JP3886101B2 - 切換器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、商用電源と発電機電源とを切り換えて負荷にいずれかの電源の電力を供給する切換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、発電機電源からの電力と商用電源からの電力とを所要の通りに切り換えて負荷に供給するコージェネレーションシステムにおいては、複数個の負荷と発電機電源及び商用電源との間に、電源を切り換えるための切換器が設けられている（例えば、特開平１１−１５０８７１号公報参照）。この切換器は、各負荷に対応して設けられる切換ユニットと、これら切換ユニットを切換制御するための切換制御装置とを備え、各切換ユニットは、一対の入力接点と、一つの出力接点と、一対の入力接点を選択する切換接片とを有し、一方の入力接点が発電機電源に接続され、他方の入力接点が商用電源に接続され、その出力接点が対応する負荷に接続される。
【０００３】
このような切換ユニットにおいて、切換接片が例えば一方の入力接点に電気的に接続されると、発電機電源からの電力が切換接片を介して対応する負荷に供給され、この負荷は発電機電源からの電力によって作動され、また切換接片が例えば他方の入力接点に電気的に接続されると、商用電源からの電力が切換接片を介して対応する負荷に供給され、この負荷は商用電源からの電力によって作動される。切換制御装置は、複数個の制御ユニットの各々を上述したように切換制御し、これによって、これら負荷の各々に供給される電力の電源が切換選択される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のこの種の切換器においては、複数の負荷の運転状態が常時監視され、各負荷に供給される電流が計測される。そして、切換制御装置は、各負荷の電流値を利用して、複数個の負荷のうち合算電力値が発電機電源の電力容量に近づく最適な組合せを選択し、選択した負荷に対応する切換ユニットを発電機電源側に切り換え、このように切換制御することによって、コージェネレーションシステムにおける発電機の利用率を常時１００％に近い状態に維持し、発電機の運転効率を高めている。
【０００５】
しかし、この切換器は単相負荷に適用するものであり、三相負荷にそのまま適用した場合、次の通りの解決すべき問題がある。一般的に、単相では力率Ｐがほぼ１であり（Ｐ≒１）、従って有効電力と皮相電力とはほぼ等しく、それ故に、切換制御装置による負荷の選択は、各負荷の電流値を利用して行っても実質上問題はない。これに対して、三相では力率を考慮しなければならず、各負荷の電流値のみを利用して負荷の選択を行うと、発電機の利用率が低下し、発電機の運転効率が下がるという問題が生じる。単相負荷における発電機電源の有効電力容量（定格有効電力とも称する）が例えば９．８ＫＷで、皮相電力容量（定格皮相電力とも称する）が例えば９．８ＫＶＡであり、このような発電機を三相負荷に適用する場合、皮相電力容量を基準にして有効電力が決定され、このとき力率Ｐが例えば０．８である（Ｐ＝０．８）とすると、負荷の有効電力値Ｗは、
有効電力値（Ｗ）≒皮相電力容量値×力率
有効電力値（Ｗ）≒（９．８×０．８）＝８．３（ＫＷ）
となり、切換制御装置は有効電力値が８．３ＫＷに近づくように電力負荷の組合せを選択するようになり、その結果、発電機が高効率で運転されず、その利用率が低下する。
【０００６】
このような不都合を解消するために、例えば、発電機電源の皮相電力容量に近づくように電力負荷を選択するようにすることも考えられるが、このようにして選択した場合、選択した電力負荷の有効電力が、実負荷の力率により発電機電源の有効電力容量を超えることもあり、発電機電源の有効電力容量を超えた場合、発電機等に過負荷が加わり、この発電機等にダメージを与えるおそれがある。
【０００７】
上述した問題は、三相負荷に適用する場合のみならず、単相負荷に適用する場合において、負荷の力率が小さいときにも同様に発生する。
本発明の目的は、負荷の力率をも考慮して負荷に電力を供給する電源を選択し、これによって発電機電源の利用率を高めることができる切換器を提供することである。
また、本発明の他の目的は、三相負荷に好都合に適用することができる切換器を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数個の負荷の各々に対応して設けられた複数個の切換ユニットと、前記複数個の切換ユニットを切換制御するための切換制御装置とを備え、前記複数個の切換ユニットの各々は、商用電源及び発電機電源のうち選択された電源からの電力を対応する負荷に供給する切換器であって、
前記切換制御装置は、各負荷の皮相電力と、前記発電機電源側に接続された全負荷の有効電力とに基づいて、前記複数個の切換ユニットを切換制御することを特徴とする。
【０００９】
本発明に従えば、切換制御装置は、各負荷の皮相電力と、発電機電源側に接続された全負荷の有効電力とに基づいて複数個の切換ユニットを切換制御するので、その切換制御は負荷の力率をも考慮した制御となる。そして、この切換制御をするに際し、発電機電源の有効電力容量及び皮相電力容量を考慮しながら、発電機からの電力を供給する負荷を選択し、この選択した負荷に対応する切換ユニットを発電機電源側に切り換えることによって、発電機の利用率の高い運転が可能となる。また、力率をも考慮して複数個の切換ユニットを切換制御するので、三相負荷に好適な切換器となる。尚、各負荷の皮相電力は、例えば、発電機電源側の電圧及び各負荷の電流を計測することによって求めることができ、また発電機電源側の有効電力は、例えば、発電機電源側の電圧、電流及び電力を計測することによって求めることができる。
【００１０】
また、本発明では、前記切換制御装置は、各負荷の皮相電力と、前記発電機電源側に接続された全負荷の有効電力とに基づいて、合算皮相電力値が前記発電機電源の予め設定される目標皮相電力値よりも小さく、且つ前記発電機電源側に接続された全負荷の有効電力値が前記発電機電力の予め設定される目標有効電力値よりも小さくなるように負荷を選択し、前記発電機電源からの電力が選択された負荷に供給されるように前記複数個の切換ユニットを切換制御することを特徴とする。
【００１１】
本発明に従えば、合算皮相電力値が発電機電源の目標皮相電力値よりも小さく、且つ発電機電源に接続された全負荷の有効電力値が発電機電源の目標有効電力値よりも小さくなるように、切換制御装置が負荷を選択し、選択した負荷に対応する切換ユニットを発電機電源側になるように切換制御するので、発電機電源からの電力はこのように選択された負荷に供給される。従って、発電機電源からの電力が供給される負荷の有効電力及び皮相電力が、この発電機電源の目標有効電力及び目標皮相電力を超えることがなく、コージェネレーションシステムを安定して運転することができる。そして、発電機電源側の全負荷の有効電力値及び合算皮相電力値を目標有効電力値及び目標皮相電力値に近づけることによって、発電機電源の利用率が高い運転が可能となる。
【００１２】
また、本発明では、前記切換制御装置は、前記目標有効電力を目標皮相電力レベルと設定して、合算皮相電力値が前記目標皮相電力レベルより小さく且つこの目標皮相電力レベルに最も近い値の負荷の組合せを選定し、次に、この選定した負荷に前記発電機電源からの電力が供給されるように前記複数個の切換ユニットを切換制御し、次いで前記発電機電源の前記有効電力容量とこのときの前記発電機電源側に接続された全負荷の有効電力との差に基づいて前記目標皮相電力レベルを修正し、この修正された目標皮相電力レベルより小さく且つこの目標皮相電力レベルに最も近い値の負荷の組合せを再選定し、このようにして前記合算皮相電力値が前記目標皮相電力値より小さく且つこの目標皮相電力値に近い値に、また前記測定有効電力値が前記目標有効電力値よりも小さく且つこの目標有効電力値に近い値となるように前記複数個の切換ユニットを切換制御することを特徴とする。
【００１３】
本発明に従えば、切換制御装置は、まず、目標有効電力を目標皮相電力レベルとして設定して、合算皮相電力値がこの目標皮相電力レベルより小さく、且つ目標皮相電力レベルに最も近い値の負荷の組合せを選定し、この選定した負荷に発電機電源からの電力が供給されるように複数個の切換ユニットを切換制御する。この目標有効電力は、例えば発電機電源の有効電力容量、又はこの有効電力容量の９０〜９５％程度の値に設定される。皮相電力は力率を考慮せず、有効電力は力率を考慮したものであるので、皮相電力値は有効電力値と実質上等しい（力率が１であるとき）か、有効電力値よりも大きくなる（力率が１より小さいとき）。切換制御装置による切換制御では、まず、目標有効電力を目標皮相電力レベルとして設定して合算皮相電力値がこの目標皮相電力レベルに最も近い値になる負荷の組合せが選択され、この組合せの負荷について発電機電源からの電力が供給される。このとき、目標有効電力を目標皮相電力レベルと設定して負荷の組合せを選択しているので、これら負荷の有効電力値は発電機電源の有効電力容量よりも小さく、またそれらの皮相電力値は発電機電源の皮相電力容量よりも小さく、発電機電源に過剰な負荷が作用することがない。
【００１４】
このように目標有効電力を目標皮相電力レベルとして設定して負荷を選択すると、選択した負荷の実際の有効電力値と目標有効電力値とを比較した場合、両者の間に開きがあるので、次に、発電機電源の有効電力容量値と発電機電源側に接続された負荷の有効電力値との差に基づいて目標皮相電力レベルが修正され、切換制御装置は、この修正された目標皮相電力レベルより小さく且つこの目標皮相電力レベルに最も近い値の負荷の組合せを再選択し、再選択した負荷の組合せを発電機電源側に接続するように複数個の切換ユニットを切換制御し、このように目標皮相電力レベルを補正することによって、負荷の有効電力値を目標有効電力値より小さく且つこの目標有効電力値に近い値に、また合算皮相電力値を目標皮相電力値より小さく且つこの目標皮相電力値に近い値に近づけることができ、発電機電源のより利用率の高い運転を行うことができる。上述した目標皮相電力レベルの修正は、例えば、負荷の有効電力値が目標有効電力に対して所定範囲に、また合算皮相電力値が目標皮相電力値に対して所定範囲に近づくまで繰り返し行われ、このようにすることによって、発電機電源の利用率をより高めることができる。
【００１５】
また、本発明では、前記切換制御装置は、前記発電機電源の前記有効電力容量値と前記発電機電源側に接続された全負荷の前記有効電力値との差に基づいて電力上積み量を演算し、次に修正前の前記目標皮相電力レベルに前記電力上積み量を加算して上積み修正皮相電力値を演算し、この上積み修正皮相電力値に基づいて目標皮相電力レベルを修正することを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、発電機電源の有効電力容量値と発電機電源側に接続された全負荷の有効電力値との差に基づいて電力上積み量が演算される。この電力上積み量は、上記差値をそのまま用いてもよく、上記差値に係数Ａ（例えば、係数Ａを０．１〜０．９程度に設定する）を積算するようにしてもよい。そして、修正前の目標皮相電力レベルに電力上積み量を加算して上積み修正皮相電力値を演算し、この上積み修正皮相電力値に基づいて目標皮相電力レベルの修正が行われる。この上積み修正皮相電力値は、そのまま修正皮相電力レベルとして用いてもよく、上積み修正皮相電力値に係数Ｂ（例えば、係数Ｂを０．９〜０．９５程度に設定する）を積算した値を修正皮相電力レベルとして用いるようにしてもよい。
【００１７】
更に、本発明では、前記複数個の切換ユニットの各々は、対応する負荷の電流を計測するための第１の電流計測装置を備え、また、前記発電機電源側の電流を計測するための第２の電流計測装置と、前記発電機電源側の電圧を計測するための電圧計測装置と、前記発電機電源側の電力を計測するための電力計測装置とが、設けられていることを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、各切換ユニットには、対応する負荷に流れる電流を計測する第１の電流計測装置が設けられ、また発電機電源側には、電流を計測する第２の電流計測装置と、電圧を計測する電圧計測装置と、電力を計測する電力計測装置とが、設けられている。従って、電圧計測装置の電圧値と各切換ユニットの第１の電流計測装置の電流値とを用いて、各負荷の皮相電力を簡単に求めることができる。また、第２の電流計測装置の電流値、電圧計測装置の電圧値及び電力計測装置の電力値を用いて、発電機電源に接続された全負荷の有効電力を簡単に求めることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う切換器の一実施形態について説明する。図１は、本発明に従う切換器の一実施形態を適用したコージェネレーションシステムの一例を簡略的に示すブロック図であり、図２は、図１の切換器の切換制御装置を簡略的に示すブロック図であり、図３は、図１の切換器の切換制御動作を示すフローチャートであり、図４は、負荷の各種組合せ内容を表形態で示す図であり、図５は、図１の切換器を用いた場合と従来の切換器を用いた場合の発電機電源の利用率を示す図である。
【００２０】
図１において、図示のコージェネレーションシステムは、コージェネ発電機電源２と、複数個の負荷、即ち負荷６Ａ、負荷６Ｂ・・・負荷６Ｎに電力を切り換えて供給するための切換器４とを備え、図示の切換器４は、各負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎに対応して設けられた切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎと、これら複数個の切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎを切換制御するための切換制御装置１０とを含んでいる。コージェネ発電機電源２は、例えばガスエンジン、ディーゼルエンジン等のエンジンによって運転される発電機から構成される。尚、図示のコージェネレーションシステムでは、エンジン及びその排熱を利用するための回路等を省略している。また、発電機電源２は、エンジンに限定されず、例えば燃料電池等でもよい。
【００２１】
複数個の切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎは実質上同一の構成であり、これらの一つの切換ユニット８Ａ（８Ｂ・・・）について、その構成を説明する。切換ユニット８Ａ（８Ｂ・・・）は、電源切換装置１２及びこの電源切換装置１２を制御するための制御部１４を備えている。電源切換装置１２は一対の入力接点１６，１８、出力接点２０及び切換接片２２を有し、一方の入力接点１６がコージェネ発電機電源２に電気的に接続され、他方の入力接点１８が商用電源２３、例えば工業用の三相２００Ｖの電源に電気的に接続される。また、切換ユニット８Ａ（８Ｂ・・・）における電源切換装置１２の出力接点２０は、対応する負荷６Ａ（６Ｂ・・・）に電気的に接続される。制御部１４は電源切換装置１２の切換接片２２を切換制御し、この切換接片２２が第１の位置にある（例えば、図１の切換ユニット８Ｃの電源切換装置１２の状態）ときには、一方の入力接点１６と出力接点２０とが電気的に接続され、コージェネ発電機電源２からの電力が負荷６Ａ（６Ｂ・・・）に供給される。また、切換接片２２が第２の位置にある（例えば、図１の切換ユニット８Ａ，８Ｂ，８Ｎの電源切換装置１２の状態）のときには、他方の入力接点１８と出力接点２０とが電気的に接続され、商用電源２３からの電力が負荷６Ａ（６Ｂ・・・）に供給される。尚、負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎは、例えば、モータ、加熱炉、照明装置、換気ファン、空調装置等の電力を消費する機器、装置である。
【００２２】
この切換ユニット８Ａ（８Ｂ・・・）は、更に、通信装置２４及び電流計測装置２６（第１の電流計測装置を構成する）を含んでいる。電流計測装置２６は電源切換装置１２と負荷６Ａ（６Ｂ・・・）との間に配設され、負荷６Ａ（６Ｂ・・・）に流れる電流を計測する。また、通信装置２４は、信号を受信する受信手段と、信号を送信する送信手段から構成され、受信手段は切換制御装置１０からの信号を受信し、送信手段は電流計測装置２６からの電流信号を切換制御装置１０に送給する。
【００２３】
次に、図１とともに図２を参照して切換制御装置１０について説明すると、図示の切換制御装置１０は、切換コントローラ３２、操作部３４及び表示部３６を備えている。切換コントローラ３２は、例えばマイクロプロセッサから構成され、集中制御手段３８、目標電力演算手段４０、目標皮相電力レベル演算手段４２、合算皮相電力演算手段４４、負荷選択手段４６、判定選択手段４８及び指示信号生成手段５０を有している。
【００２４】
この実施形態では、目標電力演算手段４０は発電機電源２の皮相電力容量（定格皮相電力）及び有効電力容量（定格有効電力）に基づいて目標皮相電力値及び目標有効電力値を演算する。目標皮相電力の目標値係数Ｃ１を例えば０．９５（Ｃ１＝０．９５）に設定すると、目標電力演算手段４０は、この目標値係数Ｃ１を用いて目標皮相電力値を演算し、目標皮相電力値は皮相電力容量値と目標値係数との積となる（目標皮相電力値＝皮相電力容量値×目標値係数）。例えば、発電機電力２の皮相電力容量が１２．３ｋＶＡである場合、目標皮相電力値は１１．７ｋＶＡとなる。尚、この目標値係数Ｃ１を例えば１（Ｃ１＝１）に設定すると、皮相電力容量値（１２．３ｋＶＡ）がそのまま目標皮相電力値となる。また、目標電力演算手段４０は、発電機電源２の有効電力容量（定格有効電力）に基づいて目標有効電力値を演算する。目標有効電力の目標値係数Ｃ２を、目標皮相電力の目標値係数Ｃ１と同様に、例えば０．９５（Ｃ２＝０．９５）に設定すると、目標電力演算手段４０は、この目標値係数Ｃ２を用いて目標有効電力値を演算し、目標有効電力値は有効電力容量値と目標値係数との積となる（目標有効電力値＝有効電力容量値×目標値係数）。例えば、発電機電力２の有効電力容量が９．８ｋＷである場合、目標有効電力値は９．３ｋＷとなり、この目標値係数Ｃ２を例えば１（Ｃ２＝１）に設定すると、有効電力容量値（９．８ｋＷ）がそのまま目標有効電力値となる。尚、この形態では、目標皮相電力の目標係数値Ｃ１と目標有効電力の係数値Ｃ２とを同じ値にしているが、これらの値を異なる値に設定してもよい。
【００２５】
目標皮相電力レベル演算手段４２は、次の通りにして目標皮相電力レベルを設定する。コージェネレーションシステムの運転開始後の１回目の切換タイミングにおいては、目標皮相電力レベル演算手段４２は、上記目標有効電力を目標皮相電力レベルとして設定し、２回目以降の切換タイミングにおいては、発電機電源２の有効電力容量値と発電機電源２側の有効電力値（例えば、後述する如くして計測演算される）との差に基づいて目標皮相電力レベルを修正する。尚、この目標皮相電力レベルの修正については、後に詳述する。また、負荷選択手段４６は、負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎを選択してこれらについての全組合せを選定し、合算皮相電力演算手段４４は、負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎの全ての組合せについて合算皮相電力値を演算する。判定選択手段４８は、後述するように、合算皮相電力値が目標皮相電力レベル（修正された目標皮相電力レベルを含む）より小さく、且つこの目標皮相電力レベルに最も近い値の負荷の組合せを選択する。指示信号生成手段５０は、後述するようにして複数個の切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎを切換制御するための指示信号を生成し、かかる指示信号に基づいてこれら切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎの電源切換装置１２が切換制御される。更に、集中制御手段３８は、切換コントローラ３２の各種構成要素、即ち、目標電力演算手段４０、目標皮相電力レベル演算手段４２、合算皮相電力演算手段４４、負荷選択手段４６、判定選択手段４８及び指示信号生成手段５０等を作動制御する。また、操作部３４は操作パネルに設けられた各種操作スイッチから構成され、切換器４を含むコージェネレーションシステム全体の運転開始、運転終了、各種運転条件等を入力する際に操作され、表示部３６は例えば液晶表示装置等から構成され、コージェネレーションシステムの運転状態、例えば各負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎの電流、後述する発電機電源２側の電流、電圧及び電力等を表示する。
【００２６】
切換コントローラ３２は、更に、第１メモリ５２、第２メモリ５４及びタイマ５６を含んでいる。第１メモリ５２には、目標皮相電力値及び目標有効電力値を演算する際に用いる各種値、即ち発電機電源２の皮相電力容量値、目標値係数Ｃ１、有効電力容量値及び目標値係数Ｃ２が記憶されている。第２メモリ５４には、負荷選択手段４６により選択された負荷の全組合せが例えば図４の表形態で記憶される。また、タイマ５６は、各負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎの電源切換タイミングを計時する。
【００２７】
切換制御装置１０は、更に、第３メモリ６０及び通信装置６２を含んでいる。通信装置６２は送信手段及び受信手段から構成され、受信手段はこれら切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎの通信装置２４からの送信信号、例えば電流信号を受信し、第３のメモリ６０は、これら受信した電流信号のデータを記憶する。尚、通信装置２４の送信手段からは送信信号、例えば指示信号生成手段５０が生成した指示信号を切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎの通信装置２４に送信する。
【００２８】
この切換器４は、更に、発電機電源２側に、具体的には発電機電源２と複数個の切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎとの間に、電流計測装置６４（第２の電流計測装置を構成する）、電圧計測装置６６及び電力計測装置６８が配設されている。電流計測装置６４は発電機電源２側を流れる電流を計測し、電圧計測装置６６は発電機電源２側の電圧を計測し、また電力計測装置６８は発電機電源２側の電力を検出する。これら計測装置６４，６６，６８の計測信号は、切換制御装置１０の切換コントローラ３２に送給され、第３メモリ６０に記憶される。
【００２９】
次に、主として図１及び図３を参照して、上述した切換器４の切換制御動作について説明する。まず、切換制御装置１０の操作部３４を入力操作して切換器４を作動させる（ステップＳ１）。かくすると、発電機電源２の目標有効電力値が目標皮相電力レベルに初期設定される（ステップＳ２）。次に、複数個の負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎのうち作動させるもの（通常、全ての負荷）を起動させる（ステップＳ３）。この起動の際には、各切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎの電源切換装置１２は商用電源２３側に保持され（切換接片２２が商用電源２３側の入力接点１８に電気的に接続されている）、従って、各負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎは商用電源２３からの電力によって起動される。その後、コージェネレーションシステムの発電機電源２を起動し（ステップＳ４）、これによって発電機電源２からの電力供給が可能となる。
【００３０】
このような運転状態においては、各切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎの電流計測装置２６は、対応する負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎに流れる電流を計測し、各電流計測装置２６によって測定された各負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎの電流信号が通信装置２４から切換制御装置１０の通信装置６２に送信され、この電流計測装置２６の電流計測データが第３メモリ６０に記憶される（ステップＳ５）。このような計測データの送受信は、無線、有線、赤外線等を用いて行うことができる。また、電流計測装置６４及び電圧計測装置６６は発電機電源２側の電流及び電圧を計測し、これら計測装置６４，６６からの電流及び電圧信号が切換コントローラ３２に送給され、電流及び電圧計測データが第３メモリ６０に記憶される（ステップＳ６）。更に、電力計測装置６８は発電機電源２側の電力を検出し、この電力計測装置６８からの電力信号が切換コントローラ３２に送給され、電力計測データが第３メモリ６０に記憶される（ステップＳ７）。
【００３１】
切換コントローラ３２の集中制御手段３８は、第３メモリ６０に記憶されたこれらデータを利用して発電機電源２側の皮相電力及び有効電力を演算し、演算した皮相電力及び有効電力のデータを第３メモリ６０に記憶する（ステップＳ８）。この実施形態では、発電機電源２側の皮相電力は、各切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎの電流計測装置２６の電流データと電圧計測装置６６の電圧データを用いて求められ、また発電機電源２側の有効電力は、電流計測装置６４の電流データ、電圧計測装置６６の電圧データ及び電力計測装置６８の電力データを用いて求められる。
【００３２】
次に、切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎ（これに接続された負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎ）の全組合せが選定され、全組合せパターンの各々について合算皮相電力が演算される（ステップＳ９）。この実施形態では、切換コントローラ３２の負荷選択手段４６は、複数個の負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎを任意に選択する全ての組合せについてのリストを、例えば図４に示す表形態でつくり、合算皮相電力演算手段４４は、第３メモリ６０に記憶された各負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎの電流データ（各電流計測装置２６の計測電流データ）及び発電機電源２側の電圧データ（電圧計測装置６６の計測電圧データ）を利用して各負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎの皮相電力値を演算し、これら演算した皮相電力値を利用して全ての組合せについての合算有効電力値を演算し、これらのデータが図４に示す表形態で第２メモリ５４に記憶される。このような計測、演算は、電源切換タイミングになるまで繰り返し遂行され、新たに計測、演算された各種データは、古いものに代えて、逐次更新され、それらの一部が第３メモリ６０に、またそれらの一部が第２メモリ５４に記憶される。
【００３３】
そして、タイマ５６によって設定された電源切換のタイミングになると、ステップＳ１０からステップＳ１１を経てステップ１２に進み、起動時（ステップＳ２）に目標有効電力値が目標皮相電力レベルに設定されており、この目標皮相電力レベルに基づいて負荷の組合せが選択され、この組合せによる初期切換えが行われる。この初期切換えにおいては、判定選択手段４８は、負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎの全ての組合せの中から、合算皮相電力値（選択した負荷の組合せにおける皮相電力の合計値）が目標皮相電力レベル（この初期切換えでは、目標有効電力値に設定されている）よりも小さく、且つこの目標皮相電力レベルに最も近い値の組合せを負荷の組合せとして選択し、この組合せの負荷が発電機電源２側に接続されるように切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎの切り換えが行われる。指示信号生成手段５０は、選択された組合せの負荷６に対応する切換ユニット８の電源切換装置１２が発電機電源２側となる指示信号を生成し、かく生成された指示信号が切換制御装置１０の通信装置６２から各切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎの通信装置２４に送信される。かくすると、切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎのうち、最適組合せの負荷６に対応するものにおいては、この指示信号に基づいて、電源切換装置１２の切換接片２２が発電機電源２側の入力接点１６に電気的に接続され、最適組合せの負荷６については発電機電源２からの電力が供給される。また、残りの負荷６に対応する切換ユニット８においては、上記指示信号に基づいて切換接片２２が商用電源２３側の入力接点１８に電気的に接続され、これら残りの負荷６については商用電源８からの電力が供給される。
【００３４】
このように最初の切換操作が行われると、ステップＳ５に戻り、上述したステップＳ５〜Ｓ１０が遂行され、そして２回目の切換操作時になると、ステップＳ１３で、切り換えたときの発電機電源２側の有効電力が計測演算され、この有効電力値が目標有効電力に近づいたときにはステップＳ５に戻り、切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎの切換状態が保持されるが、有効電力値が目標電力値に近づいていない（即ち、目標有効電力値との間に開きがある）ときにはステップＳ１４に進む。
【００３５】
最初の切換操作においては、目標有効電力値を目標皮相電力レベルに設定して合算皮相電力が目標皮相電力レベルに近づくように負荷組合せを選択しているので、力率を考慮した実際の有効電力（計測した有効電力）はこの目標皮相電力レベルよりも低く、力率が例えば０．８であるとすると、負荷の最適組合せの実際の有効電力は約７．４ｋＷとなり、目標有効電力（９．３ｋＷ）よりも約１．９ｋＷ小さい値となる。この状態では、実際の有効電力値が目標電力値に近い値でなく離れているので、発電機電源２の運転利用率が低くなる。ここで、２回目の切換を行うため、再度ステップＳ５〜Ｓ９のデータ計測及び演算を行い、データ変更を逐次行う。そして、電源切換タイミングになる（ステップＳ１０）と、２回目以降の切換であるため、ステップＳ１３に移り、ステップＳ１４以降で目標皮相電力レベルの補正が行われ、この補正された目標皮相電力レベルによる負荷の最適組合せが選択される。
【００３６】
ステップＳ１４における目標皮相電力レベルの補正は、目標皮相電力演算手段４２によって、例えば次の通りに行われる。まず、発電機電源２の有効電力容量値（例えば９．８ｋＷ）と発電機電源２側の有効電力値（実際の有効電力であって、この形態では、電流計測装置６４、電圧計測装置６６及び電力計測装置６８の計測データから求められる）との差に基づいて電力上積み量が演算され、上積み値係数Ｃ３を例えば０．５（Ｃ３＝０．５）に設定すると、この電力上積み量Ｗは、電力上積み量Ｗ＝〔（発電機電源２の有効電力容量値）−（発電機電源２側の有効電力値）〕×（上積み値係数Ｃ３）となり、例えば実際の有効電力が７．８ｋＷであるとすると、このときの電力上積み量Ｗ１＝（９．８−７．８）×０．５＝１．０（ｋＶＡ）となる。次に、修正前の目標皮相電力レベル（発電機電源２側に切換制御された負荷の組合せを選択するときに用いた目標皮相電力レベルであって、この目標皮相電力レベルは選択された負荷の合算皮相電力値にほぼ等しい）にこの電力上積み量Ｗ１を加算して上積み修正皮相電力値が演算され、この上積み修正皮相電力値に基づいて目標皮相電力レベルが修正される。即ち、目標皮相電力レベルＱ＝〔（修正前の目標皮相電力レベル）＋（電力上積み量Ｗ）〕となり、このときの目標皮相電力レベルＱ１は、Ｑ１＝９．３＋１．０＝１０．３（ｋＶＡ）となり、目標皮相電力レベルが９．３ｋＶＡから１０．３ｋＶＡに上方修正される。この実施形態では、上積み値係数Ｃ３を０．５に設定しているが、この係数Ｃ３は適宜の数値に設定することができ、この形態では、切換コントローラ３２の第１メモリ５２に記憶される。尚、目標皮相電力レベルを演算する際に修正値係数を積算するようにしてもよく、この場合、目標皮相電力レベルＱ＝〔（修正前の目標皮相電力レベル）＋（電力上積み量Ｗ）〕×（修正値係数）となる。
【００３７】
このようにして目標皮相電力レベルが補正されると、次に、ステップＳ１５において、判定選択手段４８は、再度、負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎについての全ての組合せの中から、合算皮相電力値が修正した目標皮相電力レベルよりも小さく、且つこの目標皮相電力レベルに最も近い値の組合せを最適組合せとして選定し、上述したと同様に、この最適組合せの負荷が発電機電源２側に接続されるように切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎの切り換えが行われる（ステップＳ１６）。
【００３８】
尚、図３のフローチャートには、特に図示していないが、このステップＳ１４で修正した目標皮相電力レベルが目標皮相電力値を超えるようになった場合、この修正目標皮相電力レベルによる負荷の最適組合せの選択が禁止される（ステップＳ１７に進むようになる）ようにしてもよい。このように構成することによって、発電機電源２側の負荷の皮相電力値が目標皮相電力値を超えることが回避でき、発電機電源２に過大な負荷が作用するのを確実に防止することができる。
【００３９】
このようにして切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎの切換制御が行われると、再びステップＳ５に戻り、ステップＳ５〜ステップＳ１０が遂行され、切換タイミングになるとステップＳ１０からステップＳ１１を経てステップＳ１３に移り、発電機電源２側の有効電力が目標有効電力に近づいたかが判断される。第２回目の切換操作における目標皮相電力レベルは、第１回目の切換操作時の目標皮相電力レベルよりも大きく、従って、実際の有効電力は目標有効電力により近づくようになる。このとき、力率が例えば０．８であるとすると、１回目の修正後の負荷の最適組合せの実際の有効電力は約８．２ｋＷとなり、目標有効電力（９．３ｋＷ）よりも約１．１ｋＷ小さい値となる。
【００４０】
この実施形態では、このようにして実際の有効電力値が目標有効電力に対して所定範囲に近づく、例えば９．０〜９．３ｋＷの範囲になったときに目標有効電力に近づいたとしてステップＳ１３からステップＳ５に戻り、切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎが切換操作されることなく、その切換状態が保たれる。一方、発電機電源２側の有効電力値がこの所定範囲（９．０〜９．３ｋＷ）に達しないときは、再びステップＳ１４に移り、目標皮相電力レベルの補正が再度行われる。
【００４１】
第３回目の切換操作のときには、容易に理解される如く、電力上積み量Ｗ２は、電力上積み量Ｗ２＝（９．８−８．２）×０．５＝０．８（ｋＷ）となる。次に、修正前（２回目の修正時）の目標皮相電力レベルにこの電力上積み量Ｗ２を加算して上積み修正皮相電力値が演算され、この上積み修正皮相電力値に基づいて目標皮相電力レベルが修正されるので、このときの目標皮相電力レベルＰ２は、Ｐ２＝１０．３＋０．８＝１１．１（ｋＶＡ）となり、目標皮相電力レベルが１０．２ｋＶＡから１１．１ｋＶＡに更に上方修正される。
【００４２】
このようにして目標皮相電力レベルが補正されると、次に、ステップＳ１５において、判定選択手段４８は、再度、負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎについての全ての組合せの中から、合算皮相電力値が修正した目標皮相電力レベルよりも小さく、且つこの目標皮相電力レベルに最も近い値の組合せを負荷の最適組合せとして選択し、上述したと同様に、この最適組合せの負荷が発電機電源２側に接続されるように切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎの切り換えが行われる（ステップＳ１６）。
【００４３】
この実施形態では、このようにして発電機電源２側の負荷の有効電力値が目標有効電力に対して所定範囲に、例えば９．０〜９．３ｋＷの範囲になったときには、ステップＳ１３からステップＳ５に戻って切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎの切換操作をパスするが、この所定範囲に達しないときには、４回目、５回目・・・と繰り返して遂行される。また、各ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎに接続されている負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎの運転状態に変化が発生した場合にも、ステップＳ１３からステップＳ１４に進む。尚、上述した構成に代えて、例えば現在の目標皮相電力レベルが最終目標皮相電力より小さく、且つこの目標皮相電力に対して所定範囲に、例えば１１．３〜１１．７ｋＶＡになったときに切換操作を終了させるようにしてもよく、このようにしても同様の効果が達成される。
【００４４】
この実施形態では、切換制御装置１０は各負荷６Ａ，６Ｂ・・６Ｎの皮相電力と、発電機電源２側の負荷の有効電力に基づいて複数個の切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎを上述したように切換制御するので、発電機電源２側の負荷の皮相電力及び有効電力は、小さい側から目標皮相電力及び目標有効電力に近づくようになり、その近づき方は目標有効電力値及び目標皮相電力値に近づくに従って小さくなる。そして、発電機電源２側の負荷の有効電力が目標有効電力に対して所定範囲になると、目標皮相電力レベルの修正が終わって切換操作が終了するので、発電機電源２側の負荷の有効電力が目標有効電力を超えることがなく、有効電力に関してもコージェネシステムに過負荷が作用することが回避できる。
【００４５】
発電機電源２から負荷に供給される有効電力及び皮相電力は、上述したように発電機電源２の目標有効電力及び目標皮相電力に近い値となり、従って、発電機電源２の利用率は、図５に実線で示すように約９０〜９５％になり、発電機電源２の利用率を常時高めて効率の良い運転を行うことができる。この実施形態における利用率と対比するために、図５において破線でもって従来の切換制御による発電機の利用率を示す。尚、図５に上述した記載から容易に理解される如く、発電機電源２は目標有効電力値及び目標皮相電力値に近い値で運転されるので、目標有効電力値及び目標皮相電力値を変えることによって、発電機電源２の利用率を調整することができる。
【００４６】
以上、本発明に従う切換器の一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の請求項１の切換器によれば、各負荷の皮相電力と、発電機電源側の全負荷の有効電力に基づいて複数個の切換ユニットを切換制御するので、その切換制御は負荷の力率をも考慮した制御となる。また、発電機電源の有効電力容量及び皮相電力容量を考慮しながら、発電機電源側の負荷を選択し、この選択した負荷に対応する切換ユニットを発電機電源側に切り換えることによって、発電機の利用率の高い運転が可能となる。
【００４８】
また、本発明の請求項２の切換器によれば、合算皮相電力が発電機電源の目標皮相電力よりも小さく、且つ発電機電源側の全負荷の有効電力が発電機電源の目標有効電力よりも小さくなるように、切換制御装置が負荷を選択するので、発電機電源側の負荷の有効電力及び皮相電力が、この発電機電源の目標有効電力及び目標皮相電力を超えることがなく、コージェネレーションシステム、特に発電機電源を安定して運転することができる。
【００４９】
また、本発明の請求項３の切換器によれば、目標有効電力を目標皮相電力レベルとして設定して合算皮相電力値がこの目標皮相電力レベルに最も近い値の負荷の組合せが設定され、この組合せの負荷について発電機電源からの電力が供給される。このとき、目標有効電力を目標皮相電力レベルと設定して負荷の組合せを選択しているので、これら負荷の有効電力値は発電機電源の有効電力容量よりも小さく、またそれらの皮相電力値は発電機電源の皮相電力容量よりも小さく、発電機電源に過剰な負荷が作用することがない。また、選択した負荷の有効電力値と目標有効電力値と間に開きがあると、常に発電機電源の有効電力容量値と発電機電源側の負荷の有効電力値との差に基づいて目標皮相電力レベルを修正し、この修正した目標皮相電力レベルに近い負荷の最適組合せを再選定するので、負荷の有効電力値を目標有効電力値により近い値に、また負荷の皮相電力値を目標皮相電力値により近い値に近づけることができ、発電機電源のより利用率の高い運転を行うことができる。
【００５０】
また、本発明の請求項４の切換器によれば、発電機電源の有効電力容量と発電機電源側に接続された全負荷の計測有効電力との差に基づいて電力上積み量を演算し、修正前の目標皮相電力レベルに電力上積み量を加算して上積み修正皮相電力値を演算し、この上積み修正皮相電力値に基づいて目標皮相電力レベルを修正するので、目標皮相電力レベルを所要の通りに修正することができる。
【００５１】
更に、本発明の請求項５の切換器によれば、電圧計測装置の電圧値と各切換ユニットの第１の電流計測装置の電流値とを用いて、各負荷の皮相電力を簡単に求めることができ、また、第２の電流計測装置の電流値、電圧計測装置の電圧値及び電力計測装置の電力値を用いて、発電機電源に接続された全負荷の有効電力を簡単に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う切換器の一実施形態を適用したコージェネレーションシステムの一例を簡略的に示すブロック図である。
【図２】図１の切換器の切換制御装置を簡略的に示すブロック図である。
【図３】図１の切換器の切換制御動作を示すフローチャートである。
【図４】負荷の各種組合せ内容を表形態で示す図である。
【図５】図１の切換器を用いた場合と従来の切換器を用いた場合の発電機の利用率を示す図である。
【符号の説明】
２ コージェネ発電機電源
４ 切換器
６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎ 負荷
８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎ 切換ユニット
１０ 切換制御装置
１２ 電源切換装置
２３ 商用電源
２６ 電流計測装置
３２ 切換コントローラ
３８ 集中制御手段
４０ 目標電力演算手段
４２ 目標皮相電力レベル演算手段
４４ 合算皮相電力演算手段
４６ 負荷選択手段
４８ 判定選択手段
５０ 指示信号生成手段
６４ 電流計測装置
６６ 電圧計測装置
６８ 電力計測装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、商用電源と発電機電源とを切り換えて負荷にいずれかの電源の電力を供給する切換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、発電機電源からの電力と商用電源からの電力とを所要の通りに切り換えて負荷に供給するコージェネレーションシステムにおいては、複数個の負荷と発電機電源及び商用電源との間に、電源を切り換えるための切換器が設けられている（例えば、特開平１１−１５０８７１号公報参照）。この切換器は、各負荷に対応して設けられる切換ユニットと、これら切換ユニットを切換制御するための切換制御装置とを備え、各切換ユニットは、一対の入力接点と、一つの出力接点と、一対の入力接点を選択する切換接片とを有し、一方の入力接点が発電機電源に接続され、他方の入力接点が商用電源に接続され、その出力接点が対応する負荷に接続される。
【０００３】
このような切換ユニットにおいて、切換接片が例えば一方の入力接点に電気的に接続されると、発電機電源からの電力が切換接片を介して対応する負荷に供給され、この負荷は発電機電源からの電力によって作動され、また切換接片が例えば他方の入力接点に電気的に接続されると、商用電源からの電力が切換接片を介して対応する負荷に供給され、この負荷は商用電源からの電力によって作動される。切換制御装置は、複数個の制御ユニットの各々を上述したように切換制御し、これによって、これら負荷の各々に供給される電力の電源が切換選択される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のこの種の切換器においては、複数の負荷の運転状態が常時監視され、各負荷に供給される電流が計測される。そして、切換制御装置は、各負荷の電流値を利用して、複数個の負荷のうち合算電力値が発電機電源の電力容量に近づく最適な組合せを選択し、選択した負荷に対応する切換ユニットを発電機電源側に切り換え、このように切換制御することによって、コージェネレーションシステムにおける発電機の利用率を常時１００％に近い状態に維持し、発電機の運転効率を高めている。
【０００５】
しかし、この切換器は単相負荷に適用するものであり、三相負荷にそのまま適用した場合、次の通りの解決すべき問題がある。一般的に、単相では力率Ｐがほぼ１であり（Ｐ≒１）、従って有効電力と皮相電力とはほぼ等しく、それ故に、切換制御装置による負荷の選択は、各負荷の電流値を利用して行っても実質上問題はない。これに対して、三相では力率を考慮しなければならず、各負荷の電流値のみを利用して負荷の選択を行うと、発電機の利用率が低下し、発電機の運転効率が下がるという問題が生じる。単相負荷における発電機電源の有効電力容量（定格有効電力とも称する）が例えば９．８ＫＷで、皮相電力容量（定格皮相電力とも称する）が例えば９．８ＫＶＡであり、このような発電機を三相負荷に適用する場合、皮相電力容量を基準にして有効電力が決定され、このとき力率Ｐが例えば０．８である（Ｐ＝０．８）とすると、負荷の有効電力値Ｗは、
有効電力値（Ｗ）≒皮相電力容量値×力率
有効電力値（Ｗ）≒（９．８×０．８）＝８．３（ＫＷ）
となり、切換制御装置は有効電力値が８．３ＫＷに近づくように電力負荷の組合せを選択するようになり、その結果、発電機が高効率で運転されず、その利用率が低下する。
【０００６】
このような不都合を解消するために、例えば、発電機電源の皮相電力容量に近づくように電力負荷を選択するようにすることも考えられるが、このようにして選択した場合、選択した電力負荷の有効電力が、実負荷の力率により発電機電源の有効電力容量を超えることもあり、発電機電源の有効電力容量を超えた場合、発電機等に過負荷が加わり、この発電機等にダメージを与えるおそれがある。
【０００７】
上述した問題は、三相負荷に適用する場合のみならず、単相負荷に適用する場合において、負荷の力率が小さいときにも同様に発生する。
本発明の目的は、負荷の力率をも考慮して負荷に電力を供給する電源を選択し、これによって発電機電源の利用率を高めることができる切換器を提供することである。
また、本発明の他の目的は、三相負荷に好都合に適用することができる切換器を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数個の負荷の各々に対応して設けられた複数個の切換ユニットと、前記複数個の切換ユニットを切換制御するための切換制御装置とを備え、前記複数個の切換ユニットの各々は、商用電源及び発電機電源のうち選択された電源からの電力を対応する負荷に供給する切換器であって、
前記切換制御装置は、各負荷の皮相電力と、前記発電機電源側に接続された全負荷の有効電力とに基づいて、前記複数個の切換ユニットを切換制御することを特徴とする。
【０００９】
本発明に従えば、切換制御装置は、各負荷の皮相電力と、発電機電源側に接続された全負荷の有効電力とに基づいて複数個の切換ユニットを切換制御するので、その切換制御は負荷の力率をも考慮した制御となる。そして、この切換制御をするに際し、発電機電源の有効電力容量及び皮相電力容量を考慮しながら、発電機からの電力を供給する負荷を選択し、この選択した負荷に対応する切換ユニットを発電機電源側に切り換えることによって、発電機の利用率の高い運転が可能となる。また、力率をも考慮して複数個の切換ユニットを切換制御するので、三相負荷に好適な切換器となる。尚、各負荷の皮相電力は、例えば、発電機電源側の電圧及び各負荷の電流を計測することによって求めることができ、また発電機電源側の有効電力は、例えば、発電機電源側の電圧、電流及び電力を計測することによって求めることができる。
【００１０】
また、本発明では、前記切換制御装置は、各負荷の皮相電力と、前記発電機電源側に接続された全負荷の有効電力とに基づいて、合算皮相電力値が前記発電機電源の予め設定される目標皮相電力値よりも小さく、且つ前記発電機電源側に接続された全負荷の有効電力値が前記発電機電力の予め設定される目標有効電力値よりも小さくなるように負荷を選択し、前記発電機電源からの電力が選択された負荷に供給されるように前記複数個の切換ユニットを切換制御することを特徴とする。
【００１１】
本発明に従えば、合算皮相電力値が発電機電源の目標皮相電力値よりも小さく、且つ発電機電源に接続された全負荷の有効電力値が発電機電源の目標有効電力値よりも小さくなるように、切換制御装置が負荷を選択し、選択した負荷に対応する切換ユニットを発電機電源側になるように切換制御するので、発電機電源からの電力はこのように選択された負荷に供給される。従って、発電機電源からの電力が供給される負荷の有効電力及び皮相電力が、この発電機電源の目標有効電力及び目標皮相電力を超えることがなく、コージェネレーションシステムを安定して運転することができる。そして、発電機電源側の全負荷の有効電力値及び合算皮相電力値を目標有効電力値及び目標皮相電力値に近づけることによって、発電機電源の利用率が高い運転が可能となる。
【００１２】
また、本発明では、前記切換制御装置は、前記目標有効電力を目標皮相電力レベルと設定して、合算皮相電力値が前記目標皮相電力レベルより小さく且つこの目標皮相電力レベルに最も近い値の負荷の組合せを選定し、次に、この選定した負荷に前記発電機電源からの電力が供給されるように前記複数個の切換ユニットを切換制御し、次いで前記発電機電源の前記有効電力容量とこのときの前記発電機電源側に接続された全負荷の有効電力との差に基づいて前記目標皮相電力レベルを修正し、この修正された目標皮相電力レベルより小さく且つこの目標皮相電力レベルに最も近い値の負荷の組合せを再選定し、このようにして前記合算皮相電力値が前記目標皮相電力値より小さく且つこの目標皮相電力値に近い値に、また前記測定有効電力値が前記目標有効電力値よりも小さく且つこの目標有効電力値に近い値となるように前記複数個の切換ユニットを切換制御することを特徴とする。
【００１３】
本発明に従えば、切換制御装置は、まず、目標有効電力を目標皮相電力レベルとして設定して、合算皮相電力値がこの目標皮相電力レベルより小さく、且つ目標皮相電力レベルに最も近い値の負荷の組合せを選定し、この選定した負荷に発電機電源からの電力が供給されるように複数個の切換ユニットを切換制御する。この目標有効電力は、例えば発電機電源の有効電力容量、又はこの有効電力容量の９０〜９５％程度の値に設定される。皮相電力は力率を考慮せず、有効電力は力率を考慮したものであるので、皮相電力値は有効電力値と実質上等しい（力率が１であるとき）か、有効電力値よりも大きくなる（力率が１より小さいとき）。切換制御装置による切換制御では、まず、目標有効電力を目標皮相電力レベルとして設定して合算皮相電力値がこの目標皮相電力レベルに最も近い値になる負荷の組合せが選択され、この組合せの負荷について発電機電源からの電力が供給される。このとき、目標有効電力を目標皮相電力レベルと設定して負荷の組合せを選択しているので、これら負荷の有効電力値は発電機電源の有効電力容量よりも小さく、またそれらの皮相電力値は発電機電源の皮相電力容量よりも小さく、発電機電源に過剰な負荷が作用することがない。
【００１４】
このように目標有効電力を目標皮相電力レベルとして設定して負荷を選択すると、選択した負荷の実際の有効電力値と目標有効電力値とを比較した場合、両者の間に開きがあるので、次に、発電機電源の有効電力容量値と発電機電源側に接続された負荷の有効電力値との差に基づいて目標皮相電力レベルが修正され、切換制御装置は、この修正された目標皮相電力レベルより小さく且つこの目標皮相電力レベルに最も近い値の負荷の組合せを再選択し、再選択した負荷の組合せを発電機電源側に接続するように複数個の切換ユニットを切換制御し、このように目標皮相電力レベルを補正することによって、負荷の有効電力値を目標有効電力値より小さく且つこの目標有効電力値に近い値に、また合算皮相電力値を目標皮相電力値より小さく且つこの目標皮相電力値に近い値に近づけることができ、発電機電源のより利用率の高い運転を行うことができる。上述した目標皮相電力レベルの修正は、例えば、負荷の有効電力値が目標有効電力に対して所定範囲に、また合算皮相電力値が目標皮相電力値に対して所定範囲に近づくまで繰り返し行われ、このようにすることによって、発電機電源の利用率をより高めることができる。
【００１５】
また、本発明では、前記切換制御装置は、前記発電機電源の前記有効電力容量値と前記発電機電源側に接続された全負荷の前記有効電力値との差に基づいて電力上積み量を演算し、次に修正前の前記目標皮相電力レベルに前記電力上積み量を加算して上積み修正皮相電力値を演算し、この上積み修正皮相電力値に基づいて目標皮相電力レベルを修正することを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、発電機電源の有効電力容量値と発電機電源側に接続された全負荷の有効電力値との差に基づいて電力上積み量が演算される。この電力上積み量は、上記差値をそのまま用いてもよく、上記差値に係数Ａ（例えば、係数Ａを０．１〜０．９程度に設定する）を積算するようにしてもよい。そして、修正前の目標皮相電力レベルに電力上積み量を加算して上積み修正皮相電力値を演算し、この上積み修正皮相電力値に基づいて目標皮相電力レベルの修正が行われる。この上積み修正皮相電力値は、そのまま修正皮相電力レベルとして用いてもよく、上積み修正皮相電力値に係数Ｂ（例えば、係数Ｂを０．９〜０．９５程度に設定する）を積算した値を修正皮相電力レベルとして用いるようにしてもよい。
【００１７】
更に、本発明では、前記複数個の切換ユニットの各々は、対応する負荷の電流を計測するための第１の電流計測装置を備え、また、前記発電機電源側の電流を計測するための第２の電流計測装置と、前記発電機電源側の電圧を計測するための電圧計測装置と、前記発電機電源側の電力を計測するための電力計測装置とが、設けられていることを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、各切換ユニットには、対応する負荷に流れる電流を計測する第１の電流計測装置が設けられ、また発電機電源側には、電流を計測する第２の電流計測装置と、電圧を計測する電圧計測装置と、電力を計測する電力計測装置とが、設けられている。従って、電圧計測装置の電圧値と各切換ユニットの第１の電流計測装置の電流値とを用いて、各負荷の皮相電力を簡単に求めることができる。また、第２の電流計測装置の電流値、電圧計測装置の電圧値及び電力計測装置の電力値を用いて、発電機電源に接続された全負荷の有効電力を簡単に求めることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う切換器の一実施形態について説明する。図１は、本発明に従う切換器の一実施形態を適用したコージェネレーションシステムの一例を簡略的に示すブロック図であり、図２は、図１の切換器の切換制御装置を簡略的に示すブロック図であり、図３は、図１の切換器の切換制御動作を示すフローチャートであり、図４は、負荷の各種組合せ内容を表形態で示す図であり、図５は、図１の切換器を用いた場合と従来の切換器を用いた場合の発電機電源の利用率を示す図である。
【００２０】
図１において、図示のコージェネレーションシステムは、コージェネ発電機電源２と、複数個の負荷、即ち負荷６Ａ、負荷６Ｂ・・・負荷６Ｎに電力を切り換えて供給するための切換器４とを備え、図示の切換器４は、各負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎに対応して設けられた切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎと、これら複数個の切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎを切換制御するための切換制御装置１０とを含んでいる。コージェネ発電機電源２は、例えばガスエンジン、ディーゼルエンジン等のエンジンによって運転される発電機から構成される。尚、図示のコージェネレーションシステムでは、エンジン及びその排熱を利用するための回路等を省略している。また、発電機電源２は、エンジンに限定されず、例えば燃料電池等でもよい。
【００２１】
複数個の切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎは実質上同一の構成であり、これらの一つの切換ユニット８Ａ（８Ｂ・・・）について、その構成を説明する。切換ユニット８Ａ（８Ｂ・・・）は、電源切換装置１２及びこの電源切換装置１２を制御するための制御部１４を備えている。電源切換装置１２は一対の入力接点１６，１８、出力接点２０及び切換接片２２を有し、一方の入力接点１６がコージェネ発電機電源２に電気的に接続され、他方の入力接点１８が商用電源２３、例えば工業用の三相２００Ｖの電源に電気的に接続される。また、切換ユニット８Ａ（８Ｂ・・・）における電源切換装置１２の出力接点２０は、対応する負荷６Ａ（６Ｂ・・・）に電気的に接続される。制御部１４は電源切換装置１２の切換接片２２を切換制御し、この切換接片２２が第１の位置にある（例えば、図１の切換ユニット８Ｃの電源切換装置１２の状態）ときには、一方の入力接点１６と出力接点２０とが電気的に接続され、コージェネ発電機電源２からの電力が負荷６Ａ（６Ｂ・・・）に供給される。また、切換接片２２が第２の位置にある（例えば、図１の切換ユニット８Ａ，８Ｂ，８Ｎの電源切換装置１２の状態）のときには、他方の入力接点１８と出力接点２０とが電気的に接続され、商用電源２３からの電力が負荷６Ａ（６Ｂ・・・）に供給される。尚、負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎは、例えば、モータ、加熱炉、照明装置、換気ファン、空調装置等の電力を消費する機器、装置である。
【００２２】
この切換ユニット８Ａ（８Ｂ・・・）は、更に、通信装置２４及び電流計測装置２６（第１の電流計測装置を構成する）を含んでいる。電流計測装置２６は電源切換装置１２と負荷６Ａ（６Ｂ・・・）との間に配設され、負荷６Ａ（６Ｂ・・・）に流れる電流を計測する。また、通信装置２４は、信号を受信する受信手段と、信号を送信する送信手段から構成され、受信手段は切換制御装置１０からの信号を受信し、送信手段は電流計測装置２６からの電流信号を切換制御装置１０に送給する。
【００２３】
次に、図１とともに図２を参照して切換制御装置１０について説明すると、図示の切換制御装置１０は、切換コントローラ３２、操作部３４及び表示部３６を備えている。切換コントローラ３２は、例えばマイクロプロセッサから構成され、集中制御手段３８、目標電力演算手段４０、目標皮相電力レベル演算手段４２、合算皮相電力演算手段４４、負荷選択手段４６、判定選択手段４８及び指示信号生成手段５０を有している。
【００２４】
この実施形態では、目標電力演算手段４０は発電機電源２の皮相電力容量（定格皮相電力）及び有効電力容量（定格有効電力）に基づいて目標皮相電力値及び目標有効電力値を演算する。目標皮相電力の目標値係数Ｃ１を例えば０．９５（Ｃ１＝０．９５）に設定すると、目標電力演算手段４０は、この目標値係数Ｃ１を用いて目標皮相電力値を演算し、目標皮相電力値は皮相電力容量値と目標値係数との積となる（目標皮相電力値＝皮相電力容量値×目標値係数）。例えば、発電機電力２の皮相電力容量が１２．３ｋＶＡである場合、目標皮相電力値は１１．７ｋＶＡとなる。尚、この目標値係数Ｃ１を例えば１（Ｃ１＝１）に設定すると、皮相電力容量値（１２．３ｋＶＡ）がそのまま目標皮相電力値となる。また、目標電力演算手段４０は、発電機電源２の有効電力容量（定格有効電力）に基づいて目標有効電力値を演算する。目標有効電力の目標値係数Ｃ２を、目標皮相電力の目標値係数Ｃ１と同様に、例えば０．９５（Ｃ２＝０．９５）に設定すると、目標電力演算手段４０は、この目標値係数Ｃ２を用いて目標有効電力値を演算し、目標有効電力値は有効電力容量値と目標値係数との積となる（目標有効電力値＝有効電力容量値×目標値係数）。例えば、発電機電力２の有効電力容量が９．８ｋＷである場合、目標有効電力値は９．３ｋＷとなり、この目標値係数Ｃ２を例えば１（Ｃ２＝１）に設定すると、有効電力容量値（９．８ｋＷ）がそのまま目標有効電力値となる。尚、この形態では、目標皮相電力の目標係数値Ｃ１と目標有効電力の係数値Ｃ２とを同じ値にしているが、これらの値を異なる値に設定してもよい。
【００２５】
目標皮相電力レベル演算手段４２は、次の通りにして目標皮相電力レベルを設定する。コージェネレーションシステムの運転開始後の１回目の切換タイミングにおいては、目標皮相電力レベル演算手段４２は、上記目標有効電力を目標皮相電力レベルとして設定し、２回目以降の切換タイミングにおいては、発電機電源２の有効電力容量値と発電機電源２側の有効電力値（例えば、後述する如くして計測演算される）との差に基づいて目標皮相電力レベルを修正する。尚、この目標皮相電力レベルの修正については、後に詳述する。また、負荷選択手段４６は、負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎを選択してこれらについての全組合せを選定し、合算皮相電力演算手段４４は、負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎの全ての組合せについて合算皮相電力値を演算する。判定選択手段４８は、後述するように、合算皮相電力値が目標皮相電力レベル（修正された目標皮相電力レベルを含む）より小さく、且つこの目標皮相電力レベルに最も近い値の負荷の組合せを選択する。指示信号生成手段５０は、後述するようにして複数個の切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎを切換制御するための指示信号を生成し、かかる指示信号に基づいてこれら切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎの電源切換装置１２が切換制御される。更に、集中制御手段３８は、切換コントローラ３２の各種構成要素、即ち、目標電力演算手段４０、目標皮相電力レベル演算手段４２、合算皮相電力演算手段４４、負荷選択手段４６、判定選択手段４８及び指示信号生成手段５０等を作動制御する。また、操作部３４は操作パネルに設けられた各種操作スイッチから構成され、切換器４を含むコージェネレーションシステム全体の運転開始、運転終了、各種運転条件等を入力する際に操作され、表示部３６は例えば液晶表示装置等から構成され、コージェネレーションシステムの運転状態、例えば各負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎの電流、後述する発電機電源２側の電流、電圧及び電力等を表示する。
【００２６】
切換コントローラ３２は、更に、第１メモリ５２、第２メモリ５４及びタイマ５６を含んでいる。第１メモリ５２には、目標皮相電力値及び目標有効電力値を演算する際に用いる各種値、即ち発電機電源２の皮相電力容量値、目標値係数Ｃ１、有効電力容量値及び目標値係数Ｃ２が記憶されている。第２メモリ５４には、負荷選択手段４６により選択された負荷の全組合せが例えば図４の表形態で記憶される。また、タイマ５６は、各負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎの電源切換タイミングを計時する。
【００２７】
切換制御装置１０は、更に、第３メモリ６０及び通信装置６２を含んでいる。通信装置６２は送信手段及び受信手段から構成され、受信手段はこれら切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎの通信装置２４からの送信信号、例えば電流信号を受信し、第３のメモリ６０は、これら受信した電流信号のデータを記憶する。尚、通信装置２４の送信手段からは送信信号、例えば指示信号生成手段５０が生成した指示信号を切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎの通信装置２４に送信する。
【００２８】
この切換器４は、更に、発電機電源２側に、具体的には発電機電源２と複数個の切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎとの間に、電流計測装置６４（第２の電流計測装置を構成する）、電圧計測装置６６及び電力計測装置６８が配設されている。電流計測装置６４は発電機電源２側を流れる電流を計測し、電圧計測装置６６は発電機電源２側の電圧を計測し、また電力計測装置６８は発電機電源２側の電力を検出する。これら計測装置６４，６６，６８の計測信号は、切換制御装置１０の切換コントローラ３２に送給され、第３メモリ６０に記憶される。
【００２９】
次に、主として図１及び図３を参照して、上述した切換器４の切換制御動作について説明する。まず、切換制御装置１０の操作部３４を入力操作して切換器４を作動させる（ステップＳ１）。かくすると、発電機電源２の目標有効電力値が目標皮相電力レベルに初期設定される（ステップＳ２）。次に、複数個の負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎのうち作動させるもの（通常、全ての負荷）を起動させる（ステップＳ３）。この起動の際には、各切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎの電源切換装置１２は商用電源２３側に保持され（切換接片２２が商用電源２３側の入力接点１８に電気的に接続されている）、従って、各負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎは商用電源２３からの電力によって起動される。その後、コージェネレーションシステムの発電機電源２を起動し（ステップＳ４）、これによって発電機電源２からの電力供給が可能となる。
【００３０】
このような運転状態においては、各切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎの電流計測装置２６は、対応する負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎに流れる電流を計測し、各電流計測装置２６によって測定された各負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎの電流信号が通信装置２４から切換制御装置１０の通信装置６２に送信され、この電流計測装置２６の電流計測データが第３メモリ６０に記憶される（ステップＳ５）。このような計測データの送受信は、無線、有線、赤外線等を用いて行うことができる。また、電流計測装置６４及び電圧計測装置６６は発電機電源２側の電流及び電圧を計測し、これら計測装置６４，６６からの電流及び電圧信号が切換コントローラ３２に送給され、電流及び電圧計測データが第３メモリ６０に記憶される（ステップＳ６）。更に、電力計測装置６８は発電機電源２側の電力を検出し、この電力計測装置６８からの電力信号が切換コントローラ３２に送給され、電力計測データが第３メモリ６０に記憶される（ステップＳ７）。
【００３１】
切換コントローラ３２の集中制御手段３８は、第３メモリ６０に記憶されたこれらデータを利用して発電機電源２側の皮相電力及び有効電力を演算し、演算した皮相電力及び有効電力のデータを第３メモリ６０に記憶する（ステップＳ８）。この実施形態では、発電機電源２側の皮相電力は、各切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎの電流計測装置２６の電流データと電圧計測装置６６の電圧データを用いて求められ、また発電機電源２側の有効電力は、電流計測装置６４の電流データ、電圧計測装置６６の電圧データ及び電力計測装置６８の電力データを用いて求められる。
【００３２】
次に、切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎ（これに接続された負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎ）の全組合せが選定され、全組合せパターンの各々について合算皮相電力が演算される（ステップＳ９）。この実施形態では、切換コントローラ３２の負荷選択手段４６は、複数個の負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎを任意に選択する全ての組合せについてのリストを、例えば図４に示す表形態でつくり、合算皮相電力演算手段４４は、第３メモリ６０に記憶された各負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎの電流データ（各電流計測装置２６の計測電流データ）及び発電機電源２側の電圧データ（電圧計測装置６６の計測電圧データ）を利用して各負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎの皮相電力値を演算し、これら演算した皮相電力値を利用して全ての組合せについての合算有効電力値を演算し、これらのデータが図４に示す表形態で第２メモリ５４に記憶される。このような計測、演算は、電源切換タイミングになるまで繰り返し遂行され、新たに計測、演算された各種データは、古いものに代えて、逐次更新され、それらの一部が第３メモリ６０に、またそれらの一部が第２メモリ５４に記憶される。
【００３３】
そして、タイマ５６によって設定された電源切換のタイミングになると、ステップＳ１０からステップＳ１１を経てステップ１２に進み、起動時（ステップＳ２）に目標有効電力値が目標皮相電力レベルに設定されており、この目標皮相電力レベルに基づいて負荷の組合せが選択され、この組合せによる初期切換えが行われる。この初期切換えにおいては、判定選択手段４８は、負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎの全ての組合せの中から、合算皮相電力値（選択した負荷の組合せにおける皮相電力の合計値）が目標皮相電力レベル（この初期切換えでは、目標有効電力値に設定されている）よりも小さく、且つこの目標皮相電力レベルに最も近い値の組合せを負荷の組合せとして選択し、この組合せの負荷が発電機電源２側に接続されるように切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎの切り換えが行われる。指示信号生成手段５０は、選択された組合せの負荷６に対応する切換ユニット８の電源切換装置１２が発電機電源２側となる指示信号を生成し、かく生成された指示信号が切換制御装置１０の通信装置６２から各切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎの通信装置２４に送信される。かくすると、切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎのうち、最適組合せの負荷６に対応するものにおいては、この指示信号に基づいて、電源切換装置１２の切換接片２２が発電機電源２側の入力接点１６に電気的に接続され、最適組合せの負荷６については発電機電源２からの電力が供給される。また、残りの負荷６に対応する切換ユニット８においては、上記指示信号に基づいて切換接片２２が商用電源２３側の入力接点１８に電気的に接続され、これら残りの負荷６については商用電源８からの電力が供給される。
【００３４】
このように最初の切換操作が行われると、ステップＳ５に戻り、上述したステップＳ５〜Ｓ１０が遂行され、そして２回目の切換操作時になると、ステップＳ１３で、切り換えたときの発電機電源２側の有効電力が計測演算され、この有効電力値が目標有効電力に近づいたときにはステップＳ５に戻り、切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎの切換状態が保持されるが、有効電力値が目標電力値に近づいていない（即ち、目標有効電力値との間に開きがある）ときにはステップＳ１４に進む。
【００３５】
最初の切換操作においては、目標有効電力値を目標皮相電力レベルに設定して合算皮相電力が目標皮相電力レベルに近づくように負荷組合せを選択しているので、力率を考慮した実際の有効電力（計測した有効電力）はこの目標皮相電力レベルよりも低く、力率が例えば０．８であるとすると、負荷の最適組合せの実際の有効電力は約７．４ｋＷとなり、目標有効電力（９．３ｋＷ）よりも約１．９ｋＷ小さい値となる。この状態では、実際の有効電力値が目標電力値に近い値でなく離れているので、発電機電源２の運転利用率が低くなる。ここで、２回目の切換を行うため、再度ステップＳ５〜Ｓ９のデータ計測及び演算を行い、データ変更を逐次行う。そして、電源切換タイミングになる（ステップＳ１０）と、２回目以降の切換であるため、ステップＳ１３に移り、ステップＳ１４以降で目標皮相電力レベルの補正が行われ、この補正された目標皮相電力レベルによる負荷の最適組合せが選択される。
【００３６】
ステップＳ１４における目標皮相電力レベルの補正は、目標皮相電力演算手段４２によって、例えば次の通りに行われる。まず、発電機電源２の有効電力容量値（例えば９．８ｋＷ）と発電機電源２側の有効電力値（実際の有効電力であって、この形態では、電流計測装置６４、電圧計測装置６６及び電力計測装置６８の計測データから求められる）との差に基づいて電力上積み量が演算され、上積み値係数Ｃ３を例えば０．５（Ｃ３＝０．５）に設定すると、この電力上積み量Ｗは、電力上積み量Ｗ＝〔（発電機電源２の有効電力容量値）−（発電機電源２側の有効電力値）〕×（上積み値係数Ｃ３）となり、例えば実際の有効電力が７．８ｋＷであるとすると、このときの電力上積み量Ｗ１＝（９．８−７．８）×０．５＝１．０（ｋＶＡ）となる。次に、修正前の目標皮相電力レベル（発電機電源２側に切換制御された負荷の組合せを選択するときに用いた目標皮相電力レベルであって、この目標皮相電力レベルは選択された負荷の合算皮相電力値にほぼ等しい）にこの電力上積み量Ｗ１を加算して上積み修正皮相電力値が演算され、この上積み修正皮相電力値に基づいて目標皮相電力レベルが修正される。即ち、目標皮相電力レベルＱ＝〔（修正前の目標皮相電力レベル）＋（電力上積み量Ｗ）〕となり、このときの目標皮相電力レベルＱ１は、Ｑ１＝９．３＋１．０＝１０．３（ｋＶＡ）となり、目標皮相電力レベルが９．３ｋＶＡから１０．３ｋＶＡに上方修正される。この実施形態では、上積み値係数Ｃ３を０．５に設定しているが、この係数Ｃ３は適宜の数値に設定することができ、この形態では、切換コントローラ３２の第１メモリ５２に記憶される。尚、目標皮相電力レベルを演算する際に修正値係数を積算するようにしてもよく、この場合、目標皮相電力レベルＱ＝〔（修正前の目標皮相電力レベル）＋（電力上積み量Ｗ）〕×（修正値係数）となる。
【００３７】
このようにして目標皮相電力レベルが補正されると、次に、ステップＳ１５において、判定選択手段４８は、再度、負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎについての全ての組合せの中から、合算皮相電力値が修正した目標皮相電力レベルよりも小さく、且つこの目標皮相電力レベルに最も近い値の組合せを最適組合せとして選定し、上述したと同様に、この最適組合せの負荷が発電機電源２側に接続されるように切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎの切り換えが行われる（ステップＳ１６）。
【００３８】
尚、図３のフローチャートには、特に図示していないが、このステップＳ１４で修正した目標皮相電力レベルが目標皮相電力値を超えるようになった場合、この修正目標皮相電力レベルによる負荷の最適組合せの選択が禁止される（ステップＳ１７に進むようになる）ようにしてもよい。このように構成することによって、発電機電源２側の負荷の皮相電力値が目標皮相電力値を超えることが回避でき、発電機電源２に過大な負荷が作用するのを確実に防止することができる。
【００３９】
このようにして切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎの切換制御が行われると、再びステップＳ５に戻り、ステップＳ５〜ステップＳ１０が遂行され、切換タイミングになるとステップＳ１０からステップＳ１１を経てステップＳ１３に移り、発電機電源２側の有効電力が目標有効電力に近づいたかが判断される。第２回目の切換操作における目標皮相電力レベルは、第１回目の切換操作時の目標皮相電力レベルよりも大きく、従って、実際の有効電力は目標有効電力により近づくようになる。このとき、力率が例えば０．８であるとすると、１回目の修正後の負荷の最適組合せの実際の有効電力は約８．２ｋＷとなり、目標有効電力（９．３ｋＷ）よりも約１．１ｋＷ小さい値となる。
【００４０】
この実施形態では、このようにして実際の有効電力値が目標有効電力に対して所定範囲に近づく、例えば９．０〜９．３ｋＷの範囲になったときに目標有効電力に近づいたとしてステップＳ１３からステップＳ５に戻り、切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎが切換操作されることなく、その切換状態が保たれる。一方、発電機電源２側の有効電力値がこの所定範囲（９．０〜９．３ｋＷ）に達しないときは、再びステップＳ１４に移り、目標皮相電力レベルの補正が再度行われる。
【００４１】
第３回目の切換操作のときには、容易に理解される如く、電力上積み量Ｗ２は、電力上積み量Ｗ２＝（９．８−８．２）×０．５＝０．８（ｋＷ）となる。次に、修正前（２回目の修正時）の目標皮相電力レベルにこの電力上積み量Ｗ２を加算して上積み修正皮相電力値が演算され、この上積み修正皮相電力値に基づいて目標皮相電力レベルが修正されるので、このときの目標皮相電力レベルＰ２は、Ｐ２＝１０．３＋０．８＝１１．１（ｋＶＡ）となり、目標皮相電力レベルが１０．２ｋＶＡから１１．１ｋＶＡに更に上方修正される。
【００４２】
このようにして目標皮相電力レベルが補正されると、次に、ステップＳ１５において、判定選択手段４８は、再度、負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎについての全ての組合せの中から、合算皮相電力値が修正した目標皮相電力レベルよりも小さく、且つこの目標皮相電力レベルに最も近い値の組合せを負荷の最適組合せとして選択し、上述したと同様に、この最適組合せの負荷が発電機電源２側に接続されるように切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎの切り換えが行われる（ステップＳ１６）。
【００４３】
この実施形態では、このようにして発電機電源２側の負荷の有効電力値が目標有効電力に対して所定範囲に、例えば９．０〜９．３ｋＷの範囲になったときには、ステップＳ１３からステップＳ５に戻って切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎの切換操作をパスするが、この所定範囲に達しないときには、４回目、５回目・・・と繰り返して遂行される。また、各ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎに接続されている負荷６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎの運転状態に変化が発生した場合にも、ステップＳ１３からステップＳ１４に進む。尚、上述した構成に代えて、例えば現在の目標皮相電力レベルが最終目標皮相電力より小さく、且つこの目標皮相電力に対して所定範囲に、例えば１１．３〜１１．７ｋＶＡになったときに切換操作を終了させるようにしてもよく、このようにしても同様の効果が達成される。
【００４４】
この実施形態では、切換制御装置１０は各負荷６Ａ，６Ｂ・・６Ｎの皮相電力と、発電機電源２側の負荷の有効電力に基づいて複数個の切換ユニット８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎを上述したように切換制御するので、発電機電源２側の負荷の皮相電力及び有効電力は、小さい側から目標皮相電力及び目標有効電力に近づくようになり、その近づき方は目標有効電力値及び目標皮相電力値に近づくに従って小さくなる。そして、発電機電源２側の負荷の有効電力が目標有効電力に対して所定範囲になると、目標皮相電力レベルの修正が終わって切換操作が終了するので、発電機電源２側の負荷の有効電力が目標有効電力を超えることがなく、有効電力に関してもコージェネシステムに過負荷が作用することが回避できる。
【００４５】
発電機電源２から負荷に供給される有効電力及び皮相電力は、上述したように発電機電源２の目標有効電力及び目標皮相電力に近い値となり、従って、発電機電源２の利用率は、図５に実線で示すように約９０〜９５％になり、発電機電源２の利用率を常時高めて効率の良い運転を行うことができる。この実施形態における利用率と対比するために、図５において破線でもって従来の切換制御による発電機の利用率を示す。尚、図５に上述した記載から容易に理解される如く、発電機電源２は目標有効電力値及び目標皮相電力値に近い値で運転されるので、目標有効電力値及び目標皮相電力値を変えることによって、発電機電源２の利用率を調整することができる。
【００４６】
以上、本発明に従う切換器の一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の請求項１の切換器によれば、各負荷の皮相電力と、発電機電源側の全負荷の有効電力に基づいて複数個の切換ユニットを切換制御するので、その切換制御は負荷の力率をも考慮した制御となる。また、発電機電源の有効電力容量及び皮相電力容量を考慮しながら、発電機電源側の負荷を選択し、この選択した負荷に対応する切換ユニットを発電機電源側に切り換えることによって、発電機の利用率の高い運転が可能となる。
【００４８】
また、本発明の請求項２の切換器によれば、合算皮相電力が発電機電源の目標皮相電力よりも小さく、且つ発電機電源側の全負荷の有効電力が発電機電源の目標有効電力よりも小さくなるように、切換制御装置が負荷を選択するので、発電機電源側の負荷の有効電力及び皮相電力が、この発電機電源の目標有効電力及び目標皮相電力を超えることがなく、コージェネレーションシステム、特に発電機電源を安定して運転することができる。
【００４９】
また、本発明の請求項３の切換器によれば、目標有効電力を目標皮相電力レベルとして設定して合算皮相電力値がこの目標皮相電力レベルに最も近い値の負荷の組合せが設定され、この組合せの負荷について発電機電源からの電力が供給される。このとき、目標有効電力を目標皮相電力レベルと設定して負荷の組合せを選択しているので、これら負荷の有効電力値は発電機電源の有効電力容量よりも小さく、またそれらの皮相電力値は発電機電源の皮相電力容量よりも小さく、発電機電源に過剰な負荷が作用することがない。また、選択した負荷の有効電力値と目標有効電力値と間に開きがあると、常に発電機電源の有効電力容量値と発電機電源側の負荷の有効電力値との差に基づいて目標皮相電力レベルを修正し、この修正した目標皮相電力レベルに近い負荷の最適組合せを再選定するので、負荷の有効電力値を目標有効電力値により近い値に、また負荷の皮相電力値を目標皮相電力値により近い値に近づけることができ、発電機電源のより利用率の高い運転を行うことができる。
【００５０】
また、本発明の請求項４の切換器によれば、発電機電源の有効電力容量と発電機電源側に接続された全負荷の計測有効電力との差に基づいて電力上積み量を演算し、修正前の目標皮相電力レベルに電力上積み量を加算して上積み修正皮相電力値を演算し、この上積み修正皮相電力値に基づいて目標皮相電力レベルを修正するので、目標皮相電力レベルを所要の通りに修正することができる。
【００５１】
更に、本発明の請求項５の切換器によれば、電圧計測装置の電圧値と各切換ユニットの第１の電流計測装置の電流値とを用いて、各負荷の皮相電力を簡単に求めることができ、また、第２の電流計測装置の電流値、電圧計測装置の電圧値及び電力計測装置の電力値を用いて、発電機電源に接続された全負荷の有効電力を簡単に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う切換器の一実施形態を適用したコージェネレーションシステムの一例を簡略的に示すブロック図である。
【図２】図１の切換器の切換制御装置を簡略的に示すブロック図である。
【図３】図１の切換器の切換制御動作を示すフローチャートである。
【図４】負荷の各種組合せ内容を表形態で示す図である。
【図５】図１の切換器を用いた場合と従来の切換器を用いた場合の発電機の利用率を示す図である。
【符号の説明】
２ コージェネ発電機電源
４ 切換器
６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎ 負荷
８Ａ，８Ｂ・・・８Ｎ 切換ユニット
１０ 切換制御装置
１２ 電源切換装置
２３ 商用電源
２６ 電流計測装置
３２ 切換コントローラ
３８ 集中制御手段
４０ 目標電力演算手段
４２ 目標皮相電力レベル演算手段
４４ 合算皮相電力演算手段
４６ 負荷選択手段
４８ 判定選択手段
５０ 指示信号生成手段
６４ 電流計測装置
６６ 電圧計測装置
６８ 電力計測装置
Claims (5)
- 複数個の負荷の各々に対応して設けられた複数個の切換ユニットと、前記複数個の切換ユニットを切換制御するための切換制御装置とを備え、前記複数個の切換ユニットの各々は、商用電源及び発電機電源のうち選択された電源からの電力を対応する負荷に供給する切換器であって、
前記切換制御装置は、各負荷の皮相電力と、前記発電機電源側に接続された全負荷の有効電力とに基づいて、前記複数個の切換ユニットを切換制御することを特徴とする切換器。 - 前記切換制御装置は、各負荷の皮相電力と、前記発電機電源側に接続された全負荷の有効電力とに基づいて、合算皮相電力値が前記発電機電源の予め設定される目標皮相電力値よりも小さく、且つ前記発電機電源側に接続された全負荷の有効電力値が前記発電機電力の予め設定される目標有効電力値よりも小さくなるように負荷を選択し、前記発電機電源からの電力が選択された負荷に供給されるように前記複数個の切換ユニットを切換制御することを特徴とする請求項１記載の切換器。
- 前記切換制御装置は、前記目標有効電力を目標皮相電力レベルと設定して、合算皮相電力値が前記目標皮相電力レベルより小さく且つこの目標皮相電力レベルに最も近い値の負荷の組合せを選定し、次に、この選定した負荷に前記発電機電源からの電力が供給されるように前記複数個の切換ユニットを切換制御し、次いで前記発電機電源の前記有効電力容量とこのときの前記発電機電源側に接続された全負荷の有効電力との差に基づいて前記目標皮相電力レベルを修正し、この修正された目標皮相電力レベルより小さく且つこの目標皮相電力レベルに最も近い値の負荷の組合せを再選定し、このようにして前記合算皮相電力値が前記目標皮相電力値より小さく且つこの目標皮相電力値に近い値に、また前記測定有効電力値が前記目標有効電力値よりも小さく且つこの目標有効電力値に近い値となるように前記複数個の切換ユニットを切換制御することを特徴とする請求項２記載の切換器。
- 前記切換制御装置は、前記発電機電源の前記有効電力容量値と前記発電機電源側に接続された全負荷の前記有効電力値との差に基づいて電力上積み量を演算し、次に修正前の前記目標皮相電力レベルに前記電力上積み量を加算して上積み修正皮相電力値を演算し、この上積み修正皮相電力値に基づいて目標皮相電力レベルを修正することを特徴とする請求項３記載の切換器。
- 前記複数個の切換ユニットの各々は、対応する負荷の電流を計測するための第１の電流計測装置を備え、また、前記発電機電源側の電流を計測するための第２の電流計測装置と、前記発電機電源側の電圧を計測するための電圧計測装置と、前記発電機電源側の電力を計測するための電力計測装置とが、設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の切換器。
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