JP4062704B2 - 自家発電補助発電機の制御方法および制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、自家発電主発電機および自家発電補助発電機を有する電力供給システムにおける、自家発電補助発電機の制御方法および制御装置に関する。

大電力を消費する産業分野においては、電力供給の安定化や電力経費削減などの理由から、電力会社からの買電と、自家発電主発電機および自家発電補助発電機の並列運転とにより、工場施設などの電気負荷に電力を供給している。
このとき、自家発電補助発電機は、電気負荷容量が瞬間的に変動した場合においても、自家発電主発電機の発電出力に影響を及ぼさず、かつ、電力会社からの買電電力が一定となるように、起動・停止および出力の増減を行う制御運転（買電電力一定制御運転）を行っている。

前記したような買電電力一定制御運転の例として、特許文献１には、その設備の最適買電電力値を、電気負荷容量、買電電力量および自家発電電力量に基づいて求め、自家発電補助発電機の出力を制御するとともに電気負荷側から停止信号を受けたときには、停止する負荷の電力状況により自家発電補助発電機の出力度合いを推定し、出力変更が完了するまで負荷の停止を遅延させる自家発電電力の制御方法が開示されている。

しかしながら、特許文献１に記載の自家発電電力の制御方法は、自家発電主発電機故障・停止時には、超過した買電電力の値を買電電力調整装置へ入力し、最適買電電力設定値との偏差を検出して得られる発電電力の設定値により、自家発電補助発電機の起動および出力の増加を行うため、短時間の買電電力の超過が不可避であり、電力会社送電線に対して多大な電力潮流の変動を及ぼしてしまうという問題点があった。
特開平５−３０８７２７号公報（段落００１１〜００１３、図１）

本発明は、前記した問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、自家発電主発電機の故障停止時に、短時間の買電電力の超過を防止する手段を提供することである。

前記した目的を達成するために、本発明は、自家発電主発電機が、軽故障の警報信号を発令すると、電気負荷に供給する電力と外部からの電力供給および自家発電補助発電機の発電電力との差に応じて自家発電補助発電機の出力を制御して、発電電力を調整する自家発電補助発電機の制御方法を提供する。

本発明によると、自家発電主発電機からの電力供給が止まった場合に、自家発電補助発電機の出力を増加させることができるため、外部からの電力供給が急激に超過することを防止できる。

以下、本発明の実施の形態を、添付した図面を参照しつつ詳細に説明する。

（電力利用設備）
図１は、本実施の形態の自家発電主発電機および自家発電補助発電機を有する電力供給システムの電気系統図の例である。
図１に示すように、本実施の形態の電力供給システムは、電力会社からの買電電力が供給される電力会社送電線１と、一定出力の発電を行う自家発電主発電機２と、電気負荷の変動に対応して発電出力を変動させ買電電力を一定にさせる自家発電補助発電機３と、電力を消費する電気負荷４と、電力会社から送電される買電電力を調整する買電電力調整装置５と、自家発電補助発電機３の出力を制御する補助発電機発電電力設定装置１２とから主に構成されている。

ここで、買電電力調整装置５は、電力会社送電線１から送電される買電電力を検出する第１電力検出回路６と、電気負荷容量および自家発電主発電機２の出力性能などから決定される基準買電電力設定値を設定する基準買電電力設定回路８と、第１電力検出回路６で検出される買電電力および基準買電電力設定回路８で設定された基準買電電力設定値の偏差を求めて、それに応じた買電電力偏差信号を出力する第１偏差検出回路７とから構成される。
なお、基準買電電力設定値は、請求項の電力供給目標値に相当している。

また、請求項の制御装置に相当する補助発電機発電電力設定装置１２は、基準買電電力設定回路８から取得した基準買電電力設定値および第３電力検出器において検出される自家発電補助発電機３の発電電力の和と、第２電力検出器１１において検出される電気負荷４に供給される電力との偏差を求めて、それに応じた電力偏差信号を出力する第２偏差検出回路１３と、自家発電主発電機２が発令する警報信号に応じて、補助発電機制御回路１５に入力する信号を切り替えるリレースイッチ１４と、入力される買電電力偏差信号または電力偏差信号に応じて自家発電補助発電機３の運転を制御する信号を出力する補助発電機制御回路１５とから構成される。

また、自家発電主発電機２には、一般的な自家発電機と同様に、故障発生には、警報信号を発令するとともに、自家発電主発電機２の運転を継続する、例えば、発電機過負荷や発電機地絡過電圧などによる軽故障と、自家発電主発電機２の運転を直ちに停止する、例えば、発電機過電流や発電機界磁喪失などによる重故障との２つのモードが設定されている。本実施の形態の自家発電主発電機２は、故障発生時に、自家発電主発電機２の運転を停止する重故障の前に、軽故障を示す警報信号を発令して、運転を例えば所定時間継続する。

（通常運転時の動作）
次に、前記した本実施の形態の電力利用設備における自家発電機の運転制御動作について説明する（適宜、図１参照のこと）。
本実施の形態において、自家発電主発電機２の通常運転時には、電力会社送電線１より基準買電電力設定値で設定した電力を買電するとともに、自家発電主発電機２および自家発電補助発電機３による発電を行うことで、電気負荷４へ電力を供給している。ここで、自家発電主発電機２は、自家発電主発電機２を駆動する図示しない原動機の出力に見合った一定の電力を出力する発電出力一定運転を行っている。

このとき、補助発電機発電電力設定装置１２のリレースイッチ１４は、第１偏差検出回路７から出力される買電電力偏差信号が、補助発電機制御回路１５に入力される側に閉じている。これにより、自家発電補助発電機３は、買電電力調整装置５の第１偏差検出回路７から出力される買電電力偏差信号に応じて、電力会社からの買電電力が基準買電電力設定値となるように、買電電力一定制御運転を行う。

（非常運転時の動作）
ここで、従来技術の自家発電補助発電機の制御方法によると、自家発電主発電機２の故障時には、主発電機遮断器９が開かれ、自家発電主発電機２から電気負荷４への電力供給が断たれるため、その電力を買電電力より供給することになり、買電電力が急激に増加する。

この買電電力は、第１電力検出回路６から、第１偏差検出回路７に入力され、第１偏差検出回路７は、買電電力および基準買電電力設定値の偏差に応じた買電電力偏差信号を出力する。この買電電力偏差信号を入力された補助発電機制御回路１５は、買電電力偏差信号に応じて自家発電補助発電機３の出力を増加させ、買電電力が基準買電電力設定値となるように自家発電補助発電機３の運転を制御する。

しかしながら、このような従来技術の自家発電補助発電機の制御方法によると、主発電機遮断器９が開かれて自家発電主発電機２からの電力供給が停止してから、自家発電補助発電機３の出力の増加が終了するまでに時間遅れが生じるため、電気負荷４の要求する電力を賄うために、電力会社送電線１を介して、買電電力量を一時的に増加させる必要がある。このような短時間の急激な買電電力の変動は、電力会社送設備に対して多大な影響を及ぼしてしまう。

そこで、本実施の形態の自家発電補助発電機３の制御方法では、自家発電主発電機２が発令する軽故障の警報信号を、自家発電補助発電機３の運転制御のパラメータとして用いることで、この問題を解決する。

ここで、図２は、本実施の形態の自家発電補助発電機３の制御方法の手順を説明するフローチャートである。図２を参照して、本実施の形態の自家発電補助発電機３の制御方法を詳しく説明する。

はじめに、自家発電主発電機２が、軽故障を示す警報信号を発令した場合は（ステップＳ１０１で"有"の場合）、リレースイッチ１４は、第２偏差検出回路１３と補助発電機制御回路１５とが接続される側に"閉"となり、自家発電補助発電機３を、第２偏差検出回路１３が出力する電力偏差信号に応じた出力に増加させるように運転する、電気負荷容量追従制御運転を実行する（ステップＳ１０２）。

このとき、第２偏差検出回路１３は、基準買電電力設定回路８から取得した基準買電電力設定値および第３電力検出回路１０で検出される自家発電補助発電機３の出力の和と、第２電力検出回路１１で検出される電気負荷４に供給される電力との偏差に応じた電力偏差信号を出力し、補助発電機制御回路１５は、第２偏差検出回路１３が出力する電力偏差信号に応じて自家発電補助発電機３の出力を増減させる（ステップＳ１０３）。

そして、第２偏差検出回路１３において、買電電力設定値および自家発電補助発電機３の出力の和と、電気負荷４に供給される電力との偏差が、無いと判定されるまで、ステップＳ１０３の動作を繰り返す（ステップＳ１０４）。

これにより、警報信号の発令後に発生する発電機過電流、発電機界磁喪失などの自家発電主発電機故障停止条件（重故障）により、主発電機遮断器９が"開"となったときには、自家発電補助発電機３の出力の増加が予め行われているため、短時間の買電電力の超過を防止することができる。

また、ステップＳ１０１において、自家発電主発電機２が軽故障を示す警報信号を発令していない場合は（ステップＳ１０１で"無"の場合）、前記した買電電力一定制御運転を実行する（ステップＳ１０５）。

このとき、リレースイッチ１４は、第１偏差検出回路７と補助発電機制御回路１５が接続される側に"閉"となっており、第１偏差検出回路７は、基準買電電力設定回路８から送られる基準買電電力設定値と、第１電力検出回路６で検出される買電電力との偏差を求め、買電電力偏差信号として出力し、補助発電機制御回路１５は、この買電電力偏差信号に応じて自家発電補助発電機３の出力を増減させ（ステップＳ１０６）、第１偏差検出回路７において、買電電力と基準買電電力設定値との偏差が無いと判定されるまで、ステップＳ１０６の動作を繰り返す（ステップＳ１０７）

なお、前記した自家発電補助発電機３の制御方法において、自家発電主発電機２の警報信号の発令後に、警報が解除され、通常運転に戻った場合には、ステップＳ１０５に示した買電電力一定制御運転に復帰する構成や、警報発令後に、予め設定した所定時間経過しても重故障とならない場合に、ステップＳ１０５に示した買電電力一定制御運転に復帰する構成とすることも可能である。

（電力変化）
次に、従来技術による自家発電主発電機２の故障・停止にわたる電力変化のタイムチャートを図３に示す。そして、本実施の形態における自家発電主発電機２の故障停止にわたる電力変化のタイムチャートを図４に示す。図３および図４を参照して、本実施の形態の自家発電補助発電機３の制御方法を適用した場合の電力変化を説明する（適宜、図１参照のこと）。

図３を参照して、従来の技術においては、自家発電主発電機２の故障時には、電気負荷容量に対する電力不足分を賄うために、買電電力が急激に増加する。これにより、買電電力調整装置５により基準買電電力設定値との偏差を検出し、自家発電補助発電機３を起動および出力の増加を行うため、自家発電主発電機２の故障時から、自家発電補助発電機３の負荷移行が完了するまでの時間遅れΔＴが生じ、この時間遅れΔＴの間、買電電力が基準買電電力を大幅に超過する。

一方、図４に示した本実施の形態における自家発電補助発電機３の制御方法を適用した場合には、自家発電主発電機２の警報信号が発令されると、自家発電補助発電機３の出力が増加し、自家発電補助発電機３の出力増加が完了すると、自家発電補助発電機３の発電電力は、電気負荷容量から買電電力を差引いた電力となり、自家発電主発電機２の発電電力とあわせて、電気負荷容量を越えるため、買電電力は"０"となっている。また、この余剰となる発電電力を、電力会社送電線１を介して、発電会社に売電することも可能である。

そして、自家発電主発電機２が重故障により、停止すると、自家発電補助発電機３の発電電力および買電電力により、電気負荷容量が賄われることとなり、図３に示した従来技術の電力変化のように、買電電力の短時間の超過が発生することがないことがわかる。

以上、説明した本実施の形態の自家発電補助発電機３の制御方法および制御装置によると、自家発電主発電機２の警報信号の発令により自家発電補助発電機３を起動および出力の増加を行うため、自家発電主発電機２故障時から自家発電補助発電機３が起動および出力の増加が完了するまでの時間遅れが無くなり短時間の急激な買電電力の超過を防止することができる。

本実施の形態による自家発電主発電機および自家発電補助発電機を有する電力供給システムの電気系統図である。 自家発電補助発電機の制御手順を説明するフローチャートである。 従来技術による自家発電主発電機の故障・停止にわたる電力変化のタイムチャートを表す図である。 本実施の形態による自家発電主発電機の故障・停止時にわたる電力変化のタイムチャートを表す図である。

符号の説明

１ 電力会社送電線
２ 自家発電主発電機
３ 自家発電補助発電機
４ 電気負荷
８ 基準買電電力設定回路
１０ 第３電力検出回路
１１ 第２電力検出回路
１２ 補助発電機発電電力設定装置
１３ 第２偏差検出回路
１４ リレースイッチ
１５ 補助発電機制御回路

Claims (5)

1. 外部からの電力供給と、自家発電主発電機による所定の発電電力と、自家発電補助発電機による電気負荷の変動に対応する発電電力とにより、前記電気負荷に電力を供給する電力供給システムにおける自家発電補助発電機の制御方法であって、
   前記電気負荷に供給する電力と予め設定した外部からの電力供給目標値および前記自家発電補助発電機の発電電力との差に応じて、偏差検出部において偏差信号を出力し、
   前記自家発電主発電機が発令した軽故障の警報信号により、前記自家発電補助発電機の運転を制御する補助発電機制御部に、前記偏差信号が入力されるように、スイッチが切換わり、
   前記補助発電機制御部が、入力された前記偏差信号に応じて、前記自家発電補助発電機の運転を制御して、発電電力を調整すること、
   を特徴とする自家発電補助発電機の制御方法。
2. 前記補助発電機制御部が、入力された前記偏差信号に応じて、前記外部からの所定の電力供給と合わせて、前記電気負荷に供給する電力を賄うように、前記自家発電補助発電機の運転を制御して、発電電力を調整すること、
   を特徴とする請求項１に記載の自家発電補助発電機の制御方法。
3. 前記自家発電主発電機の発電電力と前記自家発電補助発電機の発電電力との和が、前記電気負荷に供給する電力よりも多い場合には、余剰電力を外部に供給すること、
   を特徴とする請求項１に記載の自家発電補助発電機の制御方法。
4. 外部からの電力供給と、自家発電主発電機による所定の発電電力と、自家発電補助発電機による電気負荷の変動に対応する発電電力とにより、前記電気負荷に電力を供給する電力供給システムにおける自家発電補助発電機の制御装置であって、
   前記電気負荷に供給する電力と予め設定した外部からの電力供給目標値および前記自家発電補助発電機の発電電力との差に応じて偏差信号を出力する偏差検出部と、
   入力される信号に応じて、前記自家発電補助発電機の運転を制御する補助発電機制御部と、
   前記自家発電主発電機が発令した軽故障の警報信号により、前記補助発電機制御部に入力される信号を切換えるスイッチとを含んで構成され、
   前記自家発電主発電機が軽故障の警報信号を発令すると、前記スイッチは、前記偏差検出部の出力する前記偏差信号を、前記補助発電機制御部に入力するように切換え、
   前記前記補助発電機制御部は、入力された前記偏差信号に応じて、前記自家発電補助発電機の運転を制御して、発電電力を調整すること、
   を特徴とする自家発電補助発電機の制御装置。
5. 前記補助発電機制御部は、入力された前記偏差信号に応じて、前記外部からの所定の電力供給と合わせて、前記電気負荷に供給する電力を賄うように、前記自家発電補助発電機の運転を制御して、発電電力を調整すること、
   を特徴とする請求項４に記載の自家発電補助発電機の制御装置。

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