JP6289123B2 - 発電システム - Google Patents
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Description
前記複数の発電装置の発電出力を制御する発電出力制御を実行する発電出力制御手段を備えた発電システムに関する。
発電システムでは、停電時においても特定電力負荷に対して安定した電力を供給するために、当該施設に設置される発電装置の発電能力が、施設内の特定電力負荷の消費電力等に応じて決定される。特に、特定電力負荷の消費電力の大きい事業所などでは、比較的大きな発電能力が必要となるために、複数の発電装置が設置される場合がある。
例えば、特定電力負荷の電力線への投入(以下「負荷投入」と呼ぶ場合がある)に伴う急激な消費電力の上昇が発生した場合には、それに応じて発電出力を急激に上昇させる必要がある。逆に、特定電力負荷の電力線からの解列(以下「負荷遮断」と呼ぶ場合がある)に伴う急激な消費電力の低下が発生した場合には、それに応じて発電出力を急激に低下せる必要がある。
そこで、一部の発電装置が出力電圧を基準電圧に維持するように発電出力を制御するように構成すれば、その一部の発電装置の実際の発電出力のみを、その急激な消費電力の変動に合わせて追従させることが可能と考えられる。
しかしながら、急激に消費電力が低下する直前において上記一部の発電装置の実際の発電出力が比較的低く維持されていた場合には、その急激な消費電力の低下に十分に対応し得るだけの発電出力の低下を実現することができないという問題がある。逆に、急激に消費電力が上昇する直前における上記一部の発電装置の実際の発電出力が比較的高く維持されていた場合には、その急激な消費電力の上昇に十分に対応し得るだけの発電出力の上昇を実現することができないという問題がある。
基準電圧及び基準周波数の発電電力を電力線を介して複数の特定電力負荷に供給可能な複数の発電装置を備え、
前記複数の発電装置の発電出力を制御する発電出力制御を実行する発電出力制御手段を備えた発電システムであって、
その第1特徴構成は、
前記複数の発電装置として、第1発電装置と第2発電装置とを備え、
前記第1発電装置が、出力電圧を基準電圧に維持するように発電出力を調整する発電電圧制御を実行するように構成され、
前記発電出力制御手段が、前記発電出力制御において、前記第1発電装置の実際の発電出力が所定の設定発電出力となるように前記第2発電装置の発電出力を制御すると共に、前記複数の特定電力負荷の前記電力線に対する投入又は解列状態に基づいて前記第1発電装置の設定発電出力を調整する設定発電出力調整処理を実行するように構成され、
前記電力線に対して現在投入されており次に解列される可能性がある特定電力負荷である現投入電力負荷の消費電力を解列予定消費電力として導出する解列予定消費電力導出手段を備え、
前記発電出力制御手段が、前記設定発電出力調整処理において、前記第1発電装置の設定発電出力を前記解列予定消費電力以上に維持する形態で、当該設定発電出力を調整する点にある。
また、第1発電装置が出力電圧を、基準電圧(例えば200V)に維持するように発電出力を調整する発電電圧制御を実行するように構成されているので、上記発電出力制御手段による発電出力制御を実行するにあたり、負荷投入や負荷遮断に伴って当該現投入電力負荷の消費電力が急激に変動した場合には、第2発電装置の発電出力の変化に先立って、第1発電装置が基準電圧を維持するべく消費電力の変動に合わせて発電出力を変化させることになる。
一方、現投入電力負荷の消費電力が緩やかに変動した場合には、第1発電装置が基準電圧を維持するべく発電出力を変化させようとするのと同時に、第2発電装置が当該第1発電装置の実際の発電出力を所定の設定発電出力に維持しようとして、結果、第2発電装置がその消費電力の変動に合わせて発電出力を変化させることになる。即ち、このような発電出力制御を実行することにより、第1発電装置及び第2発電装置の発電出力が、消費電力の変動に対して適切に追従することになる。
よって、電力線に対して現在投入されている特定電力負荷が少なく、次に投入される可能性がある特定電力負荷が多いと予測される期間には、第1発電装置の実際の発電出力の増加を適切に抑制するように第2発電装置の発電出力を適切な範囲に維持して、その将来の負荷投入に伴う第1発電装置による発電電力の上昇側の追従に備えることができる。逆に、電力線に対して現在投入されている特定電力負荷が多く、次に解列される可能性がある特定電力負荷が多いと予測される期間には、第1発電装置の実際の発電出力の減少を適切に抑制するように第2発電装置の発電出力を適切な範囲に維持して、その将来の負荷遮断に伴う第1発電装置による発電電力の低下側の追従に備えることができる。
即ち、第1発電装置の実際の発電出力において将来の負荷投入や負荷遮断に備えて上昇側又は低下側の調整幅を常に確保することができ、負荷投入や負荷遮断に伴う急激且つ大幅な消費電力の変動が発生した場合でも、第1発電装置の実際の発電出力を急激且つ大幅に変更することができ、結果、複数の発電装置の発電出力を特定電力負荷の消費電力の変動に対して適切に追従させることができる。
従って、本発明により、複数の発電装置の発電出力を特定電力負荷の消費電力の変動に対して適切に追従させるように各発電装置の発電出力を適切に制御すると共に、負荷投入や負荷遮断に伴う急激な消費電力の低下にも対応し得る発電システムを実現することができる。
加えて、上記発電出力制御手段による上記設定発電出力調整処理において、上記解列予定消費電力導出手段により導出した上記解列予定消費電力を利用して、第1発電装置の設定発電出力が、常に当該解列予定消費電力以上に維持されるので、第1発電装置による発電出力の低下側の調整幅が当該解列予定消費電力以上に確保されることになる。
よって、将来において現投入電力負荷が電力線から解列された場合でも、第1発電装置の発電出力をその解列された特定電力負荷の消費電力に相等する分だけ急激に低下させることができ、複数の発電装置の発電出力を特定電力負荷の消費電力の変動に対して適切に追従させることができる。
基準電圧及び基準周波数の発電電力を電力線を介して複数の特定電力負荷に供給可能な複数の発電装置を備え、
前記複数の発電装置の発電出力を制御する発電出力制御を実行する発電出力制御手段を備えた発電システムであって、
その第2特徴構成は、
前記複数の発電装置として、第1発電装置と第2発電装置とを備え、
前記第1発電装置が、出力電圧を基準電圧に維持するように発電出力を調整する発電電圧制御を実行するように構成され、
前記発電出力制御手段が、前記発電出力制御において、前記第1発電装置の実際の発電出力が所定の設定発電出力となるように前記第2発電装置の発電出力を制御すると共に、前記複数の特定電力負荷の前記電力線に対する投入又は解列状態に基づいて前記第1発電装置の設定発電出力を調整する設定発電出力調整処理を実行するように構成され、
前記電力線に対して現在解列されており次に投入される可能性がある特定電力負荷である現解列電力負荷の消費電力を投入予定消費電力として導出する投入予定消費電力導出手段を備え、
前記発電出力制御手段が、前記設定発電出力調整処理において、前記第1発電装置の定格発電出力に対する前記設定発電出力の差分を前記投入予定消費電力以上に維持する形態で、当該設定発電出力を調整する点にある。
また、第1発電装置が出力電圧を、基準電圧(例えば200V)に維持するように発電出力を調整する発電電圧制御を実行するように構成されているので、上記発電出力制御手段による発電出力制御を実行するにあたり、負荷投入や負荷遮断に伴って当該現投入電力負荷の消費電力が急激に変動した場合には、第2発電装置の発電出力の変化に先立って、第1発電装置が基準電圧を維持するべく消費電力の変動に合わせて発電出力を変化させることになる。
一方、現投入電力負荷の消費電力が緩やかに変動した場合には、第1発電装置が基準電圧を維持するべく発電出力を変化させようとするのと同時に、第2発電装置が当該第1発電装置の実際の発電出力を所定の設定発電出力に維持しようとして、結果、第2発電装置がその消費電力の変動に合わせて発電出力を変化させることになる。即ち、このような発電出力制御を実行することにより、第1発電装置及び第2発電装置の発電出力が、消費電力の変動に対して適切に追従することになる。
更に、上記発電出力制御手段により、上記設定発電出力調整処理を実行することで、第1発電装置の設定発電出力は、一定に維持されるのではなく、複数の特定電力負荷の電力線に対する投入又は解列状態に基づいて調整されることになる。
よって、電力線に対して現在投入されている特定電力負荷が少なく、次に投入される可能性がある特定電力負荷が多いと予測される期間には、第1発電装置の実際の発電出力の増加を適切に抑制するように第2発電装置の発電出力を適切な範囲に維持して、その将来の負荷投入に伴う第1発電装置による発電電力の上昇側の追従に備えることができる。逆に、電力線に対して現在投入されている特定電力負荷が多く、次に解列される可能性がある特定電力負荷が多いと予測される期間には、第1発電装置の実際の発電出力の減少を適切に抑制するように第2発電装置の発電出力を適切な範囲に維持して、その将来の負荷遮断に伴う第1発電装置による発電電力の低下側の追従に備えることができる。
即ち、第1発電装置の実際の発電出力において将来の負荷投入や負荷遮断に備えて上昇側又は低下側の調整幅を常に確保することができ、負荷投入や負荷遮断に伴う急激且つ大幅な消費電力の変動が発生した場合でも、第1発電装置の実際の発電出力を急激且つ大幅に変更することができ、結果、複数の発電装置の発電出力を特定電力負荷の消費電力の変動に対して適切に追従させることができる。
従って、本発明により、複数の発電装置の発電出力を特定電力負荷の消費電力の変動に対して適切に追従させるように各発電装置の発電出力を適切に制御すると共に、負荷投入や負荷遮断に伴う急激な消費電力の低下にも対応し得る発電システムを実現することができる。
加えて、上記発電出力制御手段による上記設定発電出力調整処理において、上記投入予定消費電力導出手段により導出した上記投入予定消費電力を利用して、第1発電装置の設定発電出力の定格発電出力に対する差分が、常に当該投入予定消費電力以上に維持されるので、第1発電装置による発電出力の増加側の調整幅が当該投入予定消費電力以上に確保されることになる。
よって、将来において現解列電力負荷が電力線に投入された場合でも、第1発電装置の発電出力をその投入された特定電力負荷の消費電力に相等する分だけ急激に増加させることができ、複数の発電装置の発電出力を特定電力負荷の消費電力の変動に対して適切に追従させることができる。
基準電圧及び基準周波数の発電電力を電力線を介して複数の特定電力負荷に供給可能な複数の発電装置を備え、
前記複数の発電装置の発電出力を制御する発電出力制御を実行する発電出力制御手段を備えた発電システムであって、
その第3特徴構成は、
前記複数の発電装置として、第1発電装置と第2発電装置とを備え、
前記第1発電装置が、出力電圧を基準電圧に維持するように発電出力を調整する発電電圧制御を実行するように構成され、
前記発電出力制御手段が、前記発電出力制御において、前記第1発電装置の実際の発電出力が所定の設定発電出力となるように前記第2発電装置の発電出力を制御すると共に、前記複数の特定電力負荷の前記電力線に対する投入又は解列状態に基づいて前記第1発電装置の設定発電出力を調整する設定発電出力調整処理を実行するように構成され、
前記複数の特定電力負荷のそれぞれにおける前記電力線との接続部に、前記特定電力負荷を前記電力線に投入する投入状態と前記特定電力負荷を前記電力線から解列する解列状態とを切替自在な遮断器をそれぞれ備えると共に、当該それぞれの遮断器の状態を検出する遮断器状態検出手段を備え、
前記発電出力制御手段が、前記設定発電出力調整処理において、前記遮断器状態検出手段で現在投入状態であると検出された遮断器の数が多いほど前記第1発電装置の設定発電電力を大きくする形態で、又は、前記遮断器状態検出手段で現在解列状態であると検出された遮断器の数が少ないほど前記第1発電装置の設定発電電力を大きくする形態で、当該設定発電出力を調整する点にある。
また、第1発電装置が出力電圧を、基準電圧(例えば200V)に維持するように発電出力を調整する発電電圧制御を実行するように構成されているので、上記発電出力制御手段による発電出力制御を実行するにあたり、負荷投入や負荷遮断に伴って当該現投入電力負荷の消費電力が急激に変動した場合には、第2発電装置の発電出力の変化に先立って、第1発電装置が基準電圧を維持するべく消費電力の変動に合わせて発電出力を変化させることになる。
一方、現投入電力負荷の消費電力が緩やかに変動した場合には、第1発電装置が基準電圧を維持するべく発電出力を変化させようとするのと同時に、第2発電装置が当該第1発電装置の実際の発電出力を所定の設定発電出力に維持しようとして、結果、第2発電装置がその消費電力の変動に合わせて発電出力を変化させることになる。即ち、このような発電出力制御を実行することにより、第1発電装置及び第2発電装置の発電出力が、消費電力の変動に対して適切に追従することになる。
更に、上記発電出力制御手段により、上記設定発電出力調整処理を実行することで、第1発電装置の設定発電出力は、一定に維持されるのではなく、複数の特定電力負荷の電力線に対する投入又は解列状態に基づいて調整されることになる。
よって、電力線に対して現在投入されている特定電力負荷が少なく、次に投入される可能性がある特定電力負荷が多いと予測される期間には、第1発電装置の実際の発電出力の増加を適切に抑制するように第2発電装置の発電出力を適切な範囲に維持して、その将来の負荷投入に伴う第1発電装置による発電電力の上昇側の追従に備えることができる。逆に、電力線に対して現在投入されている特定電力負荷が多く、次に解列される可能性がある特定電力負荷が多いと予測される期間には、第1発電装置の実際の発電出力の減少を適切に抑制するように第2発電装置の発電出力を適切な範囲に維持して、その将来の負荷遮断に伴う第1発電装置による発電電力の低下側の追従に備えることができる。
即ち、第1発電装置の実際の発電出力において将来の負荷投入や負荷遮断に備えて上昇側又は低下側の調整幅を常に確保することができ、負荷投入や負荷遮断に伴う急激且つ大幅な消費電力の変動が発生した場合でも、第1発電装置の実際の発電出力を急激且つ大幅に変更することができ、結果、複数の発電装置の発電出力を特定電力負荷の消費電力の変動に対して適切に追従させることができる。
従って、本発明により、複数の発電装置の発電出力を特定電力負荷の消費電力の変動に対して適切に追従させるように各発電装置の発電出力を適切に制御すると共に、負荷投入や負荷遮断に伴う急激な消費電力の低下にも対応し得る発電システムを実現することができる。
加えて、例えば、複数の電力負荷に接続されたそれぞれの遮断器の許容電力が略同じものである場合には、上記発電出力制御手段による設定発電出力調整処理において、上記遮断器状態検出手段で現在投入状態であると検出された遮断器の数が多いほど、又は、遮断器状態検出手段で現在解列状態であると検出された遮断器の数が少ないほど、第1発電装置の設定発電出力を大きくする形態で、当該投入状態又は解列状態の遮断器の数に基づいて第1発電装置の設定発電出力を調整することができる。
このように第1発電装置に設定発電出力を投入状態又は解列状態の遮断器の数に基づいて調整することで、それぞれの遮断器の状態が投入状態と解列状態との間で切り替わって負荷投入や負荷遮断が行われた場合でも、第1発電装置の発電出力の上昇側又は低下側の調整幅を常に確保することができ、遮断器の状態の切り替わりに伴う大幅な消費電力の変動に追従して、第1発電装置の実際の発電出力を急激且つ大幅に変更することができる。
前記現投入電力負荷のそれぞれにおける現在の消費電力を現消費電力として計測する消費電力計測手段を備え、
前記解列予定消費電力導出手段が、前記現投入電力負荷におけるそれぞれの現消費電力の最大値を前記解列予定消費電力として導出する点にある。
そして、上記発電出力制御手段により、このように現消費電力の最大値として導出した解列予定消費電力を利用して上記設定発電出力調整処理を実行することで、第1発電装置の設定発電出力が常に現投入電力負荷におけるそれぞれの現消費電力の最大値以上に維持されるので、少なくとも現投入電力負荷のうち最大の現消費電力を有する電力負荷が電力線から解列された場合でも、第1発電装置の発電出力をその解列された特定電力負荷の消費電力に相等する分だけ急激に低下させることができる。
前記複数の特定電力負荷のそれぞれにおける前記電力線との接続部に、前記特定電力負荷を前記電力線に投入する投入状態と前記特定電力負荷を前記電力線から解列する解列状態とを切替自在な遮断器をそれぞれ備えると共に、当該それぞれの遮断器の状態を検出する遮断器状態検出手段を備え、
前記解列予定消費電力導出手段が、前記それぞれの遮断器の許容電力を予め記憶すると共に、前記遮断器状態検出手段で現在投入状態であると検出された遮断器におけるそれぞれの許容電力の最大値を前記解列予定消費電力として導出する点にある。
そして、上記発電出力制御手段により、このように許容電力の最大値として導出した解列予定消費電力を利用して上記設定発電出力調整処理を実行することで、第1発電装置の設定発電出力が常に現投入電力負荷に接続された遮断器におけるそれぞれの許容電力の最大値以上に維持されるので、少なくとも投入状態である遮断器のうち最大の許容電力を有する遮断器が解列状態となって当該遮断器に接続された現投入電力負荷が電力線から解列された場合でも、第1発電装置の発電出力をその解列状態となった遮断器に接続された特定電力負荷の消費電力に相等する分だけ急激に低下させることができる。
前記電力線に対して現在解列されており次に投入される可能性がある特定電力負荷である現解列電力負荷の消費電力を投入予定消費電力として導出する投入予定消費電力導出手段を備え、
前記発電出力制御手段が、前記設定発電出力調整処理において、前記第1発電装置の定格発電出力に対する前記設定発電出力の差分を前記投入予定消費電力以上に維持する形態で、当該設定発電出力を調整する点にある。
よって、将来において現解列電力負荷が電力線に投入された場合でも、第1発電装置の発電出力をその投入された特定電力負荷の消費電力に相等する分だけ急激に増加させることができ、複数の発電装置の発電出力を特定電力負荷の消費電力の変動に対して適切に追従させることができる。
前記複数の特定電力負荷のそれぞれにおける前記電力線との接続部に、前記特定電力負荷を前記電力線に投入する投入状態と前記特定電力負荷を前記電力線から解列する解列状態とを切替自在な遮断器をそれぞれ備えると共に、当該それぞれの遮断器の状態を検出する遮断器状態検出手段を備え、
前記投入予定消費電力導出手段が、前記それぞれの遮断器の許容電力を予め記憶すると共に、前記遮断器状態検出手段で現在解列状態であると検出された遮断器におけるそれぞれの許容電力の最大値を前記投入予定消費電力として導出する点にある。
そして、上記発電出力制御手段により、このように許容電力の最大値として導出した投入予定消費電力を利用して上記設定発電出力調整処理を実行することで、第1発電装置の設定発電出力の定格発電出力に対する余裕分が常に現解列電力負荷に接続された遮断器におけるそれぞれの許容電力の最大値以上に維持されるので、少なくとも解列状態である遮断器のうち最大の許容電力を有する遮断器が投入列状態となって当該遮断器に接続された現解列電力負荷が電力線に投入された場合でも、第1発電装置の発電出力をその投入状態となった遮断器に接続された特定電力負荷の消費電力に相等する分だけ急激に増加させることができる。
商用電力系統から受電した受電電力と前記複数の発電装置が発電した発電電力とを、前記特定電力負荷及び一般電力負荷に供給可能に構成され、
商用電力系統からの受電が停止する停電を検出する停電検出手段と、
前記停電検出手段により停電が検出された停電時に、前記一般電力負荷を前記複数の発電装置から解列させて、前記複数の発電装置の発電電力を前記特定電力負荷のみに供給する状態とする停電時解列手段とを備え、
前記発電出力制御手段が、前記停電検出手段により停電が検出された停電時に、前記複数の発電装置を起動させる停電時起動処理を実行した上で、前記発電出力制御及び前記設定発電出力調整処理を実行する点にある。
図1に示すように、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一般電力負荷A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Aのうちの特定電力負荷8に発電装置Bで発電した発電電力を供給する非常用発電システムとして構成されている。
商用電力系統1から受電した受電電力は、電力線2に供給され、当該電力線2に接続された特定電力負荷8を除く一般電力負荷4に供給される。また、電力線2に供給された受電電力は後述する切替器5を介して電力線6に供給され、当該電力線6に接続された特定電力負荷8に供給される。
尚、本実施形態では、一般電力負荷4の数量を1とし、特定電力負荷8の数量を4として説明するが、これら電力負荷Aの数量は適宜変更可能である。
上記複数の発電装置Bは、商用電力系統1の受電電力と同じ基準電圧(例えば200V)及び基準周波数(例えば60Hz)の発電電力を電力負荷Aに供給可能なものとして構成されている。更に、本実施形態の発電システムでは、これら複数の発電装置Bとして、自立起動可能な第1発電装置としての自立発電装置20と、外部から供給された電力を利用して起動可能な第2発電装置としての連系発電装置30とが設けられている。
尚、本実施形態の発電システムでは、特定電力負荷8の最大消費電力等に合わせて、自立発電装置20と連系発電装置30とのそれぞれの台数が決定されている。具体的に、本実施形態では、自立発電装置20及び連系発電装置30をそれぞれ複数台設置している。
また、電力変換部25,35は、同期発電機21,31の出力端の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ25b,35bと、コンバータ25b,35bから出力される直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ25a,35aとを備える。尚、コンバータ25b,35b、インバータ25a,35aは、何れも双方向に電圧変換可能な構成とする。
更に、自立発電装置20の制御部26は、電力変換部25から出力される出力電圧が基準電圧に維持されるように発電出力を調整する発電電圧制御を実行するものとして構成されている。
そして、自立発電装置20は、外部からの電力供給が無い状態でも、内蔵するバッテリー28に予め蓄えた電力をセルモータ23に供給して当該セルモータ23を作動させる形態で自立起動可能に構成されている。尚、このバッテリー28には、図示は省略するが、電力出力側から取り込んだ電力を予め蓄電するように構成されている。
一方、連系発電装置30は、電力変換部35の直流線から直流電力を取り込む電源回路34が設けられており、当該電源回路34で取り込んだ電力をセルモータ33に供給して当該セルモータ33を作動させる形態で起動可能に構成されている。
更に、この停電検出手段53により停電が検出された停電時に、複数の発電装置Bを起動させる停電時起動処理を実行した上で、複数の発電装置Bの発電出力を制御して、当該複数の発電装置Bの発電電力を特定電力負荷8に供給する発電出力制御手段51を備える。尚、これら停電検出手段53、停電時解列手段52、発電出力制御手段51は、コンピュータ等からなる制御装置50が所定のプログラムを実行することにより機能するものとして構成されている。
また、詳細については後述するが、制御装置50は、同じく所定のプログラムを実行することにより、解列予定消費電力導出手段54及び投入予定消費電力導出手段55として機能し、また、不揮発性メモリ等からなる記憶部56を備える。
この切替器5は、商用電力系統1及び一般電力負荷4が接続された電力線2と、特定電力負荷8が接続された電力線6との間に設けられている。具体的に、この切替器5は、トランスファ接点式(電圧ON/OFFで切り替わる)のスイッチで構成されており、この切替器5に対して、商用電力系統1及び一般電力負荷4が接続された電力線2が常開接点5aに接続され、自立発電装置20の電力出力側が常開接点5a及び常閉接点5bに接続され、特定電力負荷8が接続された電力線6が共通接点5cに接続されている。一方、連系発電装置30の電力出力側は、特定電力負荷8が接続された電力線6に接続されている。
即ち、この切替器5をON状態(共通接点5cを常開接点5aに接続する状態)とすることで、商用電力系統1と電力線2と電力線6とが接続されると共に、複数の発電装置Bの電力出力側がこれら電力線2,6に接続されるので、商用電力系統1から受電した受電電力と複数の発電装置20,30が発電した発電電力とを、全ての電力負荷Aに供給することができるようになる。
一方、この切替器5をOFF状態(共通接点5cを常閉接点5bに接続する状態)とすることで、電力線6に対する複数の発電装置Bにおける電力出力側の接続が維持されたまま、電力線6に対して電力線2が解列されるので、複数の発電装置20,30が発電した発電電力を特定電力負荷8のみに供給することができるようになる。
よって、上記停電時解列手段52は、この停電検出手段53により停電が検出された停電時に、上記切替器5をON状態からOFF状態(図1に示す状態)に切り替えることで、一般電力負荷4を複数の発電装置Bから解列させて、複数の発電装置Bの発電電力を特定電力負荷8のみに供給する状態とすることができる。
更に、それぞれの遮断器9における電力線6側の接続部には、各特定電力負荷8の消費電力を計測する消費電力計測器10(消費電力計測手段の一例)が設けられている。
尚、この遮断器状態検出センサ11の検出結果、並びに消費電力計測器10の計測結果は、制御装置50に入力される。
更に、上記遮断器9については、通常、通電が許容される電力の最大値が定められており、その値を許容電力と呼ぶ。また、制御装置50の記憶部56には、それぞれの遮断器9の許容電力が予め記憶されている。
尚、本実施形態では、4つの特定電力負荷8のうち、2つの特定電力負荷8a、8cが現投入電力負荷であり、残りの2つの特定電力負荷8b、8dが現解列電力負荷であるとする。
また、図3に示すように、4つの特定電力負荷8におけるそれぞれの電力負荷をQa,Qb,Qc,Qdとした場合、2つの現投入電力負荷8a、8cのそれぞれの現消費電力Qa、Qcのうち、現投入電力負荷8cの現消費電力Qcが最大値となり、また、2つの現解列電力負荷8b、8dのそれぞれの消費電力Qb,Qdは何れも0であるとする。
また、4つの特定電力負荷8a、8b、8c、8dのそれぞれに対応する4つの遮断器9a、9b、9c、9dの許容電力をLa,Lb,Lc,Ldとした場合、現投入電力負荷8a、8cに対応して現在投入状態であると検出される2つの遮断器9a,9cのそれぞれの許容電力La、Lcにおいて、現投入電力負荷8cに対応する遮断器9cの許容電力Lcが最大値となり、また、現解列電力負荷8b、8dに対応して現在解列状態であると検出される2つの遮断器9b,9dのそれぞれの許容電力Lb、Ldにおいて、現解列電力負荷8bに対応する遮断器9bの許容電力Lbが最大値となるとする。
電力線2の受電電力を計測する受電電力計測器12、並びに、停電時における自立発電装置20の発電出力を計測する受電電力計測器13は、インバータのフルスケールである0〜160kWの範囲内の受電電力に応じて4mA〜20mAの範囲内のアナログ信号S1,S2を出力するように構成されている。
具体的に、受電電力計測器12が出力するアナログ信号S1、及び、受電電力計測器13が出力するアナログ信号S2は、下記の式(1)及び(2)で求められる大きさとなるように設定されている。
S2=4(mA)+0.1(mA/kW)×P1・・・(2)
P0:正常時での商用電力系統1からの受電電力(kW)
P1:停電時での自立発電装置20全体の実際の発電出力(kW)
また、このアナログ信号発生器14は、発電出力制御手段51から自立発電装置20全体の設定発電出力P1aが入力され、当該設定発電出力P1aに応じた4mA〜20mAの範囲内のアナログ信号S3を出力するように構成されている。
即ち、この減算器15から出力されるアナログ信号S4は、自立発電装置20全体の設定発電出力P1aに対する実際の発電出力P1の差に応じた値をとるようになり、実際の発電出力P1が設定発電出力P1aに一致する場合には、一定の値をとるようになる。
即ち、この減算器15は、自立発電装置20全体の設定発電出力P1aに対する実際の発電出力P1の差に応じたアナログ信号S4を発電出力差信号として出力する手段として機能することになる。
具体的に、このアナログ信号発生器14が出力するアナログ信号S3、及び減算器15から出力されるアナログ信号S4の大きさは、下記の式(3)及び(4)で求められる大きさとなる。
S4=S2−(S3−4(mA)) =4.16(mA)+0.1(mA/kW)×(P1−P1a)・・・(4)
P1a:自立発電装置20全体の設定発電出力(kW)
具体的に、この切替器16は、トランスファ接点式(電圧ON/OFFで切り替わる)のスイッチで構成されている。この切替器16において、常開接点16aにはアナログ信号S1が入力され、一方、常閉接点16bにはアナログ信号S4が入力され、更に、共通接点16cから出力されたアナログ信号S1,S2の何れか一方が連系発電装置30の制御部36に入力される。
即ち、商用電力系統1からの受電が正常に行われている正常時には、切替器16がON状態(共通接点16cを常開接点16aに接続する状態)とされて、電力線2の受電電力に応じた値をとるアナログ信号S1が連系発電装置30の制御部36に入力され、一方、商用電力系統1からの受電が停止する停電時には、切替器16がOFF状態(共通接点16cを常閉接点16bに接続する状態)とされて、自立発電装置20全体の設定発電出力P1aに対する実際の発電出力P1の差に応じた値をとるアナログ信号S4が連系発電装置30の制御部36に入力されることになる。
よって、正常時には、受電電力計測器12が出力するアナログ信号S1が一定値の4.16mAに維持され、言い換えれば電力線2の受電電力がこの一定値に対応する1.6kWに維持されるように、連系発電装置30全体の発電出力P2が制御されることになる。
一方、停電時には、減算器15が出力するアナログ信号S4が一定値の4.16mAに維持され、言い換えれば自立発電装置20全体の実際の発電出力P1が設定発電出力P1aに一致して維持されるように、連系発電装置30全体の発電出力P2が制御されることになる。
このように、上記発電出力制御手段51が、停電時において、アナログ信号発生器14に対して、自立発電装置20全体の設定発電出力P1aを入力することで、自立発電装置20全体の実際の発電出力P1が所定の設定発電出力P1aとなるように連系発電装置30全体の発電出力P2を制御することを、発電出力制御と呼ぶ。
このように構成された発電システムは、複数の発電装置Bの発電出力を特定電力負荷8の消費電力の変動に対して適切に追従させるように各発電装置Bの発電出力を適切に制御すると共に、負荷投入や負荷遮断に伴う急激な消費電力の変動にも対応するための設定発電出力調整処理を実行するように構成されており、その詳細について以下に説明を加える。
制御装置50の発電出力制御手段51は、上述したように、発電出力制御において、自立発電装置20の実際の発電出力P1が所定の設定発電出力P1aとなるように連系発電装置30の発電出力P2を制御するが、それに加えて、複数の特定電力負荷8の電力線6に対する投入又は解列状態に基づいて自立発電装置20の設定発電出力P1aを調整する設定発電出力調整処理を実行するように構成されている。
具体的には、制御装置50は、図2及び図3も参照して、電力線6に対して現在投入されており次に解列される可能性がある特定電力負荷8である現投入電力負荷8a、8cの現消費電力Qa,Qcを解列予定消費電力Xとして導出する解列予定消費電力導出手段54、及び、電力線6に対して現在解列されており次に投入される可能性がある特定電力負荷8である現解列電力負荷8b、8dの現消費電力Qa,Qcを投入予定消費電力Yとして導出する投入予定消費電力導出手段55として機能する。そして、発電出力制御手段51は、設定発電出力調整処理において、自立発電装置20の設定発電出力P1aを解列予定消費電力X以上とし、且つ、自立発電装置20の定格発電出力P1maxに対する設定発電出力P1aの差分を投入予定消費電力Y以上に維持する形態で、自立発電装置20の設定発電出力P1aを調整する。
よって、将来において現投入電力負荷8a、8cの何れかが電力線6から解列された場合でも、自立発電装置20の発電出力P1をその解列された特定電力負荷8の消費電力に相等する分だけ急激に低下させることができ、一方、将来において現解列電力負荷8b、8dの何れかが電力線6に投入された場合でも、自立発電装置20の発電出力をその投入された特定電力負荷8の消費電力に相等する分だけ急激に増加させることができというように、複数の発電装置Bの発電出力が特定電力負荷8の消費電力の変動に対して適切に追従することになる。
次に、上記解列予定消費電力X及び上記投入予定消費電力Yの具体的な導出方法の詳細について説明する。
先ず、解列予定消費電力Xの導出方法の一例として、第1の導出方法について説明する。
それぞれの特定電力負荷8に対して設けられている消費電力計測器10は、対応する特定電力負荷8の遮断器9が投入状態にあるときに当該特定電力負荷8の消費電力を計測するものであることから、電力線6に対して現在投入されており次に解列される可能性がある現投入電力負荷8a、8cのそれぞれにおける現在の消費電力を現消費電力として計測する手段であると言える。
そして、かかる第1の解列予定消費電力Xの導出方法において、解列予定消費電力導出手段54は、図3に示すように、現投入電力負荷8a、8cのそれぞれの現消費電力Qa、Qcの最大値Qcを解列予定消費電力X1として導出する。
すると、発電出力制御手段51による設定発電出力調整処理では、図2に示すように、このように現消費電力Qa、Qcの最大値Qcとして導出した解列予定消費電力X1を利用して、自立発電装置20の設定発電出力P1aが常にその解列予定消費電力X1以上に維持されることになる。
よって、少なくとも現投入電力負荷8a、8cのうち最大の現消費電力Qcを有する現投入電力負荷8cが電力線6から解列された場合でも、自立発電装置20の発電出力P1をその解列された特定電力負荷8cの消費電力Qcに相等する分だけ急激に低下させることができるようになる。
次に、解列予定消費電力Xの導出方法の一例として、第2の導出方法について説明する。
かかる第2の解列予定消費電力Xの導出方法において、解列予定消費電力導出手段54は、図3に示すように、記憶部56によりそれぞれの遮断器9a、9b、9c、9dの許容電力La,Lb,Lc,Ldを予め記憶すると共に、遮断器状態検出センサ11で現在投入状態であると検出された遮断器9a、9cのそれぞれの許容電力La、Lcの最大値Lcを解列予定消費電力X2として導出する。
すると、発電出力制御手段51による設定発電出力調整処理では、図2に示すように、このように投入状態の遮断器9a、9cのそれぞれの許容電力La、Lcの最大値Lcとして導出した解列予定消費電力X2を利用して、自立発電装置20の設定発電出力P1aが常にその解列予定消費電力X2以上に維持されることになる。
よって、少なくとも投入状態である遮断器9a、9cのうち最大の許容電力Lcを有する遮断器9cが解列状態に切り替わって当該遮断器9cに接続された現投入電力負荷8cが電力線6から解列された場合でも、自立発電装置20の発電出力Paをその解列状態となった遮断器9cに接続された特定電力負荷8cの消費電力Qcに相等する分だけ急激に低下させることができるようになる。
次に、投入予定消費電力Yの導出方法の一例について説明する。
かかる投入予定消費電力Yの導出方法において、投入予定消費電力導出手段55は、図3に示すように、記憶部56によりそれぞれの遮断器9a、9b、9c、9dの許容電力La,Lb,Lc,Ldを予め記憶すると共に、遮断器状態検出センサ11で現在解列状態であると検出された遮断器9b、9dのそれぞれの許容電力Lb、Ldの最大値Lbを投入予定消費電力Yとして導出する。
すると、発電出力制御手段51による設定発電出力調整処理では、図2に示すように、このように解列状態の遮断器9b、9dのそれぞれの許容電力Lb、Ldの最大値Lbとして導出した投入予定消費電力Yを利用して、自立発電装置20の設定発電出力P1aの定格出力Pmaxに対する差分が、常にその投入予定消費電力Y以上に維持されることになる。
よって、少なくとも解列状態である遮断器9b、9dのうち最大の許容電力Lbを有する遮断器9bが投入状態に切り替わって当該遮断器9bに接続された特定電力負荷8bが電力線6に投入された場合でも、自立発電装置20の発電出力Paをその投入状態となった遮断器9bに接続された特定電力負荷8bの消費電力Qbに相等する分だけ急激に増加させることができるようになる。
そこで、切替器16の共通接点16c側には、連系発電装置30の制御部36に入力されるアナログ信号S1,S4を設定下限値(例えば4mA)以上に制限するリミッタ17が設けられている。即ち、このリミッタ17により、連系発電装置30の制御部36に入力されるアナログ信号S1,S4は、常に設定下限値以上に維持される。
よって、停電時において、減算器15が出力するアナログ信号S4が設定下限値を下回って低下した場合でも、このリミッタ17によって、連系発電装置30の制御部36に入力されるアナログ信号S4'は、設定下限値に維持されることになるので、制御部36は、その入力された4mAのアナログ信号S4'を一定値の4.16mAに維持する程度に、エンジン32の回転数を比較的小規模に低下させて発電出力の低下幅を制限することになるので、当該エンジン32の異常停止を回避することができる。
尚、このように、急激且つ大幅な消費電力の低下が発生して、自立発電装置20全体の実際の発電出力P1を急激且つ大幅に低下させたときに、連系発電装置30全体の発電出力P2の低下を制限した場合には、連系発電装置30から電力線6を介して自立発電装置20に向けて電流が逆流することが懸念される。そこで、自立発電装置20の発電電力の出力側には、かかる電流の逆流を防止する保護装置29が設けられている。
先ず、図4の時間t0に示すタイミングで停電検出手段53により停電が検出されると、停電時解列手段52により、切替器5がON状態からOFF状態に切り替えられて、一般電力負荷4が複数の発電装置Bから解列された状態となる。
その後、発電出力制御手段51により、図4の時間t0〜時間t1に示すように各発電装置Bに対して電力負荷が投入されていない無負荷の状態で、複数の発電装置Bを起動させる停電時起動処理が実行される。
この停電時起動処理では、先ず、自立発電装置20を自立起動させた後に、その自立発電装置20の発電電力を、電力線6を介して連系発電装置30に供給することで、当該自立発電装置20の発電電力を利用して連系発電装置30を起動させる。
更に、この停電時起動処理において、連系発電装置30を起動させるにあたり、複数の連系発電装置30を同時に起動させるのではなく、その複数の連系発電装置30を順次起動させることで、自立発電装置20に対して投入される連系発電装置30の起動用の電力負荷が瞬間的に過大となることが回避されている。
この発電出力制御では、上述したように、アナログ信号発生器14に対して、上述した設定発電出力調整処理により調整される設定発電出力P1aを入力することで、連系発電装置30の制御部36により、自立発電装置20全体の実際の発電出力P1が所定の設定発電出力P1aとなるように、連系発電装置30全体の発電出力P2が制御される。
すると、図4の時間t2〜時間t3の期間に示すように、連系発電装置30全体の発電出力P2が、特定電力負荷8全体の消費電力Qから自立発電装置20全体の設定発電出力P1aを差し引いた分を補う形態で制御されることになる。
尚、図4の時間t4に示すように、負荷遮断等により特定電力負荷8全体の消費電力Qが急激且つ大幅に低下した場合にも、自立発電装置20の制御部26が出力電圧を上記基準電圧に維持するように発電出力P1を急激且つ大幅に低下させることになる。
尚、本実施形態において、受電電力の範囲(0〜160kW)、受電電力計測器13やアナログ信号発生器14が出力するアナログ信号Sの範囲(4mA〜20mA)、連系発電装置30におけるエンジン32の回転数設定のために入力されるアナログ信号S1,S4の目標値(4.16mA)などとして挙げた各種数値については、本願発明を限定するものではなく、適宜実施状況に応じて設定可能な数値である。
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、発電出力制御手段51が、設定発電出力調整処理において、解列予定消費電力Xや投入予定消費電力Yを導出し、それを利用して自立発電装置20の設定発電出力P1aを調整するように構成したが、別に、例えば複数の特定電力負荷8に接続されたそれぞれの遮断器9の許容電力Lが略同じものである場合には、遮断器状態検出センサ11で現在投入状態であると検出された遮断器9の数、又は、遮断器状態検出センサ11で現在投入状態であると検出された遮断器9の数に基づいて、自立発電装置20の設定発電出力P1aを調整しても構わない。
このような場合、例えば、現在投入状態であると検出された遮断器9の数が多いほど、又は、現在解列状態であると検出された遮断器9の数が少ないほど、自立発電装置20の設定発電出力P1aを大きくする形態で、自立発電装置20の設定発電出力P1aを調整すれば、負荷投入や負荷遮断が行われた場合に備えて自立発電装置20の発電出力P1の上昇側又は低下側の調整幅を常に確保することができるようになる。
また、上記実施の形態では、本発明に係る発電システムを、商用電力系統1からの受電を行うものとして構成したが、商用電力系統1とは独立したものとして構成することも可能である。
前記複数の発電装置の発電出力を制御する発電出力制御を実行する発電出力制御手段を備えた発電システムとして好適に利用可能である。
2 :電力線
6 :電力線
8 :特定電力負荷
9 :遮断器
10 :消費電力計測器(消費電力計測手段)
11 :遮断器状態検出センサ(遮断器状態検出手段)
20 :自立発電装置(第1発電装置)
30 :連系発電装置(第2発電装置)
51 :発電出力制御手段
52 :停電時解列手段
53 :停電検出手段
54 :解列予定消費電力導出手段
55 :投入予定消費電力導出手段
56 :記憶部
Claims (8)
- 基準電圧及び基準周波数の発電電力を電力線を介して複数の特定電力負荷に供給可能な複数の発電装置を備え、
前記複数の発電装置の発電出力を制御する発電出力制御を実行する発電出力制御手段を備えた発電システムであって、
前記複数の発電装置として、第1発電装置と第2発電装置とを備え、
前記第1発電装置が、出力電圧を基準電圧に維持するように発電出力を調整する発電電圧制御を実行するように構成され、
前記発電出力制御手段が、前記発電出力制御において、前記第1発電装置の実際の発電出力が所定の設定発電出力となるように前記第2発電装置の発電出力を制御すると共に、前記複数の特定電力負荷の前記電力線に対する投入又は解列状態に基づいて前記第1発電装置の設定発電出力を調整する設定発電出力調整処理を実行するように構成され、
前記電力線に対して現在投入されており次に解列される可能性がある特定電力負荷である現投入電力負荷の消費電力を解列予定消費電力として導出する解列予定消費電力導出手段を備え、
前記発電出力制御手段が、前記設定発電出力調整処理において、前記第1発電装置の設定発電出力を前記解列予定消費電力以上に維持する形態で、当該設定発電出力を調整する発電システム。 - 基準電圧及び基準周波数の発電電力を電力線を介して複数の特定電力負荷に供給可能な複数の発電装置を備え、
前記複数の発電装置の発電出力を制御する発電出力制御を実行する発電出力制御手段を備えた発電システムであって、
前記複数の発電装置として、第1発電装置と第2発電装置とを備え、
前記第1発電装置が、出力電圧を基準電圧に維持するように発電出力を調整する発電電圧制御を実行するように構成され、
前記発電出力制御手段が、前記発電出力制御において、前記第1発電装置の実際の発電出力が所定の設定発電出力となるように前記第2発電装置の発電出力を制御すると共に、前記複数の特定電力負荷の前記電力線に対する投入又は解列状態に基づいて前記第1発電装置の設定発電出力を調整する設定発電出力調整処理を実行するように構成され、
前記電力線に対して現在解列されており次に投入される可能性がある特定電力負荷である現解列電力負荷の消費電力を投入予定消費電力として導出する投入予定消費電力導出手段を備え、
前記発電出力制御手段が、前記設定発電出力調整処理において、前記第1発電装置の定格発電出力に対する前記設定発電出力の差分を前記投入予定消費電力以上に維持する形態で、当該設定発電出力を調整する発電システム。 - 基準電圧及び基準周波数の発電電力を電力線を介して複数の特定電力負荷に供給可能な複数の発電装置を備え、
前記複数の発電装置の発電出力を制御する発電出力制御を実行する発電出力制御手段を備えた発電システムであって、
前記複数の発電装置として、第1発電装置と第2発電装置とを備え、
前記第1発電装置が、出力電圧を基準電圧に維持するように発電出力を調整する発電電圧制御を実行するように構成され、
前記発電出力制御手段が、前記発電出力制御において、前記第1発電装置の実際の発電出力が所定の設定発電出力となるように前記第2発電装置の発電出力を制御すると共に、前記複数の特定電力負荷の前記電力線に対する投入又は解列状態に基づいて前記第1発電装置の設定発電出力を調整する設定発電出力調整処理を実行するように構成され、
前記複数の特定電力負荷のそれぞれにおける前記電力線との接続部に、前記特定電力負荷を前記電力線に投入する投入状態と前記特定電力負荷を前記電力線から解列する解列状態とを切替自在な遮断器をそれぞれ備えると共に、当該それぞれの遮断器の状態を検出する遮断器状態検出手段を備え、
前記発電出力制御手段が、前記設定発電出力調整処理において、前記遮断器状態検出手段で現在投入状態であると検出された遮断器の数が多いほど前記第1発電装置の設定発電電力を大きくする形態で、又は、前記遮断器状態検出手段で現在解列状態であると検出された遮断器の数が少ないほど前記第1発電装置の設定発電電力を大きくする形態で、当該設定発電出力を調整する発電システム。 - 前記現投入電力負荷のそれぞれにおける現在の消費電力を現消費電力として計測する消費電力計測手段を備え、
前記解列予定消費電力導出手段が、前記現投入電力負荷におけるそれぞれの現消費電力の最大値を前記解列予定消費電力として導出する請求項1に記載の発電システム。 - 前記複数の特定電力負荷のそれぞれにおける前記電力線との接続部に、前記特定電力負荷を前記電力線に投入する投入状態と前記特定電力負荷を前記電力線から解列する解列状態とを切替自在な遮断器をそれぞれ備えると共に、当該それぞれの遮断器の状態を検出する遮断器状態検出手段を備え、
前記解列予定消費電力導出手段が、前記それぞれの遮断器の許容電力を予め記憶すると共に、前記遮断器状態検出手段で現在投入状態であると検出された遮断器におけるそれぞれの許容電力の最大値を前記解列予定消費電力として導出する請求項1に記載の発電システム。 - 前記電力線に対して現在解列されており次に投入される可能性がある特定電力負荷である現解列電力負荷の消費電力を投入予定消費電力として導出する投入予定消費電力導出手段を備え、
前記発電出力制御手段が、前記設定発電出力調整処理において、前記第1発電装置の定格発電出力に対する前記設定発電出力の差分を前記投入予定消費電力以上に維持する形態で、当該設定発電出力を調整する請求項1又は4又は5に記載の発電システム。 - 前記複数の特定電力負荷のそれぞれにおける前記電力線との接続部に、前記特定電力負荷を前記電力線に投入する投入状態と前記特定電力負荷を前記電力線から解列する解列状態とを切替自在な遮断器をそれぞれ備えると共に、当該それぞれの遮断器の状態を検出する遮断器状態検出手段を備え、
前記投入予定消費電力導出手段が、前記それぞれの遮断器の許容電力を予め記憶すると共に、前記遮断器状態検出手段で現在解列状態であると検出された遮断器におけるそれぞれの許容電力の最大値を前記投入予定消費電力として導出する請求項2又は6に記載の発電システム。 - 商用電力系統から受電した受電電力と前記複数の発電装置が発電した発電電力とを、前記特定電力負荷及び一般電力負荷に供給可能に構成され、
商用電力系統からの受電が停止する停電を検出する停電検出手段と、
前記停電検出手段により停電が検出された停電時に、前記一般電力負荷を前記複数の発電装置から解列させて、前記複数の発電装置の発電電力を前記特定電力負荷のみに供給する状態とする停電時解列手段とを備え、
前記発電出力制御手段が、前記停電検出手段により停電が検出された停電時に、前記複数の発電装置を起動させる停電時起動処理を実行した上で、前記発電出力制御及び前記設定発電出力調整処理を実行する請求項1ないし7の何れか1項に記載の発電システム。
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