JP6230394B2 - 発電システム - Google Patents

Description

本発明は、エンジンにより回転駆動されて発電を行う発電機と、
前記発電機に対して利用者側の電力負荷を解並列可能な電力負荷遮断器とを備え、
前記エンジンを駆動させた状態で前記電力負荷遮断器を解列状態から並列状態に切り換えて前記発電機に対して前記電力負荷を投入する電力負荷投入処理を実行し、前記発電機の出力電圧が規定電圧に維持されるように前記エンジンの出力を制御するエンジン出力制御を実行する発電制御手段を備えた発電システムに関する。

電気機器などの電力負荷を設けた施設では、通常、商用電力系統から受電した基準電圧（例えば６６００Ｖ）及び基準周波数（例えば６０Ｈｚ）の受電電力が当該電力負荷に供給される。また、施設には、例えば商用電力系統に連系して発電を行って、基準電圧及び基準周波数の発電電力を電力負荷に供給可能なコージェネレーションシステムなどの発電システムが設けられる場合がある。
このような発電システムとして、商用電力系統からの受電が停止する停電時において、商用電力系統から発電機を切り離した状態で、発電機を駆動するエンジンを起動させて発電機の自立運転を行い、発電機の発電電圧が確立し安定して発電が行えるようになった段階で、停電時の給電対象とする電力負荷の一部又は全部の特定負荷を発電機に投入して、特定負荷への給電を継続するように構成されたものが知られている（例えば特許文献１を参照。）。

特開２００７−００６５９５公報

このような発電システムでは、電力負荷が発電機に投入された状態であっても、その投入された電力負荷の実際の消費電力が小さいために、エンジンの出力が比較的低い状態で維持される場合がある。
特に、停電時において投入される特定負荷については、全電力負荷のうちの一部の電力負荷に限定されており、更に、発電機に投入された特定負荷が多くの電力を消費するとは限らない。例えば、消費電力が非常に小さい状態で特定負荷が発電機に投入されると、発電機の発電電力が小さくなり、エンジンを極めて低出力で運転しなければならない。この場合、エンジンの運転状態が不安定となり、結果、排ガス中のＮＯｘが増加するなどの排気エミッションの増加やストール等の問題が生じる場合がある。

本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、エンジンにより発電機を回転駆動する発電システムにおいて、停電時等において発電機に投入される電力負荷の消費電力が小さい場合でも、合理的且つ簡単な構成を採用するだけで、エンジンの運転状態を安定したものとして、排気エミッションの増加やストール等を抑制する技術を提供する点にある。

この目的を達成するための本発明に係る発電システムは、
エンジンにより回転駆動されて発電を行う発電機と、
前記発電機に対して利用者側の電力負荷を解並列可能な電力負荷遮断器とを備え、
前記エンジンを駆動させた状態で前記電力負荷遮断器を解列状態から並列状態に切り換えて前記発電機に対して前記電力負荷を投入する電力負荷投入処理を実行し、前記発電機の出力電圧が規定電圧に維持されるように前記エンジンの出力を制御するエンジン出力制御を実行する発電制御手段を備えた発電システムであって、
前記電力負荷の消費電力を計測する電力負荷消費電力計測手段と、
前記電力負荷とは別に、前記発電機の発電電力を消費する模擬負荷と、
前記発電機と前記模擬負荷との接続部に配置され、前記模擬負荷の消費電力を変更可能な模擬負荷消費電力調整手段とを備え、
前記発電機の発電電力が前記エンジンを安定運転可能な所定の基準発電電力以上に維持されるように、前記電力負荷消費電力計測手段の計測結果に基づいて前記模擬負荷消費電力調整手段を制御する模擬負荷制御を実行する模擬負荷制御手段を備えており、
前記基準発電電力は、発電電力量の値が段階的に異なる複数の基準発電電力を含み、
前記模擬負荷制御手段は、前記模擬負荷制御において、前記電力負荷消費電力計測手段の計測結果において、前記電力負荷の消費電力が前記複数の基準発電電力のうち第１基準発電電力を基準とした所定範囲内に所定時間継続した場合には、前記第１基準発電電力の次に発電電力量の値が大きい第２基準発電電力に前記基準発電電力を切り替える点にある。

本特徴構成によれば、利用者側の一部又は全体の電力負荷に発電電力を供給する発電機に対して、その電力負荷とは別の模擬負荷が投入され、更には、この模擬負荷の消費電力が上記模擬負荷制御により制御されることで、電力負荷と模擬負荷とに供給される発電機の発電電力が、常に上記基準発電電力以上に維持される。
詳しくは、模擬負荷制御手段により模擬負荷制御が実行されることで、発電機から発電電力の供給を受ける電力負荷の消費電力が上記基準発電電力を下回る場合（電力負荷の消費電力が０の場合や電力負荷が発電機に投入される前である場合も含む。）には、発電機に投入された模擬負荷の消費電力が基準発電電力に対する電力負荷の消費電力の不足分以上になるように模擬負荷消費電力調整手段が調整されて、当該不足分が賄われることになる。よって、発電機の発電電力が常に基準発電電力以上に維持されることで、エンジンの出力が比較的高いものに維持され、結果、エンジンの安定運転が実現されることになる。
また、このようなエンジンの安定運転を実現する構成として、模擬負荷と、その模擬負荷の発電機に対する接続部に模擬負荷消費電力調整手段とを設けた上で、模擬負荷制御手段により模擬負荷制御が実行するという合理的且つ簡単な構成を採用することができる。
従って、本発明により、エンジンにより発電機を回転駆動する発電システムにおいて、発電機に投入される電力負荷の消費電力が小さい場合でも、合理的且つ簡単な構成を採用するだけで、エンジンの運転状態を安定したものとして、排気エミッションの増加やストール等を抑制する技術を提供することができる。
また、本特徴構成によれば、模擬負荷制御手段による模擬負荷制御において、電力負荷の消費電力に応じて発電機の基準発電電力を複数段に亘って切り替えられるので、発電機の発電電力が無用に大きくなることを抑制して省エネを図りながら、発電機の発電電力を最も小さい基準発電電力以上で安定したものに維持することができる。

本発明に係る発電システムの更なる特徴構成は、
前記模擬負荷消費電力調整手段が、前記模擬負荷として配置された負荷抵抗器に供給される発電電力の電圧を変更可能な電圧調整器で構成されている点にある。

本特徴構成によれば、模擬負荷消費電力調整手段として、模擬負荷として配置された負荷抵抗器に供給される発電電力の電圧を変更可能なサイリスタチョッパ制御器等の電圧調整器を採用することができる。
このような電圧調整器を採用すれば、模擬負荷制御において、模擬負荷としての負荷抵抗器の消費電力を、電力負荷の消費電力の変動に合わせて瞬時且つ無段階で変化させることができるので、発電電力を極めて安定したものに維持することができ、エンジンの出力変動を抑制することができる。

本発明に係る発電システムの更なる特徴構成は、
前記模擬負荷が、前記発電機の発電電力を各別に消費する複数の負荷抵抗器からなり、
前記模擬負荷消費電力調整手段が、前記発電機に対して前記複数の負荷抵抗器の夫々を解並列可能な複数の模擬負荷遮断器で構成されている点にある。

本特徴構成によれば、模擬負荷として複数の負荷抵抗器を設け、夫々についての発電機に対する接続部に模擬負荷遮断器を設けることで、それら複数の模擬負荷遮断器を模擬負荷消費電力調整手段として機能させることができる。即ち、複数の模擬負荷遮断器のうち解列状態とする個数を変化させることで、発電機に対して投入される負荷抵抗器の個数が変化するので、結果、模擬負荷の消費電力を変化させることができる。

本発明に係る発電システムの更なる特徴構成は、
前記発電制御手段が、前記電力負荷投入処理において、前記発電機に対する前記電力負荷の投入時期と同時又はその前に、前記発電機に対して前記模擬負荷を投入する点にある。

発電機に対する模擬負荷の投入時期が電力負荷の投入時期よりも遅い場合、発電機に対して消費電力が小さい電力負荷のみが投入される期間が存在することになる。すると、エンジンが低出力で運転されて、エンジンの運転状態が不安定となり、その電力負荷への電力供給が不安定となる場合がある。
そこで、本特徴構成によれば、発電制御手段による電力負荷投入処理において、発電機に対する模擬負荷の投入時期を電力負荷の投入時期と同時又はその前の時期とする。すると、発電機に対して電力負荷が投入された時点及びそれ以降において、発電機の発電出力が基準発電電力以上に維持され、それによりエンジンの出力が比較的大きく保たれ、エンジンの安定運転が実現される。よって、電力負荷に対して安定して発電電力を供給することができる。

本発明に係る発電システムの更なる特徴構成は、
前記模擬負荷制御手段が、前記模擬負荷制御において、前記模擬負荷の消費電力を、前記発電機の基準発電電力に対する前記電力負荷の消費電力の差分に対応して変化させる点にある。

本特徴構成によれば、模擬負荷制御手段による模擬負荷制御において、模擬負荷の消費電力が発電機の基準発電電力に対する電力負荷の消費電力の差分に対応して自動的に増減されるので、発電機の発電電力が基準発電電力又はそれ以上の目標発電電力に維持されることになる。よって、エンジンの出力が比較的高い状態で且つ一定に保たれるので、エンジンの運転状態を一層安定したものに維持できる。

本発明に係る発電システムの更なる特徴構成は、前記第１基準発電電力から前記第２基準発電電力に前記基準発電電力が切り替えられた後、前記模擬負荷制御手段は、前記発電機の発電電力が前記第２基準発電電力に到達するまで、前記模擬負荷の消費電力を漸次増加させる点にある。

本特徴構成によれば、模擬負荷の消費電力が徐々に増加されることにより、エンジンの出力の急激な増加が抑制されて、エンジンの運転状態が安定したものに維持される。

本発明に係る発電システムの更なる特徴構成は、
前記発電制御手段が、前記電力負荷に対する商用電力系統からの給電が停止する停電を検出した停電時に、前記負荷遮断器を解列状態として前記エンジンを起動させた上で前記電力負荷投入処理を実行する点にある。

本特徴構成によれば、停電時において、エンジンが起動されて略無負荷状態で自立運転を行う発電機に対して、消費電力が極めて小さい場合がある重要負荷などの電力負荷が投入されるのに加えて、模擬負荷が投入され、更に、電力負荷の投入後において、その模擬負荷の消費電力が模擬負荷制御により制御される。よって、停電時における電力負荷の投入後においても、発電機の発電電力が常に基準発電電力以上に維持されることにより、エンジンの安定運転を実現でき、結果、重要負荷などの電力負荷へ安定して発電電力を供給することができる。

また、停電時の電力負荷投入処理及び模擬負荷制御において、模擬負荷の消費電力が電力負荷よりも小さい状態で、発電機に電力負荷を投入する前に、発電機に模擬負荷を投入することが好ましい。
即ち、停電時に電力負荷投入処理及び模擬負荷制御を実行する場合において、模擬負荷を利用して、負荷投入準備時間（停電時から電力負荷が投入できる状態になるまでの時間）の短縮、負荷投入率（発電機の定格発電電力に対する電力負荷の消費電力の割合）の拡大、並びに、整定時間（電力負荷を投入してから発電機を駆動するエンジンの回転速度が安定するまでの時間）の短縮を実現できる。
この場合、停電時において、発電機に対しては、電力負荷の投入前に、模擬負荷が投入されることになる。そして、この投入される模擬負荷は電力負荷に比べて消費電力が小さいことから、この模擬負荷の投入時において発電機に投入される電力負荷の消費電力の増加幅は、略無負荷状態から電力負荷を突然投入したときと比べて小さくなる。よって、発電機を駆動するエンジンの回転速度を安定したものに維持して、発電機による安定した発電を継続することができる。また、電力負荷の投入前に、発電機に対して模擬負荷が投入されることから、略無負荷状態で発電機を運転するときと比べて、エンジンに適度な負荷をかけて暖機を進行させることができ、より早い段階で模擬負荷に比べて大きい電力負荷を投入可能な状態とすることができる。
更に、電力負荷の投入時においては、適宜模擬負荷の消費電力を低下させることで、電力負荷の投入時における発電機の発電電力の変動を抑制することができるので、比較的大きな電力負荷を投入した場合でも、エンジンの回転速度を安定したものに維持して、発電機による安定した発電を継続することができる。

更に、停電時の電力負荷投入処理及び模擬負荷制御において、模擬負荷の消費電力を所定の最小消費電力に設定した状態で当該模擬負荷を発電機に投入し、その後、模擬負荷の消費電力を電力負荷よりも小さい所定の最大消費電力に漸次増加させた後に電力負荷を投入すると共に、当該電力負荷の投入後の模擬負荷制御において、発電機の発電電力が基準発電電力以上に設定された目標発電電力に維持されるように、模擬負荷の消費電力を制御し、模擬負荷の最大消費電力及び発電機の目標発電電力が、電力負荷の投入時における発電機の発電電力の増加幅が重要負荷の消費電力と比べて小さくなるように設定されていることが好ましい。
即ち、停電時の電力負荷投入処理及び模擬負荷制御を実行するにあたり、発電機に電力負荷を投入する前に当該電力負荷よりも消費電力が小さい模擬負荷を投入する場合において、電力負荷の投入時における発電機の発電電力の増加幅は、発電機に対して略無負荷状態から電力負荷を突然投入したときと比べて小さくなるように、模擬負荷の最大消費電力及び発電機の目標発電電力が設定されることになる。
よって、電力負荷投入後において発電機を駆動するエンジンの回転速度を比較的早い段階で整定させて、発電機による安定した発電を継続することができる。

第１実施形態における発電システムの概略構成を示す図 停電時における発電システムの発電制御の処理フロー図 第１実施形態における発電機の発電電力、並びに、電力負荷及び模擬負荷の消費電力の状態遷移を示すグラフ図 第２実施形態における発電システムの概略構成を示す図 第２実施形態における発電機の発電電力、並びに、電力負荷及び模擬負荷の消費電力の状態遷移を示すグラフ図

〔第１実施形態〕
本発明に係る発電システムの第１実施形態について、図１〜図３に基づいて説明する。
図１に示す発電システムは、商用電力系統１から受電した受電電力を消費する電力負荷４を有する事業所などの施設に設けられて、当該商用電力系統１からの受電が停止する停電が発生したときに、電力負荷４に対して、発電装置１０で発電した発電電力Ｐ１０を供給するシステムとして構成されている。
尚、商用電力系統１から受電した受電電力は、電力線３に供給され、当該電力線３に遮断器６などを介して接続された電力負荷４に供給される。
この電力負荷４は、コンプレッサ、ポンプ、エレベータ、医療機器などの非常用設備などのように、施設の全電力負荷のうち重要負荷などの少なくとも一部の電力負荷とされている。
また、電力負荷４の電力線３に対する接続部には、電力負荷４の消費電力Ｐ４を計測する電力負荷消費電力計測器５（電力負荷消費電力計測手段の一例）が設けられている。

かかる発電システムには、発電装置１０と、この発電装置１０の運転制御などを行う発電制御装置１５（発電制御手段の一例）とが設けられている。
上記発電装置１０は、商用電力系統１の受電電力と同じ基準電圧（例えば６６００Ｖ）及び基準周波数（例えば６０Ｈｚ）の発電電力Ｐ１０を電力負荷４に供給可能なものとして構成されている。更に、発電装置１０は、発電に伴って熱を発生するコージェネレーションシステムとして構成されている。

上記発電装置１０は、発電機１０ｂをエンジン１０ａで駆動する形態で発電を行って発電電力Ｐ１０を出力する一般的な発電装置として構成されている。図示は省略するが、この発電装置１０には、発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０を基準電圧及び基準周波数に変換する電力変換器や、バッテリーの蓄電電力を利用してエンジン１０ａを起動させるセルモータ等が設けられている。そして、発電制御装置１５は、外部からの電力供給がない状態でも、エンジン１０ａをセルモータにより自立起動することができ、また、エンジン１０ａの回転速度を所望の定格回転速度に設定する形態で、発電機１０ｂの出力電圧が規定電圧に維持されるように、エンジン１０ａの出力を制御するエンジン出力制御を実行する。
発電電力Ｐ１０の出力側は、電力負荷遮断器１３を介して電力線８に接続されており、また、この電力線８は、電力負荷遮断器７を介して電力線３に接続されている。
即ち、電力負荷遮断器１３及び電力負荷遮断器７は、発電機１０ｂに対して電力負荷４を解列自在に構成されている。

発電システムには、商用電力系統１から電力線３が受電する受電電圧を計測する系統連系保護継電器２が設けられている。即ち、この系統連系保護継電器２は、受電電圧の計測結果を監視し、その結果から商用電力系統１からの受電が停止する停電を検出する停電検出手段として機能する。
一方、発電制御装置１５は、詳細については後述するが、系統連系保護継電器２の計測結果により停電が検出された停電時に、遮断器６を解列状態に切り換えて商用電力系統２から電力線３を切り離したうえで、エンジン１０ａを起動させた状態で、電力負荷遮断器１３及び電力負荷遮断器７を解列状態から並列状態に切り換えて発電機１０ｂに対して電力負荷４を投入する電力負荷投入処理を実行する。尚、この電力負荷４のように、エンジン１０ａの起動後に発電機１０ｂに投入される電力負荷４を初期負荷と呼ぶ場合もある。

この発電システムには、施設内の電力負荷４とは別に、発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０を消費する負荷抵抗器からなる模擬負荷３０が設けられており、この模擬負荷３０は、電力線８に対して、後述する電圧調整器３１と変圧器２５を介して接続されている。即ち、電力負荷遮断器１３を介して電力線８に供給される発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０は、変圧器２５で所定の電圧まで低下された後に、電圧調整器３１を介して模擬負荷３０に供給することができる。
電圧調整器３１は、発電機１０ｂと模擬負荷３０との接続部に配置されており、模擬負荷３０に供給される電力の電圧を変更可能なサイリスタチョッパ制御器などで構成されている。即ち、この電圧調整器３１は、模擬負荷３０に供給される電力の電圧を調整することで、模擬負荷３０の消費電力Ｐ３０を変更可能な模擬負荷消費電力調整手段Ｘとして機能することになる。

模擬負荷３０としては、需要家の意思とは無関係に電力消費の有無の状態を切り換え可能な電力負荷であるヒータなどの電気抵抗器や、電力を回転負荷として消費する回転負荷抵抗器などが利用されている。また、電気抵抗器を模擬負荷３０として利用する場合に、その発生した熱は、例えば、ファンにより直接放熱したり、エンジン１０ａの冷却水で回収された熱などと共に利用に供すことができる。
尚、変圧器２５で電圧が低下された電力を発電装置１０の補機などに供給しても構わない。この場合、本実施形態において、発電機１０ｂの発電電力は、補機の消費電力を差し引いたものとして取り扱う。

発電制御装置１５は、停電時には、電力負荷遮断器１３及び電力負荷遮断器７を解列状態に切り換えて発電機１０ｂから電力負荷４を解列して、エンジン１０ａを起動させ、その後に、電力負荷遮断器１３及び電力負荷遮断器７を適時解列状態から並列状態に切り換えて、発電機１０ｂに電力負荷４を投入する電力負荷投入処理を実行する。
更に、本実施形態の発電システムは、模擬負荷３０と、その模擬負荷３０の発電機に対する接続部に模擬負荷消費電力調整手段Ｘとして機能する電圧調整器３１とを設けた上で、発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０がエンジン１０ａを安定運転可能な所定の基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（図３参照）以上に維持されるように、電力負荷消費電力計測器５の計測結果に基づいて電圧調整器３１を制御する模擬負荷制御を実行する模擬負荷制御装置３２（模擬負荷制御手段の一例）が設けられている。そして、このような合理的且つ簡単な構成を採用するだけで、エンジン１０ａの運転状態を安定したものとして、排気エミッションの増加やストール等を抑制するように構成されている。尚、この基準発電電力Ｐ１０ｍａｘは、エンジン１０ａを安定運転可能な発電電力として任意に設定することができる。
また、発電制御装置１５と模擬負荷制御装置３２とは、個別の制御装置として構成しても良いし、共通の制御装置が機能するように構成しても良い。
以下、このように発電システムが停電時において実行する停電時の電力負荷投入処理及び模擬負荷制御を含む発電制御の処理フロー、並びに、模擬負荷制御の処理フローについて、図２及び図３を参照して説明する。

（発電制御）
先ず、発電制御の詳細について、図２及び図３を参照して説明する。
系統連系保護継電器２の計測結果により停電が検出された停電時（図２のステップ＃１のｙｅｓ側、図３の時間Ｔ０）には、発電制御装置１５が、電力負荷遮断器１３及び電力負荷遮断器７を解列状態（非通電状態）に切り替えて、発電機１０ｂから電力負荷４を解列した状態で、蓄電電力によりセルモータを作動して、エンジン１０ａを自立起動させる（図２のステップ＃２）。
すると、図３における時間Ｔ０〜時間Ｔ１において、エンジン１０ａの回転速度が上昇し、それに伴って、エンジン１０ａにより回転駆動される発電機１０ｂの発電電圧が上昇する。

次に、発電制御装置１５は、エンジン１０ａの回転速度が定格回転速度に達し、それに伴って、発電機１０ｂの発電電圧が基準電圧に到達して確立されたと判定したときに（図２のステップ＃３のｙｅｓ側）、電力負荷遮断器１３を解列状態から並列状態（通電状態）に切り替えて、発電機１０ｂに模擬負荷３０を投入する模擬負荷投入処理を実行する（図２のステップ＃４、図３の時間Ｔ１〜時間Ｔ２）。尚、このように発電機１０ｂに対して模擬負荷３０のみを投入している状態では、発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０は模擬負荷３０の消費電力Ｐ３０に一致することになる。

この模擬負荷投入処理（図２のステップ＃４、図３の時間Ｔ１〜時間Ｔ２）では、先ず、模擬負荷制御装置３２が、電圧調整器３１により模擬負荷３０に供給される電力の電圧を調整することで、模擬負荷３０の消費電力Ｐ３０が十分に小さい状態で、当該模擬負荷３０が発電機１０ｂに投入されて、模擬負荷３０への給電が開始される。このことにより発電機１０ｂの運転状態が安定したものに維持される。次に、模擬負荷制御装置３２が、電圧調整器３１により模擬負荷３０に供給される電力の電圧を徐々に増加させることで、模擬負荷３０の消費電力Ｐ３０が、始動初期の発電機１０ｂの基準発電電力Ｐ１０ｍａｘとして予め設定されている所定の第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）に至るまで増加する。尚、本実施形態において、このエンジン１０ａを安定運転可能な第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）は、発電機１０ｂの定格発電電力の約５０％に設定されている。
このことにより、エンジン１０ａの運転状態は安定したものに維持されたまま、エンジン１０ａに適度な負荷がかかり、結果、当該エンジン１０ａの暖機が早期に進行することになる。

次に、発電制御装置１５は、電力負荷遮断器７を解列状態から並列状態（通電状態）に切り替えて、発電機１０ｂに電力負荷４を投入する電力負荷投入処理を実行し（図２のステップ＃５、図３の時間Ｔ２）、電力負荷４への給電が開始される。
そして、この電力負荷投入処理が実行されて発電機１０ｂに電力負荷４が投入された後に、後述する模擬負荷制御が実行される（図２のステップ＃６、図３の時間Ｔ２以降）。

（模擬負荷制御）
次に、模擬負荷制御の詳細について、図３を参照して説明する。
この模擬負荷制御では、模擬負荷制御装置３２が、発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０が、エンジン１０ａを安定運転可能な基準発電電力Ｐ１０ｍａｘに維持されるように、電圧調整器３１の電圧調整を行って、模擬負荷３０の消費電力Ｐ３０を制御する。即ち、この模擬負荷制御では、模擬負荷３０の消費電力Ｐ３０は、電力負荷４の消費電力の変動とは逆位相で変化するように調整され、具体的には、基準発電電力Ｐ１０ｍａｘに対する電力負荷４の消費電力Ｐ４の差分（Ｐ１０ｍａｘ−Ｐ４）に調整される。

基準発電電力Ｐ１０ｍａｘは複数段設定されている。具体的には、発電機１０ｂの定格発電電力の例えば約５０％に設定された第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）と、発電機１０ｂの定格発電電力相当に設定された第２基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（２）とが、基準発電電力Ｐ１０ｍａｘとして設定されている。
そして、模擬負荷制御装置３２は、模擬負荷制御において、電力負荷消費電力計測器５で計測された電力負荷４の消費電力Ｐ４に基づいて基準発電電力Ｐ１０ｍａｘを切り替える。具体的には、電力負荷４の消費電力Ｐ４が第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）を基準として設定した所定の範囲内に所定の時間継続した場合には、第２基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（２）を基準発電電力Ｐ１０ｍａｘとして用い、逆に、電力負荷４の消費電力Ｐ４が第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）を基準として所定の範囲内に所定の時間継続しなかった場合には、第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）を基準発電電力Ｐ１０ｍａｘとして用いる。

すると、発電機１０ｂへの電力負荷４の投入時点から電力負荷４の消費電力Ｐ４が第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）を基準として設定した所定の範囲内に所定の時間継続するまでの期間（図３の時間Ｔ２〜時間Ｔ３）は、模擬負荷３０の消費電力Ｐ３０は、第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）に対する電力負荷４の消費電力Ｐ４の差分（Ｐ１０ｍａｘ（１）−Ｐ４）に制御される。すると、発電電力Ｐ１０は、第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）に維持されることになる。
また、電力負荷４の消費電力Ｐ４が第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）を基準として設定した所定の範囲内に所定の時間継続している期間（図３の時間Ｔ３〜時間Ｔ４）は、模擬負荷３０の消費電力Ｐ３０を発電電力Ｐ１０が一定になるよう制御を継続する。

更に、電力負荷４の消費電力Ｐ４が第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）を基準として設定した所定の範囲内に所定の時間継続した時点以降（図３の時間Ｔ４以降）は、基準発電電力Ｐ１０ｍａｘが第２基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（２）に切り替えられる。
具体的に、基準発電電力Ｐ１０ｍａｘを第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）から第２基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（２）に切り替えられるにあたり、先ずは、発電機１０ｂの発電電力Ｐが第２基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（２）に到達するまで（図３の時間Ｔ５まで）、模擬負荷３０の消費電力Ｐ３０が徐々に増加される。このことにより、エンジン１０ａの出力の急激な増加が抑制されて、エンジン１０ａの運転状態が安定したものに維持される。
そして、発電機１０ｂの発電電力Ｐが第２基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（２）に到達した時点以降（図３の時間Ｔ５以降）では、模擬負荷３０の消費電力Ｐ３０が、第２基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（２）に対する電力負荷４の消費電力Ｐ４の差分（Ｐ１０ｍａｘ（２）−Ｐ４）に制御されることで、発電電力Ｐ１０が、第２基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（２）に維持されることになる。

ここで、基準発電電力Ｐ１０ｍａｘは、例えば発電機１０ｂの定格発電電力の約５０％以上の比較的高いものに設定されている。よって、エンジン１０ａの出力が比較的高いものに維持されるので、電力負荷消費電力Ｐ４が比較的小さい場合でも、エンジン１０ａの安定運転が実現され、エンジン１０ａの排気エミッションの増加やストール等を抑制することができる。尚、第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）は、エンジン１０ａを安定運転可能な発電機１０ｂの発電電力範囲の下限値を示し、例えば、エンジン１０ａの出力が定格出力の半分となるときの発電電力Ｐ１０に相当するものとして設定されている。そして、発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０が当該第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ未満となる場合には、エンジンの出力が例えば定格出力の半分未満というような極めて低い状態となって、エンジンの運転状態が不安定となり、排ガス中のＮＯｘが増加するなどの排気エミッションの増加やストール等の問題が生じる場合がある。
更に、発電機１０ｂに対して、電力負荷４に先立って模擬負荷３０が投入されるので、発電機１０ｂに対して電力負荷４が投入された時点以降において、発電機１０ｂの発電出力に対応するエンジン１０ａの出力が常に大きいものに保たれて、エンジン１０ａの安定運転が実現されることになる。
尚、エンジン１０ａを安定運転可能な第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）は、別に定格発電電力の５０％に限らず、任意に設定することができ、また、第２基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（２）は、定格発電電力相当に限らず、第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）よりも大きな基準発電電力Ｐｍａｘとして任意に設定することができる。

〔第２実施形態〕
本発明に係る発電システムの第２実施形態について、図４及び図５に基づいて説明する。尚、上記第１実施形態と同様の構成については、説明を割愛する場合がある。
第２実施形態の発電システムでは、図４に示すように、発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０を各別に消費する複数の負荷抵抗器からなる模擬負荷３５が設けられており、これら複数の模擬負荷３５は、電力線８に対して、後述する複数のリレーからなる模擬負荷遮断器３６の夫々を介して変圧器２５に接続されている。即ち、電力負荷遮断器１３を介して電力線８に供給される発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０は、変圧器２５で所定の電圧まで低下された後に、複数の模擬負荷遮断器３６の夫々を介して複数の模擬負荷３５の夫々に供給することができる。
また、複数の模擬負荷遮断器３６は、発電機１０ｂと複数の模擬負荷３５の夫々との接続部に配置されており、発電機１０ｂに対して複数の模擬負荷３５の夫々を解並列可能に構成されている。
よって、複数の模擬負荷遮断器３６の夫々の状態を解列状態及び並列状態との間で切り替えて、発電機１０ｂに対して投入される模擬負荷３５の個数を変化させることで、複数の模擬負荷３５の合計の消費電力Ｐ３５（以下、単に「模擬負荷３５の消費電力Ｐ３５」と呼ぶ場合がある。）を変更可能となる。即ち、これら複数の模擬負荷遮断器３６は、模擬負荷３５の消費電力Ｐ３５を段階的に変更可能な模擬負荷消費電力調整手段Ｘとして機能する。

また、本実施形態において模擬負荷制御装置３７が実行する模擬負荷制御では、図５に示すように、基本的には上記第１実施形態と同様に、模擬負荷３５の消費電力Ｐ３５は、電力負荷４の消費電力の変動とは逆位相で変化するように調整され、具体的には、基準発電電力Ｐ１０ｍａｘに対する電力負荷４の消費電力Ｐ４の差分（Ｐ１０ｍａｘ−Ｐ４）に調整される。しかし、模擬負荷３５の消費電力Ｐ３５が段階的に変化することになるので、その変化時に、発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０が、基準発電電力Ｐ１０ｍａｘを最小値として単一の模擬負荷３５の消費電力に相当する変動幅Ａ分増加側の範囲内で変動することになる。
即ち、模擬負荷制御装置３７は、発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０が基準発電電力Ｐ１０ｍａｘに変動幅Ａを加算した値（Ｐ１０ｍａｘ＋Ａ）を上回るときに、発電機１０ｂに対して投入される模擬負荷３５の個数を１つ増加させ、一方、発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０が基準発電電力Ｐ１０ｍａｘを下回るときに、発電機１０ｂに対して投入される模擬負荷３５の個数を１つ減少させる形態で、模擬負荷消費電力調整手段Ｘを制御する。
すると、発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０は、基準発電電力Ｐ１０ｍａｘを最大にした変動幅Ａ分の範囲内に維持されることになる。
尚、本実施形態において、第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）は、発電機１０ｂの定格発電電力の約５０％よりも変動幅Ａ分小さい電力に設定されており、第２基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（２）は、発電機１０ｂの定格発電電力よりも変動幅Ａ分小さい電力に設定されている。

また、模擬負荷制御装置３７が、模擬負荷投入時（図５の時間Ｔ１から時間Ｔ２まで）、及び、基準発電電力Ｐ１０ｍａｘを第１基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（１）から第２基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ（２）に切り替える期間（図５の時間Ｔ４から時間Ｔ５）において、模擬負荷消費電力調整手段Ｘにより模擬負荷３５の消費電力Ｐ３５を増加させるにあたり、発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０が基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ以上に到達するまで、発電機１０ｂに対して投入される模擬負荷３５の個数を一定間隔ごとに増加させて、模擬負荷３５の消費電力Ｐ３５を徐々に増加させる。
このことにより、エンジン１０ａの出力の急激な増加を抑制して、その運転状態を安定したものに維持することができる。

〔その他の実施形態〕
最後に、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）上記実施形態では、模擬負荷制御を、系統連系保護継電器２により停電が検出された停電時に発電機１０ｂに電力負荷４の一部である電力負荷４を投入する停電制御において実行するように構成したが、停電時以外において模擬負荷制御を実行しても構わない。
例えば、商用電力系統１に連系して発電機１０ｂにより発電を行って、電力負荷４に対して商用電力系統１からの受電電力と発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０とを供給している状態において、発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０が基準発電電力Ｐ１０ｍａｘ以上に維持されるように、発電機１０ｂに対して投入された模擬負荷３０、３５の消費電力Ｐ３０、Ｐ３５を制御することができる。
このことで、電力負荷４の消費電力Ｐ４が小さい場合でも、発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０を比較的大きいものに維持できるので、エンジン１０ａの安定運転を実現することができる。

（２）上記実施形態では、発電機１０ｂに対して電力負荷４を投入する前に模擬負荷３０、３５を投入し、その投入した模擬負荷３０、３５の消費電力Ｐ３０、Ｐ３５を徐々に増加させることで、エンジン１０ａの早期暖機を実現するように構成したが、発電機１０ｂに対して電力負荷４と模擬負荷３０、３５とを同時に投入しても構わない。

（３）上記実施形態では、模擬負荷制御において、発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０を基準発電電力Ｐ１０ｍａｘに維持するように、模擬負荷３０，３５の消費電力Ｐ３０、Ｐ３５を調整するように構成したが、例えば、発電機１０ｂに投入される模擬負荷３０，３５の消費電力Ｐ３０、Ｐ３５を十分に大きいものに設定することで、発電機１０ｂの発電電力Ｐ１０を、その変動は許容しながら、エンジン１０ａの定運転可能な所定の基準発電電力以上に保つように構成しても構わない。

（４）上記実施形態では、停電時に発電機１０ｂに投入する電力負荷４を重要負荷として説明したが、重要負荷以外の電力負荷４を投入するように構成しても構わない。

本発明は、エンジンにより回転駆動されて発電を行う発電機と、エンジンを起動した状態で発電機の発電電力を電力負荷の少なくとも一部に供給する発電時において、エンジンの回転速度を所望の定格回転速度に設定する形態で当該エンジンの出力を制御するエンジン出力制御を実行する発電制御手段とを備えた発電システムとして好適に利用可能である。

１ ：商用電力系統
４ ：電力負荷
５ ：電力負荷消費電力計測器（電力負荷消費電力計測手段）
７ ：電力負荷遮断器
８ ：電力線
１０ ：発電装置
１０ａ ：エンジン
１０ｂ ：発電機
１３ ：電力負荷遮断器
１５ ：発電制御装置（発電制御手段）
３０、３５：模擬負荷
３１ ：電圧調整器
３６ ：模擬負荷遮断器
３２、３７：模擬負荷制御装置（模擬負荷制御手段）
Ｘ ：模擬負荷消費電力調整手段

Claims (7)

1. エンジンにより回転駆動されて発電を行う発電機と、
   前記発電機に対して利用者側の電力負荷を解並列可能な電力負荷遮断器とを備え、
   前記エンジンを駆動させた状態で前記電力負荷遮断器を解列状態から並列状態に切り換えて前記発電機に対して前記電力負荷を投入する電力負荷投入処理を実行し、前記発電機の出力電圧が規定電圧に維持されるように前記エンジンの出力を制御するエンジン出力制御を実行する発電制御手段を備えた発電システムであって、
   前記電力負荷の消費電力を計測する電力負荷消費電力計測手段と、
   前記電力負荷とは別に、前記発電機の発電電力を消費する模擬負荷と、
   前記発電機と前記模擬負荷との接続部に配置され、前記模擬負荷の消費電力を変更可能な模擬負荷消費電力調整手段とを備え、
   前記発電機の発電電力が前記エンジンを安定運転可能な所定の基準発電電力以上に維持されるように、前記電力負荷消費電力計測手段の計測結果に基づいて前記模擬負荷消費電力調整手段を制御する模擬負荷制御を実行する模擬負荷制御手段を備えており、
   前記基準発電電力は、発電電力量の値が段階的に異なる複数の基準発電電力を含み、
   前記模擬負荷制御手段は、前記模擬負荷制御において、前記電力負荷消費電力計測手段の計測結果において、前記電力負荷の消費電力が前記複数の基準発電電力のうち第１基準発電電力を基準とした所定範囲内に所定時間継続した場合には、前記第１基準発電電力の次に発電電力量の値が大きい第２基準発電電力に前記基準発電電力を切り替える発電システム。
2. 前記模擬負荷消費電力調整手段が、前記模擬負荷として配置された負荷抵抗器に供給される発電電力の電圧を変更可能な電圧調整器で構成されている請求項１に記載の発電システム。
3. 前記模擬負荷が、前記発電機の発電電力を各別に消費する複数の負荷抵抗器からなり、
   前記模擬負荷消費電力調整手段が、前記発電機に対して前記複数の負荷抵抗器の夫々を解並列可能な複数の模擬負荷遮断器で構成されている請求項１に記載の発電システム。
4. 前記発電制御手段が、前記電力負荷投入処理において、前記発電機に対する前記電力負荷の投入時期と同時又はその前に、前記発電機に対して前記模擬負荷を投入する請求項１〜３の何れか１項に記載の発電システム。
5. 前記模擬負荷制御手段が、前記模擬負荷制御において、前記模擬負荷の消費電力を、前記発電機の基準発電電力に対する前記電力負荷の消費電力の差分に対応して変化させる請求項１〜４の何れか１項に記載の発電システム。
6. 前記第１基準発電電力から前記第２基準発電電力に前記基準発電電力が切り替えられた後、前記模擬負荷制御手段は、前記発電機の発電電力が前記第２基準発電電力に到達するまで、前記模擬負荷の消費電力を漸次増加させる、請求項１〜５の何れかに１項に記載の発電システム。
7. 前記発電制御手段が、前記電力負荷に対する商用電力系統からの給電が停止する停電を検出した停電時に、前記電力負荷遮断器を解列状態として前記エンジンを起動させた上で前記電力負荷投入処理を実行する請求項１〜６の何れか１項に記載の発電システム。

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