JP5773964B2 - エンジン発電機並列運転システムおよびエンジン発電機並列運転方法 - Google Patents
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Description
この電源供給システム1は、図10に示すように、電源からの電力を変換し該変換電力を外部負荷対象2に供給する静止型変換器3と、複数の発電機4(ここではエンジン発電機4)とを具備する。そして、この電源供給システム1では、複数の発電機4のうち少なくとも1台と静止型変換器3とが外部負荷対象2に連系されているときに更に発電機4を外部負荷対象2に並入するに際し、静止型変換器3の出力電圧を増加させるように制御している。
このために、原動機(電動機)の速度(回転数)制御、極整合、励磁装置による自動電圧調整器(AVR:Automatic Voltage Regulator)が設けられている。
そのために、AVRの励磁制御や、商用電源に接続された静止型変換器3を用いて、投入される発電機4からの電力の変動分を吸収、調整するようにしている。
その際には母線電圧は0であり、先ず、複数台のエンジン発電機セットのみでの並列運転(立上げ)を行い、複数台のエンジン発電機セットが立ち上った段階で、その後に負荷対象への電力供給を行っている。
(1)系統接続時に、横流電力による外乱が発生する。これは、複数台の発電機を同期運転する場合、両機の出力電圧の周波数、位相、電圧振幅が一致している必要があるが、両機の電圧の位相差を一致させるのは難しく、その電圧の位相差から両機間に電力のやり取り(横流電力)が生じて、外乱となり、双方のエンジン発電機の回転数が不安定となるのである。
(2)エンジンにおけるガバナのゲインが高すぎる。すなわち、エンジン発電機のガバナゲイン調整は、負荷がかかっている状態を前提に行っているため、負荷がかかっていない複数台のエンジン発電機セットのみでの並列運転時ではゲインが高すぎ、安定性に欠く結果となる。
(3)系統接続時の外乱(トルク変動)が大きすぎる。
が挙げられる。
本発明は以上のような課題を改善するために提案されたものであって、発電機側の立上げ時、外部調整手段で発電機接続時の調整を行うのではなく、エンジン側で調整を行うようにして、安定的な複数の発電機の立上げを実現した、エンジン発電機並列運転システムおよびエンジン発電機並列運転方法を提供することを目的とする。
したがって、同期投入時に行きすぎによる位相差の発生を抑制し、同期投入による、衝撃力(外乱)の発生を抑制することができる。
また、マスタ発電装置とスレーブ発電装置とが負荷対象に併入される際に、スレーブ発電装置におけるゲイン信号生成器のガバナゲインを上げるように切り換えることで、回転数の制御応答性が高められ、急激な変動があっても十分に追従性をもたせることができる。
また、外乱の発生そのものを抑えることで、エンジン回転数制御の不安定要因を削除し、安定して負荷対象に接続することができる。
図1に、第1実施形態にかかるエンジン発電機並列運転システム10を示す。
このエンジン発電機並列運転システム10では、負荷対象Lに電力を供給するエンジン駆動型のマスタ発電装置11と、マスタ発電装置11と共に、負荷対象Lに併入可能なエンジン駆動型のスレーブ発電装置12とを具備する。なお、スレーブ発電装置12は、複数台設けることもできるが、ここでは、説明の簡単化のために、1台のみ示している。
マスタ発電装置11とスレーブ発電装置12とは、順次、遮断器13m、13sを介して母線Pに接続され、該母線Pには、負荷対象Lが、遮断器13Lを介して接続される。
そして、スレーブ発電装置12は、詳細は後述するがスレーブ発電装置12のエンジンにおける電子ガバナ12egに、ガバナゲインを切り換えるゲイン信号生成器14を備える。
発電機11gは、発電機11gの出力電圧を検出して、電圧設定器による規定値との偏差を求め、励磁電流を調整して発電機11gによって生じる発電電圧を制御する自動電圧調整器11v(AVR)を具備する。
そしてスレーブ発電装置12のエンジン12eにおける電子ガバナ12egのゲイン信号生成器14は、設定された目標回転数で回転するようにエンジン12eの回転数を調節するスロットル弁(図示省略)に制御指令としてのガバナゲインを決定するものである。そのために、ゲイン信号生成器14は、エンジン12eに対して、スレーブ発電装置12における遮断器13s、及び負荷対象Lと母線P間の遮断器13Lからのオンオフ信号、並びにスレーブ発電装置12のエンジン12eの実際の回転数に係る信号をフィードバックしている。
一般に、エンジン発電機のガバナゲインは、負荷が十分にかかった状態で設定されているため、制御システムにおいて負荷が比較的軽い場合や負荷がかかっていないときにゲインが大きくすぎると、いわゆるハンチングを起こし、発振してしまう虞があるため、ゲインの大きさを制御システムの動作状態に応じて切り換える必要がある。
すなわち、図2においては、スレーブ発電装置12における遮断器13sと、母線Pから負荷対象Lに至る遮断器13Lの開閉状態(open/close)時のゲイン信号生成器14によるガバナゲインの値を高低で示し、その結果のスレーブ発電装置12のエンジン12eの速度変動幅を大小で示している。
その際、エンジン発電機並列運転システム10の状態は、
(1)遮断器13s(open)、13L(open)→マスタ発電装置およびスレーブ発電装置立上げ前、マスタ発電装置立上げ後にスレーブ発電装置立上げ
(2)遮断器13s(close)、13L(open)→マスタ発電装置とスレーブ発電装置とを接続
(3)遮断器13s(close)、13L(close)→マスタ発電装置とスレーブ発電装置とを立上げ後に負荷対象Lと接続
エンジン11eの回転により、発電機11gは電力を発生し、発電機11gは、自動電圧調整器11vにより、発電機11gの出力電圧が検出され、電圧設定器による規定値との偏差を求め、励磁電流を調整して発電機11gにおける発電電圧を制御することができる。
発電電圧が規定値に達すると、遮断器13mが投入され(ステップS6)、これによりマスタ発電装置11と母線Pとが電気的に接続される。
以上のようにしてスレーブ発電装置12のエンジン12eが一定の回転数となる整定状態となることで、エンジン発電機並列運転システム10の立上げは完了する。この際、スレーブ発電装置12と母線Pとをつなぐ遮断器13s、並びに母線Pと負荷対象Lとをつなぐ遮断器13Lはopen状態にある。
そのため、マスタ発電装置11とスレーブ発電装置12とが母線Pを介して接続されても、双方の発電電圧の違いから生ずる外乱によるエンジン回転数のハンチングを抑えることができる。
そして、発電電圧が規定値に達したか否かが判定される(ステップS12)。発電電圧が規定値に達すると、この発電電圧が母線Pとの電圧位相差が規定値以内か否か判定がなされる(ステップS13)。発電電圧が母線Pとの電圧位相差が規定値以内であれば、遮断器13sが投入され(ステップS14)、これによりスレーブ発電装置12と母線Pとが電気的に接続される。ここで、スレーブ発電装置12のエンジン12eにおける電子ガバナ12egのガバナゲインは、ゲイン信号生成器14により低に切り換えられているので、マスタ発電装置11とスレーブ発電装置12による発電電圧が干渉しあって、横流が発生しても、マスタ発電装置11とスレーブ発電装置12とにおけるエンジン間の回転数のアンバランスを発生するのを抑制することができる(図5参照)。
本発明にかかるエンジン発電機並列運転システムは、第2実施形態のように実施することもできる。
一般に、スレーブ発電装置12の同期投入時は、マスタ発電装置11に比較してスレーブ発電装置12の速度が速い(図6参照)。すなわち、マスタ発電装置11とスレーブ発電装置12とが速度差を有することで位相差を調整している。
しかしながら、その速度差は位相角度差によらず一定のため、スレーブ発電装置12を母線Pにつなぐ遮断器13sを投入するときに衝撃力が発生する。
かかる衝撃力の発生を抑制するために、スレーブ発電装置12を投入するのは、位相差が0のときを目指して、スレーブ発電装置12のエンジン12eの回転数を制御すればよい。
すなわちスレーブ発電装置12を投入するタイミングとして、本実施形態では、エンジン回転数制御の目標値を、位相角度差の関数として変化させ、エンジンの回転数を制御するようにしている。
この偏差が0に収束するように、電子ガバナ12egによりスロットル弁に制御指令を送出してエンジン12eの回転数を調節する(ステップS22)。
そして位相差が規定値以内であるか判定し(ステップS23)、位相差が規定値以内であれば遮断器13sを投入する(ステップS24)。
すなわち、同期投入前のスレーブ発電装置12の速度目標値、回転数目標値(増速分)を定め、位相差を0に近づけるときは、概ね5度の位相差から緩慢に近づけていく(エンジン12eの回転数を調節)。同期投入ができなかった場合は、次の段階での同期までの時間を短縮するために、速度差を大きく(エンジン12eの回転数を調節)するようにする。
これにより、同期投入による衝撃力(外乱)の発生を抑制することができ、エンジン回転数の変動、すなわち電圧変動の抑制が可能となる。
本発明にかかるエンジン発電機並列運転システムは、第3実施形態のように実施することもできる。
すなわち、第3実施形態では、電圧変動現象が、非常に速い現象のため、遮断器の動作指令から実際の遮断機動作完了までの応答時間が生じてしまう。すなわち、電圧位相差が0(一致)した条件で、遮断器の動作指令を与えたとしても、遮断器自体の応答遅れにより、遮断器が実際に閉じたときは、電圧位相差が発生するためである。電圧位相差が発生すると、エンジンに外乱(衝撃力)が加わり、エンジン回転数制御が不安定なものとなる。
そこで、遮断器の応答速度を勘案し、その時間分を先行させて指令を与えればよい。
すなわち、本実施形態では、マスタ発電装置11とスレーブ発電装置12を同期投入する際において、図9に示すように、遮断器作動時間に相当する位相差を算出し(ステップS25)、電圧位相差がその値に到達した段階(ステップS26)で、遮断器動作指令(ステップS27)を与えるように設定する。
Δi=ΔV/60×ΔT×360°
となる。
ΔT=0.1s,ΔV=1(rpm)とすると、
Δi=ΔV/60×0.1×360°=0.6°
すなわち、遮断器投入の指令は、位相差が0になった時点で出力するのではなく、位相差が0.6°になったときに投入すればよい。
したがって、同期投入時に行きすぎによる位相差の発生を抑制し、同期投入による、衝撃力(外乱)の発生を抑制することができる。これにより、一層、エンジン回転数、すなわち電圧変動の抑制が可能となる。
このため、様々な規模のエンジン発電機システムに適用可能であることは勿論である。
11 マスタ発電装置
11e エンジン
11eg 電子ガバナ
11g 発電機
11v 自動電圧調整器
12 スレーブ発電装置
12e エンジン
12eg 電子ガバナ
12g 発電機
12v 自動電圧調整器
13m、13s、13L 遮断器
14 ゲイン信号生成器
P 母線
L 負荷対象
Claims (4)
- 負荷対象に電力を供給するエンジン駆動型のマスタ発電装置と、
該マスタ発電装置と連系可能に設けられ、前記負荷対象に併入可能な少なくとも一台のエンジン駆動型のスレーブ発電装置と、を具備し、
前記スレーブ発電装置は、前記マスタ発電装置とスレーブ発電装置とが連系される際、または前記マスタ発電装置とスレーブ発電装置とが前記負荷対象に併入される際に、前記スレーブ発電装置におけるエンジンのガバナゲインを切り換えるゲイン信号生成器を有し、
前記ゲイン信号生成器は、
前記マスタ発電装置とスレーブ発電装置とが連系される際に、前記スレーブ発電装置におけるゲイン信号生成器のガバナゲインを下げるように切り換えるとともに、
前記マスタ発電装置とスレーブ発電装置とが前記負荷対象に併入される際に、前記スレーブ発電装置におけるゲイン信号生成器のガバナゲインを上げるように切り換えるように構成されていることを特徴とするエンジン発電機並列運転システム。 - 前記マスタ発電装置と前記スレーブ発電装置とが連系される際に、前記マスタ発電装置と前記スレーブ発電装置との電圧位相差が規定値以下になるよう前記スレーブ発電装置のエンジンを制御する構成とした、ことを特徴とする請求項1に記載のエンジン発電機並列運転システム。
- 前記マスタ発電装置に対し、前記スレーブ発電装置を、動作指令により作動する遮断器を介して連系させる構成とし、
前記マスタ発電装置と前記スレーブ発電装置とが連系される際に、動作指令発信から作動完了までの前記遮断器の応答遅れに相当する電圧位相差を算出し、前記マスタ発電装置と前記スレーブ発電装置との電圧位相差が前記算出値に到達した段階で、前記遮断器に対し動作指令を与えるようにした、ことを特徴とする請求項2に記載のエンジン発電機並列運転システム。 - 負荷対象に電力を供給するエンジン駆動型のマスタ発電装置と、該マスタ発電装置と連系可能に設けられ、前記負荷対象に併入可能な少なくとも一台のエンジン駆動型のスレーブ発電装置と、を具備し、前記スレーブ発電装置は、前記マスタ発電装置とスレーブ発電装置とが連系され、または前記マスタ発電装置とスレーブ発電装置とが前記負荷対象に併入される際に、前記スレーブ発電装置におけるエンジンのガバナゲインを切り換えるゲイン信号生成器と、を具備するエンジン発電機並列運転システムにおいて、
前記マスタ発電装置とスレーブ発電装置とが連系される際に、前記スレーブ発電装置におけるゲイン信号生成器のガバナゲインを下げるように切り換え、
前記マスタ発電装置とスレーブ発電装置とが前記負荷対象に併入される際に、
前記スレーブ発電装置におけるゲイン信号生成器のガバナゲインを上げるように切り換えて前記負荷対象に電力を供給するようにした、ことを特徴とするエンジン発電機並列運転方法。
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