JPH07231570A

JPH07231570A - 発電システム

Info

Publication number: JPH07231570A
Application number: JP6037944A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Fujimoto; 洋藤本; Keiji Sakai; 啓二堺; Koji Okuda; 浩二奥田; Kosuke Nakatani; 浩介中谷
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1994-02-10
Filing date: 1994-02-10
Publication date: 1995-08-29

Abstract

(57)【要約】【目的】負荷で要求される電力に近い発電電力の発電
装置を用いながらも逆潮流の発生を防止できるようにし
て経済性を向上する。【構成】定格速度で運転する回転型原動機１に連動連
結した同期発電機３からの電力出力線５に負荷７を接続
するとともに、電力出力線５に商用電源の電力線８を接
続し、その電力出力線８に充電用コンバータ１０を介し
て電気２重層コンデンサセット１２を接続し、逆潮流ま
たは商用電力受電量過少を検出し、それにより充電用コ
ンバータ１０の充電を開始または充電速度を増加し、電
気２重層コンデンサセット１２に充電する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コジェネレーションシ
ステムなどに用いるために、ガスエンジンやディーゼル
エンジンやガスタービンといった回転型原動機に発電装
置を連動連結するとともに、回転型原動機を定格速度で
運転し、発電装置からの電力出力線に負荷を接続すると
ともに、その電力出力線に商用電源の電力線を接続した
発電システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】上述のような発電システムでは、負荷で
要求される電力を極力発電装置の発電によって賄い、一
方、負荷において、発電装置の発電電力を越える過大な
電力が要求されたときに、系統連系した商用電源の電力
を受電して不足分の電力を負荷に供給するようになって
いる。

【０００３】更に、例えば、エレベータやレントゲンな
どのように、起動に伴う電力が大きく、起動と停止との
間での電力の変化の大きな負荷に対して、それらの急激
な遮断時には、回転型原動機の慣性力に起因して発電装
置の発電電力を急激に減少することができない。そのた
め、その急激な遮断時においても全負荷電力の合計より
も発電装置の発電電力が小さくなるように発電装置の発
電量を設定し、かつ、起動と停止との間での電力の変化
には、商用電源の受電で対応させ、発電装置の発電電力
が負荷が要求する電力よりも大きくなって商用電源側に
電力が供給されるという逆潮流が発生することを回避す
るようにしている。

【０００４】そして、商用電源の電力線の受電点に遮断
器を介装するとともに、逆潮流によって励磁作動する保
護リレーを付設し、他の負荷の遮断などによって発電装
置の発電電力が負荷が要求する電力よりも大きくなった
ときに、保護リレーにより遮断器を作動して商用電源と
遮断することにより逆潮流を防止するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
発電システムでは、遮断器が頻繁に作動するとそれを復
帰するための管理に多大な手間がかかるため、常に余裕
を持った受電量を確保して逆潮流を防止する必要があっ
た。したがって、設備内負荷から要求される電力よりも
かなり小さい発電電力の発電装置しか用いることができ
ず、発電装置を備えながらも商用電源の受電電力が増大
して不経済になる欠点があった。また、設備内負荷が小
さい時間帯で、発電量の設定はさらにこの負荷から必要
受電量を差し引いた値となるので、非常な部分負荷（発
電機）となり、発電効率が悪化する欠点があった。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、請求項１に係る発明の発電システム
は、負荷で要求される電力に近い発電電力の発電装置を
用いて、受電電力最少に運転しながらも逆潮流の発生を
防止できるようにして経済性を向上できるようにするこ
とを目的とし、また、請求項２および請求項３に係る発
明の発電システムは、充電した電力を無駄無く消費して
経済性をより一層向上できるようにすることを目的とす
る。また、請求項４および請求項５に係る発明の発電シ
ステムは、請求項１、請求項２、請求項３に係る発明の
発電システムに、セルモータ駆動機能および力率制御機
能を持たせることによって、システムの有効利用を計る
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の発
電システムは、上述のような目的を達成するために、定
格速度で運転する回転型原動機に連動連結した発電装置
からの電力出力線に負荷を接続するとともに、電力出力
線に商用電源の電力線を接続した発電システムにおい
て、電力出力線に充電用コンバータを介して電気２重層
コンデンサセットを接続し、逆潮流または受電電力過少
を検出して充電信号を出力する逆潮流検出手段を設ける
とともに、充電信号に応答して充電用コンバータの充電
を開始または充電速度を増加する逆潮流防止制御手段を
設けて構成する。

【０００８】また、請求項２に係る発明の発電システム
は、上述のような目的を達成するために、上記請求項１
に係る発明の発電システムの電力出力線と電気２重層コ
ンデンサセットとを放電用インバータを介して接続し、
かつその電気２重層コンデンサセットの充電量を検出す
る充電量検出手段を設け、商用電源から受ける受電電力
が予め設定した余裕受電電力以上になり、かつ、電気２
重層コンデンサセットの充電量が予め設定した値以上に
なったときに、充電用コンバータを停止して放電用イン
バータを起動して電力を回生するように構成する。

【０００９】また、請求項３に係る発明の発電システム
は、上述のような目的を達成するために、電気２重層コ
ンデンサセットに、商用電源から独立した電力負荷を接
続して、充電回路から電力を供給しつつ運転し、その電
気２重層コンデンサセットに充電量検出手段を設け、商
用電源から受ける受電電力が予め設定した余裕受電電力
以上であり、かつ、前記電気２重層コンデンサセットの
充電量が予め設定した値以上になったとき、充電用コン
バータを停止し、充電を停止して電気負荷を通じて放電
させ、エネルギーを回収するとともに、充電レベルを下
げて次の充電に備えるように構成する。

【００１０】また、請求項４に係る発明の発電システム
は、上述のような目的を達成し、かつ、原動機ブラック
スタート用電源として用いるために、回転型原動機の停
止時に、電気２重層コンデンサセットを原動機起動用セ
ルモータ駆動回路と連結し、原動機駆動用蓄電池として
使用するように構成する。

【００１１】また、請求項５に係る発明の発電システム
は、上述のような目的を達成し、かつ、受電電力力率調
整用電源として用いるために、商用電力受電点にその力
率検出装置を設け、放電用インバータに力率制御装置を
備え、受電電力の力率を制御するように構成する。

【００１２】回転型原動機としては、ガスエンジン（請
求項６）やディーゼルエンジンや蒸気タービンなどが用
いられる。

【００１３】

【作用】請求項１に係る発明の発電システムの構成によ
れば、負荷の急激な遮断などに起因して発電装置の発電
電力が負荷で要求される電力を越えようとしたときに、
そのことを逆潮流検出手段で検出し、それに伴って余剰
の電力を電気２重層コンデンサセットに供給して急速に
充電させ、商用電源側に供給されることを防止すること
ができる。

【００１４】また、請求項２または請求項３に係る発明
の発電システムの構成によれば、逆潮流の防止のために
電気２重層コンデンサセットに充電した電力を、逆潮流
の虞の無い状態で負荷に供給することができる。

【００１５】また、請求項４に係る発明の発電システム
の構成によれば、請求項１、請求項２、請求項３に係る
機能を満足しつつ、それら機能を必要としない回転型原
動機の停止時において、原動機起動用の電源として用い
ることができる。

【００１６】また、請求項５に係る発明の発電システム
の構成によれば、請求項１、請求項２、請求項３に係る
機能を満足しつつ、受電電力の力率を調整できる。

【００１７】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。

【００１８】図１は、本発明に係る発電システムの実施
例を示すブロック図であり、定格速度で運転する回転型
原動機（ガスエンジン）１に、伝動クラッチ２を介して
発電装置としての同期発電機３が連動連結されている。

【００１９】同期発電機３からの、第１の中継器４を介
装した電力出力線５に、第２の中継器６…を介して負荷
７が接続されている。また、電力出力線５に商用電源の
電力線８が第３の中継器９を介して接続され、負荷７…
に対して、そこで要求される電力を同期発電機３で発電
される発電電力によって賄うとともに、不足分を商用電
源から受ける受電電力によって賄うように構成されてい
る。

【００２０】前記電力出力線５に第４の中継器６ａ、充
電用コンバータ１０および放電用インバータ１１を介し
て電気２重層コンデンサセット１２が接続されている。

【００２１】前記充電用コンバータ１０および放電用イ
ンバータ１１にはＣＰＵ１３が接続されている。また、
ＣＰＵ１３には、第１、第２のワットトランスデューサ
１４ａ，１４ｂおよび電気２重層コンデンサセット１２
の電圧トランスデューサ２５が接続され、第１のワット
トランスデューサ１４ａを介して商用電源から受ける受
電電力を、第２のワットトランスデューサ１４ｂを介し
て同期発電機３からの発電電力を、そして、電圧トラン
スデューサ２５を介して電気２重層コンデンサセット１
２への充電電圧をそれぞれＣＰＵ１３に入力するように
構成されている。電圧トランスデューサ２５は充電量の
検出手段である。

【００２２】ＣＰＵ１３には、図２のブロック図に示す
ように、第１の比較手段１５と逆潮流防止制御手段１６
と加算手段１７と第２の比較手段１８と放電制御手段１
９と電圧比較手段２０と発電量制御手段２７とが備えら
れている。

【００２３】前記第１の比較手段１５では、第１のワッ
トトランスデューサ１４ａからの受電電力と第１の設定
器２２で予め設定された最小受電電力とを入力して比較
し、受電電力が最小受電電力よりも小さくなったときに
充電信号を出力するようになっている。この第１のワッ
トトランスデューサ１４ａと第１の比較手段１５と第１
の設定器２２とから成る構成をして逆潮流検出手段２３
と称する。

【００２４】前記逆潮流防止制御手段１６では、前記第
１の比較手段１５からの充電信号に応答して充電用コン
バータ１０に起動信号を出力するとともに放電用インバ
ータ１１に停止信号を出力し、系内の電力を電気２重層
コンデンサセット１２に充電し、負荷７…の全体で要求
される総電力が同期発電機３で発電される発電電力より
も小さくなって逆潮流が発生することを未然に防止する
ようになっている。

【００２５】前記加算手段１７では、第１の設定器２２
で設定された最小受電電力と第２の設定器２４で設定さ
れた余裕電力とを加算して、余裕受電電力を算出するよ
うになっている。

【００２６】発電量制御手段２７では、前記第１の比較
手段１５からの充電信号に応答して、受電量の設定値を
通常の設定値から加算手段１７の値に変え、その設定値
になるように第１のワットトランスデューサ１４ａの値
でフィードバックしつつ発電量を急激に絞る。ここで
（発電量＝総負荷量−受電量）の関係が成立する。

【００２７】前記第２の比較手段１８では、加算手段１
７からの余裕受電電力と第１のワットトランスデューサ
１４ａからの受電電力とを比較し、受電電力が余裕受電
電力に達した時点で徐々に充電速度を絞り、最後に停止
する。発電機は受電量が余裕受電量になるように制御さ
れているから、充電停止時点で受電量は余裕を持ってい
る。

【００２８】その後、電気２重層コンデンサセット１２
に充電された量のチェックのための電圧比較手段２０に
よって、電圧トランスデューサ２５の値が設定値以上で
あることが認識されると、放電制御手段１９によって発
電制御に影響を与えない速度で負荷７…に供給（回生）
し、電力を無駄無く消費するとともに、次の充電に備え
るようになっている。また、電圧トランスデューサ２５
の値が設定値以下となると負荷７…への供給を停止する
とともに発電量制御手段２７への受電量設定を通常の値
に戻すようになっている。その後の発電機は、他の制御
要件を考慮に入れて、（総負荷量−受電設定値）以下の
任意の発電量設定値で運転される。

【００２９】以上の構成により、図３のタイムチャート
に示すように、負荷７…での急激な遮断などに起因して
負荷７…で要求される電力が同期発電機３での発電電力
（第２のトランスデューサ１４ｂからの発電電力）より
小さくなっても［図３の（ａ）］、商用電源からの受電
電力が最小受電電力以下になった時点で電気２重層コン
デンサセット１２で充電を開始し、そして、ＣＰＵ１３
によりガスエンジン１を制御して商用電源からの受電電
力が余裕受電電力よりも大きくなった時点で充電を停止
する［図３の（ｂ）］。その後、電気２重層コンデンサ
セット１２の電圧が設定値を越えていると放電を開始
し、電圧が設定値以下になると放電を終了し、電気２重
層コンデンサセット１２を充電開始前の状態に復帰させ
ておく［図３の（ｃ）］。したがって、同期発電機３で
の発電電力の余剰分を電気２重層コンデンサセット１２
に急速に充電して逆潮流が発生することを防止できるの
である。

【００３０】図４は、第１の変形例を示すブロック図で
あり、電力出力線５に第５の中継器２５と変圧器２６を
介して負荷７ａが接続されるとともに、電気２重層コン
デンサセット１２が放電用インバータ１１を介して負荷
７ａに接続され、放電先の電圧（例えば、 220Ｖ）を充
電先の電圧（例えば、 440Ｖ）よりも低くし、充放電時
のロスを軽減するように構成されている。

【００３１】図５は、系統から独立した電力負荷７ａを
電気２重層コンデンサセット１２に連結した第２の変形
例を示すブロック図である。この場合、電力負荷７ａは
常に電力を消費しているので充電用コンバータ１０を停
止するだけで、電気２重層コンデンサセット１２の電圧
を初期の値まで低下できる。なお、破線のような回路を
設けて通常時に電力出力線５から電力負荷７ａに電力を
供給し、放電用インバータ１１のロスの軽減を計っても
良い。電力負荷７ａとしては、例えば、同期発電機の励
磁装置としても良い。

【００３２】図６は、第３の変形例を示すブロック図で
ある。回転型原動機の停止時にスイッチ３０によって原
動機起動用セルモータを連結し、電気２重層コンデンサ
セット１２がセルモータ駆動に使用するように構成され
ている。原動機運転時は電力回生の必要上、電気２重層
コンデンサセット１２は、例えば、 200Ｖ以上で使用さ
れる。このことは、逆にいえばこの電圧以下の電気は使
用されていないことになるが、セルモータ電源は通常Ｄ
Ｃ12Ｖ程度であるので、キャパシタの容量を充分使え、
設備コストおよびエネルギーの低減につながる。なお、
図中３１は電圧調整用のドロッパを示しているが、ロス
低減のために原動機停止時、コンデンサ群の直並列結合
を組み直しても良い。

【００３３】図７は、第４の変形例を示すブロック図で
あり、受電点に力率検出手段３２が設けられ、この力率
検出手段３２がＣＰＵ１３に接続され、検出した力率を
ＣＰＵ１３に入力するように構成されている。放電用イ
ンバータ１１は良く知られているように有効電力と無効
電力の同時制御能力があるので、力率検出手段３２で検
出した力率が一定になるように運転し、力率調整用コン
デンサの役割を共用できる。同様な考えでアクティブフ
ィルターを使用しても良い。

【００３４】図８は、第５の変形例を示すブロック図で
あり、電気２重層コンデンサセット１２にスイッチング
トランジスタ２８を介して放電用の抵抗２９が接続さ
れ、負荷７…で遮断が連続的に発生して電気２重層コン
デンサセット１２の容量が飽和したときでも、逆潮流を
より良好に防止できるように構成されている。

【００３５】本発明としては、上述実施例のようなガス
エンジン１に限らず、ディーゼルエンジンや蒸気タービ
ンやガスタービンなど、慣性力の影響を受けて発電装置
の発電電力を急激に減少できないような回転型原動機を
用いる発電システムに適用できる。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に係る発明の発電システムによれば、急速な充電特性
を有する電気２重層コンデンサセットを有効利用し、負
荷で要求される電力量を越える余剰の発電装置の発電電
力を電気２重層コンデンサセットに供給して急速に充電
させるから、逆潮流の発生を防止できながらも、電気２
重層コンデンサセットでの充電容量分だけ、従来よりも
能力の大きい発電装置を用いることができ、商用電源の
受電電力量を十分減少できて経済性を向上できるように
なった。

【００３７】また、請求項１に係る発明の発電システム
によれば、従来と同一能力の発電機を用いた場合、負荷
の小さい時でも、受電量最少迄発電量を増やせるから発
電機平均負荷率が高くなり、したがって、発電効率、発
電機利用率とも向上する。

【００３８】また、請求項２または請求項３に係る発明
の発電システムによれば、逆潮流の防止のために電気２
重層コンデンサセットに充電した電力を、負荷に対する
電力として放電供給するから、例えば、電気２重層コン
デンサセットに充電した電力をアースなどによって放出
する場合に比べ、充電した電力を無駄無く消費して経済
性をより一層向上できるようになった。

【００３９】また、請求項４に係る発明の発電システム
によれば、原動機起動用セルモータ電源として共用でき
るから、設備コストの低減につながる。これにより、商
用電源が停電した時でもブラックスタートが可能とな
る。

【００４０】また、請求項５に係る発明の発電システム
によれば、他の機能を満足しつつ受電点の力率を制御で
きるから、力率調整コンデンサが不要となり、設備コス
トの低減につながる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る発電システムの実施例を示すブロ
ック図である。

【図２】ＣＰＵの構成を示すブロック図である。

【図３】タイムチャートである。

【図４】第１の変形例を示すブロック図である。

【図５】第２の変形例を示すブロック図である。

【図６】第３の変形例を示すブロック図である。

【図７】第４の変形例を示すブロック図である。

【図８】第５の変形例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１…回転型原動機としてのガスエンジン３…発電装置としての同期発電機５…電力出力線７…負荷８…電力線１０…充電用コンバータ１１…放電用インバータ１２…電気２重層コンデンサセット１６…逆潮流防止制御手段１９…放電制御手段２３…逆潮流検出手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中谷浩介大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】定格速度で運転する回転型原動機に連動
連結した発電装置からの電力出力線に負荷を接続すると
ともに、前記電力出力線に商用電源の電力線を接続した
発電システムにおいて、前記電力出力線に充電用コンバータを介して電気２重層
コンデンサセットを接続し、逆潮流または商用電力受電
量過少を検出して充電信号を出力する逆潮流検出手段を
設けるとともに、前記充電信号に応答して前記充電用コ
ンバータの充電を開始または充電速度を増加する逆潮流
防止制御手段を設けたことを特徴とする発電システム。
【請求項２】請求項１に記載の電力出力線と電気２重
層コンデンサセットとを放電用インバータを介して接続
し、かつその電気２重層コンデンサセットの充電量を検
出する充電量検出手段を設け、商用電源から受ける受電
電力が予め設定した余裕受電電力以上になり、かつ、前
記電気２重層コンデンサセットの充電量が予め設定した
値以上になったときに、充電用コンバータを停止し、前
記放電用インバータを起動して電力を回生する発電シス
テム。
【請求項３】請求項１に記載の電気２重層コンデンサ
セットに、商用電源から独立した電力負荷を接続して、
充電回路から電力を供給しつつ運転し、その電気２重層
コンデンサセットに充電量検出手段を設け、商用電源か
ら受ける受電電力が予め設定した余裕受電電力以上であ
り、かつ、前記電気２重層コンデンサセットの充電量が
予め設定した値以上になったとき、充電用コンバータを
停止する発電システム。
【請求項４】請求項１、請求項２、請求項３のいずれ
かに記載の発電システムであって、回転型原動機の停止
時に、電気２重層コンデンサセットを原動機起動用セル
モータ駆動回路と連結し、原動機駆動用蓄電池として使
用する発電システム。
【請求項５】請求項１、請求項２、請求項３のいずれ
かに記載の発電システムであって、商用電力受電点にそ
の力率検出装置を設け、放電用インバータに力率制御装
置を備え、受電電力の力率を制御する発電システム。
【請求項６】請求項１、請求項２、請求項３、請求項
４、請求項５のいずれかに記載の回転型原動機がガスエ
ンジンである発電システム。