JPH0359658B2

JPH0359658B2 -

Info

Publication number: JPH0359658B2
Application number: JP13627682A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Nakamura; Atsuhiro Ishida; Yasuhiro Okada
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1982-08-06
Filing date: 1982-08-06
Publication date: 1991-09-11
Also published as: JPS5928843A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、ガスエンジンなどの原動機の出力で
発電機を運転して発電するとともにガスエンジン
の排熱を給湯などに利用するいわゆる熱併給発電
システムにおける電気負荷の無衝撃切替方式に関
する。

最近省エネルギーを実現するためのエネルギー
有効利用の観点からガスエンジンなどの原動機に
よるトータルエネルギーシステムが脚光を浴びて
きている。このエネルギーシステムは、たとえば
ガスエンジンについてみると、ガスの燃焼により
得られる高温の熱エネルギーを動力や電力に変換
して取り出すとともにガスエンジンの排ガスをそ
れぞれの用途に応じて利用しエネルギーの総合効
率を高めようとするものである。このようなエネ
ルギーシステムのうち、ガスエンジンの出力で発
電機を運転して発電するとともにガスエンジンの
排熱およびエンジン冷却水を利用するシステムは
熱併給発電システムと呼ばれ、最近ホテル、ビル
などに配置され、自家発電と、冷暖房および給湯
に利用されており、システム全体としてのエネル
ギー効率は70〜80％にも達する。

この熱併給発電システムを冷暖房や給湯などの
熱負荷に合わせて運転すればシステムの総合エネ
ルギー効率はさらに向上するが、このような運転
方法を採用した場合は電力ネツトワークによるバ
ツクアツプが必要になる。何故なら、ホテルや病
院などの需要家の熱負荷は通常昼間と夜間とで大
幅に異なるために、昼間の大きな熱負荷をまかな
うようにシステムを運転すれば同時に得られる電
気出力で同じ需要家の電気負荷もまかなうことが
できるが、夜間熱負荷が減少したときは得られる
電気出力も減少するために電気負荷を減少させる
か電力ネツトワークからの給電が必要になるから
である。

そこで、このような熱負荷中心の運転をする場
合は、需要家は前記負荷の一部をこの熱併給発電
システムによる発電でまかない、残りの電気負荷
を電力ネツトワーク（いわゆる買電）でまかなう
方式を採用しており、買電電源系統の熱併給発電
システムとを併して運転る運転方式には、(1)熱併
給発電と買電電源とを並列運転する方式、(2)通常
は熱併給発電システムを買電電源から分離して運
転して買電電源により負荷とは独立した負荷に給
電し、熱併給発電システムの故障時または点検時
にその負荷を買電電源に切替る系統切替運転方
式、(3)熱併給発電システムを買電電源とは完全に
分離して運転し独自の負荷に給電する方式、があ
るが、上記運転方式(1)は電力事業者側の事情から
実施が困難であり、運転方式(3)は熱負荷が減少し
たときの電気負荷の買電電源への切替えができな
いために有用性に欠ける。また運転方式(2)は熱併
給発電システムの故障時または点検時における切
替運転方式であり、通常は買電電源の負荷と熱併
給発電システムの負荷とは完全に分離してそれぞ
れの電源から給電されているため、熱併給発電シ
ステムの設備容量から給電可能な負荷容量が自ら
限定されてしまい熱負荷の変動に合わせて電気負
荷を調整することが困難であるため熱負荷が昼間
と夜間とで大きく変動するような場合には利用で
きない。また、熱併給発電システムの電気負荷物
がシステム依存の専用負荷であるために、負荷選
択が困難であり、また負荷始動時の過大電流に対
処するためには発電機の容量を大きくするかシス
テムの設備が大きくなつてしまい、これらの理由
からエネルギー利用率が低下してしまう。そのた
めの対策として補助的な余分の発電設備を設ける
方法も考えられるが、自家発電の場合は予備電力
契約が必要になり過大な投資を招くことになる。

本発明の上記の点にかんがみてなされたもの
で、エネルギーの有効利用を目的とした熱併給発
電システムを熱負荷の変動に合わせて運転する場
合の電気負荷を他の電源系と熱併給発電システム
との間で無衝撃で切替える切替方式を提案するも
ので、電気負荷の少なくとも一部を前記熱併給発
電システムまたは前記他の電源系のいずれかによ
り給電し得る複数の負荷部分に分割し、該電気負
荷部分の一部を前記熱負荷に応じて前記熱併給発
電システムにより給電するとともに残部を前記他
の電源系により給電し、前記熱負荷が変動したと
き原動機の回転数を調整して熱併給発電システム
により給電される電圧の位相と他の電源系により
給電される電圧の位相との位相差が所定値以下に
なつたとき前記電気負荷部分への給電を切り替え
るようにして熱負荷と電気負荷とのバランスを図
るようにしたものである。

以下本発明を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明により無衝撃切替方式を用いて
電気負荷を切替える熱併給発電システムを他系統
電源としての買電電源と併合して運転する場合の
系統図であり、原動機としてガスエンジンを用い
た例である。図において１は熱併給発電システム
（鎖線で囲んで示してある）、２は他系統電源とし
て電力ネツトワークから分岐した買電電源系、３
は熱併給発電システム１また買電電源系２あるい
はこれらの両者により給電される電気負荷（鎖線
で囲んで示してある）、４は熱併給発電システム
１により熱供給される熱負荷である。

熱併給発電システム１は、基本的には、２台の
ガスエンジンGE₁およびGE₂と、これらによりそ
れぞれ運転される時期発電機SGおよび誘導発電
機IGとから成り、両発電機の発電出力はシステ
ム側給電母線Ｇ−Busに供給される。ガスエンジ
ンGE₁，GE₂には都市ガスのようなガス燃料GAS
がそれぞれ調整バルブGV₁，GV₂を通して供給さ
れる。ガスエンジンGE₁，GE₂の回転数はそれぞ
れ回転計N₁，N₂により検出される。ガスエンジ
ンGE₁，GE₂からの排ガスは外部から供給される
水の熱交換されて温水となりエンジン冷却水とと
もに調整バルブHV₁，HV₂を介して熱負荷４に
供給されるが、この温水の温度は温度計T₁，T₂
により測温され、またその熱量はカロリーセンサ
CS₁，CS₂により計算される。

同期発電機SGの励磁は自動電圧調整器AVRに
より調整され、この発電機SGの発電出力端子は
電磁開閉器MC−１を介してシステム側給電母線
Ｇ−Busに接続されている。同期発電機SGの発
電電圧は電圧計V₁により、周波数は周波数計Ｆ
により、電力は電力計W₁により計測される。

一方、誘導発電機IGの発電出力端子は電磁開
閉器MC−２を介してＧ−Busに接続されており、
この電磁開閉器MC−２と並列に電磁開閉器MC
−３とリアクトリルＲとが直列に接続されてい
る。これは、誘導発電機IGは始動に際し同期発
電機SGの発電電圧を印加して誘導電動機として
起動されるため、電圧印加時のラツシユ電流を少
なくするためである。誘導発電機IGの発電電圧
は電圧計V₂により、電力は電力計W₂により計測
される。

同期発電機SGの発電電圧は電圧継電器１１に
より検出され、システム側給電母線Ｇ−Busの電
圧は電合継電器１２により検出される。

買電電源系２は、電力ネツトワークから分岐し
た３相３線商用電源ラインＬから、断路器DS、
遮断器CB、変圧器TRを介して買電側給電母線
Ｅ−Busに給電する系であり、給電母線Ｅ−Bus
の電圧は電圧継電器２１により検出される。

電気負荷３は、買電側給電母線Ｅ−Busだけか
ら給電される買電専用負荷Ａ（A₁〜A_n）と、熱
併給発電システム側母線Ｇ−Busだけから給電さ
れるシステム専用負荷Ｂ（B₁〜B_k）と、熱負荷の
変動に合わせて買電側母線Ｅ−Busから給電され
たりシステム側母線Ｇ−Busから給電されたりす
る調整負荷Ｃ（C₁〜C_o）とから成り、この調整負
荷C₁〜C_oをいずれの母線から給電するかは後述
する給電切替えスイツチCC₁〜CC_oの切替えによ
り決められる。

これらの負荷Ａ，Ｂ，Ｃはこの熱併給発電シス
テムを使用する需要家によつても異なるが、たと
えば病院の場合ならば、負荷Ａはエレベータなど
の尖頭値の大きい負荷、負荷Ｂはポンプ、コンプ
レツサなどの熱負荷用の負荷、負荷Ｃは照明、ポ
ンプなど常時供給可能にしておく重要な負荷であ
る。これらの負荷のうちシステム専用負荷Ｂおよ
び調整負荷Ｃには各負荷の起動電流および起動時
間から起動の順序または遮断の順序について優先
順位を予め付けてあり、また調整負荷Ｃについて
はたとえばビルの場合ならば照明、消火栓ポンプ
など停電時にも止めたくない負荷を優先的に起動
する重要度序列が予め定めてある。これらのデー
タならびに負荷ＢおよびＣを構成する各負荷B₁
〜B_kおよびC₁〜C_oの容量のデータを後述するマ
イコンにより自動運転のためにメモリに記憶させ
ておく。また負荷ＡおよびＢは通常複数考えられ
るが、もちろん１種類でもよい。

熱負荷４としては、冷暖房設備や給湯設備など
があり、昼間と夜間または夏と冬など時間や季節
により変動するものが多い。

調整負荷Ｃ（C₁〜C_o）の給電を切替える給電切
替えスイツチCC₁〜CC_oは各負荷C₁，C₂、…C_oご
とに１つずつ対応して設けられており、Ｅ−Bus
に接続された接点ａとＧ−Busに接続された接点
ｂとの間で後述するCPUからの指令により切替
える。

買電側母線Ｅ−Busに給電されている電圧の位
相をφ₁、システム側母線Ｇ−Busに給電されてい
る電圧の位相をφ₂とし、両位相φ₁，φ₂は位相検
出器５により検出される。

第３図は上記熱併給発電システムの電気負荷を
買電電源系との間で切り替える場合の切換え制御
をマイクロコンピユータを用いて自動的に行なう
ための切換え制御回路の線図である。図におい
て、７は第１図の系統図中に示した各種センサか
ら出力される情報に基づいて負荷切替え指令を出
力したりメモリ８に情報を書き込んだり、メモリ
８に記憶されているデータを読み出したりする中
央処理装置（CPU）であり、CS₃は熱負荷４（第
１図参照）の側に設けられ熱負荷４で消費される
熱量を計量するカロリーセンサであり、その他第
１図と同一の符号は同一の構成部分を示してい
る。メモリ８には、同期発電機SGの回転数
（n₁）、定格回転数、電合（v₁）、周波数(f)、出力
（w₁）、定格出力、誘導発電機、IGの回転数
（n₂）、定格回転数、出力（w₂）、無効の出力、定
格出力のほかに、ガスエンジンGE₁，GE₂から排
出される温水の温度T₁，T₂、買電電源系および
熱併給発電システムの位相φ₁，φ₂が書込まれる
とともに、電気負荷については、システム専用負
荷Ｂ（B₁〜B_k）および調整負荷Ｃ（C₁〜C_o）の容
量ならびに起動電流および起動時間から決まる優
先順位、さらに調整負荷Ｃ（C₁〜C_o）の重要度序
列が記憶されている。

次に上記構成の熱併給発電システムの運転につ
いて第１図ないし第３図を参照して説明する。

(1) 始動：システムの始動に先立ち、先ず電圧継電器２
１により商用電源ラインＬから買電側給電母線
Ｅ−Busに規定電圧が給電されていることを確
認する。確認できたところで、始動スイツチ６
をオンし、CPU７からの切替指令によりまず
給電切替えスイツチCC₁を接点ｂから接点ａに
切替えて調整負荷C₁を買電側給電母線Ｅ−Bus
から給電する。調整負荷C₁が起動するのに用
する時間（たとえば約５秒）経過後、CPU７
からの切指令により給電切替えスイツチCC₂を
接点ｂから接点ａに切替えて調整負荷C₂を母
線Ｅ−Busから給電する。以後同様にして給電
切替えスイツチCC₃、…CC_oを順次切替えてい
き調整負荷C₃、…C_oのすべてを買電側給電母
線Ｅ−Busに切替える。ここで、システムに設
けられた各種の継電器により故障のないことを
確認した後次に、ガスエンジンGE₁を始動する
ためにガスバルブGV₁を開きガス燃料を供給す
る。その結果、CPU７においてガスエンジン
GE₁の回転数n₁が定格回転数の95％以上になつ
たことを判断したとき自動電圧調整器AVRに
より同期発電機SGの初期励磁をかける。こう
して同期発電機SGの出力電圧が上昇していき、
電圧継電器１１により出力電圧が定格電圧にな
つたことを検出したとき電磁開閉器MC−１の
投入する。次に、熱併給発電システムから給電
される母線Ｇ−Busが規定電圧になつているか
否かを電圧継電器１２により確認し、確認でき
たところで自動電圧調整器AVRを調整して同
期発電機SGの励磁を増加する。その後、誘導
発電機IGの出力ラインに接続されている電磁
開閉器MC−３の投入し、所定時間（たとえば
約１〜５秒）経過したとき同じ出力ラインに接
続されている電磁開閉器MC−２を投入する。
こうして誘導発電機IGがまず誘導電動機とし
て回転を始める。

そこで、誘導発電機IGの回転数n₂が定格回
転数の95％以上になつたか否かをCPU６によ
り判断し、次にガスエンジンGE₂のガスバルブ
GV₂を開いてガス燃料を供給し始動させる。ガ
スエンジンGE₂の始動後は電磁開閉器MC−３
を開く。その後ガス燃料の供給量を増してガス
エンジンGE₂を増速し、その回転数が定格回転
数の105％になつたとき、予めメモリ８に記憶
させてあるシステム専用負荷Ｂのデータ（起動
電流および起動時間）に基づいて給電すべき負
荷の優先順位を選定し選定された負荷（たとえ
ばB₁）に給電する。

こうして最優先負荷B₁に給電した後両発電
機SGとIGの発電電力w₁，w₂を電力計W₁，W₂
により計測し、w₁＝w₂ならば次の優先順位の
負荷を選定し、自動電圧調整器AVRにより同
期電動機SGの励磁を増して優先順位に従つて
残りのシステム専用負荷B₂〜B_kを順序起動す
る。

その後温度計T₁，T₂によりガスエンジン
GE₁，GE₂の排ガスを利用して得られる排水お
よび冷却水の温度TE₁，TE₂が70℃以上になつ
たか否かをCPU７により判断し、排水バルブ
HV₁，HV₂を開く。また発電機SG，IGの発電
出力の周波数を周波数計Ｆを用いて50Hzに設
定するとともに発電電圧を200Vに設定し、両
発電機の発電電力w₁とw₂とが等しくなつたこ
とを確認して始動が完了する。

始動が完了したとき、買電専用負荷Ａ（A₁〜
A_n）および調整負荷C₁〜C_oは買電電源系２か
ら給電され、システム専用負荷B₁〜B_kは同期
発電機SGおよび誘導発電機IGから給電され、
熱負荷４はガスエンジGE₁およびGE₂からの排
熱により給熱される。

(2) 電気負荷の切替え；次に、運転中の熱併給発電システムの熱負荷
が変動したときの電気負荷の切替えについて第
１図、第３図および第４図のフローチヤートを
参照して説明する。

() いま、熱併給発電システムの運転中に熱
負荷４が増加したとすると、熱負荷４側のカ
ロリーセンサCS₃の出力が増加する。CPU７
は熱併給発電システム１側のカロリーセンサ
CS₁，CS₂の出力と熱負荷側４側のカロリー
センサCS₃の出力とを比較して熱負荷４が増
加したころを判別する。このとき、調整装置
によりガス供給量を調整してガスエンジン
GE₁を減速すると、同期発電機SGおよび誘
導発電機IGの発電出力の周波数が50Hzよよ
り低下する。位相検出器５により検出され買
電側給電母線Ｅ−Busの位相φ₁とシステム側
給電母線Ｇ−Busの位相φ₂とからCPU７が位
相差（φ₁−φ₂）を演算し、その差が＋５％
になつたときメモリ８に記憶してある調整負
荷Ｃの優先順位を読み出しCPU７からの指
令により優先順位の最も高い調整負荷（たと
えばC_h）の給電切替えスイツチを接点ａか
ら接点ｂに切替え、それまでのＥ−Busによ
り給電からＧ−Busにより給電に切り替え
る。最優先調整負荷C_hの切替え後CPUはメ
モリ８に記憶されたデータから次の優先順位
を選択し、その後熱併給発電システム１側の
カロリーセンサCS₁，CS₂の出力と熱負荷４
側のカロリーセンサCS₃の出力とを比較して
熱負荷４が増加状態にあると判断したときは
すでに選定した優先順位の調整負荷Ｅ−Bus
側からＧ−Bus側に切り替え、以下同様にし
て熱負荷４が増加状態にある限り調整負荷の
切替えを行なつていく。この調整負荷Ｃの給
電を切り替える間ガスエンジンGE₁は減速状
態にありシステム側給電母線Ｇ−Busの位相
φ₂は買電側給電母線Ｅ−Busの位相φ₁より遅
れている。熱負荷４の増加が止つた時点でガ
スエンジンGE₁への燃料供給量を増加すれば
発電機SGおよびIGの周波数は増しφ₁とφ₂と
の位相差が零となる。なお、ガスエンジン
GE₁の減速にともなつて熱負荷４に供給され
る熱量も一時的に減少するが、給電の切替え
が完了してガスエンジンGE₁への燃料供給量
が増加し始めるまでの時間は数10秒にも満た
ない極めて短い時間であるため、ガスエンジ
ン構造体や配管系の熱容量などで４〜５分以
上の長い応答時間を有するカロリーセンサや
温度計はこのような短い時間に熱量変化には
応答しない。

熱負荷４が増加したときは上で述べたよう
にガスエンジンGE₁を減速する代りに増速し
てももちろんよい。

次に熱負荷増加時における調整負荷切替え
について第５図を参照して説明する。説明の
便宜上調整負荷はC_h１つであるとする。

第５図において、(イ)は買電電源系（Ｅ−
Bus）の給電電圧波形、(ロ)は調整負荷の端子
電圧波形、(ハ)は熱併給発電システム（Ｇ−
Bus）の給電電圧波形をそれぞれ示してお
り、D₁は調整負荷が買電電源系から給電さ
れている区間、D₂は調整負荷が買電電源系
からも熱併給発電システムからも給電されて
いない区間、D₃は調整負荷が熱併給発電シ
ステムから給電されている区間である。

さて、時刻t₁において調整負切替え指令が
出されると、すでに第４図において説明した
ように、ガスエンジンGE₁を減速し始め、Ｅ
−BusとＧ−Busの給電電圧の位相差（φ₁−
φ₂）を演算する。Ｇ−Busの給電電圧の位相
φ₂が次第にずれ時刻t₂において（φ₁−φ₂）が
＋５％以下になつたことを検出したとき、
CPU７からの切替え信号により給電切替え
スイツチ（たとえばCC_h）が作動してＥ−
BusからＧ−Busに切替えられ、時刻t₃にお
いて切替えが完了したとする。このとき第５
図ロおよびハからわかるように、調整負荷
C_hの端子電圧とＧ−Busの給電電圧との位相
差は５％と極めて小さいので切替え時に調整
負荷ならびに熱併給発電システムに及ぶ衝撃
はほとんどなく、無衝撃に近い切替えが実現
できる。なお、この時刻t₂からt₃までの時間
はせいぜい２〜３サイクルであつて極めて短
いので、時刻t₂においてＧ−BusとＥ−Bus
の位相差（φ₁−φ₂）を＋５％以内に抑えて
おけばt₃で切替えが完了したときＧ−Busと
Ｅ−Busの位相をほとんど一致させることが
できる。

その後はガスエンジンGE₁を徐々に増速さ
せφ₁−φ₂＝０となつたときの状態を維持す
る。

() 次に、運転中の熱併給発電システムの熱
負荷が減少した場合の調整負荷Ｃの切替えに
ついて再び第４図により説明する。

CPU７が熱併給発電システム１側のカロ
リーセンサCS₁，CS₂の出力と熱負荷４側の
カロリーセンサCS₃の出力との比較により熱
負荷４が減少したことを知ると、CPU７か
らは上記(1)の熱負荷増加の場合と逆に調速装
置によりガス量を調整してガスエンジンGE₁
を増速させる。その結果システム側発電出力
の周波数が増し、位相φ₂が買電側給電母線
Ｅ−Busの位相φ₁より進む。CPU７では位相
検出器５により検出された位相φ₁，φ₂から
位相差（φ₁−φ₂）を演算し、その値が−５
％以下になつたとき、すでに上記(1)で説明し
たのと同様にして優先順位の高い調整負荷か
ら順次Ｇ−BusからＥ−Busへ切り替えてい
く。この切替えはGPUが熱併給発電システ
ム１側のカロリーセンサCS₁，CS₂と熱負荷
４側のカロリーセンサCS₃の出力に基づいて
熱負荷が減少していると判断されている間中
行なわれ、熱負荷４の減少が停止した時点で
ガスエンジンGE₁を減速し始め、位相差（φ₁
−φ₂）が零になるまで減速する。

このように熱負荷４が減少したときはガス
エンジンGE₁の回転数を増してシステムの発
電出力の位相をずらし、位相差（φ₁−φ₂）
が−５％以下になつたとき調整負荷をＧ−
BusからＥ−Busに切替えれば、このとき調
整負荷C_hの端子電圧の値とＥ−Busの給電電
圧値との差は極めて小さいので、切替え時に
調整負荷ならびに熱併給発電システムに及ぶ
衝撃はほとんどなく、熱負荷増加の場合と同
様に無衝撃に近い切替えが実現できる。熱負
荷がさらに減少した場合は誘導発電機IGを
停止して同期発電機SGのみで熱負荷と電気
負荷とをまかなうようにしてもよい。

(3) 電気負荷の変動；熱併給発電システムから給電中の負荷Ｂおよ
びＣの一部が変動した場合の運転について第６
図のフローチヤートを用いて説明する。

いま電気負荷ＢまたはＣが変動するとガスエ
ンジンGE₁，GE₂の回転数が変動し、その結果
同期発電機SGおよび誘導発電機IGの出力も変
化する。出力の変動幅△KWは電力計W₁，W₂
に基づいてCPU７（第３図参照）で演算され、
その発動幅△KWが所定値ｐ（KW）を越えて
いる場合は、その出力変動幅△KWが正すなわ
ち電気負荷が増加か負すなわち電気負荷が減少
かを判別する。その後の調整はすでに第４図に
ついて説明した熱負荷変動時の調整とほとんど
同じである。すなわち電気負荷が増加した場合
はガスエンジンGE₁を増速して発電機出力の位
相をずらし始め（オフセツト操作）、その位相
差（φ₁−φ₂）をCPU７で演算し位相差がたと
えば−５％になつたとき調整負荷Ｃ（C₁〜C_o）
のうちこの出力変動幅△KWに相当するかもし
くはそれに近い容量の負荷をメモリ８（第３図
参照）に記憶されているデータから探し出し
CPU７からの切替指令に基づき該当する負荷
の給電切替えスイツチCC_hをＧ−Bus側からＥ
−Bus側に切り替える。

逆に出力変動幅△KWが負すなわち電気負荷
が減少した場合はガスエンジンGE₁を減速して
発電機出力の位相をずらし始め（オフセツト操
作）、その位相差（φ₁−φ₂）がたとえば＋５％
になつたとき電気負荷増加の場合と同様に調整
負荷Ｃ（C₁〜C_o）の中から出力変動幅△KWの
相当するかもしくはそれに近い容量の負荷を探
し出し、CUP７からの切替指令に基づいて該
当する負荷（たとえばG_g）の給電切替えスイ
ツチCC_gをＥ−Bus側からＧ−Bus側に切替え
る。

このようにすれば電気負荷が増加した場合で
も減少した場合でも負荷へ給電を無衝撃に近い
状態で切替えることができる。

その後上記オフセツト操作の結果発電出力の
周波数が変動してしまうのを補正するたに、ま
ず周波数計Ｆにより周波数を検出し、電気負
荷が減少して周波数が規定の50Hz以下になつ
ているときはガスエンジンGE₁を増速し、電気
負荷が増加して周波数が50Hz以上になつてい
るときはガスエンジンGE₁を減速して50Hzにな
るように調整する。周波数が50Hzになつたと
きガスエンジンGE₁へのガス燃料の供給量をセ
ツトしそれ以後はその状態で運転を継続する。

このように、熱併給発電システムが定常状態
で運転中に負荷ＢまたはＣが変動したときは発
電機SGおよびIGの増速または減速により変動
を補正することができる。

(4) 停止；熱併給発電システムの運転を停止するには次
のようにする。

第７図において、オペレータにより運転停止
指令が出されると、CPU７が熱併給発電シス
テム１側にカロリーセンサCS₁，CS₂の出力の
熱負荷４側のカロリーセンサCS₃の出力とに基
づいて熱負荷４が減少しているか否かを検出し
（ステツプａ）、熱要求をしていることを確認し
たときはガスエンジンGE₁を増速して（ステツ
プｂ）発電出力の位相φ₂をずらし（オフセツ
トし）、買電側給電母線Ｅ−Busの位相φ₁とシ
ステム側給電母線Ｇ−Busの位相φ₂との位相差
（φ₁−φ₂）が−５％になるようにする（ステツ
プｃ）。このオフセツトが実現できたときメモ
リ８に記憶されている調整負荷Ｃについてのデ
ータから優先順位を選定し（ステツプｄ）、優
先順位の高い順から調整負荷を順次Ｇ−Bus側
からＥ−Bus側へ切り替えていく。もちろん、
この場合の切り替えは始動時と同様にCPU７
からの切替え指令に基づいて給電切替えスイツ
チCC₁，CC₂…が接点ｂから接点ａに切り替え
られることにより行なわれる。こうしてＧ−
Busから給電されている調整負荷Ｃのすべてに
ついて、給電切替えスイツチCC₁〜CC_oをＥ−
Bus側に切り替える（ステツプｅ）。その後、
CPU７が熱併給発電システム１側のカロリー
センサCS₁，CS₂の出力と熱負荷４側のカロリ
ーセンサCS₃の出力とに基づいて熱負荷４が減
少していることを確認し（ステツプｆ）、次に
システム専用負荷B₁〜B_kへの給電ラインに接
続されている電磁開閉器MC−Ｂを順次開放し
ていく（ステツプｇ）。こうしてシステム専用
負荷B₁〜B_kのすべてが切り離された後、誘導
発電機IGの出力ラインに接続されてている電
磁開閉切MC−２，MC−３を開き（ステツプ
ｈ）、ガスエンジンGE₂からの給電を停止する
（ステツプｉ）。ここで再びCPU７がカロリー
センサCS₁，CS₂，CS₃の出力に基づいて熱負
荷４が減少しているか否かを判別し（ステツプ
ｊ）、減少していれば今度は同期発電機SGの出
力ラインに接続されている電磁開閉器MC−１
を開く（ステツプｋ）。その後ガスエンジン
GE₁からの給電を停止し（ステツプｌ）、ガス
バルブGV₁，GV₂を閉じて（ステツプｍ）、ガ
スエンジンGE₁，GE₂への燃料供給を停止し、
最後に調整バルブHV₁，HV₂を閉じる（ステ
ツプｎ）。こうして熱併給発電システムの運転
は停止する。

第８図は本発明による熱併給発電システムの
無衝撃切替方式の他の実施例であり、調整負荷
Ｃの給電切替えスイツチCC₁〜CC_oの各々と並
列に１つのスイツチとリアクトルとを直列に接
続したものである。すなわち、第８図に示すよ
うに、給電切替えスイツチCC₁について例示す
れば、スイツチCC₁の負荷接続点ｃとＧ−Bus
との間にスイツチSW₁とリアクトルR₁とを直
列に接続し、調整負荷C₁をたとえばＥ−Busか
らＧ−Busに切り替えるには、まずスイツチ
SW₁を投入し、その後所定時間（たとえば0.3
秒）経過したときスイツチCC₁を投入し、さら
にその後所定時間（たとえば0.3秒）経過した
ときスイツチSW₁を遮断する。このようにすれ
ば、切替え時における衝撃電圧がリアクトル
R₁により緩衝されるためスイツチCC₁だけで切
り替える場合に比べてさらに衝撃を緩和するこ
とができる。このような作動シーケンスはもち
ろんCPUからの指令に基づいて自動的に行な
うことができる。

上記実施例においては熱併給発電システムと
併用するもう１つの電源系統として電力ネツト
ワークからのいわゆる買電電源系統を例示した
が、本発明はこれに限らず別に独立して運転さ
れるもう１つの熱併給発電システムでもよいこ
とはもちろんである。また、本発明を適用する
熱併給発電システムの運転に当つては、自己の
停電処理や他電源の停電処理あるいは軽故障、
重故障時の警報、表示あるいは処理など異常時
の処理ならびに力率補償や出力平衡制御など平
常時の各種制御などもマイクロコンピユータを
用いて実際上行なうのが好ましい。さらに、本
発明における熱併給発電システムに用いること
ができる原動機としては例示したガスエンジン
のほかにガスタービン、スチームタービン、デ
イーゼルエンジンなどがある。

以上説明したように、本発明は、熱併給発電シ
ステムの電気負荷への給電を熱負荷の変動に応じ
て熱併給発電システムと他の電源系との間で切り
替える電気負荷への給電切替え方式において、電
気負荷の少なくとも一部を前記熱併給発電システ
ムまたは前記他の電源系のいずれかにより独立し
て給電し得る複数の負荷部分に分割し、該電気負
荷部分の一部を前記熱負荷に応じて前記熱併給発
電システムにより給電するとともに残部を前記他
の電源系により給電し、前記熱負荷が変動したと
き原動機の回転数を調整して熱併給発電システム
により給電される電圧の位相と他の電源系により
給電される電圧の位相との位相差が所定値以下に
なつたとき前記電気負荷部分への給電を切り替え
るようにしたので、熱負荷が変動したときに電気
負荷を切り替える際電源側（熱併給発電システム
および他の電源系）への衝撃を大幅に抑制するこ
とができるとともに、負荷に対しては電源の質
（特に周波数）や位相のずれによる過渡トルクの
衝撃を抑制することができる。負荷に対する衝撃
が大きい場合は負荷であるブロアやポンプなどの
シヤフトが折れるとかカツプリングが破損すると
いうこともあるが、本発明方式によればこのよう
な損傷が避けられる。また、通常電源系統を切り
替える際のラツシユ電圧または電流は平常時の２
〜６倍あるが、このラツシユ値を極力小さくする
ことができるために、熱併給発電システムの設備
容量に余裕分を見込まないで済む設計ができ、建
設、運転コスト上有利になる。余分な発電設備が
不要になるので予備電力契約が不要となり、契約
電力の最適化が可能になる。さらに、熱併給発電
システムにおいて複数台の発電機を運転する場合
は、安価で耐久性が大きくしかも保守上有利な誘
導発電機の使用が可能になるので、システムの運
転コスト上有利である。またそのために力率改善
用コンデンサが不要となり、ガバナーも簡単なも
のですむ。また並行運転を行わないですむため
に、切替え操作が極めて簡単になり省力化が図れ
るとともに同期検出器や保護装置など並行運転に
必要な装置や設備が不要となる。また、ハードウ
エアが単純化できるためコスト上も有利である。
電気負荷の配分を適正に行うことにより信頼度を
向上することができる。特に大型の負荷の起動は
他の電源系として用いた商用電源で行なうことに
より受電変圧器の余剰容量を利用することができ
るので、総合的に需要家に設備利用率を向上する
ことができる。また、電気負荷について予め優先
順位を定めておき、順序起動することによりシス
テムの最適化が可能になる。さらに、電気負荷を
熱併給発電システム専用の負荷と他の電源系から
も給電可能な負荷とに分けた場合、システム専用
の負荷を起動させるときにはシステムによる発電
電圧を規格内で上昇させてから起動し、起動完了
後に定格値に自動設定させることが他の負荷への
フリツカーの極小化が可能である。また上記実施
例では発電機として同期発電機と誘導発電機の２
台を用いたが、本発明の熱併給発電システムは種
類のいかんを間わず複数台の発電機を用いること
ができることはもちろんである。

なお、基本的に言えることは、本発明は熱併給
発電システムを熱負荷の変動を基準として運転す
る方式であるからシステム全体の設備利用率を向
上することができ、単属系統方式に比べて一層省
エネルギーの実現が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による無衝撃切替え方式を適用
した熱併給発電システムと買電電源との併用系統
図、第２図は熱併給発電システムの始動を説明す
るフローチヤート、第３図は電気負荷の給電切替
え制御回路、第４図は熱併給発電システムの熱負
荷変動時における無衝撃切替えを説明するフロー
チヤート、第５図は本発明による切替え方式を説
明する波形図で、イは買電電源系により給電電圧
波形、ロは調整負荷の端子電圧波長、ハは熱併給
発電システムによる給電電圧波形、第６図は熱併
給発電システムの電気負荷変動時における調整動
作を説明するフローチヤート、第７図は熱併給発
電システムの停止を説明するフローチヤート、第
８図は本発明による無衝撃切替え方式を行なう他
の実施例の要部回路図である。１……熱併給発電システム、２……買電電源
系、３……電気負荷、４……熱負荷、５……位相
継電器、６……始動スイツチ、７……CPU、８
……メモリ、１１，１２，２１……電圧継電器、
GE₁，GE₂……ガスエンジン、IG……誘導発電
機、SG……同期発電器、Ｇ−Bus……システム
側給電母線、GAS……ガス燃料、GV₁，GV₂…
…調整バルブ、N₁，N₂……回転計、HV₁，HV₂
……調整バルブ、TE₁，TE₂……温度計、CS₁，
CS₂……カロリーセンサ、AVR……自動電圧調
整器、MC−１，MC−２，MC−３……電磁開
閉器、V₁，V₂……電圧計、W₁，W₂……電力計、
CPU……３相３線商用電源ライン、DS……断路
器、CB……遮断器、TR……変圧器、Ｅ−Bus…
…買電側給電母線、Ａ……買電専用負荷、Ｂ……
システム専用負荷、Ｃ……調整負荷、CC₁，CC_o
……給電切替えスイツチ、Ｌ……商用電源ライ
ン、N_R1，N_R2……定格回転数。

Claims

【特許請求の範囲】１原動機により運転される発電機により電気負
荷に給電するとともに前記原動機の排熱を熱負荷
に給熱する熱併給発電システムの前記電気負荷へ
の給電を、前記熱負荷の変動に応じて、前記熱併
給発電システムと他の電源系との間で切り替える
電気負荷の給電切替方式において、電気負荷の少
なくとも一部を前記熱併給発電システムまたは前
記他の電源系のいずれかにより給電可能な複数の
負荷部分に分割し、該電気負荷部分の一部を熱負
荷に応じて前記熱併給発電システムにより給電
し、前記電気負荷部分の残部を他の電源系により
給電し、熱負荷が変動したとき前記原動機の回転
数を調整して熱併給発電システムにより給電され
る電圧の位相と他の電源系により給電される電圧
の位相との差が所定値以下になつた時前記電気負
荷部分への給電を切り替えるようにしたことを特
徴とする熱併給発電システムにおける電気負荷の
無衝撃切替方式。２前記原動機がガスエンジンであることを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載の無衝撃切替
方式。３前記発電機が同期発電機であることを特徴と
する特許請求の範囲第１項に記載の無衝撃切替方
式。４前記発電機がそれぞれガスエンジンにより運
転される同期発電機および誘導発電機であること
を特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の無衝
撃切替方式。５前記他の電源系が電力事業者により提供され
る電力ネツトワークから分岐した買電電源である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
無衝撃切替方式。６前記電気負荷への給電の切替えは、予め定め
た優先順位の高い順に行われることを特徴とする
特許請求の範囲第１項に記載の無衝撃切替方式。