発電制御部１１３が、現在の無効電力目標値を、オン状態の進相コンデンサ６がオフ状態となった場合の無効電力目標値に変更する。例えば第二発電制御部１１３は、現在の無効電力目標値にオン状態の進相コンデンサ６の進相レベルを加算する。なお、第二発電制御部１１３は、ステップＳ１４が実行された後、ステップＳ１５を実行する前に所定時間待機してもよい。

ステップＳ０７，Ｓ１５を実行した後、発電制御装置１００はステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３を実行する。ステップＳ０４において、オフ状態となっている進相コンデンサ６は存在しないと判定した場合、発電制御装置１００はステップＳ０６，Ｓ０７を実行することなくステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３を実行する。ステップＳ１２において、オン状態となっている進相コンデンサ６は存在しないと判定した場合、発電制御装置１００はステップＳ１４，Ｓ１５を実行することなくステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３を実行する。ステップＳ１１において、無効電力指標値が第二閾値以上であると判定した場合、発電制御装置１００はステップＳ１２を実行することなくステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３を実行する。

ステップＳ２１では、発電装置１１が発生する有効電力の情報を第一発電制御部１１２が電力検出部１４から取得する。ステップＳ２２では、第一発電制御部１１２が、当該有効電力と上記無効電力目標値とに基づいて、発電装置１１の力率目標値を導出する。ステップＳ２３では、第一発電制御部１１２が力率目標値を自動力率調整器１３に出力する。以上で１サイクルの発電制御手順が完了する。発電制御装置１００は以上の手順を繰り返し実行する。

なお、ステップＳ０１〜Ｓ２２の実行順序は適宜変更可能である。例えば発電制御装置１００はステップＳ２１をステップＳ０１以前に実行してもよい。また、発電制御装置１００は、ステップＳ０３に先立ってステップＳ１１を実行し、ステップＳ１１において無効電力指標値が第二閾値以上であると判定した場合にステップＳ０３を実行し、ステップＳ０３において無効電力指標値が第一閾値以下であると判定した場合にはステップＳ０４を実行することなくステップＳ２１を実行してもよい。

複数の進相コンデンサ６が互いに静電容量の異なる複数の進相コンデンサ６を含んでいる場合、発電制御装置１００は、図４に示すようにステップＳ０６に先立ってステップＳ０５を実行し、ステップＳ１４に先立ってステップＳ１３を実行してもよい。

ステップＳ０５では、オン・オフ制御部１１１が、無効電力指標値の大きさと、複数の進相コンデンサ６のそれぞれの静電容量とに基づいて、オフ状態からオン状態に切り替えるべき進相コンデンサ６を選択する。ステップＳ０６では、第二発電制御部１１３が、ステップＳ０５で選択された進相コンデンサ６の進相レベルを現在の無効電力目標値から減算する。ステップＳ０７では、オン・オフ制御部１１１が、ステップＳ０５で選択された進相コンデンサ６を切替スイッチ７によりオン状態に切り替える。

ステップＳ１３では、オン・オフ制御部１１１が、無効電力指標値の大きさと、複数の進相コンデンサ６のそれぞれの静電容量とに基づいて、オン状態からオフ状態に切り替えるべき進相コンデンサ６を選択する。ステップＳ１３においては、無効電力指標値の下降速度と、複数の進相コンデンサ６のそれぞれの静電容量とに基づいて、オン状態からオフ状態に切り替えるべき進相コンデンサ６を選択してもよい。ステップＳ１４では、オン・オフ制御部１１１が、ステップＳ１３で選択された進相コンデンサ６を切替スイッチ７によりオフ状態に切り替える。ステップＳ１５では、第二発電制御部１１３が、ステップＳ１３で選択された進相コンデンサ６の進相レベルを現在の無効電力目標値に加算する。

なお、ステップＳ１３において、切り替え対象とされる進相コンデンサ６の静電容量が所定の容量よりも大きい場合には、ステップＳ１５の後に所定の待機時間を設けてもよい。静電容量の大きい進相コンデンサ６がオフ状態に切り替わると、無効電力指標値の縮小幅も大きくなる。このため、次回のステップＳ０５において他の進相コンデンサ６をオン状態に切り替えることが必要と判断され、結果的にオン状態及びオフ状態の切り替え頻度が高くなってしまう可能性がある。これに対し、ステップＳ１５の後に待機時間を設けることによって、切り替え頻度を抑制することができる。

ステップＳ０５〜Ｓ０７では、いずれかの進相コンデンサ６をオフ状態からオン状態に切り替えつつ、他の進相コンデンサ６をオン状態からオフ状態に切り替えて、オン状態となる進相コンデンサ６を変更してもよい。例えばステップＳ０５では、無効電力指標値の大きさと、現在オン状態である進相コンデンサ６の静電容量と、現在オフ状態である進相コンデンサ６の静電容量とに基づいて、オフ状態からオン状態に切り替えるべき進相コンデンサ６と（以下、「オフ―オン切り替え対象の進相コンデンサ６」という。）と、オン状態からオフ状態に切り替えるべき進相コンデンサ６（以下、「オン−オフ切り替え対象の進相コンデンサ６」という。）とを決定する。具体的には、進相コンデンサ６が供給する無効電力の増加量を最適化し得るように、オフ−オン切り替え対象及びオン−オフ切り替え対象の進相コンデンサ６を決定する。

ステップＳ０６では、現在の無効電力目標値を、オフ−オン切り替え対象の進相コンデンサ６がオン状態となり、オン−オフ切り替え対象の進相コンデンサ６がオフ状態となった場合の無効電力目標値に変更する。ステップＳ０７では、オフ−オン切り替え対象の進相コンデンサ６を切替スイッチ７によりオン状態に切り替え、オン−オフ切り替え対象の進相コンデンサ６を切替スイッチ７によりオフ状態に切り替える。

同様に、ステップＳ１３〜Ｓ１５でも、いずれかの進相コンデンサ６をオン状態からオフ状態に切り替えつつ、他の進相コンデンサ６をオフ状態からオン状態に切り替えて、オフ状態となる進相コンデンサ６を変更してもよい。例えばステップＳ１３では、無効電力指標値の大きさと、現在オン状態である進相コンデンサ６の静電容量と、現在オフ状態である進相コンデンサ６の静電容量とに基づいて、オフ―オン切り替え対象の進相コンデンサ６と、オン−オフ切り替え対象の進相コンデンサ６とを決定する。具体的には、進相コンデンサ６が供給する無効電力の減少量を最適化し得るように、オフ−オン切り替え対象及びオン−オフ切り替え対象の進相コンデンサ６を決定する。

ステップＳ１４では、オフ−オン切り替え対象の進相コンデンサ６を切替スイッチ７によりオン状態に切り替え、オン−オフ切り替え対象の進相コンデンサ６を切替スイッチ７によりオフ状態に切り替える。現在の無効電力目標値を、オフ−オン切り替え対象の進相コンデンサ６がオン状態となり、オン−オフ切り替え対象の進相コンデンサ６がオフ状態となった後の無効電力目標値に変更する。

〔本実施形態の効果〕
以上に説明したように、発電システム１０は、電力系統ＰＳの需要家設備１に設置される発電装置１１と、上記受電点無効電力（需要家設備１が消費する遅れ無効電力）を縮小するように発電装置１１を制御する第一発電制御部１１２と、発電装置１１が供給する遅れ無効電力の大きさに関する無効電力指標値に基づいて、需要家設備１が有する進相コンデンサ６の状態を発電装置１１に接続されるオン状態又は発電装置１１に接続されないオフ状態にするオン・オフ制御部１１１と、進相コンデンサ６がオン状態である場合に発電装置１１により供給される遅れ無効電力が、当該進相コンデンサ６がオフ状態である場合に発電装置１１により供給される遅れ無効電力に比較して小さくなるように、当該進相コンデンサ６のオン状態及びオフ状態の切り替えに応じて発電装置１１の制御目標値を変更する第二発電制御部１１３と、を備える。

発電システム１０によれば、発電装置１１の制御により、受電点無効電力を微調節することができる。また、受電点無効電力の調節に進相コンデンサ６のオン状態及びオフ状態の切り替えを併用することで、発電装置１１が供給する遅れ無効電力を削減し、発電装置１１の発電効率を向上させることができる。進相コンデンサ６のオン状態及びオフ状態の切り替えに応じて、発電装置１１の制御目標値を切り替えることで、系統側に遅れ無効電力を供給してしまう状態（以下、「無効電力の逆潮状態」という。）の発生を抑制することができる。従って、需要家設備１の受電点力率の改善と、需要家設備１における発電効率向上との両立を図るのに有効である。

第二発電制御部１１３は、オン・オフ制御部１１１が進相コンデンサ６をオフ状態からオン状態に切り替える前に、当該進相コンデンサ６のオフ状態用の制御目標値を当該進相コンデンサ６のオン状態用の制御目標値に変更するように構成されていてもよい。この場合、進相コンデンサ６のオン状態用の制御目標値による発電装置１１の制御と、当該進相コンデンサ６のオフ状態からオン状態への切り替えとが重なることに起因して無効電力の逆潮状態が発生することを回避することができる。

第二発電制御部１１３は、オン・オフ制御部１１１が進相コンデンサ６をオン状態からオフ状態に切り替えた後に、当該進相コンデンサ６のオン状態用の制御目標値を当該進相コンデンサ６のオフ状態用の制御目標値に変更するように構成されていてもよい。この場合、進相コンデンサ６のオン状態と、当該進相コンデンサ６のオフ状態用の制御目標値から当該進相コンデンサ６のオン状態用の制御目標値への切り替えとが重なることに起因して無効電力の逆潮状態が発生することを回避することができる。

オン・オフ制御部１１１は、進相コンデンサ６が供給できる遅れ無効電力の大きさに所定のマージンα１を加算した第一閾値を無効電力指標値が超えるのに応じて進相コンデンサ６をオフ状態からオン状態に切り替え、マージンα１より小さいマージンα２と同じ値の第二閾値を無効電力指標値が下回るのに応じて進相コンデンサをオン状態からオフ状態に切り替えるように構成されていてもよい。この場合、第一閾値と第二閾値との間に不感帯を設けることにより、進相コンデンサ６のオン状態及びオフ状態の切り替え頻度を抑制し、過剰な切替に起因する受電点力率の頻繁な変化を抑制することができる。

マージンα１及びマージンα２は、発電機が最低限供給しなければならない無効電力の大きさよりも大きい値に設定されていてもよい。この場合、無効電力の逆潮状態の発生をより確実に抑制することができる。

オン・オフ制御部１１１は、無効電力指標値に基づいてオン状態の進相コンデンサ６の数を変更するように構成されていてもよい。この場合、進相コンデンサ６が供給する遅れ無効電力を多段階で調節可能にすることで、進相コンデンサ６の状態の切り替えに伴う発電装置１１の制御目標値の変更量を抑制することができる。

オン・オフ制御部１１１は、オン状態及びオフ状態の切り替えに際して、複数の進相コンデンサ６のそれぞれの静電容量に基づいて、オン状態及びオフ状態を切り替えるべき進相コンデンサを選択するように構成されていてもよい。この場合、必要とされる無効電力の大きさに応じて、静電容量の異なる複数の進相コンデンサ６を使い分けることで、発電効率の更なる向上を図ることができる。

オン・オフ制御部１１１は、オン状態からオフ状態への切り替えに際して、無効電力指標値の変化速度と、複数の進相コンデンサ６のそれぞれの静電容量とに基づいて、オン状態及びオフ状態を切り替えるべき進相コンデンサを選択するように構成されていてもよい。この場合、オン状態からオフ状態への切り替え頻度を抑制することができる。

以上、実施形態について説明したが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

１…需要家設備、５…負荷、６…進相コンデンサ、７…切替スイッチ、９…構内電線、ＰＳ…電力系統、１０…発電システム、１１…発電装置、１００…発電制御装置、１１２…第一発電制御部、１１１…オフ制御部、１１３…第二発電制御部。

Claims

電力系統の需要家設備に設置される発電装置と、
前記需要家設備が消費する遅れ無効電力を縮小するように前記発電装置を制御する第一発電制御部と、
前記発電装置が供給する遅れ無効電力の大きさに関する無効電力指標値に基づいて、前記需要家設備が有する進相コンデンサの状態を前記発電装置に接続されるオン状態又は前記発電装置に接続されないオフ状態にするオン・オフ制御部と、
前記進相コンデンサが前記オン状態である場合に前記発電装置により供給される遅れ無効電力が、当該進相コンデンサが前記オフ状態である場合に前記発電装置により供給される遅れ無効電力に比較して小さくなるように、当該進相コンデンサの前記オン状態及び前記オフ状態の切り替えに応じて前記発電装置の制御目標値を変更する第二発電制御部と、を備える発電システム。
前記第二発電制御部は、前記オン・オフ制御部が前記進相コンデンサを前記オフ状態から前記オン状態に切り替える前に、当該進相コンデンサの前記オフ状態用の前記制御目標値を当該進相コンデンサの前記オン状態用の前記制御目標値に変更するように構成されている、請求項１記載の発電システム。
前記第二発電制御部は、前記オン・オフ制御部が前記進相コンデンサを前記オン状態から前記オフ状態に切り替えた後に、当該進相コンデンサの前記オン状態用の前記制御目標値を当該進相コンデンサの前記オフ状態用の前記制御目標値に変更するように構成されている、請求項１又は２記載の発電システム。
前記オン・オフ制御部は、前記進相コンデンサが供給できる遅れ無効電力の大きさに所定のマージンを加算した第一閾値を前記無効電力指標値が超えるのに応じて前記進相コンデンサを前記オフ状態から前記オン状態に切り替え、当該マージンより小さい第二閾値を前記無効電力指標値が下回るのに応じて前記進相コンデンサを前記オン状態から前記オフ状態に切り替える、請求項１〜３のいずれか一項記載の発電システム。
前記オン・オフ制御部は、前記無効電力指標値に基づいて前記オン状態の前記進相コンデンサの数を変更するように構成されている、請求項１〜４のいずれか一項記載の発電システム。
前記オン・オフ制御部は、前記オン状態及び前記オフ状態の切り替えに際して、複数の前記進相コンデンサのそれぞれの静電容量に基づいて、前記オン状態及び前記オフ状態を切り替えるべき前記進相コンデンサを選択するように構成されている、請求項５記載の発電システム。
前記オン・オフ制御部は、前記オン状態から前記オフ状態への切り替えに際して、前記無効電力指標値の変化速度と、複数の前記進相コンデンサのそれぞれの静電容量とに基づいて、前記オン状態及び前記オフ状態を切り替えるべき前記進相コンデンサを選択するように構成されている、請求項６記載の発電システム。
需要家設備に設けられた発電装置を制御対象とし、前記需要家設備が消費する遅れ無効電力を縮小するように前記発電装置を制御する第一発電制御部と、
前記発電装置が供給する遅れ無効電力の大きさに関する無効電力指標値に基づいて、前記需要家設備が有する進相コンデンサの状態を前記発電装置に接続されるオン状態又は前記発電装置に接続されないオフ状態にするオン・オフ制御部と、
前記進相コンデンサが前記オン状態である場合に前記発電装置により供給される遅れ無効電力が、当該進相コンデンサが前記オフ状態である場合に前記発電装置により供給される遅れ無効電力に比較して小さくなるように、当該進相コンデンサの前記オン状態及び前記オフ状態の切り替えに応じて前記発電装置の制御目標値を変更する第二発電制御部と、を備える発電制御装置。
発電装置、進相コンデンサ、及び負荷を有する需要家設備が消費する遅れ無効電力を縮小するように前記発電装置を制御することと、
前記発電装置が供給する遅れ無効電力の大きさに関する無効電力指標値に基づいて、前記需要家設備が有する進相コンデンサの状態を前記発電装置に接続されるオン状態又は前記発電装置に接続されないオフ状態にすることと、
前記進相コンデンサが前記オン状態である場合に前記発電装置により供給される遅れ無効電力が、当該進相コンデンサが前記オフ状態である場合に前記発電装置により供給される遅れ無効電力に比較して小さくなるように、当該進相コンデンサの前記オン状態及び前記オフ状態の切り替えに応じて前記発電装置の制御目標値を変更することと、を含む発電制御方法。