JPH11332109A - 自家発電装置の制御装置 - Google Patents

自家発電装置の制御装置

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JPH11332109A
JPH11332109A JP10125827A JP12582798A JPH11332109A JP H11332109 A JPH11332109 A JP H11332109A JP 10125827 A JP10125827 A JP 10125827A JP 12582798 A JP12582798 A JP 12582798A JP H11332109 A JPH11332109 A JP H11332109A
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健 谷口
Masafumi Kokenawa
雅文 苔縄
Sotosuke Matsumoto
外左 松本
Takao Ogata
隆雄 緒方
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Tokyo Gas Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】発電電力の制御を高速化し、商用電力系統から
の受電電力を低減できる自家発電装置の制御装置を提供
すること。 【解決手段】発電機を商用電力系統と連系して構内負荷
に電力を供給する自家発電装置の制御装置において、商
用電力系統から受電する受電電力と受電電力の目標値か
ら発電機の発電電力の目標値を演算し、その出力信号の
上下限を上下限リミッタで制限し、受電電力が逆送防止
レベルより下がった時に逆送防止指令を出すとともに、
電力指令値を下げるための補正信号を設定し、発電電力
の目標値に補正信号を加算し、また発電電力の目標値と
発電電力の検出値の誤差をPI制御器で増幅し、その出
力をガバナへの回転数指令信号に換算する回転数指令換
算器を設けているので、ガバナへの回転数指令を高速に
変化させることができ、速かに受電電力を設定値まで回
復させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、構内負荷に給電し
ながら商用電力系統と連系して運転される自家発電装置
の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】構内負荷に給電しながら商用電力系統と
連系して運転される自家発電装置の制御装置として図1
1に示す自家発電装置がある。図11において、1商用
電源、2は発電機、3はエンジン、4はエンジンの回転
数を制御するガバナ、6は構内負荷、7は発電電力検出
器、8は受電電力検出器、9,10は電流検出器、1
1,12は電圧検出用トランス、13は受電遮断器、1
4は発電機遮断器、15は負荷遮断器、16はガバナ制
御装置、17は回転数設定器である。
【0003】発電機2は原動機3により駆動され電力を
発生する。その発電電力は発電機遮断器14,負荷遮断
器15を介して構内負荷6で消費される。この消費電力
が発電機2の発電電力で不足する分は連系している商用
電力系統の商用電源1から受電遮断器13を介して供給
される。
【0004】ところで、自家発電装置は特殊な保護継電
器を設置する場合を除いて、一般的には商用電源に電力
を逆潮流させることはできない。必ず商用電源からの受
電電力が零以上の値でなければならない。そのため、構
内負荷6の消費電力が少ない場合は発電機2の電力を絞
り、逆潮流が発生しないようにしている。
【0005】図12は上記のガバナ制御装置の構成図で
ある。図において、受電電力設定器30は受電電力の目
標値を出力する。加算器31は受電電力検出値と発電電
力検出値を加算し、負荷電力の値を出力する。減算器3
2は前記負荷電力から発電電力目標値を減算し、発電機
2の発電電力の目標値を出力する。上下限リミッタ49
は前記発電電力の目標値が、発電機が出力可能な電力の
範囲に収まるようにリミットする。減算器33は前記発
電電力目標値から発電電力検出値を減算し、発電電力制
御偏差△Pを出力する。パルス制御器34は△Pを入力
し、△P>0なら回転数増スイッチ35に操作パルスを
与えることで、発電電力を増加させる。△P<0なら回
転数減スイッチ36に操作パルスを与えることで、発電
電力を減少させる。
【0006】また、発電機2の電力を制御しているのは
ガバナ4である。ガバナ4は原動機3の回転数を制御す
るが,原動機の出力、すなわち発電電力に応じて原動機
3の回転数を垂下させるドループ特性を有する。そのた
めガバナ4への回転数基準値が発電電力の指令値とな
る。ガバナ4の回転数基準値は回転数設定器17で決め
られる。回転数基準値を変化させるには、回転数設定器
17へ回転数増スイッチ35または回転数減スイッチ3
6によりスイッチON期間に応じた幅の操作パルスを与
えて行う。回転数基準値は操作パルスの時間的長さに応
じた量だけ変化する。
【0007】発電電力は回転数基準値の変化に比例して
変化する。通常は操作パルスを間欠的に与える。その様
子を図13の実線で示す。発電電力を早く変化させよう
とする場合は図13の破線のように連続したパルスとす
る。このように発電電力を操作し、負荷電力が減少した
場合は発電電力も減少させて受電電力を零以上に保って
いる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の自家
発電装置において、構内負荷の一部が運転を停止し、急
激に負荷電力が減少した場合、逆潮流が発生しやすいと
いう問題があった。それは負荷電力が急激に減少した場
合でも、発電機2の発電電力は急に変化できないので、
負荷電力が発電電力より小さくなれば、その瞬間に逆潮
流が生じる。負荷電力の変化が穏やかな場合は図13に
示すような操作で発電電力を絞ることで対応できるが、
急な変化には対応できない。図13の破線のように連続
パルスで発電電力を絞っても,発電電力が負荷電力に追
従するまでの時間だけは逆潮流が継続する。
【0009】需要家の受電点では、逆潮流が所定の時間
以上継続すると、受電遮断器13をトリップして受電を
停止させる逆電力継電器が設置されている。この受電遮
断器13のトリップは構内全停電事故にまで波及する可
能性があり許されない。従来はその防止法として予測さ
れる負荷変化量を算出し、負荷が急変しても逆電力継電
器の動作時限以内に受電電力が零以上に回復するよう、
あらかじめ所定の値の受電電力を確保して運転が行われ
ていた。
【0010】自家発電装置を設置する目的は、商用電源
からの電力を安価な発電電力で代替して電力コストを削
減することであり、運転中の受電電力はできるだけ零に
近い方が電力コストは安くなる。しかしながら、前記の
ように常に所定の受電電力を確保して運転するので、自
家発電装置の経済性を悪化させる問題があった。
【0011】本発明(請求項1乃至請求項6対応)は、
上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は発電電力
の制御を高速化し、商用電力系統からの受電電力を低減
できる自家発電装置の制御装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の請求項1は、発電機と、前記発電機を駆動す
る原動機と、前記原動機の回転数を制御するガバナと、
前記原動機の回転数基準値を設定する基準設定器とを備
え、前記発電機を商用電力系統と連系して構内負荷に電
力を供給する自家発電装置の制御装置において、前記商
用電力系統から受電する受電電力を検出する受電電力検
出器と、前記発電機の発電電力を検出する発電電力検出
器と、受電電力と受電電力の目標値から発電電力の目標
値を演算する加減算器と、前記加減算器の出力信号の上
下限をリミットする上下限リミッタと、逆送防止レベル
を設定する逆送防止レベル設定器と、受電電力が逆送防
止レベルより下がった時に逆送防止指令を出力すると比
較器と、逆送防止時に電力指令値を下げるための補正信
号を設定する補正信号設定器と、前記発電電力の目標値
に補正信号を加算する加算器と、前記発電電力の目標値
と前記発電電力の検出値の誤差を増幅するPI制御器
と、前記PI制御器の出力を前記ガバナへの回転数指令
信号に換算する回転数指令換算器とから構成されている
ことを特徴とする。
【0013】本発明の請求項2は、発電機と、前記発電
機を駆動する原動機と、前記原動機の回転数を制御する
ガバナと、前記原動機の回転数基準値を設定する基準設
定器とを備え、前記発電機を商用電力系統と連系して構
内負荷に電力を供給する自家発電装置の制御装置におい
て、前記商用電力系統から受電する受電電力を検出する
受電電力検出器と、前記発電機の発電電力を検出する発
電電力検出器と、受電電力と受電電力の目標値から発電
電力の目標値を演算する加減算器と、前記加減算器の出
力信号の上下限をリミットする上下限リミッタと、逆送
防止レベルを設定する逆送防止レベル設定器と、受電電
力が逆送防止レベルより下がった時に逆送防止指令を出
力すると比較器と、逆送防止時に電力指令値を下げるた
めの補正信号を設定する補正信号設定器と、前記発電電
力の目標値と前記発電電力の検出値の誤差を増幅するP
I制御器と、前記PI制御器の出力に前記補正信号を加
算する加算器と、前記加算器の出力信号を前記ガバナへ
の回転数指令信号に換算する回転数指令換算器とから構
成されていることを特徴とする。
【0014】本発明の請求項3は、請求項1記載の自家
発電装置の制御装置において、第1の逆送防止レベルを
設定する第1逆送防止レベル設定器と、第2の逆送防止
レベルを設定する第2逆送防止レベル設定器と、第1逆
送防止レベルと第2逆送防止レベルを切り替えるスイッ
チと、受電電力の検出値を微分する微分器と、前記微分
器の出力値の正負を判定して前記スイッチを切り替える
信号を出力する比較器とを有することを特徴とする。
【0015】本発明の請求項4は、請求項2記載の自家
発電装置の制御装置において、第1の逆送防止レベルを
設定する第1逆送防止レベル設定器と、第2の逆送防止
レベルを設定する第2逆送防止レベル設定器と、第1逆
送防止レベルと第2逆送防止レベルを切り替えるスイッ
チと、受電電力の検出値を微分する微分器と、前記微分
器の出力値の正負を判定して前記スイッチを切り替える
信号を出力する比較器とを有することを特徴とする。
【0016】本発明の請求項5は、請求項1乃至請求項
4記載の自家発電装置の制御装置において、前記回転数
指令信号の変化レートを制限するレート制限器を有する
ことを特徴とする。
【0017】本発明の請求項6は、請求項1乃至請求項
5記載の自家発電装置の制御装置において、前記制御装
置構成要素の少なくとも一部を、マイクロコンピュータ
のソフトウェアにより実現することを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図1は本発明の第1実施例(請求項
1対応)である自家発電装置の回路構成図である。
【0019】本実施例が図11の従来の自家発電装置の
制御装置と異なる構成は、ガバナ制御装置16と回転数
設定器17の代りにガバナに回転数指令を出力するガバ
ナ制御装置5を設けた点であり、その他の構成は同一で
あるので、同一構成要素には同一符号を付してその説明
は省略する。
【0020】図2は本実施例で用いるガバナ制御装置5
の構成図であり、受電電力設定器30、加算器31、減
算器32,33、上下限リミッタ49は従来のガバナ制
御装置16と同一であり、また発電電力制御偏差△Pの
演算も従来と同一であるので、その説明は省略する。
【0021】図2において、37は制御偏差△Pを増幅
するPI制御器であり、39は前記PI制御器37の出
力をガバナ4への回転数指令信号に換算する回転数指令
換算器である。逆送防止レベル設定器43は逆送防止レ
ベルを設定し、比較器45は逆送防止レベル設定器43
の設定値と受電電力値を比較する。受電電力値が前記逆
送防止レベルより小さい場合は、スイッチ42により切
り替えて加算器41により上下限リミッタ49の出力信
号に補正信号設定器44の出力を加算する。
【0022】また、PI制御器37は、図3に示すよう
に比例増幅器60,61と積分器62と加算器63から
構成されている。PI制御器37の出力信号は下記式で
表される。 KP ×△P+Ki ×∫△Pdt
【0023】本実施例の作用を図1乃至図4を参照して
説明する。まず、受電電力が受電電力目標値(受電電力
設定器30の出力)に一致しているときに、構内負荷6
の負荷電力がゆっくり減少する場合を考える。受電電力
目標値は一定値であり、発電電力は変化しないため、受
電電力が減って△Pが負となる。PI制御器37は受電
電力が目標値に一致するまで△Pを増幅し続け、発電電
力を減少させる。受電電力の回復後PI制御器37はそ
の出力値を維持するので、受電電力は目標値に制御・維
持される。
【0024】次に、構内負荷6の消費電力が急に減少す
る場合を考える。PI制御器37の動作のみでは応答に
限界がある。受電電力目標値は一定値で発電電力は急に
変化しないため受電電力が急激に減少する(図4a実
線)。比較器45は受電電力と逆送防止レベル設定器4
3の設定値(図4a破線)を比較する。受電電力の方が
小さくなると、比較器45が逆送防止指令を出力し、ス
イッチ42がオンとなるので、図4b実線のような補正
信号を出力する。この補正信号は加算器41によって発
電電力目標値に加算される。補正信号を加算した後の発
電電力目標値は図4c破線のようになる。この目標値に
対してPI制御を行った結果、発電電力の実際値は図4
c実線のようになる。従来の制御(図13の破線)に比
べて発電電力を絞る動作をより高速に行うことができ
る。
【0025】図5は本発明の第2実施例(請求項2対
応)の自家発電装置のガバナ制御装置の構成図である。
本実施例が図2の第1実施例と異なる構成は、第1実施
例では補正信号を発電電力目標値に加算しているのに対
して、本実施例では補正信号をPI制御器の出力信号に
加算するようにした点であり、その他の構成は同一であ
るので、同一構成要素には同一符号を付してその説明は
省略する。
【0026】本実施例の作用を図5及び図6の波形図を
参照して説明する。本実施例では構内負荷6の消費電力
が急に減少して受電電力が逆送防止レベルより小さくな
ると、図6b実線のような補正信号を出力する。この補
正信号は加算器41によってPI制御器37の出力信号
に加算される。補正後のPI制御器出力は、図6cのよ
うになる。発電電力の実際値は図6dの実線のような波
形となり、従来の制御(図13の破線)と比べてより高
速に制御されるようになっている。
【0027】図7は本発明の第3実施例(請求項3対
応)の自家発電装置のガバナ制御装置の構成図である。
本実施例が図2の第1実施例と異なる構成は、逆送防止
レベル設定器43の代わりに第1逆送防止レベル設定器
43Aと第2逆送防止レベル設定器43Bを備え、微分
器46と比較器47とスイッチ48を追加し、両逆送防
止レベル設定器を切り替えて使用した点であり、その他
の構成は同一であるので、同一構成要素には同一符号を
付してその説明は省略する。
【0028】本実施例の作用を図7及び図8の波形図を
参照して説明する。第1実施例では、受電電力検出器に
よって検出された受電電力が逆送防止レベルより下がる
と、逆送防止指令を出力する。このとき、実際の受電電
力が逆送防止レベルより下がってから逆送防止指令がで
るまでに時間的遅れが生ずる。すなわち、受電電力の検
出に時間的遅れが生ずる場合がある。その場合は補正信
号が図8b実線のようになる。補正後の発電電力目標値
は、図8b破線の発電電力目標値に図8b実線の補正信
号を加算して図8c破線のようになる。発電電力の実際
値は図8cのように目標値に対してアンダーシュートす
る波形となる。
【0029】本実施例では第1逆送防止レベル設定器4
3Aと第2逆送防止レベル設定器43Bを設けている。
ここで、第2逆送防止レベルは第1逆送防止レベルより
大きい値に設定されている。また、微分器46は受電電
力を微分する。受電電力の微分値が負、つまり受電電力
が減少中なら第1逆送防止レベルを比較器45に入力す
る。受電電力微分値が正、つまり受電電力が増加中なら
第2逆送防止レベルを比較器45に入力する。比較器4
5に入力される逆送防止レベルは、図8d破線のように
なる。
【0030】このことにより、逆送防止指令を早く解除
するので、減算器41に入力される補正信号は図8eの
実線のようになり、補正後の発電電力目標値は図8fの
破線のようになるので、発電電力の実際は図8fの実線
のようになる。このように逆送防止レベルを切り替える
ことによって、図8c実線のようなアンダーシュートを
抑制するので、発電電力の制御性能が向上する。
【0031】図9は本発明の第4実施例(請求項4対
応)の自家発電装置のガバナ制御装置の構成図である。
本実施例が図7の第3実施例と異なる構成は、第3実施
例では補正信号を発電電力目標値に加算するのに対し
て、本実施例では補正信号をPI制御器の出力信号に加
算するようにした点であり、その他の構成は同一である
ので、同一構成要素には同一符号を付してその説明は省
略する。本実施例は第3実施例と同様に逆送防止レベル
を切り替えることによって、アンダーシュートを抑制で
き、発電電力の制御性能を向上させるものである。
【0032】図10は本発明の第5実施例(請求項5対
応)の自家発電装置のガバナ制御装置の構成図である。
本実施例が図2の第1実施例と異なる構成は、回転数指
令換算器39からガバナ4へ出力する回転数指令信号
を、レート制限器40を介して入力するようにした点で
ある。その他の構成は同一であるので、同一構成要素に
は同一符号を付してその説明は省略する。
【0033】エンジンの特性によれば、エンジンへの回
転数指令値を急激に変化させることは、燃料量の急速な
変化となり、吸入空気量とのバランスが崩れ、不完全燃
焼や着火ミスなどが発生する場合がある。このため本実
施例ではレート制限器40を設けて回転数指令値の変化
レートを制限するように構成している。その他の作用は
第1実施例と同様であるので、その説明は省略する。
【0034】以上説明した各実施例では構成要素中の各
々のブロックを独立したハードウェアとして説明した
が、本発明(請求項6対応)はこれに限るものではなく
制御装置の一部または全部をマイクロコンピュータのソ
フトウェアにより実現することも可能である。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明(請求項1
乃至請求項6対応)によると、構内負荷に給電しながら
商用電力系統と連系して運転される自家発電装置におい
て、構内負荷の急激な変動により受電電力が減少した場
合でも、ガバナへの回転数指令を高速に変化させること
により、高速に電力を制御し、すみやかに受電電力を設
定値まで回復させることができる。さらに受電電力が逆
送防止レベルより下がったときに補正信号を加えること
により、より高速に電力を制御し、受電電力を回復させ
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例の自家発電装置の構成図。
【図2】図1のガバナ制御装置の構成図。
【図3】図1のPI制御器の構成図。
【図4】図1の効果を示す波形図。
【図5】本発明の第2実施例の自家発電装置のガバナ制
御装置の構成図。
【図6】図5の効果を示す波形図。
【図7】本発明の第3実施例の自家発電装置のガバナ制
御装置の構成図。
【図8】図7の効果を示す波形図。
【図9】本発明の第4実施例の自家発電装置のガバナ制
御装置の構成図。
【図10】本発明の第5実施例の自家発電装置のガバナ
制御装置の構成図。
【図11】従来の自家発電装置の構成図。
【図12】図11のガバナ制御装置の構成図。
【図13】従来の自家発電装置の発電電力の特性図。
【符号の説明】
1…商用電源、2…発電機、3…原動機、4…ガバナ、
5…ガバナ制御装置、6…構内負荷、7…発電電力検出
器、8…受電電力検出器、9,10…電流検出CT、1
1,12…電圧検出トランス、13…受電遮断器、14
…発電機遮断器、15…負荷遮断器、16…ガバナ制御
装置、17…回転数設定器、30…受電電力設定器、3
1,41…加算器、32,33…減算器、34…パルス
制御器、35…回転数増スイッチ、36…回転数減スイ
ッチ、37…PI制御器、39…回転数指令換算器、4
0…レート制限器、41…加算器、42,48…スイッ
チ、43…逆送防止レベル設定器、43A…第1逆送防
止レベル設定器、43B…第2逆送防止レベル設定器、
44…補正信号設定器、45,47…比較器、46…微
分器、49…上下限リミッタ、60,61…比例増幅
器、62…積分器、63…加算器。
フロントページの続き (72)発明者 松本 外左 東京都港区海岸1丁目5番20号 東京瓦斯 株式会社内 (72)発明者 緒方 隆雄 東京都港区海岸1丁目5番20号 東京瓦斯 株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発電機と、前記発電機を駆動する原動機
    と、前記原動機の回転数を制御するガバナと、前記原動
    機の回転数基準値を設定する基準設定器とを備え、前記
    発電機を商用電力系統と連系して構内負荷に電力を供給
    する自家発電装置の制御装置において、前記商用電力系
    統から受電する受電電力を検出する受電電力検出器と、
    前記発電機の発電電力を検出する発電電力検出器と、受
    電電力と受電電力の目標値から発電電力の目標値を演算
    する加減算器と、前記加減算器の出力信号の上下限をリ
    ミットする上下限リミッタと、逆送防止レベルを設定す
    る逆送防止レベル設定器と、受電電力が逆送防止レベル
    より下がった時に逆送防止指令を出力すると比較器と、
    逆送防止時に電力指令値を下げるための補正信号を設定
    する補正信号設定器と、前記発電電力の目標値に補正信
    号を加算する加算器と、前記発電電力の目標値と前記発
    電電力の検出値の誤差を増幅するPI制御器と、前記P
    I制御器の出力を前記ガバナへの回転数指令信号に換算
    する回転数指令換算器とから構成されていることを特徴
    とする自家発電装置の制御装置。
  2. 【請求項2】 発電機と、前記発電機を駆動する原動機
    と、前記原動機の回転数を制御するガバナと、前記原動
    機の回転数基準値を設定する基準設定器とを備え、前記
    発電機を商用電力系統と連系して構内負荷に電力を供給
    する自家発電装置の制御装置において、前記商用電力系
    統から受電する受電電力を検出する受電電力検出器と、
    前記発電機の発電電力を検出する発電電力検出器と、受
    電電力と受電電力の目標値から発電電力の目標値を演算
    する加減算器と、前記加減算器の出力信号の上下限をリ
    ミットする上下限リミッタと、逆送防止レベルを設定す
    る逆送防止レベル設定器と、受電電力が逆送防止レベル
    より下がった時に逆送防止指令を出力すると比較器と、
    逆送防止時に電力指令値を下げるための補正信号を設定
    する補正信号設定器と、前記発電電力の目標値と前記発
    電電力の検出値の誤差を増幅するPI制御器と、前記P
    I制御器の出力に前記補正信号を加算する加算器と、前
    記加算器の出力信号を前記ガバナへの回転数指令信号に
    換算する回転数指令換算器とから構成されていることを
    特徴とする自家発電装置の制御装置。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の自家発電装置の制御装置
    において、第1の逆送防止レベルを設定する第1逆送防
    止レベル設定器と、第2の逆送防止レベルを設定する第
    2逆送防止レベル設定器と、第1逆送防止レベルと第2
    逆送防止レベルを切り替えるスイッチと、受電電力の検
    出値を微分する微分器と、前記微分器の出力値の正負を
    判定して前記スイッチを切り替える信号を出力する比較
    器とを有することを特徴とする自家発電装置の制御装
    置。
  4. 【請求項4】 請求項2記載の自家発電装置の制御装置
    において、第1の逆送防止レベルを設定する第1逆送防
    止レベル設定器と、第2の逆送防止レベルを設定する第
    2逆送防止レベル設定器と、第1逆送防止レベルと第2
    逆送防止レベルを切り替えるスイッチと、受電電力の検
    出値を微分する微分器と、前記微分器の出力値の正負を
    判定して前記スイッチを切り替える信号を出力する比較
    器とを有することを特徴とする自家発電装置の制御装
    置。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至請求項4記載の自家発電装
    置の制御装置において、前記回転数指令信号の変化レー
    トを制限するレート制限器を有することを特徴とする自
    家発電装置の制御装置。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至請求項5記載の自家発電装
    置の制御装置において、前記制御装置構成要素の少なく
    とも一部を、マイクロコンピュータのソフトウェアによ
    り実現することを特徴とする自家発電装置の制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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