JPH11187698A - 発電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高価な系統連系保護装置や同期投入装置を用
いることなく、負荷の仕様のいかんにかかわらず、汎用
の交流発電装置を用いながら、回転型原動機の利用率を
低下させずに、その発電電力を良好に供給し、さらに周
波数低下を利用して省エネルギーを計りながら、定電圧
定周波数の一般負荷をも駆動する。 【構成】 回転型原動機１を一定回転数で駆動して同期
発電機２で定電圧定周波数の発電電力を得、その電力を
一般負荷５に供給し、そこでの余剰分の電力の全量を、
逆阻止型コンバータ部７を通じて供給される商用電源６
からの電力に優先して、熱搬送機器負荷１２に供給す
る。不足する分は商用電源６からの電力によって賄う。
一般負荷５での必要電力量が急激に増大したときには、
コンバータ部３を制御して商用電源６からの電力を直ち
に熱搬送機器負荷１２に供給し、熱搬送機器負荷１２で
の周波数低下を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コジェネレーショ
ンシステムなどに用いるために、ガスエンジンやディー
ゼルエンジンやガスタービンあるいはスターリングエン
ジンといった回転型原動機に交流発電装置を連動連結
し、交流発電装置で得られる発電電力と、商用電源から
の電力とを供給できるように構成した発電システムに関
する。

【０００２】

【従来の技術】この種の発電システムとしては、商用電
力系統と、回転型原動機駆動の交流発電装置とを交流系
統連系して使用するか、商用電力系統から切り離し、交
流発電装置で負荷を直接駆動する、いわゆる独立運転が
一般的であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、負荷として
は、一般的に、ファンやモータなどのように、周波数制
御による回転数低下によって駆動電力を低減できる機器
が含まれることが多い。このような機器の回転数を低下
させようとすれば、独立運転の場合は、回転型原動機自
身の回転数を低下させることによって可能であるが、系
統連系の場合は、インバータを通して回転数を低下させ
なければならない。

【０００４】しかしながら、交流発電装置で連結負荷を
駆動し、駆動電力を回転数変化（周波数変化）によって
低減しようとした場合、回転数を低下させるように制御
するに伴って回転型原動機の回転数が低下し、それに略
比例して回転型原動機の能力が低下するのみならず、そ
れ以上に回転型原動機の動力が大幅に減少し、回転型原
動機の利用率が低下してしまう欠点があり、さらにその
場合、定周波数を必要とする負荷を駆動できないという
欠点もあった。

【０００５】また、交流発電装置を系統連系して、上記
負荷をインバータ駆動によって回転数を変える場合、高
価な系統連系保護装置が必要であり、さらに、交流発電
装置として同期発電機を用いた場合、両者の電力の位相
を合わせるために同期投入装置が必要となり、システム
全体として高価になる欠点があった。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、請求項１に係る発明の発電システム
は、高価な系統連系保護装置や同期投入装置を用いるこ
となく、負荷の仕様のいかんにかかわらず、汎用の交流
発電装置を用いながら、回転型原動機の利用率を低下さ
せずに、その発電電力を良好に供給できるようにし、さ
らに周波数低下を利用して省エネルギーを計りながら、
定電圧定周波数の一般負荷をも駆動できるようにするこ
とを目的とし、また、請求項２に係る発明の発電システ
ムは、上記請求項１に係る発明の目的を、容易かつ安価
に達成できるようにすることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明の周
波数可変型発電システムは、上述のような目的を達成す
るために、直流電力を交流電力に変換するインバータ部
の直流側に、交流電力を直流電力に変換するコンバータ
部と、交流電力を直流電力に変換するとともに逆流を阻
止する逆阻止型コンバータ部とを並列接続し、前記コン
バータ部の交流側に、回転型原動機に連動連結した交流
発電装置を接続するとともに、前記逆阻止型コンバータ
部の交流側に商用電源を接続し、前記インバータ部の交
流側に、回転数低下によって駆動電力を低減できる機器
を接続するとともに、前記交流発電装置と前記コンバー
タ部との間に、定電圧定周波数で駆動するとともに必要
電力が前記交流発電装置の定格値よりも小さい一般負荷
を接続し、前記交流発電装置の発電量を検出する電力検
出手段と、前記電力検出手段で検出する発電量が前記交
流発電装置の定格値よりも小さいときに、前記コンバー
タ部の直流側に供給する電力量を、検出発電量が定格値
になるまで増加し、定格値よりも大きいときには、検出
発電量が定格値以下になるまで減少するように前記コン
バータ部を制御する制御手段を備えて構成する。

【０００８】回転型原動機としては、ガスエンジンやデ
ィーゼルエンジンや蒸気タービンなどが用いられる。ま
た、回転数低下によって駆動電力を低減できる機器とし
ては、空気調和システムを構成するファン、冷温水ポン
プ、コンプレッサーとか、計装用空気のコンプレッサー
などが適用できる。また、定電圧定周波数で駆動する一
般負荷としては、照明設備やヒータなどが適用できる。

【０００９】また、請求項２に係る発電システムは、前
述のような目的を達成するために、直流電力を交流電力
に変換するインバータ部の直流側に、交流電力を直流電
力に変換するコンバータ部と、交流電力を直流電力に変
換するとともに逆流を阻止する逆阻止型コンバータ部と
を並列接続し、前記コンバータ部の交流側に、回転型原
動機に連動連結した同期発電機を接続するとともに、前
記逆阻止型コンバータ部の交流側に商用電源を接続し、
前記インバータ部の交流側に、回転数低下によって駆動
電力を低減できる機器を接続するとともに、前記同期発
電機と前記コンバータ部との間に、定電圧定周波数で駆
動するとともに必要電力が前記同期発電機の定格値より
も小さい一般負荷を接続し、かつ、前記コンバータ部の
直流側端子電圧が前記逆阻止型コンバータ部の直流側端
子電圧よりも高くなるように、前記同期発電機に備えら
れた自動電圧制御装置の設定電圧を調整して前記コンバ
ータ部の直流側に供給する電力量を制御する制御手段を
備えて構成する。

【００１０】

【作用】請求項１に係る発明の発電システムの構成によ
れば、交流発電装置で発電した交流電力をコンバータ部
で直流電力に変換した後、インバータ部で可変周波数の
交流電力に変換し、逆阻止型コンバータ部を通じて供給
される商用電源からの電力に優先して負荷に供給し、不
足する分を商用電源からの電力によって賄う。

【００１１】また、交流発電装置で発電した交流電力を
コンバータ部で直流電力に変換した後、インバータ部で
交流電力に変換してから、回転数低下によって駆動電力
を低減できる機器に供給し、回転型原動機の回転数に関
係なく機器の回転数を制御できる。

【００１２】また、交流発電装置で発電した交流電力を
コンバータ部で直流電力に変換した後に、逆阻止型コン
バータ部を通じて供給される商用電源からの直流電力と
合流させ、交流状態で合流させる場合のように、位相合
わせのために同期させることを不要にし、商用電源によ
る商用電力系統を保護するための系統連系保護装置も不
要にする。

【００１３】また、回転型原動機を一定回転数で駆動
し、それにより交流発電装置で定電圧定周波数の発電電
力を得て一般負荷に供給し、そこでの余剰分の電力の全
量を、コンバータ部からインバータ部を経て負荷に供給
する。ここで、電源投入などにより一般負荷での必要電
力量が急激に増大し、エンジンが過負荷になりそうな時
は、コンバータ部を制御して、交流発電装置から直流部
へ流れ込む電流を停止し、過負荷を防止するとともに、
逆阻止型コンバータ部を通じて、商用電源からの電力を
直ちに負荷に供給し、負荷での周波数低下を防止でき
る。

【００１４】また、請求項２に係る発電システムの構成
によれば、自動電圧制御装置を制御して同期発電機側の
交流電圧を、商用電源側の交流電圧よりも高くすること
により、コンバータ部による整流後の直流電圧を、逆阻
止型コンバータ部による整流後の直流電圧よりも高く
し、同期発電機の定格値となる電力を負荷に優先的に供
給できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を図面に基
づいて詳細に説明する。

【００１６】図１は、本発明に係る発電システムの第１
実施例を示す概略構成図であり、回転型原動機（ガスエ
ンジン）１に、発電装置としての同期発電機２が連動連
結されている。

【００１７】同期発電機２に、交流電力を直流電力に変
換するコンバータ部３の交流側が第１の電力出力線４を
介して接続されている。第１の電力出力線４には、定電
圧定周波数で駆動する一般負荷５が接続されている。商
用電源６に、交流電力を直流電力に変換するとともに逆
流を阻止する逆阻止型コンバータ部７が第２の電力出力
線８を介して接続されている。

【００１８】直流電力を交流電力に変換するインバータ
部９の直流側に、コンバータ部３および逆阻止型コンバ
ータ部７それぞれの直流側が、電力線１０と第１および
第２の分岐電力線１０ａ，１０ｂを介して接続されてい
る。電力線１０には平滑コンデンサ１１が接続されてい
る。

【００１９】インバータ部９には、空気調和システムを
構成する冷水ポンプを駆動するポンプ用電動機とかファ
ンを駆動するファン用電動機などの、回転数低下によっ
て駆動電力を低減できる機器としての熱搬送機器負荷１
２が、第３の電力出力線１３を介して接続されている。

【００２０】同期発電機２の定格値が、一般負荷５と熱
搬送機器負荷１２等で要求される電力量を合計した、シ
ステム全体で要求される最小電力量よりも小さくかつそ
の最小電力量に近い電力量を発生するように設定されて
いる。すなわち、必要最小電力量に近い定格値の汎用の
同期発電機２が選択される。

【００２１】第１の電力出力線４に、コンバータ部３の
交流側の電力を検出する電力検出手段１４が設けられて
いる。電力検出手段１４は、電流トランスデューサ１４
ａと電圧トランスデューサ１４ｂとから構成されてい
る。

【００２２】電流トランスデューサ１４ａおよび電圧ト
ランスデューサ１４ｂが、制御手段としてのコントロー
ラ１５に接続されるとともに、コントローラ１５がコン
バータ部３に接続されている。コントローラ１５では、
電力検出手段１４で検出する発電量が同期発電機２の定
格値よりも小さいときに、コンバータ部３をスイッチン
グ制御して、コンバータ部３の直流側に供給する電力量
を、検出発電量が定格値になるまで増加し、定格値より
も大きいときには、検出発電量が定格値以下になるまで
減少するようになっている。これにより、同期発電機２
の発電電力を、商用電源６からの電力に優先して熱搬送
機器負荷１２に供給できるようになっている。

【００２３】電力線１０に、直流電圧を検出する電圧計
１６が設けられ、この電圧計１６がコントローラ１５に
接続され、直流電圧が設定値を越えた場合にコンバータ
部３をスイッチング制御して、同期発電機２からの電力
が流入することを阻止し、電圧増大に起因する平滑コン
デンサ１１の破損を防止するようになっている。

【００２４】以上の構成により、図２のグラフに示すよ
うに、一般負荷５で必要とする電力量Ｐ１に変動があっ
ても、その全量を同期発電機２の発電電力量Ｐによって
賄うことができる。そして、余剰分の電力量ΔＰを熱搬
送機器負荷１２に供給し、熱搬送機器負荷１２で必要と
する電力量Ｐ２との差分、すなわち、不足した電力量Ｐ
３を商用電源６からの電力によって賄い、熱搬送機器負
荷１２での負荷変動に対応させることができる。

【００２５】上記第１実施例によれば、次のような効果
を有する。 商用電源６からの交流電力を逆阻止型コンバータ部７
を通じて直流電力に変換するから、同期発電機２からの
発電電力の商用電源６側への逆潮流を、高価な系統連系
保護装置を用いずに防止できる。 回転型原動機１を効率の高い定格負荷で駆動して同期
発電機２の発電効率を高い状態に維持しながら、その発
電電力の全量を一般負荷５と熱搬送機器負荷１２に供給
できる。また、回転数を定格回転数に維持しているた
め、回転型原動機２の能力が低下することもない。 一般負荷５において、電源投入などに際して必要電力
量が急激に増大しても、そのことは、電力検出手段１４
の構成要素を使って、電圧または周波数の低下として検
出し、同期発電機２側からコンバータ部３を通して流れ
込む電流を減少または停止することによって回転型原動
機１の過負荷を防止する。また、その際、同期発電機２
から熱搬送機器負荷１２に供給される電力量の急激な減
少分の電力を商用電源６から即座に補って熱搬送機器負
荷１２に供給するから、一般負荷５での必要電力量の急
激な増大に対する応答性に優れ、熱搬送機器負荷１２に
おける周波数低下を防止できる。 同期発電機２からの交流電力をコンバータ部３で直流
電力に変換し、かつ、商用電源６からの交流電力を逆阻
止型コンバータ部７で直流電力に変換し、直流状態で合
流するから、交流状態で合流する場合のような同期投入
装置を不要にできる。

【００２６】図３は、本発明に係る発電システムの第２
実施例を示す概略構成図であり、第１実施例と異なると
ころは次の通りである。すなわち、第２の電力出力線８
に電流トランスデューサ１７が設けられるとともにこの
電流トランスデューサ１７がコントローラ１５ａに接続
され、コントローラ１５ａが、同期発電機２に備えられ
ている自動電圧制御装置２ａに接続されている。

【００２７】コントローラ１５ａにおいて、コンバータ
部３および逆阻止型コンバータ部９（両者ともダイオー
ドで構成可能である）を常に通電した状態で、両電流ト
ランスデューサ１４ａ，１７によって検出される電流値
を比較し、コンバータ部３に入力される交流電圧が逆阻
止型コンバータ部９に入力される交流電圧よりも大にな
るように、すなわち、コンバータ部３の直流側端子電圧
が逆阻止型コンバータ部９の直流側端子電圧よりも高く
なるように自動電圧制御装置２ａの設定電圧を自動的に
制御するようになっている。

【００２８】これにより、コンバータ部３で整流された
直流電圧を、逆阻止型コンバータ部９で整流された直流
電圧よりも高い状態に維持でき、同期発電機２からの電
力を商用電源６からの電力に優先して熱搬送機器負荷１
２に供給するように構成されている。この第２実施例に
よれば、同期発電機２に備えられている自動電圧制御装
置２ａを利用しているために、上述した優先供給のため
の構成を安価にできる利点がある。

【００２９】図４は、本発明に係る発電システムの第３
実施例を示す概略構成図であり、第１実施例と異なると
ころは次の通りである。すなわち、コンバータ部３に代
えて、コントローラ１５を逆阻止コンバータ部７に接続
し、逆阻止コンバータ部７を通じて供給される電力量を
スイッチング制御し、同期発電機２からの電力を商用電
源６からの電力に優先して熱搬送機器負荷１２に供給す
るように構成している。他の構成は第１実施例と同じで
ある。

【００３０】前述第１、第２および第３実施例におい
て、コンバータ部３と逆阻止コンバータ部７とインバー
タ部９と平滑コンデンサ１１とは、汎用インバータを改
造したひとつのインバータセット１８（図１，図３およ
び図４参照）として組むことができるものである。

【００３１】図５は、本発明に係る発電システムの応用
例を示す概略構成図であり、第１実施例と異なるところ
は次の通りである。すなわち、熱搬送機器負荷として安
定駆動時の周波数が異なるブロワー１９とファン２０と
を用いる場合に、それぞれ個別のインバータセット１８
を介して同期発電機２が接続されるとともに、各インバ
ータセット１８に商用電源６が接続されている。

【００３２】同期発電機２と、両インバータセット１
８，１８への分岐箇所とを接続する第１の電力出力線部
分４ａに、定電圧定周波数で駆動する照明設備２１が接
続されている。図示しないが、第１の電力出力線部分４
ａ、および、第１の電力出力線部分４ａの端部と各イン
バータセット１８のコンバータ部３とを接続する第１の
電力出力線部分４ｂ，４ｂそれぞれに、前述同様の電力
検出手段が設けられ、第１実施例と同様に、同期発電機
２の発電電力を、商用電源６からの電力に優先して熱搬
送機器負荷１２に供給できるように構成されている。

【００３３】この応用例によれば、ブロワー１９とファ
ン２０とを個別に周波数制御する場合に、その周波数の
変動の影響が相互に及ぼし合うことを回避できる。

【００３４】また、上記実施例では、交流発電装置とし
て同期発電機２を用いているが、誘導発電機を用いても
良い。その場合、コンバータ部３を逆流可能なものに構
成し、誘導発電機の必要とする無効電力を供給すれば良
い。

【００３５】本発明としては、例えば、燃料電池や太陽
発電装置などを電力線１０に接続し、発電によって得ら
れる直流電力をも利用するようにしても良い。

【００３６】また、本発明としては、回転型原動機１と
して、上述実施例のようなガスエンジンに限らず、ディ
ーゼルエンジンや蒸気タービンやガスタービンやスター
リングエンジンなどが適用できる。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求項
１に係る発明の発電システムによれば、交流発電装置の
定格値となる電力を負荷に優先的に供給しながら、不足
する分を商用電源からの電力によって賄うから、システ
ムで要求される負荷よりも小さい、汎用の定格値の交流
発電装置を容易に選択して使用でき、システムを安価に
構成できる。また、交流発電装置で発電した交流電力を
コンバータ部で直流電力に変換した後、インバータ部で
交流電力に変換して負荷に供給するから、負荷の一部に
回転数低下によって駆動電力を低減できる機器を使用し
たとしても、その回転数の変化のいかんにかかわらず、
回転型原動機を一定回転数で駆動でき、負荷の仕様のい
かんにかかわらず、回転型原動機の利用率を低下させず
に、交流発電装置で効率良く発電した交流電力を良好に
供給できる。また、定周波数の一般負荷については、交
流発電装置の出力線に直接に接続するから、インバータ
ロスが発生しない。また、商用電源からの交流電力を逆
阻止型コンバータ部を通じて直流電力に変換した後、イ
ンバータ部で交流電力に変換して負荷に供給するから、
交流発電装置側からの逆潮流を防止する高価な系統連系
保護装置を不要にできて安価である。

【００３８】また、交流発電装置で発電した交流電力を
コンバータ部で直流電力に変換した後、インバータ部で
交流電力に変換してから、回転数低下によって駆動電力
を低減できる機器に供給し、回転型原動機の回転数に関
係なく機器の回転数を制御できるから、回転型原動機を
利用率の高い状態に維持しながら機器の駆動電力を低減
でき、商用電源から賄う電力量を極力少なくし、電力消
費量を良好に低減できて経済的である。

【００３９】また、交流発電装置で発電した交流電力を
コンバータ部で直流電力に変換した後に、逆阻止型コン
バータ部を通じて供給される商用電源からの直流電力と
合流させるから、交流状態で合流させる場合のような同
期投入装置を不要にでき、発電システムをより安価に構
成できる。

【００４０】また、回転型原動機を一定回転数で駆動
し、それにより交流発電装置で定電圧定周波数の発電電
力を得て一般負荷に供給し、電源投入などにより一般負
荷での必要電力量が急激に増大しても、増大分は発電電
力によって賄いながら、それに伴う機器への供給電力量
の急激な減少分を、商用電源からの電力によって即座に
賄うことができるから、電源投入時などの一般負荷での
必要電力量の急激な増加に伴う機器での周波数低下を応
答性良好に防止しながら、一般負荷に良好に電力を供給
して定電圧定周波数で駆動することができる。

【００４１】また、請求項２に係る発電システムによれ
ば、同期発電機に備えられている自動電圧制御装置を利
用するから、コンバータ部から供給される電力を極めて
安価に制御でき、上述請求項１に係る発明と同様の効果
を、容易かつ安価にして達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る発電システムの第１実施例を示す
概略構成図である。

【図２】必要電力量の経時的変化を示すグラフである。

【図３】本発明に係る発電システムの第２実施例を示す
概略構成図である。

【図４】本発明に係る発電システムの第３実施例を示す
概略構成図である。

【図５】本発明に係る発電システムの応用例を示す概略
構成図である。

【符号の説明】

１…回転型原動機（ガスエンジン） ２…交流発電装置としての同期発電機 ２ａ…自動電圧制御装置 ３…コンバータ部 ４…第１の電力出力線 ５…一般負荷 ６…商用電源 ７…逆阻止型コンバータ部 ９…インバータ部 １２…熱搬送機器負荷 １４…電力検出手段 １５，１５ａ…制御手段としてのコントローラ １９…機器としてのブロワー ２０…機器としてのファン ２１…一般負荷としての照明設備

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流電力を交流電力に変換するインバー
   タ部の直流側に、交流電力を直流電力に変換するコンバ
   ータ部と、交流電力を直流電力に変換するとともに逆流
   を阻止する逆阻止型コンバータ部とを並列接続し、前記
   コンバータ部の交流側に、回転型原動機に連動連結した
   交流発電装置を接続するとともに、前記逆阻止型コンバ
   ータ部の交流側に商用電源を接続し、前記インバータ部
   の交流側に、回転数低下によって駆動電力を低減できる
   機器を接続するとともに、前記交流発電装置と前記コン
   バータ部との間に、定電圧定周波数で駆動するとともに
   必要電力が前記交流発電装置の定格値よりも小さい一般
   負荷を接続し、前記交流発電装置の発電量を検出する電
   力検出手段と、前記電力検出手段で検出する発電量が前
   記交流発電装置の定格値よりも小さいときに、前記コン
   バータ部の直流側に供給する電力量を、検出発電量が定
   格値になるまで増加し、定格値よりも大きいときには、
   検出発電量が定格値以下になるまで減少するように前記
   コンバータ部を制御する制御手段とを備えたことを特徴
   とする発電システム。
2. 【請求項２】 直流電力を交流電力に変換するインバー
   タ部の直流側に、交流電力を直流電力に変換するコンバ
   ータ部と、交流電力を直流電力に変換するとともに逆流
   を阻止する逆阻止型コンバータ部とを並列接続し、前記
   コンバータ部の交流側に、回転型原動機に連動連結した
   同期発電機を接続するとともに、前記逆阻止型コンバー
   タ部の交流側に商用電源を接続し、前記インバータ部の
   交流側に、回転数低下によって駆動電力を低減できる機
   器を接続するとともに、前記同期発電機と前記コンバー
   タ部との間に、定電圧定周波数で駆動するとともに必要
   電力が前記同期発電機の定格値よりも小さい一般負荷を
   接続し、かつ、前記コンバータ部の直流側端子電圧が前
   記逆阻止型コンバータ部の直流側端子電圧よりも高くな
   るように、前記同期発電機に備えられた自動電圧制御装
   置の設定電圧を調整して前記コンバータ部の直流側に供
   給する電力量を制御する制御手段を備えたことを特徴と
   する発電システム。