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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-09-12
(45)【発行日】2022-09-21
(54)【発明の名称】制御システム
(51)【国際特許分類】
H02J 3/38 20060101AFI20220913BHJP
H02P 9/04 20060101ALI20220913BHJP
H02J 3/46 20060101ALI20220913BHJP
H02P 9/10 20060101ALI20220913BHJP
H02J 9/06 20060101ALI20220913BHJP
H02J 7/34 20060101ALI20220913BHJP
H02P 101/25 20150101ALN20220913BHJP
【ＦＩ】
H02J3/38 180
H02P9/04 J
H02J3/46
H02P9/10 A
H02J9/06
H02J7/34 H
H02P101:25
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2021128400
(22)【出願日】2021-08-04
【審査請求日】2021-08-04
【早期審査対象出願】
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】000220262
【氏名又は名称】東京瓦斯株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100104880
【弁理士】
【氏名又は名称】古部 次郎
(74)【代理人】
【識別番号】100125346
【弁理士】
【氏名又は名称】尾形 文雄
(72)【発明者】
【氏名】宮澤 歩夢
(72)【発明者】
【氏名】市川 哲理
【審査官】大濱 伸也
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１４－２０４４６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０６８０７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－００６５９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－３０１５４５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｊ ３／００－５／００
Ｈ０２Ｊ ７／３４
Ｈ０２Ｊ ９／００－１１／００
Ｈ０２Ｐ ９／０４
Ｈ０２Ｐ ９／１０
Ｈ０２Ｐ １０１／２５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
発電機を駆動させる原動機と電力貯蔵手段とを備えた自家発電設備を制御する制御システムであって、発電機により発電された電気の周波数を計測することにより、構内の負荷を計測する計測手段と、
商用電力系統の停電発生から自立運転に移行するまでの間に、前記原動機への負荷が増加しているときに、前記計測手段により計測された周波数が、前記自家発電設備の運転時にあるべき電気の周波数である定格周波数とは異なり、前記原動機が停止しないために許容される前記原動機の回転数の下限に基づいて定められた下限制御周波数を下回った場合に、周波数の減少する速度に応じて前記電力貯蔵手段から電力を出力させ、原動機の出力の上昇とともに出力電力量を徐々に減少させ原動機の負荷比率を上げる制御手段と
を備える制御システム。
【請求項2】
前記原動機がガスエンジンである請求項１に記載の制御システム。
【請求項3】
前記制御手段は、前記電力貯蔵手段から電力を出力させているときに、前記計測手段で計測された計測量が予め定められた前記下限制御周波数内に納まった場合に、当該電力貯蔵手段から電力を出力させることを停止させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、制御システムに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、正常時に商用系統に接続され商用系統の停電時等に商用系統から自立して原動機によって駆動される発電機と、電力貯蔵手段と、該電力貯蔵手段の充放電を制御する充放電制御装置を具備する自家発電設備の運転方法において、負荷の増加を検出すると、前記電力貯蔵手段から出力（放電）して負荷の増加分を電力貯蔵手段に一時的に全量負担させ、その後、電力貯蔵手段の出力を発電機の許容変動負荷以下の速度で徐々に削減し、電力貯蔵手段の出力が０となると負荷の分担処理を終了させることにより、自家発電設備の負荷投入率を改善することを特徴とする自家発電設備の運転方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００７－６５９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
商用電力系統の停電が発生し自家発電設備が系統から切り離されるまでのごく短時間において、自家発電設備は、構内負荷に加えて停電事故点よりも下流側の構外負荷をも一時的に担うために、過負荷状態が発生し得る。この負荷レベルが発電機の特性上限を超過すると発電設備の運転停止を引き起こすおそれがある。遮断速度の優れた高速遮断器であれば、停電発生から商用電力系統遮断までの時間を短縮し、発電設備の運転継続確率を高めることができる。しかし、遮断速度の優れた高速遮断器は大型設備となりコストがかかる。
【0005】
本発明は、自家発電設備にて、遮断速度に優れた高速遮断器を用いずとも、過負荷状態を緩和し、継続確率を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
請求項１に記載の発明は、発電機を駆動させる原動機と電力貯蔵手段とを備えた自家発電設備を制御する制御システムであって、発電機により発電された電気の周波数を計測することにより、構内の負荷を計測する計測手段と、商用電力系統の停電発生から自立運転に移行するまでの間に、前記原動機への負荷が増加しているときに、前記計測手段により計測された周波数が、前記自家発電設備の運転時にあるべき電気の周波数である定格周波数とは異なり、前記原動機が停止しないために許容される前記原動機の回転数の下限に基づいて定められた下限制御周波数を下回った場合に、周波数の減少する速度に応じて前記電力貯蔵手段から電力を出力させ、原動機の出力の上昇とともに出力電力量を徐々に減少させ原動機の負荷比率を上げる制御手段とを備える制御システムである。
請求項２に記載の発明は、前記原動機がガスエンジンである請求項１に記載の制御システムである。
請求項３に記載の発明は、前記制御手段は、前記電力貯蔵手段から電力を出力させているときに、前記計測手段で計測された計測量が予め定められた前記下限制御周波数内に納まった場合に、当該電力貯蔵手段から電力を出力させることを停止させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の制御システムである。
請求項２に記載の発明は、前記原動機がガスエンジンである請求項１に記載の制御システムである。
請求項３に記載の発明は、前記制御手段は、前記電力貯蔵手段から電力を出力させているときに、前記計測手段で計測された計測量が予め定められた前記下限制御周波数内に納まった場合に、当該電力貯蔵手段から電力を出力させることを停止させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の制御システムである。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、自家発電設備にて、遮断速度に優れた高速遮断器を用いずとも、過負荷状態を緩和し、継続確率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】第一の実施形態の制御システムを示す図である。
【図2】周波数変化に応じて電力貯蔵手段を制御する手順についてのフローチャートである。
【図3】自立運転移行前からの周波数変化に応じた発電機の出力の時間変化を示す図である。
【図4】発電機への負荷が増加した場合に、従来の制御の出力と周波数との関係を表した図である。
【図5】発電機への負荷が増加した場合の電力貯蔵手段の異なる制御の手順についてのフローチャートである。
【図6】発電機への負荷が増加した場合に、電力貯蔵手段の異なる制御による出力と周波数との関係を表した図である。
【図7】発電機への負荷が減少した場合の制御の手順についてのフローチャートである。
【図8】発電機への負荷が減少した場合に、実施形態による制御による出力と周波数との関係を表した図である。
【図9】発電機への負荷が減少した場合に、従来の制御の出力と周波数との関係を表した図である。
【図10】発電機への負荷が減少した場合の電力貯蔵手段の異なる制御の手順についてのフローチャートである。
【図11】発電機への負荷が減少した場合に、電力貯蔵手段の異なる制御による出力と周波数との関係を表した図である。
【図12】停電発生前から自立運転移行後の周波数変化に応じた電力貯蔵手段の出力等の時間変化を示す図である。
【図13】構内発電機が構内の負荷のみならず構外の負荷を担う様子を模式的に示す図である。
【図14】停電発生前から自立運転移行後の周波数変化に応じた発電機の出力の時間変化を示す図である。
【図15】本発明に係る制御システムの全体図である。
【図16】停電検出信号に応じた電力貯蔵手段の制御と周波数に基づく電力貯蔵手段の制御とを実行する手順についてのフローチャートである。
【図17】停電発生前から自立運転移行後の停電検出信号に応じた電力貯蔵手段の出力等の時間変化を示す図である。
【図18】停電発生前から自立運転移行後の停電検出信号に応じた発電機の出力の時間変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の第一の実施形態における制御システム１００について、図１を用いて説明する。図１は第一の実施形態の制御システム１００を示す図である。
制御システム１００は、商用電力系統３と、構内配線１０とを有し、この構内配線１０は、自家発電装置１と、複数の需要器２ａ～２ｄと、遮断器４ａ、４ｂとを備えている。
そして、複数の需要器２ａ～２ｄに対し自家発電装置１と商用電力系統３とが電力を供給する。需要器２ａと２ｂとは、重要な需要器であり、停電後も電力を供給されるべき需要器である。需要器２ｃと２ｄとは、停電発生後に遮断器４ｂが遮断すると電力供給が停止される需要器である。遮断器４ａは、構内配線１０と商用電力系統３とを遮断する遮断器である。遮断器４ｂは発電機１２と需要器２ｃ及び需要器２ｄとを遮断する遮断器である。したがって、停電発生後、遮断器４ａ及び遮断器４ｂが遮断を実行すると、自家発電装置１は、重要な需要器２ａ及び需要器２ｂへ電力の供給を行う。
第一の実施形態において、構内とは、自家発電装置１及び自家発電装置１が停電時でない正常時に電力を供給し得る範囲を指す。商用電力系統３において停電事故が発生した場合、自家発電装置１は、構内の負荷に加えて停電事故点よりも下流側の構外負荷をも一時的に担うことがある。
制御システム１００は、商用電力系統３と、構内配線１０とを有し、この構内配線１０は、自家発電装置１と、複数の需要器２ａ～２ｄと、遮断器４ａ、４ｂとを備えている。
そして、複数の需要器２ａ～２ｄに対し自家発電装置１と商用電力系統３とが電力を供給する。需要器２ａと２ｂとは、重要な需要器であり、停電後も電力を供給されるべき需要器である。需要器２ｃと２ｄとは、停電発生後に遮断器４ｂが遮断すると電力供給が停止される需要器である。遮断器４ａは、構内配線１０と商用電力系統３とを遮断する遮断器である。遮断器４ｂは発電機１２と需要器２ｃ及び需要器２ｄとを遮断する遮断器である。したがって、停電発生後、遮断器４ａ及び遮断器４ｂが遮断を実行すると、自家発電装置１は、重要な需要器２ａ及び需要器２ｂへ電力の供給を行う。
第一の実施形態において、構内とは、自家発電装置１及び自家発電装置１が停電時でない正常時に電力を供給し得る範囲を指す。商用電力系統３において停電事故が発生した場合、自家発電装置１は、構内の負荷に加えて停電事故点よりも下流側の構外負荷をも一時的に担うことがある。
【0010】
自家発電装置１は、原動機１１と、原動機１１によって駆動される発電機１２と、発電機１２により発電された電気の周波数を計測して原動機１１の回転数を制御する周波数制御装置１３と、発電機１２の出力電圧を計測して発電機１２の出力電圧を制御する電圧制御装置１４と、電力を蓄えまたは放出可能な電力貯蔵手段１５と、電力貯蔵手段１５の充放電を制御する充放電制御装置１６とを備える。
【0011】
原動機１１としては、ガスエンジン、ガスタービンエンジン、ディーゼルエンジンなどを用いることができ、コージェネレーションシステムに適用することができる。
【0012】
発電機１２は原動機１１によって駆動させられ、原動機１１の１秒間あたりの回転数と発電機１２によって発電された電気の周波数は所定の関係を有している。たとえば、原動機１１の１秒間あたりの回転数をギア等によって３倍の周波数に変換して発電するなどである。以下の説明において、電気の周波数とは、発電機１２によって発電された電気の周波数のことをいい、回転数とは、１秒間あたりの回転数のことをいう。
原動機１１の出力が一定の場合に、需要器２ａ～２ｄへの電力の需要が増加し、発電機１２から需要器２ａ～２ｄへの電力の供給が増加すると、原動機１１の回転数が減少する。
原動機１１の出力が一定の場合に、需要器２ａ～２ｄへの電力の需要が増加し、発電機１２から需要器２ａ～２ｄへの電力の供給が増加すると、原動機１１の回転数が減少する。
【0013】
したがって、電気の周波数の増減により、原動機１１に対する負荷が減少しているか増加しているかを検知でき、電力の需要と供給の関係を検知することができる。原動機１１のエンジンの回転数が減少した場合は、原動機１１の出力に比べ、需要が大きくなっているため原動機１１の出力を上げる必要が生じている。一方、原動機１１の回転数が増加している場合は、原動機１１の出力に比べて電力の需要が小さくなっているため、原動機１１の出力を下げる必要が生じている。
さらに、電気の周波数の増加または減少する速度によって、原動機１１に対する負荷と原動機１１の出力の差の大きさが把握できる。例えば、電気の周波数が減少する速度が速い場合と遅い場合とでは、電気の周波数が減少する速度が速い場合の方が原動機１１に対する負荷が大きいと言える。
さらに、電気の周波数の増加または減少する速度によって、原動機１１に対する負荷と原動機１１の出力の差の大きさが把握できる。例えば、電気の周波数が減少する速度が速い場合と遅い場合とでは、電気の周波数が減少する速度が速い場合の方が原動機１１に対する負荷が大きいと言える。
【0014】
周波数制御装置１３は、所定の間隔で電気の周波数を計測し、一定の周波数で発電機１２が運転するように原動機１１の出力を制御するものである。以下、自家発電装置１の運転時に、あるべき電気の周波数を定格周波数という。
周波数制御装置１３は、電気の周波数が定格周波数を下回った場合には、定格周波数に戻すために原動機１１の出力を増加させ、減少した電気の周波数を増加させる制御を行う。電気の周波数が定格周波数を上回った場合には、定格周波数に戻すために原動機１１の出力を減少させ、増加した電気の周波数を減少させる制御を行う。
周波数制御装置１３は、電気の周波数が定格周波数を下回った場合には、定格周波数に戻すために原動機１１の出力を増加させ、減少した電気の周波数を増加させる制御を行う。電気の周波数が定格周波数を上回った場合には、定格周波数に戻すために原動機１１の出力を減少させ、増加した電気の周波数を減少させる制御を行う。
【0015】
電力貯蔵手段１５は、電力を貯蔵する能力を有する、高速応動特性があればどのような設備であっても良いが、例えば、鉛蓄電池、ニッケル水素蓄電池、リチウムイオンキャパシタ、リチウムイオン二次電池等を用いることができる。ここで、高速応動特性とは、原動機１１が出力を上げるために必要な時間と比較して短い時間で、電力貯蔵手段１５が充電及び放電する量を上げることができる特性をいう。
【0016】
充放電制御装置１６は、電力貯蔵手段１５の直流電力を交流電力に変換するとともに発電機１２の交流出力電力を直流電力に変換する電力変換装置を用いることができ、原動機１１にかかる負荷に基づいて、充放電を制御する。原動機１１の負荷は、例えば、電気の周波数や原動機１１の回転数を基に監視することができる。
【0017】
原動機１１にかかっている負荷が急激に増加すると、原動機１１のエンジンの回転数が減少し、エンジンがスリップ等の異常動作を起こし停止する。このように、原動機１１の回転数は原動機１１の負荷変動に応じた許容値が設定されている。以下、原動機１１が設定された許容値の回転数で運転した場合に、発電機１２で発電される電気の周波数を限界周波数という。充放電制御装置１６は、限界周波数に基づいて定められた電気の周波数を基準として充放電の制御を行う。
【0018】
以下、負荷変動に応じた原動機１１の回転数の許容値に基づいて定められた充放電制御の基準となる周波数を制御周波数という。また、原動機１１の負荷変動には負荷が増加する場合と減少する場合があり、原動機１１の負荷が急増した場合は、原動機１１の回転数が減少するため負荷変動特性に応じた原動機１１の回転数の許容値の下限がある。以下、原動機１１の回転数の許容値の下限に基づいて定められた制御周波数を下限制御周波数という。
【0019】
反対に、原動機１１の負荷が急減した場合には、原動機１１の回転数が増加するため負荷変動特性に応じた原動機１１の回転数の許容値の上限がある。以下、原動機１１の回転数の許容値の上限に基づいて定められた制御周波数を上限制御周波数という。
原動機１１の周波数と発電機１２の周波数が一致している場合や、関連している場合は発電された電気の周波数を計測することで原動機１１の回転数を把握してもよい。電気の周波数が制御周波数を超えると、充放電制御装置１６は、電力貯蔵手段１５から電力を放電又は充電する。
原動機１１の周波数と発電機１２の周波数が一致している場合や、関連している場合は発電された電気の周波数を計測することで原動機１１の回転数を把握してもよい。電気の周波数が制御周波数を超えると、充放電制御装置１６は、電力貯蔵手段１５から電力を放電又は充電する。
【0020】
詳しくは後述するが、電気の周波数が制限周波数を超え電力貯蔵手段１５から電力を放出する場合には、周波数制御装置１３が原動機１１の出力を増加させる制御を行っている。電力貯蔵手段１５から電力を放電させている充放電制御装置１６は、原動機１１の出力が増加するに伴い電力貯蔵手段１５から放出される電力の量を減少させる制御を行う。反対に、電力貯蔵手段１５が電力を充電している場合には、原動機１１の出力を減少させる制御を行っている。電力貯蔵手段１５に電力を充電させている充放電制御装置１６は、原動機１１の出力が減少するに伴い電力貯蔵手段１５が充電する電力の量を減少させる制御を行う。
【0021】
このように、充放電制御装置１６では、瞬間的な負荷変動が起きた場合に、電気の周波数が原動機１１の特性上限付近まで変化した際には、電力貯蔵手段１５の高速応動特性を生かし、原動機１１の特性上限を超えないように電力貯蔵手段１５の充電及び放電を制御する。
【0022】
系統分離による自立運転時には、発電機出力が急激に増加し、原動機１１の負荷が増加することで原動機１１の回転数が減少する。急激な減少によって原動機１１の許容される回転数を超えるとスリップ等の異常動作を起こして停止してしまう。
コージェネレーションシステムに用いられる発動機には、一般に負荷変動特性（瞬間的な負荷変動）に対する許容量があり、系統分離による自立運転時には特性を超えた瞬間的な負荷変動に対応できない。
コージェネレーションシステムに用いられる発動機には、一般に負荷変動特性（瞬間的な負荷変動）に対する許容量があり、系統分離による自立運転時には特性を超えた瞬間的な負荷変動に対応できない。
【0023】
そこで、本実施形態では、発電機１２に対する負荷が変動した場合、発電機１２の電気の周波数を測定し、原動機１１の負荷変動特性に対する許容量から定められた電気の周波数に基づいて、電力貯蔵手段１５から電力を充電及び放電する制御を行うことで瞬間的な負荷変動に対して原動機１１がスリップ等の異常動作を起こして停止してしまうことを防止する。
【0024】
発電機１２への負荷が変動するとき、負荷が増える場合と負荷が減少する場合があり、まず負荷が増える場合を、図２のフローチャートを用いて説明する。
【0025】
（発電機１２への負荷が増加した場合の制御の手順）
本フローチャートでは、例えば、停電によって商用電力系統３からの電力供給が停止され、発電機１２への負荷が増加した場合の自家発電装置１の動作を説明する。
発電機１２への負荷が増加すると、原動機１１への負荷が増加する。原動機１１の出力が一定の場合に、原動機１１への負荷が増加すると、原動機１１の回転数が減少する。そして原動機１１の回転数が減少すると、電気の周波数も減少する。
本フローチャートでは、例えば、停電によって商用電力系統３からの電力供給が停止され、発電機１２への負荷が増加した場合の自家発電装置１の動作を説明する。
発電機１２への負荷が増加すると、原動機１１への負荷が増加する。原動機１１の出力が一定の場合に、原動機１１への負荷が増加すると、原動機１１の回転数が減少する。そして原動機１１の回転数が減少すると、電気の周波数も減少する。
【0026】
ステップＳ１００１では、所定の間隔で電気の周波数を測定している周波数制御装置１３が、電気の周波数が減少していることを検知する。
【0027】
ステップＳ１００２では、周波数制御装置１３が原動機１１の出力を増加させる。
周波数制御装置１３が原動機の出力を増加させる制御を行うことによって、原動機１１の出力が増加する。原動機１１の出力を増加させると、原動機１１の回転数が上がるように作用するが、発電機１２への負荷増加が大きい場合、負荷増加による原動機１１の回転数の減少の作用が大きく、さらに電気の周波数が下がる場合がある。
周波数制御装置１３が原動機の出力を増加させる制御を行うことによって、原動機１１の出力が増加する。原動機１１の出力を増加させると、原動機１１の回転数が上がるように作用するが、発電機１２への負荷増加が大きい場合、負荷増加による原動機１１の回転数の減少の作用が大きく、さらに電気の周波数が下がる場合がある。
【0028】
ステップＳ１００３では、周波数制御装置１３が電気の周波数を測定し、電気の周波数が定格周波数になったか否かを判断し、電気の周波数が定格周波数になった場合にはステップＳ１００９へ進む。電気の周波数が定格周波数になっていない場合はステップＳ１００４に進む。
【0029】
ステップＳ１００４では、充放電制御装置１６が電気の周波数を測定し、原動機１１の特性上限の回転数により定められた下限制御周波数より下回っているか否かを判断する。測定した電気の周波数が下限制御周波数より下回っていない場合はステップＳ１００３へ戻る。測定した電気の周波数が下限制御周波数より下回っている場合は、ステップＳ１００５に進む。
【0030】
ステップＳ１００５では、充放電制御装置１６が電力貯蔵手段１５を制御し、周波数の減少する速度に応じた電力量を電力貯蔵手段１５に放電させる。
電力貯蔵手段１５から放電させることで、発電機１２と電力貯蔵手段１５とで負荷の分担を行っている。
電力貯蔵手段１５から放電させることで、発電機１２と電力貯蔵手段１５とで負荷の分担を行っている。
【0031】
ステップＳ１００６では、充放電制御装置１６が、原動機１１の出力の増加に伴い電力貯蔵手段１５からの放電量を減少させて徐々に発電機１２の負荷比率を上げる。
【0032】
ステップＳ１００７では、充放電制御装置１６が電力貯蔵手段１５からの放電量を徐々に減少させ、電力貯蔵手段１５からの放電量が０となり、すべての負荷を発電機１２がひきうけた状態になると、負荷の分担を終了する。
そして、ステップＳ１００３へ戻り、電気の周波数を測定し定格周波数になっていたら、ステップ１００９に進む。
そして、ステップＳ１００３へ戻り、電気の周波数を測定し定格周波数になっていたら、ステップ１００９に進む。
【0033】
ステップＳ１００９では、周波数制御装置１３が、原動機１１の出力の上昇を停止させる。そして本処理フローは終了する。
【0034】
以上の処理における負荷と出力と周波数との関係を、図３によって説明する。図３は、上から、負荷の大きさと、発電機出力と、原動機出力と、電力貯蔵手段出力と、電気の周波数とを表したグラフである。
図３の負荷は、需要器２ａ～２ｄが必要とする電力の大きさである。図３では、負荷のグラフが上に行くと、自家発電装置１が供給する電力を大きくする必要がある。発電機出力と電力貯蔵手段出力とを加えたものが、自家発電装置１が需要器２ａ～２ｄに供給する電力となる。
図３の負荷は、需要器２ａ～２ｄが必要とする電力の大きさである。図３では、負荷のグラフが上に行くと、自家発電装置１が供給する電力を大きくする必要がある。発電機出力と電力貯蔵手段出力とを加えたものが、自家発電装置１が需要器２ａ～２ｄに供給する電力となる。
【0035】
図３の発電機出力は発電機１２が発電する電気の大きさである。
図３の原動機出力は、発電機１２を駆動する原動機１１の出力である。発電機出力と原動機出力の関係は、発電機出力に対して原動機出力が小さい場合、原動機１１の回転数が減少する関係にある。一方、発電機出力に対して原動機出力が大きい場合は、原動機１１の回転数が増加する関係にある。
図３の原動機出力は、発電機１２を駆動する原動機１１の出力である。発電機出力と原動機出力の関係は、発電機出力に対して原動機出力が小さい場合、原動機１１の回転数が減少する関係にある。一方、発電機出力に対して原動機出力が大きい場合は、原動機１１の回転数が増加する関係にある。
【0036】
図３の電力貯蔵手段出力は、充放電制御装置１６の指示により、電力貯蔵手段１５から放電される電力の大きさである。図３の電力貯蔵手段出力のグラフの最初の位置では、充電および放電を行っていなく、その位置より上側に電力貯蔵手段出力のグラフがあるときに電力貯蔵手段１５は放電している。逆に、電力貯蔵手段出力のグラフの最初の位置より下側に電力貯蔵手段出力のグラフがあるときは、電力貯蔵手段１５は充電を行っている。
【0037】
【0038】
図３では、最初は、負荷と、発電機出力と、原動機出力と、電力貯蔵手段出力と、周波数とすべてのグラフが水平で安定して運転している。そして、時刻ｔ１１において、負荷が増加することで、発電機１２の出力が増加し、発電機１２の出力が増加したことにより、原動機１１の回転数が減少し、電気の周波数が減少している。時刻ｔ１２において、周波数制御装置１３が電気の周波数が減少していることを検知し、原動機１１の出力が増加している。
【0039】
そして、時刻ｔ１３において、電気の周波数が下限制御周波数４８．０Ｈｚを下回ると、電力貯蔵手段１５から電力の出力が行われている。
電力貯蔵手段１５から出力される電力により、発電機１２の負荷を分担している。時刻ｔ１２以降に原動機出力を増加させているため、時刻ｔ１３で電力貯蔵手段１５から出力される電力は、時刻ｔ１１で増加した発電機出力より図３のＷ１の量だけ少ない。
電力貯蔵手段１５から出力される電力により、発電機１２の負荷を分担している。時刻ｔ１２以降に原動機出力を増加させているため、時刻ｔ１３で電力貯蔵手段１５から出力される電力は、時刻ｔ１１で増加した発電機出力より図３のＷ１の量だけ少ない。
【0040】
時刻ｔ１３から時刻ｔ１４の間では、原動機出力が増加すると共に、電力貯蔵手段１５から放出される電力量が減少し、電力貯蔵手段１５から放出される電力量が減少すると共に、発電機出力が増加している。
【0041】
充放電制御装置１６の指示により電力貯蔵手段１５からの放電する電力量が徐々に減少し、時刻ｔ１４において、電力貯蔵手段１５が放電する電力量が０になると、発電機１２が全ての負荷に対して電力を供給する。発電機１２が全ての負荷に対して電力を供給し、電気の周波数が定格周波数になると、原動機１１の出力の増加が終了する。
時刻ｔ１４以降において、負荷と発電機出力と原動機出力と電力貯蔵手段出力と周波数とが一定となり、安定した運転となっている。
時刻ｔ１４以降において、負荷と発電機出力と原動機出力と電力貯蔵手段出力と周波数とが一定となり、安定した運転となっている。
【0042】
また、図４を用いて、従来の制御方法による制御の一例を説明する。図４は、負荷と出力と周波数の関係を表している。従来の制御方法では、負荷の増加を検出すると、すぐに電力貯蔵手段から電力を放電させ、負荷の増加分を電力貯蔵手段に一時的に全量負担させる。その後、電力貯蔵手段の出力を徐々に削減し、電力貯蔵手段の出力が０となると負荷の分担処理を終了させることを行っていた。
【0043】
図４では、時刻ｔ２１において、負荷が増加すると、発電機出力が増加し電気の周波数が減少し始める。次に、時刻ｔ２２において、電力貯蔵手段から増加した負荷の全量分の電力が放電される。さらに、時刻ｔ２２において原動機の出力が上昇し始める。時刻ｔ２２と時刻ｔ２３の間では、原動機の出力上昇に応じて電力貯蔵手段からの放電を徐々に減少させる。ｔ２３において、電力貯蔵手段からの放電量が０となり、発電機が増加した負荷分をすべて引き受けた状態になると周波数が定格周波数に戻り、原動機の出力増加が終了している。時刻ｔ２３以降は、負荷と発電機出力と原動機出力と電力貯蔵手段出力と周波数とが一定となり、安定した運転となっている。
【0044】
このように、従来の制御方法では、時刻ｔ２２で、原動機出力を上昇させるのと同時に電力貯蔵手段から電力の放電を開始している。時刻ｔ２１における発電機出力の増加分と時刻ｔ２２における発電機出力の減少分とが同じである。電力貯蔵手段の出力によって、増加した負荷分の全電力を負担する。
【0045】
一方、本実施例による制御は、電気の周波数が下限制御周波数を下回るまで電力貯蔵手段１５から出力を行うことをしない。下限制御周波数に下回るまでに、原動機出力を増加させることで、電力貯蔵手段１５から出力される電力量を小さくする。それにより、電力貯蔵手段１５からの出力される電力の総量は、従来の制御によって出力される電力の総量より小さくなり、電力貯蔵手段１５の容量を小さくすることができる。
【0046】
また、本実施形態における制御では、電気の周波数が下限制御周波数を下回ると電力貯蔵手段１５から電力を放出し、原動機出力が負荷増分を補えるまで電力貯蔵手段１５から電力を放出していた。ここで、電力貯蔵手段１５から電力を放出しているときに電気の周波数が下限制御周波数を上回った場合に電力貯蔵手段１５からの電力の放出を停止させる制御について図５を用いてさらに説明する。
【0047】
図５のフローチャートにおいて、図２のフローチャートと同じステップは同じステップ番号を付けて説明を省略する。
本フローチャートでは、ステップＳ１００６で充放電制御装置１６が、原動機出力の増加に伴い電力貯蔵手段１５からの出力を徐々に減少させているときに、ステップＳ２００７において、充放電制御装置１６が、電気の周波数が下限制御周波数より上回ったか判断する。電気の周波数が下限制御周波数より上回っている場合はステップＳ２００８に進む。ステップＳ２００７において、電気の周波数が下限制御周波数より上回らなかったらステップＳ１００６へ戻る。
本フローチャートでは、ステップＳ１００６で充放電制御装置１６が、原動機出力の増加に伴い電力貯蔵手段１５からの出力を徐々に減少させているときに、ステップＳ２００７において、充放電制御装置１６が、電気の周波数が下限制御周波数より上回ったか判断する。電気の周波数が下限制御周波数より上回っている場合はステップＳ２００８に進む。ステップＳ２００７において、電気の周波数が下限制御周波数より上回らなかったらステップＳ１００６へ戻る。
【0048】
ステップＳ２００８では、充放電制御装置１６が電力貯蔵手段１５を制御し、電力貯蔵手段１５の放電を終了させる。そして、ステップＳ１００３へ戻る。
【0049】
ステップＳ１００３で電気の周波数を測定し、定格周波数になったと判断されると、ステップＳ１００９へ進み、周波数制御装置１３は原動機１１の出力の上昇を停止させる制御を行う。
そして本処理フローは終了する。
そして本処理フローは終了する。
【0050】
以上の処理における負荷と出力と周波数との関係を、図６によって説明する。
図６では、時刻ｔ３１において、負荷が増加することで、発電機１２の出力が増加している。発電機１２の出力が増加したことにより、原動機１１の回転数が減少し、電気の周波数が減少している。
次に時刻ｔ３２において、原動機出力が増加している。
図６では、時刻ｔ３１において、負荷が増加することで、発電機１２の出力が増加している。発電機１２の出力が増加したことにより、原動機１１の回転数が減少し、電気の周波数が減少している。
次に時刻ｔ３２において、原動機出力が増加している。
【0051】
そして、時刻ｔ３３において、電気の周波数が下限制御周波数４８．０Ｈｚを下回ると、電力貯蔵手段１５から電力が出力されている。電力貯蔵手段１５から出力された電力分、発電機出力が減少している。
時刻ｔ３４では、電気の周波数が下限制御周波数４８．０Ｈｚを上回り、電力貯蔵手段出力が０となっている。電力貯蔵手段出力が０となったため、発電機出力が増加している。
時刻ｔ３４では、電気の周波数が下限制御周波数４８．０Ｈｚを上回り、電力貯蔵手段出力が０となっている。電力貯蔵手段出力が０となったため、発電機出力が増加している。
【0052】
時刻ｔ３５と時刻ｔ３７では、時刻ｔ３３と同様に、電気の周波数が下限制御周波数４８．０Ｈｚを下回ると、電力貯蔵手段１５から電力が出力されている。電力貯蔵手段１５から出力された電力分、発電機出力が減少している。
また、時刻ｔ３６と時刻ｔ３８では、時刻ｔ３４と同様に周波数が下限制御周波数４８．０Ｈｚを上回り、電力貯蔵手段出力が０となっている。電力貯蔵手段出力が０となったため、発電機出力が増加している。
また、時刻ｔ３６と時刻ｔ３８では、時刻ｔ３４と同様に周波数が下限制御周波数４８．０Ｈｚを上回り、電力貯蔵手段出力が０となっている。電力貯蔵手段出力が０となったため、発電機出力が増加している。
【0053】
時刻ｔ３８から時刻ｔ３９の間では、原動機出力が増加しているため、周波数が増加している。
時刻ｔ３９では、原動機出力が充分に増加し、電気の周波数を定格周波数５０．０としている。
時刻ｔ３９以降は、負荷と、発電機出力と、原動機出力と、電気貯蔵手段出力と、周波数が一定となり、安定した運転を行っている。
時刻ｔ３９では、原動機出力が充分に増加し、電気の周波数を定格周波数５０．０としている。
時刻ｔ３９以降は、負荷と、発電機出力と、原動機出力と、電気貯蔵手段出力と、周波数が一定となり、安定した運転を行っている。
【0054】
このように、下限制御周波数より電気の周波数が高い場合に、電力貯蔵手段１５から電力の放出を行わないことで、電力貯蔵手段１５からの電力放出量が抑制される。
【0055】
次に、負荷が減少した場合を、図７のフローチャートを用いて説明する。
【0056】
（発電機１２への負荷が減少した場合の制御の手順）
本フローチャートでは、例えば、停電によって商用電力系統３からの電力供給が停止され自家発電装置１によって複数の需要器２ａ～２ｄが運転されているときに、ある需要器２ｃ～２ｄの運転を停止し、電力の需要が減少した場合の自家発電装置１の動作を説明する。
電力の需要が減少し、発電機１２の発電量が減少すると、原動機１１への負荷が減少し、原動機１１の回転数が増加する。原動機１１の回転数が増加すると、電気の周波数も増加する。
本フローチャートでは、例えば、停電によって商用電力系統３からの電力供給が停止され自家発電装置１によって複数の需要器２ａ～２ｄが運転されているときに、ある需要器２ｃ～２ｄの運転を停止し、電力の需要が減少した場合の自家発電装置１の動作を説明する。
電力の需要が減少し、発電機１２の発電量が減少すると、原動機１１への負荷が減少し、原動機１１の回転数が増加する。原動機１１の回転数が増加すると、電気の周波数も増加する。
【0057】
ステップＳ３００１では、所定の間隔で電気の周波数を測定している周波数制御装置１３が、電気の周波数が増加していることを検知する。
【0058】
ステップＳ３００２では、周波数制御装置１３が原動機１１の出力を減少させる。
周波数制御装置１３が原動機１１の出力を減少させる制御を行うことによって、原動機１１の出力が減少する。原動機１１の出力が減少すると、原動機１１の回転数が減少するように作用するが、発電機１２への負荷減少が大きい場合、負荷減少による原動機１１の回転数増加の作用が大きく、さらに原動機１１の回転数が増加し、電気の周波数が増加する場合がある。
周波数制御装置１３が原動機１１の出力を減少させる制御を行うことによって、原動機１１の出力が減少する。原動機１１の出力が減少すると、原動機１１の回転数が減少するように作用するが、発電機１２への負荷減少が大きい場合、負荷減少による原動機１１の回転数増加の作用が大きく、さらに原動機１１の回転数が増加し、電気の周波数が増加する場合がある。
【0059】
ステップＳ３００３では、周波数制御装置１３が電気の周波数を測定し、電気の周波数が定格周波数になったか否かを判断し、電気の周波数が定格周波数になった場合にはステップＳ３００９へ進む。電気の周波数が定格周波数になっていない場合はステップＳ３００４に進む。
【0060】
ステップＳ３００４では、充放電制御装置１６が電気の周波数を測定し、上限制御周波数より上回っているか否かを判断する。電気の周波数が上限制御周波数より上回っていない場合はステップＳ３００３へ戻る。周波数が上限制御周波数より上回っている場合は、ステップＳ３００５に進む。
【0061】
ステップＳ３００５では、充放電制御装置１６が電力貯蔵手段１５を制御し、周波数の増加する速度に応じた電力量を電力貯蔵手段１５に充電させる。
電力貯蔵手段１５に充電させることで、発電機１２への負荷が増加する。
ステップ３００６では、原動機１１の出力が減少するに伴い、充放電制御装置１６は、電力貯蔵手段１５に充電させる量を減少させる。
充放電制御装置１６が、電力貯蔵手段１５に充電させる量を減少させ、電力貯蔵手段１５によって充電する量が０になると、ステップＳ３００７において、充放電制御装置１６は電力貯蔵手段１５による充電を終了する。
電力貯蔵手段１５に充電させることで、発電機１２への負荷が増加する。
ステップ３００６では、原動機１１の出力が減少するに伴い、充放電制御装置１６は、電力貯蔵手段１５に充電させる量を減少させる。
充放電制御装置１６が、電力貯蔵手段１５に充電させる量を減少させ、電力貯蔵手段１５によって充電する量が０になると、ステップＳ３００７において、充放電制御装置１６は電力貯蔵手段１５による充電を終了する。
【0062】
電力貯蔵手段１５による充電が終了すると、ステップＳ３００３に戻り、電気の周波数を測定し、定格周波数になっていれば、ステップＳ３００９へ進み、周波数制御装置１３が、原動機１１の出力の減少を停止させる制御を行う。
そして、本処理フローは終了する。
そして、本処理フローは終了する。
【0063】
【0064】
図８では、最初は、負荷と、発電機出力と、原動機出力と、電力貯蔵手段出力と、周波数とすべてのグラフが水平で安定して運転している。そして、時刻ｔ４１において、負荷が減少することで、発電機１２の出力が減少し、発電機１２の出力が減少したことにより、原動機１１の回転数が増加し、電気の周波数が増加している。時刻ｔ４２において、周波数制御装置１３が電気の周波数が増加していることを検知し、原動機１１の出力が減少している。
【0065】
そして、時刻ｔ４３において、電気の周波数が上限制御周波数５２．０Ｈｚを上回ると、電力貯蔵手段１５によって電力の充電が行われている。時刻ｔ４２以降から原動機１１の出力を減少させているため、時刻ｔ４３において電力貯蔵手段１５によって充電される電力の大きさは、時刻ｔ４１で減少した発電機出力の量より図８のＷ２の量だけ少ない。
【0066】
時刻ｔ４３から時刻ｔ４４の間では、原動機出力が減少すると共に、電力貯蔵手段１５によって充電される電力量が減少し、電力貯蔵手段１５によって充電される電力量が減少すると共に、発電機出力が減少している。
【0067】
充放電制御装置１６の指示により電力貯蔵手段１５からの充電する電力量が徐々に減少し、時刻ｔ４４において、電力貯蔵手段１５が充電する電力量が０になると、発電機１２が供給する電力量と負荷の量が釣り合い、電気の周波数が定格周波数になると、周波数制御装置１３が、原動機１１の出力の減少する制御を終了する。
時刻ｔ４４以降において、負荷と発電機出力と原動機出力と電力貯蔵手段出力と周波数とが一定となり、安定した運転となっている。
時刻ｔ４４以降において、負荷と発電機出力と原動機出力と電力貯蔵手段出力と周波数とが一定となり、安定した運転となっている。
【0068】
また、図９を用いて、従来の制御方法による制御の一例を説明する。
図９は、負荷と出力と周波数の関係を表している。従来の制御方法では、負荷の減少を検出すると、すぐに電力貯蔵手段に充電をさせ、負荷の減少分を電力貯蔵手段に一時的に全量充電させる。その後、電力貯蔵手段による充電量を徐々に削減し、電力貯蔵手段による充電量が０となると、電力貯蔵手段による充電を終了させることを行っていた。
図９は、負荷と出力と周波数の関係を表している。従来の制御方法では、負荷の減少を検出すると、すぐに電力貯蔵手段に充電をさせ、負荷の減少分を電力貯蔵手段に一時的に全量充電させる。その後、電力貯蔵手段による充電量を徐々に削減し、電力貯蔵手段による充電量が０となると、電力貯蔵手段による充電を終了させることを行っていた。
【0069】
図９では、時刻ｔ５１において、負荷が減少すると、発電機出力が減少し、電気の周波数が増加し始める。次に、時刻ｔ５２において、減少した負荷の全量分の電力が電力貯蔵手段によって充電される。さらに、時刻ｔ５２において原動機の出力が減少し始める。時刻ｔ５２と時刻ｔ５３の間では、原動機の出力減少に応じて電力貯蔵手段が充電する電気量を徐々に減少させている。時刻ｔ５３において、電力貯蔵手段によって充電される電気量が０となり、発電機出力と負荷が釣り合った状態になると周波数が定格周波数に戻り、原動機の出力減少が終了している。時刻ｔ５３以降は、負荷と発電機出力と原動機出力と電力貯蔵手段出力と周波数とが一定となり、安定した運転となっている。
【0070】
このように、従来の制御方法では、時刻ｔ５２で、原動機出力を減少させるのと同時に電力貯蔵手段による電力の充電を開始している。時刻ｔ５１における発電機出力の減少分と時刻ｔ５２における発電機出力の増加分が同じである。電力貯蔵手段が充電することによって、減少した全負荷分の負荷を発電機に与える。
【0071】
一方、本実施例による制御は、電気の周波数が上限制御周波数を上回るまで充放電制御装置１６は、電力貯蔵手段１５によって充電を行う制御をしない。上限制御周波数を上回るまでに、原動機出力を減少させることで、電力貯蔵手段１５によって充電される電気量を小さくする。それにより、電力貯蔵手段１５によって充電される電力の総量は、従来の制御によって充電される電力の総量より小さくなり、電力貯蔵手段１５の容量を小さくすることができる。
【0072】
また、本実施形態における制御では、電気の周波数が上限制御周波数を上回ると電力貯蔵手段１５が電力を充電し、原動機出力が負荷減少分の出力を減少させるまで電力貯蔵手段１５が電力を充電していた。ここで、電力貯蔵手段１５が電力を充電しているときに電気の周波数が上限制御周波数を下回った場合に電力貯蔵手段１５が電力を充電するのを停止させる制御について図１０を用いて説明する。
【0073】
図１０のフローチャートにおいて、図７と同じステップは同じステップ番号を付けて説明を省略する。
本フローチャートでは、ステップＳ３００６で充放電制御装置１６が、原動機出力の減少に伴い電力貯蔵手段１５が充電する充電量を徐々に減少させているときに、ステップＳ４００７において、充放電制御装置１６が、電気の周波数が上限制限周波数より下回ったか判断する。電気の周波数が上限制御周波数より下回っている場合はステップＳ４００８に進む。ステップＳ４００７において、電気の周波数が上限制御周波数より下回らなかったらステップＳ３００６へ戻る。
本フローチャートでは、ステップＳ３００６で充放電制御装置１６が、原動機出力の減少に伴い電力貯蔵手段１５が充電する充電量を徐々に減少させているときに、ステップＳ４００７において、充放電制御装置１６が、電気の周波数が上限制限周波数より下回ったか判断する。電気の周波数が上限制御周波数より下回っている場合はステップＳ４００８に進む。ステップＳ４００７において、電気の周波数が上限制御周波数より下回らなかったらステップＳ３００６へ戻る。
【0074】
ステップＳ４００８では、充放電制御装置１６が電力貯蔵手段１５を制御し、電力貯蔵手段１５による充電を終了させる。そして、ステップＳ３００３へ戻る。
【0075】
ステップＳ３００３で電気の周波数を測定し、定格周波数になったと判断されると、ステップＳ３００９へ進み、周波数制御装置１３は原動機１１の出力の減少を停止させる制御を行う。
そして本処理フローは終了する。
そして本処理フローは終了する。
【0076】
以上の処理における負荷と出力と周波数との関係を、図１１によって説明する。
図１１では、時刻ｔ６１において、負荷が減少することで、発電機１２の出力が減少している。発電機１２の出力が減少したことにより、原動機１１の回転数が増加し、電気の周波数が増加している。
次に時刻ｔ６２において、原動機出力が減少している。
図１１では、時刻ｔ６１において、負荷が減少することで、発電機１２の出力が減少している。発電機１２の出力が減少したことにより、原動機１１の回転数が増加し、電気の周波数が増加している。
次に時刻ｔ６２において、原動機出力が減少している。
【0077】
そして、時刻ｔ６３において、電気の周波数が上限制御周波数５２．０Ｈｚを上回ると、電力貯蔵手段１５が電力を充電している。電力貯蔵手段１５が充電した電力分、発電機出力が増加している。
時刻ｔ６４では、電気の周波数が上限制御周波数５２．０Ｈｚを下回り、電力貯蔵手段出力が０となっている。電力貯蔵手段出力が０となったため、発電機出力が減少している。
時刻ｔ６４では、電気の周波数が上限制御周波数５２．０Ｈｚを下回り、電力貯蔵手段出力が０となっている。電力貯蔵手段出力が０となったため、発電機出力が減少している。
【0078】
時刻ｔ６５と時刻ｔ６７では、時刻ｔ６３と同様に、電気の周波数が上限制御周波数５２．０Ｈｚを上回ると、電力貯蔵手段１５が電力を充電している。電力貯蔵手段が充電した電力分、発電機出力が増加している。
また、時刻ｔ６６と時刻ｔ６８では、時刻ｔ６４と同様に周波数が上限制御周波数５２．０Ｈｚを下回り、電力貯蔵手段出力が０となっている。電力貯蔵手段出力が０となったため、発電機出力が減少している。
また、時刻ｔ６６と時刻ｔ６８では、時刻ｔ６４と同様に周波数が上限制御周波数５２．０Ｈｚを下回り、電力貯蔵手段出力が０となっている。電力貯蔵手段出力が０となったため、発電機出力が減少している。
【0079】
時刻ｔ６８から時刻ｔ６９の間では、原動機出力が減少しているため、電気の周波数が減少している。
時刻ｔ６９では、原動機出力が充分に減少し、電気の周波数を定格周波数５０．０となっている。
時刻ｔ６９以降は、負荷と、発電機出力と、原動機出力と、電気貯蔵手段出力と、周波数が一定となり、安定した運転を行っている。
時刻ｔ６９では、原動機出力が充分に減少し、電気の周波数を定格周波数５０．０となっている。
時刻ｔ６９以降は、負荷と、発電機出力と、原動機出力と、電気貯蔵手段出力と、周波数が一定となり、安定した運転を行っている。
【0080】
このように、上限制限周波数より電気の周波数が低い場合に、電力貯蔵手段１５によって電力を充電することを行わないことで、電力貯蔵手段１５が充電する電気量が小さくなる。
【0081】
本実施形態では、各需要器２ａ～２ｄの負荷を計測することなく電気の周波数を基に制御するため、計測点の削減が実現できる。
【0082】
本実施形態では、充放電制御装置１６は発電された電気の周波数を基に、電力貯蔵手段１５の制御を行っているが、原動機１１がエンジンである場合にはエンジンの回転数を計測することで負荷変動を把握し、制御を行ってもよい。
【0083】
上述までの周波数に基づく電力貯蔵手段の制御を自立運転移行前から実行した場合について図１２、図１３を用いて説明する。
図１２は、停電発生前から自立運転移行後の周波数変化に応じた電力貯蔵手段の出力等の時間変化を示す図である。
また、図１３は、構内発電機が構内の負荷のみならず、構外の負荷を担う様子を模式的に示す図である。
図１２は、停電発生前から自立運転移行後の周波数変化に応じた電力貯蔵手段の出力等の時間変化を示す図である。
また、図１３は、構内発電機が構内の負荷のみならず、構外の負荷を担う様子を模式的に示す図である。
【0084】
図１２に示すように、停電発生前には、構内負荷を発電機１２の電力Ｗ３と商用電力系統３の電力Ｗ４とで賄っている。次に停電が発生すると、構内負荷は、構外負荷分Ｗ５分だけ増加することになる。図１３に示すように、停電事故発生点よりも下流にある構外の需要器の負荷をも構内発電機が賄うことになるため、構外負荷分Ｗ５が増加することになる。構内負荷が増加すると、構内配線１０を流れる電気の周波数は減少する。構内周波数が上限制御周波数と下限制御周波数の間の領域は、不感帯と言われる領域であり、構内周波数が不感帯にある時には、充放電制御装置１６は電力貯蔵手段１５から電力を充放電させない。しかし、構内の周波数が制御周波数を超えると、充放電制御装置１６は、電力貯蔵手段１５から電力を放電又は充電する。時刻ｔ６１において、構内の電気の周波数が下限制御周波数以下になると、充放電制御装置１６は周波数の減少速度に応じて電力貯蔵手段１５から放電出力する制御を開始する。
【0085】
その後、時刻ｔ６２において、構内配線１０が商用電力系統３から遮断器４ａにより遮断されると、構外負荷は切り離される。このため構外負荷分Ｗ５の影響はなくなるので、構内の負荷は減少する。さらに下流の需要器２ｃ、２ｄの負荷を遮断する遮断器４ｂによる遮断により、重要な需要器２ａ、２ｂの負荷のみ残るので、構内負荷はさらに減少し発電機の出力はＷ６になる。つまり、図１２の遮断後の構内負荷変動のグラフに示すように負荷が過少の状態になる。構内の負荷が過少になると、構内周波数は増加する。
【0086】
その後、電力貯蔵手段１５からの放電により、構内周波数が徐々に増加し、構内周波数が下限制御周波数に近づくに連れて電力貯蔵手段１５は放電量を減少させていく。ついに時刻ｔ６３において構内周波数が下限制御周波数に達し不感帯領域に入ると、電力貯蔵手段１５は放電を停止する。
さらに、時刻ｔ６４において、構内周波数が上限制御周波数を超えると、構内周波数の増加速度に応じて電力貯蔵手段１５へと充電する制御を開始する。時刻ｔ６５において、構内周波数が再び不感帯に収まると、充放電制御装置１６は電力貯蔵手段１５への充電を停止する。
さらに、時刻ｔ６４において、構内周波数が上限制御周波数を超えると、構内周波数の増加速度に応じて電力貯蔵手段１５へと充電する制御を開始する。時刻ｔ６５において、構内周波数が再び不感帯に収まると、充放電制御装置１６は電力貯蔵手段１５への充電を停止する。
【0087】
以上のように、構内周波数が上限制御周波数と下限制御周波数の間の不感帯領域にある間は、電力貯蔵手段１５は充放電を行わない。一方、構内周波数が下限制御周波数以下になった場合には、電力貯蔵手段１５から放電出力する制御、逆に上限制御周波数を超えた場合には、電力貯蔵手段１５に充電する制御を行う。
【0088】
次に、図１４を用いて、上述の構内の周波数変化に応じた電力貯蔵手段１５の制御が構内負荷変動を緩和することについて説明する。
図１４は、停電発生前から自立運転移行後の周波数変化に応じた発電機１２の出力の時間変化を示す図である。停電事故が発生直後、遮断器４ａが商用電力系統３と構内配線１０とを遮断するまでにはタイムラグが生じる。本実施形態では、このタイムラグの期間、すなわち停電事故発生から系統遮断前（自立運転移行前）であっても、構内周波数が減少する変化に応じて電力貯蔵手段１５から放電出力をする制御を実行する。仮に電力貯蔵手段１５から放電出力をする制御を実行しない場合、破線のように発電機１２の出力は上昇していくため、発電機１２の許容範囲を超える場合には発電機１２が停止してしまうおそれがある。特に、遮断速度に優れた高速遮断器でない場合、停電事故発生から系統遮断までの時間が長くなるため、発電機１２に対する負荷が増大し、発電機１２の許容範囲を超えて停止してしまうリスクが高い。本実施形態では、図１４の実線で示すように、自立運転開始前の時刻ｔ７０において、構内周波数が減少する変化に応じて電力貯蔵手段１５から放電出力をする制御を実行することにより、発電機の出力増加の傾きを緩くすることができる。つまり、周波数変化に応じて電力貯蔵手段１５から放電出力をする制御は、発電機に対する過負荷を緩和することにより、発電機の運転継続確率を高めることができる。
図１４は、停電発生前から自立運転移行後の周波数変化に応じた発電機１２の出力の時間変化を示す図である。停電事故が発生直後、遮断器４ａが商用電力系統３と構内配線１０とを遮断するまでにはタイムラグが生じる。本実施形態では、このタイムラグの期間、すなわち停電事故発生から系統遮断前（自立運転移行前）であっても、構内周波数が減少する変化に応じて電力貯蔵手段１５から放電出力をする制御を実行する。仮に電力貯蔵手段１５から放電出力をする制御を実行しない場合、破線のように発電機１２の出力は上昇していくため、発電機１２の許容範囲を超える場合には発電機１２が停止してしまうおそれがある。特に、遮断速度に優れた高速遮断器でない場合、停電事故発生から系統遮断までの時間が長くなるため、発電機１２に対する負荷が増大し、発電機１２の許容範囲を超えて停止してしまうリスクが高い。本実施形態では、図１４の実線で示すように、自立運転開始前の時刻ｔ７０において、構内周波数が減少する変化に応じて電力貯蔵手段１５から放電出力をする制御を実行することにより、発電機の出力増加の傾きを緩くすることができる。つまり、周波数変化に応じて電力貯蔵手段１５から放電出力をする制御は、発電機に対する過負荷を緩和することにより、発電機の運転継続確率を高めることができる。
【0089】
また、系統遮断後は、構外負荷分がなくなるため構内負荷は過少になる。この場合、構内周波数が増加する変化に応じて電力貯蔵手段１５に充電する制御を実行することによって、過少負荷が緩和される。仮に電力貯蔵手段１５への充電をする制御を実行しない場合、破線のように発電機１２の出力は急激に低下するため、発電機１２の許容範囲を超えてしまう場合には発電機１２が停止してしまうおそれがある。図１４の実線で示すように、自立運転開始後に構内周波数が増加する変化に応じて電力貯蔵手段１５へ充電する制御を実行することにより、発電機の出力の急激な減少を抑制することができる。つまり、周波数変化に応じて電力貯蔵手段１５へ充電する制御は、発電機に対する過少負荷を緩和することにより、発電機の運転継続確率を高めることができる。
【0090】
以上より、本実施形態の電力貯蔵手段１５の充放電制御は、図１４に示す領域Ｒ１の過負荷分を減少させ、領域Ｒ２の過少負荷を増加させるため、発電機に対する負荷変動を緩和することができる。
【0091】
本実施形態では、電力貯蔵手段１５の充放電制御が適切なタイミングで行われることにより、発電機に対する負荷変動を緩和する。特に、本実施形態の周波数に基づく電力貯蔵手段１５の放電制御は、事故発生から自立運転移行前における、過負荷状態を緩和する。このため、遮断器４ａが遮断速度に優れた高速遮断器でない場合であっても、自立運転開始前に負荷が発電機１２の上限を超過して発電設備が運転停止することを回避し、発電機１２の運転継続確率を高めることができる。
さらに周波数に基づく電力貯蔵手段１５の充放電制御は、自立運転移行後の極端な過負荷や負荷の過少状態を緩和する。このため、負荷が発電機１２の上限又は下限を超過して発電機１２が運転停止することを回避し、発電機１２の運転継続確率を高めることができる。
さらに周波数に基づく電力貯蔵手段１５の充放電制御は、自立運転移行後の極端な過負荷や負荷の過少状態を緩和する。このため、負荷が発電機１２の上限又は下限を超過して発電機１２が運転停止することを回避し、発電機１２の運転継続確率を高めることができる。
【0092】
次に、本発明の第二の実施形態における制御システム２００について、図１５、図１６、図１７、及び図１８を用いて説明する。第二の実施形態は、第一の実施形態に対し、停電検出リレー５が充放電制御装置１６、遮断器４ａ、４ｂと制御信号回路を介して繋がっている点で異なっている。尚、第一の実施形態と同様な機能については同様な符号を用い、ここでは、その詳細な説明を省略する。
【0093】
図１５は第二の実施形態の制御システム２００を示す図である。図１５は、停電検出リレー５が加わっている点で図１と異なる。停電検出リレー５は、制御信号回路を介して遮断器４ａ、遮断器４ｂ、及び充放電制御装置１６に繋がっている。
【0094】
構内に配置されている停電検出リレー５は、商用電力系統３における停電発生を検出すると、制御信号回路で繋がった遮断器４ａ、遮断器４ｂ、及び充放電制御装置１６に対し停電検出信号を送出する。停電発生直後には、停電の影響が構内の周波数変動として直ぐに表れにくいことがある。したがって、停電検出する速度という観点からは、通常は、構内の周波数変動を計測するよりも停電検出リレー５による停電検出信号を用いた方が、停電検出速度が早い。つまり、電力貯蔵手段１５の制御を開始するトリガーとして停電検出リレー５を用いることにより、停電発生後に電力貯蔵手段１５の充放電制御を素早く開始することが可能になる。なお、図１５においては、停電検出リレー５は構内に配置されているが、本発明は構内配置に限定されず、停電検出リレー５は構外に配置されていてもよい。
【0095】
停電検出してから遮断されるまでの時間は、停電検出リレー５や遮断器４ａ、４ｂの性能に依存する。例えば、高速な停電検出リレーや遮断器を用いれば、停電検出から遮断まで１５ｍｓ以下で実現可能である。また、高速性能の機器でなくとも、例えば、検出に約１００ｍｓ程度、遮断に６０ｍｓ（３サイクル遮断とも）程度で実現可能である。
【0096】
充放電制御装置１６は、停電検出リレー５から停電検出信号を受けると、電力貯蔵手段１５へ定格出力の放電指示を与える。電力貯蔵手段１５からの定格出力とは、需要器を安全に使用するための最大電圧での出力をいう。
【0097】
充放電制御装置１６は、停電検出信号を受信してから予め定めた時間が経過すると、周波数に基づく電力貯蔵手段１５の充放電制御に切り替える。例えば、停電検出信号を受信してから予め定めた時間は、停電検出信号を受信してから遮断器４ａが商用電力系統３を遮断し自立運転に移行する時間よりも短く設定してもよい。予め定めた時間経過後に、周波数に基づく電力貯蔵手段１５の充放電制御に切り替えることにより、系統遮断後の急激な負荷の過少状態を緩和することができる。遮断器の遮断時間は、遮断器の遮断速度の性能に依存するため、停電検出信号を受信してから予め定めた時間は、遮断器の遮断速度に応じて設定することが望ましい。
【0098】
停電検出信号に応じて電力貯蔵手段１５を制御する手順について図１６を用いて説明する。図１６は、停電検出信号に応じた電力貯蔵手段１５の制御と周波数に基づく電力貯蔵手段の制御とを実行する手順についてのフローチャートである。
【0099】
（停電検出信号に応じて電力貯蔵手段を制御する手順）
本フローチャートでは、例えば、停電発生を検出してから自立運転開始までの自家発電装置１の動作を説明する。
本フローチャートでは、例えば、停電発生を検出してから自立運転開始までの自家発電装置１の動作を説明する。
【0100】
ステップＳ５００１では、停電検出リレー５が商用電力系統３に停電の発生したことを検出する。
【0101】
ステップＳ５００２では、停電検出リレー５が遮断器４ａ、４ｂと充放電制御装置１６に対して制御信号回路を介して停電検出信号を送出する。
【0102】
ステップＳ５００３では、停電検出信号を受けた充放電制御装置１６が電力貯蔵手段１５を制御し、定格出力の電力量を電力貯蔵手段１５に放電させる。電力貯蔵手段１５から放電させることで、発電機１２と電力貯蔵手段１５とで負荷の分担を行っている。
【0103】
ステップＳ５００４では、充放電制御装置１６は予め定めた時間が経過したか否かを判断する。予め定めた時間が経過した場合は、ステップＳ５００５に進み、予め定めた時間が経過していない場合は、ステップＳ５００３に戻る。
【0104】
ステップＳ５００５では、充放電制御装置１６は構内配線１０の周波数に基づいて、電力貯蔵手段１５の充放電を制御する。つまり、ステップＳ５００５以降は、周波数に基づいた電力貯蔵手段１５の充放電の制御に切り替わる。周波数に基づいた電力貯蔵手段１５の充放電の制御の内容は、第一の実施形態における充放電制御装置１６による電力貯蔵手段１５の充放電制御と同じである。
【0105】
充放電制御装置１６が電力貯蔵手段１５からの放電量を徐々に減少させ、電力貯蔵手段１５からの放電量が０となり、すべての負荷を発電機１２がひきうけた状態になると、負荷の分担を終了する。
そして、電気の周波数を測定し定格周波数になっていたら、充放電制御装置１６は電力貯蔵手段１５の放電量制御を停止する。そして本処理フローは終了する。
そして、電気の周波数を測定し定格周波数になっていたら、充放電制御装置１６は電力貯蔵手段１５の放電量制御を停止する。そして本処理フローは終了する。
【0106】
停電検出信号に基づく電力貯蔵手段１５の制御から周波数に基づく電力貯蔵手段１５の制御に移行するまでの過程に関して、構内負荷、構内周波数、電力貯蔵手段１５の出力の変化について図１７を用いて説明する。図１７は、停電発生前から自立運転移行後の停電検出信号に応じた電力貯蔵手段１５の出力等の時間変化を示す図である。
【0107】
停電発生前には、構内の負荷を発電機１２の電力Ｗ３と商用電力系統３の電力Ｗ４とで賄っている。次に商用電力系統３で停電事故が発生すると、構内負荷は、構外負荷分Ｗ５分だけ増加することになる。そして、停電検出リレー５は停電を検出し、時刻ｔ７１に停電検出信号を生成した。停電検出リレー５は充放電制御装置１６に停電検出信号を通知する。停電検出信号を受けた充放電制御装置１６は、電力貯蔵手段１５から定格出力の電力を予め定めた時間内において放電する。
【0108】
予め定めた時間は、停電検出して停電検出信号が生成された時刻ｔ７１から一定時間経過後の時刻ｔ７２までの、ｔ７２－ｔ７１の時間として設定されている。本実施形態においては、時刻ｔ７２は、商用電力系統３と遮断される時刻ｔ７３よりも前の時刻として設定されている。
【0109】
充放電制御装置１６は、停電検出から予め定めた時間が経過した後である時刻ｔ７２に、構内の周波数に基づく電力貯蔵手段１５の充放電制御に切り替える。時刻ｔ７２以降は、第一の実施形態と同様に構内周波数の変化に応じて充放電制御装置１６は電力貯蔵手段１５の充放電制御を開始する。
【0110】
時刻ｔ７３に構内配線１０が商用電力系統３から遮断器４ａにより遮断されると、構外負荷の影響はなくなるので、構内の負荷が減少する。さらに遮断器４ｂにより遮断されることにより、構内の複数の需要器のうち重要な需要器２ａ、２ｂの負荷のみ残ることになると、図１７の構内負荷変動のグラフに示すように構内負荷はさらに減少し発電機の出力はＷ６になる。負荷が過少の場合、構内周波数は増加する。時刻ｔ７４に構内周波数が下限制御周波数よりも大きくなる、すなわち不感帯に入ると電力貯蔵手段１５からの放電は停止する。
【0111】
時刻ｔ７４から時刻ｔ７５の時間帯は、構内周波数が上限制御周波数と下限制御周波数の間、すなわち不感帯の範囲にあるため、充放電制御装置１６は、電力貯蔵手段１５からの充放電を停止させている。
【0112】
時刻ｔ７５において、構内周波数が上限制御周波数を超えて不感帯領域から逸脱すると、充放電制御装置１６は、周波数の増加速度に応じて電力貯蔵手段１５へ充電する制御を開始する。さらに、時刻ｔ７６に構内周波数が不感帯の範囲内に納まると、充放電制御装置１６は電力貯蔵手段１５への充電を停止させる。
【0113】
図１７の事例では、停電検知信号に基づく制御から周波数に基づく制御に切り替わった時に、構内負荷は過負荷状態であった。仮に、停電検知信号に基づく制御から周波数に基づく制御に切り替わった時に、構内負荷が過少状態である場合でも、周波数に基づく制御は実行される。すなわち、周波数制御装置１３が周波数の増加を検知することにより、発電機１２の出力を減少させる制御が行われる。
【0114】
次に、図１８を用いて、構内の周波数変化に応じて電力貯蔵手段１５が負荷変動を緩和することについて説明する。
図１８は、停電検出信号に応じた制御における発電機の出力の時間変化を示す図である。事故発生前には、発電機１２は定格で出力している。停電事故が発生直後、遮断器４ａが商用電力系統３と構内配線１０とを遮断するまでにはタイムラグが生じる。本実施形態では、このタイムラグの期間、すなわち停電事故発生から系統遮断前（自立運転移行前）であっても、停電検出信号に応じて充放電制御装置１６は電力貯蔵手段１５から放電出力をする制御を実行する。
図１８は、停電検出信号に応じた制御における発電機の出力の時間変化を示す図である。事故発生前には、発電機１２は定格で出力している。停電事故が発生直後、遮断器４ａが商用電力系統３と構内配線１０とを遮断するまでにはタイムラグが生じる。本実施形態では、このタイムラグの期間、すなわち停電事故発生から系統遮断前（自立運転移行前）であっても、停電検出信号に応じて充放電制御装置１６は電力貯蔵手段１５から放電出力をする制御を実行する。
【0115】
事故発生直後に構内負荷のうちの商用電力系統３で担っていた電力と構外負荷を発電機１２が担うこととなり発電機１２の出力は増加する（過負荷状態）。直ぐに停電検出リレー５の停電検出をトリガーとして電力貯蔵手段１５からの定格出力の放電が開始するために、過負荷状態が一旦解消される。つまり停電検出信号に応じた電力貯蔵手段１５からの放電により過負荷のレベルが緩和されることになる。
【0116】
仮に電力貯蔵手段１５から放電出力をする制御を実行しない場合、破線で示すように発電機１２の出力は上昇していくため、発電機１２の許容範囲を超える場合には発電機１２が停止してしまうおそれがある。特に、遮断速度に優れた高速遮断器でない場合、停電事故発生から系統遮断までの時間が長くなるため、発電機に対する負荷が増大し、発電機１２の許容範囲を超えて停止してしまうリスクがある。本実施形態では、図１８の実線で示すように、自立運転開始前から停電検出リレー５の生成する停電検出信号に応じて電力貯蔵手段１５から定格出力で放電をする制御を実行することにより、増加する発電機１２の出力を一旦下げることができる。つまり、停電検出信号に応じて充放電制御装置１６が電力貯蔵手段１５から放電出力する制御は、発電機１２に対する過負荷を緩和することにより、発電機１２の運転継続確率を高めることができる。
【0117】
さらに、停電検出から予め定めた時間が経過した後、充放電制御装置１６は、構内周波数の変化に応じて電力貯蔵手段１５に充放電する制御に切り替える。この切り替えのタイミングが系統遮断直前である場合、図１８の実線で示すように、自立運転開始後に構内周波数が増加する変化に応じて電力貯蔵手段１５へ充電する制御が実行され、発電機１２の出力の急激な減少を抑制することができる。つまり、周波数変化に応じて電力貯蔵手段１５へ充電する制御は、発電機１２に対する過少負荷を緩和することにより、発電機１２の運転継続確率を高めることができる。
【0118】
仮に電力貯蔵手段１５への充電をする制御を実行しない場合、系統遮断以降は破線のように発電機１２の出力は急激に低下するため、発電機１２の許容範囲を超えてしまう場合には発電機１２が停止してしまうおそれがある。つまり、周波数変化に応じて電力貯蔵手段１５へ充電する制御は、発電機１２に対する過少負荷を緩和することにより、発電機１２の運転継続確率を高めることができる。
【0119】
以上のように、本実施形態の電力貯蔵手段１５の充放電制御は、図１８に示す領域Ｒ３の負荷分を減少させ、領域Ｒ４の過少負荷を増加させるため、発電機に対する負荷変動を緩和することができる。
【0120】
本実施形態では、電力貯蔵手段１５の充放電制御が適切なタイミングで行われることにより、事故発生から自立運転移行後までの大きな負荷変動を緩和する。特に、本実施形態の停電検出信号に基づく電力貯蔵手段１５の放電制御は、事故発生から自立運転移行前において、過負荷状態を緩和する。このため、負荷が発電機１２の上限を超過して発電機１２が運転停止することを回避するため、発電機１２の運転継続確率を高めることができる。さらに停電検出信号に基づく電力貯蔵手段１５の放電制御に続く、周波数に基づく電力貯蔵手段１５の充放電制御は、極端な過負荷や負荷の過少状態を緩和する。このため、負荷が発電機１２の上限又は下限を超過して発電機１２が運転停止することを回避するため、発電機１２の運転継続確率を高めることができる。
【符号の説明】
【0121】
１…自家発電装置、２ａ～２ｄ…需要器、３…商用電力系統、４ａ、４ｂ…遮断器、５…停電検出リレー、１０…構内配線、１１…原動機、１２…発電機、１３…周波数制御装置、１４…電圧制御装置、１５…電力貯蔵手段、１６…充放電制御装置、１００、２００…制御システム
【要約】
【課題】過負荷状態を緩和し、遮断速度に優れた高速遮断器でなくとも継続確率を高めることを目的とする。
【解決手段】発電機を駆動させる原動機と電力貯蔵手段とを備えた自家発電設備を制御する制御システムは、（ａ）構内の負荷を計測する計測手段と、商用電力系統の停電発生から自立運転に移行するまでの間に、負荷の増加により前記原動機ごとに予め定められた基準と前記計測手段が計測した計測量とにより、前記電力貯蔵手段を制御する制御手段、又は（ｂ）商用電力系統の停電状態を検出する検出手段と、商用電力系統の停電発生から自立運転に移行するまでの間に、前記検出手段が検出した信号を受信してから予め定めた時間が経過するまで、前記電力貯蔵手段を制御する制御手段とを備える。
【選択図】図１５
【解決手段】発電機を駆動させる原動機と電力貯蔵手段とを備えた自家発電設備を制御する制御システムは、（ａ）構内の負荷を計測する計測手段と、商用電力系統の停電発生から自立運転に移行するまでの間に、負荷の増加により前記原動機ごとに予め定められた基準と前記計測手段が計測した計測量とにより、前記電力貯蔵手段を制御する制御手段、又は（ｂ）商用電力系統の停電状態を検出する検出手段と、商用電力系統の停電発生から自立運転に移行するまでの間に、前記検出手段が検出した信号を受信してから予め定めた時間が経過するまで、前記電力貯蔵手段を制御する制御手段とを備える。
【選択図】図１５
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
