(57)【要約】【課題】エンジンの回転速度の低下を最小限に抑えて、エンジンを過負荷から保護するとともに、エンジンの回転速度の復帰時間を短縮し、かつ、負荷の正常運転のために必要な電力を発電機から供給することができる発電システムの制御装置及び制御方法を提供すること。【解決手段】発電システム１の制御装置４は、発電機３の目標電圧Ｖｒを調整する目標電圧調整部４３を備える。目標電圧調整部４３は、遮断器を介して発電機３に負荷が接続され、ガスエンジン２の回転速度Ｓの検出値Ｓｍが許容変動値よりも低下したときに、この回転速度Ｓの検出値Ｓｍの低下量に応じて発電機３の目標電圧Ｖｒを低下させる電圧低下機能と、発電機３の目標電圧Ｖｒが、負荷の正常運転を行うために許容される出力電圧Ｖに基づいて定められる許容下限電圧よりも低下する場合には、発電機３の目標電圧Ｖｒを、許容下限電圧に維持する電圧維持機能とを有する。【選択図】図２
2018133966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの燃焼によって発電機の発電を行い、前記発電機から遮断器を介して負荷へ電力を供給する発電システムに用いられる制御装置であって、
前記制御装置は、前記発電機の出力電圧が前記発電機の目標電圧になるよう制御する自動電圧調整部と、前記発電機の目標電圧を調整する目標電圧調整部とを備えており、
前記目標電圧調整部は、
前記遮断器を介して前記発電機に負荷が接続され、前記エンジンの回転速度又は前記発電機の周波数のいずれかの検出値が許容変動値よりも低下したときに、前記検出値の低下量に応じて前記発電機の目標電圧を低下させる電圧低下機能と、
前記検出値の低下量に応じて低下する前記発電機の目標電圧が、前記負荷の正常運転を行うために許容される出力電圧に基づいて定められる許容下限電圧よりも低下する場合に、前記発電機の目標電圧を、前記許容下限電圧、又は前記許容下限電圧に基づいて定められる値に維持する電圧低下制限機能と、
前記検出値が前記許容変動値よりも低下した後において前記検出値が再び上昇するときに、前記発電機の目標電圧を定常運転時の定格電圧になるまで上昇させる電圧上昇機能と、を有する、発電システムの制御装置。
【請求項２】
前記電圧上昇機能は、前記検出値の上昇量に応じて前記発電機の目標電圧を上昇させるよう構成されており、
前記電圧上昇機能における、前記検出値の上昇量に対する前記発電機の目標電圧の上昇勾配は、前記電圧低下機能における、前記検出値の低下量に対する前記発電機の目標電圧の低下勾配よりも緩やかである、請求項１に記載の発電システムの制御装置。
【請求項３】
前記電圧上昇機能において、前記検出値の上昇量に応じて前記発電機の目標電圧を上昇させる際に、前記検出値が定常運転時の定格値を超える場合又は前記定格値を超えると予測される場合には、前記発電機の目標電圧を時間の経過に従って徐々に上昇させるよう構成されている、請求項２に記載の発電システムの制御装置。
【請求項４】
前記電圧上昇機能は、前記発電機の目標電圧を時間の経過に従って徐々に上昇させるよう構成されている、請求項１に記載の発電システムの制御装置。
【請求項５】
エンジンの燃焼によって発電機の発電を行い、前記発電機から遮断器を介して負荷へ電力を供給する発電システムの制御方法であって、
前記発電機の出力電圧が前記発電機の目標電圧になるよう制御するに際し、
前記遮断器を介して前記発電機に負荷が接続され、前記エンジンの回転速度又は前記発電機の周波数のいずれかの検出値が許容変動値よりも低下したときに、前記検出値の低下量に応じて前記発電機の目標電圧を低下させる電圧低下動作と、
前記検出値の低下量に応じて低下する前記発電機の目標電圧が、前記負荷の正常運転を行うために許容される出力電圧に基づいて定められる許容下限電圧よりも低下する場合に、前記発電機の目標電圧を、前記許容下限電圧、又は前記許容下限電圧に基づいて定められる値に維持する電圧低下制限動作と、
前記検出値が前記許容変動値よりも低下した後において前記検出値が再び上昇するときに、前記発電機の目標電圧を定常運転時の定格電圧になるまで上昇させる電圧上昇動作と、を含む、発電システムの制御方法。
【請求項６】
前記電圧上昇動作においては、前記検出値の上昇量に応じて前記発電機の目標電圧を上昇させ、
前記電圧上昇動作における、前記検出値の上昇量に対する前記発電機の目標電圧の上昇勾配は、前記電圧低下動作における、前記検出値の低下量に対する前記発電機の目標電圧の低下勾配よりも緩やかである、請求項５に記載の発電システムの制御方法。
【請求項７】
前記電圧上昇動作において、前記検出値の上昇量に応じて前記発電機の目標電圧を上昇させる際に、前記検出値が定常運転時の定格値を超える場合又は前記定格値を超えると予測される場合には、前記発電機の目標電圧を時間の経過に従って徐々に上昇させる、請求項６に記載の発電システムの制御方法。
【請求項８】
前記電圧上昇動作においては、前記発電機の目標電圧を時間の経過に従って徐々に上昇させる、請求項５に記載の発電システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電システムの制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの燃焼によって発電機の発電を行う発電システムは、エンジンの冷却熱やエンジンの排ガスの廃熱を回収可能にしたコージェネレーションシステム等に用いられる。また、発電システムは、商用電源と連系し、商用電源によって動作する種々の負荷に電力を供給したり、商用電源の停電時に重要な負荷に電力を供給したりするよう構成されることもある。
【０００３】
商用電源の停電時に、発電システムの発電機による電力を負荷へ供給する際には、発電機への急激な負荷の投入により、エンジンの回転速度が一時的に低下することがある。この場合、発電機に接続された自動電圧調整器によって、発電機の目標電圧を、エンジンの回転速度の低下量に応じて低下させることにより、エンジンに過大な負担が生じないようにしている。これにより、エンジンの回転速度の低下の抑制、また、エンジンの回転速度の復帰時間の短縮化を図っている。このような自動電圧調整器としては、例えば、特許文献１のディーゼル発電設備の制御方法及び装置に用いられるものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−５９０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、自動電圧調整器を用いた発電機の目標電圧の調整においては、発電機への負荷の投入量が大きいと、発電機の目標電圧及び目標電圧に追従する出力電圧が必要以上に低下し過ぎるおそれがある。この場合、エンジンに過大な負担が生じないようにできる一方で、本来の目的である、発電機から負荷への電力の供給が正常に行われなくなり、負荷の正常運転が不可能になることが懸念される。
【０００６】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、発電機の目標電圧が適切に設定されることにより、エンジンの回転速度の低下を最小限に抑えて、エンジンを過負荷から保護するとともに、エンジンの回転速度の復帰時間を短縮し、かつ、負荷の正常運転のために必要な電力を発電機から供給することができる発電システムの制御装置及び制御方法を提供しようとして得られたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、エンジンの燃焼によって発電機の発電を行い、前記発電機から遮断器を介して負荷へ電力を供給する発電システムに用いられる制御装置であって、
前記制御装置は、前記発電機の出力電圧が前記発電機の目標電圧になるよう制御する自動電圧調整部と、前記発電機の目標電圧を調整する目標電圧調整部とを備えており、
前記目標電圧調整部は、
前記遮断器を介して前記発電機に負荷が接続され、前記エンジンの回転速度又は前記発電機の周波数のいずれかの検出値が許容変動値よりも低下したときに、前記検出値の低下量に応じて前記発電機の目標電圧を低下させる電圧低下機能と、
前記検出値の低下量に応じて低下する前記発電機の目標電圧が、前記負荷の正常運転を行うために許容される出力電圧に基づいて定められる許容下限電圧よりも低下する場合に、前記発電機の目標電圧を、前記許容下限電圧、又は前記許容下限電圧に基づいて定められる値に維持する電圧低下制限機能と、
前記検出値が前記許容変動値よりも低下した後において前記検出値が再び上昇するときに、前記発電機の目標電圧を定常運転時の定格電圧になるまで上昇させる電圧上昇機能と、を有する、発電システムの制御装置にある。
【０００８】
本発明の他の態様は、エンジンの燃焼によって発電機の発電を行い、前記発電機から遮断器を介して負荷へ電力を供給する発電システムの制御方法であって、
前記発電機の出力電圧が前記発電機の目標電圧になるよう制御するに際し、
前記遮断器を介して前記発電機に負荷が接続され、前記エンジンの回転速度又は前記発電機の周波数のいずれかの検出値が許容変動値よりも低下したときに、前記検出値の低下量に応じて前記発電機の目標電圧を低下させる電圧低下動作と、
前記検出値の低下量に応じて低下する前記発電機の目標電圧が、前記負荷の正常運転を行うために許容される出力電圧に基づいて定められる許容下限電圧よりも低下する場合に、前記発電機の目標電圧を、前記許容下限電圧、又は前記許容下限電圧に基づいて定められる値に維持する電圧低下制限動作と、
前記検出値が前記許容変動値よりも低下した後において前記検出値が再び上昇するときに、前記発電機の目標電圧を定常運転時の定格電圧になるまで上昇させる電圧上昇動作と、を含む、発電システムの制御方法にある。
【発明の効果】
【０００９】
発電システムの制御装置及び制御方法においては、遮断器を介して発電機に負荷が接続され、エンジンの回転速度又は発電機の周波数のいずれかの検出値が許容変動値よりも低下したときには、検出値の低下量に応じて発電機の目標電圧を低下させる。これにより、エンジンに、発電機の出力電圧が目標電圧になるようにするための過大な負担が生じることを防止し、エンジンを過負荷から保護することができる。さらに、エンジンの回転速度の低下を最小限に抑え、エンジンの回転速度の復帰時間を短縮することができる。
【００１０】
また、発電システムの制御装置及び制御方法においては、発電機の目標電圧を低下させる量を、負荷の正常運転が不可能にならないように制限する。具体的には、発電機の目標電圧が、負荷の正常運転を行うために許容される出力電圧に基づいて定められる許容下限電圧よりも低下する場合には、発電機の目標電圧を、許容下限電圧、又は許容下限電圧に基づいて定められる値に維持する。これにより、発電機の目標電圧及び目標電圧に追従する出力電圧を、負荷の正常運転を行うために必要な値に維持することができる。
【００１１】
また、発電システムの制御装置及び制御方法においては、エンジンの回転速度又は発電機の周波数のいずれかの検出値が許容変動値よりも低下した後において、検出値が再び上昇するときには、発電機の目標電圧を定常運転時の定格電圧になるまで上昇させる。これにより、発電機の発電状態を、遮断器を介して発電機に負荷が接続された後の不安定な過渡状態から定常状態に復帰させ、発電機から負荷へ安定して電力を供給することができる。
【００１２】
以上、発電システムの制御装置及び制御方法によれば、発電機の目標電圧が適切に設定されることにより、エンジンの回転速度の低下を最小限に抑えて、エンジンを過負荷から保護するとともに、エンジンの回転速度の復帰時間を短縮し、かつ、負荷の正常運転のために必要な電力を発電機から供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態にかかる、発電システムの構成を示す説明図。
【図２】実施形態にかかる、発電システムの制御構成を示す制御ブロック図。
【図３】実施形態にかかる、回転速度と目標電圧との関係マップを示すグラフ。
【図４】実施形態にかかる、回転速度と目標電圧との他の関係マップを示すグラフ。
【図５】実施形態にかかる、発電システムの制御方法を示すフローチャート。
【図６】実施形態にかかる、発電システムの制御方法の続きを示すフローチャート。
【図７】実施形態にかかる、発電システムの制御方法の続きを示すフローチャート。
【図８】実施形態にかかる、発電システムの制御方法の他の続きを示すフローチャート。
【図９】実施形態にかかる、従来の発電システムの回転速度、目標電圧、出力電圧、燃料ガスの流量の時間的変化を示すグラフ。
【図１０】実施形態にかかる、発電システムの回転速度、目標電圧、出力電圧、燃料ガスの流量の時間的変化を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
前述した発電システムの制御装置にかかる好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。
本形態の発電システム１の制御装置４は、図１に示すように、ガスエンジン２及び発電機３を備える発電システム１に用いられる。発電システム１は、ガスエンジン２の燃焼によって発電機３の発電を行い、発電機３から遮断器５を介して負荷７へ電力を供給するよう構成されている。制御装置４は、図２に示すように、発電機３の出力電圧Ｖが発電機３の目標電圧Ｖｒになるよう制御する自動電圧調整部４２と、発電機３の目標電圧Ｖｒを調整する目標電圧調整部４３とを備えている。
【００１５】
目標電圧調整部４３は、電圧低下機能、電圧低下制限機能及び電圧上昇機能を有している。
図３に示すように、電圧低下機能は、遮断器５を介して発電機３に負荷７が接続され、ガスエンジン２の回転速度（回転数）Ｓの検出値Ｓｍが許容変動値Ｓ１よりも低下したときに、この回転速度Ｓの検出値Ｓｍの低下量に応じて発電機３の目標電圧Ｖｒを低下させるものである。
【００１６】
電圧低下制限機能は、回転速度Ｓの検出値Ｓｍの低下量に応じて低下する発電機３の目標電圧Ｖｒが、負荷７の正常運転を行うために許容される出力電圧Ｖに基づいて定められる許容下限電圧Ｖ１よりも低下する場合には、発電機３の目標電圧Ｖｒを、許容下限電圧Ｖ１に維持するものである。電圧上昇機能は、回転速度Ｓの検出値Ｓｍが許容変動値Ｓ１よりも低下した後において、検出値Ｓｍが再び上昇するときに、検出値Ｓｍの上昇量に応じて発電機３の目標電圧Ｖｒを、定常運転時の定格電圧Ｖ０になるまで上昇させるものである。
なお、回転速度Ｓの検出値Ｓｍのことを回転速度Ｓｍということがあり、出力電圧Ｖの検出値Ｖｍのことを出力電圧Ｖｍということがある。
【００１７】
以下、本形態の発電システム１の制御装置４及び制御方法について詳説する。
図１に示すように、本形態の発電システム１は、燃料ガスと空気との混合気によって燃焼を行う、定置式のガスエンジン２と、ガスエンジン２の出力軸に連結され、この出力軸の回転を受けて発電する発電機３と、ガスエンジン２及び発電機３の動作を制御する制御装置４とを備える。ガスエンジン２には、ガスエンジン２の複数の気筒に供給する混合気の流量を調整するスロットルバルブ２１、ガスエンジン２の回転速度Ｓを検出する回転計（回転速度検出器）２２等が設けられている。発電機３には、発電機３の出力電圧Ｖを検出する電圧計（電圧検出器）３１等が設けられている。
【００１８】
なお、回転計２２は、発電機３側に設けられることもある。
また、制御装置４は、ガスエンジン２の回転速度Ｓを検出する代わりに、発電機３の周波数を検出してもよい。発電機３の周波数は、ガスエンジン２の回転速度Ｓに比例する。そのため、発電システム１は、回転速度Ｓの代わりに周波数を用いて制御を行ってもよい。
【００１９】
また、目標電圧調整部４３の電圧低下機能は、ガスエンジン２の回転速度Ｓの検出値Ｓｍが許容変動値Ｓ１よりも低下したことを検出する代わりに、発電機３の周波数が許容変動値よりも低下したことを検出してもよい。ガスエンジン２の回転速度Ｓの低下は、発電機３の周波数を低下させるためである。
【００２０】
目標電圧調整部４３の電圧低下機能において使用される、回転速度Ｓの許容変動値Ｓ１は、例えば、回転速度Ｓの定格値である定格回転速度Ｓ０の９９．９〜９０％の範囲内の値とすることができる。回転速度Ｓの代わりに周波数を検出する場合も同様である。
【００２１】
ガスエンジン２の定格回転速度Ｓ０は、ガスエンジン２の設計仕様に基づき、ガスエンジン２の適正な使用が可能な値として定められる。発電機３の定格電圧Ｖ０は、発電機３の設計仕様に基づき、発電機３の適正な使用が可能な値として定められる。
【００２２】
目標電圧調整部４３の電圧低下制限機能において使用される許容下限電圧Ｖ１は、負荷７の種類に応じて適宜設定することができる。例えば、許容下限電圧Ｖ１は、負荷７の正常運転が困難になる場合として、負荷７において使用される電圧が負荷７の定格電圧の６０〜９５％の範囲内で低下するときの値として設定することができる。
【００２３】
図１に示すように、発電システム１の発電機３によって電力を供給する対象である負荷７は、通常時は、商用電源６によって動作するものである。発電システム１は、商用電源６の停電時において、商用電源６の代わりのバックアップ電源として機能する。商用電源６と負荷７の入力端子との間の配線、及び発電機３の出力端子と負荷７の入力端子との間の配線には、負荷７に、商用電源６及び発電機３のいずれか一方又は両方を接続するかの切換えが可能な遮断器５が配置されている。発電システム１の制御装置４は、遮断器５を操作可能である。
【００２４】
発電システム１は、ガスエンジン２及び発電機３を用いて発電を行うとともに、ガスエンジン２の冷却熱やガスエンジン２から排気される排ガスの廃熱を回収するコージェネレーションシステムを構成することができる。発電システム１は、工場、施設等に設置される。発電システム１は、商用電源６との連系を行って、負荷７へ電力を供給するよう構成することもできる。
【００２５】
発電システム１から電力の供給を受ける負荷７としては、ポンプ、ファンなどの動力機器、大型・小型の種々のコンピュータ、種々の制御設備、種々の電化製品、照明、空調装置等がある。そして、負荷７の正常運転を行うために許容される許容下限電圧Ｖ１は、特に、種々の負荷７を稼動させるための負荷７の制御装置に用いられる制御リレー、シーケンサ等の動作に必要な電圧として設定することができる。
【００２６】
図２に示すように、制御装置４は、自動電圧調整部４２及び目標電圧調整部４３の他に、発電機３の目標電圧Ｖｒを設定する目標電圧設定部４１と、ガスエンジン２の回転速度Ｓが定格回転速度Ｓ０になるよう、スロットルバルブ２１の開度を調整する回転速度調整部４４とを備えている。
目標電圧設定部４１においては、発電機３から負荷７へ電力を供給するときの発電機３の目標電圧Ｖｒが設定される。そして、自動電圧調整部４２は、目標電圧設定部４１によって設定された目標電圧Ｖｒと、電圧計３１によって検出される出力電圧（出力電圧の検出値）Ｖｍとの偏差Ｅｖがなくなるよう、発電機３の界磁電流を調整する。
【００２７】
ガスエンジン２の回転速度Ｓは、定格回転速度Ｓ０になるよう設定されており、回転速度調整部４４は、定格回転速度Ｓ０と、回転計２２によって検出される回転速度（回転速度の検出値）Ｓｍとの偏差Ｅｓがなくなるよう、スロットルバルブ２１の開度を調整する。
また、発電機３の出力電圧Ｖは、ガスエンジン２の回転速度Ｓによって変化し、発電機３の界磁電流は、目標電圧Ｖｒと出力電圧Ｖｍとの偏差Ｅｖに応じて調整される。
【００２８】
図２に示すように、回転計２２によって検出される回転速度Ｓｍは、目標電圧調整部４３にも読み込まれる。目標電圧調整部４３においては、回転計２２による回転速度Ｓｍが許容変動値Ｓ１よりも低下した場合には、回転速度Ｓｍの低下量に応じて目標電圧Ｖｒを低下させる。
【００２９】
目標電圧調整部４３における、発電機３の目標電圧Ｖｒの調整は、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍと、回転速度Ｓｍの変化に対応して調整される発電機３の目標電圧Ｖｒとの関係を示す関係マップＭ１，Ｍ２を用いて行われる。また、目標電圧設定部４１においては、関係マップＭ１，Ｍ２に基づいて目標電圧調整部４３によって調整された、発電機３の目標電圧Ｖｒが設定される。そして、自動電圧調整部４２は、新たに設定される目標電圧Ｖｒに応じて、出力電圧Ｖの制御を行う。
【００３０】
図３は、目標電圧調整部４３において記憶された関係マップＭ１，Ｍ２を示す。本形態においては、回転速度Ｓｍが低下する場合と、回転速度Ｓｍが上昇する場合とにおいて、目標電圧Ｖｒを変更する速さを異ならせている。具体的には、電圧上昇機能における、回転速度Ｓｍの上昇量に対する発電機３の目標電圧Ｖｒの上昇勾配は、電圧低下機能における、回転速度Ｓｍの低下量に対する発電機３の目標電圧Ｖｒの低下勾配よりも緩やかにしている。
【００３１】
発電機３に負荷７が接続されたときに、回転速度Ｓｍが許容変動値Ｓ１よりも低下したときには、目標電圧Ｖｒを迅速に低下させることにより、ガスエンジン２の回転速度Ｓの低下を抑制する。一方、発電機３に負荷７が接続された後であって、ガスエンジン２の回転速度Ｓを上昇させるときには、目標電圧Ｖｒを急激に上昇させようとすると、ガスエンジン２の燃焼の負担が大きくなり、ガスエンジン２の回転速度Ｓが反って低下するおそれがある。そのため、ガスエンジン２の回転速度Ｓを緩やかに上昇させることにより、ガスエンジン２の負担を減らして、ガスエンジン２を過負荷から保護する。
【００３２】
同図に示すように、本形態の関係マップＭ１，Ｍ２は、回転速度Ｓｍが低下する場合の低下関係マップＭ１と、回転速度Ｓｍが上昇する場合の上昇関係マップＭ２とからなる。低下関係マップＭ１は、回転速度Ｓｍが３つの範囲Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３のそれぞれにある場合の、回転速度Ｓｍと目標電圧Ｖｒとの関係式を有する。上昇関係マップＭ２は、回転速度Ｓｍが許容変動値Ｓ１よりも低下した後において、回転速度Ｓｍが再び上昇するときの関係式として示される。
【００３３】
低下関係マップＭ１において、回転速度Ｓｍの第１範囲Ｒ１は、回転速度Ｓｍが、許容変動値Ｓ１以上である範囲内、言い換えれば、定常運転時の定格回転速度Ｓ０の許容変動率の範囲内として設定されている。第１範囲Ｒ１においては、回転速度Ｓｍの変化に拘わらず、目標電圧Ｖｒが定常運転時の定格電圧Ｖ０に維持される。
【００３４】
また、回転速度Ｓｍの第２範囲Ｒ２は、回転速度Ｓｍが、許容変動値Ｓ１よりも低く、かつ許容下限電圧Ｖ１に対応する許容下限回転速度Ｓ２以上の範囲内として設定されている。第２範囲Ｒ２においては、回転速度Ｓｍが低下するほど目標電圧Ｖｒが低下する、回転速度Ｓｍと目標電圧Ｖｒとの比例関係が形成される。第２範囲Ｒ２は、電圧低下機能を実行する範囲であり、第２範囲Ｒ２においては、回転速度Ｓｍの低下量に応じて目標電圧Ｖｒを急激に低下させる。
なお、第２範囲Ｒ２における回転速度Ｓｍと目標電圧Ｖｒとの関係は、必ずしも比例関係とする必要はなく、回転速度Ｓｍが低下するほど目標電圧Ｖｒが低下する関係であれば、例えば、曲線的な関係であってもよい。
【００３５】
また、回転速度Ｓｍの第３範囲Ｒ３は、回転速度Ｓｍが、許容下限回転速度Ｓ２よりも低い範囲内として設定されている。第３範囲Ｒ３においては、回転速度Ｓｍが許容下限回転速度Ｓ２よりも低い速度に低下しても、目標電圧Ｖｒが許容下限電圧Ｖ１に維持される。第３範囲Ｒ３は、電圧低下制限機能を実行する範囲である。
【００３６】
発電機３に負荷７が接続されたときに、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍは、負荷７の負荷状況に応じてどこまで低下するかが変化する。そして、本形態の上昇関係マップＭ２は、回転速度Ｓｍが上昇するほど目標電圧Ｖｒが上昇する比例関係として設定されている。上昇関係マップＭ２における目標電圧Ｖｒの上昇速度（上昇勾配）は、低下関係マップＭ１における第２範囲Ｒ２の目標電圧Ｖｒの低下速度（低下勾配）よりも小さくなるよう設定される。本形態の電圧上昇機能は、上昇関係マップＭ２によって実行される。
【００３７】
電圧上昇機能においては、回転速度Ｓｍが低下した低下最大値を始点にして、目標電圧Ｖｒを回復（上昇）させることができる。図３の上昇関係マップＭ２において、目標電圧Ｖｒを定格電圧Ｖ０に戻す終点を、回転速度Ｓｍの許容変動値Ｓ１と一致させるときの関係ラインを、関係ラインａとして示す。関係ラインａにおいて、目標電圧Ｖｒを上昇させる始点となる回転速度Ｓｍを始点回転速度Ｓ３として示す。
【００３８】
発電機３に負荷７が接続されたときに、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍが始点回転速度Ｓ３よりも低下した場合には、目標電圧Ｖｒは、回転速度Ｓｍが始点回転速度Ｓ３まで上昇した後に、上昇関係マップＭ２に基づいて上昇させることができる。また、この場合には、目標電圧Ｖｒは、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍの低下最大値を始点として、上昇関係マップＭ２に基づいて上昇させることもできる。
【００３９】
また、本形態の上昇関係マップＭ２においては、発電機３に負荷７が接続されたときに、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍが始点回転速度Ｓ３よりも低下しなかった場合であっても、回転速度Ｓｍが定格回転速度Ｓ０に復帰するまでに、目標電圧Ｖｒを定格電圧Ｖ０に復帰させることができる。図３において、この場合の上昇関係マップＭ２は、関係ラインｂ，ｃ，ｄとして示される。特に、関係ラインｄは、回転速度Ｓｍの低下最大値が許容下限回転速度Ｓ２まで到達しなかった場合を示す。
【００４０】
許容変動値Ｓ１の値（定格回転速度Ｓ０と回転速度Ｓｍの許容変動値Ｓ１との差）と、上昇関係マップＭ２における目標電圧Ｖｒの上昇速度との関係によっては、上昇関係マップＭ２において、回転速度Ｓｍが定格回転速度Ｓ０に復帰するまでに、目標電圧Ｖｒを定格電圧Ｖ０に復帰させることができない場合がある。この場合は、図４に示すように、許容変動値Ｓ１が定格回転速度Ｓ０に近い値として設定される場合、上昇関係マップＭ２における目標電圧Ｖｒの上昇速度がより緩やかな場合等に生じる。
【００４１】
同図において、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍが低下したときの、低下最大値の回転速度Ｓｍがより小さくなった場合（回転速度Ｓｍの低下量が多い場合）には、上昇関係マップＭ２による目標電圧Ｖｒは、関係ラインｅに示すように、上昇関係マップＭ２のみに基づいて定まる。しかし、低下最大値の回転速度Ｓｍがそれほど小さくならなかった場合（回転速度Ｓｍの低下量が少ない場合）には、上昇関係マップＭ２による目標電圧Ｖｒは、関係ラインｆ，ｇ，ｈに示すように、回転速度Ｓｍが定格回転速度Ｓ０に復帰するまでに、目標電圧Ｖｒを定格電圧Ｖ０に復帰させることができない。
【００４２】
関係ラインｆ，ｇ，ｈの上昇関係マップＭ２が利用される場合には、電圧上昇機能は、上昇関係マップＭ２に加えて、タイマー機能Ｎを利用する。この場合は、電圧上昇機能において、回転速度Ｓｍの上昇量に応じて発電機３の目標電圧Ｖｒを上昇させる際に、回転速度Ｓｍが定常運転時の定格回転速度（定格値）Ｓ０を超える場合として生じる。
【００４３】
この場合において、上昇関係マップＭ２に基づいて目標電圧Ｖｒを上昇させる途中に、回転速度Ｓｍが定格回転速度Ｓ０に到達した後には、タイマー機能Ｎを利用して、目標電圧Ｖｒを時間の経過に従って徐々に上昇させる。このタイマー機能Ｎによる目標電圧Ｖｒの上昇速度は、例えば、上昇関係マップＭ２における目標電圧Ｖｒの上昇速度と同等にすることができる。タイマー機能Ｎによる目標電圧Ｖｒの上昇速度は、種々の条件を考慮して決定することができる。
【００４４】
図４においては、各関係マップＭ１，Ｍ２を示すため、タイマー機能Ｎについては、回転速度Ｓｍが定格回転速度Ｓ０になったときに目標電圧Ｖｒが直ちに上昇するかのように示される。実際には、タイマー機能Ｎは、時間の経過に対する目標電圧Ｖｒの変化量を定めるものであり、図４によっては十分に表現されない。タイマー機能Ｎは、所定の電圧上昇速度で目標電圧Ｖｒを上昇させるように構成することができる。また、タイマー機能Ｎは、定格電圧Ｖ０と、回転速度Ｓｍが定格回転速度Ｓ０に到達したときの目標電圧Ｖｒとの差を求め、この差に対して所定時間経過後に目標電圧Ｖｒが定格電圧Ｖ０に到達するように電圧上昇速度を決めるように構成することもできる。
【００４５】
タイマー機能Ｎを利用することにより、上昇関係マップＭ２に基づいて目標電圧Ｖｒを上昇させる途中において回転速度Ｓｍが定格回転速度Ｓ０に復帰したときに、目標電圧Ｖｒを急激に上昇させる事態を回避することができる。これにより、発電機３から負荷７への電力の供給が不安定になることを防止することができる。
【００４６】
なお、タイマー機能は、上昇関係マップＭ２に基づいて目標電圧Ｖｒを上昇させる途中に、回転速度Ｓｍが定格回転速度Ｓ０に到達する前において、上昇関係マップＭ２に代えて利用してもよい。また、低下最大値の回転速度Ｓｍがそれほど小さくならなかった場合（回転速度Ｓｍの低下量が少ない場合）には、上昇関係マップＭ２に基づいて目標電圧Ｖｒを上昇させる途中に、回転速度Ｓｍが定格回転速度Ｓ０を超えることの予測が可能である。この場合、適宜タイミングで、上昇関係マップＭ２に代えてタイマー機能を利用することができる。
【００４７】
さらに、上昇関係マップＭ２を利用する代わりに、タイマー機能Ｎのみを利用することもできる。この場合、電圧上昇機能は、発電機３の目標電圧Ｖｒを時間の経過に従って徐々に上昇させるよう構成される。この場合、目標電圧Ｖｒは、種々の方法によって上昇させることができる。例えば、回転速度Ｓｍが許容変動値Ｓ１よりも低下した後に再び上昇するときには、目標電圧Ｖｒが低下したままの状態を維持し、回転速度Ｓｍが定格回転速度Ｓ０に復帰した後、タイマー機能Ｎによって目標電圧Ｖｒを定格電圧Ｖ０になるまで徐々に上昇させることができる。特に、回転速度Ｓｍの低下によって目標電圧Ｖｒが許容下限電圧Ｖ１に制限された後には、許容下限電圧Ｖ１を維持したままの状態で回転速度Ｓｍが定格回転速度Ｓ０に復帰するまで待ち、その後、タイマー機能Ｎによって目標電圧Ｖｒを定格電圧Ｖ０になるまで徐々に上昇させることができる。
この場合には、目標電圧Ｖｒを緩やかに回復させることにより、発電機３から負荷７への電力の供給を安定させることができる。
【００４８】
次に、制御装置４を用いた発電システム１の制御方法について、図５〜図７のフローチャートを参照して説明する。
まず、発電機３に負荷７が接続されていない状態において、ガスエンジン２を起動し、発電機３による発電を開始する。また、制御装置４においては、ガスエンジン２の定格回転速度Ｓ０及び発電機３の目標電圧Ｖｒが設定される（図５のステップＳｔ１）。このとき、目標電圧Ｖｒは定格電圧Ｖ０に設定される。本形態においては、制御装置４の回転速度調整部４４によって、ガスエンジン２の回転速度Ｓが常に定格回転速度Ｓ０になるように制御される一方、発電機３への負荷７の投入によって、回転速度Ｓが変動する。
【００４９】
また、ガスエンジン２においては、回転計２２によって回転速度Ｓｍが検出され、発電機３においては、電圧計３１によって出力電圧Ｖｍが検出される（Ｓｔ２）。そして、制御装置４の回転速度調整部４４は、回転速度Ｓｍが定格回転速度Ｓ０になるよう制御し、また、制御装置４の自動電圧調整部４２は、出力電圧Ｖｍが目標電圧Ｖｒになるよう制御する（Ｓｔ３）。
【００５０】
次いで、制御装置４は、回転速度Ｓｍが定格回転速度Ｓ０になり、出力電圧Ｖｍが目標電圧Ｖｒになったかを判定する（Ｓｔ４）。そして、この判定が満たされた場合には、制御装置４は、遮断器５を操作して、発電機３に負荷７を接続（投入）する（図６のＳｔ５）。なお、この遮断器５の操作は、作業者によって行うこともできる。なお、図５の記号ａは、図６の記号ａに移動することを示す。
【００５１】
発電機３に負荷７が接続されたときには、ガスエンジン２の回転速度Ｓ及び発電機３の出力電圧Ｖが急激に低下する。そのため、回転速度調整部４４は、回転速度Ｓｍを定格回転速度Ｓ０にしようとし、また、自動電圧調整部４２は、出力電圧Ｖｍを目標電圧Ｖｒにしようとする。そして、スロットルバルブ２１の開度が大きくなり、ガスエンジン２への燃料ガスの流量が急激に増加する。このとき、制御装置４は、次に示す目標電圧調整部４３の働きによって、発電機３の目標電圧Ｖｒを適切に設定する。
【００５２】
発電機３に負荷７が接続されたとき、制御装置４は、回転計２２によって回転速度Ｓｍを検出し、電圧計３１によって出力電圧Ｖｍを検出した後（Ｓｔ６）、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍが許容変動値Ｓ１よりも低下したか否かを判定する（Ｓｔ７）。なお、制御装置４は、回転速度Ｓｍの判定をする代わりに、発電機３の周波数の検出値が許容変動値よりも低下したか否かを判定してもよい。ガスエンジン２の回転速度Ｓｍが許容変動値Ｓ１よりも低下していないときには、制御装置４は、発電機３の目標電圧Ｖｒを定格電圧Ｖ０に維持する（Ｓｔ８）。そして、制御装置４の回転速度調整部４４は、回転速度Ｓｍが定格回転速度Ｓ０になるよう制御し、また、制御装置４の自動電圧調整部４２は、出力電圧Ｖｍが目標電圧Ｖｒになるよう制御する（Ｓｔ１２）。このとき、自動電圧調整部４２によるフィードバック制御により、発電機３の出力電圧Ｖが定格電圧Ｖ０に維持される。
【００５３】
一方、ステップＳｔ７において、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍが許容変動値Ｓ１よりも低下したときには、制御装置４は、発電機３の目標電圧Ｖｒが、負荷７の正常運転を行うために許容される出力電圧Ｖに基づいて定められる許容下限電圧Ｖ１よりも低下したか否かを判定する（Ｓｔ９）。この場合に、目標電圧Ｖｒが許容下限電圧Ｖ１よりも低下していないときには、制御装置４は、電圧低下動作として、回転速度Ｓｍの低下量に応じて発電機３の目標電圧Ｖｒを低下させる（Ｓｔ１０）。このとき、具体的には、図３又は図４に示すように、制御装置４の目標電圧調整部４３に読み込まれる回転速度Ｓｍは、第２範囲Ｒ２内になり、目標電圧調整部４３においては、この回転速度Ｓｍが低下関係マップＭ１に照合されて、目標電圧Ｖｒが定格電圧Ｖ０よりも低くかつ許容下限電圧Ｖ１以上の値に算出される。
【００５４】
そして、目標電圧調整部４３による目標電圧Ｖｒが目標電圧設定部４１に設定される。制御装置４の自動電圧調整部４２は、出力電圧Ｖｍが目標電圧Ｖｒになるよう制御する（Ｓｔ１２）。このとき、自動電圧調整部４２によるフィードバック制御により、発電機３の出力電圧Ｖが、回転速度Ｓｍが低下した値に応じた適切な電圧に調整される。なお、回転速度Ｓｍは所定の値に低下しているが、制御装置４の回転速度調整部４４は、回転速度Ｓｍが常に定格回転速度Ｓ０になるよう制御する。
【００５５】
回転速度Ｓｍが許容変動値Ｓ１よりも低下したときには、低下関係マップＭ１に基づいて発電機３の目標電圧Ｖｒを急激に低下させることにより、ガスエンジン２に、発電機３の出力電圧Ｖが目標電圧Ｖｒになるようにするための過大な負担が生じることを防止することができる。これにより、ガスエンジン２を過負荷から保護し、エンジンのストールを防止することができる。さらに、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍの低下を最小限に抑え、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍの復帰時間を短縮することができる。
【００５６】
一方、ステップＳｔ９において、目標電圧Ｖｒが許容下限電圧Ｖ１よりも低下したときには、負荷７への悪影響を避けるため、制御装置４は、電圧低下制限動作として、発電機３の目標電圧Ｖｒを、許容下限電圧Ｖ１に維持する（Ｓｔ１１）。このとき、図３又は図４に示すように、制御装置４の目標電圧調整部４３に読み込まれる回転速度Ｓｍは、第３範囲Ｒ３内になり、目標電圧調整部４３においては、この回転速度Ｓｍが低下関係マップＭ１に照合されて目標電圧Ｖｒが許容下限電圧Ｖ１として求められる。
【００５７】
そして、目標電圧調整部４３による目標電圧Ｖｒが目標電圧設定部４１に設定される。制御装置４の自動電圧調整部４２は、出力電圧Ｖｍが目標電圧Ｖｒになるよう制御する（Ｓｔ１２）。このとき、自動電圧調整部４２によるフィードバック制御により、発電機３の出力電圧Ｖが許容下限電圧Ｖ１になるよう調整される。なお、回転速度Ｓｍは許容下限回転速度Ｓ２よりも小さな値に低下しているが、制御装置４の回転速度調整部４４は、回転速度Ｓｍが常に定格回転速度Ｓ０になるよう制御する。
【００５８】
このように、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍの低下が著しい場合には、発電機３の目標電圧Ｖｒを低下させ過ぎず、目標電圧Ｖｒを低下させる値を許容下限電圧Ｖ１に制限することにより、発電機３の目標電圧Ｖｒを、負荷７の正常運転を行うために必要な値に維持することができる。
【００５９】
次いで、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍは、低下最大値となった後、再び上昇を始める。回転速度Ｓｍが上昇する方向に変化するまで（Ｓｔ１３）、制御装置４は、ステップＳｔ６〜Ｓｔ１２を繰り返す。回転速度Ｓｍが上昇する方向に変化したか否かは、前回検出した回転速度Ｓｍと今回検出した回転速度Ｓｍとを比較して判断する。
【００６０】
回転速度Ｓｍが上昇する方向に変化したときには（Ｓｔ１３）、制御装置４は、電圧上昇動作として、回転速度Ｓｍの上昇量に応じて発電機３の目標電圧Ｖｒを上昇させる（図７のＳｔ１４）。このとき、具体的には、図３又は図４に示すように、目標電圧調整部４３においては、この回転速度Ｓｍが上昇関係マップＭ２に照合されて、目標電圧Ｖｒが算出される。なお、図６の記号ｂは、図７の記号ｂに移動することを示す。
【００６１】
回転速度Ｓｍが許容変動値Ｓ１よりも低下した後、回転速度Ｓｍが再び上昇するときには、上昇関係マップＭ２に基づいて発電機３の目標電圧Ｖｒを緩やかに上昇させる。これにより、ガスエンジン２における燃焼の負担を減らすことができる。
【００６２】
また、回転速度Ｓｍ及び出力電圧Ｖｍが検出され（Ｓｔ１５）、目標電圧Ｖｒが定格電圧Ｖ０になったか否かが判定される（Ｓｔ１６）。目標電圧Ｖｒが定格電圧Ｖ０になっていない場合には、回転速度Ｓｍが定格回転速度Ｓ０になったか否かが判定される（Ｓｔ１７）。回転速度Ｓｍが定格回転速度Ｓ０になっていない場合には、上昇関係マップＭ２に基づいて目標電圧Ｖｒが定格電圧Ｖ０に復帰するまで、ステップＳｔ１４〜Ｓｔ１７が繰り返される。
【００６３】
目標電圧Ｖｒが定格電圧Ｖ０になっていない場合に、回転速度Ｓｍが定格回転速度Ｓ０になった場合には、制御装置４の目標電圧調整部４３は、上昇関係マップＭ２に代えてタイマー機能Ｎを利用する（Ｓｔ１７）。そして、目標電圧調整部４３は、タイマー機能Ｎを利用して、目標電圧Ｖｒが定格電圧Ｖ０になるまで、目標電圧Ｖｒを時間の経過に従って徐々に上昇させる。その後、発電システム１の停止信号の入力があったときには、制御装置４は、制御を終了させるための処理を行う。
【００６４】
こうして、目標電圧Ｖｒが絞られた後、回転速度Ｓｍの回復によって出力電圧Ｖが定格電圧Ｖ０に回復したとき、言い換えれば、発電機３の発電状態が、発電機３に負荷７が接続された後の不安定な過渡状態から定常状態に復帰したときには、発電機３から負荷７へ安定して電力を供給することができる。
【００６５】
なお、前述した図５〜図７のフローチャートは、発電システム１の制御方法の一例を示すものである。許容変動値Ｓ１が定格回転速度Ｓ０から比較的離れた値として設定される場合、上昇関係マップＭ２における目標電圧Ｖｒの上昇速度が比較的急な場合等には、タイマー機能Ｎが不要になる場合がある。
【００６６】
一方、電圧上昇機能（電圧上昇動作）として、タイマー機能Ｎのみを利用する場合のフローチャートは、図７に代えて図８によって示される。タイマー機能Ｎが示す意味は前述したとおりである。
【００６７】
以上、本形態の発電システム１の制御装置４及び制御方法によれば、発電機３の目標電圧Ｖｒが適切に設定されることにより、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍの低下を最小限に抑えて、ガスエンジン２を過負荷から保護するとともに、ガスエンジン２の回転速度Ｓｍの復帰時間を短縮し、かつ、負荷７の正常運転のために必要な電力を発電機３から供給することができる。
【００６８】
次に、発電機３に負荷７が投入されるときの、回転速度Ｓ、目標電圧Ｖｒ、出力電圧Ｖ、燃料ガスの流量Ｑの時間的変化をグラフによって示す。図９は、目標電圧調整部が発電機３の目標電圧Ｖｒを許容下限電圧Ｖ１に制限する機能を有しない従来の発電システムについての時間的変化を示す。図１０は、目標電圧調整部４３が発電機３の目標電圧Ｖｒを許容下限電圧Ｖ１に制限する機能を有する本形態の発電システム１についての時間的変化を示すグラフである。
【００６９】
図９に示すように、従来の発電システムにおいて、ガスエンジン２の燃焼によって、ガスエンジン２の回転速度Ｓ及び発電機３の出力電圧Ｖが一定の値に安定した後には、制御装置４による遮断器５の操作によって、発電機３に負荷７が投入される。このとき、ガスエンジン２の回転速度Ｓ及び発電機３の出力電圧Ｖが急激に低下し、回転速度Ｓ及び出力電圧Ｖを定格回転速度Ｓ０及び目標電圧Ｖｒにしようとして燃料ガスの流量Ｑが増加する。
【００７０】
そして、目標電圧調整部の働きによって、回転速度Ｓの低下量に応じて目標電圧Ｖｒが低く設定される。こうして、目標電圧Ｖｒが低く設定されることに伴って、発電機の出力電圧Ｖが大きく低下し、発電システムによって、負荷７の接続時に、負荷７の稼動に必要とされる電圧を供給できないおそれがある。
【００７１】
一方、図１０に示すように、本形態の発電システム１において、ガスエンジン２の燃焼によって、ガスエンジン２の回転速度Ｓ及び発電機３の出力電圧Ｖが一定の値に安定した後には、制御装置４による遮断器５の操作によって、発電機３に負荷７が投入される。このとき、ガスエンジン２の回転速度Ｓ及び発電機３の出力電圧Ｖが急激に低下し、回転速度Ｓ及び出力電圧Ｖを定格回転速度Ｓ０及び目標電圧Ｖｒにしようとして燃料ガスの流量Ｑが増加する。
【００７２】
そして、目標電圧調整部４３の働きによって、回転速度Ｓの低下量に応じて目標電圧Ｖｒが低く設定される際に、目標電圧Ｖｒが許容下限電圧Ｖ１よりも低く設定されないようにすることができる。これにより、発電機の出力電圧Ｖが大きく低下し過ぎることを防止し、発電システム１によって、負荷７の接続時に、負荷７の稼動に必要とされる電圧を安定して供給することができる。
【００７３】
なお、本発明は、実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲においてさらに異なる実施形態を構成することが可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１  発電システム
２  ガスエンジン
３  発電機
４  制御装置
４２  自動電圧調整部
４３  目標電圧調整部
５  遮断器
６  商用電源
７  負荷
【図１】
2018133966.tif 000003
【図２】
2018133966.tif 000004
【図３】
2018133966.tif 000005
【図４】
2018133966.tif 000006
【図５】
2018133966.tif 000007
【図６】
2018133966.tif 000008
【図７】
2018133966.tif 000009
【図８】
2018133966.tif 000010
【図９】
2018133966.tif 000011
【図１０】
2018133966.tif 000012