JPH03173322A - 熱電併給システムの逆電力防止方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、自家発電と商用電源からの受電電力どを併用
する熱″・Ｕ併給発電システムの逆電力防止方式に関し
、特に、負荷急減に際して一時的に発電電力が商用電源
側に供給されるのを防止した逆電力防止方式に関する。

Ｉ３　　発明の概要 商用電源からの受電電力と自家発電電力とを並列に負荷
へ供給する熱電併給発電システムであって、自家発電電
力を供給するエンジン発電機の出力をＰＩＤ制御部を有
する電子ガバナで制御するものにおいて、エンジン発電
機に出力を漸時かつ段階的に低減させる出力下げ指令切
換設定手段を設け、該切換設定手段とは別に前記電子ガ
バナのＰＩＤ制御部をバイパスして負荷の急激な減少に
伴う逆電力予知信号を与えて発電機出力を減少させ、エ
ンジン発電機から商用電源側への逆電力を防！トするこ
とにより、 負荷急減に際しての系統分離に伴う電源系統の質的低下
を防止し、操作員の再投入の手間を省く技術を提供する
ものである。

Ｃ０従来の技術 近年、電力需要家において買電電力せん頭負荷の軽減を
目的とした、ピークカット用自家用ディーゼルエンジン
等の発電装置が設置されるようになった。これらの発電
設備は比較的小容量発電装置でしあり、また必ずしも長
期継続運転されないことらあって運転効率が悪い。そこ
で、より良い運転効率を追求してエンジン発電装置の廃
熱の有効活用が行われている。

第４図は、一般的なビル管理用熱電併給発電システムに
おける負荷への電力供給の！例の配線図を示し、同図に
おいて、受電は図中左方に示す例えば６６００Ｖの系統
からしゃ断器５２Ｒ、トランスＴｒを介して受電し、自
家発電は、図の右方に示す２台のエンジン発電機ＡＣ，
，ＡＣ，を備えた自家発電設備を有し、下方に示す負荷
Ｌ１〜Ｌｎ。

Ｌ、、Ｌｔｌ、Ｌｔｔ（排気扇、揚水、エレベータ。

エスカレータ等）へしゃ断器ＭＣＣＢを介して電力を供
給する。なお、Ｃは力率改善用進相コンデンサ、ＤＣは
直流電源装置を示している。また、図中Ｐ１はエンジン
始動用電力検出器、■〕、は受電電カ一定制御用電力検
出器、Ｐ３は発電電カー定制御用電ツノ検出器、Ｐ４は
エンジン発電機停止用爪力検出器、ＭＰＣ，は受電電カ
一定制御装置で受電電力を一定制御する。、ＭＰＣ，は
全電電カ一定制御装置で、エンジンＤＥのガバナモーフ
ＧＭを制御して発電機ｌ〜Ｇｌ　　の出ツノを調整する
。

また、■〜■は回路中の各点における電圧検出を示し、
自動同期化装置ｓｙに入力される。■、■■、■は運転
時、■、■は復電時の同期化信号となる。

今、全体のシステムの運転計画を、例えば、（１）負荷
電力が１８０ｋｗまでは受電電力により供給し、 （２）この受電電力が１８０ｋｗを超えた場合にＮＯｌ
　の発電機ＡＧＩを運転し、受電電力を１１００ｋで一
定制御し、 （３）発電機ＡＧＩの発電電力が１６０ｋｗを超えたと
き、受電電力の一定制御を中＋ＬＬ、発”ｌｌｔ機ＡＧ
＋の出力を一定制御し、 （４）受電電力か再度１８０ｋｗを超えたときＮ。

２の発電機ＡＣ２を運転し、受電電力を一定制御を行う
。

とした場合、発Ｔｉ機の運転・停止は第５図に示ｔフロ
ーチャートによって行イつれる。

即し、１８０ｋｗまでは受？ｆｌ電力により供給される
が、 （＋）受電電力が１８０ｋｗを超えると、第５図（ａ）
に示すように電力検出器Ｐ、でこれを検出し、エンジン
ＤＥを駆動して発？［４ＡＧｌを始動させる。そして自
動同期装置ｓｙで同期制御し、同期かとれたときにしゃ
断器５２Ｇ！を投入し、受電と並列運転が行われる。こ
のとき、受電電力は受電量カ一定制御装置ＭＰＣＩによ
って１１００ｋの一定制御が行われる。

（２）次に発電ｆｉＡＧＩか受電と並列運転中に発電電
力が４０ｋｗ以下になると、第５図（ｂ）に示すように
エンジン発電機停止用電力検出器Ｐ。

により発電機ＡＧＩの負荷を受電側に移行して遮断器５
２Ｇ＋をしゃ断して停止させろ。このとき、ＭＰＣＩに
よる受？ＩＷ力の一定制御は停止される。

（３）また、受電側が停電した場合は、第５図（ｃ）の
ように発電機ＡＧＩを始動し、同時に受電側のしゃ断器
５２Ｌをしゃ断して、選択しゃ断する場合は、非常負荷
以外はしゃ断して非常負６：ｊに供給し、また発電機Ａ
Ｃ２を始動する場合は先に運転されている発電機ＡＧＩ
と同期制御し、同期がとれたときにしゃ断器５２Ｇ２を
投入して並列運転を行う。そして受電側が復電したとき
は、自動同期装置ｓｙで同期をとって受電側のしゃ断器
５２　Ｌ　１３を投入して並列運転を行う。

第６図は、受Ｔｉｔ電力の最小値を検討する説明図で、
図中斜線で塗られた範囲が単位最大値で、受電系統への
逆送をさけないためには、その最大（１１１と、逆送点
との間に負荷変動の単位最大値と同等の余裕をもたせる
必要がある。

第７図は、１日の朝７時から夜２１時までの運転スケジ
ュールの具体例を示４゛説明図で、（ａ）は負荷電力、
（ｂ）は受電電力、（ｃ）はＮｏ　＋の発電機の出力、
（ｄ）はＮ００２の発電機を示している。

１日の負荷変動か第７図（ａ）のような場合、朝早い内
は負荷が少ないため、エンジン発電機は運転されず、受
７Ｊｉ電力のみで供給される。最大受電電力量をＰ、（
１８０ｋｗ）に設定しておけば、Ｐｌまでは受電電力よ
り供給される。８時頃から需要電力量が増し、受電電力
がＰｌを超えるとＮｏ、１のＡＧが始動し、並列運転さ
れ、同時に受電電力は受電型カ一定制御値Ｐｔ（１００
ｋｗ）に一定制御され、Ｐ、を超える負荷電力はＮ０１
１のＡＧによって供給される。更に負荷が増え、Ｎｏ、
　ＩのＡＧの供給電力がＰｓ　（１６０ｋｗ）を超える
と、今度は受電電力の一定制御を解除し、Ｎｏ、　ｌの
ＡＧの出力をＰ３で一定制御を行い、それ以上の負６：
を電力は受電電力で供給する。そしてこの受電５ｕ力が
再度Ｐ、を超えたときＮＯ，２の発電機か始動し、４１
２列運転され、受電電力はＰ、て一定制御される。

需要電力量のピークを過ぎ、負荷か減少し、Ｐ２より減
少すると受電電力はＰ、に一定制御され、ＮＯ，２のＡ
Ｃの一定制御は解除される。更に減′ｐしてＮＯ，２の
ＡＣの出力が停止用電力Ｐ、以下になるとＮＯ，２のＡ
Ｃは運転が停ローされ、同時に受１−程電力一定制御が
解除される。そしてＰ２以ドとなると、受電電カ一定制
御し、ＮＯＩ　　のＡ　Ｇの一定制御を解除し、Ｎｏ、
　ｌの、八Ｇの出力が停ロー用電力Ｐ４以下となったと
き！１０．１　　の／＼Ｇの運転を停止にし、受電電力
の一定制御を解除する。

Ｄ１発明が解決しようとする課題 上記の例では、受電電カ一定制御の設定値Ｐ、＝１６０
ｋｗとしているが、一般にユーザーはこの値を極力小さ
く要求し、５０ｋｗを要求する場合さえある。この値は
、第６図で説明した如く負荷変動及び制御の応答性によ
り決定されるか、受電電力の一定制御値が低くかつ負荷
変動の値が大きい場合には一時的に発電出力が系統側に
供給される逆電力となり、系統別ガイドラインによれば
、所定の条件以外では５２Ｒ又は５２ＬＢを直ちに切る
ことになっている。この逆電力は、普通発電機出力の１
０％で０．５〜２秒以内と決められていて、例えば受電
電力３０ｋｗで発電出力１５０ｋｗの運転時に負荷変動
１１５ｋｗオフの場合、−時的に８５ｋｗの逆電力とな
って、発電出力を通常の制御応答（１００％→０％が１
０〜１５秒）では、逆電力継電器が動作して系統を分離
してしまう。

従来の方式では、発電機の出力を検出した後、発電型カ
一定制御装置（ＭＰＣ＊）で設定した発電出力になるよ
うに制御していて、その応答時間は０→１００％又はｔ
ｏｏ−０％が１０〜１５秒であり、２台並列運転の場合
の負荷平衡や系統並列の場合の周波数調整時間等は総合
的に決定され、逆電力回避のためだけに応答性を早める
のは無理であった。これは燃料調整から負荷（速度）変
動に至るガバナの形式にも関係していて、従来の機穢式
ガバナでは電気的な応答時間を多少向上するくらいでは
到底対応できなかった。

本発明は、このような課題に鑑みて創案されたもので、
負荷急減に対する逆電力発生の条件を予測し、この予測
信号で発電機の発電電力を減少させ一時的な逆電力およ
び逆電ノＪｕ電器の動作を未然に防止して無駄な系統分
離を防いで、逆電力継電器動作−５２Ｒオフ−系統分離
−操作員による商用復帰動作と続く処理中の系統分離に
伴う電源系統の質的低下を防止し、操作員の再投入の手
間を省いた熱電併給発電システムの逆電力防止方式を提
供することを目的としている。

Ｅ５課題を解決するための手段 本発明におけろ上記課題を決定するための手段は、商用
’ｔｉ源からの受電電力と自家発電電力とを並列に負荷
へ供給する熱電併給発電システムであって、自家発？Ｉ
ｆ電力を供給するエンジン発電機の出力をＰＩＤ制御部
を有する電子ガバナで制御するものにおいて１．エンジ
ン発電機に前記電子ガバナのＰＩＤ制御部をバイパスし
て出力を漸時かつ段階的に低減させる出力下げ指令切換
設定手段を設け、該切換設定手段に負荷の急激な減少に
伴う逆電力予測信号を与えて発電機出力を減少さけてエ
ンジン発電機から商用電源側への逆電力を防止する。

Ｆ０作用 本発明は、従来の機械式ガバナに代って電子式ガバナを
採用ずろと共に、負荷の急激な減少に伴う逆電力予測信
号による下げ指令を従来の偏差比例ＰＩＤ制ｇｉ１部で
なく、それらの制御をバイパスし、電子式ガバナへ下げ
指令を直接与えて発電機出力を急速に減少さけ、逆電力
を又は逆電力継電器の動作を未然に防止させるようにし
た乙のである。

ガバナへの下げ指令を出力する逆電力予測信号としては
、例えば予測可能な大負荷の停止直前信号等、予め設定
された負尚停正予告信号によって乙よく、逆電力になる
前の受電電力零点検出等によってしよい。発電電力低下
の方法としては、例えば１００％→５０％−〇％の２段
階、又は１００％−７５％→５０％→０％の３段階に切
換える方式等が考えられる。

電子ガバナの採用により、負荷急減に際しても自動的に
段階状の動作が得られ、系統分離を招くことなく、徐々
に電力を低下させる二とかでき、電源系統の質的低下を
防止し、操作員の再投入の手間を省きつつ逆電力を防止
することができろ。

Ｇ、実施例 以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明す
る。なお、全体のシステムの構成としては第４図のもの
とはとんと変らないので説明を省略する。

第１図は、本発明の一実施例の構成図で、同図において
、左方に受電側と負荷の一例として上レベータを駆動す
る電動ｆａ１Ｍが示され、右方に発電設備として１台の
エンジン発電機１が示されている。発電設備側は、発’
；’ｄ　賎Ｉ、発電機を駆動するエンジン２、該エンジ
ン２のカバナモータ３、ガバナモータのコントロール部
４から成り、該コントロール部４には切換設定器５か接
続され、１糸述の切換設定信号で、発電電力Ｐ３一定制
御か−）逆電力防止の発電出力Ｐ６に設定を切換える。

また、発電機ｌの出力に対しても、発電出力設定器６が
設置されていて、発電電カ一定制御の出力設定器６５Ｐ
１と逆電力防止の発電出力設定器６５Ｐ、を切換設定信
号で切換える。この発電出力設定器６の出力は、発電機
１の−ａカ検出器Ｗの出力と比較され、その偏差信号か
発電電力制御装置ＭＰＣに送り出され、リレー６５１’
ｌ又は６５Ｌを介して上げ指令又は下げ指令をガバナモ
ータ３へ与える。

一方受電側の受電電力は、電力検出器Ｗ、で検出され、
この検出電力は、電力設定器７．電力設定器８及び電力
設定器９に人力される。

電力設定器９は、逆電力防止用電力値■）５で、受電電
力が通常の制御範囲を超えて逆電力になる直前の電力、
例えば２０〜ｌＯｋｗを検出値とする。また電力設定２
５　Ｐ　６は、逆電力にならない発ＩＸ機出力で、発電
出力設定器６の設定器６５Ｐ。

により設定され、負荷変動の大きさ等によって５０〜２
５％の間、例えば６０ｋｗに設定される。

第２図（ａ）は、萌記の切換信号を作る回路の一例で、
接点ａは、第１図のエレベータを駆動セる電動機ＩＭを
運転・停止する電磁開閉ａｓｓ　Ｍｇ　Ｓに連動された
接点で、エレベータ停止命令でオン、運転命令でオフと
なる。また、接点すは電力設定器９の設定値Ｐ、以下で
オンする接点で、これら接点ａ、ｂは並列接続され、リ
レーＸ、、！：直クリ接続されている。リレーＸは切換
接点Ｘ１とＸ２をｆ了し、これらの切換接点Ｘ１．Ｘｔ
で＋ｉ：ｒ記の切換設定器５および発電出力設定器６の
設定を切換える。

即ち、受７１ｉ電力の争減を検出するか、工し・ヘー夕
の停止命令又は重負荷のオフ等の逆電力発生要因を予測
して、その逆電力予測信号をコントロール部４および発
電電力制御装置ＭＰＣに入力する。

第３図はコントロール部４内に設けられ本発明に使用さ
れる電子ガバナの一例の構成図を示す。

図中３１は第１図のコントローラ部４のコントローラで
、内部に比例（Ｐ）、積分（１）、微分（Ｄ）の呂要素
をもった偏差比例式ＰＩＤ制御部３１ａと、その出力に
より作動器３２を制御する制御部３１ｂを備えている。

３３は燃料ポンプ、３４は発電機用のエンジン、３５は
該エンジン３４によって駆動される発電機、３６は負荷
である。

エンジン３４の回転数は、回転検出手段３７により検出
され、前記コントローラ３１へ入力される−０３９は外
部回転数設定手段、３８は出力下げ指令切換設定手段で
、この切換設定手段３８は、第１図に示す切換設定器５
よりの逆電力予測信号による出力下げ指令を制御部３１
ｂに直接、即ちＰＩＤ制御部３１ａを介することなく入
力する。

前記回転数検出手段３７で検出された回転数に比例した
信号は、周波数／電圧変換されて、同図左方に示す加算
点で設定値と照合された後、利得調整手段に入力され、
以後は通常のＰＩＤ制御処理され、前記作動器３２へ出
力される。

前記逆電力予測信号による出力下げ指令が検出されると
、発電出力下げ指令（ｐ、−Ｐ、）が与えられ、更にコ
ントローラ３！の制御３１ｂに人力されて作動器３２．
燃料ポンプ３３およびエンジン３４を介して発電機３５
の発電出力が下げられる。同時に発電電カ一定制御の発
電出力設定器６の設定が６５１）　、から６５Ｐ、に切
換えられ、出力をＰ　３−Ｐ　ａに切換えられて電力制
御装置ＭＰＣにより徐々に設定電力が低下される。なお
、負荷電力が増加して発電機が正常な運転（Ｐ、検出）
ができるまでは、この状態を継続し、負荷電力が低下し
て４０ｋｗ（Ｐ４）以下になった場合は停止させる。

第２図（ｂ）は逆電力防止動作の説明図で、（１）は負
荷電力、（２）は受電電力、（３）は発電電力を示して
いる。負荷電力の惣減に対応して受′ｒＭ電力ら急低下
するが、２０ｋｗ以下で前記発電用ノＪ設定切換信号が
出され、発電電力は１２０ｋｗ−”６Ｑ　ｋ　ｗ−４０
ｋ　ｗと段階的に漸減する。その漸減に対応して受電電
力は次第に増加するので、（２）に示した逆電力（３２
ｋｗ−２秒）で動作するりレーの動作範囲に、従来例と
違って超えずに済む。

なお、従来は制御装置ＭＰＣから外部回転数設定手段３
９に設定値を入力するようにしていたが、本発明では、
逆電力予測信号による出力下げ指令を切換設定手段によ
り直接与え、ディジタル値により段階的に低減処理を行
うことができる。この逆電力予測信号による下げ単令と
しては、既に述べたとおり、予め設定された負荷停止又
はオフ信号によってもよく、逆電力になる前の受電電力
零点検出等によってもよい。

第１図の切換設定器５は、２つの下限電力設定用可変抵
抗器か接続されているが、例えば発電機の出力１６０ｋ
ｗのとき、第１の抵抗器でその７５％の１２０ｋｗにセ
ントし、第２の抵抗器で５０％の８０ｋｗにセットして
１６０ｋｗから１２Ｏｋｗ−８０ｋｗと段階的に切換え
る。

このように、出力設定を例えば１００％−７５％−・５
０％と時間をかけて段階的に切換えれば、系統分離を措
くことなく、それに伴う復帰動作に操作員の手間を煩わ
すこともない。

１（、発明の効果 以上、説明したとおり本発明によれば、負荷急減に際し
ての逆電力Ｕ電器の動作を防ぎ、それによる系統分離を
未然に防止して系統分離に伴う電源系統の質的低下を防
止し、操作員の再投入の手間を省く熱電併給発電システ
ムの逆電力防止方式を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は逆電力防
止動作の説明図、第３図は本発明に使用される電子ガバ
ナの構成図、第４図は従来例の構成図、第５図は従来例
のフローチャート図、第６図は受電電力の最小値の検討
の説明図、第７−は運転スケジュールの説明図である。 ｌ・・・発電機、２・・・発電用エンジン、３・・・ガ
バナモータ、４・・・コントロール部、５・・・切換設
定器、６・・・発電出力設定器、３１・・・コントロー
ル、３２・作動器、３３・・燃料ポンプ、３４・・・エ
ンジン、３５・・・発電機、３６・・・負荷、３７・・
・回転数検出手段、３８・・・出力下げ指令切換設定手
段。 第２図 （ａ） （ｂ） Ｗ 第５図 （ａ） （ｂ） （ｃ） 第６図 受電電力の最小値検討の説明図 ｋＷ 単位最大ｋＷ 余裕ｋＷｅ単位最大ｋＷ 第７図 運転スケジュールの説明図 ７００ ］８Ω○ ＋９１００　２０００ ２１００　時

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）商用電源からの受電電力と自家発電電力とを並列
   に負荷へ供給する熱電併給発電システムであって、自家
   発電電力を供給するエンジン発電機の出力をＰＩＤ制御
   部を有する電子ガバナで制御するものにおいて、エンジ
   ン発電機に出力を漸時かつ段階的に低減させる出力下げ
   指令切換設定手段を設け、該切換設定手段とは別に、前
   記ガバナのＰＩＤ制御をバイパスして負荷の急激な減少
   に伴う逆電力予測信号を与えて発電機出力を減少させ、
   エンジン発電機から商用電源側への逆電力を防止するこ
   とを特徴とする熱電併給システムの逆電力防止方式。
2. （２）請求項（１）に記載の逆電力予測信号として、予
   測される重負荷のオフ信号を使用する熱電併給システム
   の逆電力防止方式。
3. （３）請求項（１）に記載の逆電力予測信号として、負
   荷急減結果の受電電力零点検出信号を使用する熱電併給
   発電システムの逆電力防止方式。