JP3038475B1 - 自家発電装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】発電電力の制御を高速化し、商用電力系統から
の受電電力を低減できる自家発電装置の制御装置を提供
すること。 【解決手段】発電機と、発電機を駆動する原動機と、原
動機の回転数を制御するガバナと、原動機の回転数基準
値を設定する設定器とからなるセットを複数台備え、発
電機を商用電力系統と連系して構内負荷に電力を供給
し、受電電力が一定になるように発電電力を調整する受
電電力一定制御を行う自家発電装置の制御装置におい
て、運転中の発電機の容量に基づいて受電電力削減量を
演算し、受電電力基準値から前記受電電力削減量を減算
して受電電力目標値を出力し、この信号により発電電力
指令値を調節しているので、構内負荷の急激な変動によ
り受電電力が減少した場合でも、ガバナへの回転数指令
を高速に変化させることにより高速に電力を制御し、速
やかに受電電力を設定値まで回復させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、構内負荷に給電し
ながら商用電力系統と連系して運転される複数台の自家
発電装置の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】構内負荷に給電しながら商用電力系統と
連系して運転される複数台の自家発電装置の構成例を図
８に示す。以下、発電機２台の場合について説明する。
図８において、１は商用電源、２ａ，２ｂは発電機、３
ａ，３ｂはエンジン、４ａ，４ｂはエンジンの回転数を
制御するガバナ、６は構内負荷、７ａ，７ｂは発電電力
検出器、８は受電電力検出器、９ａ，９ｂ，１０は電流
検出器、１１ａ，１１ｂ，１２は電圧検出用トランス、
１３は受電遮断器、１４ａ，１４ｂは発電機遮断器、１
５は負荷遮断器、１６は発電電力演算回路、１８ａ，１
８ｂは回転数設定器、３９ａ，３９ｂはガバナ制御回路
である。

【０００３】上記のような商用電力系統と連系して運転
される自家発電装置においては、発電機２ａ，２ｂは原
動機３ａ，３ｂにより駆動され電力を発生し、その発電
電力は発電機遮断器１４，負荷遮断器１５を介して構内
負荷６で消費される。この消費電力が発電機２ａ，２ｂ
の発生電力で不足する分は商用電源１から受電遮断器１
３を介して供給される。

【０００４】通常、自家発電装置は特殊な保護継電器を
設置する場合を除いて、商用電源１に電力を逆潮流させ
ることはできない。必ず商用電源１からの受電電力が零
以上の値でなければならない。そのため構内負荷６の消
費電力が少ない場合は発電機２ａ，２ｂの電力を絞り、
逆潮流が発生しないようにしている。

【０００５】上記発電電力演算回路１６は、図９に示す
ように受電電力設定器３０と、加算器３１と、減算器３
２と、上下限リミッタ３３と、比例増幅器３４ａ，３４
ｂ及び電力制御回路３９ａ，３９ｂとから構成されてい
る。

【０００６】図９において、受電電力設定器３０は受電
電力の目標値を設定する。加算器３１では受電電力検出
器８の検出値と発電電力検出器７ａの検出値と発電電力
検出器７ｂの検出値を加算し、負荷電力の値を出力す
る。減算器３２では前記負荷電力から受電電力目標値を
減算し、発電機の発電電力の目標値を出力する。上下限
リミッタ３３では前記発電電力の目標値が、発電機が出
力可能な電力の範囲に収まるようにリミットする。比例
増幅器３４ａ，３４ｂは前記発電電力目標値を、発電機
２台の定格容量比に応じて発電機２ａと発電機２ｂに割
り当て、電力制御回路３９ａ，３９ｂに出力する。発電
機２ａの定格容量をＰＴ１，発電機２ｂの定格容量をＰ
Ｔ２とする。

【０００７】上記電力制御回路３９ａは、図１０に示す
ように、電力制御回路３９ａは、減算器４０と、パルス
制御器４１と、回転数増スイッチ４４及び回転数減スイ
ッチ４５とから構成されている。なお、他方の電力制御
回路３９ｂの構成は電力制御回路３９ａと同一であるの
で、その説明は省略する。

【０００８】図１０において、減算器４０は発電電力目
標値から発電電力検出値を減算し、発電電力制御偏差Δ
Ｐを出力する。パルス制御器４１は発電電力制御偏差Δ
Ｐを入力し、ΔＰ＞０なら回転数増スイッチ４４に操作
パルスを与えて発電電力を増加させる。ΔＰ＜０なら回
転数減スイッチ４５に操作パルスを与えて発電電力を減
少させる。

【０００９】通常、発電機２ａの電力を制御しているの
はガバナ４ａである。ガバナ４ａは原動機３ａの回転数
を制御するが、原動機３ａの出力、すなわち発電電力に
応じて原動機３ａの回転数を垂下させるドループ特性を
有する。そのためガバナ４ａへの回転数基準値が発電電
力の指令値となる。ガバナ４ａの回転数基準値は、回転
数設定器１８ａで決められる。回転数基準値を変化させ
るには、回転数設定器１８ａへ回転数増スイッチ４４ま
たは回転数減スイッチ４５によりスイッチＯＮ期間に応
じた幅の操作パルスを与えて行う。回転数基準値は操作
パルスの時間的長さに応じた量だけ変化する。

【００１０】また、発電電力は回転数基準値の変化に比
例して変化する。通常は操作パルスを間欠的に与える。
その様子を図１１の実線で示す。発電電力を早く変化さ
せようとする場合は、図１１中の破線のように連続した
パルスとする。このように発電電力を操作し、負荷電力
が減少した場合は発電電力も減少させて受電電力を零以
上に保っている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の自家
発電装置において、構内負荷の一部が運転を停止し、急
激に負荷電力が減少した場合、逆潮流が発生しやすいと
いう問題があった。それは、負荷電力が急激に減少した
場合でも、発電機の発電電力は急に変化できないので、
負荷電力が発電電力より小さくなれば、その瞬間に逆潮
流が生じる。負荷電力の変化が緩やかな場合は図１１の
実線で示すような操作で発電電力を絞ることで対応でき
るが、急な変化には対応できない。図１１の破線のよう
に連続パルスで発電電力を絞っても、発電電力が負荷電
力に追従するまでの時間だけは逆潮流が継続する。

【００１２】一方、需要家の受電点では、逆潮流が所定
時間以上継続すると、受電遮断器１３をトリップして受
電を停止させる逆電力継電器が設置されている。この受
電遮断器のトリップは構内全停事故にまで波及する可能
性があり許されない。

【００１３】図５（ａ）は後記する図６の自家発電装置
において、負荷が急減したときの受電電力の動きを表す
波形図である。例えば逆電力リレーの動作時限が２秒の
場合を考えると、図５（ａ）のように負荷急変後２秒間
では発電電力はほとんど変化しないので逆潮流が継続す
る。

【００１４】従来はその防止法として予測される負荷変
化量を算出し、負荷が急変しても受電電力が０以下にな
らないように、あらかじめ急変する負荷電力の分だけ受
電電力を確保して運転が行われていた。

【００１５】一般に、自家発電装置を設置する目的は、
商用電源からの電力を安価な発電電力で代替して電力コ
ストを削減することであり、運転中の受電電力はできる
だけ零に近い方が電力コストが安くなる。しかし、上記
のように常に所定の受電電力を確保して運転すること
は、自家発電装置の経済性を悪化させるという問題があ
った。

【００１６】本発明（請求項１乃至請求項４対応）は上
記事情に鑑みてなされたもので、発電電力の制御を高速
化し、商用電力系統からの受電電力を低減できる自家発
電装置の制御装置を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１は、発電機と、前記発電機を駆動
する原動機と、前記原動機の回転数を制御するガバナ
と、前記原動機の回転数基準値を設定する設定器とから
なるセットを複数台備え、前記発電機を商用電力系統と
連系して構内負荷に電力を供給し、受電電力が一定にな
るように発電電力を調整する受電電力一定制御を行う自
家発電装置の制御装置において、運転中の発電機の容量
に基づいて受電電力削減量を演算し、受電電力基準値か
ら前記受電電力削減量を減算して受電電力目標値を出力
し、この信号により発電電力指令値を調節することを特
徴とする。

【００１８】本発明の請求項２は、請求項１記載の自家
発電装置の制御装置において、発電電力の制御は発電電
力の指令値と実際の発電電力の差からガバナへの速度指
令を調節して行い、受電電力が所定の値を下回ったとき
に発電電力の目標値から補正設定値を減算して発電電力
を速く減らすことを特徴とする。

【００１９】本発明の請求項３は、請求項１記載の自家
発電装置の制御装置において、発電電力の制御は発電電
力の指令値と実際の発電電力の差からガバナへの速度指
令を調節して行い、受電電力が所定の値を下回ったとき
にガバナへの速度指令値から補正設定値を減算して発電
電力を速く減らすことを特徴とする。

【００２０】本発明の請求項４は、請求項１乃至請求項
３記載の自家発電装置の制御装置において、前記制御装
置構成要素の少なくとも一部を、マイクロコンピュータ
のソフトウェアにより実現することを特徴とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図１は本発明の第１実施例（請求項
１乃至請求項３対応）の自家発電装置の回路構成図であ
り、既に説明した図８の従来例と異なる構成は、発電電
力演算回路１６、回転数設定器１８ａ，１８ｂ及び電力
制御回路３９ａ，３９ｂの代わりに電力目標値演算回路
１７及びガバナ制御回路５ａ，５ｂを用いた点である。
その他の構成は同一であるので、同一構成部分には同一
符号を付して、その説明は省略する。

【００２２】図に示すように、本実施例の自家発電装置
の制御装置では、電力目標値演算回路１７は発電電力の
目標値を演算し、その目標値をガバナ制御回路５ａ，５
ｂに入力する。ガバナ制御回路５ａ，５ｂは発電電力の
目標値に基づいてそれぞれのガバナ４ａ，４ｂに回転数
指令を出力し、原動機３ａ，３ｂを回転する。この原動
機３ａ，３ｂにより発電機２ａ，２ｂは駆動され電力を
発生し、その発電電力は発電機遮断器１４，負荷遮断器
１５を介して構内負荷６で消費される。この消費電力が
発電機２ａ，２ｂの発生電力で不足する分は商用電源１
から受電遮断器１３を介して供給される。なお、本実施
例は発電機が２台の場合であるが、発電機が３台以上の
場合でも本実施例と同様に適用できる。

【００２３】図２は図１の電力目標値演算回路の構成図
である。図に示すように、本実施例の電力目標値演算回
路１７は、受電電力目標値演算回路２０と、加算器３１
と、減算器３２と、上下限リミッタ３３と、比例増幅器
３４ａ，３４ｂ及び電力制御回路５ａ，５ｂとから構成
されている。また、受電電力目標値演算回路２０は、受
電電力基準設定器３０と、減算器３５と、乗算器３６
と、受電電力削減率設定器３７と、スイッチ５１，５２
及び加算器５３とから構成されている。

【００２４】上記加算器３１は受電電力検出器８の検出
値と発電電力検出器７ａの検出値と発電電力検出器７ｂ
の検出値を加算し、負荷電力の値を出力する。受電電力
基準設定器３０は受電電力の基準値を出力する。スイッ
チ５１は発電機２ａが運転中のときオンし、スイッチ５
２は発電機２ｂが運転中のときオンする。加算器５３は
スイッチ５１，５２の状態に応じて、運転中の発電機の
定格容量の合計を出力する。乗算器３６は運転中の発電
機定格容量合計値と受電電力削減率設定器３７の出力と
を乗算し、受電電力削減量を演算する。受電電力削減率
については後で述べる。減算器３５は受電電力基準値か
ら受電電力削減量を減算し、受電電力目標値を得る。

【００２５】また、減算器３２は加算器３１から出力さ
れた負荷電力から減算器３５から出力された受電電力目
標値を減算し、発電機の発電電力の目標値を出力する。
上下限リミッタ３３は前記発電電力の目標値が、発電機
が出力可能な電力の範囲に収まるようにリミットする。
比例増幅器３４ａ，３４ｂは前記発電電力目標値を、発
電機２台の定格容量比に応じて発電機２ａと発電機２ｂ
に割り当てる。電力制御回路５ａ，５ｂは、それぞれ発
電機２ａ，２ｂの電力を制御する。

【００２６】上記電力制御回路５ａは図３に示すよう
に、減算器４０とＰＩ制御器４２と回転数指令換算器４
３とから構成されている。他方の電力制御回路５ｂは電
力制御回路５ａと同一であるので、同一構成部分には同
一符号を付してその説明は省略する。

【００２７】図において、減算器４０は発電電力目標値
から発電電力検出値を減算して制御偏差ΔＰをＰＩ制御
器４２へ出力する。ＰＩ制御器４２は制御偏差ΔＰを増
幅し回転数指令換算器４３へ出力する。回転数指令換算
器４３は前記増幅器の出力をガバナ４への回転数指令信
号に換算する。

【００２８】例えば、受電電力が受電電力目標値（受電
電力設定器３０の出力）に一致しているときに、構内負
荷６の負荷電力が急に減少する場合を考える。受電電力
目標値は一定値であり、発電電力は急には変化しないた
め、受電電力が減ってΔＰが負となる。増幅器３７は受
電電力が目標値に一致するまでΔＰを増幅し続け、回復
後その値を維持するので、受電電力は目標値に制御・維
持される。この様子を示したのが図４である。すなわ
ち、図中破線は従来の制御装置で操作パルスを連続パル
スとして発電電力を絞った例であり、実線が本実施例の
制御装置により行った例である。ガバナ４ａ，４ｂの回
転数指令値をアナログ信号で与えることによりＰＩ制御
を適用できるので、高速な制御を実現できる。

【００２９】図５（ｂ）に示すように、第１実施例では
逆電力リレーの動作時限の２秒間で発電機定格電力の約
１０％変化させることができる。また、自家発電装置に
おいて負荷が急減して受電電力が０を下回っても、逆電
力リレーの動作時限内に０以上に復帰できるように受電
電力目標値を決めればよいので、受電電力目標値を、受
電電力の設定器の設定値に対して発電機定格電力の１０
％削減することができる。

【００３０】さらに、複数台の発電機が運転時は運転中
の発電機の台数が一定ではないため、受電電力削減量
は、例えば発電機２ａのみ運転中ならＰＴ１×０．１，
発電機２ａ，２ｂが運転中なら（ＰＴ１＋ＰＴ２）×
０．１となる。

【００３１】図２の受電電力目標値演算回路２０では、
受電電力基準値から受電電力削減量を減算して受電電力
目標値を演算するように構成している。一例では受電電
力目標値を、受電電力設定器の設定値に対して、運転中
の発電機定格電力の１０％削減することができ、経済的
な運転を行えるようになっている。

【００３２】図６は本発明の第２実施例（請求項１乃至
請求項３対応）である電力制御回路の構成図である。本
実施例が図３の第１実施例の電力制御回路と異なる構成
は、逆潮防止レベル設定器４６と補正信号設定器４７と
比較器４８とスイッチ４９と減算器５０を設けた点であ
り、その他の構成は同一であるので、同一構成要素には
同一符号を付してその説明は省略する。

【００３３】本実施例では、受電電力検出器８の検出値
（受電電力）と逆潮防止レベル設定器４６の設定値を比
較器４８で比較し、負荷の急減によって受電電力が逆潮
防止レベルより下がった場合は、補正信号設定器４７の
設定値を減算器５０により発電電力目標値から減算して
制御偏差ΔＰをＰＩ制御器４２へ出力する。ＰＩ制御器
４２は制御偏差ΔＰを増幅し回転数指令換算器４３へ出
力する。回転数指令換算器４３は前記増幅器４２の出力
をガバナ４への回転数指令信号に換算する。このように
本実施例によると、発電電力を絞ることで第１実施例よ
りさらに高速に行えるように構成している。

【００３４】図７は本発明の第３実施例（請求項１乃至
請求項３対応）である電力制御回路の構成図である。本
実施例が図３の第１実施例と異なる構成は、逆潮防止レ
ベル設定器４６と補正信号設定器４７と比較器４８とス
イッチ４９と減算器５４を設けた点であり、その他の構
成は同一であるので、同一構成要素には同一符号を付し
てその説明は省略する。

【００３５】本実施例では、減算器４０は発電電力目標
値から発電電力検出値を減算して制御偏差ΔＰをＰＩ制
御器４２へ出力する。ＰＩ制御器４２は制御偏差ΔＰを
増幅し減算器５４を経て回転数指令換算器４３へ出力す
る。例えば受電電力検出器８の検出値（受電電力）と逆
潮防止レベル設定器４６の設定値を比較し、負荷の急減
によって受電電力が逆潮防止レベルより下がった場合
は、補正信号設定器４７の設定値を減算器５４によりＰ
Ｉ制御器４２の出力値から減算し、回転数指令換算器４
３へ出力する。回転数指令換算器４３は前記減算器５４
の出力をガバナ４への回転数指令信号に換算する。

【００３６】このように本実施例によると、発電電力を
絞ることで第１実施例よりさらに高速に行えるように構
成している。以上説明した各実施例では、構成要素中の
各々のブロックを独立したハードウェアとして説明した
が、本発明はこれに限るものではなく、制御装置の一部
または全部をマイクロコンピュータのソフトウェア（請
求項４対応）により実現することも可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明（請求項１
乃至請求項４対応）によると、構内負荷に給電しながら
商用電力系統と連系して運転される複数台の自家発電装
置において、構内負荷の急激な変動により受電電力が減
少した場合でも、ガバナへの回転数指令を高速に変化さ
せることにより、高速に電力を制御し、速やかに受電電
力を設定値まで回復させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例である自家発電装置の制御
装置の構成図。

【図２】図１の電力目標値演算回路の構成図。

【図３】図１の電力制御回路の構成図。

【図４】本実施例と従来の制御装置による作用を示す波
形図。

【図５】同図（ａ）は従来の自家発電装置の受電電力波
形図、同図（ｂ）は本発明の自家発電装置の受電電力波
形図。

【図６】本発明の第２実施例の電力制御回路の構成図。

【図７】本発明の第３実施例の電力制御回路の構成図。

【図８】従来の自家発電装置の制御装置の構成図。

【図９】図８の電力目標値演算回路の構成図。

【図１０】図８の電力制御回路の構成図。

【図１１】従来の自家発電装置の発電電力の特性図。

【符号の説明】

１…商用電源、２ａ，２ｂ…発電機、３ａ，３ｂ…原動
機、４ａ，４ｂ…ガバナ、５ａ，５ｂ…電力制御回路、
６…構内負荷、７ａ，７ｂ…発電電力検出器、８…受電
電力検出器、９ａ，９ｂ，１０…電流検出ＣＴ、１１
ａ，１１ｂ，１２…電圧検出トランス、１３…受電遮断
器、１４ａ，１４ｂ…発電機遮断器、１５…負荷遮断
器、１６，１７…電力目標値演算回路、１８ａ，１８ｂ
…回転数設定器、２０…受電電力目標値演算回路、３０
…受電電力基準設定器、３１，５３…加算器、３２，３
５，４０…減算器、３３…上下限リミッタ、３４ａ，３
４ｂ…比例増幅器、３７…受電電力削減率設定器、３９
ａ，３９ｂ…電力制御回路、４１…パルス制御器、４２
…ＰＩ制御器、４３…回転数指令換算器、４４…回転数
増スイッチ、４５…回転数減スイッチ、４６…逆潮防止
レベル設定器、４７…補正信号設定器、４８…比較器、
４９，５１，５２…スイッチ、５０，５４…減算器。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発電機と、前記発電機を駆動する原動機
   と、前記原動機の回転数を制御するガバナと、前記原動
   機の回転数基準値を設定する設定器とからなるセットを
   複数台備え、前記発電機を商用電力系統と連系して構内
   負荷に電力を供給し、受電電力が一定になるように発電
   電力を調整する受電電力一定制御を行う自家発電装置の
   制御装置において、運転中の発電機の容量に基づいて受
   電電力削減量を演算し、受電電力基準値から前記受電電
   力削減量を減算して受電電力目標値を出力し、この信号
   により発電電力指令値を調節することを特徴とする自家
   発電装置の制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の自家発電装置の制御装置
   において、発電電力の制御は発電電力の指令値と実際の
   発電電力の差からガバナへの速度指令を調節して行い、
   受電電力が所定の値を下回ったときに発電電力の目標値
   から補正設定値を減算して発電電力を速く減らすことを
   特徴とする自家発電装置の制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の自家発電装置の制御装置
   において、発電電力の制御は発電電力の指令値と実際の
   発電電力の差からガバナへの速度指令を調節して行い、
   受電電力が所定の値を下回ったときにガバナへの速度指
   令値から補正設定値を減算して発電電力を速く減らすこ
   とを特徴とする自家発電装置の制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３記載の自家発電装
   置の制御装置において、前記制御装置構成要素の少なく
   とも一部を、マイクロコンピュータのソフトウェアによ
   り実現することを特徴とする自家発電装置の制御装置。