WO2023084603A1 - 発電システム、制御装置、制御方法、およびプログラム - Google Patents

発電システム、制御装置、制御方法、およびプログラム Download PDF

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load
power consumption
generator
control
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仁哉 稻月
純一 富永
郁郎 西田
博之 古瀬
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Ｊｆｅエンジニアリング株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a power generation system, control device, control method, and program.
  • FIG. 1 Facilities with power loads such as electrical equipment may be equipped with a power generation system that generates power by connecting to the commercial power system and supplies the generated power to the power loads.
  • a power generation system an internal combustion engine that drives a generator in a state where the generator is disconnected from the commercial power system or the normal power supply during a power failure when power reception from the commercial power system or the normal power supply is stopped.
  • the engine is started and the generator is in self-sustained operation, and the generated voltage of the generator is established and stable power generation is possible, part or all of the power load to be supplied during a power failure is specified.
  • a technique is disclosed for injecting a load into a generator.
  • Patent Documents 2 and 3 disclose a technique of providing a simulated load that consumes the power generated by a generator separately from the power load, and increasing or decreasing the power consumption of the simulated load based on the power consumption of the power load. ing.
  • the power consumption of the simulated load is increased or decreased based on the power consumption of the power load, it takes time to respond to the increase or decrease of the power consumption of the simulated load in response to the change in the power consumption of the power load.
  • phenomena such as fluctuations in the surplus or shortage of the power generated by the generator may occur, and the generated power may not be stable. It is known that this phenomenon appears conspicuously when the generator is operated so that the output of the internal combustion engine, which is the driving source of the generator, reaches the rated output.
  • Patent Document 4 has been proposed.
  • the technology described in this patent document 4 is required after the stop of receiving power from the commercial power system or the normal power supply, that is, after the power failure, the establishment of the generated voltage of the generator and the application of the power load can be stably performed in a short time. can be executed.
  • the power generation facility does not operate during normal operation, that is, during normal operation.
  • the system shifts to self-sustained operation in which only the auxiliary equipment of the power generation equipment is used, and by using a simulated load, the power generation equipment that generates power by driving the internal combustion engine can be operated in the event of a power outage.
  • the present invention has been made in view of the above, and its object is to provide a power generation system and a control device that can continue supplying power to power loads without stopping even when the system power is in a power failure state. , a control method, and a program.
  • a power generation system includes a generator that controls generated power by driving an internal combustion engine equipped with a speed governor, and an external commercial power system.
  • a power load configured to be able to supply external power and the power generated by the generator, a simulated load that consumes the power generated by the generator together with the power load, and a control capable of controlling the power consumption of the simulated load and the control unit controls the commercial power as power increase/decrease control that can change the power consumption of the simulated load to an arbitrary power value while the generator is continuously driven to generate power.
  • control Before acquiring a power failure signal indicating the detection or prediction of power failure of the system, control is performed to set the power consumption of the simulated load to a predetermined power consumption, and when the power failure signal is acquired, the power consumption of the simulated load is reduced. Control is performed to change the predetermined power consumption to another power consumption.
  • the power load when the power failure signal is acquired, the power load is changed to at least one of a preset important general load and a disaster prevention load. switch to
  • the control unit when the power failure signal is acquired, the control unit outputs power corresponding to the difference between the power consumption of the power load with respect to the power generated by the generator.
  • the power consumption of the simulated load is controlled so that the simulated load consumes power.
  • the predetermined power consumption of the simulated load is 0 kW or more and less than the rated output of the generator.
  • a control device can supply power generated by a generator controlled by driving an internal combustion engine including a speed governor, and external power from an external commercial power system and the power generated by the generator.
  • power consumption of a simulated load different from the power load configured to be able to change the power consumption and consume the power generated by the generator together with the power load when supplying to the power load configured as
  • a control device comprising a control unit, wherein the control unit performs power increase/decrease control capable of changing the power consumption of the simulated load to an arbitrary power value while the generator continues to generate power.
  • control before obtaining a power failure signal indicating detection or prediction of a power failure in the commercial power system, control is performed to set the power consumption of the simulated load to a predetermined power consumption, and when the power failure signal is obtained, the simulated load power consumption is changed from the predetermined power consumption to another power consumption.
  • a control method can supply power generated by a generator controlled by driving an internal combustion engine including a speed governor, and can supply external power and the power generated by the generator from an external commercial power system.
  • power consumption of a simulated load different from the power load configured to be able to change the power consumption and consume the power generated by the generator together with the power load when supplying to the power load configured as
  • control Before acquiring a power failure signal indicating the detection or prediction of power failure of the system, control is performed to set the power consumption of the simulated load to a predetermined power consumption, and when the power failure signal is acquired, the power consumption of the simulated load is reduced. Control is performed to change the predetermined power consumption to another power consumption.
  • a program enables power generated by a generator controlled by driving an internal combustion engine including a speed governor to be supplied with external power and the generated power of the generator from an external commercial power system.
  • a control capable of controlling the power consumption of a simulated load different from the power load configured to change the power consumption when supplying the configured power load and consuming the generated power of the generator together with the power load.
  • a power increase/decrease control capable of changing the power consumption of the simulated load to an arbitrary power value while the generator continues to generate power, detecting or predicting a power outage in the commercial power system.
  • control is performed to set the power consumption of the simulated load to a predetermined power consumption, and when the power failure signal is acquired, the power consumption of the simulated load is changed from the predetermined power consumption to another Execute control to change the power consumption.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a power generation system according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a power generation system control device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a flow chart for explaining a control method by a power generation system control device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a graph showing an example of control by a conventional control device for explaining problems of the conventional technology.
  • FIG. 5 is a graph showing an example of control by the control device of the power generation system according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph showing another example of control by the power generation system control device according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a power generation system according to this embodiment.
  • a power generation system 1 includes a controller 10, an engine generator 20, a simulated load 30 adjusted by a simulated load power consumption regulator 31, a commercial power system 40, and an electric load 50. Prepare.
  • the output side of the engine generator 20 is provided with a generated power measuring section 61 capable of measuring the output power.
  • An input side of the power load 50 is provided with a power load power consumption measurement unit 62 capable of measuring the power supplied.
  • a simulated load power consumption measurement unit 63 capable of measuring the supplied power is provided. Note that the simulated load power consumption measuring unit 63 may be provided on the input side of the simulated load 30 .
  • a power failure detection unit 64 is provided to detect the stoppage of power supply from the commercial power system 40, that is, a power failure.
  • a cutoff unit 65 for cutting off the supply of power from the commercial power system 40 to the power load 50 is provided after the power failure detection unit 64 . Note that the cutoff unit 65 may be provided before the power failure detection unit 64 .
  • a cutoff unit 66 for cutting off the supply of electric power from the commercial power system 40 or the engine generator 20 to the electric load 50 is provided upstream of the electric load power consumption measurement unit 62 . Note that the cutoff unit 66 may be provided at a stage subsequent to the power load power consumption measurement unit 62 .
  • the engine generator 20 as a generator has an internal combustion engine 21, a generator 22, and an auxiliary machine 23.
  • the engine generator 20 is configured to be capable of generating power by generating rotational motion with an engine as an internal combustion engine using fuel to rotate a rotor of the generator.
  • the internal combustion engine 21 is not limited to an internal combustion engine such as an engine as long as the generator 22 can generate power.
  • the simulated load 30 is composed of, for example, a load resistor that consumes a predetermined amount of power.
  • the simulated load 30 consumes at least a portion of the power generated by the engine generator 20, thereby suppressing fluctuations in the power generated by the engine generator 20 and stabilizing the load. provided independently.
  • the simulated load 30 is similar to the power load 50 in that it is a load that consumes the power generated by the engine generator 20 .
  • the simulated load 30 is configured such that the size of the load can be adjusted by the simulated load power consumption adjuster 31 .
  • the simulated load power consumption adjuster 31 is a device that adjusts the power consumed by the simulated load based on the adjustment signal input from the control device 10 .
  • the adjustment signal includes information for controlling an increase or decrease in power consumption of the simulated load 30 .
  • the commercial power system 40 is, for example, a power system from a power company. In this specification, the commercial power system 40 is referred to as including the regular power supply.
  • the electric power load 50 is a load to which electric power necessary for operating the facility is supplied, and is specifically a load such as a pump or a motor. Note that the power load 50 is not limited to, for example, a pump or a motor, and conventionally known various loads can be used.
  • the generated power measurement unit 61 is a wattmeter that is connected to the power supply line connected to the engine generator 20 and outputs the measured value of the generated power output by the engine generator 20 to the control device 10 .
  • the power load power consumption measurement unit 62 is a power meter that is connected to a power supply line connected to the power load 50 and outputs a measured value of power consumption consumed by the power load 50 to the control device 10 .
  • the simulated load power consumption measurement unit 63 is connected to the power supply line connected to the simulated load 30 or the simulated load power consumption regulator 31, and outputs the measured value of the power consumption consumed by the simulated load 30 to the control device 10. is the total.
  • Power failure detection unit 64 also has a detector that is connected to a power supply line connected to commercial power system 40 and that can detect a state that predicts a system power stop or power failure from commercial power system 40 .
  • the control device 10 acquires measured values of the power generated by the engine generator 20, the power consumption of the power load 50, and the power consumption of the simulated load 30, and adjusts the power consumption of the simulated load 30 by the simulated load power consumption adjuster 31. It is configured so that increase and decrease can be controlled. Furthermore, the control device 10 acquires a detection signal of a power failure state of the commercial power system 40 and controls the simulated load power consumption regulator 31 .
  • FIG. 2 is a block diagram showing the control device 10 of the power generation system 1 according to this embodiment.
  • the control device 10 includes a determination control section 11, an addition section 12, a difference calculation section 13, a control sensitivity calculation section 14, a control output calculation section 15, a simulated load setting section 16, a setting switching section 17, a control An amount selection unit 18 and a storage unit 19 are provided. Measured values and signals are input to the control device 10 from the generated power measurement unit 61 , the power load power consumption measurement unit 62 , the simulated load power consumption measurement unit 63 , and the power failure detection unit 64 .
  • the power failure detection unit 64 includes at least one of a power failure prediction unit 64a, an underfrequency relay unit 64b, and an undervoltage relay unit 64c.
  • the power failure detection unit 64 is described as having the power failure prediction unit 64a, the underfrequency relay unit 64b, and the undervoltage relay unit 64c, but it is limited to a form in which all of them are provided. not a thing
  • the control device 10 outputs a control signal to the simulated load power consumption regulator 31 .
  • the control device 10 specifically has hardware such as CPU (Central Processing Unit), DSP (Digital Signal Processor), FPGA (Field-Programmable Gate Array) processors, RAM (Random Access Memory) and ROM ( Read Only Memory), etc. (neither is shown).
  • CPU Central Processing Unit
  • DSP Digital Signal Processor
  • FPGA Field-Programmable Gate Array
  • RAM Random Access Memory
  • ROM Read Only Memory
  • the storage unit 19 is composed of a storage medium selected from volatile memory such as RAM, nonvolatile memory such as ROM, EPROM (Erasable Programmable ROM), hard disk drive (HDD, Hard Disk Drive), and removable media.
  • volatile memory such as RAM
  • nonvolatile memory such as ROM, EPROM (Erasable Programmable ROM), hard disk drive (HDD, Hard Disk Drive), and removable media.
  • Removable media are, for example, USB (Universal Serial Bus) memory, or disc recording media such as CD (Compact Disc), DVD (Digital Versatile Disc), or BD (Blu-ray (registered trademark) Disc).
  • the storage unit 19 may be configured using a computer-readable recording medium such as a memory card that can be attached from the outside.
  • the storage unit 19 can store an operating system (OS), various programs, various tables, various databases, and the like for executing the operations of the control device 10 .
  • the various programs include a power increase/decrease control program for realizing increase/decrease control of the power consumption of the simulated load 30 according to this embodiment.
  • These various programs can be recorded on computer-readable recording media such as hard disks, flash memories, CD-ROMs, DVD-ROMs, flexible disks, etc., and can be widely distributed.
  • the program stored in the storage unit 19 is loaded into the working area of the main storage unit and executed, and by controlling each component through the execution of the program, the function that meets the predetermined purpose can be performed. realizable.
  • the determination control unit 11, the addition unit 12, the difference calculation unit 13, the control sensitivity calculation unit 14, the control output calculation unit 15, the simulated load setting unit 16, the setting switching unit 17 and the control amount selection unit 18 are executed.
  • the determination control unit 11 is based on the measured value of generated power acquired from the generated power measuring unit 61 and the measured value of power consumption acquired from at least one of the power load power consumption measuring unit 62 and the simulated load power consumption measuring unit 63. to determine and select the control mode. Based on the selected control mode, the determination control unit 11 outputs a control signal (adjustment signal) to the simulated load power consumption adjuster 31 to control it.
  • the determination control unit 11 in the power generation system 1 has, for example, the following three power control mode units.
  • the determination control unit 11 of the control device 10 included in the power generation system 1 according to this embodiment functions as a main control unit that executes the following power control modes. Specifically, first, the determination control unit 11 selects one control mode unit from the first power control mode unit 111, the second power control mode unit 112, and the third power control mode unit 113, for example. Subsequently, the determination control unit 11 controls the power consumption of the simulated load 30 by controlling the simulated load power consumption adjuster 31 based on the power control mode executed by the selected power control mode unit. Details of the power control modes executed by first power control mode section 111, second power control mode section 112, and third power control mode section 113 will now be described.
  • the first power control mode executed by the determination control unit 11 selecting the first power control mode unit 111 is a power control mode in which the emission power starts to decrease. That is, during a power outage in the commercial power system 40, the load power of the power load 50 may transiently increase from, for example, the start of power-on.
  • the first power control mode unit 111 of the determination control unit 11 controls the simulated load power consumption adjuster 31 to reduce the power consumption (discharge power) of the simulated load 30 to the increased load power of the power load 50. change to lower only As a result, the discharge power is reduced in accordance with the load power consumed by the power load 50, and the power generated by the engine generator 20 can be maintained substantially constant.
  • the decrease or increase in the discharge power of the simulated load 30 is stopped for a predetermined time, or the load of the simulated load 30 is stopped for a predetermined time. It is a power control mode that maintains constant time. That is, the second power control mode unit 112 controls the simulated load power consumption adjuster 31 to keep the power emitted from the simulated load 30 in a constant state or a constant state.
  • the third power control mode executed by the determination control unit 11 selecting the third power control mode unit 113 is a power control mode in which the power emitted from the simulated load 30 is increased. That is, third power control mode section 113 controls simulated load power consumption regulator 31 to increase the power emitted from simulated load 30 .
  • the load power of the power load 50 may continue to decrease asymptotically. Therefore, the third power control mode unit 113 controls the simulated load power consumption adjuster 31 so that the power emitted from the simulated load 30 is reduced from the absolute value of the increase rate of the load power consumed by the power load 50, that is, the decrease rate. also increases at a large rate of increase.
  • the generated power that has decreased following the decrease in the load power of the power load 50 is adjusted by making the increase rate of the discharge power of the simulated load 30 greater than the decrease rate of the load power of the power load 50 .
  • the power generated by the engine generator 20 can be maintained substantially constant.
  • the control to keep the power generated by the engine generator 20 substantially constant by switching between the first power control mode, the second power control mode, and the third power control mode is referred to as power increase/decrease control for the engine generator 20. .
  • the adding unit 12 acquires and adds the measured value of the power load power consumption measuring unit 62 and the measured value of the simulated load power consumption measuring unit 63 , and outputs the result to the difference calculating unit 13 . That is, the adder 12 outputs the total power consumption of the simulated load 30 and the power load 50 to the difference calculator 13 .
  • the difference calculation unit 13 calculates the difference between the total power consumption of the simulated load 30 and the power load 50 and the power generated by the engine generator 20 and outputs the difference to the control output calculation unit 15 .
  • the difference calculator 13 is a calculator that calculates the difference between the generated power and the consumed power. By calculating the difference between the generated power and the consumed power by the difference calculator 13, it is possible to calculate the control value of the power consumption for the simulated load 30 that is necessary to keep the power generated by the engine generator 20 substantially constant.
  • the control sensitivity calculation unit 14 determines the sensitivity for outputting the control value of the power consumption of the simulated load 30 necessary for making the generated power substantially constant, which is obtained by the difference calculation unit 13, to the simulated load power consumption adjuster 31. Calculate. That is, the control sensitivity calculation unit 14 calculates with what degree of sensitivity the control value for the power consumption of the simulated load 30 is to be output. The control sensitivity calculation unit 14 outputs sensitivity information obtained by the calculation to the control output calculation unit 15 .
  • the control output calculation unit 15 obtains the control value of the power consumption of the simulated load 30 required to keep the generated power substantially constant, which is obtained by the difference calculation unit 13, and the sensitivity information obtained by the control sensitivity calculation unit 14. Generate control information including The sensitivity obtained by the control sensitivity calculation unit 14 refers to the degree of sensitivity of the control value of the power consumption of the simulated load 30, that is, the value corresponding to the difference between the power consumption of the simulated load and the load power. It is what magnification A should be used to output the corresponding value. If the magnification A, which corresponds to sensitivity, is greater than 1 (A>1), control can be executed quickly, but there is a possibility that hunting or the like will occur due to sudden fluctuations.
  • the control output calculator 15 outputs the generated control information to the determination controller 11 .
  • the control information to be output to the simulated load power consumption adjuster 31 obtained by the control output calculation unit 15 is converted into an appropriate control signal (adjustment signal), which is sent to the simulated load power consumption adjuster 31. Output.
  • the simulated load setting unit 16 sets the simulated load during normal operation of the power generation system 1, that is, during normal operation in which the power supply from the commercial power system 40 is stable and the engine generator 20 outputs substantially constant generated power. 30 to set the power consumption X (kW).
  • the power consumption X set by the simulated load setting unit 16 is set to a predetermined value (V rated >X ⁇ 0 kW) that is equal to or greater than 0 (kW ) and less than the power V corresponding to the rated output of the engine generator 20. be.
  • the set power consumption X of the simulated load 30 is output to the control amount selector 18 via the setting switcher 17 .
  • the power consumption X of the simulated load 30 set in the simulated load setting unit 16 may be set by the operator who manages the power generation system 1, and the control information obtained by the calculation by the control output calculation unit 15 can be set based on Also, the power consumption X set by the simulated load setting unit 16 may be a fixed value that does not change during regular operation, or a variable value that changes periodically, sequentially, or continuously.
  • the power outage prediction unit 64a in the power outage detection unit 64 is configured to be able to determine whether or not the parameter used for power outage prediction in the power supplied from the commercial power system 40 exceeds a predetermined threshold.
  • the under-frequency relay section 64b and the under-voltage relay section 64c each include a relay that emits a signal when the frequency and voltage are insufficient, and detect the frequency and voltage shortage and output a power failure signal.
  • the power failure prediction unit 64a, the underfrequency relay unit 64b, and the undervoltage relay unit 64c output a power failure signal when predicting or detecting a power failure in the commercial power system 40.
  • the output power failure signal is output to the setting switching unit 17 .
  • the setting switching unit 17 switches between a set state in which the power consumption X set by the simulated load setting unit 16 is output to the determination control unit 11 and a reset state in which output from the simulated load setting unit 16 to the determination control unit 11 is interrupted. configured to be switchable.
  • switching from the set state to the reset state is performed when a power failure signal is input from at least one of the power failure prediction unit 64a, the underfrequency relay unit 64b, and the undervoltage relay unit 64c in the power failure detection unit 64. is executed.
  • the control amount selector 18 continuously outputs an adjustment signal based on the power consumption X set by the simulated load setting unit 16 to the simulated load power consumption adjuster 31 while the setting switching unit 17 is in the set state. . That is, when the setting switching unit 17 is in the set state, the control amount selection unit 18 overwrites ( override) and output to the simulated load power consumption regulator 31 . On the other hand, when the setting switching unit 17 is in the reset state, the control amount selection unit 18 sends an adjustment signal based on the power consumption X by the control amount output from the determination control unit 11 to the simulated load power consumption adjuster 31. Output.
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining the control method by the control device 10 according to this embodiment.
  • 4 and 5 are graphs showing an example of control by the control device 10 according to the prior art and the present embodiment, respectively.
  • the load power is typically greater than or equal to the power generated by the engine generator 20.
  • the generator 20 is driven to output substantially constant generated power. That is, the electric power generated by the engine generator 20 compensates for part of the load electric power, and the shortage of the load electric power (load electric power - electric power generated) is supplied from the commercial electric power system 40 .
  • the commercial power system 40 is disconnected from the power load 50 by the disconnecting unit 65 (see FIG. 1), and engine power generation is performed.
  • the machine 20 is now disconnected from the power load 50 .
  • the engine generator 20 shifts to power supply to the self-auxiliary machine 23, and the power generated to power the power load 50 becomes zero.
  • the engine generator 20 starts load-up operation (starting start time T 1 ) by the control according to the above-described conventional technology by a predetermined engine control unit (not shown)
  • the discharge of electric power is started.
  • the output of the engine generator 20 increases until it reaches a substantially constant operation with a specified output.
  • the power load 50 is turned on (load turning on time T 2 ).
  • the engine generator 20 stabilizes and the generated power becomes stable after the startup time has elapsed from the start time T1 of the engine generator 20, and at least part of the generated power of the engine generator 20 is used as load power. It becomes a state in which it can be applied to the load 50 .
  • the present inventor has devised a method of shortening the power non-supply time (T 0 -T 1 ) and start-up time (T 2 -T 1 ), specifically to zero.
  • the control method described below prevents the internal combustion engine 21 and the generator 22 of the engine generator 20 from stopping even when a power failure occurs and power supply from the commercial power system 40 stops. This is a control method that can supply generated power to the required power load 50 without interruption.
  • step ST1 the engine generator 20 is in normal operation while the power generation system 1 is in normal operation.
  • part of the load power consumed in the power load 50 is compensated for by the power generated by the engine generator 20, and the shortage of the load power (load power - generated power) is supplied from the commercial power system 40.
  • load power - generated power is supplied from the commercial power system 40. In this state, power is supplied to the power load 50 .
  • step ST ⁇ b>2 the simulated load setting section 16 of the control device 10 sets or maintains the power consumption X of the simulated load 30 and outputs it to the control amount selecting section 18 via the setting switching section 17 .
  • the control amount selection unit 18 outputs an adjustment signal to the simulated load power consumption adjuster 31 based on the set value of the power consumption X that is input.
  • the simulated load power consumption adjuster 31 to which the adjustment signal is input adjusts the input power consumption of the simulated load 30 to the predetermined power consumption X set by the simulated load setting unit 16, as shown in FIG. , adjust the simulated load 30 .
  • the power consumption X set by the simulated load setting unit 16 is maintained as the power consumption X consumed by the simulated load 30 .
  • the power consumption X consumed by the simulated load 30 can be arbitrarily set to 0 kW or more, but is preferably set to 0 kW.
  • step ST3 shown in FIG. 3 the setting switching unit 17 of the control device 10 switches at least the power failure prediction unit 64a, the underfrequency relay unit 64b, and the undervoltage relay unit 64c in the power failure detection unit 64. It is determined whether or not a power failure signal has been input from one, that is, whether or not a power failure signal has been input from the power failure detection unit 64 .
  • step ST3: No the setting switching unit 17 determines in step ST3 that there is no power failure signal input
  • step ST3: Yes the process returns to step ST1 to continue the normal operation in the power generation system 1 .
  • step ST3: Yes the process proceeds to step ST4.
  • step ST4 the setting switching unit 17 switches from the set state to the reset state.
  • the emission power consumed by the simulated load 30 is switched from the power consumption X set by the simulated load setting unit 16 to a variable variable by the determination control unit 11 .
  • step ST5 the power load 50 is removed from the load that was consuming power during normal operation of the power generation system 1 by a conventionally known method, and is set to operate in the event of a power failure.
  • the load can be switched without interruption. That is, the power load 50 is switched from a normal load to selective power feeding to at least one of, for example, the important general load and the disaster prevention load.
  • the power load 50 is switched to the preset load at the time of power failure, the magnitude relationship between the power generated by the engine generator 20 and the load power of the power load 50 is reversed (generated power ⁇ load power). That is, as long as reverse power flow to the commercial power system 40 is not performed, the engine generator is operated as peak cut or base load operation for the purpose of contract power reduction.
  • step ST4 the determination control unit 11 shifts to control for changing the emission power consumed by the simulated load 30.
  • step ST5 when the power load 50 is switched to the preset load at the time of power failure, the process shifts to step ST6. Then, the control for the simulated load 30 becomes power increase/decrease control. That is, along with the power failure of the commercial power system 40, the power load 50 is switched to the preset load at the time of power failure, while the power that changes the discharge power consumed by the simulated load 30 according to the fluctuation of the power load 50. Shift to increase/decrease control.
  • the emission power consumed by the simulated load 30 increases from the set power consumption X, and control over the simulated load 30 shifts to switching control (power increase/decrease control) between the first to third power control modes.
  • step ST3 in the control method described above, when the setting switching unit 17 acquires a power failure signal for foreseeing a power failure from the power failure forecasting unit 64a (power failure forecasting signal in the first modified example).
  • the setting switching unit 17 proceeds to step ST4 when the power failure prediction signal is acquired from the power failure prediction unit 64a.
  • step ST4 in the first modified example control over the emitted power consumed by the simulated load 30 is shifted from constant control by the simulated load setting unit 16 to continuous control by the determination control unit 11.
  • the setting switching unit 17 determines whether or not a power failure signal has been obtained from at least one of the underfrequency relay unit 64b and the undervoltage relay unit 64c.
  • the setting switching unit 17 determines that a power failure signal has been received from at least one of the underfrequency relay unit 64b and the undervoltage relay unit 64c, a power failure has actually occurred.
  • the load power of the power load 50 becomes equal to or less than the power generated by the engine generator 20, and the power increase/decrease control is executed.
  • step ST2 the power consumption X of the simulated load 30 is maintained by continuing the second power control mode. As described above, the control process at the time of power failure according to the first modification is completed.
  • FIG. 6 is a graph showing an example of control by the control device 10 according to the second modified example of this embodiment.
  • power supply is selectively started substantially at the same time as the power failure so that power supply from the engine generator 20 to the power load 50 is not interrupted.
  • the cutoff portion 65 and the cutoff portion 66 are opened. As a result, power supply from the engine generator 20 to the power load 50 is cut off.
  • the engine generator 20 shifts from the substantially constant output operation during normal operation to the substantially constant output operation during power failure in the same manner as in the control according to the above-described embodiment.
  • power supply to the power load 50 is started by closing the interrupter 66 .
  • the power loads 50 to be operated among the power loads 50 are sequentially selected and supplied with power so as to become the desired loads.
  • the power load 50 to be activated after the power failure can be selected as desired by the administrator who manages the facility in which the power load 50 is provided.
  • the determination control unit 11 switches to power increase/decrease control, and shifts to control according to the first to third power control modes.
  • the second power control mode unit 112 that temporarily maintains the emitted power of the simulated load 30 at a constant level controls the emitted power. can be suppressed from excessively decreasing, fluctuations in the power generated by the engine generator 20 can be suppressed, and the engine generator 20 can be stably operated.
  • the program for executing the processing method executed by the control device 10 can be recorded in a recording medium readable by a device such as a computer or other machine (hereinafter referred to as a computer or the like).
  • the computer or the like functions as the control device 10 by causing the computer or the like to read and execute the program of the recording medium.
  • a computer-readable recording medium is a non-temporary medium that stores information such as data and programs by electrical, magnetic, optical, mechanical, or chemical action and can be read by a computer or the like. a recording medium.
  • Examples of such recording media that can be removed from a computer include flexible disks, magneto-optical disks, CD-ROMs, CD-R/Ws, DVDs, BDs, DATs, magnetic tapes, flash memories, and other memories.
  • recording media There are cards, etc.
  • a hard disk, a ROM, and the like as a recording medium fixed to a computer or the like.
  • SSD can be used as a recording medium that can be removed from a computer or the like, or as a recording medium that is fixed to a computer or the like.
  • the program to be executed by the control device 10 may be stored on a computer connected to a network such as the Internet, and provided by being downloaded via the network.
  • the above-described "unit” can be read as “circuit” or the like.
  • the controller can be read as a control circuit.
  • the power generation system, control device, control method, and program according to the present invention are suitable for application to an engine generator equipped with a speed governor.
  • control device 11 determination control unit 12 addition unit 13 difference calculation unit 14 control sensitivity calculation unit 15 control output calculation unit 16 simulated load setting unit 17 setting switching unit 18 control amount selection unit 19 storage unit 20 engine generator 21 internal combustion Engine 22 Generator 23 Self-auxiliary machine 30 Simulated load 31 Simulated load power consumption regulator 40 Commercial power system 50 Electric power load 61 Generated power measurement unit 62 Electric load power consumption measurement unit 63 Simulated load power consumption measurement unit 64 Power failure detection unit 64a Power failure Prediction unit 64b Under-frequency relay unit 64c Under-voltage relay units 65, 66 Breaker unit 111 First power control mode unit 112 Second power control mode unit 113 Third power control mode unit

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Abstract

系統電力が停電状態になった場合においても、負荷設備への電力の供給を停止することなく継続することを目的とする。発電システムは、調速機を備える内燃機関の駆動によって発電電力を制御する発電機と、外部の商用電力系統からの外部電力および発電機の発電電力を給電可能に構成された電力負荷と、発電機の発電電力を電力負荷とともに消費する模擬負荷と、模擬負荷の消費電力を制御可能な制御部と、を備え、制御部は、発電機の発電駆動が継続して行われている状態で、模擬負荷の消費電力を任意の電力値に変更可能な電力増減制御として、商用電力系統の停電の検知または予見を示す停電信号を取得する前は、模擬負荷の消費電力を所定の消費電力に設定する制御を行い、停電信号を取得した場合、模擬負荷の消費電力を所定の消費電力から他の消費電力に変化させる制御を行う。

Description

発電システム、制御装置、制御方法、およびプログラム
　本発明は、発電システム、制御装置、制御方法、およびプログラムに関する。
　電気機器などの電力負荷が設けられた施設には、商用電力系統に連系して発電を行い、発電電力を電力負荷に供給する発電システムが備えられる場合がある。特許文献１には、このような発電システムとして、商用電力系統または常用電源からの受電が停止する停電時において、商用電力系統または常用電源から発電機を切り離した状態で、発電機を駆動する内燃機関を起動させて発電機の自立運転を行い、発電機の発電電圧が確立し安定して発電が行えるようになった段階で、停電時の給電対象とする電力負荷の一部または全部の特定負荷を発電機に投入する技術が開示されている。
　また、特許文献２，３には、電力負荷とは別に発電機の発電電力を消費する模擬負荷を設けて、電力負荷の消費電力に基づいて当該模擬負荷の消費電力を増減させる技術が開示されている。
　ところで、電力負荷の消費電力に基づいて模擬負荷の消費電力を増加させたり減少させたりすると、電力負荷の消費電力の変化に対する模擬負荷の消費電力の増加や減少の応答に時間を要する。この場合、応答に時間を要することによる制御の遅れに起因して、発電機の発電電力の余剰または不足の変動などの現象が生じ、発電電力が安定しない可能性が生じる。この現象は、発電機の駆動源である内燃機関の出力を定格出力にするように発電機を運転する場合に顕著に現れることが知られている。
　そこで、特許文献４に記載された技術が提案されている。この特許文献４に記載された技術は、商用電力系統や常用電源からの受電の停止後、すなわち停電後に求められる、発電機の発電電圧の確立や電力負荷の投入を、短時間で安定して実行することができる。
特開２００７－６５９５号公報 特開２０１５－１０９７４５号公報 特開２０１５－１０９７４６号公報 特許第６８５２８２８号公報
　しかしながら、上述した従来技術によれば、模擬負荷を活用して内燃機関の駆動によって発電する発電設備を停電状態の際に安定運転させる技術において、通常の運転中、すなわち常用運転中において発電設備が停電などによって系統電力から遮断された状態になると、発電設備の自己補機のみを生かす自立運転に移行して、模擬負荷を活用することにより内燃機関の駆動によって発電する発電設備を停電状態の際に安定運転させる技術を有効にした後、模擬負荷による昇負荷の操作を行う必要がある。この場合、発電設備の自己補機のみを生かす自立運転に移行した時点から模擬負荷による昇負荷操作を完了するまでの間の一定期間、電力負荷への電力の供給が停止するという問題がある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、系統電力が停電状態になった場合においても、電力負荷への電力の供給を停止せずに継続できる発電システム、制御装置、制御方法、およびプログラムを提供することにある。
　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る発電システムは、調速機を備える内燃機関の駆動によって発電電力を制御する発電機と、外部の商用電力系統からの外部電力および前記発電機の前記発電電力を給電可能に構成された電力負荷と、前記発電機の発電電力を前記電力負荷とともに消費する模擬負荷と、前記模擬負荷の消費電力を制御可能な制御部と、を備え、前記制御部は、前記発電機の発電駆動が継続して行われている状態で前記模擬負荷の消費電力を任意の電力値に変更可能な電力増減制御として、前記商用電力系統の停電の検知または予見を示す停電信号を取得する前は、前記模擬負荷の消費電力を所定の消費電力に設定する制御を行い、前記停電信号を取得した場合、前記模擬負荷の消費電力を前記所定の消費電力から他の消費電力に変化させる制御を行う。
　本発明の一態様に係る発電システムは、上記の発明において、前記制御部は、前記停電信号を取得した場合に、前記電力負荷を、あらかじめ設定された重要一般負荷および防災負荷の少なくとも一方の負荷に切り替える。
　本発明の一態様に係る発電システムは、上記の発明において、前記制御部は、前記停電信号を取得した場合、前記発電機の発電電力に対する前記電力負荷の消費電力の差分に相当する電力を前記模擬負荷に消費させるように、前記模擬負荷の消費電力を制御する。
　本発明の一態様に係る発電システムは、上記の発明において、前記模擬負荷の前記所定の消費電力が、０ｋＷ以上前記発電機の定格出力未満である。
　本発明の一態様に係る制御装置は、調速機を備える内燃機関の駆動によって制御される発電機の発電電力を、外部の商用電力系統から外部電力および前記発電機の前記発電電力を給電可能に構成された電力負荷に供給する場合に、消費電力を変更可能に構成されて前記発電機の前記発電電力を前記電力負荷とともに消費する、前記電力負荷と異なる模擬負荷の消費電力を制御可能な制御部を備える制御装置であって、前記制御部は、前記発電機の発電駆動が継続して行われている状態で前記模擬負荷の消費電力を任意の電力値に変更可能な電力増減制御として、前記商用電力系統の停電の検知または予見を示す停電信号を取得する前は、前記模擬負荷の消費電力を所定の消費電力に設定する制御を行い、前記停電信号を取得した場合、前記模擬負荷の消費電力を前記所定の消費電力から他の消費電力に変化させる制御を行う。
　本発明の一態様に係る制御方法は、調速機を備える内燃機関の駆動によって制御される発電機の発電電力を、外部の商用電力系統から外部電力および前記発電機の前記発電電力を給電可能に構成された電力負荷に供給する場合に、消費電力を変更可能に構成されて前記発電機の前記発電電力を前記電力負荷とともに消費する、前記電力負荷と異なる模擬負荷の消費電力を制御可能な制御部が実行する制御方法であって、前記発電機の発電駆動が継続して行われている状態で前記模擬負荷の消費電力を任意の電力値に変更可能な電力増減制御として、前記商用電力系統の停電の検知または予見を示す停電信号を取得する前は、前記模擬負荷の消費電力を所定の消費電力に設定する制御を行い、前記停電信号を取得した場合、前記模擬負荷の消費電力を前記所定の消費電力から他の消費電力に変化させる制御を行う。
　本発明の一態様に係るプログラムは、調速機を備える内燃機関の駆動によって制御される発電機の発電電力を、外部の商用電力系統から外部電力および前記発電機の前記発電電力を給電可能に構成された電力負荷に供給する場合に、消費電力を変更可能に構成されて前記発電機の前記発電電力を前記電力負荷とともに消費する、前記電力負荷と異なる模擬負荷の消費電力を制御可能な制御部に、前記発電機の発電駆動が継続して行われている状態で前記模擬負荷の消費電力を任意の電力値に変更可能な電力増減制御として、前記商用電力系統の停電の検知または予見を示す停電信号を取得する前は、前記模擬負荷の消費電力を所定の消費電力に設定する制御を行い、前記停電信号を取得した場合、前記模擬負荷の消費電力を前記所定の消費電力から他の消費電力に変化させる制御を行うことを実行させる。
　本発明によれば、系統電力が停電状態になった場合においても、電力負荷への電力の供給を停止せずに継続することが可能となる。
図１は、本発明の一実施形態による発電システムを示すブロック図である。 図２は、本発明の一実施形態による発電システムの制御装置を示すブロック図である。 図３は、本発明の一実施形態による発電システムの制御装置による制御方法を説明するためのフローチャートである。 図４は、従来技術の問題点を説明するための従来の制御装置による制御の一例を示すグラフである。 図５は、本発明の一実施形態による発電システムの制御装置による制御の一例を示すグラフである。 図６は、本発明の一実施形態による発電システムの制御装置による制御の他の例を示すグラフである。
　以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の一実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する一実施形態によって限定されるものではない。
　まず、本発明の一実施形態による発電システムについて説明する。以下に説明する一実施形態は、エンジン発電機、模擬負荷、および制御部を備える発電システムに関するが、その他の発電システムであっても良い。エンジン発電機２０は、調速機（図示せず）が設けられた内燃機関の駆動によって発電する。エンジン発電機は、発電電力を電力負荷に供給する発電時において、所定のエンジン制御部によって、出力が定格出力になるように制御される。本発明の一実施形態による発電システムは、制御装置が、エンジン発電機の発電電力の変化を低減するように、模擬負荷の消費電力を増加させたり減少させたりするシステムである。図１は、本実施形態による発電システムの構成を示すブロック図である。
　図１に示すように、一実施形態による発電システム１は、制御装置１０、エンジン発電機２０、模擬負荷消費電力調整器３１によって調整される模擬負荷３０、商用電力系統４０、および電力負荷５０を備える。
　発電システム１において、エンジン発電機２０の出力側には、出力する電力を計測可能な発電電力計測部６１が設けられている。電力負荷５０の入力側には、供給される電力を計測可能な電力負荷消費電力計測部６２が設けられている。模擬負荷消費電力調整器３１の入力側には、供給される電力を計測可能な模擬負荷消費電力計測部６３が設けられている。なお、模擬負荷消費電力計測部６３は、模擬負荷３０の入力側に設けても良い。商用電力系統４０の出力側には、商用電力系統４０からの給電の停止、すなわち停電を検出する停電検知部６４が設けられている。
　停電検知部６４の後段には、商用電力系統４０から電力負荷５０に対する電力の供給を遮断するための遮断部６５が設けられている。なお、遮断部６５は停電検知部６４の前段に設けられていても良い。また、電力負荷消費電力計測部６２の前段には、商用電力系統４０またはエンジン発電機２０から電力負荷５０に対する電力の供給を遮断するための遮断部６６が設けられている。なお、遮断部６６は電力負荷消費電力計測部６２の後段に設けられていても良い。
　発電機としてのエンジン発電機２０は、内燃機関２１、発電機２２、および自己補機２３を有する。エンジン発電機２０は、燃料を用いた内燃機関としてのエンジンによって回転運動を発生させて、発電機の回転子を回転させることによって発電可能に構成される。なお、内燃機関２１は、発電機２２によって発電可能な機関であれば、エンジンなどの内燃機関に限定されない。
　模擬負荷３０は、所定の電力を消費する例えば負荷抵抗器などから構成される。模擬負荷３０は、エンジン発電機２０の発電電力の少なくとも一部を消費することによって、エンジン発電機２０の発電電力の変動を抑制して、安定化させるための負荷であり、電力負荷５０とは独立して設けられる。なお、模擬負荷３０は、エンジン発電機２０の発電電力を消費する負荷である点に関しては、電力負荷５０と共通する。模擬負荷３０は、模擬負荷消費電力調整器３１によって、負荷の大きさを調整可能に構成される。模擬負荷消費電力調整器３１は、制御装置１０から入力される調整信号に基づいて、模擬負荷が消費する電力を調整する装置である。調整信号は、模擬負荷３０の消費電力の増減を制御するための情報を含む。
　商用電力系統４０は、例えば電力会社などからの電力系統である。なお、本明細書においては、常用電源なども含めて、商用電力系統４０と称する。電力負荷５０は、設備を稼働させるために必要な電力が供給される負荷であり、具体的に例えばポンプやモータなどの負荷である。なお、電力負荷５０は、例えばポンプやモータに限定されず、従来公知の種々の負荷が用いられる。
　発電電力計測部６１は、エンジン発電機２０に接続された電力供給線に接続され、エンジン発電機２０が出力した発電電力の計測値を制御装置１０に出力する電力計である。電力負荷消費電力計測部６２は、電力負荷５０に接続された電力供給線に接続され、電力負荷５０が消費した消費電力の計測値を制御装置１０に出力する電力計である。模擬負荷消費電力計測部６３は、模擬負荷３０または模擬負荷消費電力調整器３１に接続された電力供給線に接続され、模擬負荷３０が消費した消費電力の計測値を制御装置１０に出力する電力計である。なお、発電電力計測部６１、電力負荷消費電力計測部６２、および模擬負荷消費電力計測部６３は、電力の増減を評価可能な計測器であれば、電力計に限定されず、例えば電流計などの種々の計測器を採用することが可能である。また、停電検知部６４は、商用電力系統４０に接続された電力供給線に接続され、商用電力系統４０からの系統電力の停止または停電を予見させる状態を検出可能な検出器を有する。
　制御装置１０は、エンジン発電機２０の発電電力、および電力負荷５０の消費電力、模擬負荷３０の消費電力の計測値を取得して、模擬負荷消費電力調整器３１によって模擬負荷３０の消費電力の増減を制御可能に構成される。さらに、制御装置１０は、商用電力系統４０の停電状態の検出信号を取得して、模擬負荷消費電力調整器３１を制御する。図２は、本実施形態による発電システム１の制御装置１０を示すブロック図である。
　図２に示すように、制御装置１０は、判定制御部１１、加算部１２、差分演算部１３、制御感度演算部１４、制御出力演算部１５、模擬負荷設定部１６、設定切替部１７、制御量選択部１８、および記憶部１９を備える。制御装置１０には、それぞれの発電電力計測部６１、電力負荷消費電力計測部６２、および模擬負荷消費電力計測部６３、および停電検知部６４から計測値や信号が入力される。停電検知部６４は、停電予見部６４ａ、不足周波数継電部６４ｂ、および不足電圧継電部６４ｃの少なくとも１つを有して構成される。なお、図２においては、停電検知部６４が、停電予見部６４ａ、不足周波数継電部６４ｂ、および不足電圧継電部６４ｃを有するように記載しているが、全てを設ける形態に限定されるものではない。制御装置１０は、模擬負荷消費電力調整器３１に、制御信号を出力する。
　制御装置１０は、具体的に、ハードウェアを有する、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、ＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable　Gate　Array）などのプロセッサ、およびＲＡＭ（Random　Access　Memory）やＲＯＭ（Read　Only　Memory）などの主記憶部（いずれも図示せず）を備える。
　記憶部１９は、ＲＡＭなどの揮発性メモリ、ＲＯＭなどの不揮発性メモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　ROM）、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ、Hard　Disk　Drive）、およびリムーバブルメディアなどから選ばれた記憶媒体から構成される。なお、リムーバブルメディアは、例えば、ＵＳＢ（Universal　Serial　Bus）メモリ、または、ＣＤ（Compact　Disc）、ＤＶＤ（Digital　Versatile　Disc）、もしくはＢＤ（Blu-ray（登録商標）　Disc）のようなディスク記録媒体である。また、外部から装着可能なメモリカードなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体を用いて記憶部１９を構成しても良い。
　記憶部１９には、制御装置１０の動作を実行するための、オペレーティングシステム（Operating　System：ＯＳ）、各種プログラム、各種テーブル、各種データベースなどが記憶可能である。ここで、各種プログラムには、本実施形態による模擬負荷３０の消費電力の増減制御を実現する電力増減制御プログラムも含まれる。これらの各種プログラムは、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスクなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して広く流通させることも可能である。
　制御装置１０においては、記憶部１９に記憶されたプログラムを主記憶部の作業領域にロードして実行し、プログラムの実行を通じて各構成部などを制御することによって、所定の目的に合致した機能を実現できる。本実施形態においては、制御装置１０によるプログラムの実行によって、判定制御部１１、加算部１２、差分演算部１３、制御感度演算部１４、制御出力演算部１５、模擬負荷設定部１６、設定切替部１７、および制御量選択部１８の処理が実行される。
　判定制御部１１は、発電電力計測部６１から取得する発電電力の計測値と、電力負荷消費電力計測部６２および模擬負荷消費電力計測部６３の少なくとも一方から取得する消費電力の計測値とに基づいて、制御モードを判定して選択する。判定制御部１１は、選択した制御モードに基づいて、模擬負荷消費電力調整器３１に制御信号（調整信号）を出力して制御する。
　本実施形態による発電システム１における判定制御部１１は、例えば以下の３つの電力制御モード部を有する。本実施形態による発電システム１が備える制御装置１０の判定制御部１１が、以下の電力制御モードを実行する主たる制御部として機能する。具体的にまず、判定制御部１１は例えば、第１電力制御モード部１１１、第２電力制御モード部１１２、および第３電力制御モード部１１３から、１つの制御モード部を選択する。続いて判定制御部１１は、選択した電力制御モード部が実行する電力制御モードに基づいて模擬負荷消費電力調整器３１を制御することによって、模擬負荷３０の消費電力を制御する。ここで、第１電力制御モード部１１１、第２電力制御モード部１１２、および第３電力制御モード部１１３のそれぞれが実行する、それぞれの電力制御モードの詳細について説明する。
　判定制御部１１が第１電力制御モード部１１１を選択して実行される第１電力制御モードは、放出電力の減少を開始する電力制御モードである。すなわち、商用電力系統４０の停電時においては、電力負荷５０において負荷電力は、例えば投入の開始時点などから過渡的に増加する場合がある。この場合、判定制御部１１の第１電力制御モード部１１１は、模擬負荷消費電力調整器３１を制御して、模擬負荷３０の消費電力（放出電力）を、電力負荷５０の負荷電力の増加分だけ低下させるように変更する。これにより、電力負荷５０が消費する負荷電力に合わせて、放出電力が減少され、エンジン発電機２０の発電電力を略一定に維持することができる。
　判定制御部１１が第２電力制御モード部１１２を選択して実行される第２電力制御モードは、模擬負荷３０の放出電力の減少や増加を所定時間停止させたり、模擬負荷３０の負荷を所定時間一定に維持したりする電力制御モードである。すなわち、第２電力制御モード部１１２は、模擬負荷消費電力調整器３１を制御して、模擬負荷３０の放出電力が減少しない状態または一定の状態になるように維持する。
　判定制御部１１が第３電力制御モード部１１３を選択して実行される第３電力制御モードは、模擬負荷３０の放出電力を増加させる電力制御モードである。すなわち、第３電力制御モード部１１３は、模擬負荷消費電力調整器３１を制御して、模擬負荷３０の放出電力を増加させる。商用電力系統４０の停電時においては、電力負荷５０における負荷電力が継続して漸近的に減少する場合がある。そこで、第３電力制御モード部１１３は、模擬負荷消費電力調整器３１を制御して、模擬負荷３０における放出電力を、電力負荷５０の消費する負荷電力の増加率の絶対値、すなわち減少率よりも大きい増加率で増加させる。換言すると、電力負荷５０の負荷電力の低下に追従して低下した発電電力を、模擬負荷３０の放出電力の増加率を、電力負荷５０の負荷電力の減少率より大きくすることで調整する。これにより、エンジン発電機２０の発電電力を略一定に維持することができる。
　以上の第１電力制御モード、第２電力制御モード、および第３電力制御モードを切り替えることによって、エンジン発電機２０による発電電力を略一定に維持する制御を、エンジン発電機２０に対する電力増減制御という。
　加算部１２は、電力負荷消費電力計測部６２の計測値と、模擬負荷消費電力計測部６３の計測値とを取得して加算し、差分演算部１３に出力する。すなわち、加算部１２は、模擬負荷３０の消費電力と電力負荷５０の消費電力との合計の消費電力を、差分演算部１３に出力する。
　差分演算部１３は、模擬負荷３０と電力負荷５０との合計の消費電力と、エンジン発電機２０の発電電力との差分を演算して、制御出力演算部１５に出力する。換言すると、差分演算部１３は、発電電力に対する消費電力の差分を演算する演算部である。差分演算部１３が発電電力と消費電力との差分を算出することによって、エンジン発電機２０による発電電力を略一定にするために必要な模擬負荷３０に対する消費電力の制御値を算出できる。
　制御感度演算部１４は、差分演算部１３によって求められた、発電電力を略一定にするために必要な模擬負荷３０の消費電力の制御値を、模擬負荷消費電力調整器３１に出力する感度を演算する。すなわち、制御感度演算部１４は、模擬負荷３０の消費電力の制御値をどの程度の感度で出力するかを演算する。制御感度演算部１４は、演算によって得られた感度の情報を制御出力演算部１５に出力する。
　制御出力演算部１５は、差分演算部１３によって得られた、発電電力を略一定にするために必要な模擬負荷３０の消費電力の制御値と、制御感度演算部１４によって得られた感度の情報とを含む制御情報を生成する。なお、制御感度演算部１４で得られる感度とは、模擬負荷３０の消費電力の制御値、すなわち模擬負荷の消費電力と負荷電力の差分に相当する値をどの程度の感度、換言すると当該差分に相当する値をどのぐらいの倍率Ａで出力するかというものである。感度に相当する倍率Ａが１より大きい（Ａ＞１）場合、制御を迅速に実行することが可能になる一方、急激な変動によってハンチングなどの発生の可能性がある。反対に、感度に相当する倍率Ａが１以下である（Ａ≦１）場合、安定して制御することが可能になる一方、時間を要することによって過負荷運転および低負荷運転を長引かせる可能性がある。制御出力演算部１５は、生成した制御情報を判定制御部１１に出力する。判定制御部１１においては、制御出力演算部１５において得られた模擬負荷消費電力調整器３１に出力する制御情報を適切な制御信号（調整信号）に変換して、模擬負荷消費電力調整器３１に出力する。
　模擬負荷設定部１６は、発電システム１の常用運転中、すなわち商用電力系統４０からの給電が安定し、かつエンジン発電機２０が略一定の発電力を出力している常用運転中において、模擬負荷３０が消費する消費電力Ｘ（ｋＷ）を設定する。なお、模擬負荷設定部１６によって設定される消費電力Ｘは、０（ｋＷ）以上、エンジン発電機２０の定格出力に相当する電力Ｖrated未満の所定値（Ｖrated＞Ｘ≧０ｋＷ）に設定される。設定された模擬負荷３０の消費電力Ｘは、設定切替部１７を介して制御量選択部１８に出力される。
　ここで、模擬負荷設定部１６において設定される模擬負荷３０の消費電力Ｘは、発電システム１を管理する作業者が設定しても良く、制御出力演算部１５が演算して得られた制御情報に基づいて設定しても良い。また、模擬負荷設定部１６により設定される消費電力Ｘは、常用運転中において、変化しない固定値であっても、周期的、逐次的、または連続的に変化する変数値であっても良い。
　停電検知部６４における停電予見部６４ａは、商用電力系統４０から供給される電力のうちの、停電の予見に用いられるパラメータが、所定の閾値を超過するか否かを判定可能に構成される。不足周波数継電部６４ｂおよび不足電圧継電部６４ｃはそれぞれ、周波数および電圧が不足した場合に信号を発する継電器を有して構成され、周波数および電圧の不足を検出して停電信号を出力する。停電予見部６４ａ、不足周波数継電部６４ｂ、および不足電圧継電部６４ｃは、商用電力系統４０の停電を予見したり停電を検知したりした場合に、停電信号を出力する。出力した停電信号は、設定切替部１７に出力される。
　設定切替部１７は、模擬負荷設定部１６によって設定された消費電力Ｘを判定制御部１１に出力するセット状態と、模擬負荷設定部１６から判定制御部１１への出力を遮断するリセット状態とを切換可能に構成される。ここで、セット状態からリセット状態への切り替えは、停電検知部６４における、停電予見部６４ａ、不足周波数継電部６４ｂ、および不足電圧継電部６４ｃの少なくとも１つから停電信号が入力された場合に実行される。
　制御量選択部１８は、設定切替部１７がセット状態である期間は継続して、模擬負荷設定部１６により設定された消費電力Ｘに基づいた調整信号を模擬負荷消費電力調整器３１に出力する。すなわち、制御量選択部１８は、設定切替部１７がセット状態の場合には、判定制御部１１から出力される制御量に対して、模擬負荷設定部１６により設定された設定値を上書き変更（オーバーライド）して、模擬負荷消費電力調整器３１に出力する。一方、設定切替部１７がリセット状態の場合には、制御量選択部１８は、判定制御部１１から出力される制御量による消費電力Ｘに基づいた調整信号を、模擬負荷消費電力調整器３１に出力する。
　次に、以上のように構成された制御装置１０によって実行される、商用電力系統４０からの受電の停止、すなわち停電の前後における制御方法について説明する。図３は、本実施形態による制御装置１０による制御方法を説明するためのフローチャートである。図４および図５はそれぞれ、従来技術および本実施形態による制御装置１０による制御の一例を示すグラフである。
　まず、従来技術においては、図４に示すように、エンジン発電機２０の常用運転中においては、典型的には、負荷電力がエンジン発電機２０の発電電力以上の状態となっており、エンジン発電機２０は略一定の発電電力を出力するように駆動している。すなわち、エンジン発電機２０の発電電力によって負荷電力の一部を補填するとともに、負荷電力の不足分（負荷電力－発電電力）は、商用電力系統４０から給電されている。この状態において、商用電力系統４０においてある時点で停電が発生した場合（停電発生時点Ｔ0）、遮断部６５（図１参照）によって商用電力系統４０が電力負荷５０から遮断されるとともに、エンジン発電機２０が電力負荷５０から解列された状態になる。この場合、エンジン発電機２０は、自己補機２３に対する給電に移行して、電力負荷５０に給電する発電電力は０になる。その後、所定のエンジン制御部（図示せず）によって上述した従来技術に従った制御によりエンジン発電機２０の昇負荷運転が開始（起動開始時点Ｔ1）されると、電力の放出が開始されてエンジン発電機２０の出力が増加し、規定出力の略一定運転まで至る。規定出力の略一定運転まで至った後、電力負荷５０が投入される（負荷投入時点Ｔ2）。換言すると、エンジン発電機２０の起動開始時点Ｔ1から起動時間だけ経過すると、エンジン発電機２０が整定して発電電力が安定し、エンジン発電機２０の発電電力の少なくとも一部を負荷電力として電力負荷５０に投入可能な状態になる。
　しかしながら、この場合においては、商用電力系統４０の停電発生時点Ｔ0からエンジン発電機２０における昇負荷運転の起動開始時点Ｔ1の間において従来技術による制御の有効化が完了するまでに必要であって電力が電力負荷５０に供給されない期間、すなわち、電力無供給時間（Ｔ0－Ｔ1）が存在する。さらに、エンジン発電機２０が無負荷運転から規定出力での略一定運転に至り、停電時に必要とされる電力負荷５０を投入可能になるまでの起動時間（Ｔ2－Ｔ1）も必要になる。そこで、本発明者はこの電力無供給時間（Ｔ0－Ｔ1）および起動時間（Ｔ2－Ｔ1）を短縮、具体的には０にする方法を案出した。以下に説明する制御方法は、停電が発生して商用電力系統４０からの給電が停止した場合であっても、エンジン発電機２０の内燃機関２１や発電機２２を停止させることなく、停電時において必要とされる電力負荷５０に対して発電電力を間断なく投入できる制御方法である。
　図３に示すように、まず、ステップＳＴ１において、発電システム１が常用運転を行っている状態でエンジン発電機２０が常用運転を行っている。常用運転は、電力負荷５０において消費される負荷電力の一部が、エンジン発電機２０の発電電力によって補填されているとともに、負荷電力の不足分（負荷電力－発電電力）が商用電力系統４０から電力負荷５０に給電されている状態である。
　ステップＳＴ１におけるエンジン発電機２０の常用運転中において、ステップＳＴ２に移行する。ステップＳＴ２において制御装置１０の模擬負荷設定部１６は、模擬負荷３０の消費電力Ｘを設定または維持して、設定切替部１７を介して制御量選択部１８に出力する。制御量選択部１８は、入力された消費電力Ｘの設定値に基づいて、模擬負荷消費電力調整器３１に調整信号を出力する。調整信号が入力された模擬負荷消費電力調整器３１は、図５に示すように、入力された模擬負荷３０の消費電力が模擬負荷設定部１６によって設定された所定の消費電力Ｘになるように、模擬負荷３０を調整する。なお、設定切替部１７がセット状態である間は、模擬負荷設定部１６によって設定された消費電力Ｘが模擬負荷３０において消費される消費電力Ｘとして維持される。ここで、模擬負荷３０が消費する消費電力Ｘは、０ｋＷ以上で任意に設定可能であるが、０ｋＷに設定することが好ましい。
　次に、図３に示すステップＳＴ３に移行して制御装置１０の設定切替部１７は、停電検知部６４における、停電予見部６４ａ、不足周波数継電部６４ｂ、および不足電圧継電部６４ｃの少なくとも１つから停電信号が入力されたか否か、すなわち、停電検知部６４から停電信号が入力されたか否かを判定する。ステップＳＴ３において設定切替部１７が、停電信号の入力はないと判定した場合（ステップＳＴ３：Ｎｏ）、ステップＳＴ１に復帰して発電システム１における常用運転を継続する。一方、ステップＳＴ３において設定切替部１７が、停電信号が入力されたと判定した場合（ステップＳＴ３：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ４に移行する。
　ステップＳＴ４において設定切替部１７は、セット状態からリセット状態に切り替える。これによって、模擬負荷３０が消費する放出電力を、模擬負荷設定部１６によって設定された消費電力Ｘから、判定制御部１１によって変化させる可変に切り替える。
　また、ステップＳＴ５において電力負荷５０は、従来公知の方法により、発電システム１の常用運転中に電力を消費していた負荷から、停電時に稼働するように設定された、停電時のあらかじめ設定された負荷に、間断なく切り替えられる。すなわち、電力負荷５０は、通常の負荷から、例えば重要一般負荷および防災負荷の少なくとも一方への選択給電に切り替えられる。電力負荷５０が停電時のあらかじめ設定された負荷に切り替えられると、エンジン発電機２０による発電電力と電力負荷５０の負荷電力との大小関係が逆転する（発電電力≧負荷電力）。すなわち、商用電力系統４０に対する逆潮流を行わない限り、エンジン発電機は契約電力削減を目的としたピークカットやベースロード運転として運用される。そのため、常用運転時においては、エンジン発電機２０の定格出力は負荷容量よりも小さくなる。これに対し、停電時においては、エンジン発電機２０により施設に設けられた設備を維持する必要が生じるため、電力を消費する設備が所定の制御部によって取捨選択される。この場合、停電時においては、電力負荷５０はエンジン発電機２０の発電電力以下になる可能性が高くなる。なお、ステップＳＴ４，ＳＴ５は、逆順または同時に実行可能である。
　ステップＳＴ４において、判定制御部１１によって模擬負荷３０が消費する放出電力を変化させる制御に移行し、ステップＳＴ５において、電力負荷５０が停電時のあらかじめ設定された負荷に切り替えられると、ステップＳＴ６に移行して、模擬負荷３０に対する制御が電力増減制御となる。すなわち、商用電力系統４０の停電に伴って、電力負荷５０が停電時のあらかじめ設定された負荷に切り替えられる一方、電力負荷５０の変動に応じて模擬負荷３０によって消費される放出電力を変化させる電力増減制御に移行する。換言すると、模擬負荷３０によって消費される放出電力が設定された消費電力Ｘから増加するとともに、模擬負荷３０に対する制御が第１～第３電力制御モードの切替制御（電力増減制御）に移行する。この場合、図５に示すように、模擬負荷３０が消費する放出電力は、エンジン発電機２０の発電電力から負荷電力を減算した電力（放出電力＝発電電力－負荷電力）となる。以上により、一実施形態による停電時の制御処理が終了する。
　（第１変形例）
　次に、上述した一実施形態の第１変形例について説明する。本第１変形例においては、上述した制御方法におけるステップＳＴ３において、設定切替部１７が、停電予見部６４ａから停電を予見する停電信号（第１変形例においては、停電予見信号）を取得した場合について説明する。この場合、設定切替部１７は、停電予見部６４ａから停電予見信号を取得した時点で、ステップＳＴ４に移行する。
　第１変形例におけるステップＳＴ４においては、模擬負荷３０が消費する放出電力に対する制御を、模擬負荷設定部１６による一定制御から、判定制御部１１による連続制御に移行する。その後、設定切替部１７は、不足周波数継電部６４ｂおよび不足電圧継電部６４ｃの少なくとも一方から停電信号を取得したか否かを判定する。設定切替部１７が、不足周波数継電部６４ｂおよび不足電圧継電部６４ｃの少なくとも一方から停電信号を取得したと判定した場合、実際に停電が発生したため、ステップＳＴ５およびステップＳＴ６に順次移行する。この場合、電力負荷５０の負荷電力は、エンジン発電機２０による発電電力以下になって、電力増減制御が実行される。
　一方、設定切替部１７が、不足周波数継電部６４ｂおよび不足電圧継電部６４ｃの少なくとも一方から停電信号を取得していないと判定した場合、実際に停電は発生していないため、ステップＳＴ２に移行して、第２電力制御モードを継続して、模擬負荷３０の消費電力Ｘを維持する。以上により、第１変形例による停電時の制御処理が終了する。
　（第２変形例）
　次に、上述した一実施形態の第２変形例について説明する。図６は、本実施形態の第２変形例による制御装置１０による制御の一例を示すグラフである。第１変形例においては、停電と略同時に選択的に給電を開始して、エンジン発電機２０からの電力負荷５０への給電を遮断しないようにしている。これに対し、第２変形例においては、図６に示すように、停電の発生後、遮断部６５を開くとともに遮断部６６を開くようにする。これによってエンジン発電機２０から電力負荷５０への給電を遮断する。
　エンジン発電機２０においては、時点Ｔ0に、上述した一実施形態による制御と同様にして、常用運転時における略一定出力の運転から停電時における略一定出力の運転に移行する。その後、時点Ｔ3において、遮断部６６を閉じることによって、電力負荷５０への給電を開始する。この場合、電力負荷５０のうちで稼働させる電力負荷５０を所望の負荷になるように順次選択して給電させる。これにより、電力負荷５０が設けられた施設を管理する管理者が所望するように、停電後に起動させる電力負荷５０を取捨選択できる。
　第２変形例によれば、上述した一実施形態と異なり、電力の無供給時間は略０にならないことになるが、従来技術に比して、電力の無供給時間（図４における（Ｔ2－Ｔ1）＋（Ｔ1－Ｔ0）＝Ｔ2－Ｔ0）を大幅に短縮できるのみならず、施設の管理者に対する停電時に給電する電力負荷５０の選択の自由度や、発電システム１の稼働の自由度を向上させることができる。
　以上説明した本発明の一実施形態によれば、発電システム１における常用運転中に、設定切替部１７がセット状態である間は、模擬負荷設定部１６によって設定された消費電力Ｘが模擬負荷３０の消費電力Ｘとして維持され、停電が発生した場合または停電の発生が予見された場合に、判定制御部１１による電力増減制御に切り換えて、第１～第３電力制御モードに従った制御に移行していることにより、停電が発生した場合においても、エンジン発電機２０を停止させることなく、停電時にあらかじめ設定された電力負荷５０に切り換えて電力を投入することができるので、商用電力系統４０が停電状態になった場合においても、電力負荷５０への電力の供給を停止することなく、継続することが可能になる。そのため、上述した一実施形態によれば、電力負荷５０を備えた施設において、事業継続計画（ＢＣＰ：Business　Continuity　Plan）をより効率良く実行することが可能なる。また、上述した一実施形態による電力増減制御によれば、停電後における電力増減制御において、模擬負荷３０の放出電力を一時的に一定に維持する第２電力制御モード部１１２による制御によって、放出電力の過剰な減少を抑制できるので、エンジン発電機２０の発電電力の変動を抑制でき、エンジン発電機２０を安定して稼働させることができる。
　（記録媒体）
　上述の一実施形態において、制御装置１０が実行する処理方法を実行させるプログラムを、コンピュータその他の機械などの装置（以下、コンピュータなど、という）が読み取り可能な記録媒体に記録することができる。コンピュータなどに、この記録媒体のプログラムを読み込ませて実行させることにより、当該コンピュータなどが制御装置１０として機能する。ここで、コンピュータなどが読み取り可能な記録媒体とは、データやプログラムなどの情報を電気的、磁気的、光学的、機械的、または化学的作用によって蓄積し、コンピュータなどから読み取ることができる非一時的な記録媒体をいう。このような記録媒体のうちのコンピュータなどから取り外し可能なものとしては、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、ＤＶＤ、ＢＤ、ＤＡＴ、磁気テープ、フラッシュメモリなどのメモリカードなどがある。また、コンピュータなどに固定された記録媒体としてハードディスク、ＲＯＭなどがある。さらに、ＳＳＤは、コンピュータなどから取り外し可能な記録媒体としても、コンピュータなどに固定された記録媒体としても利用可能である。
　また、一実施形態による制御装置１０に実行させるプログラムは、インターネットなどのネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。
（その他の実施形態）
　上述した一実施形態においては、上述した「部」を「回路」などに読み替えることができる。例えば、制御部は、制御回路に読み替えることができる。
　なお、本明細書におけるフローチャートの説明では、「まず」、「次に」、「その後」、「続いて」などの表現を用いてステップ間の処理の前後関係を明示していたが、本実施の形態を実施するために必要な処理の順序は、それらの表現によって一意的に定められるわけではない。すなわち、本明細書で記載したフローチャートにおける処理の順序は、矛盾のない範囲で変更することができる。
　以上、本発明の一実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の一実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いても良く、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述および図面により本発明は限定されることはない。さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。本開示のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付のクレームおよびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
　本発明に係る発電システム、制御装置、制御方法、およびプログラムは、調速機を備えたエンジン発電機に適用して好適なものである。
１　発電システム
１０　制御装置
１１　判定制御部
１２　加算部
１３　差分演算部
１４　制御感度演算部
１５　制御出力演算部
１６　模擬負荷設定部
１７　設定切替部
１８　制御量選択部
１９　記憶部
２０　エンジン発電機
２１　内燃機関
２２　発電機
２３　自己補機
３０　模擬負荷
３１　模擬負荷消費電力調整器
４０　商用電力系統
５０　電力負荷
６１　発電電力計測部
６２　電力負荷消費電力計測部
６３　模擬負荷消費電力計測部
６４　停電検知部
６４ａ　停電予見部
６４ｂ　不足周波数継電部
６４ｃ　不足電圧継電部
６５，６６　遮断部
１１１　第１電力制御モード部
１１２　第２電力制御モード部
１１３　第３電力制御モード部

Claims (7)

  1. 　調速機を備える内燃機関の駆動によって発電電力を制御する発電機と、
    　外部の商用電力系統からの外部電力および前記発電機の前記発電電力を給電可能に構成された電力負荷と、
    　前記発電機の発電電力を前記電力負荷とともに消費する模擬負荷と、
    　前記模擬負荷の消費電力を制御可能な制御部と、を備え、
    　前記制御部は、
    　前記発電機の発電駆動が継続して行われている状態で前記模擬負荷の消費電力を任意の電力値に変更可能な電力増減制御として、前記商用電力系統の停電の検知または予見を示す停電信号を取得する前は、前記模擬負荷の消費電力を所定の消費電力に設定する制御を行い、前記停電信号を取得した場合、前記模擬負荷の消費電力を前記所定の消費電力から他の消費電力に変化させる制御を行う
    　発電システム。
  2. 　前記制御部は、前記停電信号を取得した場合に、前記電力負荷を、あらかじめ設定された重要一般負荷および防災負荷の少なくとも一方の負荷に切り替える
    　請求項１に記載の発電システム。
  3. 　前記制御部は、前記停電信号を取得した場合、前記発電機の発電電力に対する前記電力負荷の消費電力の差分に相当する電力を前記模擬負荷に消費させるように、前記模擬負荷の消費電力を制御する
    　請求項１または２に記載の発電システム。
  4. 　前記模擬負荷の前記所定の消費電力が、０ｋＷ以上前記発電機の定格出力未満である
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の発電システム。
  5. 　調速機を備える内燃機関の駆動によって制御される発電機の発電電力を、外部の商用電力系統から外部電力および前記発電機の前記発電電力を給電可能に構成された電力負荷に供給する場合に、消費電力を変更可能に構成されて前記発電機の前記発電電力を前記電力負荷とともに消費する、前記電力負荷と異なる模擬負荷の消費電力を制御可能な制御部を備える制御装置であって、
    　前記制御部は、
    　前記発電機の発電駆動が継続して行われている状態で前記模擬負荷の消費電力を任意の電力値に変更可能な電力増減制御として、前記商用電力系統の停電の検知または予見を示す停電信号を取得する前は、前記模擬負荷の消費電力を所定の消費電力に設定する制御を行い、前記停電信号を取得した場合、前記模擬負荷の消費電力を前記所定の消費電力から他の消費電力に変化させる制御を行う
    　制御装置。
  6. 　調速機を備える内燃機関の駆動によって制御される発電機の発電電力を、外部の商用電力系統から外部電力および前記発電機の前記発電電力を給電可能に構成された電力負荷に供給する場合に、消費電力を変更可能に構成されて前記発電機の前記発電電力を前記電力負荷とともに消費する、前記電力負荷と異なる模擬負荷の消費電力を制御可能な制御部が実行する制御方法であって、
    　前記発電機の発電駆動が継続して行われている状態で前記模擬負荷の消費電力を任意の電力値に変更可能な電力増減制御として、前記商用電力系統の停電の検知または予見を示す停電信号を取得する前は、前記模擬負荷の消費電力を所定の消費電力に設定する制御を行い、前記停電信号を取得した場合、前記模擬負荷の消費電力を前記所定の消費電力から他の消費電力に変化させる制御を行う
    　制御方法。
  7. 　調速機を備える内燃機関の駆動によって制御される発電機の発電電力を、外部の商用電力系統から外部電力および前記発電機の前記発電電力を給電可能に構成された電力負荷に供給する場合に、消費電力を変更可能に構成されて前記発電機の前記発電電力を前記電力負荷とともに消費する、前記電力負荷と異なる模擬負荷の消費電力を制御可能な制御部に、
    　前記発電機の発電駆動が継続して行われている状態で前記模擬負荷の消費電力を任意の電力値に変更可能な電力増減制御として、前記商用電力系統の停電の検知または予見を示す停電信号を取得する前は、前記模擬負荷の消費電力を所定の消費電力に設定する制御を行い、前記停電信号を取得した場合、前記模擬負荷の消費電力を前記所定の消費電力から他の消費電力に変化させる制御を行う
    　ことを実行させるプログラム。 
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