(57)【要約】【課題】ガスエンジン発電機の利用効率の低下を抑制しつつ、ガスエンジン発電機による自立運転時の周波数安定性を向上させる。【解決手段】電力供給装置には、ガスエンジン１１によって発電機１２を駆動することで電力を発生するガスエンジン発電機１０および電力を貯蔵する無停電電源装置３３が設けられ、ランプ関数出力制御手段２５は、ランプ関数に従って無停電電源装置３３に充放電を行わせることで、ガスエンジン発電機１０から電力が供給される負荷１９の変動分を補償する。【選択図】      図１
2008301545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用系統に連系され、ガスエンジンによって発電機を駆動することで電力を発生するガスエンジン発電機と、
前記商用系統に連系されて電力を貯蔵する電力貯蔵装置と、
前記ガスエンジン発電機の自立運転時に、ランプ関数に従って前記電力貯蔵装置に充放電を行わせることで、前記ガスエンジン発電機から電力が供給される負荷の変動分を補償するランプ関数出力制御手段とを備えることを特徴とする電力供給装置。
【請求項２】
前記電力貯蔵装置は交直変換装置であることを特徴とする請求項１記載の電力供給装置。
【請求項３】
前記電力貯蔵装置は無停電電源装置であることを特徴とする請求項１記載の電力供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電力供給装置に関し、特に、自立運転時にガスエンジン発電機から電力を供給する場合に、変動の大きな負荷に対して安定して運転を行うことが可能な自家発電用電源装置に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
商用系統の停電時に商用系統から自立して電力を供給できるようにするために、ガスエンジンやガスタービンやディーゼルエンジンなどの原動機によって駆動される発電機を持つ自家発電設備が用いられ、特に、原動機として希薄燃焼型ガスエンジンを用いる方法は効率が高いという特徴がある。
図７は、従来のガスエンジン発電機を用いた電力供給装置の概略構成を示すブロック図である。
図７において、ガスエンジン発電機５０ａには、ガスエンジン５１ａおよび発電機５２ａが設けられている。そして、発電機５２ａは、遮断器５７ｂおよびトランス５８を介して負荷５９に接続されるとともに、商用電源５６は、遮断器５７ａおよびトランス５８を介して負荷５９に接続されている。
【０００３】
また、ガスエンジン発電機５０ｂには、ガスエンジン５１ｂおよび発電機５２ｂが設けられている。そして、発電機５２ｂは、遮断器５７ｃおよびトランス５８を介して負荷５９に接続することができる
そして、通常時においては、遮断器５７ａ、５７ｂは投入され、商用電源５６にて発生された電力が遮断器５７ａおよびトランス５８を介して負荷５９に供給される。
そして、商用電源５６の停電時において、ガスエンジン発電機５０ａのみを用いて自立運転を行う場合、遮断器５７ａが開放されるとともに、遮断器５７ｂが投入される。そして、ガスエンジン５１ａを動作させて発電機５２ａを駆動することで、発電機５２ａを発電させる。そして、発電機５２ａにて発電された電力が遮断器５７ｂよびトランス５８を介して負荷５９に供給される。
【０００４】
ここで、自立運転時にガスエンジン発電機５０ａを１台だけ用いると、図８（ａ）に示すように、負荷５９の変動が大きいと周波数の変動が大きくなり、規定の周波数を逸脱してガスエンジン発電機５０ａが停止する可能性がある。
このため、図８（ｂ）に示すように、複数のガスエンジン発電機５０ａ、５０ｂを同時に用いることで、ガスエンジン発電機５０ａ、５０ｂの負荷投入率を下げ、ガスエンジン発電機５０ａ、５０ｂの１台当たりの負荷変動を負荷変動許容値範囲内に抑えることが行われている。
【０００５】
すなわち、商用電源５６の停電時において、複数のガスエンジン発電機５０ａ、５０ｂを用いて自立運転を行う場合、遮断器５７ａが開放されるとともに、遮断器５７ｂ、５７ｃが投入される。そして、ガスエンジン発電機５１ａ、５１ｂを同時に動作させて発電機５２ａ、５２ｂをそれぞれ駆動することで、発電機５２ａ、５２ｂに発電させる。そして、発電機５２ａ、５２ｂにて発電された電力が遮断器５７ｂ、５７ｃをそれぞれ介し、さらにトランス５８を介した上で負荷５９に供給される。
【０００６】
また、自立運転時の周波数安定性を確保するために、ガスエンジン発電機５１ａの代わりに負荷変動許容値範囲の大きなストイキエンジンを用いる方法もある。
また、例えば、特許文献１には、常時運転される発電機を電力系統に連系した電力供給システムにおいて、瞬時電圧低下や停電の発生時に電力系統を遮断する場合に、最重要負荷に瞬時電圧低下や停電の影響を及ぼさないようにするために、無停電電源装置の電力供給手段としてコンデンサまたは電気二重層コンデンサまたはフライホイールもしくは超伝導電力貯蔵のいずれかを用いる方法が開示されている。
【０００７】
また、例えば、特許文献２には、商用系統から自立して自家発電設備を運転するにあたって、負荷変動に伴なって生じる不都合を取り除くために、負荷増加を検出すると、電力貯蔵手段から放電して負荷の増加分を電力貯蔵手段に負担させ、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する方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−６１２３８号公報
【特許文献２】特開２００７−６５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、自立運転時の周波数安定性を確保するために、複数のガスエンジン発電機５０ａ、５０ｂを用いて自立運転を行う方法では、ガスエンジン発電機５０ａ、５０ｂの利用効率を低下させるという問題があった。
また、ガスエンジン発電機５１ａの代わりにストイキエンジンを用いる方法では、発電効率が低下するため、ランニングコストが上昇するという問題があった。
そこで、本発明の目的は、ガスエンジン発電機の利用効率の低下を抑制しつつ、ガスエンジン発電機による自立運転時の周波数安定性を向上させることが可能な電力供給装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するために、請求項１記載の電力供給装置によれば、商用系統に連系され、ガスエンジンによって発電機を駆動することで電力を発生するガスエンジン発電機と、前記商用系統に連系されて電力を貯蔵する電力貯蔵装置と、前記ガスエンジン発電機の自立運転時に、ランプ関数に従って前記電力貯蔵装置に充放電を行わせることで、前記ガスエンジン発電機から電力が供給される負荷の変動分を補償するランプ関数出力制御手段とを備えることを特徴とする。
また、請求項２記載の電力供給装置によれば、前記電力貯蔵装置は交直変換装置であることを特徴とする。
また、請求項３記載の電力供給装置によれば、前記電力貯蔵装置は無停電電源装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明によれば、ガスエンジン発電機の負荷の変動が大きい場合においても、ガスエンジン発電機の出力変化率を一定に保ちつつ、変動時の負荷をガスエンジン発電機に移行させることができ、ガスエンジン発電機の負荷変動を負荷変動許容値範囲内に抑えつつ、安定状態に早期に移行させることが可能となるとともに、負荷移行時の電力貯蔵装置からの放電電力量を小さくすることができる。このため、ガスエンジン発電機の利用効率の低下を抑制しつつ、ガスエンジン発電機による自立運転時の周波数安定性を向上させることが可能となるとともに、電力貯蔵装置のバッテリ容量を小さくすることができ、設置スペースを節約することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係る電力供給装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る電力供給装置の概略構成を示すブロックである。
図１において、電力供給装置には、ガスエンジン１１によって発電機１２を駆動することで電力を発生するガスエンジン発電機１０および電力を貯蔵する交直変換装置（ＰＣＳ：Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）１３が設けられている。ここで、ガスエンジン発電機１０には、ガスを燃料として発電機１２を駆動するガスエンジン１１およびガスエンジン１１からの駆動力によって発電を行う発電機１２が設けられている。また、交直変換装置１３には、直流を交流に変換する並列インバータ１４および電力を貯蔵するバッテリ１５が設けられている。
【００１２】
そして、発電機１２は、遮断器１７ｂ、１７ｃおよびトランス１８を介して負荷１９に接続されるとともに、商用電源１６は、遮断器１７ａ、１７ｃおよびトランス１８を介して負荷１９に接続されている。また、トランス１８の後段には交直変換装置１３が配置され、バッテリ１５は並列インバータ１４を介して負荷１９に接続されている。
また、電力供給装置には、交直変換装置１３の出力を制御するランプ関数出力制御手段２５が設けられ、ランプ関数出力制御手段２５は、ランプ関数に従って交直変換装置１３に充放電を行わせることで、ガスエンジン発電機１０から電力が供給される負荷１９の変動分を補償することができる。
【００１３】
そして、通常時においては、遮断器１７ａ〜１７ｃが投入され、商用電源１６にて発生された電力が遮断器１７ａ、１７ｃおよびトランス１８を介して負荷１９に供給される。
そして、商用電源１６の停電時においては、遮断器１７ａが開放されるとともに、遮断器１７ｂ、１７ｃが投入される。そして、ガスエンジン１１は発電機１２を駆動することで発電機１２を発電させ、遮断器１７ｂ、１７ｃおよびトランス１８を介して負荷１９に電力を供給するとともに、ランプ関数出力制御手段２５は、ガスエンジン発電機１０から電力が供給される負荷１９の変動分が補償されるように、ランプ関数に従って交直変換装置１３に充放電を行わせることができる。
【００１４】
これにより、ガスエンジン発電機１０の負荷１９の変動が大きい場合においても、ガスエンジン発電機１０の出力変化率を一定に保ちつつ、変動時の負荷１９をガスエンジン発電機１０に移行させることができ、ガスエンジン発電機１０の負荷変動を負荷変動許容値範囲内に抑えつつ、安定状態に早期に移行させることが可能となるとともに、負荷移行時の交直変換装置１３からの放電電力量を小さくすることができる。このため、ガスエンジン発電機１０の利用効率の低下を抑制しつつ、ガスエンジン発電機１０による自立運転時の周波数安定性を向上させることが可能となるとともに、交直変換装置１３のバッテリ容量を小さくすることができ、設置スペースを節約することができる。
【００１５】
図２は、図１の電力供給装置の動作を示すタイミングチャートである。
図２において、通常時においては、遮断器１７ａ〜１７ｃが投入され、商用電源１６にて発生された電力が遮断器１７ａ、１７ｃおよびトランス１８を介して負荷１９に供給されるとともに、交直変換装置１３は浮動充電状態に保たれる。そして、時刻ｔ１において、商用電源１６が停電すると、時刻ｔ２において、遮断器１７ａ、１７ｂが開放され、ガスエンジン発電機１０は待機運転状態になるとともに、時刻ｔ３において、交直変換装置１３は、遮断器１７ａ、１７ｂが開放されたのを確認して負荷１９に電力を供給する。
【００１６】
そして、時刻ｔ４において、ガスエンジン発電機１０は、交直変換装置１３の出力と同期をとりながら交直変換装置１３と並列運転を行い、自立運転状態に移行する。ここで、ガスエンジン発電機１０の自立運転状態において、ランプ関数出力制御手段２５は、ガスエンジン発電機１０の出力変化率が一定に保たれるようにランプ関数に従って交直変換装置１３に放電を行わせ、ガスエンジン発電機１０の出力変化率が一定に保たれるように制御する。
【００１７】
そして、時刻ｔ５において、ガスエンジン発電機１０の出力が安定すると、ランプ関数出力制御手段２５は、交直変換装置１３からの出力を停止させ、ガスエンジン発電機１０のみによる自立運転状態に移行させる。
そして、時刻ｔ６において、ガスエンジン発電機１０から電力が供給される負荷１９が増大すると、ランプ関数出力制御手段２５は、ガスエンジン発電機１０から電力が供給される負荷１９の増大分が補償されるようにランプ関数に従って交直変換装置１３に放電を行わせ、ガスエンジン発電機１０の出力変化率が一定に保たれるように制御する。
【００１８】
そして、時刻ｔ７において、ガスエンジン発電機１０の出力が安定すると、ランプ関数出力制御手段２５は、交直変換装置１３からの出力を停止させ、ガスエンジン発電機１０のみによる自立運転状態に移行させる。
さらに、時刻ｔ８において、ガスエンジン発電機１０から電力が供給される負荷１９が減少すると、ランプ関数出力制御手段２５は、ガスエンジン発電機１０から電力が供給される負荷１９の減少分が補償されるようにランプ関数に従って交直変換装置１３に充電を行わせ、ガスエンジン発電機１０の出力変化率が一定に保たれるように制御する。
【００１９】
そして、時刻ｔ９において、ガスエンジン発電機１０の出力が安定すると、ランプ関数出力制御手段２５は、交直変換装置１３からの出力を停止させ、ガスエンジン発電機１０のみによる自立運転状態に移行させる。
そして、時刻ｔ１０において、商用電源１６が復電すると、遮断器１７ａ〜１７ｃが投入され、商用電源１６にて発生された電力が遮断器１７ａ、１７ｃおよびトランス１８を介して負荷１９に供給されるとともに、交直変換装置１３は浮動充電状態に保たれる。
【００２０】
図３は、図２のタイミングチャートにおいてランプ関数制御による負荷変動の補償方法を示す図である。
図３の時刻ｔ６〜ｔ７において、ガスエンジン発電機１０から電力が供給される負荷１９が増大すると、ランプ関数出力制御手段２５は、ガスエンジン発電機１０から電力が供給される負荷１９の増大分が補償されるようにランプ関数に従って交直変換装置１３に放電を行わせることができる。また、時刻ｔ８〜ｔ９において、ガスエンジン発電機１０から電力が供給される負荷１９が減少すると、ランプ関数出力制御手段２５は、ガスエンジン発電機１０から電力が供給される負荷１９の減少分が補償されるようにランプ関数に従って交直変換装置１３に充電を行わせることができる。
このため、ガスエンジン発電機１０の負荷１９の変動が大きい場合においても、ガスエンジン発電機１０の出力変化率を一定に保ちつつ、変動時の負荷１９をガスエンジン発電機１０に移行させることができ、規定の周波数を逸脱してガスエンジン発電機１０が停止するのを防止することができる。
【００２１】
図４は、負荷変動の補償時におけるランプ関数制御と一次遅れ関数制御とを比較して示すタイミングチャートである。
図４において、ガスエンジン発電機１０の出力変化率は、負荷移行時の発電機出力曲線の傾きθが最も大きなところで制約を受ける。ここで、一次遅れ関数Ｆ２では、ガスエンジン発電機１０の出力変化率が立ち上がり時に最も大きいため、一次遅れ時定数は、ガスエンジン発電機１０の立ち上がり時の出力変化率で決定される。そして、一次遅れ関数Ｆ２が立ち上がった後はガスエンジン発電機１０の出力変化率が徐々に小さくなる。
【００２２】
一方、ランプ関数Ｆ１では、負荷移行中はガスエンジン発電機１０の出力変化率は一定である。
このため、ガスエンジン発電機１０の立ち上がり時の出力変化率がランプ関数Ｆ１と一次遅れ関数Ｆ２とで同じ場合、一次遅れ関数Ｆ２では、時刻ｔ１３において負荷移行が完了するのに対し、ランプ関数Ｆ１では、時刻ｔ１２において負荷移行が完了することができ、一次遅れ関数Ｆ２に比べて早期に安定状態に移行することができる。
また、ランプ関数Ｆ１では、交直変換装置１３の放電電力量は面積（１）に相当するのに対して、一次遅れ関数Ｆ２では、交直変換装置１３の放電電力量は面積（１）に加え、面積（２）に相当する部分が余計に必要となることから、ランプ関数Ｆ１を用いることで交直変換装置１３のバッテリ容量を小さくすることができ、設置スペースを節約することができる。
【００２３】
図５は、本発明の第２実施形態に係る電力供給装置の概略構成を示すブロック図である。
図５において、電力供給装置には、ガスエンジン３１によって発電機３２を駆動することで電力を発生するガスエンジン発電機３０および電力を貯蔵する無停電電源装置（ＵＰＳ：Ｕｎｉｎｔｅｒｒｒｕｐｔｉｂｌｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｕｐｐｌｙ）３３が設けられている。ここで、ガスエンジン発電機３０には、ガスを燃料として発電機３２を駆動するガスエンジン３１およびガスエンジン３１からの駆動力によって発電を行う発電機３２が設けられている。また、無停電電源装置３３には、直流を交流に変換する並列インバータ３４、直流を交流に変換する直列インバータ４２、商用電源１６からの出力を遮断するＡＣスイッチ４０、電圧変換を行うトランス４１および電力を貯蔵するバッテリ３５が設けられている。
【００２４】
そして、発電機３２は、遮断器３７ｂ、３７ｃ、トランス３８およびＡＣスイッチ４０を介して負荷３９に接続されるとともに、商用電源３６は、遮断器３７ａ、３７ｃ、トランス３８およびＡＣスイッチ４０を介して負荷３９に接続されている。また、トランス３８の後段には無停電電源装置３３が配置され、バッテリ３５は、並列インバータ３４を介して負荷３９に接続されるとともに、直列インバータ４２およびトランス４１を介して負荷３９に接続されている。
【００２５】
また、電力供給装置には、無停電電源装置３３の出力を制御するランプ関数出力制御手段４５が設けられ、ランプ関数出力制御手段４５は、ランプ関数に従って無停電電源装置３３に充放電を行わせることで、ガスエンジン発電機３０から電力が供給される負荷３９の変動分を補償することができる。
そして、通常時においては、遮断器３７ａ〜３７ｃが投入され、商用電源３６にて発生された電力が遮断器３７ａ、３７ｃおよびトランス３８を介して負荷３９に供給されるとともに、無停電電源装置３３のバッテリ３５に充電が行われる。
【００２６】
そして、商用電源３６の停電時においては、遮断器３７ａが開放されるとともに、遮断器３７ｂ、３７ｃが投入される。そして、ガスエンジン３１は発電機３２を駆動することで発電機３２を発電させ、遮断器３７ｂ、３７ｃよびトランス３８を介して負荷３９に電力を供給するとともに、ランプ関数出力制御手段４５は、ガスエンジン発電機３０から電力が供給される負荷３９の変動分が補償されるように、ランプ関数に従って無停電電源装置３３に充放電を行わせることができる。
【００２７】
これにより、ガスエンジン発電機３０の負荷３９の変動が大きい場合においても、ガスエンジン発電機３０の出力変化率を一定に保ちつつ、変動時の負荷３９をガスエンジン発電機３０に移行させることができ、ガスエンジン発電機３０の負荷変動を負荷変動許容値範囲内に抑えつつ、安定状態に早期に移行させることが可能となるとともに、負荷移行時の無停電電源装置３３からの放電電力量を小さくすることができる。このため、ガスエンジン発電機３０の利用効率の低下を抑制しつつ、ガスエンジン発電機３０による自立運転時の周波数安定性を向上させることが可能となるとともに、無停電電源装置３３のバッテリ容量を小さくすることができ、設置スペースを節約することができる。
【００２８】
また、負荷３９の急激な負荷変動特性に寄らずに負荷３９の大きさを考慮することでガスエンジン発電機３０を選定することができ、発電効率の高いガスエンジン発電機３０を用いることが可能となることから、ガスエンジン発電機３０の容量を小さくすることができ、ガスエンジン発電機３０の利用効率を向上させることが可能となるとともに、設置スペースを節約することができる。
【００２９】
図６は、図５の電力供給装置の動作を示すタイミングチャートである。
図６において、通常時においては、遮断器３７ａ〜３７ｃが投入され、商用電源３６にて発生された電力が遮断器３７ａ、３７ｃおよびトランス３８を介して負荷３９に供給されるとともに、無停電電源装置３３は浮動充電状態に保たれる。そして、時刻ｔ２１において、商用電源３６が停電すると、時刻ｔ２２において、無停電電源装置３３は、ＡＣスイッチ４０にて商用電源３６の出力を高速に遮断し、無瞬断かつ無停電で負荷３９に電力を供給するとともに、遮断器３７ａが開放され、ガスエンジン発電機３０は待機運転状態になる。
【００３０】
そして、時刻ｔ２３において、無停電電源装置３３は、ガスエンジン発電機３０の出力と同期をとりながらガスエンジン発電機３０と並列運転を行い、自立運転状態に移行する。ここで、無停電電源装置３３の自立運転状態において、ランプ関数出力制御手段４５は、ガスエンジン発電機３０の出力変化率が一定に保たれるようにランプ関数に従って無停電電源装置３３に放電を行わせ、ガスエンジン発電機３０の出力変化率が一定に保たれるように制御する。
【００３１】
そして、時刻ｔ２４において、ガスエンジン発電機３０の出力が安定すると、ランプ関数出力制御手段４５は、無停電電源装置３３からの出力を停止させ、ガスエンジン発電機３０のみによる自立運転状態に移行させる。
そして、時刻ｔ２５において、ガスエンジン発電機３０から電力が供給される負荷３９が増大すると、ランプ関数出力制御手段４５は、ガスエンジン発電機３０から電力が供給される負荷３９の増大分が補償されるようにランプ関数に従って無停電電源装置３３に放電を行わせ、ガスエンジン発電機３０の出力変化率が一定に保たれるように制御する。
【００３２】
そして、時刻ｔ２６において、ガスエンジン発電機３０の出力が安定すると、ランプ関数出力制御手段４５は、無停電電源装置３３からの出力を停止させ、ガスエンジン発電機３０のみによる自立運転状態に移行させる。
さらに、時刻ｔ２７において、ガスエンジン発電機３０から電力が供給される負荷３９が減少すると、ランプ関数出力制御手段４５は、ガスエンジン発電機３０から電力が供給される負荷３９の減少分が補償されるようにランプ関数に従って無停電電源装置３３に充電を行わせ、ガスエンジン発電機３０の出力変化率が一定に保たれるように制御する。
【００３３】
そして、時刻ｔ２８において、ガスエンジン発電機３０の出力が安定すると、ランプ関数出力制御手段４５は、無停電電源装置３３からの出力を停止させ、ガスエンジン発電機３０のみによる自立運転状態に移行させる。
そして、時刻ｔ２９において、商用電源３６が復電すると、遮断器３７ａ〜３７ｃが投入され、商用電源３６にて発生された電力が遮断器３７ａ、３７ｃおよびトランス３８を介して負荷３９に供給されるとともに、無停電電源装置３３は浮動充電状態に保たれる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電力供給装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１の電力供給装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図３】図２のタイミングチャートにおいてランプ関数制御による負荷変動の補償方法を示す図である。
【図４】負荷変動の補償時におけるランプ関数制御と一次遅れ関数制御とを比較して示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の第２実施形態に係る電力供給装置の概略構成を示すブロック図である。
【図６】図５の電力供給装置の動作を示すタイミングチャートである。
【図７】従来のガスエンジン発電機を用いた電力供給装置の概略構成を示すブロック図である。
【図８】従来のガスエンジン発電機を用いた電力供給装置における負荷の変動分の補償方法を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３５】
１０、３０  ガスエンジン発電機
１１、３１  ガスエンジン
１２、３２  発電機
１３  交直変換装置
１４、３４  並列インバータ
１５、３５  バッテリ
１６、３６  商用電源
１７ａ〜１７ｃ、３７ａ〜３７ｃ  遮断器
１８、３８、４１  トランス
１９、３９  負荷
２５、４５  ランプ関数出力制御手段
３３  無停電電源装置
４０  ＡＣスイッチ
４２  直列インバータ
【図１】
2008301545.tif 000003
【図２】
2008301545.tif 000004
【図３】
2008301545.tif 000005
【図４】
2008301545.tif 000006
【図５】
2008301545.tif 000007
【図６】
2008301545.tif 000008
【図７】
2008301545.tif 000009
【図８】
2008301545.tif 000010