(57)【要約】【課題】設備コストを抑えつつ、停電発生直後に生じる突入電流の大きな負荷に対応できるとともに、長時間にわたり特定電力負荷に対して電力供給が可能な非常用発電システムを実現する。【解決手段】発電機Ｂとして、燃料タンク２９を備えた自立起動可能なディーゼル発電機２０と、当該ディーゼル発電機２０の発電電力を利用して起動可能な連系発電装置３０とを備え、制御手段５０が、停電時起動処理において、ディーゼル発電機２０を自立起動させ、ディーゼル発電機２０の自立起動後の停電時発電制御において、ディーゼル発電機２０から特定電力負荷８及び連系発電装置３０に電力を供給し、連系発電装置３０が起動した後、連系発電装置３０から特定電力負荷８に電力を供給し、ディーゼル発電機２０の発電出力を抑制する非常用発電システム。【選択図】図２
2015226426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電電力を電力負荷に供給可能な発電機と、
商用電力系統からの受電が停止する停電を検出する停電検出手段と、
前記停電検出手段による停電検出時に、前記電力負荷のうち特定電力負荷を除く一般負荷を前記発電機から解列させて、前記発電機の発電電力を前記特定電力負荷のみに供給する状態とする一般負荷解列手段と、
前記停電検出手段による停電検出時に、前記発電機を起動させる停電時起動処理を実行した上で、前記発電機の発電出力を制御する停電時発電制御を実行して、当該発電機の発電電力を前記特定電力負荷に供給する制御手段を備えた非常用発電システムであって、
前記発電機として、自立起動可能な非常用発電機と、当該非常用発電機の発電電力を利用して起動可能な副発電機とを備え、
前記非常用発電機が、燃料タンクを備え、当該燃料タンク内の燃料により稼動するように構成され、
前記制御手段が、
前記停電時起動処理として、前記非常用発電機を自立起動させ、
前記非常用発電機の自立起動後の前記停電時発電制御において、前記非常用発電機から前記特定電力負荷及び前記副発電機に電力を供給し、前記副発電機が起動した後、前記副発電機から前記特定電力負荷に電力を供給し、前記非常用発電機の発電出力を抑制する非常用発電システム。
【請求項２】
前記副発電機として、外部から供給されるガスにより稼動するガスエンジンを用いる請求項１に記載の非常用発電システム。
【請求項３】
前記副発電機を複数台備え、
前記制御手段が、前記非常用発電機の自立起動後の前記停電時発電制御において、前記副発電機を順次起動させる請求項１または２に記載の非常用発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電電力を電力負荷に供給可能な発電機と、商用電力系統からの受電が停止する停電を検出する停電検出手段と、前記停電検出手段による停電検出時に、前記電力負荷のうち特定電力負荷を除く一般負荷を前記発電機から解列させて、前記発電機の発電電力を前記特定電力負荷のみに供給する状態とする一般負荷解列手段と、前記停電検出手段による停電検出時に、前記発電機を起動させる停電時起動処理を実行した上で、前記発電機の発電出力を制御する停電時発電制御を実行して、当該発電機の発電電力を前記特定電力負荷に供給する制御手段を備えた非常用発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機器などの電力負荷を設けた施設では、通常商用電力系統から受電した基準電圧（例えば２００Ｖ）及び基準周波数（例えば６０Ｈｚ）の受電電力が当該電力負荷に供給される。また、かかる施設には、例えば商用電力系統に連系して発電を行って、基準電圧及び基準周波数の発電電力を電力負荷に供給可能な発電装置が設けられる場合がある。
【０００３】
このような発電装置を設けた施設では、商用電力系統からの受電が停止する停電時においても、発電装置の発電電力を一部の特定電力負荷のみに供給して当該特定電力負荷への電力供給を継続するために、当該発電装置の発電出力を制御する停電時発電出力制御を実行するように構成された非常用発電システムが設けられる場合がある（例えば特許文献１を参照。）。非常用発電システムでは、停電時においても特定電力負荷に対して安定して電力を供給するために、当該施設に設置される発電装置の発電能力が、施設内の特定電力負荷の消費電力等に応じて決定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２１１５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような非常用発電システムにおける発電装置は、発電能力が高いことに加え、停電発生直後に生じる突入電流の大きな負荷に対応する必要がある。突入電流は、特に特定電力負荷の消費電力の大きい事業所などにおいて顕著な問題となる。このため、非常用発電システムにおいては、特定電力負荷の消費電力に対して十分に余裕をもった発電能力のある発電装置を用いる必要があることに加え、突入電流対策のための回路などを組む必要があり設備コストの上昇を招き易いという問題があった。
【０００６】
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、設備コストを抑えつつ、停電発生直後に生じる突入電流の大きな負荷に対応できるとともに、長時間にわたり特定電力負荷に対して電力供給が可能な非常用発電システムを実現する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明に係る非常用発電システムの特徴構成は、発電電力を電力負荷に供給可能な発電機と、商用電力系統からの受電が停止する停電を検出する停電検出手段と、前記停電検出手段による停電検出時に、前記電力負荷のうち特定電力負荷を除く一般負荷を前記発電機から解列させて、前記発電機の発電電力を前記特定電力負荷のみに供給する状態とする一般負荷解列手段と、前記停電検出手段による停電検出時に、前記発電機を起動させる停電時起動処理を実行した上で、前記発電機の発電出力を制御する停電時発電制御を実行して、当該発電機の発電電力を前記特定電力負荷に供給する制御手段を備えた非常用発電システムであって、前記発電機として、自立起動可能な非常用発電機と、当該非常用発電機の発電電力を利用して起動可能な副発電機とを備え、前記非常用発電機が、燃料タンクを備え、当該燃料タンク内の燃料により稼動するように構成され、前記制御手段が、前記停電時起動処理として、前記非常用発電機を自立起動させ、前記非常用発電機の自立起動後の前記停電時発電制御において、前記非常用発電機から前記特定電力負荷及び前記副発電機に電力を供給し、前記副発電機が起動した後、前記副発電機から前記特定電力負荷に電力を供給し、前記非常用発電機の発電出力を抑制する点にある。
【０００８】
上記特徴構成によれば、停電時においては、停電時起動処理において自立起動した非常用発電機によって、停電時に生じる突入電流の吸収しつつ特定電力負荷に電力を供給することができる。
ここで、本願発明における非常用発電機には、それ自身に燃料タンクが備えられ、単体で稼動可能なものを用いる。日本国内においては、一般的にビルや劇場や映画館、大型の飲食店や百貨店などにおいて消防法で非常電源の設置が義務付けられており、当該非常電源として多くの場合は、燃料タンクを備え単体で稼動可能な非常用発電機が設置されている。このため、本願発明に係る非常用発電システムを構築するにあたり、既存の非常用発電機を流用し設備コストを抑えることができる。
【０００９】
一方、燃料タンク内の有限の燃料により稼動する非常用発電機は、稼動可能な時間に制約がある。そこで、停電時発電制御により、非常用発電機で副発電機を起動し、副発電機によって特定電力負荷への電力供給を行い非常用発電機の発電出力を抑制する。これにより、停電時に生じる突入電流を吸収可能でありながら、長時間にわたり電力の供給を行える。すなわち、本願発明における非常用発電システムは、燃料に限りがあるため長時間の稼動に向かないという非常用発電機のデメリットを、副発電機で補う構成となっている。
【００１０】
以上より、本発明により設備コストを抑えつつ、停電発生直後に生じる突入電流の大きな負荷に対応できるとともに、長時間にわたり特定電力負荷に対して電力供給が可能な非常用発電システムを実現することができる。
【００１１】
さらに、前記副発電機として、外部から供給されるガスにより稼動するガスエンジンを用いる点にある。
【００１２】
上記特徴構成によれば、一般にガスエンジンはディーゼル発電機と比較し、突入電流の大きな負荷に対する許容量が少ない一方、燃料切れの心配がないという特徴を備えるので、本願発明における非常用発電システムにおいて非常用発電機との組み合わせで好適に用いることができる。特に、小型ガスエンジンを用いることで比較的設備コストを抑えることができる。
【００１３】
さらに、前記副発電機を複数台備え、前記制御手段が、前記非常用発電機の自立起動後の前記停電時発電制御において、前記副発電機を順次起動させる点にある。
【００１４】
上記特徴構成によれば、複数の副発電機を一度に起動させることを避け、副発電機の起動に伴う非常用発電機への突入電流が瞬間的に過大となることを回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る非常用発電システムの正常時の構成図
【図２】本発明の実施形態に係る非常用発電システムの非常時の構成図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る非常用発電システムの実施形態について図面に基づいて説明する。
図１に示す非常用発電システムは、商用電力系統１から受電した受電電力を消費する電力負荷Ａを有する事業所などの施設に設けられて、当該商用電力系統１からの受電が停止する停電が発生した時に、電力負荷Ａのうちの特定電力負荷８に発電装置Ｂで発電した発電電力を供給するシステムとして構成されている。
尚、商用電力系統１から受電した受電電力は、電力線２を通じ当該電力線２に接続された一般電力負荷４に供給される。また、切替器５を介して特定電力負荷８に供給される。
【００１７】
非常用発電システムには、下記に説明する複数の発電装置Ｂが設けられている。
上記複数の発電装置Ｂは、商用電力系統１の受電電力と同じ基準電圧（例えば２００Ｖ）及び基準周波数（例えば６０Ｈｚ）の発電電力を電力負荷Ａに供給可能なものとして構成されている。更に、本実施形態の非常用発電システムでは、これら複数の発電装置Ｂとして、自立起動可能なディーゼル発電機２０と、外部から供給された電力を利用して起動可能な副発電機としての連系発電装置３０とが設けられている。
【００１８】
ディーゼル発電機２０は、突入電流に伴う負荷変動に対して強いという特性がある。このため、本実施形態の構成では、停電時において、停電時起動処理において自立起動したディーゼル発電機２０によって、停電時に生じる突入電流を吸収しつつ、安定して特定電力負荷に電力を供給することができる。
【００１９】
上記発電装置Ｂは、同期発電機２１，３１をエンジン２２，３２で駆動する形態で発電を行う一般的な発電装置として構成されており、同期発電機２１，３１の発電電力を電力変換部２５により基準電圧及び基準周波数に変換する電力変換部２５，３５と、エンジン２２，３２の回転数を所望の設定回転数に設定する形態でエンジン２２，３２の出力を制御する制御部２６，３６とが設けられている。
また、電力変換部２５，３５は、同期発電機２１，３１の出力端の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ２５ｂ，３５ｂと、コンバータ２５ｂ，３５ｂから出力される直流電圧を交流電圧に変換して出力するインバータ２５ａ，３５ａとを備える。尚、コンバータ２５ｂ，３５ｂ、インバータ２５ａ，３５ａは、何れも双方向に電圧変換可能な構成とする。
更に、ディーゼル発電機２０の制御部２６は、電力変換部２５から出力される出力電圧が基準電圧に維持されるように発電出力を調整する発電電圧制御を実行するものとして構成されている。
【００２０】
エンジン２２，３２には、制御部２６，３６からの指令によりエンジン２２，３２を起動させるためのセルモータ２３，３３が付設されている。
そして、ディーゼル発電機２０は、外部からの電力供給が無い状態でも、内蔵するバッテリー２８に予め蓄えた電力をセルモータ２３に供給して当該セルモータ２３を作動させる形態で自立起動可能に構成されている。尚、このバッテリー２８には、図示は省略するが、電力出力側から取り込んだ電力を予め蓄電するように構成されている。
一方、連系発電装置３０は、電力変換部３５の直流線から直流電力を取り込む電源回路３４が設けられており、当該電源回路３４で取り込んだ電力をセルモータ３３に供給して当該セルモータ３３を作動させる形態で起動可能に構成されている。
【００２１】
ディーゼル発電機２０は、装置内に備えられた燃料タンク２９にある燃料によって稼動する。このため、ディーゼル発電機２０が出力可能な総発電量は限られている。一方、連系発電装置３０としては、本実施形態においては、外部から供給されるガスにより稼動する小型のガスエンジンを複数用いている。ガスエンジンの場合には、燃料切れの心配がない一方、インバータの電流制限により、大きな負荷に対しては電力供給が難しいという特徴がある。
【００２２】
非常用発電システムには、更に、商用電力系統１から電力線２が受電する受電電力を計測する電力計測器１２の計測結果を参照することで、商用電力系統１からの受電が停止する停電を検出する停電検出手段Ｅに加え、この停電検出手段Ｅにより停電が検出された停電時に、一般電力負荷４を複数の発電装置Ｂから解列させて、複数の発電装置Ｂの発電電力を特定電力負荷８のみに供給する状態とする停電時解列手段Ｄが設けられている。
更に、この停電検出手段Ｅにより停電が検出された停電時に、複数の発電装置Ｂを起動させる停電時起動処理を実行した上で、複数の発電装置Ｂの発電出力を制御して、当該複数の発電装置Ｂの発電電力を特定電力負荷８に供給する停電時発電制御を実行する発電出力制御手段Ｃを備える。尚、これら停電検出手段Ｅ、停電時解列手段Ｄ、発電出力制御手段Ｃは、コンピュータ等からなる制御装置５０が所定のプログラムを実行することにより機能するものとして構成されている。
【００２３】
この停電時解列手段Ｄは、下記に説明する切替器５及び１６の状態を切り替えることで、一般電力負荷４を複数の発電装置Ｂから解列させる。
【００２４】
この切替器５は、商用電力系統１及び一般電力負荷４が接続された電力線２と、ディーゼル発電機２０が接続された電力線６との間に設けられている。具体的に、この切替器５は、トランスファ接点式（電圧ＯＮ／ＯＦＦで切り替わる）のスイッチで構成されており、この切替器５に対して、商用電力系統１及び一般電力負荷４が接続された電力線２が常開接点５ａに接続され、ディーゼル発電機２０の電力出力側が常閉接点５ｂに接続され、特定電力負荷８が接続された電力線が共通接点５ｃに接続されている。
【００２５】
切替器１６は、商用電力系統１及び一般電力負荷４が接続された電力線２と、ディーゼル発電機２０が接続された電力線６との間に設けられている。この切替器１６に対して、商用電力系統１及び一般電力負荷４が接続された電力線２が常開接点１６ａに接続され、ディーゼル発電機２０の電力出力側が常閉接点１６ｂに接続され、連系発電装置３０が接続された電力線が共通接点１６ｃに接続されている。
【００２６】
即ち、切替器５及び切替器１６をＯＮ状態（共通接点５ｃを常開接点５ａに接続し、共通接点１６ｃを常開接点１６ａと接続する状態）とすることで、商用電力系統１と電力線２と特定電力負荷８とが接続されるとともに、連系発電装置３０の電力出力側が電力線２に接続されるので、商用電力系統１から受電した受電電力と連系発電装置３０が発電した発電電力とを、全ての電力負荷Ａに供給することができるようになる。
【００２７】
一方、これら切替器５及び切替器１６をＯＦＦ状態（共通接点５ｃを常閉接点５ｂに接続、共通接点１６ｃを常閉接点１６ｂと接続する状態）とすることで、電力線２に対して特定電力負荷８及び連系発電装置３０が解列されるので、複数の発電装置Ｂが発電した発電電力を特定電力負荷８のみに供給することができるようになる。
よって、上記停電時解列手段Ｄは、この停電検出手段Ｅにより停電が検出された停電時に、上記切替器５及び切替器１６をＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えることで、一般電力負荷４を連系発電装置３０から解列させて、複数の発電装置Ｂの発電電力を特定電力負荷８のみに供給する状態とすることができる。
【００２８】
上記発電出力制御手段Ｃは、停電検出手段Ｅにより停電が検出されると、まず停電時起動処理を行う。停電時起動処理では、ディーゼル発電機２０のみを自立起動させる。その後、停電時発電制御を行う。停電時発電制御では、まず、ディーゼル発電機２０から特定電力負荷８及び連系発電装置３０に電力が供給される。さらに、連系発電装置３０が起動する。連系発電装置３０の制御部３６との通信が可能になると連系発電装置３０で発電を開始し、連系発電装置３０から特定電力負荷８に電力を供給する。そして、連系発電装置３０の発電出力に合わせ、ディーゼル発電機２０の発電出力を抑制する。
【００２９】
非常用発電システムにおける発電装置Ｂの台数は、特定電力負荷８の最大電力消費量等に合わせて決定される。本実施形態においては、１台のディーゼル発電機２０と、複数の連系発電装置３０とを設けているが、各発電装置Ｂの台数は適宜変更可能である
【００３０】
以下、停電検出手段Ｅにより停電が検出された停電時に各手段により実行される処理フローの詳細について説明する。
先ず、停電検出手段Ｅにより停電が検出されると、停電時解列手段Ｄにより、切替器５及び切替器１６がＯＮ状態からＯＦＦ状態に切り替えられて、一般電力負荷４が複数の発電装置Ｂから解列された状態となる。
その後、発電出力制御手段Ｃにより、各発電装置Ｂに対して電力負荷が投入されていない無負荷の状態で、ディーゼル発電機２０を起動させる停電時起動処理が実行される。
この停電時起動処理では、ディーゼル発電機２０を自立起動させる。その後、停電時発電制御として、ディーゼル発電機２０の発電電力を、電力線６を介して連系発電装置３０に供給することで、当該ディーゼル発電機２０の発電電力を利用して連系発電装置３０を起動させる。
尚、この停電時発電制御において、連系発電装置３０を起動させるにあたっては、本実施形態のように連系発電装置３０が複数台備えられている場合には、複数の連系発電装置３０を同時に起動させるのでは無く、それら連系発電装置３０を順次起動させる。これにより、連系発電装置３０を起動させることでディーゼル発電機への突入電流が瞬間的に過大となることが回避される。
【００３１】
発電出力制御手段Ｃは、停電時において、上記停電時起動処理を実行して複数の発電装置Ｂを起動させた上で、停電時発電出力制御を実行する。具体的には、停電時発電出力制御において、連系発電装置３０の発電出力を増加させるとともに、その増加分だけディーゼル発電機２０の発電出力を減少させる。このとき、連系発電装置３０の発電出力に余裕があれば、ディーゼル発電機２０の発電出力をゼロとし、連系発電装置３０のみで特定電力負荷８に対して電力を供給するようにしても構わない。
これにより、ディーゼル発電機２０の発電出力を抑制し、停電時における発電装置Ｂの運転時間を長期化することができる。
【００３２】
〔別実施形態〕
上記実施形態においては、非常用発電機としてディーゼル発電機を用いる場合の一例を示したが、非常用発電機として他の発電機を用いても構わない。本願発明に用いる非常用発電機としては、自立起動可能で、かつ、有限の燃料で稼動する発電機であれば良い。具体的には、非常用発電機として、油焚きガスタービンや、ＬＰＧエアで起動するエンジンなどを用いても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、発電電力を電力負荷に供給可能な発電機と、商用電力系統からの受電が停止する停電を検出する停電検出手段と、前記停電検出手段による停電検出時に、前記電力負荷のうち特定電力負荷を除く一般負荷を前記発電機から解列させて、前記発電機の発電電力を前記特定電力負荷のみに供給する状態とする一般負荷解列手段と、前記停電検出手段による停電検出時に、前記発電機を起動させる停電時起動処理を実行した上で、前記発電機の発電出力を制御する停電時発電制御を実行して、当該発電機の発電電力を前記特定電力負荷に供給する制御手段を備えた非常用発電システムに適応可能である。
【符号の説明】
【００３４】
１        ：商用電力系統
４        ：一般電力負荷
８        ：特定電力負荷
２０      ：ディーゼル発電機（非常用発電機）
２９      ：燃料タンク
３０      ：連系発電装置（副発電機）
５０      ：制御装置（制御手段）
Ａ        ：電力負荷
Ｂ        ：発電装置（発電機）
Ｃ        ：発電出力制御手段（制御手段）
Ｄ        ：停電時解列手段（一般負荷解列手段）
Ｅ        ：停電検出手段
【図１】
2015226426.tif 000003
【図２】
2015226426.tif 000004