JP3325863B2

JP3325863B2 - 受電電力制御装置

Info

Publication number: JP3325863B2
Application number: JP26603699A
Authority: JP
Inventors: 沢建夫石; 克巳星; 藤眞人佐; 野好昭浅; 藤啓加; 井亮坂
Original assignee: Toho Gas Co Ltd
Current assignee: Toho Gas Co Ltd
Priority date: 1999-09-20
Filing date: 1999-09-20
Publication date: 2002-09-17
Anticipated expiration: 2019-09-20
Also published as: JP2001095157A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、受電電力制御装置
に関し、より詳細には、商用電力系統と連系して構内負
荷に給電する自家発電装置を備え、この自家発電装置に
含まれる発電機の出力を、ガバナ制御設定器、ガバナお
よび原動機を介して制御することにより、商用電力系統
から構内負荷への受電電力を制御する受電電力制御装置
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従来の自家発電装置の系統構成と自
家発電装置側から見た商用電力系統からの受電電力を制
御する受電電力制御装置のブロック図を図１に示す。商
用電力系統１からの受電電力は受電遮断器２および負荷
遮断器３を介して構内負荷（Ｌ）４に導かれ、また自家
発電装置として備えられた発電機５からの電力は遮断器
６および負荷遮断器３を介して構内負荷４に導かれる。
発電機５は原動機（Ｍ）７によって駆動される。構内負
荷４の消費電力すなわち負荷電力は商用電力系統１と発
電機５から供給される。

【０００３】発電機５の出力は原動機７の速度制御によ
って制御され、原動機７の速度制御はガバナ８によって
行われる。自家発電装置側から見た商用電力系統１から
の受電電力を制御するために、受電遮断器２の出力端で
受電電力検出器９により受電電力Ｐｎを検出し、その検
出信号を補正信号発生器１０に送出する。補正信号発生
器１０には受電電力設定器１１によって設定された受電
電力設定値を表す信号も入力され、ここで両入力の差を
演算し、その差に応じ予め定められた関数に従って補正
された補正信号を発生する。他方、発電機５の発電電力
が発電電力検出器１２によって検出され、発電電力制御
器１３に導入される。この発電電力制御器１３には発電
電力目標値Ｐｓも導入され、両入力の差すなわち発電電
力偏差の正負に応じて電力増スイッチ１４または電力減
スイッチ１５を介して偏差の値に応じた時間幅の制御パ
ルスがガバナ制御設定器１６に入力される。ガバナ制御
設定器１６の出力信号と補正信号発生器１０の出力信号
の和が加算器１７によって求められ、その和信号によっ
てガバナ８が制御される。

【０００４】いま、構内負荷４が消費する負荷電力はで
きるだけ発電機５の発電電力によって賄い、発電機５で
賄いきれない分、すなわち不足電力のみを、連系してい
る商用電力系統１から受電遮断器２を介して受電し補充
するものとする。ところで、自家発電装置は特殊な保護
継電装置を設置する場合を除いて、一般的には商用電力
系統１へ電力を逆潮流させることはできない。必ず商用
電力系統１からの受電電力は正またはゼロでなければな
らない。そのため構内負荷４が少ない場合は発電機５の
出力を絞り、逆潮流が発生しないようにしている。発電
機５の出力を制御しているのは直接的には原動機７であ
るが、原動機７自体の出力はガバナ８によって制御され
る。結局、発電機５の出力はガバナ８によって制御され
ることになる。ガバナ８は原動機７の出力すなわち発電
機５の出力に応じて原動機７の出力を垂下させるドルー
プ特性を持っており、その出力は基本的にはガバナ制御
設定器１６によって決定される。ガバナ制御設定器１６
に対し出力増スイッチ１４または出力減スイッチ１５に
より操作パルスを入力することによりガバナ８に与える
ガバナ制御信号を出力増または出力減の方向に変化させ
ることができる。その場合、ガバナ制御信号はスイッチ
１４または１５のオン操作時間すなわち入力パルスの時
間幅に応じて変化させられる。

【０００５】以上のようにして、発電機５の発電電力は
ガバナ制御設定器１６の変化に対応して変化する。ガバ
ナ制御設定器１６への入力操作パルスは、制御しようと
する発電機５の発電電力目標値Ｐｓと、発電電力検出器
１２によって検出された検出発電電力値Ｐｇとの差すな
わち発電電力偏差に応じた制御信号を発電電力制御器１
３によって生成し、電力偏差が大きい時は相対的に長時
間のスイッチオンに応じてパルス時間幅を長く、電力偏
差が小さい時は相対的に短時間のスイッチオン時間とし
てパルス時間幅を短くする。発電機５の発電電力を大き
く、かつ早く変化させようとする場合は、連続してオン
状態を継続し、長時間幅のパルスを与える。このように
操作パルスにより発電電力を操作し、負荷電力が減少し
た場合は発電電力も減少させる。

【０００６】構内負荷４の一部が運転を停止し、ステッ
プ的に負荷電力が減少した場合、発電機５が継続的に一
定の電力を供給しようとするか、負荷電力の変化に即応
することができないと、その瞬間に発電電力が余剰の状
態となり逆潮流を生じようとする。従ってステップ的な
負荷の変化に対応するため、受電電力設定器１１によっ
て設定された設定電力Ｐｔと受電電力検出器９によって
検出された受電電力検出値Ｐｎとの偏差を補正信号発生
器１０によって演算し、その偏差量に応じて予め定めら
れた関数に従い補正信号を出力する。この補正信号は加
算器１７によりガバナ制御設定器１６の出力と加算され
ガバナ８に制御信号として入力される。ガバナ制御設定
器１６は制御信号をアナログ量としてガバナ８に与えて
制御するため、パルスによる制御に比べると速い制御と
なる。このようにして構内負荷４のステップ的減少に対
処する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の自家
発電装置においては、構内負荷４の一部が運転を停止し
ステップ的に負荷電力が減少した場合、受電電力設定器
１１による受電電力設定値と受電電力検出器９による受
電電力検出値との差を演算し、その差分に応じた補正信
号を補正信号発生器１０により、予め定められた関数に
従い発生する。しかし、この方法では十分な高速制御性
を得ることができず、そのため逆潮流の事態が生じ、受
電遮断器２がトリップし、所期の連系運転を保持するこ
とができなくなる。その上、ガバナ８の制御行き過ぎ量
があるため、発電機５は期待された出力に落ち着くまで
に大きく振動し、発電機５の出力がゼロ以下となった
時、原動機７の保護のための発電機用逆電力継電器が動
作して発電機遮断器６もトリップし、この点からも連系
運転を保持できなくなる。さらに、補正信号発生器１０
あるいはガバナ制御設定器１６に予め定められた関数が
設定されるが、これらの定められた関数のパターンは固
定的であり、負荷変化の状況やガバナ８の応答特性とそ
の経時変化などにより、発電機５を高速かつ安定に電力
制御することは困難であり、連系運転を持続することが
できなくなる場合が生ずる。

【０００８】通常、自家発電装置を設置する目的は、商
用電力系統からの電力を安価な自家発電電力で代替して
電力コストを削減することであり、そのために、受電電
力を最少化すると共に、可能な限り連系運転を持続する
ことが求められる。連系運転が成立しなくなると、自家
発電装置の経済性を悪化させることになるので、なんら
かの改善策が求められていた。

【０００９】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的は自家発電電力の制御を安定かつ高速に
し、商用電力系統からの受電電力を最少化して商用連系
運転を可能な限り保持できる受電電力制御装置を提供す
ることである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明の受電電力制御装置は、発電機
の発電電力と発電機最低出力設定値との偏差量を算出す
る第１の減算器と、商用電力系統からの受電電力と受電
電力設定値とを比較し、前者が後者を下回った時に動作
信号を出力し、第１の減算器によって算出された偏差量
を、発電電力を速やかに絞り込み受電電力を受電電力設
定値以上に回復させるための高速制御偏差量としてガバ
ナ制御設定器の有効入力とするコンパレータと、受電電
力と受電電力設定値との偏差量を演算する第２の減算器
と、コンパレータが動作信号を出力した時の、第２の減
算器によって算出された偏差量を記憶するメモリとを備
え、コンパレータにより受電電力が受電電力設定値以上
になったと判断された時にメモリに記憶されていた偏差
量をガバナ制御設定器に与え、第２の減算器によって算
出された偏差量による制御に戻すことを特徴とする。

【００１１】

【００１２】請求項２に係る発明は、請求項１記載の受
電電力制御装置において、コンパレータが動作信号を出
力してから所定時間後に動作信号を出力するタイマをさ
らに備え、メモリはタイマが動作信号を出力した時の、
第２の減算器によって算出された偏差量を記憶すること
を特徴とする。

【００１３】請求項３に係る発明は、請求項１記載の受
電電力制御装置において、第１の減算器は、コンパレー
タが動作信号を出力した時に、受電電力設定値をゼロと
みなした時の受電電力を高速制御偏差量として出力する
ことを特徴とする。

【００１４】請求項４に係る発明は、請求項２記載の受
電電力制御装置において、メモリは、タイマが動作信号
を出力した時に、第２の減算器によって算出された偏差
量に、発電機定格電力に対する発電電力検出値の比また
はその関数値を乗じて得た値を記憶することを特徴とす
る。

【００１５】

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図２
を参照して説明する。図２は本発明に従って構成された
受電電力制御装置の一構成例を示すブロック図であり、
図１を参照して既に説明した従来の受電電力制御装置と
同一構成要素には同一符号を付してその個々の説明は省
略する。

【００１７】図２に示されている本発明による受電電力
制御装置と、図１に示されている従来の受電電力制御装
置との相違点は、発電機５の運転中に原動機７のモータ
リングを避けるための、すなわち、発電機５の電力が絞
り込まれ、ゼロ電力以下になって発電機５が商用電力系
統１から受電しモータとして動作する事態を避けるため
の手段を備えていることである。というのは、発電機５
がモータリング状態になると原動機７の寿命を損なうか
らである。そこで、発電機５に最低負担電力を設定する
最低電力設定器２０と、受電電力設定器１１の設定値と
受電電力検出器９の検出値との差を演算する減算器２１
と、受電電力設定器１１の設定値Ｐｔと受電電力検出器
９の検出値Ｐｎとを比較しＰｎ＜Ｐｔとなったとき動作
信号を出力するコンパレータ２２と、コンパレータ２２
の動作信号によりタイムカウントを開始するタイマ
（Ｔ）２３と、タイマ２３がタイムアップした時の減算
器２１の演算値を記憶するメモリ（ＭＥＭ）２４と、発
電電力検出器１２の検出電力値Ｐｇと最低電力設定器２
０の設定値Ｐｍとの偏差量を演算する減算器２５とを付
加的に備え、逆に図１の補正信号発生器１０と加算器１
７を省いている。ガバナ制御設定器１６はその出力量を
変化させるための入力信号処理手段として、パルスによ
る制御入力信号処理手段とアナログ量による制御入力信
号処理手段とを持っている。その他の構成部分は両者で
同一である。

【００１８】以下、図２の装置の作用について説明す
る。

【００１９】まず、負荷がステップ的に減少したりしな
い通常運転状態では、受電電力Ｐｎと受電電力設定値Ｐ
ｔとの関係は、Ｐｎ＝Ｐｔとなるよう制御され運転さ
れている。ここではこの状態を「通常制御」と呼ぶ。

【００２０】このような状態で、構内負荷４の一部が運
転を停止しステップ的に負荷電力が減少した場合、発電
機５は継続的に一定の電力を供給しようとするため、負
荷電力が発電電力よりも小さくなれば、その瞬間に逆潮
流の事態が生じかかる。逆潮流から商用電力系統１を保
護するため受電逆潮流継電器（図示せず）が設けられて
いるが、予め定められた所定時間内に逆潮流が解消され
れば受電逆潮流継電器は動作しない。この時、受電電力
検出値Ｐｎと受電電力設定値Ｐｔとの関係は、Ｐｎ＜Ｐ
ｔとなり、コンパレータ２２がオン動作し動作信号を
出力する。コンパレータ２２がオンになると、そのオン
信号はガバナ制御設定器１６に制御信号として与えら
れ、ガバナ制御設定器１６は減算器２５で演算された、
発電電力検出器１２の検出値Ｐｇと最低電力設定器２０
の設定値Ｐｍとの偏差値（Ｐｇ−Ｐｍ）に基づく制御動
作を開始する。

【００２１】通常制御だけの制御では、ガバナ８は制御
量に応じて発電電力を減少させ、最終的には発電機５の
出力は負荷電力が減少した分だけ少ない出力点に整定さ
れる。しかし、負荷電力がステップ的に減少した場合、
制御の高速性が求められるので、負荷電力が減少した分
だけをそのまま制御目標としたのでは制御速度が十分に
は速くない。そのため、発電機５が対応し得る電力の最
大値を当面の制御目標値とする。このため負荷電力が減
少した分だけを制御目標とする方法に比べ大幅に高速性
を得ることができる。ここでは、この状態を「高速制
御」と呼ぶ。ガバナ制御速度が十分速くない場合は、最
低電力設定器２０の設定値をゼロとみなすことにより、
さらに大きな制御量を得ることができ、制御速度を増す
ことができる。

【００２２】一方、「高速制御」により発電電力が吐き
出される過程で、受電電力検出器９の検出値Ｐｎと受電
電力設定器１１の設定値Ｐｔとの関係が、Ｐｎ＜Ｐｔと
なった時、コンパレータ２２がオンとなる。コンパレー
タ２２がオンとなった時点で、タイマ２３がカウント動
作を開始し、所定時間経過後タイマ２２がタイムアップ
するとタイムアップ信号を出力する。減算器２１の出力
値は、受電電力検出値Ｐｎと受電電力設定値Ｐｔの偏差
量であるから、タイマ２３がタイムアップした時の減算
器２１の出力値をメモリ２４に記憶する。この時記憶さ
れた値は、負荷電力が減少した分だけを制御目標とする
制御量に相当する。コンパレータ２２がオンとなった瞬
間に受電電力検出器９から出力される受電電力検出値Ｐ
ｎは検出遅れのため正確な値を示さない。このため受電
電力検出器９の出力が正確な値を示すまでの遅れ時間τ
に相当する時間をタイマ２３の設定時間として設定す
る。

【００２３】さて、今、ガバナ８は発電機５を最低電力
設定器２０によって設定された最低電力設定値Ｐｍまで
出力を減少させるよう制御するので、極めて短い時間内
に、受電電力検出値Ｐｎと受電電力設定値Ｐｔとの関係
は、Ｐｎ＞＝Ｐｔとなり、コンパレータ２２はオフと
なる。コンパレータ２２がオフになった時は、商用電力
系統１への逆潮流はすでに解消されているので、負荷電
力が減少した分だけを制御目標とする制御に戻すことに
より安定した制御性能が得られる。そのため、先にメモ
リ２４に記憶しておいた電力偏差Ｐｎ−Ｐｔの値をガバ
ナ制御設定器１６に与える。これにより発電機５の出力
は本来整定すべき目標値に従って制御され、受電電力は
受電電力設定器１１で設定された受電電力設定値を保
つ。ここでは、この制御を「戻し制御」と呼ぶ。「戻し
制御」を実施しないと、ガバナ８は制御行き過ぎ量があ
るため「高速制御」時の制御量を大きく超えて振動的に
整定しようとするため制御が不安定となる。その点、上
述の「戻し制御」を実施することにより、高速で安定し
た制御を実現することができる。以上の一連の動作のタ
イムチャートを図３に示す。

【００２４】一般的に、ガバナ８はステップ的な制御量
が大きいほど行き過ぎ量が大きくなる。そのため「高速
制御」での制御量は、減算器２５の出力値なので、発電
電力の値が大きいほど大きな値となる。タイマ２３が動
作信号を発生したとき、減算器２１の出力偏差量に、発
電機定格電力に対する発電電力検出値Ｐｇの比率の逆二
乗を掛けた値をメモリ２４に記憶させておき、タイマ２
３の出力時にその記憶値を用いてガバナ制御をすること
により、「戻し制御」での制御量を、ステップ的に負荷
電力が減少したときの「高速制御」での制御量が大きい
時には少なく、小さい時には多くし、さらに安定した制
御を達成することができる。

【００２５】これら一連の制御で、制御目標値と制御量
はすべて現在の運転状態を電力検出器によって検出して
決定するので、現在の状況に応じた、高速で安定した制
御を達成することができる。

【００２６】以上述べた制御装置では、制御の補正量に
より予め定められた関数を設定し、いくつかの運転パタ
ーンの中から選択的に一つを定めて制御する方法に比
べ、負荷変化の状況やガバナ８の応答特性と特性の経時
変化などに柔軟に対応でき、制御ハンチングが少なく高
速で安定した制御を達成することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
構内負荷４に給電しながら商用電力系統１と連系して運
転される自家発電装置において、構内負荷４の急激な変
動により受電電力が最低受電電力目標値以下となった場
合でも、市場に出回っている一般的な電力検出器や、ガ
バナコントローラを用いたとしても、ガバナヘの出力指
令値のアナログ信号部分に補正を加えることができるた
め、高速に発電電力を絞り込み、速やかに安定して受電
電力を最低電力目標値以上に回復させることができ、自
家発電装置の運転の安定性を飛躍的に向上させることが
できる。

【００２８】さらに、受電電力が最低受電電力の目標値
以上に回復する時間を短縮させることができるので、最
低受電電力の目標値を低く設定することも可能であり、
構内負荷４が消費する電力のうち自家発電装置の発電電
力の比率を上げることができて経済的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の受電電力制御装置のブロック図。

【図２】本発明による受電電力制御装置のブロック図。

【図３】図２の装置の動作を説明するための特性線図。

【符号の説明】

１商用電力系統２受電遮断器３負荷遮断器４構内負荷５発電機６発電機遮断器７原動機８ガバナ９受電電力検出器１１受電電力設定器１２発電電力検出器１６ガバナ制御設定器２０最低電力設定器２１第２の減算器２２コンパレータ２３タイマ２４メモリ２５第１の減算器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤眞人東京都千代田区神田錦町３丁目16番地大洋電機株式会社内 (72)発明者浅野好昭愛知県東海市新宝町507−２番地東邦瓦斯株式会社内 (72)発明者加藤啓愛知県東海市新宝町507−２番地東邦瓦斯株式会社内 (72)発明者坂井亮愛知県東海市新宝町507−２番地東邦瓦斯株式会社内 (56)参考文献特開平４−4729（ＪＰ，Ａ) 特開平７−336900（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02J 3/00 - 5/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】商用電力系統と連系して構内負荷に給電す
る自家発電装置を備え、この自家発電装置に含まれる発
電機の出力を、ガバナ制御設定器、ガバナおよび原動機
を介して制御することにより、前記商用電力系統から前
記構内負荷への受電電力を制御する受電電力制御装置に
おいて、前記発電機の発電電力と発電機最低出力設定値との偏差
量を算出する第１の減算器と、前記商用電力系統からの
受電電力と受電電力設定値とを比較し、前者が後者を下
回った時に動作信号を出力し、前記第１の減算器によっ
て算出された偏差量を、発電電力を速やかに絞り込み前
記受電電力を受電電力設定値以上に回復させるための高
速制御偏差量として前記ガバナ制御設定器の有効入力と
するコンパレータと、前記受電電力と前記受電電力設定
値との偏差量を演算する第２の減算器と、前記コンパレ
ータが動作信号を出力した時の、前記第２の減算器によ
って算出された偏差量を記憶するメモリとを備え、前記
コンパレータにより前記受電電力が前記受電電力設定値
以上になったと判断された時に前記メモリに記憶されて
いた偏差量を前記ガバナ制御設定器に与え、前記第２の
減算器によって算出された偏差量による制御に戻すこと
を特徴とする受電電力制御装置。
【請求項２】請求項１記載の受電電力制御装置におい
て、前記コンパレータが動作信号を出力してから所定時
間後に動作信号を出力するタイマをさらに備え、前記メ
モリは前記タイマが動作信号を出力した時の、前記第２
の減算器によって算出された偏差量を記憶することを特
徴とする受電電力制御装置。
【請求項３】請求項１記載の受電電力制御装置におい
て、前記第１の減算器は、前記コンパレータが前記動作
信号を出力した時に、前記受電電力設定値をゼロとみな
した時の前記受電電力を前記高速制御偏差量として出力
することを特徴とする受電電力制御装置。
【請求項４】請求項２記載の受電電力制御装置におい
て、前記メモリは、前記タイマが動作信号を出力した時
に、前記第２の減算器によって算出された偏差量に、発
電機定格電力に対する発電電力検出値の比またはその関
数値を乗じて得た値を記憶することを特徴とする受電電
力制御装置。