JPH11299110A - 自家発電設備の電力逆潮流防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 自家発電機と商用電源とが並列運転している
際に、急激な負荷変動による電力逆潮流を、発電機やエ
ンジンに大きな負担をかけることなく防止する。 【解決手段】 工場負荷２０が急激に減少し、自家発電
機２２が発電する電力によって商用電源３５に対する逆
潮流が発生する前に、受電電力用電力変換器３０によっ
て受電電力が最低受電設定値より低下することを検出す
る。ガバナコントローラ２５は、受電電力の低下が高速
制御開始設定時間を超えて継続すると、切換えスイッチ
２５ａを高速制御用演算器２７側に切換えて、自家発電
機２２の発電出力が予め設定される発電量だけ減少する
ようにエンジンガバナ２４からの燃料供給量を制限する
制御を行う。自家発電機２２からの発電出力の低下で受
電電力が回復すれば、エンジンガバナ２４の燃料供給量
の制御は、速度制御用演算器２６による通常の速度制御
に復帰する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自家発電設備を商
用電源と並列運転しているときに、消費電力の急減によ
って余剰な発電電力が商用電源側に逆に流れる逆潮流を
防止するための自家発電設備の電力逆潮流防止装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、大電力消費を要する産業分野など
においては、必要な保安電力の確保のため、電力供給設
備および配電設備などに特別な配慮が払われている。特
に、昼夜連続で操業する必要がある鉄鋼業等では、電力
供給源および電力系統を安定に保つことは非常に重要で
ある。かかる見地から、鉄鋼業の工場等では、自家発電
設備を設置し、電力会社からの買電と自家発電設備によ
る発電との並列運転によって、電力供給源を保安してい
る。また、工場に備えられる圧縮機や電気炉の急停止等
による瞬間的な受電電力の減少で、商用電源側に生じる
電力の逆潮流現象を防止するために、自家発電設備の発
電機のエンジンガバナの速度制御を行い、自家発電用発
電機の出力を適宜調整している。また近年では、総合的
にエネルギ効率を高めるため、コージェネレーションシ
ステムを構成する自家発電設備も利用されている。

【０００３】図４は、従来からの典型的な自家発電設備
１の概略的な構成を示す。自家発電機２は、エンジン３
によって駆動される。エンジン３は、エンジンガバナ４
による燃料供給量の調節で、発電機出力を制御すること
ができる。エンジンガバナ４に対する制御は、ガバナコ
ントローラ５によって行われる。ガバナコントローラ５
内には、速度制御用演算器６が含まれ、工場負荷７の変
動を予め予測したデータに基づく制御量の演算処理を行
う。受電する電力は、計器用変流器８および計器用変圧
器９によってそれぞれ検出される電流値および電圧値の
積として、受電電力用電力変換器１０で受電電力に変換
される。自家発電機２によって発電される電力も、発電
電力用電力変換器１１によって検出される。受電電力用
電力変換器１０および発電電力用電力変換器１１の出力
は、シーケンサ１２に与えられる。シーケンサ１２に
は、予め工場負荷７の時間的な変化の予測データが設定
されており、検出された各電力と予測データとの偏差に
応じたエンジンガバナ４用の速度設定の「増」または
「減」パルスによる速度設定信号１３がガバナコントロ
ーラ５に出力される。ガバナコントローラ５では、速度
制御演算器６で速度設定信号１３に応じたエンジンガバ
ナ４への速度制御信号１４を出力し、エンジンガバナ４
によるエンジン３に対しての燃料供給量の「増」または
「減」を行い、発電出力一定あるいは受電電力一定とな
るように制御する。

【０００４】自家発電設備１では、商用電源１５から工
場負荷７に遮断機１６を介して供給される電力と連携し
て、自家発電機２が発電し、遮断機１７を介して工場負
荷７に供給する。発電電力は、計器用変流器１８および
計器用変圧器１９によって電力および電圧として検出さ
れ、発電電力用電力変換器１１によって電力に変換され
る。工場負荷７に急激な変動があり、発電電力が工場負
荷７を上回ると、余った電力が商用電源１５側に逆に流
れる逆潮流が発生する。瞬間的な逆潮流は許容されるけ
れども、一定時間以上逆潮流が継続することは好ましく
ないので、自家発電機２側の遮断機１７や商用電源１５
側の遮断機１６が遮断し、解列と呼ばれる事態となり、
自家発電機２は停止する。自家発電機２の解列が生じる
と、再び商用電源１５との連携が可能になるように回復
させる処置として、周波数、電圧や位相などの調整を行
う必要があるので、非常に手間がかかる。したがって、
商用電源と並列運転する自家発電設備では、電力の逆潮
流を防止することが非常に重要である。

【０００５】自家発電設備での電力逆潮流防止に関する
先行技術は、たとえば特開平３−４５１２８（特願平１
−１７８６６１）や特開平３−１７３３２２（特願平１
−３１２０９６）などに開示されている。特開平３−４
５１２８では、電力負荷の急激な減少時に、電力を段階
的に減少させる方法が開示されている。特開平３−１７
３３２２では、急激な負荷変動に対して、その原因とな
る負荷からの信号で前もって予知し、発電出力を急激に
減少させる方法が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ガバナコントローラ５
による速度制御用演算器６を用いる速度制御では、自家
発電機２の発電出力を１００％から定格値の５０％まで
低下させるのにたとえば１０秒以上必要となる。このよ
うな制御では、工場負荷７の急激な減少に充分対応する
ことができず、商用電源１５側へ電力の逆潮流現象が生
じて、受電側の遮断機１６や自家発電側の遮断機１７が
解列してしまうおそれがある。特開平３−４５１２８の
先行技術のように、エンジンへの燃料供給量を多段階で
減少させる制御は、逆潮流が許容される時間が短時間で
あることを考慮すると、技術的に非常に困難であること
が予想される。特開平３−１７３３２２の先行技術のよ
うに、急激な負荷変動の原因となる装置などの制御状態
を前もって検出して発電出力の低下を図ることは、大き
な負荷変動の原因が少数である場合にのみ実現可能であ
ると推定される。多くの種類の要因が考えられる場合に
は、負荷変動の予想は困難なはずである。

【０００７】また負荷変動に応じて、急激に大幅な発電
機出力の減少を行うことは、エンジンや自家発電機に多
大な負荷がかかるため、エンジンや自家発電機の耐久性
の問題からも避ける必要がある。

【０００８】本発明の目的は、負荷の急激な減少時に遮
断機の解列をできるだけ防ぐことができ、しかもエンジ
ンや自家発電機に負担をかけることが少ない自家発電設
備の電力逆潮流防止装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、電力系統下で
商用電源と並列運転する自家発電設備の電力逆潮流防止
装置において、自家発電設備の発電機駆動用エンジンへ
の燃料供給量を速度に応じて調整するエンジンガバナ
と、負荷変動の予測値に従って、発電機駆動用エンジン
の速度を調整するように、エンジンガバナの燃料供給量
を制御する速度制御手段と、商用電源から受電する電力
を検出する受電電力検出手段と、受電電力検出手段から
の出力に応答し、予め設定される最低受電値に対する受
電電力の低下状態が受電電力減少時間についての予め定
める条件を満たすように継続するとき、速度制御手段に
よるエンジンガバナへの制御を停止させ、予め設定され
る受電電力量の削減に対応する燃料供給量となるよう
に、エンジンガバナを逆潮流の許容時間内で制御し、受
電電力が予め定める回復条件を満たすとき、速度制御手
段によるエンジンガバナへの制御を回復させる高速制御
手段とを含むことを特徴とする自家発電設備の電力逆潮
流防止装置である。

【００１０】本発明に従えば、自家発電設備の発電機駆
動用エンジンへの燃料供給量を、速度に応じてエンジン
ガバナによって調整する。エンジンガバナの燃料供給量
は、速度制御手段によって負荷変動の予測値に従って制
御される。商用電源から受電する電力は、受電電力検出
手段によって検出される。予め設定される最低受電値に
対する受電電力の低下状態が予め定める条件を満たすよ
うに継続するとき、高速制御手段が、逆潮流の許容時間
内で速度制御手段によるエンジンガバナへの制御を停止
させ、予め設定される発電電力量の削減に対応する燃料
供給量となるようにエンジンガバナを制御する。発電電
力量の削減で受電電力の減少が停止し、予め定める回復
条件を満たすようになると、高速制御手段は速度制御手
段によるエンジンガバナへの制御を回復させる。エンジ
ンへの制御は、予め設定される発電電力量の削減に対応
する燃料供給量の制限だけであるので、短い時間で容易
に制御することができ、遮断機が動作して解列に至る事
態をできるだけ防ぐことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態と
して、工場負荷２０に発電電力を供給する自家発電設備
２１の概略的な構成を示す。自家発電設備２１では、自
家発電機２２がエンジン２３によって駆動され、発電を
行う。エンジン２３は、エンジンガバナ２４が備えるバ
タフライ弁の開度に従う燃料供給量制御によって、発電
出力が一定となるような制御を受ける。エンジンガバナ
２４に対する制御は、ガバナコントローラ２５によって
行われる。発電出力一定の速度制御用には、ガバナコン
トローラ２５内に速度制御用演算器２６が設けられる。
本実施形態のガバナコントローラ２５には、速度制御用
演算器２６ばかりではなく、高速制御用演算器２７も設
けられる。速度制御用演算器２６と高速制御用演算器２
７とは、ガバナコントローラ２５内の切換えスイッチ２
５ａによっていずれか一方が選択されるように切換えら
れ、通常は速度制御用演算器２６側が動作する。

【００１２】受電電力は、計器用変流器２８によって検
出される電力値と、計器用変圧器２９によって検出され
る電圧値とを、トランスジューサである受電電力用電力
変換器３０で乗算して電力変換する。自家発電機２２が
発電する電力は、発電電力用電力変換器１１によって電
力値として検出される。シーケンサ３２は、予め設定さ
れる工場負荷２０の時間的変動の設定データと、受電電
力用電力変換器１０および発電電力用電力変換器１１か
らの出力とを比較し、ガバナコントローラ５の速度制御
用演算器２６に対して、速度設定信号３３を与える。ガ
バナコントローラ２５内の速度制御用演算器２６は、速
度設定信号３３に基づいて、エンジンガバナ２４からエ
ンジン２３に供給する燃料を増減するための信号を生成
し、速度制御信号３４としてエンジンガバナ２４に出力
する。速度制御信号３４は、エンジン２３への燃料供給
制御量に対応した接点信号であり、燃料供給用バルブを
開閉する。

【００１３】自家発電設備２１は、工場負荷２０に供給
する電力を、商用電源３５と連携して発生する。商用電
源３５と工場負荷２０との間には商用電源側の遮断機３
６が設けられる。自家発電機３２と工場負荷２０との間
には、自家発電設備側の遮断機３７が設けられる。自家
発電機２２の発電電力は、計器用変流器３８によって検
出される電流値と、計器用変圧器３９によって検出され
る電圧値との積として、発電電力用電力変換器３１が算
出する。

【００１４】図２は、図１の実施形態のガバナコントロ
ーラ２５の動作を示す。また図３は、図２に示す動作に
関連して、図１に示す主要部分の動作の時間的変化を示
す。図２のステップｓ１からガバナコントローラ２５の
動作が開始されると、ステップｓ２では、切換えスイッ
チ２５ａが速度制御用演算器２６側に切換えられて、エ
ンジン速度制御が行われる。ステップｓ３では、ガバナ
コントローラ２５内に設けられ、受電電力減少時間ｔα
を計数するカウンタの計数値ｔαが０に初期化される。
ステップｓ４では、受電電力が予め設定される最低受電
設定値ＲＰｍｉｎよりも低くなっているか否かを判断す
る。低くなっていないと判断されるときには、ステップ
ｓ２に戻る。ステップｓ３で、受電電力が最低受電設定
値ＲＰｍｉｎよりも低くなっていると判断されるときに
は、ステップｓ３で受電電力減少時間ｔαのカウントを
行う。ステップｓ６では、受電電力減少時間ｔαの計数
値が予め設定される高速制御開始設定時間Ｔαに達して
いるか否かを判断する。受電電力減少時間ｔαが高速制
御開始設定時間Ｔαを超えていないと判断されるときに
は、ステップｓ４に戻る。

【００１５】ここで図３を参照して、工場負荷が時刻ｔ
０で急激に低下し、受電電力が破線で示す受電量０ｋＷ
よりもマイナス側、すなわち逆潮流が生じる場合の本発
明の制御を説明する。受電電力は、逆潮流となる前に、
高速制御開始設定値である最低受電設定値ＲＰｍｉｎよ
りも低くなる。受電電力が最低受電設定値ＲＰｍｉｎよ
りも低い状態が高速制御開始設定時間Ｔαを越えて継続
すると、図２のステップｓ６からステップｓ７に進み、
ガバナコントローラ２５の切換えスイッチ２５ａが速度
制御用演算器２６側から高速制御用演算器２７に切換え
られ、速度制御はキャンセルされる。時刻ｔ０＋Ｔα以
降は、ステップｓ８で自家発電機２２の発電機出力であ
る発電電力が予め設定される発電量ＧＰだけ減少するよ
うに、エンジンガバナ２４への燃料供給量を削減する制
御が行われる。エンジン２３によって駆動される自家発
電機２２は、燃料の供給量を削減しても、発電電力が発
電量ＧＰだけ減少するのにある程度の時間を要する。し
かしながら、破線で示すような、速度制御のみによる従
来制御方式よりは、短時間、すなわち高速に、発電量Ｇ
Ｐだけ減少させることができる。

【００１６】ステップｓ９で、発電量ＧＰだけ自家発電
機２２の発電電力が減少したと判断されるときには、ス
テップｓ１０でエンジンガバナ２４からエンジン２３へ
の燃料供給量を調整するバタフライ弁の開度が維持され
る。

【００１７】ステップｓ８からステップｓ１０までの高
速制御で自家発電機２２の発電電力を発電量ＧＰだけ減
少させると、図３の中段に実線で示すように、受電電力
は時刻ｔ０＋Ｔα以降、増加し、逆潮流が解消されやす
くなる。たとえば２．０ｓである逆潮流が許容される逆
流許容時間内に、逆潮流が解消され、受電電力が二点鎖
線で示す最低受電設定値を越えれば、ガバナコントロー
ラ２５の切換えスイッチ２５ａは速度制御用演算器２６
側に切換えられ、通常の従来方式の制御に戻る。従来制
御方式に戻っても、工場負荷が低下したままであれば、
発電電力は高速制御よりも緩やかに減少を続け、受電電
力は緩やかに増加する。

【００１８】図２のステップｓ１１では、受電電力が最
低受電設定値ＲＰｍｉｎを超えているか否かを判断す
る。超えていると判断されるときには、ステップｓ１２
でエンジン２３への燃料供給を徐々に増加させる制御を
行う。エンジンガバナ２４からエンジン２３に供給する
燃料が徐々に増加すると、自家発電機２２の出力も漸増
させることができる。ステップｓ１２では、速度制御用
演算器２６の出力と高速制御用演算器２７の出力とが一
致するのを待ち、一致しないときにはステップｓ１０に
戻る。一致すれば、ステップｓ１３で、ガバナコントロ
ーラ２５の切換えスイッチ２５ａを速度制御用演算器２
６側に切換え、速度制御に移行する復帰を行う。ステッ
プｓ１１で、受電電力が最低受電設定値ＲＰｍｉｎを超
えていない判断されるときには、ステップｓ１４で高速
制御用演算器２７による高速制御を中止し、商用電源側
の遮断機３６または自家発電機２２側の遮断機３７また
は自家発電機２２側の遮断機３７が解列するのにまかせ
る。ステップｓ１３の復帰後、またはステップｓ１４の
解列の復帰後、ステップｓ２に戻り、商用電源３５と自
家発電設備２１との並列運転を再開する。

【００１９】図２の動作で、最低受電設定値ＲＰｍｉｎ
は、たとえば発電機定格出力の１０％程度が好ましい。
また高速制御開始設定時間Ｔｒは、電力逆潮流の許容時
間が２秒程度であるので、その１０％程度の０．２秒が
好ましい。さらに、高速制御で削減させる自家発電機２
２の発電量ＧＰは、たとえば発電機定格出力の２０％と
する。高速制御は、エンジン２３側に機械的負担のかか
る制御方式であり、必要以上に繰返すことはエンジン２
３の耐久性上、問題となる。したがって、頻繁な高速制
御を防止するため、受電電力の瞬時のみの減少による高
速制御移行を防止するため、高速制御開始設定時間Ｔα
を設定する。高速制御開始設定時間Ｔαや削減する発電
量ＧＰは、設定値を変更可能とし、エンジン２３の耐久
性を向上した上で設定することが好ましい。

【００２０】高速制御によって受電電力が回復し、最小
受電設定電力ＲＰｍｉｎ以上となるときには、エンジン
２３の高速制御を中止する。ただし急激な速度制御への
復帰は、発電機制御のハンチングを発生させる危険性が
あるため、高速制御用演算器２７の出力と従来の速度制
御用の速度制御用演算器２６からの出力とが同値となっ
た時点をもって速度制御へ復帰する。

【００２１】表１は、自家発電機２２の定格出力を５０
０ｋＷとし、受電電力を２００ｋＷとし、逆流許容時間
が２ｓ（秒）程度のときの、各パラメータとして設定す
る基準の例を示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】図１の実施の形態のような自家発電設備２
１では、自家発電機２２と商用電源３５とが並列してい
る電力系統下で、工場負荷２０に電力を供給している。
発電設備２１で自家発電機２２のエンジンガバナ２４の
速度制御を使用して、発電出力一定制御または受電電力
一定制御が行われる。この状態で、工場・ビル等の受電
電力負荷が急減し、一定値以下になることがある。その
とき、一定値以下となる時間をカウントし、その時間が
予め設定された時間以内である場合は速度制御を継続す
る。しかしながら、その時間が予め設定された時間以上
継続する場合には、エンジン２３のエンジンガバナ２４
による燃料供給量を制限する高速制御を行う。高速制御
では、通常の速度制御信号をキャンセルしてエンジンガ
バナ２４を制御することになる。高速制御での燃料供給
量の制限値は、予めエンジン２３の性能や耐久性等から
設定する。このような高速制御によって、商用電源３５
側に生じる電力逆潮流を即座に防止することができる。
受電電力が一定値以上に回復した場合は、エンジン２３
の速度制御出力と高速制御出力とが同時にあった時点を
もって速度制御に移行し、自家発電の並列運転を継続す
る。

【００２４】なお、自家発電機２２を複数基並列運転さ
せるときも、同様に全部または一部の自家発電機につい
て高速制御を行うことができる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、速度制御
手段によるエンジンガバナの制御に加えて高速制御手段
による受電電力経過時の制御が行われるので、自家用発
電設備が商用電源と並列運転している電力系統下におい
て、受電電力の急激な減少によって商用電源側に生じる
電力逆潮流を即座に防止することができる。その結果、
電力逆潮流による受電電力側の遮断機や自家発電設備側
の遮断機の解列頻度を大幅に減少させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の自家発電設備の概略的
な電気的構成を示すブロック図である。

【図２】図１のガバナコントローラ２５の動作を示すフ
ローチャートである。

【図３】図１の実施形態の自家発電設備２１の主要部の
動作の例を示すタイムチャートである。

【図４】従来からの自家発電設備１の概略的な電気的構
成を示すブロック図である。

【符号の説明】

２０ 工場負荷 ２１ 自家発電設備 ２２ 自家発電機 ２３ エンジン ２４ エンジンガバナ ２５ ガバナコントローラ ２６ 速度制御用演算器 ２７ 高速制御用演算器 ３０ 受電電力用電力変換器 ３１ 発電電力用電力変換器 ３２ シーケンサ ３５ 商用電源 ３６，３７ 遮断機

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力系統下で商用電源と並列運転する自
   家発電設備の電力逆潮流防止装置において、 自家発電設備の発電機駆動用エンジンへの燃料供給量を
   速度に応じて調整するエンジンガバナと、 負荷変動の予測値に従って、発電機駆動用エンジンの速
   度を調整するように、エンジンガバナの燃料供給量を制
   御する速度制御手段と、 商用電源から受電する電力を検出する受電電力検出手段
   と、 受電電力検出手段からの出力に応答し、予め設定される
   最低受電値に対する受電電力の低下状態が受電電力減少
   時間についての予め定める条件を満たすように継続する
   とき、速度制御手段によるエンジンガバナへの制御を停
   止させ、予め設定される受電電力量の削減に対応する燃
   料供給量となるように、エンジンガバナを逆潮流の許容
   時間内で制御し、受電電力が予め定める回復条件を満た
   すとき、速度制御手段によるエンジンガバナへの制御を
   回復させる高速制御手段とを含むことを特徴とする自家
   発電設備の電力逆潮流防止装置。