JPH1080061A - 自家発電設備の発電電力制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 商用電源と逆潮流を起こさないように系統連
系運転を行いながら、自家発電設備の発電能力を有効に
活用する。 【解決手段】 自家発電設備２１のコントローラ３３
は、受電電力設定装置４０によって設定される受電電力
と、受電電力計測器３７によって商用電源２２から供給
される電力の計測値とが一致するように、同期発電機３
０の発電量を制御する。受電電力は、受電電力タイムパ
ターン設定器４２および最大瞬時電力減少パターン設定
器４３に設定されているパターンから予測され、ハイセ
レクタ４４で選択される。負荷電力が小さいときや変動
が少ない時間帯などには、受電電力を少なくして、自家
発電設備２１の稼働率を上げることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、商用電源と系統連
系運転を行いながら、商用電源側に逆潮流を起こさない
ように、構内負荷に電力を供給する自家発電設備の発電
電力制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９は、典型的な従来技術による自家発
電設備１に対する発電電力制御のためのシステム構成を
示す。工場やビルなどに設けられる自家発電設備１で
は、商用電源２と交流の振幅、周波数および位相などを
合わせる系統連系運転を行いながら、構内配電網３を介
して複数の負荷４，５に電力を供給する。各負荷４，５
は、遮断器６，７をそれぞれ介して構内配電網３に接続
される。自家発電設備１からの発電電力は、遮断器８を
介して、構内配電網３に供給される。商用電源２と構内
配電網３との間には、遮断器９が設けられる。

【０００３】自家用発電設備１では、自家用発電機であ
る同期発電機１０を駆動する内燃機関のエンジン１１へ
の燃料供給系統に設ける燃料弁１２の開度をコントロー
ラ１３によって調整し、発電電力を制御する。発電電力
計測器１４は、同期発電機１０から構内配線網３への電
力供給ラインに設けられる変圧器１５および変流器１６
によって、発電される電圧と電流とを計測し、電力に換
算する。受電電力計測器１７は、商用電源２から構内配
線網３への電力供給ラインに設けられる変圧器１８およ
び変流器１９によって、受電される電圧と電流とを計測
し、電力に換算する。受電電力設定装置２０は、構内に
おける通常運転時の最大負荷変動幅を基に、一定の受電
電力を設定する。コントローラ１３は、受電電力計測器
１７によって計される受電電力が設定された受電電力と
一致するように、同期発電機１０の出力制御を行う。

【０００４】商用電源２と自家用発電設備１とが系統連
系運転を行っているとき、電気事業法で、商用電源２側
へ発電電力を供給する逆潮流が認められない場合、受電
電力を構内負荷変動幅の最大値よりも大きくしておく必
要がある。構内負荷が急に遮断されるようなとき、負荷
の変動速度に同期発電機１０の制御速度を追従させるこ
とは困難であり、瞬間的には受電電力が減少する。この
とき、設定されている受電電力が減少量よりも小さい
と、自家発電電力が商用電源２側に流れ出る逆潮流が起
こってしまう。逆潮流が生じると、瞬間的に停止させる
ため、遮断器８を解列せざるをえなくなる。このよう
に、無理に解列すると、遮断器８の再投入が必要になっ
たり、故障したりしやすくなる。逆に、構内負荷が急に
増加するときは、商用電源２から供給される電力も急増
する。しかしながら、過剰な電力供給は、自家発電電力
の増加が追従するまでに要する短い時間程度であれば許
容される。したがって、受電電力は、通常運転時の最大
負荷変動幅よりも大きく設定されることになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の自家発電設備１
に対する発電電力制御では、通常運転時の最大負荷変動
幅を基に固定値として設定する受電電力で不足する電力
を自家発電するように制御している。このため、自家発
電設備１の発電能力に余裕があっても、商用電源から多
くの電力が供給される結果となっている。一般に自家発
電設備１は、その発電能力の上限付近で稼働させた方
が、エネルギ効率などが大きくなるように設計されてい
る。

【０００６】本発明の目的は、商用電源と逆潮流を起こ
さないように系統連系運転を行いながら、発電能力を有
効に活用することができる自家発電設備の発電電力制御
装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、商用電源と系
統連系運転を行いながら、構内負荷に電力を供給する自
家発電設備の発電電力制御装置であって、予め調査され
た最大負荷変動幅のタイムパターンに基づき、制御時点
の属する時間帯での最大変動幅に予め定める範囲内の余
裕量を見込んで、受電電力を予測する時間パターン予測
手段と、構内負荷電力と時間パターン予測手段の予測す
る受電電力との差の電力を発電するように制御する制御
手段とを含むことを特徴とする自家発電設備の発電電力
制御装置である。本発明に従えば、最大負荷変動幅のタ
イムパターンを予め調査しておく。工場などでは、始業
時や終業時、あるいは昼休み時に、負荷が断続される場
合が多く、負荷の変動幅と時間との間には、大きな相関
関係がある。大きな負荷変動が生じない時間帯には、受
電電力を低く予測しておいても逆潮流が起こるおそれは
小さく、自家発電設備の発電電力を大きくして、能力を
有効に活用し、エネルギ効率を向上させることができ
る。予測値には、予め定める範囲内の余裕量を見込んで
あるので、逆潮流が起きる可能性を一層低下させること
ができる。

【０００８】さらに本発明は、商用電源と系統連系運転
を行いながら、構内負荷に電力を供給する自家発電設備
の発電電力制御装置であって、予め調査された構内負荷
電力と最大瞬時電力減少パターンとの関係に基づき、制
御時点の構内負荷電力に対する最大瞬時電力減少量に予
め定める範囲内の余裕量を見込んで、受電電力を予測す
る負荷パターン予測手段と、構内負荷と負荷パターン予
測手段の予測する受電電力との差の電力を発電するよう
に制御する制御手段とを含むことを特徴とする自家発電
設備の発電電力制御装置である。本発明に従えば、構内
負荷電力と、そのときに投入されている可能性のある負
荷の組合わせのうち、遮断される可能性のある負荷の電
力などからの最大瞬時減少量とを予め調査しておく。構
内負荷電力が小さいときには、電力量の大きい装置が動
作している可能性は小さく、受電電力を小さく予測して
も、逆潮流を起こす可能性は小さくなる。したがって、
構内負荷電力の小さいときに、自家発電設備の発電電力
を大きくして、能力を有効に活用し、エネルギ効率を向
上させることができる。予測値には、予め定める範囲内
の余裕量を見込んであるので、逆潮流が起きる可能性を
一層低下させることができる。

【０００９】さらにまた本発明は、商用電源と系統連系
運転を行いながら、構内負荷に電力を供給する自家発電
設備の発電電力制御装置であって、予め調査された最大
負荷変動幅のタイムパターンに基づき、制御時点の属す
る時間帯での最大変動幅に予め定める範囲内の余裕量を
見込んで、受電電力を予測する時間パターン予測手段
と、予め調査された構内負荷電力と最大瞬時電力減少パ
ターンとの関係に基づき、制御時点の構内負荷電力に対
する最大瞬時電力減少量に予め定める範囲内の余裕量を
見込んで、受電電力を予測する負荷パターン予測手段
と、時間パターン予測手段および負荷パターン予測手段
が予測する受電電力を比較し、小さくない方の受電電力
を選択する予測値選択手段と、構内負荷電力と予測値選
択手段によって選択される受電電力との差の電力を発電
するように制御する制御手段とを含むことを特徴とする
自家発電設備の発電電力制御装置である。本発明に従え
ば、予め調査された結果に基づき、構内負荷の負荷変動
幅のタイムパターンから、１日の時間帯にける負荷変動
幅に基づき、受電電力を予測する。また、構内負荷の大
きさから、最大瞬時電力減少量に基づき、受電電力を予
測する。予測値には、予め定める範囲内の余裕量を見込
んであるので、逆潮流が起きる可能性を一層低下させる
ことができる。さらに、予測値のうち、小さくない方を
選択するので、多くの場合に、逆潮流を防ぐことができ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の第１形態
による自家発電設備２１の発電電力制御装置のシステム
構成を示す。自家発電設備２１は、工場や病院やビル、
あるいは一定の地域などに設けられる。自家発電設備２
１では、商用電源２２と系統連系運転を行いながら、構
内配電網２３を介して複数の負荷２４，２５に電力を供
給する。各負荷２４，２５は、遮断器２６，２７をそれ
ぞれ介して構内配電網２３に接続される。自家発電設備
２１からの発電電力は、遮断器２８を介して、構内配電
網２３に供給される。商用電源２２と構内配電網２３と
の間には、遮断器２９が設けられる。

【００１１】自家用発電設備２１では、同期発電機３０
を駆動する内燃機関のエンジン３１への燃料供給系統に
設ける燃料弁３２の開度をコントローラ３３によって調
整し、発電電力を制御する。発電電力計測器３４は、同
期発電機３０から構内配線網３３への電力供給ラインに
設けられる変圧器３５および変流器３６によって、発電
される電圧と電流とを計測し、電力に換算する。受電電
力計測器３７は、商用電源３２から構内配線網３３への
電力供給ラインに設けられる変圧器３８および変流器３
９によって、受電される電圧と電流とを計測し、電力に
換算する。受電電力設定装置４０は、予め調査された結
果に基づいて予測される変動に余裕を見込んで、受電電
力を設定する。コントローラ３３は、受電電力計測器３
７によって計される受電電力が設定された受電電力と一
致するように、同期発電機３０の出力制御を行う。

【００１２】本実施形態の自家用発電設備２１では、エ
ンジン３１の廃熱も熱エネルギとして利用するため、廃
熱利用設備４１をエンジン３１に併設し、コージェネレ
ーション設備を構成している。特に、コージェネレーシ
ョン設備では、電力と熱とを効率よく取り出すため、あ
る程度稼働率を上げておく必要がある。

【００１３】受電電力設定装置４０では、受電電力タイ
ムパターン設定器４２および最大瞬時電力減少パターン
設定器４３に予め設定されているパターンに基づいて、
受電電力を予測し、小さくない方の予測値をハイセレク
タ４４で選択して、コントローラ３３に与える。コント
ローラ３３は、発電電力計測器３４からの発電電力と、
受電電力計測３７からの受電電力との和として構内負荷
電力を算出し、最大瞬時電力減少パターン設定器４３に
与える。

【００１４】図２は、受電電力タイムパターン設定器４
２に設定されるタイムパターンの一例を示す。ある工場
での調査結果として、受電電力を上昇させる時間帯とし
ては、時刻ｔ１からｔ２間での大型電気機器を運転する
時間帯を設定する。受電電力が小さいとき、大型機器を
停止すると、逆潮流が生じやすくなるからである。ま
た、工場等では、昼食時や終業時に一斉に負荷が遮断さ
れる可能性がある。そのような機器停止時間帯には、受
電電力をさらに大きく設定する。さらに、逆潮流を確実
に防止するため、受電電力には一定の余裕を見込んでお
く。また、夜間電力契約で、商用電源２２を使用した方
が電力料金が有利になるときは、自家発電設備２１の出
力を減少させて、商用電源２２を使用するように、受電
電力を設定する。

【００１５】図３は、ある工場で、構内負荷として、１
００ｋＷ負荷Ａ，Ｂと５０ｋＷ電動機Ｃ，Ｄとその他が
あり、の組合わせパターンで運転の起動停止
が行われる場合の、最大瞬時電力減少パターンの調査結
果を示す。ではＡが２台同時停止して２００ｋＷ、
ではＡおよびＤが停止して１５０ｋＷ、ではＡのみ停
止して１００ｋＷ、ではＣのみ停止して５０ｋＷ、そ
れぞれ瞬時的に減少する可能性がある。

【００１６】図４は、図３の調査結果に基づき、最大瞬
時電力減少パターン設定器４３に予め設定される最大瞬
時電力減少パターンを示す。受電電力の設定値は、図３
の調査結果に１００ｋＷの余裕を見込んでいる。

【００１７】図５は、本実施形態の発電電力制御の全体
的な手順を示す。ステップａ１から開始し、ステップａ
２では、構内負荷の種類、必要電力、数、運転形態など
の調査を行う。ステップａ３では、構内負荷の変動実績
を調査する。季節や曜日によって変動するときには、そ
の変動要因毎に分けて調査する。ステップａ４では、ス
テップａ２の調査結果に基づき、図３で示すような最大
瞬時電力減少パターンの調査を行う。ステップａ５で
は、ステップａ３の負荷変動調査に基づき、図２に示す
ような負荷変動タイムパターンを予測する。ステップａ
６では、ステップａ５で予測したタイムパターンから、
受電電力を設定する。

【００１８】ステップａ７では、コントローラ３３が設
定された受電電力を商用電源２２から受電するように、
同期発電機３０の発電量を制御する。ステップａ８で
は、商用電源２２からの受電電力計測値と同期発電機３
０からの発電電力計測値とから、構内負荷電力の計測値
を求める。ステップａ９では、構内負荷電力の計測値に
基づき、最大瞬時電力減少パターン設定器４３から受電
電力の予測値を得る。ステップａ１０では、ハイセレク
タ４４が最大瞬時電力減少パターン設定器４３と受電電
力タイムパターン設定器４２とからの受電電力の予測値
を比較する。ハイセレクタ４４は、ステップａ１１で、
予測値が異なるときは大きい方、同一のときはその予測
値、すなわち小さくない方の予測値を選択し、受電電力
として設定する。ステップａ７に戻り、発電電力制御を
継続する。

【００１９】図６は、本実施形態の発電電力制御の効果
を示す。（ａ）の実線に示すような構内負荷パターンに
対し、従来の受電電力固定の考え方に基づく制御の場合
は、仮想線で示すような発電電力制御となる。破線は、
本実施形態による発電電力制御結果を示し、斜線を施し
て示す面積に相当する電力を、従来よりも多く発電し、
自家発電設備２１の稼働率を向上させることができる。

【００２０】図６（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、図４に基
づく最大瞬時電力減少パターン設定器４３からの予測
値、図２に示す受電電力タイムパターン設定器４２から
の予測値、およびハイセレクタ４４によって選択されて
図１の破線に対応する予測値をそれぞれ示す。

【００２１】本実施形態で、同期発電機３０は、たとえ
ば、１００％負荷に対しては発電端効率が３５％、７０
％負荷に対しては発電端効率が３０％とする。エンジン
３１として５００ｋＷ級のガスエンジンを使用し、従来
は１日のうち１／３の８時間、部分負荷で同期発電機３
０を運転している場合を想定する。８時間の運転期間
に、商用電源２２からの受電電力量を少なくすることが
できるとすると、その分だけ、同期発電機３０の出力を
上昇させることができる。この場合、次の第１式に示す
電力を多く発電することができる。

【００２２】 ８Ｈ×１００ｋＷ×３００日＝２４万ｋＷＨ／年 …（１） 図７および図８は、本発明の実施の他の形態として、受
電電力を、図４に基づく最大瞬時電力減少パターン設定
器４３からの予測値、または図２に示す受電電力タイム
パターン設定器４２からの予測値に基づいてそれぞれ設
定する場合の効果を示す。（ａ）では、図６と同様に、
実線で構内負荷パターンを示し、破線で発電電力の制御
結果を示し、従来の発電電力を仮想線で示す。従来より
も斜線を施して示す部分の面積に対応する電力を多く発
電することができる。（ｂ）では、受電電力の予測値を
示す。図７（ｂ）は図６（ｂ）と同一であり、図８
（ｂ）は図６（ｃ）と同一である。

【００２３】図１に示す実施形態では、図７および図８
に示す実施形態での予測値を、ハイセレクタ４４で選択
するので、より一層逆潮流を起こしにくすることができ
る。また、エンジン３１に廃熱利用設備４１を併設し
て、コージェネレーション設備を構成しているけれど
も、自家発電のみでも、稼動率向上の効果は同様に得ら
れる。コージェネレーション設備では、電力と熱とを同
時に回収することができるため、稼働率を上げる効果
は、さらに顕著となる。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、最大負荷
変動幅のタイムパターンを予め調査しておき、大きな負
荷変動が生じない時間帯には、受電電力を低く予測して
おいて、自家発電設備の発電電力を大きくして、能力を
有効に活用し、エネルギ効率を向上させることができ
る。予測値には、予め定める範囲内の余裕量を見込んで
あるので、逆潮流が起きる可能性を一層低下させること
ができる。

【００２５】さらに本発明によれば、構内負荷電力と、
そのときに投入されている可能性のある負荷の組合わせ
のうち、遮断される可能性のある負荷の電力などからの
最大瞬時減少量とを予め調査しておき、構内負荷電力の
小さいときなどに、自家発電設備の発電電力を大きくし
て、能力を有効に活用し、エネルギ効率を向上させるこ
とができる。予測値には、予め定める範囲内の余裕量を
見込んであるので、逆潮流が起きる可能性を一層低下さ
せることができる。

【００２６】さらにまた本発明によれば、予め調査され
た結果に基づき、構内負荷の負荷変動幅のタイムパター
ンからと、最大瞬時電力減少量とに基づき、受電電力を
予測し、小さくない方の予測値を選択して、逆潮流を起
こしにくい発電量制御を、効率よく行うことがきる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態による自家発電設備２１
の発電電力制御装置のシステム構成を示すブロック図で
ある。

【図２】図１の受電電力タイムパターン設定器４２に設
定されるタイムパターンの一例を示すタイムチャートで
ある。

【図３】図１の自家発電設備２１から電力供給を受ける
構内負荷の運転の起動停止と瞬時電力減少量との関係を
示すグラフである。

【図４】図１の最大瞬時電力減少パターン設定器４３に
設定される最大瞬時電力減少パターンの一例を示すグラ
フである。

【図５】図１の実施形態の基本的な手順を示すフローチ
ャートである。

【図６】図１の実施形態の効果と、受電電力の予測値と
を示すグラフである。

【図７】本発明の他の実施形態の効果と、受電電力の予
測値とを示すグラフである。

【図８】本発明のさらに他の実施形態の効果と、受電電
力の予測値とを示すグラフである。

【図９】従来からの自家発電設備１の発電電力制御装置
のシステム構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

２１ 自家発電設備 ２２ 商用電源 ２３ 構内配電網 ２４，２５ 負荷 ３０ 同期発電機 ３１ エンジン ３２ 燃料弁 ３３ コントローラ ３４ 発電電力計測器 ３７ 受電電力計測器 ４０ 受電電力設定装置 ４１ 廃熱利用設備 ４２ 受電電力タイムパターン設定器 ４３ 最大瞬時電力減少パターン設定器 ４４ ハイセレクタ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用電源と系統連系運転を行いながら、
   構内負荷に電力を供給する自家発電設備の発電電力制御
   装置であって、 予め調査された最大負荷変動幅のタイムパターンに基づ
   き、制御時点の属する時間帯での最大変動幅に予め定め
   る範囲内の余裕量を見込んで、受電電力を予測する時間
   パターン予測手段と、 構内負荷電力と時間パターン予測手段の予測する受電電
   力との差の電力を発電するように制御する制御手段とを
   含むことを特徴とする自家発電設備の発電電力制御装
   置。
2. 【請求項２】 商用電源と系統連系運転を行いながら、
   構内負荷に電力を供給する自家発電設備の発電電力制御
   装置であって、 予め調査された構内負荷電力と最大瞬時電力減少パター
   ンとの関係に基づき、制御時点の構内負荷電力に対する
   最大瞬時電力減少量に予め定める範囲内の余裕量を見込
   んで、受電電力を予測する負荷パターン予測手段と、 構内負荷と負荷パターン予測手段の予測する受電電力と
   の差の電力を発電するように制御する制御手段とを含む
   ことを特徴とする自家発電設備の発電電力制御装置。
3. 【請求項３】 商用電源と系統連系運転を行いながら、
   構内負荷に電力を供給する自家発電設備の発電電力制御
   装置であって、 予め調査された最大負荷変動幅のタイムパターンに基づ
   き、制御時点の属する時間帯での最大変動幅に予め定め
   る範囲内の余裕量を見込んで、受電電力を予測する時間
   パターン予測手段と、 予め調査された構内負荷電力と最大瞬時電力減少パター
   ンとの関係に基づき、制御時点の構内負荷電力に対する
   最大瞬時電力減少量に予め定める範囲内の余裕量を見込
   んで、受電電力を予測する負荷パターン予測手段と、 時間パターン予測手段および負荷パターン予測手段が予
   測する受電電力を比較し、小さくない方の受電電力を選
   択する予測値選択手段と、 構内負荷電力と予測値選択手段によって選択される受電
   電力との差の電力を発電するように制御する制御手段と
   を含むことを特徴とする自家発電設備の発電電力制御装
   置。