JPH07123336B2 - 自家用発電設備の運転制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自家用発電機の運転台数
を制御する運転制御装置に係わり、特に負荷変動の特性
に合せた最適な発電機運転台数の制御可能な自家用発電
設備の運転制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、電力需要家は商用電力系統より電
力の供給を受けている。しかし、大容量の電力を使用す
る需要家においては、自家用発電設備を持ち、自家用発
電機にて自家用電力の一部または全部を任なうようにす
る場合が多い。これは設備費，運転費，電力料金のトー
タルコストが少なくて済むためである。

【０００３】また、最近は発電設備から出る排熱を熱エ
ネルギーとして利用するコジェネレーションシステムが
開発されている。このシステムによれば、全体のエネル
ギーコストをさらに下げることが可能なため、自家用発
電設備を持つ需要家は増加しつつある。このように自家
用発電設備の適用分野が広がるにつれ、負荷電力の変化
パターンも色々なものになっている。エネルギーコスト
を最小にするためには自家用発電機を複数台持ち、その
時々の負荷電力量に合せて最適な運転台数で、また最適
な発電電力量で発電機を運転することが求められる。特
に、負荷電力が小さいときは発電機の運転を止め、負荷
電力が大きいときはそれに合った台数の発電機を運転す
る運転台数制御が非常に重要である。ただ、自家用発電
機の始動停止には時間がかかり、また頻繁な始動停止は
機器の寿命に悪影響を与えるので、実際の制御装置では
それらの点も考慮して運転制御がなされている。

【０００４】図５は、一般に用いられている従来の自家
用発電設備における運転制御装置の構成例である。同図
において、１は商用電力系統、２，３は自家用発電機、
４，５は原動機，６，７，８は電力検出器、９は負荷、
１０〜１３は遮断器、１４は負荷電力演算装置、１５，
１７は始動電力設定器、１６，１８は停止電力設定器、
１９，２０は運転停止判定器、２１，２２は確認時限タ
イマーである。

【０００５】以下、図５に従って従来の運転制御装置の
動作を説明する。負荷９は商用電力系統１及び自家用発
電機２，３から遮断器１０，１１，１２を介して電力の
供給を受けている。商用電力系統及び自家用発電機の供
給する電力は、電力検出器６，７，８により検出され
る。負荷電力演算装置１４はそれらの信号を加算して負
荷電力を演算する。この例では、負荷電力が小さい場合
は商用電力系統のみから電力を供給し、負荷電力が大き
くなると自家用発電機２を運転して電力を供給する。さ
らに負荷電力が大きくなると、自家用発電機３も運転し
てこれからも電力を供給する。また、これとは反対に負
荷電力が小さくなると、自家用発電機３，自家用発電機
２の順序で停止する。運転停止判定器１９は、始動電力
設定器１５で設定された電力より負荷電力が増加する
と、自家用発電機２を始動し、停止電力設定器１６で設
定された電力より負荷電力が減少すると自家用発電機２
を停止する。

【０００６】ところで、負荷電力の変動には、モータ始
動のように瞬間的には増加するものの、すぐ減少するも
のもある。頻繁な発電機の始動停止を防止するために、
運転停止判定器１９では確認時限タイマー２１を設け、
負荷電力の変動が所定時間以上継続することを確認して
から始動停止の動作をする。運転停止判定器２０も同様
に、始動電力設定器１７，停止電力設定器１８で設定さ
れた電力と確認時限タイマー２２により自家用発電機３
の運転制御を行う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように運転制
御される従来の自家用発電設備によれば、その時々の負
荷電力に合せて最適な発電機台数で運転されるので、ロ
スの少ない運転ができる。しかしながら、自家用発電設
備の適用分野が拡大するにつれ、さらに高度な制御が要
求されるようになってきた。例えば、主要な負荷として
運転員が必要な機械装置である場合には、出勤時間，休
憩時間，退社時間等では、毎日ほぼ決まったパターンの
負荷変動があり、例えば図６に示すように、一日の負荷
変動パターンが知られている。この図６では平均的な負
荷の変化を示しており、短い時間の変動は含まれていな
い。現実にはこのようなベース負荷があり、さらに例え
ばエレベータやクレーン，粉砕機，アーク炉等の短時間
の負荷が不定期に発生する場合が多い。短時間の負荷変
動は平均的負荷の数％〜数１０％になる。

【０００８】このように変動する負荷に従来の制御装置
を適用した場合、最適な発電機運転台数となるように制
御装置を調節するのは非常に難しい。負荷変動が多い場
合、最適運転台数を維持しようとすると、発電機を頻繁
に始動停止する必要がある。始動停止時には暖気運転，
アフタークーリング運転が必要で、それによる燃料のロ
スが生じる。また、頻繁な始動停止は原動機等に熱的機
械的ストレスを与え、寿命を短くする。これを防止する
ため、従来は始動停止確認時限を長くする設定を行って
いた。始動停止確認時限を長くすることにより、短時間
の負荷変動では発電機を始動停止しないようにするので
ある。しかしながら、始動停止確認時限を長くすると、
確認の間は無駄に発電機を運転するので、発電機運転台
数がその時その時の最適値とならないという問題があっ
た。

【０００９】従来の制御装置ではこのような状態に応じ
て制御する能力が不足であった。そのため、従来は最適
な運転パターンで運転することが必要なプラントでは、
制御装置を自動運転するだけではなく、状況を監視する
運転員を置き、状況に合わせて手動操作で発電装置の始
動停止を行ない、運転パターンを修正していた。しか
し、運転員を置くことは自家用発電設備のランニングコ
ストを大幅にアップさせるため望ましくなく、もっと高
機能の運転制御装置の開発が望まれていた。

【００１０】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は負荷変動の特性に合せた最適な発電機運
転台数の運転を行うことのできる自家用発電設備の運転
制御装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、電力系統と自家用発電機または複数の自家
用発電機により並列して負荷に給電する自家用発電設備
の運転制御装置において、負荷の電力を検出する負荷電
力演算装置と、負荷電力の変化の傾きを検出する負荷電
力変化検出器と、所定の自家用発電機を始動する負荷電
力を設定する始動電力設定器と、自家用発電機を停止す
る負荷電力を設定する停止電力設定器と、前記始動電力
設定器の設定電力と負荷電力の偏差をとる始動電力偏差
演算器と、前記停止電力設定器の設定電力と負荷電力の
偏差をとる停止電力偏差演算器と、現在時刻を検出する
時刻検出器と、負荷電力が前記始動電力設定器で設定さ
れた設定値を超える状態が，または負荷電力が停止電力
設定器で設定された設定値を下回る状態が継続的なもの
であることを確認する始動確認時限，停止確認時限を演
算する始動停止確認時限推論器と、自家用発電機の運転
停止を制御する運転停止制御器とを備え、前記始動停止
確認時限推論器において、現在時刻と負荷電力変化の傾
きと始動電力偏差演算器の出力と停止電力偏差演算器の
出力を入力し，当該自家用発電設備に固有の所定の推論
ルールからその時々の負荷電力の変化の状態を推論し、
始動確認時限，停止確認時限を演算して、その始動確認
時限，停止確認時限により自家用発電機の運転停止を制
御するように構成したことを特徴とするものである。

【００１２】

【作用】本発明の自家用発電設備の運転制御装置による
と、その時々の負荷変化の状態を把握し、始動停止確認
時限を最適値に変化させるため、確認のため無駄に発電
機を運転または停止することがなくなり、運転制御装置
による自動運転のみによって、常に最適な運転台数で自
家用発電機を運転することができるので、エネルギー効
率を向上させることができる。また、確認時限が必要と
判断される状況では、確認時限を長くするため不要な始
動停止を防ぐこともでき、機器の寿命にも悪影響を与え
ない。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１を参照して説
明する。図１において、図５と同一番号のものは同一構
成要素を示すので、その説明は省略する。図１におい
て、１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃは従来の制御装置における
運転停止判定器１９の機能を分解したもので、１９Ａは
始動電力偏差演算器、１９Ｂは停止電力偏差演算器、１
９Ｃは運転停止制御器である。また、２０Ａ，２０Ｂ，
２０Ｃも同様に従来の制御装置における運転停止判定器
２０の機能を分解したもので、２０Ａは始動電力偏差演
算器、２０Ｂは停止電力偏差演算器、２０Ｃは運転停止
制御器である。１００は負荷電力変化検出器、１０１は
時刻検出器、１０２は自家用発電機（Ｇ１）２の始動停
止確認時限推論器、１０３は自家用発電機（Ｇ２）３の
始動停止確認時限推論器である。

【００１４】負荷電力変化検出器１００は、負荷電力演
算装置１４で検出された負荷電力の信号を微分し、その
変化の傾きの負荷変化信号を得る。始動電力偏差演算器
１９Ａは、負荷電力が始動電力設定器１５で設定された
電力を超えたとき両電力の偏差信号を出力する。また、
停止電力偏差演算器１９Ｂは、負荷電力が停止電力設定
器１６で設定された電力より小さくなったとき両電力の
偏差信号を出力する。時刻検出器１０１は２４時間の時
計機能を持ち、その時の時刻に比例したレベルの信号を
発生する。始動停止確認時限推論器１０２では、これら
の４つの信号からその時々の負荷や発電機の運転状態を
推論し、始動確認時限，停止確認時限を決定し、確認動
作を行う。運転停止制御器１９Ｃでは、始動電力偏差演
算器１９Ａ，停止電力偏差演算器１９Ｂからの信号と、
始動確認時限，停止確認時限の信号から自家用発電機２
の始動停止を制御する。また、運転停止制御器２０Ｃも
運転停止制御器１９Ｃと同様に、始動電力偏差演算器２
０Ａ，停止電力偏差演算器２０Ｂからの信号と、始動確
認時限，停止確認時限の信号から自家用発電機３の始動
停止を制御する。

【００１５】ところで、従来、運転員が行っていた高度
な判断を、本発明では始動停止確認時限推論器１０２，
１０３で行なう。上記したように４つの入力信号から２
つの出力を得るが、入出力信号の関係は線形ではない。
熟練した運転員と同等の運転特性を得ようとすれば、各
入力信号を複雑に関係づけた状況判断の処理をプログラ
ム化する必要がある。このような人間的な処理を行うの
に、数式を元にした推論方式では非常に複雑な構成とな
ってしまい、従来は制御装置を実現できなかった。

【００１６】本発明では、次に説明するようにファジィ
推論の方式を応用して、推論方式を簡単化した。図２は
始動停止確認時限推論器１０２の詳細な内部構成図であ
る。制御装置においてこのような処理を行う場合は、マ
イクロコンピュータを使用するが、マイクロコンピュー
タ内の処理はソフトウェアで時分割的に行われる。ここ
では説明を簡単化するために、各機能をデータの流れに
沿ってブロックで示している。図２において、１０２ａ
は入力信号メンバシップ関数記憶部、１０２ｂは出力信
号メンバシップ関数記憶部、１０２ｃは始動確認時限推
論ルールベース、１０２ｄは停止確認時限推論ルールベ
ース、１０２ｅは始動確認時限推論部、１０２ｆは停止
確認時限推論部である。

【００１７】入力信号メンバシップ関数記憶部１０２ａ
では、各入力信号に対して人間の定量的評価の感覚をメ
ンバシップ関数で定義している。例えば、負荷電力変化
の傾きでは、３つのラベル（正で大きい，負で大きい，
小さい）でデータを表現し、図３のような形に定義し記
憶している。図３において、横軸は入力データ、縦軸は
各表現に対する適合度で０〜１の数である。他の３つの
データに関しても同様に定義・記憶されている。また出
力データに関しても同様の表現で出力信号メンバシップ
関数記憶部１０２ｂに定義されている。始動確認時限推
論ルールベース１０２ｃは始動確認時限推論のルールを
蓄えるルールベースである。なお、始動停止確認時限推
論器１０３の構成も上記説明した始動停止確認時限推論
器１０２と同様の構成で実現できる。

【００１８】しかして、ファジィ推論では、先のメンバ
シップ関数で定義したラベルを使い、人間の言語と同様
の形式でルールを記述する。例えば、始動に関するルー
ルの一部として次のようなものが記憶されている。 (1) 朝で偏差が大きく負荷変化の傾きが正で大きいな
ら、確認時限は短くする。 (2) 夕で偏差が大きく負荷変化の傾きが小さいなら、確
認時限は中位にする。

【００１９】ルールやメンバシップ関数は一概に決まる
ものではなく、始動確認時限推論ルールベース１０２ｃ
には各自家用発電システムの負荷の特性に合せて固有の
多くのルールが蓄積されている。ファジィ推論では、各
ルールの条件部の適合度を算出し、結論部へ反映させ
る。その一つの方法を図４に示す。

【００２０】一つのルールの複数ある条件のうち、一番
低い適合度の値で結論部のメンバシップ関数の頭切りを
行う。複数のルールで得られた結論部メンバシップ関数
を合成し、その重心をとって最終出力を決める。

【００２１】このように構成することで、制御装置によ
る自動運転で、従来の制御装置ではできない運転員と同
様の運転が可能となる。また、推論にファジィ推論を用
いたことにより制御装置の構成が簡単となり、従来の制
御装置とほぼ同様の構成にて運転員が行なっていたと同
様な機能を実現することができる。

【００２２】なお、上記実施例では、始動停止確認時限
推論器のみをマイクロコンピュータを用いて構成するよ
う説明した。しかし、これに限るものではなく、負荷電
力演算装置，始動電力設定器，停止電力設定器，始動電
力偏差演算器，停止電力偏差演算器，運転停止制御器，
負荷電力変化検出器，時刻検出器等も一つのマイクロコ
ンピュータの機能で実現できる。その場合、制御装置の
ハードウェア構成をさらに小さくすることが可能であ
る。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によればそ
の時々の負荷変化の状態を把握し、始動停止確認時限を
最適値に変化させるため、負荷変動の特性に合せた最適
な発電機運転台数の運転ができるとともに確認のために
発電機を運転または停止することがなくなり、さらに自
動運転制御が可能になるためエネルギー効率を向上させ
ることができる。特に運転員を置く必要もなくなるた
め、省エネルギー・省力化に非常に優れた効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の運転制御装置の構成図。

【図２】本発明の始動停止確認時限推論器の構成図。

【図３】本発明で用いるファジィ推論のためのメンバシ
ップ関数を説明するための図。

【図４】ファジィ推論における結論演算法を示す図。

【図５】従来の運転制御装置の構成図。

【図６】自家用発電設備における負荷変化パターンの一
例を示す図。

【符号の説明】

１…商用電力系統、２，３…自家用発電機、４，５…原
動機、６，７，８…電力検出器、９…負荷、１０〜１３
…遮断器、１４…負荷電力演算装置、１５，１７…始動
電力設定器、１６，１８…停止電力設定器、１９Ａ，２
０Ａ…始動電力偏差演算器、１９Ｂ，２０Ｂ…停止電力
偏差演算器、１９Ｃ，２０Ｃ…運転停止制御器、１００
…負荷電力変化検出器、１０１…時刻検出器、１０２，
１０３…始動停止確認時限推論器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用電力系統と自家用発電機または複数
   の自家用発電機により並列して負荷に給電する自家用発
   電設備の運転制御装置において、負荷の電力を検出する
   負荷電力演算装置と、負荷電力の変化の傾きを検出する
   負荷電力変化検出器と、所定の自家用発電機を始動する
   負荷電力を設定する始動電力設定器と、自家用発電機を
   停止する負荷電力を設定する停止電力設定器と、前記始
   動電力設定器の設定電力と負荷電力の偏差をとる始動電
   力偏差演算器と、前記停止電力設定器の設定電力と負荷
   電力の偏差をとる停止電力偏差演算器と、現在時刻を検
   出する時刻検出器と、負荷電力が前記始動電力設定器で
   設定された設定値を超える状態が，または負荷電力が停
   止電力設定器で設定された設定値を下回る状態が継続的
   なものであることを確認する始動確認時限，停止確認時
   限を演算する始動停止確認時限推論器と、自家用発電機
   の運転停止を制御する運転停止制御器とを備え、前記始
   動停止確認時限推論器において、現在時刻と負荷電力変
   化の傾きと始動電力偏差演算器の出力と停止電力偏差演
   算器の出力を入力し，当該自家用発電設備に固有の所定
   の推論ルールからその時々の負荷電力の変化の状態を推
   論し、始動確認時限，停止確認時限を演算して、その始
   動確認時限，停止確認時限により自家用発電機の運転停
   止を制御するように構成したことを特徴とした自家用発
   電設備の運転制御装置。