特許 7572459 発電システム、制御装置、制御方法、およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-15

(45)【発行日】2024-10-23

(54)【発明の名称】発電システム、制御装置、制御方法、およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   H02P 9/00 20060101AFI20241016BHJP

   H02P 9/04 20060101ALI20241016BHJP

【ＦＩ】

H02P9/00 A

H02P9/04 J

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2022573381

(86)(22)【出願日】2022-11-02

(86)【国際出願番号】 JP2022041069

(87)【国際公開番号】W WO2023080174

(87)【国際公開日】2023-05-11

【審査請求日】2022-11-28

【審判番号】

【審判請求日】2024-02-28

(31)【優先権主張番号】PCT/JP2021/040588

(32)【優先日】2021-11-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004123

【氏名又は名称】ＪＦＥエンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】稻月 仁哉

(72)【発明者】

【氏名】富永 純一

(72)【発明者】

【氏名】西田 郁郎

(72)【発明者】

【氏名】古瀬 博之

【合議体】

【審判長】須田 勝巳

【審判官】山崎 慎一

【審判官】脇岡 剛

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－１６６５５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１０９７４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１８４４８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

H02P9/00

H02P9/04

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

商用電力系統とともに、電気機器等の電力負荷に発電電力を投入可能な発電システムであって、
調速機を備える動力機関の駆動によって発電電力を制御し、前記電力負荷に前記発電電力を投入可能な発電機と、
前記動力機関が駆動している状態で前記発電機の発電電力を消費可能、かつ消費電力を調整可能に所定の負荷容量が設定される模擬負荷と、
前記模擬負荷の消費電力を０から設定された前記所定の負荷容量まで増加させるように電力調整可能に構成されるとともに電力の調整で電力波形を歪ませる高調波が発生する電力調整器からなる模擬負荷電力調整部と、
前記模擬負荷電力調整部を制御することにより前記模擬負荷の消費電力を制御可能な制御部と、
を備え、
前記模擬負荷および前記模擬負荷電力調整部は、前記模擬負荷および前記模擬負荷電力調整部を一対として複数組設けられ、前記複数組の前記模擬負荷は、前記複数組を構成する前記模擬負荷の前記所定の負荷容量の合計が前記発電機の設定出力と略等しく、前記模擬負荷および前記模擬負荷電力調整部が、前記発電機に対して調整された負荷を互いに独立して投入可能に構成され、
前記制御部は、
前記商用電力系統からの受電の停止後であって、前記電力負荷と前記発電機とが解列している状態で、
前記複数の模擬負荷電力調整部のそれぞれに調整信号を出力して、前記発電機の起動時に前記複数の模擬負荷のうちの１つの模擬負荷について、前記発電機に対して無段階で０から前記所定の負荷容量まで瞬時に増加するように投入する第１の投入制御と、
前記第１の投入制御の後から前記発電機の発電電力が安定するまでの間、前記１つの模擬負荷における前記所定の負荷容量を維持する維持制御と、
前記維持制御の後、前記複数の模擬負荷のうちの前記１つの模擬負荷とは異なる他の１つの模擬負荷に対して、昇負荷レートが、０％／ｍｉｎより大きく６０％／ｍｉｎ以下を満たすように前記所定の負荷容量まで増加させる第２の投入制御と、
を少なくとも含む制御を行う
発電システム。

【請求項2】

前記第２の投入制御は、
前記模擬負荷の負荷を、階段状、または線形状に、前記所定の負荷容量まで増加させる制御である
請求項１に記載の発電システム。

【請求項3】

前記模擬負荷および前記模擬負荷電力調整部の組は、２組以上設けられる
請求項１または２に記載の発電システム。

【請求項4】

前記第２の投入制御によって投入される模擬負荷における昇負荷レートが、０％／ｍｉｎより大きく４５％／ｍｉｎ以下を満たすように前記所定の負荷容量まで増加させる
請求項３に記載の発電システム。

【請求項5】

前記第２の投入制御によって投入される模擬負荷における昇負荷レートが、４５％／ｍｉｎ以上６０％／ｍｉｎ以下を満たすように前記所定の負荷容量まで増加させる
請求項３に記載の発電システム。

【請求項6】

前記第２の投入制御の後、前記複数の模擬負荷のうち、前記第１の投入制御の対象である前記１つの模擬負荷としての第１模擬負荷および前記第２の投入制御の対象である前記他の１つの模擬負荷としての第２模擬負荷のいずれとも異なる第３模擬負荷に対して、昇負荷レートが、０％／ｍｉｎより大きく６０％／ｍｉｎ以下を満たすように前記所定の負荷容量まで増加させる第３の投入制御と、
前記第３の投入制御の後、前記複数の模擬負荷のうち、前記第１模擬負荷、前記第２模擬負荷、および前記第３模擬負荷のいずれとも異なる第４模擬負荷に対して、昇負荷レートが、０％／ｍｉｎより大きく６０％／ｍｉｎ以下を満たすように前記所定の負荷容量まで増加させる第４の投入制御と、を行い、かつ前記第２の投入制御、前記第３の投入制御、および第４の投入制御の前記昇負荷レートはそれぞれ、互いに異なる昇負荷レートである
請求項１に記載の発電システム。

【請求項7】

前記第２の投入制御の後、前記他の１つの模擬負荷における負荷容量を維持する第２維持制御と、
前記第２維持制御の後、前記複数の模擬負荷のうち、前記第１の投入制御の対象である前記１つの模擬負荷としての第１模擬負荷および前記第２の投入制御の対象である前記他の１つの模擬負荷としての第２模擬負荷のいずれとも異なる第３模擬負荷に対して、昇負荷レートが、０％／ｍｉｎより大きく６０％／ｍｉｎ以下を満たすように前記所定の負荷容量まで増加させる第３の投入制御と、
前記第３の投入制御の後、前記第３模擬負荷における負荷容量を維持する第３維持制御と、
前記第３維持制御の後、前記複数の模擬負荷のうちの前記第１模擬負荷、前記第２模擬負荷、および前記第３模擬負荷のいずれとも異なる第４模擬負荷に対して、昇負荷レートが、０％／ｍｉｎより大きく６０％／ｍｉｎ以下を満たすように前記所定の負荷容量まで増加させる第４の投入制御と、を行い、かつ前記第２の投入制御、前記第３の投入制御、および前記第４の投入制御の前記昇負荷レートはそれぞれ、互いに異なる昇負荷レートである
請求項１に記載の発電システム。

【請求項8】

前記制御部は、
前記発電機に対して前記複数の模擬負荷の投入が終了した後、前記模擬負荷と異なる電力負荷に対して、前記発電機による発電電力の供給を開始させ、
前記電力負荷による消費電力の変動に対応させて、前記模擬負荷の消費電力を増減させるように前記模擬負荷電力調整部を制御する
請求項１に記載の発電システム。

【請求項9】

調速機を備える動力機関の駆動によって発電電力を制御し前記電力負荷に前記発電電力を投入可能な発電機の発電電力を消費可能、かつ消費電力を調整可能に所定の負荷容量が設定される複数の模擬負荷と、前記複数の模擬負荷の消費電力をそれぞれ個別に０から設定された前記所定の負荷容量まで増加させるように電力調整可能に構成されるとともに電力の調整で電力波形を歪ませる高調波が発生する電力調整器からなる、前記複数の模擬負荷と一対に設けられる複数の模擬負荷電力調整部と、を制御可能な制御部を備え、商用電力系統とともに電力負荷に発電電力を投入可能な発電システムを制御する制御装置であって、
前記模擬負荷および前記模擬負荷電力調整部は一対として複数組設けられ、前記複数組の前記模擬負荷は、前記複数組を構成する前記模擬負荷の前記所定の負荷容量の合計が前記発電機の設定出力と略等しく、それぞれの一対の前記模擬負荷および前記模擬負荷電力調整部が、前記発電機に対して調整された負荷を互いに独立して投入可能に構成され、
前記制御部は、
前記商用電力系統からの受電の停止後であって、前記電力負荷と前記発電機とが解列している状態で、
前記複数の模擬負荷電力調整部のそれぞれに調整信号を出力して、前記発電機の起動時に前記複数の模擬負荷のうちの１つの模擬負荷について、前記発電機に対して無段階で０から前記所定の負荷容量まで瞬時に増加するように投入する第１の投入制御と、
前記第１の投入制御の後から前記発電機の発電電力が安定するまでの間、前記１つの模擬負荷における前記所定の負荷容量を維持する維持制御と、
前記維持制御の後、前記複数の模擬負荷のうちの前記１つの模擬負荷とは異なる他の１つの模擬負荷に対して、昇負荷レートが０％／ｍｉｎより大きく６０％／ｍｉｎ以下を満たすように前記所定の負荷容量まで増加させる第２の投入制御と、
を少なくとも含む制御を行う
制御装置。

【請求項10】

調速機を備える動力機関の駆動によって発電電力を制御し前記電力負荷に前記発電電力を投入可能な発電機の発電電力を消費可能、かつ消費電力を調整可能に所定の負荷容量が設定される複数の模擬負荷と、前記複数の模擬負荷の消費電力をそれぞれ個別に０から設定された前記所定の負荷容量まで増加させるように電力調整可能に構成されるとともに電力の調整で電力波形を歪ませる高調波が発生する電力調整器からなる、前記複数の模擬負荷と一対に設けられる複数の模擬負荷電力調整部と、を制御可能な制御部を備え、商用電力系統とともに電力負荷に発電電力を投入可能な発電システムを制御する制御装置が実行する制御方法であって、
前記模擬負荷および前記模擬負荷電力調整部は一対として複数組設けられ、前記複数組の前記模擬負荷は、前記複数組を構成する前記模擬負荷の前記所定の負荷容量の合計が前記発電機の設定出力と略等しく、それぞれの一対の前記模擬負荷および前記模擬負荷電力調整部が、前記発電機に対して調整された負荷を互いに独立して投入可能であり、
前記制御部が、
前記商用電力系統からの受電の停止後であって、前記電力負荷と前記発電機とが解列している状態で、
前記複数の模擬負荷電力調整部のそれぞれに調整信号を出力して、前記発電機の起動時に前記複数の模擬負荷のうちの１つの模擬負荷について、前記発電機に対して無段階で０から前記所定の負荷容量まで瞬時に増加するように投入する第１の投入制御と、
前記第１の投入制御の後から前記発電機の発電電力が安定するまでの間、前記１つの模擬負荷における前記所定の負荷容量を維持する維持制御と、
前記維持制御の後、前記複数の模擬負荷のうちの前記１つの模擬負荷とは異なる他の１つの模擬負荷に対して、昇負荷レートが０％／ｍｉｎより大きく６０％／ｍｉｎ以下を満たすように前記所定の負荷容量まで増加させる第２の投入制御と、
を少なくとも含む制御を行う
制御方法。

【請求項11】

調速機を備える動力機関の駆動によって発電電力を制御し前記電力負荷に前記発電電力を投入可能な発電機の発電電力を消費可能、かつ消費電力を調整可能に所定の負荷容量が設定される複数の模擬負荷と、前記複数の模擬負荷の消費電力をそれぞれ個別に０から設定された前記所定の負荷容量まで増加させるように電力調整可能に構成されるとともに電力の調整で電力波形を歪ませる高調波が発生する電力調整器からなる、前記複数の模擬負荷と一対に設けられる複数の模擬負荷電力調整部と、を制御可能、かつ前記模擬負荷および前記模擬負荷電力調整部が一対として複数組設けられ、前記複数組の前記模擬負荷は、前記複数組を構成する前記模擬負荷の前記所定の負荷容量の合計が前記発電機の設定出力と略等しく、それぞれの一対の前記模擬負荷および前記模擬負荷電力調整部を前記発電機に対して調整した負荷を互いに独立して投入するように制御可能であって、商用電力系統とともに電力負荷に発電電力を投入可能な発電システムを制御する制御部に、
前記商用電力系統からの受電の停止後であって前記電力負荷と前記発電機とが解列している状態で、前記複数の模擬負荷電力調整部のそれぞれに調整信号を出力して、前記発電機の起動時に前記複数の模擬負荷のうちの１つの模擬負荷について、前記発電機に対して無段階で０から前記所定の負荷容量まで瞬時に増加するように投入する第１の投入制御と、
前記第１の投入制御の後から前記発電機の発電電力が安定するまでの間、前記１つの模擬負荷における前記所定の負荷容量を維持する維持制御と、
前記維持制御の後、前記複数の模擬負荷のうちの前記１つの模擬負荷とは異なる他の１つの模擬負荷に対して、昇負荷レートが０％／ｍｉｎより大きく６０％／ｍｉｎ以下を満たすように前記所定の負荷容量まで増加させる第２の投入制御と、
を少なくとも含む制御を行う
ことを実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発電システム、制御装置、制御方法、およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

電気機器などの電力負荷が設けられた施設には、商用電力系統に連系して発電を行い、発電電力を電力負荷に供給する発電システムが備えられる場合がある。特許文献１には、このような発電システムとして、商用電力系統または常用電源からの受電が停止する停電時において、商用電力系統または常用電源から発電機を切り離した状態で、発電機を駆動する内燃機関を起動させて発電機の自立運転を行い、発電機の発電電圧が確立し安定して発電が行えるようになった段階で、停電時の給電対象とする電力負荷の一部または全部の特定負荷を発電機に投入する技術が開示されている。このような発電システムにおいては、商用電力系統または常用電源からの受電の停止後において、例えば４０秒以内程度の短時間で、発電機の発電電圧の確立や電力負荷の投入を可能にすることが求められる（非特許文献１参照）。

【0003】

また、特許文献２には、模擬負荷制御手段、第１模擬負荷消費電力調整手段および第２模擬負荷消費電力調整手段によって第１模擬負荷と第２模擬負荷とで消費される消費電力が等しくなるように制御する模擬負荷制御を実行する技術が開示されている。特許文献３には、電力負荷の消費電力を計測する電力負荷消費電力計測手段と、発電機の発電電力を消費する模擬負荷と、模擬負荷の消費電力を変更可能な模擬負荷消費電力調整手段と、発電機の発電電力がエンジンを安定運転可能な所定の基準発電電力以上に維持されるように、電力負荷消費電力計測手段の計測結果に基づいて模擬負荷消費電力調整手段を制御する模擬負荷制御手段を備える構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００７－６５９５号公報

【文献】特開２０１７－１８４４８５号公報

【文献】特開２０１５－１０９７４６号公報

【非特許文献】

【0005】

【文献】一般財団法人日本内燃力発電設備協会「防災用自家発電装置技術基準」（平成３０年５月１日発行）第８頁

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述した従来技術による発電システムにおいて、電力負荷の投入または停止によって、電力負荷の変動が生じる。この電力負荷の変動に対して、発電機の運転を安定させるために、模擬負荷を用いて事前に負荷を投入する操作が必要になる。ここで、模擬負荷を事前に投入する際に、模擬負荷の出力を任意に調整するために、特許文献２，３に開示されているように、発電機と模擬負荷との間に模擬負荷の消費電力を調整するための電力調整器を設ける必要がある。

【0007】

しかしながら、電力調整器を設けることによって、発電システムにおいて模擬負荷に対して電力調整制御を実行する際に、電流の波形を歪ませる高調波が発生してしまい、発電機の運転における力率を低下させる場合がある。発電機の力率が低下すると、発電機を起動させたり運転を継続させたりする際に、発電機の運転を維持することが困難になり、発電機からの電力を消費する本来の電力負荷を投入する前に、発電機が停止する可能性がある。

【0008】

また、力率を維持できたとしても、模擬負荷の消費電力の投入の仕方によっては、発電機の故障や、故障に繋がる過給機の異音や電力波形の乱れなどの、発電機自体への機械的負荷が大きくなり、発電機の安定した稼動寿命が短くなる事で安定した運転に支障をきたす可能性がある。そのため、商用電力系統や常用電源からの受電の停止後に求められる発電機の起動および運転を長期に亘り安定して実行できる技術が求められている。

【0009】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、商用電力系統や常用電源からの受電の停止後に求められる発電機の起動および運転を長期に亘り安定して実行できる発電システム、制御装置、制御方法、およびプログラムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

（１）上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る発電システムは、調速機を備える動力機関の駆動によって発電電力を制御する発電機と、前記動力機関が駆動している状態で前記発電機の発電電力を消費可能、かつ消費電力を調整可能に所定の負荷容量が設定される模擬負荷と、前記模擬負荷の消費電力を０から設定された前記所定の負荷容量まで増加させるように調整可能に構成された模擬負荷調整部と、前記模擬負荷調整部を制御することにより前記模擬負荷の消費電力を制御可能な制御部と、を備え、前記模擬負荷および前記模擬負荷調整部は、前記模擬負荷および前記模擬負荷調整部を一対として複数組設けられ、前記複数組の前記模擬負荷は、前記複数組を構成する前記模擬負荷の前記所定の負荷容量の合計が前記発電機の設定出力と略等しく、前記模擬負荷および前記模擬負荷調整部が、前記発電機に対して調整された負荷を互いに独立して投入可能に構成され、前記制御部は、前記複数の模擬負荷調整部のそれぞれに調整信号を出力して、前記発電機の起動時に前記複数の模擬負荷のうちの１つの模擬負荷について、前記発電機に対して無段階で０から前記所定の負荷容量まで瞬時に増加するように投入する第１の投入制御と、前記第１の投入制御の後から前記発電機の発電電力が安定するまでの間、前記１つの模擬負荷における前記所定の負荷容量を維持する維持制御と、前記維持制御の後、前記複数の模擬負荷のうちの前記１つの模擬負荷とは異なる他の１つの模擬負荷に対して、昇負荷レートが、０％／ｍｉｎより大きく６０％／ｍｉｎ以下を満たすように前記所定の負荷容量まで増加させる第２の投入制御と、を少なくとも含む制御を行う。

【0011】

（２）本発明の一態様に係る発電システムは、上記の（１）の発明において、前記第２の投入制御は、前記模擬負荷の負荷を、階段状、または線形状に、前記所定の負荷容量まで増加させる制御である。

【0012】

（３）本発明の一態様に係る発電システムは、上記の（１）または（２）の発明において、前記模擬負荷および前記模擬負荷調整部の組は、２組以上設けられる。

【0013】

（４）本発明の一態様に係る発電システムは、上記の（３）の発明において、前記第２の投入制御によって投入される模擬負荷における昇負荷レートが、０％／ｍｉｎより大きく４５％／ｍｉｎ以下を満たすように前記所定の負荷容量まで増加させる。

【0014】

（５）本発明の一態様に係る発電システムは、上記の（１）～（４）のいずれかの発明において、前記制御部は、前記発電機に対して前記複数の模擬負荷の投入が終了した後、前記模擬負荷と異なる電力負荷に対して、前記発電機による発電電力の供給を開始させ、前記電力負荷による消費電力の変動に対応させて、前記模擬負荷の消費電力を増減させるように前記模擬負荷調整部を制御する。

【0015】

（６）本発明の一態様に係る制御装置は、調速機を備える動力機関の駆動によって発電電力を制御する発電機の発電電力を消費可能、かつ消費電力を調整可能に所定の負荷容量が設定される複数の模擬負荷と、前記複数の模擬負荷の消費電力をそれぞれ個別に０から設定された前記所定の負荷容量まで増加させるように調整可能に構成され前記複数の模擬負荷と一対に設けられる複数の模擬負荷調整部と、を制御可能な制御部を備える制御装置であって、前記模擬負荷および前記模擬負荷調整部は一対として複数組設けられ、前記複数組の前記模擬負荷は、前記複数組を構成する前記模擬負荷の前記所定の負荷容量の合計が前記発電機の設定出力と略等しく、それぞれの一対の前記模擬負荷および前記模擬負荷調整部が、前記発電機に対して調整された負荷を互いに独立して投入可能に構成され、前記制御部は、前記複数の模擬負荷調整部のそれぞれに調整信号を出力して、前記発電機の起動時に前記複数の模擬負荷のうちの１つの模擬負荷について、前記発電機に対して無段階で０から前記所定の負荷容量まで瞬時に増加するように投入する第１の投入制御と、前記第１の投入制御の後から前記発電機の発電電力が安定するまでの間、前記１つの模擬負荷における前記所定の負荷容量を維持する維持制御と、前記維持制御の後、前記複数の模擬負荷のうちの前記１つの模擬負荷とは異なる他の１つの模擬負荷に対して、昇負荷レートが０％／ｍｉｎより大きく６０％／ｍｉｎ以下を満たすように前記所定の負荷容量まで増加させる第２の投入制御と、を少なくとも含む制御を行う。

【0016】

（７）本発明の一態様に係る制御方法は、調速機を備える動力機関の駆動によって発電電力を制御する発電機の発電電力を消費可能、かつ消費電力を調整可能に所定の負荷容量が設定される複数の模擬負荷と、前記複数の模擬負荷の消費電力をそれぞれ個別に０から設定された前記所定の負荷容量まで増加させるように調整可能に構成され前記複数の模擬負荷と一対に設けられる複数の模擬負荷調整部と、を制御可能な制御部が実行する制御方法であって、前記模擬負荷および前記模擬負荷調整部は一対として複数組設けられ、前記複数組の前記模擬負荷は、前記複数組を構成する前記模擬負荷の前記所定の負荷容量の合計が前記発電機の設定出力と略等しく、それぞれの一対の前記模擬負荷および前記模擬負荷調整部が、前記発電機に対して調整された負荷を互いに独立して投入可能であり、前記制御部が、前記複数の模擬負荷調整部のそれぞれに調整信号を出力して、前記発電機の起動時に前記複数の模擬負荷のうちの１つの模擬負荷について、前記発電機に対して無段階で０から前記所定の負荷容量まで瞬時に増加するように投入する第１の投入制御と、前記第１の投入制御の後から前記発電機の発電電力が安定するまでの間、前記１つの模擬負荷における前記所定の負荷容量を維持する維持制御と、前記維持制御の後、前記複数の模擬負荷のうちの前記１つの模擬負荷とは異なる他の１つの模擬負荷に対して、昇負荷レートが０％／ｍｉｎより大きく６０％／ｍｉｎ以下を満たすように前記所定の負荷容量まで増加させる第２の投入制御と、を少なくとも含む制御を行う。

【0017】

（８）本発明の一態様に係るプログラムは、調速機を備える動力機関の駆動によって発電電力を制御する発電機の発電電力を消費可能、かつ消費電力を調整可能に所定の負荷容量が設定される複数の模擬負荷と、前記複数の模擬負荷の消費電力をそれぞれ個別に０から設定された前記所定の負荷容量まで増加させるように調整可能に構成され前記複数の模擬負荷と一対に設けられる複数の模擬負荷調整部と、を制御可能、かつ前記模擬負荷および前記模擬負荷調整部が一対として複数組設けられ、前記複数組の前記模擬負荷は、前記複数組を構成する前記模擬負荷の前記所定の負荷容量の合計が前記発電機の設定出力と略等しく、それぞれの一対の前記模擬負荷および前記模擬負荷調整部を前記発電機に対して調整した負荷を互いに独立して投入するように制御可能な制御部に、前記複数の模擬負荷調整部のそれぞれに調整信号を出力して、前記発電機の起動時に前記複数の模擬負荷のうちの１つの模擬負荷について、前記発電機に対して無段階で０から前記所定の負荷容量まで瞬時に増加するように投入する第１の投入制御と、前記第１の投入制御の後から前記発電機の発電電力が安定するまでの間、前記１つの模擬負荷における前記所定の負荷容量を維持する維持制御と、前記維持制御の後、前記複数の模擬負荷のうちの前記１つの模擬負荷とは異なる他の１つの模擬負荷に対して、昇負荷レートが０％／ｍｉｎより大きく６０％／ｍｉｎ以下を満たすように前記所定の負荷容量まで増加させる第２の投入制御と、を少なくとも含む制御を行う。

【発明の効果】

【0018】

本発明に係る発電システム、制御装置、制御方法、およびプログラムによれば、商用電力系統や常用電源からの受電の停止後に求められる発電機の起動および運転を長期に亘り安定して実行することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、本発明の実施形態による発電システムを示すブロック図である。

【図2】図２は、本発明の実施形態による発電システムの制御装置を示すブロック図である。

【図3】図３は、本発明の実施形態による発電システムの制御装置による制御の一例を示すグラフである。

【図4】図４は、１つの模擬負荷を制御した場合の模擬負荷の投入率とエンジン発電機の力率との関係を示すグラフである。

【図5】図５は、複数の模擬負荷を同時に制御した場合の模擬負荷の投入率とエンジン発電機の力率との関係を示すグラフである。

【図6】図６は、複数の模擬負荷を個別に制御した場合の模擬負荷の投入率とエンジン発電機の力率との関係を示すグラフである。

【図7】図７は、本発明の実施形態による発電システムの制御装置による制御方法を説明するためのフローチャートである。

【図8】図８は、本発明の第１の実施形態による発電システムの制御装置による制御方法を説明するためのグラフである。

【図9】図９は、本発明の第１の実施形態による発電システムの効果を説明するための模擬負荷の投入率、発電機の出力、および発電機の力率を示すグラフである。

【図10】図１０は、本発明の第１の実施形態による発電システムにおける昇負荷レートごとの負荷設定率および発電出力を示すグラフである。

【図11】図１１は、本発明の第１の実施形態による発電システムにおける効果を説明するための表である。

【図12】図１２は、図１１に示す表の定義を説明する表である。

【図13】図１３は、本発明の第２の実施形態による発電システムの制御装置による制御方法を説明するためのグラフである。

【図14】図１４は、本発明の第３の実施形態による発電システムの制御装置による制御方法を説明するためのグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する実施形態によって限定されるものではない。

【0021】

まず、本発明の実施形態による発電システムについて説明する。以下に説明する実施形態は、エンジン発電機、模擬負荷、および制御部を備える発電システムに関するが、その他の発電システムであってもよい。エンジン発電機２０は、調速機（図示せず）が設けられた内燃機関２１の駆動によって発電する。エンジン発電機２０は、発電電力を電力負荷５０に供給する発電時において、所定のエンジン制御部（図示せず）によって、出力が定格出力以下の任意の出力になるように制御される。本発明の実施形態による発電システムは、制御装置１０が、電力負荷５０の投入、遮断操作、または運転負荷率の変更によるエンジン発電機２０の発電電力の変化を低減するように、模擬負荷の消費電力を増加させたり減少させたりするシステムである。図１は、本実施形態による発電システムの構成を示すブロック図である。

【0022】

図１に示すように、実施形態による発電システム１は、制御装置１０、エンジン発電機２０、模擬負荷消費電力調整器３１によって調整される模擬負荷群３０、商用電力系統４０、および電力負荷５０を備える。

【0023】

発電システム１において、エンジン発電機２０の出力側には、出力する電力を計測可能な発電電力計測部６１が設けられている。電力負荷５０の入力側には、供給される電力を計測可能な電力負荷消費電力計測部６２が設けられている。模擬負荷消費電力調整器３１の入力側には、供給される電力を計測可能な模擬負荷消費電力計測部６３が設けられている。

【0024】

発電機としてのエンジン発電機２０は、内燃機関２１および発電機２２を有する。エンジン発電機２０は、燃料を用いた内燃機関としてのエンジンによって回転運動を発生させて、発電機２２の回転子を回転させることによって発電可能に構成される。なお、内燃機関２１は、発電機２２によって発電可能な機関であれば、エンジンなどの内燃機関２１に限定されない。また、内燃機関２１はあくまでも例に過ぎず、内燃機関２１の代わりに、蒸気タービンやガスタービンなどの外燃機関や、その他の調速機を備えた発電可能な動力機関を採用することが可能である。

【0025】

模擬負荷群３０は、複数の模擬負荷３０１，３０２，３０３，３０４を有して構成される。模擬負荷３０１～３０４はそれぞれ、所定の電力を消費する例えば負荷抵抗器などから構成される。模擬負荷３０１～３０４はそれぞれ、エンジン発電機２０の発電電力の少なくとも一部を消費することによって、エンジン発電機２０の発電電力の変動を抑制して、安定化させるための負荷であり、電力負荷５０とは独立して設けられる。なお、模擬負荷３０１～３０４は、エンジン発電機２０の発電電力を消費する負荷である点に関しては、電力負荷５０と共通する。

【0026】

模擬負荷調整部としての模擬負荷消費電力調整器３１は、制御装置１０から入力される調整信号に基づいて、模擬負荷群３０が消費する電力を調整する装置である。模擬負荷消費電力調整器３１は、模擬負荷３０１～３０４のそれぞれに対応した模擬負荷調整器３１１，３１２，３１３，３１４を有して構成され、複数の模擬負荷３０１～３０４をそれぞれ独立に制御可能に構成される。すなわち、模擬負荷３０１～３０４はそれぞれ、模擬負荷調整器３１１～３１４によって、負荷の大きさを調整可能に構成される。これにより、模擬負荷調整器３１１～３１４はそれぞれ、制御装置１０から入力される調整信号に基づいて、模擬負荷３０１～３０４の消費電力を調整可能に構成される。換言すると、模擬負荷消費電力調整器３１は、模擬負荷群３０の消費電力を０から設定された所定の負荷容量まで増加させるように調整可能に構成される。調整信号は、模擬負荷群３０の消費電力の増減を制御するための情報を含む。

【0027】

なお、本実施形態においては、模擬負荷群３０は、模擬負荷３０１～３０４が４台設けられた構成としているが、複数の模擬負荷を有していれば、４台以外であってもよい。また、後述する制御方法を効率よく実行するためには、模擬負荷の台数は、典型的には２台以上１０台以下、好適には３台以上６台以下、より好適には４台または５台である。この場合、模擬負荷調整器も、模擬負荷の設置台数に対応して設けられ、模擬負荷と一対で設けられる。すなわち、模擬負荷および模擬負荷調整器の組として、典型的には２組以上１０組以下、好適には３組以上６組以下、より好適には４組または５組である。また、それぞれの模擬負荷３０１～３０４はそれぞれ、内燃機関２１が駆動している状態でエンジン発電機２０の発電電力を消費可能、かつ消費電力を調整可能に所定の負荷容量を設定する事が可能である。

【0028】

商用電力系統４０は、例えば電力会社などからの電力系統である。なお、本明細書においては、常用電源なども含めて、商用電力系統４０と称する。電力負荷５０は、設備を稼働させるために必要な電力が供給される負荷であり、具体的に例えばポンプやモータなどの負荷である。なお、電力負荷５０は、例えばポンプやモータに限定されず、従来公知の種々の負荷が用いられる。

【0029】

発電電力計測部６１は、エンジン発電機２０に接続された電力供給線に接続され、エンジン発電機２０が出力した発電電力の計測値を制御装置１０に出力する電力計である。電力負荷消費電力計測部６２は、電力負荷５０に接続された電力供給線に接続され、電力負荷５０が消費した消費電力の計測値を制御装置１０に出力する電力計である。模擬負荷消費電力計測部６３は、模擬負荷群３０または模擬負荷消費電力調整器３１に接続された電力供給線に接続され、模擬負荷群３０が消費した消費電力の計測値を制御装置１０に出力する電力計である。なお、模擬負荷消費電力計測部６３は、それぞれの模擬負荷３０１～３０４の入力側に、それぞれの模擬負荷３０１～３０４に対応させて複数台設けてもよい。また、発電電力計測部６１、電力負荷消費電力計測部６２、および模擬負荷消費電力計測部６３は、電力の増減を評価可能な計測器であれば、電力計に限定されず、例えば電流計などの種々の計測器を採用することが可能である。

【0030】

制御装置１０は、エンジン発電機２０の発電電力、電力負荷５０の消費電力、および模擬負荷群３０の消費電力の計測値を取得して、模擬負荷消費電力調整器３１によって模擬負荷群３０の消費電力の増減を制御する装置である。図２は、本実施形態による発電システム１の制御装置１０を示すブロック図である。

【0031】

図２に示すように、制御装置１０は、判定制御部１１、加算部１２、差分演算部１３、制御感度演算部１４、制御出力演算部１５、および記憶部１６を備える。制御装置１０には、それぞれの発電電力計測部６１、電力負荷消費電力計測部６２、および模擬負荷消費電力計測部６３から計測値が入力される。制御装置１０は、模擬負荷消費電力調整器３１の模擬負荷調整器３１１～３１４にそれぞれ、制御信号（調整信号）を出力する。

【0032】

判定制御部１１、加算部１２、差分演算部１３、制御感度演算部１４、および制御出力演算部１５は、具体的に、ハードウェアを有する、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのプロセッサ、およびＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などの主記憶部（いずれも図示せず）を備える。

【0033】

記憶部１６は、ＲＡＭなどの揮発性メモリ、ＲＯＭなどの不揮発性メモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ROM）、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ、Hard Disk Drive）、およびリムーバブルメディアなどから選ばれた記憶媒体から構成される。なお、リムーバブルメディアは、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ、または、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、もしくはＢＤ（Blu-ray（登録商標） Disc）のようなディスク記録媒体である。また、外部から装着可能なメモリカードなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体を用いて記憶部１６を構成してもよい。記憶部１６には、制御装置１０の動作を実行するための、オペレーティングシステム（Operating System：ＯＳ）、各種プログラム、各種テーブル、各種データベースなどが記憶可能である。ここで、各種プログラムには、本実施形態による模擬負荷群３０の消費電力の増減制御を実現する電力増減制御プログラムも含まれる。これらの各種プログラムは、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスクなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して広く流通させることも可能である。

【0034】

制御装置１０においては、記憶部１６に記憶されたプログラムを主記憶部の作業領域にロードして実行し、プログラムの実行を通じて各構成部などを制御することによって、所定の目的に合致した機能を実現できる。本実施形態においては、制御装置１０によるプログラムの実行によって、判定制御部１１、加算部１２、差分演算部１３、制御感度演算部１４、および制御出力演算部１５の処理が実行される。

【0035】

判定制御部１１は、発電電力計測部６１から取得する発電電力の計測値と、電力負荷消費電力計測部６２および模擬負荷消費電力計測部６３の少なくとも一方から取得する消費電力の計測値とに基づいて、制御モードを判定して選択する。判定制御部１１は、選択した制御モードに基づいて、模擬負荷消費電力調整器３１に制御信号（調整信号）を出力して制御する。

【0036】

本実施形態による発電システム１における判定制御部１１は、例えば以下の３つの電力制御モード部を有する。本実施形態による発電システム１が備える制御装置１０の判定制御部１１が、以下の電力制御モードを実行する主たる制御部として機能する。具体的にまず、判定制御部１１は例えば、第１電力制御モード部１１１、第２電力制御モード部１１２、および第３電力制御モード部１１３から、１つの制御モード部を選択する。続いて判定制御部１１は、選択した電力制御モード部が実行する電力制御モードに基づいて模擬負荷消費電力調整器３１の模擬負荷調整器３１１～３１４をそれぞれ制御する。これによって、模擬負荷３０１～３０４のそれぞれの消費電力を制御して、模擬負荷群３０の全体の消費電力を制御する。ここで、第１電力制御モード部１１１、第２電力制御モード部１１２、および第３電力制御モード部１１３のそれぞれが実行する、それぞれの電力制御モードの詳細について説明する。

【0037】

判定制御部１１が第１電力制御モード部１１１を選択して実行される第１電力制御モードは、放出電力の減少を開始する電力制御モードである。すなわち、商用電力系統４０の停電時においては、電力負荷５０において負荷電力は、例えば投入の開始時点などから過渡的に増加する場合がある。この場合、判定制御部１１の第１電力制御モード部１１１は、模擬負荷消費電力調整器３１を制御して、模擬負荷群３０の消費電力（放出電力）を、電力負荷５０の負荷電力の増加分だけ低下させるように変更する。これにより、電力負荷５０が消費する負荷電力に合わせて、放出電力が減少され、エンジン発電機２０の発電電力を略一定に維持することができる。

【0038】

判定制御部１１が第２電力制御モード部１１２を選択して実行される第２電力制御モードは、模擬負荷群３０の放出電力の減少や増加を所定時間停止させたり、模擬負荷群３０の負荷を所定時間一定に維持したりする電力制御モードである。すなわち、第２電力制御モード部１１２は、模擬負荷消費電力調整器３１を制御して、模擬負荷群３０の放出電力が減少しない状態または一定の状態になるように維持する。

【0039】

第３電力制御モード部１１３により実行される第３電力制御モードは、模擬負荷群３０の放出電力を増加させる電力制御モードである。すなわち、第３電力制御モード部１１３は、模擬負荷消費電力調整器３１を制御して、模擬負荷群３０の放出電力を増加させる。商用電力系統４０の停電時においては、電力負荷５０における負荷電力が継続して漸近的に減少する場合がある。そこで、第３電力制御モード部１１３は、模擬負荷消費電力調整器３１を制御して、模擬負荷群３０における放出電力を、電力負荷５０の消費する負荷電力の増加率の絶対値、すなわち減少率よりも大きい増加率で増加させる。換言すると、電力負荷５０の負荷電力の低下に追従して低下した発電電力を、模擬負荷群３０の放出電力の増加率を、電力負荷５０の負荷電力の減少率より大きくすることで調整する。これにより、エンジン発電機２０の発電電力を略一定に維持することができる。

【0040】

以上の第１電力制御モード、第２電力制御モード、および第３電力制御モードを切り替えることによって、エンジン発電機２０による発電電力を略一定に維持する制御を、エンジン発電機２０に対する電力増減制御という。

【0041】

加算部１２は、電力負荷消費電力計測部６２の計測値と、模擬負荷消費電力計測部６３の計測値とを取得して加算し、差分演算部１３に出力する。すなわち、加算部１２は、模擬負荷群３０の消費電力と電力負荷５０の消費電力との合計の消費電力を、差分演算部１３に出力する。

【0042】

差分演算部１３は、模擬負荷群３０と電力負荷５０との合計の消費電力と、エンジン発電機２０の発電電力との差分を演算して、制御出力演算部１５に出力する。換言すると、差分演算部１３は、発電電力に対する消費電力の差分を演算する演算部である。差分演算部１３が発電電力と消費電力との差分を算出することによって、エンジン発電機２０による発電電力を略一定にするために必要な模擬負荷群３０に対する消費電力の制御値を算出できる。

【0043】

制御感度演算部１４は、差分演算部１３によって求められた、発電電力を略一定にするために必要な模擬負荷群３０の消費電力の制御値を、模擬負荷消費電力調整器３１に出力する感度を演算する。すなわち、制御感度演算部１４は、模擬負荷群３０の消費電力の制御値をどの程度の感度で出力するかを演算する。制御感度演算部１４は、演算によって得られた感度の情報を制御出力演算部１５に出力する。

【0044】

制御出力演算部１５は、差分演算部１３によって得られた、発電電力を略一定にするために必要な模擬負荷群３０の消費電力の制御値と、制御感度演算部１４によって得られた感度の情報とを含む制御情報を生成する。制御出力演算部１５は、生成した制御情報を判定制御部１１に出力する。判定制御部１１においては、制御出力演算部１５において得られた模擬負荷消費電力調整器３１に出力する制御情報を適切な制御信号に変換して、模擬負荷消費電力調整器３１に出力する。

【0045】

次に、以上のように構成された制御装置１０によって実行される制御方法としての模擬負荷群３０による消費電力（以下、放出電力という）の制御方法について説明する。まず、本実施形態による模擬負荷群３０に対する消費電力の制御方法についての理解を容易にするために、本発明者による鋭意検討について説明する。図３は、本実施形態による発電システム１のエンジン制御部（図示せず）および制御装置１０によるエンジン発電機２０に対する制御の一例を示すグラフである。

【0046】

まず、図３に示すように、電力負荷５０を有する施設や、商用電力系統４０などにおける停電を検知したときに、エンジン発電機２０が電力負荷５０から解列された状態を想定する。エンジン制御部（図示せず）は、電力負荷５０がエンジン発電機２０から解列した状態で、エンジン発電機２０を無負荷定格速度運転させることにより安定させる。その後、制御装置１０により、模擬負荷によるエンジン発電機２０の昇負荷運転を開始させる。なお、本明細書においては、電力負荷５０がエンジン発電機２０から解列した状態で、エンジン発電機２０が無負荷定格速度運転によって安定している状態から、模擬負荷群３０を用いたエンジン発電機２０に対する昇負荷を「起動」という。これにより、エンジン発電機２０の電力の放出が開始されて出力が増加する。エンジン発電機２０が起動を開始した起動開始時点Ｔ₁から所定の起動時間だけ経過すると、エンジン発電機２０の起動動作が終了する。起動動作の終了時においては、エンジン発電機２０が整定して発電電力が安定して、電力負荷５０を投入可能になる（安定時点Ｔ₂）。エンジン発電機２０の発電電力が安定して安定時点Ｔ₂が経過すると、電力負荷５０の投入が開始される（負荷投入開始時点Ｔ₃）。

【0047】

負荷投入開始時点Ｔ₃においてエンジン発電機２０の発電電力に電力負荷５０が投入されると、制御装置１０によって電力増減制御が実行され、電力負荷５０が消費する負荷電力に応じて放出電力が調整される。本実施形態においては、以下の（Ａ）式に従って負荷電力の増減に対応して放出電力を増減させることにより、エンジン発電機２０による発電電力を略一定に維持することができる。これにより、発電システム１において、放出電力の電力増減制御により、エンジン発電機２０を一定負荷で運転させて、大きな負荷変動によるエンジン発電機２０における内燃機関２１の失速を回避することができる。
放出電力＝発電電力－負荷電力 …（Ａ）

【0048】

ここで、エンジン発電機２０の起動の開始時点においては、模擬負荷のみで昇負荷させ、かつエンジン発電機２０を安定して昇負荷させるために、模擬負荷による消費電力を線形状に増加させることが好ましい。しかしながら、本発明者は、従来の発電システムにおいてエンジン発電機２０を起動させる場合、模擬負荷のみで昇負荷させ、かつエンジン発電機２０を安定して昇負荷させるために、模擬負荷による消費電力を線形状に増加させていくと、力率が急激に低下してしまってエンジン発電機２０にトリップが生じる場合があることを知見した。すなわち、本発明者は、起動開始時点Ｔ₁においてエンジン発電機２０を起動させる場合に、図３に示す時間帯（起動期間δ１）においてエンジン発電機２０がトリップする場合があることを知見した。

【0049】

そこで、本発明者は、電力負荷５０に相当する負荷を用いてあらかじめ所定の負荷（以下、初期負荷）を投入させた状態でエンジン発電機２０を起動させ、模擬負荷群３０の負荷投入率ＭＶ（％）とエンジン発電機２０の力率との関係について実験を行った。なお、本明細書において、負荷投入率（ＭＶ）（％）とは、設定出力に対する模擬負荷の出力の割合（％）で定義されるが、これは負荷設定率ともほぼ同義であるため、以下、負荷設定率（以下、ＭＶともいう）（％）と称する。図４、図５、および図６はそれぞれ、本発明者が発電システム１において行った、１つの模擬負荷が設けられた場合、複数の模擬負荷が設けられた場合、および複数の模擬負荷を個別に制御した場合の実験における、模擬負荷の投入率とエンジン発電機の力率との関係を示すグラフである。

【0050】

まず、本発明者は、模擬負荷群３０のうちの１台の模擬負荷３０１を用いて実験を行った。ここで、初期負荷をエンジン発電機２０の設定出力に対してそれぞれ、２０％、１５％、１０％、および５％にした。その結果を図４に示す。なお、模擬負荷３０１の最大の負荷は１５０ｋＷとした。なお、設定出力は規定出力とも称される。ここで、設定出力とは、停電時において発電設備を自立運転させる際に、電力負荷の変動に対してエンジン発電機２０の運転を安定させるために必要な模擬負荷群３０の総容量である。また、模擬負荷群３０は、停電時に施設が自立運転する際に消費する電力負荷５０とは異なり、施設にとって必ずしも必要としない負荷である。加えて、例えば負荷抵抗器を用いる場合、図３に示す放出電力は電力を熱に変換し、大気へ放出することにより、エネルギー的には非効率となる。これにより、模擬負荷群３０の総容量は、第１に停電時に施設が自立運転する際に消費する電力負荷５０の総容量を確保し、第２に各電力負荷の始動方式に伴う過渡的な電力変動が発生しても安定して発電設備の運転を維持可能な最小容量によって決定する必要がある。さらに、電力負荷５０の総容量は、発電設備において確実に給電できる容量であることから、定格出力以下となり、施設によっては、商用電力系統４０と接続されている場合に設備の電力負荷５０への給電に加えて、売電することもある。そのため、設定出力は、発電設備の定格出力とは必ずしも一致せず、設定出力が定格出力未満（設定出力＜定格出力）になる場合もある。

【0051】

図４から、初期負荷を２０％にした場合、模擬負荷３０１のＭＶを０％から増加させるのに伴って力率が１から低下し、ＭＶ（％）が約４０％～５０％で力率が最小の０．９３程度にまで低下することがわかる。また、模擬負荷３０１のＭＶを４０％から増加させるのに伴って力率は０．９３から１まで増加することが分かる。同様に、初期負荷を１５％にした場合、模擬負荷３０１のＭＶを０％から１００％まで増加させる間に、力率は、ＭＶ（％）が約４０％程度で最小の０．９程度にまで低下した後に１まで増加することが分かる。初期負荷を１０％にした場合には、模擬負荷３０１のＭＶ（％）を０％から１００％まで増加させる間に、力率は、ＭＶ（％）が約４０％程度で最小の０．８５程度にまで低下した後に１まで増加することが分かる。ここで、本発明者がさらに検討を行ったところ、模擬負荷３０１のＭＶ（％）が約４０％～５０％の場合に力率が最小となるのは、高調波の発生に起因することを知見するに至った。

【0052】

さらに、初期負荷を５％にした場合には、模擬負荷３０１のＭＶを０％から増加させると、増加の途中でエンジン発電機２０の重故障発報条件cosθ_min以下になって、エンジン発電機２０がトリップすることが判明した。具体的に、エンジン発電機２０の設定出力が６００ｋＷである場合には、初期負荷を３０ｋＷ以下にすると、模擬負荷３０１のＭＶ（％）を増加させて負荷を１００％にするまで上昇（以下、昇負荷）させることが困難になることが判明した。換言すると、初期負荷は本来０％とすべきであるが、初期負荷を５％とした場合でも模擬負荷３０１のＭＶ、すなわち消費電力の設定を増加させるのに伴って力率が急激に低下し、エンジン発電機２０の重故障条件に到達してしまう。そのため、初期負荷を０％としてエンジン発電機２０の昇負荷を実行させることは、極めて困難であることが判明した。

【0053】

本発明者は、模擬負荷を複数、例えば複数の模擬負荷３０１，３０２を設け、模擬負荷３０１，３０２を併せて昇負荷させてエンジン発電機２０を起動させる実験を行った。なお、模擬負荷３０１，３０２の最大の負荷は２台分で（２×１５０＝）３００ｋＷとした。その結果を図５に示す。図５から、この場合においても、エンジン発電機２０の昇負荷における傾向は、図４と同様であることが分かる。また、初期負荷を１０％とした場合に、模擬負荷３０１のＭＶ（％）を０％から増加させると、増加の途中で重故障発報条件cosθ_min以下になって、エンジン発電機２０がトリップすることが判明した。具体的に、エンジン発電機２０の設定出力が６００ｋＷである場合には、初期負荷を６０ｋＷ以下にすると、エンジン発電機２０を昇負荷させることが困難になることが判明した。

【0054】

さらに、本発明者は、模擬負荷を複数、例えば複数の模擬負荷３０１～３０４を設け、模擬負荷３０１～３０４を１台ずつ順に、ＭＶ（％）を０％から１００％に増加させて、エンジン発電機２０を昇負荷させる実験を行った。なお、模擬負荷３０１～３０４は１台当たりの負荷は、１５０ｋＷとした。その結果を図６に示す。図６から、この場合においても、エンジン発電機２０の昇負荷における傾向は、図４と同様であることが分かる。すなわち、複数の模擬負荷３０１～３０４のＭＶ（％）を１台ずつ増加させていくと、１台目の模擬負荷３０１の段階で、図４と同等の条件になるため、模擬負荷３０１のＭＶ（％）を０％から増加させると、増加の途中で重故障発報条件cosθ_min以下になって、エンジン発電機２０がトリップしてしまう。

【0055】

本発明者は、以上の実験に基づいて、さらに鋭意検討を行い、エンジン発電機２０をトリップさせることなく、起動時の昇負荷を実現する制御方法を案出した。すなわち、本発明者は、エンジン発電機２０に対して互いに独立して負荷を投入可能な複数の模擬負荷を設け、複数の模擬負荷をエンジン発電機２０に投入する際に、一部の模擬負荷として１台目の模擬負荷の負荷容量をあらかじめ設定された負荷容量まで無段階で瞬時に上昇させ、残部の模擬負荷である２台目以降の模擬負荷に関しては、１台ずつ順次、設定された負荷容量まで増加させるように制御する制御方法を案出した。ここで、１台目の模擬負荷を無段階で上昇させる負荷容量は、エンジン発電機２０が負荷投入に伴う周波数低下や不足電圧によるトリップを生じない負荷容量以下に選択される。本実施形態においては、例えば模擬負荷として負荷抵抗器でそれぞれ構成し、全体負荷容量が約４００ｋＷとする場合、エンジン発電機２０の場合では定格出力（５８５ｋＷ）の２５％（約１４５ｋＷ）がトリップを生じない負荷容量の上限になる。そのため、４台の模擬負荷で全体負荷容量を均等に分担させる、すなわち、それぞれの負荷容量は約１００ｋＷとなる。以下に説明する本発明は、本発明者による以上の鋭意検討により案出されたものである。

【0056】

次に、本発明の第１の実施形態における制御装置１０による制御方法について説明する。図７は、第１の実施形態における制御装置による制御方法を説明するためのフローチャートである。図８は、第１の実施形態における制御装置１０による図７に対応する制御の一例を示すグラフである。図８に示すＳＴは、図７に示すステップに相当する。図７に示すフローチャートは、商用電力系統４０が停電状態になってエンジン発電機２０が電力負荷５０から解列された後、エンジン発電機２０の起動で開始される。

【0057】

図７および図８に示すように、ステップＳＴ１において制御装置１０は、エンジン発電機２０の起動時に、複数台の模擬負荷３０１～３０４のうちの１台の模擬負荷３０１の負荷を投入する調整信号を、模擬負荷消費電力調整器３１に対して出力する。なお、「エンジン発電機２０の起動時」とは、エンジン発電機２０の仕様や性能（スペック）などによって変動はあるものの、所定のエンジン制御部（図示せず）によるエンジン発電機２０に対する昇負荷の指示がされた時点に対する前後の短時間の時間間隔、第１の実施形態によるエンジン発電機２０においては、例えば±１秒程度の時間間隔を意味する。すなわち、制御装置１０は、模擬負荷消費電力調整器３１の模擬負荷調整器３１１に調整信号を出力して、模擬負荷３０１をエンジン発電機２０に投入する。ここで、本実施形態においては、第１の投入制御として、模擬負荷３０１の負荷が０％から１００％にステップ状に増加するようにエンジン発電機２０に投入する。すなわち、エンジン発電機２０に投入する模擬負荷３０１の負荷容量を、０％から１００％まで瞬間的に増加させる第１の投入制御を行う。ここで、図７に示す例では模擬負荷３０１の１００％の負荷容量を、エンジン発電機２０の設定出力に対してＸ％の負荷容量に設定することで、エンジン発電機２０の起動時に直前に、エンジン発電機２０に対して設定出力のＸ％の負荷がステップ状に投入される。なお、Ｘ％は、エンジン発電機２０のトリップが生じない負荷容量以下であれば種々の値を採用できる。第１の実施形態においては、４台の模擬負荷３０１～３０４の負荷容量を互いに等しくしつつ、合計の負荷容量をエンジン発電機２０の設定出力と略等しくしている。これにより、模擬負荷３０１～３０４のそれぞれの負荷容量は、エンジン発電機２０の設定出力の２５％になる。なお、模擬負荷３０１～３０４の負荷容量をそれぞれ異なる負荷容量とすることも可能である。

【0058】

その後、ステップＳＴ２に移行して、制御装置１０は、１台目の模擬負荷３０１の投入に伴うエンジン発電機２０の出力の変動が安定したか否かを判定する。エンジン発電機２０に対して模擬負荷３０１の負荷容量の０％から１００％までを瞬間的に投入すると、エンジン発電機２０が整定、つまり発電出力が安定するまで一定の期間を要する場合がある。制御装置１０は、エンジン発電機２０の発電電力の出力が整定するまでの間（ステップＳＴ２：Ｎｏ）、ステップＳＴ２においてエンジン発電機２０の出力が安定するまで待機する。制御装置１０が、エンジン発電機２０の出力が安定状態であると判定した場合（ステップＳＴ２：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ３に移行する。

【0059】

ステップＳＴ３において制御装置１０は、複数台の模擬負荷３０１～３０４から２台目以降、ここでは２台目の模擬負荷３０２を、エンジン発電機２０に対して、負荷容量の０％から１００％まで線形状または階段状に投入させる。すなわち、制御装置１０は、調整信号を模擬負荷調整器３１２に出力して模擬負荷３０２の負荷を制御することにより、エンジン発電機２０に対して模擬負荷３０２の負荷を０％から増加させつつ１００％まで投入する。これにより、エンジン発電機２０に対して投入される負荷容量は、エンジン発電機２０の設定出力のＸ％からＹ％まで増加する。図８に示す例では、模擬負荷３０２の負荷を線形的に増加させてエンジン発電機２０の設定出力のＸ％からＹ％まで投入している。なお、第１の実施形態においてＹ％は、例えば５０％である。

【0060】

ここで、模擬負荷３０２の負荷を増加させてＭＶをエンジン発電機２０の設定出力のＸ％からＹ％まで投入する場合の昇負荷レートα（％／ｍｉｎ）として、０％／ｍｉｎより大きく６０％／ｍｉｎ以下とする。ここで、第１の実施形態においては、昇負荷レートαを例えば６０（％／ｍｉｎ）とする。なお、昇負荷レートを６０（％／ｍｉｎ）以下とする理由の詳細については後述する。

【0061】

ここで、本明細書における昇負荷レートα（％／ｍｉｎ）の定義について説明する。まず、昇負荷レートαにおける「％」は、負荷設定率であるＭＶ（％）の「％」を意味する。また、昇負荷レートαの対象となる時間は、図８に示す第１の投入制御および維持制御が完了した時点Ｔ_ST2、すなわちステップＳＴ２の完了時点であるＭＶがＸ％の時点から、ＭＶが１００％となる所定の負荷になるまでの時間以下の時間であって、発電設備の出力規模や接続される模擬負荷の台数なども影響するが、少なくとも１０秒以上の時間を必要とするものである。すなわち、ＭＶが、Ｘ％になって安定した時点から１００％になるまでの時間や、Ｘ％になって安定した時点からＹ％になるまでの時間、Ｙ％からＺ％になるまでの時間、Ｙ％から１００％になるまでの時間、Ｘ％になって安定した時点からＺ％になるまでの時間であって、１０秒以上の時間である。換言すると、制御装置１０が、エンジン発電機２０の出力が安定状態であると判定した時点から、ＭＶが１００％になるまでの時間内における任意の時間であって１０秒以上の時間を、昇負荷レートαの対象時間とする。なお、昇負荷レートαはステップ状、すなわち負荷をＭＶまで瞬時に投入するような無段階投入ではなく、目標とするＭＶ（％）になるまで所定の時間を要する投入方法である。ステップＳＴ３においては、昇負荷レートαを例えば６０（％／ｍｉｎ）とし、模擬負荷３０２の負荷を０％から１００％まで線形的に増加させる。第１の実施形態において具体的に例えば、Ｘ％が２５％でありＹ％が５０％である場合、Ｘ％からＹ％まで増加させる時間ｔは、（５０－２５）／６０（ｍｉｎ）以下とすることが好ましい。

【0062】

次に、ステップＳＴ４に移行して制御装置１０は、複数台の模擬負荷３０１～３０４から２台目以降、ここでは３台目の模擬負荷３０３を、エンジン発電機２０に対して、負荷容量の０％から１００％まで線形状または階段状に投入させる。すなわち、制御装置１０は、調整信号を模擬負荷調整器３１３に出力して模擬負荷３０３の負荷を制御することにより、エンジン発電機２０に対して模擬負荷３０３の負荷を０％から増加させつつ１００％まで投入する。これにより、エンジン発電機２０に対して投入される負荷容量は、エンジン発電機２０の設定出力のＹ％からＺ％まで増加する。この場合においても、昇負荷レートαは０％／ｍｉｎより大きく６０％／ｍｉｎ以下（０＜α≦６０）を満たす形とする。図８に示す例では、模擬負荷３０３の負荷を線形的に増加させてエンジン発電機２０の設定出力のＹ％からＺ％まで投入している。なお、第１の実施形態においてＺ％は、例えば７５％である。

【0063】

次に、図７に示すステップＳＴ５に移行して制御装置１０は、複数台の模擬負荷３０１～３０４から２台目以降、ここでは４台目の模擬負荷３０４を、エンジン発電機２０に対して、負荷容量の０％から１００％まで線形状または階段状に投入させる。すなわち、制御装置１０は、調整信号を模擬負荷調整器３１４に出力して模擬負荷３０４の負荷を制御することにより、昇負荷レートα（％／ｍｉｎ）を０＜α≦６０としつつ、エンジン発電機２０に対して模擬負荷３０４の負荷を０％から増加させて１００％まで投入する。これにより、エンジン発電機２０に対して投入される負荷容量は、エンジン発電機２０の設定出力のＺ％から１００％まで増加する。図８に示す例では、模擬負荷３０４の負荷を線形的に増加させてエンジン発電機２０の設定出力のＺ％から１００％まで投入している。

【0064】

なお、上述したＸ％、Ｙ％、およびＺ％はそれぞれ任意に設定することが可能である。すなわち、模擬負荷３０１～３０４に対して任意の制御範囲を割り当てて、それぞれの模擬負荷３０１～３０４に対して個別に制御して、昇負荷レートαは０％／ｍｉｎより大きく６０％／ｍｉｎ以下（０＜α≦６０）としつつ、それぞれの模擬負荷３０１～３０４におけるＭＶを０％から１００％まで増加させる。その結果、模擬負荷群３０におけるＭＶを１００％にした場合に、エンジン発電機２０の設定出力、例えば定格出力の７０％程度まで負荷が投入される。

【0065】

その後、ステップＳＴ６に移行して制御装置１０は、例えば施設などに設けられた電力負荷５０をエンジン発電機２０に投入できる条件（電力負荷投入条件）が成立したか否か、すなわち、エンジン発電機２０による発電電力の出力が安定したか否か判定する。制御装置１０は、エンジン発電機２０からの発電電力の出力が安定するまで電力負荷５０の投入は待機される（ステップＳＴ６：Ｎｏ）。一方、制御装置１０が、エンジン発電機２０の電力負荷投入条件が成立したと判定した場合（ステップＳＴ６：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ７に移行する。

【0066】

ステップＳＴ７において制御装置１０は、電力負荷５０をエンジン発電機２０に投入するとともに、第１～第３電力制御モードを選択して制御する電力増減制御を開始する。ステップＳＴ７における電力増減制御において制御装置１０は、模擬負荷調整器３１１～３１４に対して調整信号を出力して、電力負荷５０の負荷電力の増減に応じて、模擬負荷３０１～３０４の負荷を調整する。これによって、上述した（Ａ）式に示すように、エンジン発電機２０の発電電力を略一定に制御する。以上により、第１の実施形態による制御装置１０によるエンジン発電機２０に投入する負荷の制御処理、すなわち模擬負荷群３０および模擬負荷消費電力調整器３１に対する制御処理が終了する。

【0067】

上述した実施形態による制御処理は、図３に示す起動期間δ１に対して適用する場合を例に説明したが、電力負荷５０が投入された後の稼働期間δ２においても、同様の制御を実行することができる。すなわち、制御装置１０による電力増減制御において、模擬負荷群３０における模擬負荷３０１～３０４を同時に制御する方法以外にも、これらの模擬負荷３０１～３０４を個別に制御して、必要とされる放出電力を消費する模擬負荷３０１～３０４を順次投入することにより、エンジン発電機２０における力率の低下を抑制できるので、放出電力の制御をより安定して実行することが可能になる。

【0068】

以上説明した第１の実施形態による制御方法によって、互いに負荷容量が等しい４台のヒータをそれぞれ模擬負荷３０１～３０４として用い、エンジン発電機２０を起動させた場合のグラフを図９に示す。なお、昇負荷レートαを４５（％／ｍｉｎ）とする。図９において、横軸は、１台目の無段階での昇負荷後の維持期間経過後、２台目以降の模擬負荷の昇負荷が開始してからの経過時間（ｓ）を示し、左縦軸に対しては、エンジン発電機２０の出力した電力を点線、４台のヒータの出力した電力の合計を実線、上述した第１の実施形態による制御方法によって４台のヒータを制御した場合の全体のＭＶ（ここでは、ヒータ電流制御によるＭＶ（％））を一点鎖線として示す。右縦軸に対しては、エンジン発電機２０の力率を２点鎖線で示す。なお、２本の太破線は、重故障発報条件の一例を示し、上の太破線は力率が０．７９（２０秒で発報）、下の破線は力率が０．７（５秒で発報）である。

【0069】

図９から、１台目のヒータ（模擬負荷３０１）の負荷を瞬間的に０～１００％まで増加させて、エンジン発電機２０の設定出力の２５％まで瞬間的に投入していることにより、１台目のヒータ（模擬負荷３０１）の模擬負荷調整器３１１がパススルー状態になって、力率の低下を解消できていることが分かる。すなわち、図９から、２台目のヒータ（模擬負荷３０２）の負荷を線形状に増加させた場合であっても、エンジン発電機２０の力率は０，９５程度までの低下にとどまっていることが分かる。なお、３台目、４台目のヒータ（模擬負荷３０３，３０４）の負荷を線形状に増加させた場合であっても、ヒータをそれぞれ個別に制御することによって、重故障発報条件に対して十分な力率の裕度を確保できることが分かる。

【0070】

本発明者の知見によれば、エンジン発電機２０の力率は、投入された負荷が消費する「有効電力」と「無効電力」との割合から導出される。また、１台目の模擬負荷３０１をステップ状にＸ％まで、上述した第１の実施形態においては２５％まで瞬間的に増加させて投入すると、模擬負荷調整器３１１における０％および１００％においては、力率の低下が生じない（図４～図６参照）。そのため、１台目の模擬負荷調整器３１１による模擬負荷３０１を投入する負荷容量の設定を１００％とすることによって、エンジン発電機２０の力率の低下を招くことなく、さらなる模擬負荷３０２～３０４を投入することができる。２台目以降の模擬負荷３０２～３０４を、階段状、または線形状に投入させた場合であっても、すでに模擬負荷３０１によって力率の低下が生じない負荷が投入されていることから、無効電力が増加したとしても、極端な力率の低下が生じないと考えられる。さらに、順次投入される模擬負荷３０２～３０４の台数が増加するのに従って、模擬負荷３０１～３０４の全体に対する力率が１となる負荷の割合が増加するため、力率が低下する影響に関しては、投入された模擬負荷の台数に伴って緩和される。そのため、図９に示すように、模擬負荷３０２～３０４に相当する２台目～４台目のヒータをエンジン発電機２０の負荷として投入した場合に、力率の低下量がヒータの台数の増加に伴って減少していると考えられる。

【0071】

また、第１の実施形態による制御方法によって、内燃機関２１としてガスエンジンを用いるとともに、４台のヒータをそれぞれ模擬負荷３０１～３０４として用いた実験条件として、昇負荷レートαを種々の値に変更させて実験を行った。なお、この実験においては、内燃機関２１としてのガスエンジンの定格出力を例えば５８５ｋＷとし、設定出力を定格出力の７０％程度の４１０ｋＷとしている。図１０は、このような実験条件下において、エンジン発電機２０を起動させた場合のグラフを示す。なお、図１０において、左縦軸に対しては、エンジン発電機２０の出力した電力を、昇負荷レートαごとにそれぞれ、実線（９４％／ｍｉｎ）、点線（６０％／ｍｉｎ）、破線（４５％／ｍｉｎ）、二点鎖線（２４％／ｍｉｎ）、および一点鎖線（１２％／ｍｉｎ）として示す。左縦軸に対しては上側のグラフが対応する。一方、右縦軸に対しては、第１の実施形態による制御方法によって４台のヒータを制御した場合の全体のＭＶ（ここではヒータ電流制御によるＭＶ（％））を、昇負荷レートαごとにそれぞれ、実線（９４％／ｍｉｎ）、点線（６０％／ｍｉｎ）、破線（４５％／ｍｉｎ）、二点鎖線（２４％／ｍｉｎ）、および一点鎖線（１２％／ｍｉｎ）として示す。それぞれのグラフは、ＭＶ（％）の上昇とともに弧を描きながら昇負荷されている。昇負荷レートαが異なるため、任意の発電出力に到達する時間には差があり、これに伴って弧の形状は異なるものの、昇負荷レートα以外の要因、例えば、発電電圧や力率の低下に伴い、任意のＭＶ（％）における発電出力が他の条件よりも低くなっている、または、ノッキングなどの機械的不具合が発生し、発電出力のグラフが瞬間的または周期的に変動するなどのグラフ形状の違いは確認できない。

【0072】

本発明者は、図１０に示す５つの条件によってエンジン発電機２０を起動させて、故障の発生の有無の検証を行った。その結果を図１１に示す。ここで、これらの５つの条件によってエンジン発電機２０を起動させ、故障の発生有無や発電電力（電圧、周波数、力率）、燃焼室温度、および冷却水温度のトレンドの安定性評価を行い、エンジン発電機２０に与える負荷の影響度の評価を◎（故障無し）、〇（軽故障）、△（重故障）で表した。また、図１２は、図１１に示す評価のそれぞれの評価項目の判定基準を示す。

【0073】

図１１から、昇負荷レートαを１２％／ｍｉｎ，２４％／ｍｉｎ、４５％／ｍｉｎとした場合に、エンジン発電機２０において軽故障が発生することもなく、昇負荷を安定して実行できることが分かる。昇負荷レートを６０％／ｍｉｎとした場合、過渡的な軽故障、すなわち負荷の変動による一時的な冷却水温度の上昇などの発生が確認されたが、負荷の変動が完了した後は自動で正常状態に復帰したことが確認され、エンジン発電機２０の起動に問題がないことが確認された。昇負荷レートαを９４％／ｍｉｎとした場合、エンジン発電機２０においては、燃焼室温度上昇や冷却水温度上昇に関する軽故障の発生のみならず、負荷変動完了後も冷却水温度がハンチングを続け、軽故障の発報と自動復帰を繰り返す現象が確認された。また、昇負荷レートが大きいことから電圧や周波数が整定値を維持できなくなり、一時的に増減する現象が確認された。その他、力率自体は維持できるものの、過給機からのサージング音が発生するなどの機械的な負荷も極めて大きいことが確認され、重故障の発生の可能性も懸念されることから、発電設備の状況を勘案すると昇負荷レートとしては、あまり好ましくないことが確認された。

【0074】

さらに、本発明者は、ＭＶ（％）を、エンジン発電機２０の設定出力のＸ％からＹ％まで、Ｙ％からＺ％まで、またはＺ％から１００％まで増加させる際に、昇負荷レートを６０（％／ｍｉｎ）より大きくして負荷をステップ状に増加させる方法についても検討を行った。

【0075】

本発明者は、動力機関として例えば蒸気タービンを用いた場合について検討を行ったところ、昇負荷をステップ状に行った場合に、蒸気タービンに急激な負荷変動を与えてしまう点に着目した。この場合、蒸気タービンに与える急激な負荷変動に起因して、トルクやエンタルピの変化も大きくなり、熱応力による材料の劣化、タービン軸の振動、および車室から車軸間の伸び差による接触などの不具合を生じる可能性が高くなる。そのため、負荷の増加をステップ状に行うことは好ましくないことが判明した。これに対し、第１の実施形態のように、昇負荷を線形状または階段状に行うと、無段階ではない一定期間での負荷の増加、または無段階ではない一定期間での負荷の増加後に発電設備を安定させるための整定期間が設けられることになるため、ステップ状に負荷を増加させる場合に生じる問題点を抑制することが可能になる。

【0076】

本発明者は、以上のようにして得た知見から、昇負荷レートα（％／ｍｉｎ）としては０％／ｍｉｎより大きく６０％／ｍｉｎ以下（０＜α≦６０）とすることが好ましいことを想到した。さらに、本発明者が蒸気タービンやその他の動力機関に対して同様に検討を行ったところ、昇負荷レートαとしては、０％／ｍｉｎより大きく６０％／ｍｉｎ以下（０＜α≦６０）が好ましく、４５％／ｍｉｎ以上６０％／ｍｉｎ以下（４５≦α≦６０）がより好ましいことが確認された。

【0077】

以上説明した、本発明の第１の実施形態によれば、互いに独立に制御可能な複数台の模擬負荷３０１～３０４を、エンジン発電機２０に負荷を投入可能な状態で接続させ、エンジン発電機２０の起動時において、少なくとも１台の模擬負荷３０１を制御する模擬負荷調整器３１１に対して、少なくともエンジン発電機２０がトリップしない負荷容量を、０％から１００％までステップ状に瞬時に投入していることにより、残りの模擬負荷３０２～３０４をそれぞれ、順次０％から１００％まで増加させるように投入した場合においても、エンジン発電機２０を、トリップを回避しつつ安定して起動させることが可能になる。

【0078】

（第２の実施形態による制御方法）
次に、本発明の第２の実施形態における制御装置１０による制御方法について説明する。第２の実施形態による制御方法を示すフローチャートは、図７に示す第１の実施形態と同様である。第２の実施形態による制御方法としては、それぞれの模擬負荷３０１～３０４が互いに異なる昇負荷レート（線形）で昇負荷される場合について説明する。

【0079】

図１３は、第２の実施形態における制御装置１０による図７に対応する制御の一例を示すグラフである。図１３に示すＳＴは、図７に示すステップに相当する。図７に示すフローチャートは、第１の実施形態と同様に、商用電力系統４０が停電状態になってエンジン発電機２０が電力負荷５０から解列された後、エンジン発電機２０の起動で開始される。

【0080】

第２の実施形態においては、図７および図１３に示すように、第１の実施形態と同様にしてステップＳＴ１，ＳＴ２を実行する。制御装置１０が、エンジン発電機２０の出力が安定状態であると判定した場合（ステップＳＴ２：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ３に移行する。ステップＳＴ３において制御装置１０は、第２の投入制御として、複数台の模擬負荷３０１～３０４から２台目以降、ここでは２台目の模擬負荷３０２を、エンジン発電機２０に対して、時点Ｔ_ST2から時点Ｔ_ST3までの間で負荷容量の０％から１００％まで線形状または階段状に投入させる。すなわち、制御装置１０は、調整信号を模擬負荷調整器３１２に出力して模擬負荷３０２の負荷を制御することにより、エンジン発電機２０に対して模擬負荷３０２の負荷を、昇負荷レートを６０（％／ｍｉｎ）以下としつつＹ％まで増加させる。なお、図１３において、太点線は、昇負荷レートが６０（％／ｍｉｎ）を示す。これにより、エンジン発電機２０に対して投入される負荷容量は、エンジン発電機２０の設定出力のＸ％からＹ％まで増加する。図１３に示す例では、傾きを６０（％／ｍｉｎ）以下の例えば４５（％／ｍｉｎ）としつつ、模擬負荷３０２の負荷を線形的に増加させてエンジン発電機２０の設定出力のＸ％からＹ％まで投入している。なお、第２の実施形態においてＹ％は、例えば５０％である。

【0081】

次に、ステップＳＴ４に移行して制御装置１０は、複数台の模擬負荷３０１～３０４から２台目以降、ここでは３台目の模擬負荷３０３を、エンジン発電機２０に対して、時点Ｔ_ST3から時点Ｔ_ST4までの間で負荷容量の０％から１００％まで線形状または階段状に投入させる。すなわち、制御装置１０は、調整信号を模擬負荷調整器３１３に出力して模擬負荷３０３の負荷を制御することにより、昇負荷レートを６０（％／ｍｉｎ）以下としつつ、エンジン発電機２０に対して模擬負荷３０３の負荷を、エンジン発電機２０の設定出力のＹ％からＺ％まで増加させる。図１３に示す例では、傾きを６０（％／ｍｉｎ）以下の例えば６０（％／ｍｉｎ）としつつ、模擬負荷３０３の負荷を線形的に増加させてエンジン発電機２０の設定出力のＹ％からＺ％まで投入している。なお、第２の実施形態においてＺ％は、例えば７５％である。

【0082】

次に、ステップＳＴ５に移行して制御装置１０は、複数台の模擬負荷３０１～３０４から２台目以降、ここでは４台目の模擬負荷３０４を、エンジン発電機２０に対して、時点Ｔ_ST4から時点Ｔ_2A（Ｔ_ST5）までの間で負荷容量の０％から１００％まで線形状または階段状に投入させる。すなわち、制御装置１０は、調整信号を模擬負荷調整器３１４に出力して模擬負荷３０４の負荷を制御することにより、昇負荷レートを（６０％／ｍｉｎ）以下としつつ、エンジン発電機２０に対して模擬負荷３０４の負荷を、エンジン発電機２０の設定出力のＺ％から１００％まで増加させる。図１３に示す例では、模擬負荷３０４の負荷を、昇負荷レートを６０（％／ｍｉｎ）以下の４５（％／ｍｉｎ）としつつ、線形的に増加させてエンジン発電機２０の設定出力のＺ％から１００％まで投入している。

【0083】

上述したＸ％、Ｙ％、およびＺ％はそれぞれ任意に設定することが可能である。すなわち、模擬負荷３０１～３０４に対して任意の制御範囲を割り当てて、それぞれの模擬負荷３０１～３０４に対して個別に制御して、それぞれの模擬負荷３０１～３０４における負荷設定率であるＭＶを０％から１００％まで増加させる。その結果、模擬負荷群３０におけるＭＶを１００％にした場合に、エンジン発電機２０の設定出力まで負荷が投入される。

【0084】

上述したステップＳＴ３，ＳＴ４，ＳＴ５における、制御装置１０による負荷の増加においては、図１３中太線で示すように、それぞれの模擬負荷３０１～３０４における昇負荷レートをそれぞれ独立して設定されている。この場合、負荷の増加における発電出力の傾向は、図１３に示すように折れ線状になる。ここで、昇負荷レートはそれぞれ以下の（１－１）式、（１－２）式、および（１－３）式に示すように導出される。
ステップＳＴ３の昇負荷レート＝（Ｙ－Ｘ）／（Ｔ_ST3－Ｔ_ST2）…（１－１）
ステップＳＴ４の昇負荷レート＝（Ｚ－Ｙ）／（Ｔ_ST4－Ｔ_ST3）…（１－２）
ステップＳＴ５の昇負荷レート＝（１００－Ｚ）／（Ｔ_ST5－Ｔ_ST4）…（１－３）
第２の実施形態においては、（１－１）式～（１－３）式に示す昇負荷レートは、上限値の６０％／ｍｉｎ以下（図１３において（１００－Ｘ）／（Ｔ₂－Ｔ_ST2）以下）である必要がある。

【0085】

その後、第１の実施形態と同様にして、ステップＳＴ６，ＳＴ７を実行する。以上により、第２の実施形態による制御装置１０によるエンジン発電機２０に投入する負荷の制御処理、すなわち模擬負荷群３０および模擬負荷消費電力調整器３１に対する制御処理が終了する。

【0086】

第２の実施形態によれば、エンジン発電機２０の起動において、昇負荷レートを６０（％／ｍｉｎ）以下として負荷投入していることにより、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0087】

（第３の実施形態による制御方法）
次に、本発明の第３の実施形態における制御装置１０による制御方法について説明する。第３の実施形態による制御方法を示すフローチャートは、図７に示す第１の実施形態と同様である。第３の実施形態による制御方法としては、それぞれの模擬負荷３０１～３０４が互いに異なる昇負荷レートで階段状、すなわち所定時間の負荷維持制御を間に挟みつつ昇負荷する場合について説明する。

【0088】

図１４は、第３の実施形態における制御装置１０による図７に対応する制御の一例を示すグラフである。図１４に示すＳＴは、図７に示すステップに相当する。図７に示すフローチャートは、第１の実施形態と同様に、商用電力系統４０が停電状態になってエンジン発電機２０が電力負荷５０から解列された後、エンジン発電機２０の起動で開始される。

【0089】

第３の実施形態においては、図７および図１４に示すように、第１の実施形態と同様にしてステップＳＴ１，ＳＴ２を実行する。制御装置１０が、エンジン発電機２０の出力が安定状態であると判定した場合（ステップＳＴ２：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ３に移行する。ステップＳＴ３において制御装置１０は、第２の投入制御として、複数台の模擬負荷３０１～３０４から２台目以降、ここでは２台目の模擬負荷３０２を、エンジン発電機２０に対して、時点Ｔ_ST2から時点Ｔ_ST3eまでの間で負荷容量の０％から１００％まで線形状に投入させる。すなわち、制御装置１０は、調整信号を模擬負荷調整器３１２に出力して模擬負荷３０２の負荷を制御することにより、エンジン発電機２０に対して模擬負荷３０２の負荷を、昇負荷レートを６０（％／ｍｉｎ）以下としつつＹ％まで増加させる。なお、図１４において、太点線は、昇負荷レートが６０（％／ｍｉｎ）を示す。これにより、エンジン発電機２０に対して投入される負荷容量は、エンジン発電機２０の設定出力のＸ％からＹ％まで増加する。図１４に示す例では、傾きを６０（％／ｍｉｎ）以下の４５（％／ｍｉｎ）としつつ、模擬負荷３０２の負荷を線形的に増加させてエンジン発電機２０の設定出力のＸ％からＹ％まで投入している。なお、第３の実施形態においてＹ％は、５０％である。

【0090】

次に、ステップＳＴ４に移行して制御装置１０は、複数台の模擬負荷３０１～３０４から２台目以降、ここでは３台目の模擬負荷３０３を、エンジン発電機２０に対して、時点Ｔ_ST3eから時点Ｔ_ST4eまでの間で負荷容量の０％から１００％まで階段状に投入させる。すなわち、制御装置１０は、調整信号を模擬負荷調整器３１３に出力して模擬負荷３０３の負荷を制御することにより、一定の負荷維持制御時間および昇負荷レートを、６０（％／ｍｉｎ）以下を含みつつ、エンジン発電機２０に対して模擬負荷３０３の負荷を、エンジン発電機２０の設定出力のＹ％からＺ％まで増加させる。図１４に示す例では、時点Ｔ_ST3eから時点Ｔ_ST4sまでの間において負荷の増加率を０（％／ｍｉｎ）として投入負荷を一定に維持する制御を行った後、時点Ｔ_ST4sから時点Ｔ_ST4eまで、模擬負荷３０３の負荷の模擬負荷レートを６０（％／ｍｉｎ）にしつつ線形的に増加させて、エンジン発電機２０の設定出力のＹ％からＺ％まで投入する。なお、第３の実施形態においてＺ％は、７５％である。なお、第３の実施形態において、上述したように一定の負荷維持制御の時間を設けている理由は、発電設備（蒸気タービン）によっては、負荷を急激に上げた場合にケーシングと車軸の熱膨張の差が大きくなり、接触や故障の原因となったり、材料の疲労破壊などのリスクが増加したりするため、温度環境に発電設備自体を慣らす意味で必要となる場合があるものである。

【0091】

次に、ステップＳＴ５に移行して制御装置１０は、複数台の模擬負荷３０１～３０４から２台目以降、ここでは４台目の模擬負荷３０４を、エンジン発電機２０に対して、時点Ｔ_ST4eから時点Ｔ_2A（Ｔ_ST5e）までの間で負荷容量の０％から１００％まで階段状に投入させる。すなわち、制御装置１０は、調整信号を模擬負荷調整器３１４に出力して模擬負荷３０４の負荷を制御することにより、一定の負荷維持制御時間および昇負荷レートを、６０（％／ｍｉｎ）以下を含みつつ、エンジン発電機２０に対して模擬負荷３０４の負荷を、エンジン発電機２０の設定出力のＺ％から１００％まで増加させる。図１４に示す例では、時点Ｔ_ST4eから時点Ｔ_ST5sまでの間において負荷の増加率を０％／ｍｉｎとして投入負荷を一定とした後、時点Ｔ_ST5sから時点Ｔ_ST2A（Ｔ_ST5e）まで、模擬負荷３０３の負荷の増加率を６０（％／ｍｉｎ）にしつつ線形的に増加させて、エンジン発電機２０の設定出力のＹ％からＺ％まで投入する。

【0092】

上述したＸ％、Ｙ％、およびＺ％はそれぞれ任意に設定することが可能である。すなわち、模擬負荷３０１～３０４に対して任意の制御範囲を割り当てて、それぞれの模擬負荷３０１～３０４に対して個別に制御して、それぞれの模擬負荷３０１～３０４における負荷設定率であるＭＶを０％から１００％まで増加させる。その結果、模擬負荷群３０におけるＭＶを１００％にした場合に、エンジン発電機２０の設定出力まで負荷が投入される。

【0093】

上述したステップＳＴ３，ＳＴ４，ＳＴ５における、制御装置１０による負荷の増加においては、図１４中太線で示すように、それぞれの模擬負荷３０１～３０４における昇負荷レートをそれぞれ独立して設定されている。この場合、負荷の増加における発電出力の傾向は、図１４に示すように折れ線状になる。ここで、昇負荷レートはそれぞれ以下の（２－１）式、（２－２）式、および（２－３）式に示すように導出される。
ステップＳＴ３の昇負荷レート＝（Ｙ－Ｘ）／（Ｔ_ST3e－Ｔ_ST2）…（２－１）
ステップＳＴ４の昇負荷レート＝（Ｚ－Ｙ）／（Ｔ_ST4e－Ｔ_ST4s）…（２－２）
ステップＳＴ５の昇負荷レート＝（１００－Ｚ）／（Ｔ_ST5e－Ｔ_ST5s）…（２－３）
第３の実施形態においては、（２－１）式～（２－３）式に示す昇負荷レートは、上限値の６０％／ｍｉｎ以下（図１４において（１００－Ｘ）／（Ｔ₂－Ｔ_ST2）以下）である必要がある。

【0094】

その後、第１および第２の実施形態と同様にして、ステップＳＴ６，ＳＴ７を実行する。以上により、第３の実施形態による制御装置１０によるエンジン発電機２０に投入する負荷の制御処理、すなわち模擬負荷群３０および模擬負荷消費電力調整器３１に対する制御処理が終了する。

【0095】

第３の実施形態によれば、エンジン発電機２０の起動において、昇負荷レートを６０％／ｍｉｎ以下として負荷投入していることにより、第１および第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0096】

以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよく、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述および図面により本発明は限定されることはない。

【0097】

（記録媒体）
上述の実施形態において、制御装置１０が実行する処理方法を実行させるプログラムを、コンピュータその他の機械などの装置（以下、コンピュータなど、という）が読み取り可能な記録媒体に記録することができる。コンピュータなどに、この記録媒体のプログラムを読み込ませて実行させることにより、当該コンピュータなどが制御装置１０として機能する。ここで、コンピュータなどが読み取り可能な記録媒体とは、データやプログラムなどの情報を電気的、磁気的、光学的、機械的、または化学的作用によって蓄積し、コンピュータなどから読み取ることができる非一時的な記録媒体をいう。このような記録媒体のうちのコンピュータなどから取り外し可能なものとしては、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、ＤＶＤ、ＢＤ、ＤＡＴ、磁気テープ、フラッシュメモリなどのメモリカードなどがある。また、コンピュータなどに固定された記録媒体としてハードディスク、ＲＯＭなどがある。さらに、ＳＳＤは、コンピュータなどから取り外し可能な記録媒体としても、コンピュータなどに固定された記録媒体としても利用可能である。

【0098】

また、実施形態による制御装置１０に実行させるプログラムは、インターネットなどのネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成してもよい。

【0099】

（その他の実施形態）
上述した実施形態においては、上述した「部」を「回路」などに読み替えることができる。例えば、制御部は、制御回路に読み替えることができる。

【0100】

なお、本明細書におけるフローチャートの説明では、「まず」、「次に」、「その後」、「続いて」などの表現を用いてステップ間の処理の前後関係を明示していたが、本実施の形態を実施するために必要な処理の順序は、それらの表現によって一意的に定められるわけではない。すなわち、本明細書で記載したフローチャートにおける処理の順序は、矛盾のない範囲で変更することができる。

【0101】

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。本開示のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付のクレームおよびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

【産業上の利用可能性】

【0102】

本発明に係る発電システム、制御装置、制御方法、およびプログラムは、調速機を備えたエンジン発電機に適用して好適なものである。

【符号の説明】

【0103】

１ 発電システム
１０ 制御装置
１１ 判定制御部
１２ 加算部
１３ 差分演算部
１４ 制御感度演算部
１５ 制御出力演算部
１６ 記憶部
２０ エンジン発電機
２１ 内燃機関
２２ 発電機
３０ 模擬負荷群
３１ 模擬負荷消費電力調整器
４０ 商用電力系統
５０ 電力負荷
６１ 発電電力計測部
６２ 電力負荷消費電力計測部
６３ 模擬負荷消費電力計測部
１１１ 第１電力制御モード部
１１２ 第２電力制御モード部
１１３ 第３電力制御モード部
３０１，３０２，３０３，３０４ 模擬負荷
３１１，３１２，３１３，３１４ 模擬負荷調整器

【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】