(57)【要約】【課題】インバータの装置製造コストを低減させることができるとともに、電力制御の制御スピードの向上を図る。【解決手段】コントローラ１１０は、ガスエンジン１３あるいは発電機１４の回転数を検出し、発電により得た電力を商用電力に整合させた電力である整合電力に変換するに際し、検出した回転数に基づいて生成すべき整合電力の電力量を設定する。【選択図】　　　図２
2004088889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、前記エンジンにより駆動され、発電を行う発電機を有する系統連系発電装置において、
前記エンジンあるいは前記発電機の稼働状態についての情報である稼働情報を検出する稼働情報検出部と、
前記発電により得た電力を商用電力に整合させた電力である整合電力に変換するに際し、前記稼働情報に基づいて生成すべき前記整合電力の電力量を設定する電力量設定部と、
を備えたことを特徴とする系統連系発電装置。
【請求項２】
エンジン、前記エンジンにより駆動され、発電を行う発電機および前記発電により得られた電力を商用電力に整合させた電力である整合電力に変換するインバータ部を備えた系統連系発電装置において、
前記インバータ部は、前記エンジンあるいは前記発電機の稼働状態についての情報である稼働情報を検出する稼働情報検出部と、
前記発電により得た電力を商用電力に整合させた電力である整合電力に変換するに際し、前記稼働情報に基づいて生成すべき前記整合電力の電力量を設定する電力量設定部と、
を備えたことを特徴とする系統連系発電装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の系統連系発電装置において、前記稼働情報は、前記エンジンあるいは前記発電機のロータの回転数についての情報であることを特徴とする系統連系発電装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の系統連系発電装置において、
前記エンジンは、設定された供給電力量に基づいて前記稼働状態が設定されることを特徴とする系統連系発電装置。
【請求項５】
エンジンと、前記エンジンにより駆動され、発電を行う発電機を有する系統連系発電装置の制御方法において、
前記エンジンあるいは前記発電機の稼働状態についての情報である稼働情報を検出する稼働情報検出過程と、
前記発電により得た電力を商用電力に整合させた電力である整合電力に変換するに際し、前記稼働情報に基づいて生成すべき前記整合電力の電力量を設定する電力量設定過程と、
を備えたことを特徴とする系統連系発電装置の制御方法。
【請求項６】
請求項５記載の系統連系発電装置の制御方法において、
前記稼働情報は、前記エンジンあるいは前記発電機のロータの回転数についての情報であることを特徴とする系統連系発電装置の制御方法。
【請求項７】
請求項５または請求項６記載の系統連系発電装置の制御方法において、
設定された供給電力量に基づいて前記エンジンの稼働状態を設定するエンジン稼働状態設定過程を備えたことを特徴とする系統連系発電装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスエンジン等をエネルギー源として発電した電力を商用電力と連系するための変換を行う系統連系発電装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ガスエンジンにより発電機を駆動し、発生した熱および電力の双方の利用を行うコージェネレーションシステムが普及しつつある。このコージェネレーションシステムにおいては、ガスエンジンによる発電電力を商用電力へ連系し、構内負荷へ供給することにより、効率的なエネルギー利用を図る系統連系発電装置として機能するものも知られている。
【０００３】
このような系統連系発電装置では、発電した電力をインバータ装置を介して商用電力に対応する周波数、位相および電圧に変換し、商用電力と連系して構内負荷へ電力を供給することとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来のコージェネレーションシステムにおいては、インバータ装置を介して商用電力に重畳して供給するに際し、インバータ装置に通信機能を持たせ、通信を利用してメインコントローラが直接インバータの供給電力量を制御する構成を採っていた。
【０００５】
このため、インバータとしては通信機能を有するものが必要となり、インバータの制御スピードが遅く、制御スピード改善のためにはシステム構築コストの上昇を招くとともに、専用の制御プログラムを搭載する必要があり、開発期間も長期化するという問題点があった。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、コージェネレーションシステムにおいてインバータの制御スピードの向上を図るとともに、開発期間も短縮することが可能な系統連系発電装置およびその制御方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、エンジンと、前記エンジンにより駆動され、発電を行う発電機を有する系統連系発電装置は、前記エンジンあるいは前記発電機の稼働状態についての情報である稼働情報を検出する稼働情報検出部と、前記発電により得た電力を商用電力に整合させた電力である整合電力に変換するに際し、前記稼働情報に基づいて生成すべき前記整合電力の電力量を設定する電力量設定部と、を備えたことを特徴としている。
【０００８】
上記構成によれば、稼働情報検出部は、エンジンあるいは発電機の稼働状態についての情報である稼働情報を検出する。
【０００９】
電力量設定部は、発電により得た電力を商用電力に整合させた電力である整合電力に変換するに際し、稼働情報に基づいて生成すべき整合電力の電力量を設定する。
【００１０】
また、エンジン、前記エンジンにより駆動され、発電を行う発電機および前記発電により得られた電力を商用電力に整合させた電力である整合電力に変換するインバータ部を備えた系統連系発電装置において、インバータ部の稼働情報検出部は、エンジンあるいは発電機の稼働状態についての情報である稼働情報を検出する。
【００１１】
これにより電力量設定部は、発電により得た電力を商用電力に整合させた電力である整合電力に変換するに際し、稼働情報に基づいて生成すべき整合電力の電力量を設定する。
【００１２】
これらの場合において、前記稼働情報は、前記エンジンあるいは前記発電機のロータの回転数についての情報であるようにしてもよい。
【００１３】
また、前記エンジンは、設定された供給電力量に基づいて前記稼働状態が設定されるようにしてもよい。
【００１４】
また、エンジンと、前記エンジンにより駆動され、発電を行う発電機を有する系統連系発電装置の制御方法は、前記エンジンあるいは前記発電機の稼働状態についての情報である稼働情報を検出する稼働情報検出過程と、前記発電により得た電力を商用電力に整合させた電力である整合電力に変換するに際し、前記稼働情報に基づいて生成すべき前記整合電力の電力量を設定する電力量設定過程と、を備えたことを特徴としている。
【００１５】
この場合において、前記稼働情報は、前記エンジンあるいは前記発電機のロータの回転数についての情報であるようにしてもよい。
【００１６】
また、設定された供給電力量に基づいて前記エンジンの稼働状態を設定するエンジン稼働状態設定過程を備えるようにしてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は、実施形態の電力供給を主体としたコージェネレーションシステムの一部破断斜視図である。
【００１９】
コージェネレーションシステム１００は、大別すると、機械室１と、蓄熱室２と、放熱室３とを備えている。
【００２０】
機械室１内には、ベース部材１０上に底板１１が取り付けられ、この底板１１には、通気口１２が設けられている。そして、この底板１１に、内燃機関であるガスエンジン（駆動源）１３およびこのガスエンジン１３の駆動力で駆動される発電機１４とが配設されている。この発電機１４は、本実施形態では、三相交流電力を発電する。
【００２１】
また、機械室１内には、冷却水ポンプ１５と、排ガス装置１６と、図示しない燃料供給装置とが納められ、機械室１は外装パネル２０および外装パネル２１により覆われている。
【００２２】
また、蓄熱室２は、図１に示すように、ベース部材１０上にアングルで固定された給湯槽１７が納められ、蓄熱室２は、外装パネル２５と、外装パネル２６と、天面パネル２４とにより覆われている。
【００２３】
さらに、放熱室３は、機械室１の上部に鋼材１８ａ〜１８ｃおよび鋼材１９に支持されている。この放熱室３の底面には、ドレンパン３１が設けられており、蓄熱室２側の側壁には、仕切板２７が取り付けられている。また、放熱室３内には、放熱器３２と、制御ボックス３３と、送風機３４とが納められている。
【００２４】
さらにまた、放熱室３は、外装パネル２２と、スリット３５が設けられた外装パネル２３と、排気トップ３０および吹出しグリル２８が取り付けられた吹出し口２９を有した天面パネル２４とにより覆われている。
【００２５】
ここで、放熱器３２は、ガスエンジン１３の冷却水を流通させて放熱させる。
【００２６】
また、制御ボックス３３は、コージェネレーションシステム１００の制御を行なうコントローラ、発電した電力の供給を行なうインバータ装置を有する制御装置４０およびボックス内温度センサ４１を内蔵している。
【００２７】
さらに、送風機３４（送風機部）は、各部を冷却するための送風を行う。
【００２８】
放熱器３２は、放熱室３の１つ面へ側して配設され、制御ボックス３３は、そのケース上の前面にスリット４２と、裏面にスリット４３とが設けられて、放熱器３２と対向した面へ配設され、送風機３４は、この放熱室３の天面の天面パネル２４に設けられた吹出し口２９の直下に位置して配設されている。
【００２９】
図２は、実施形態のコージェネレーションシステムの概要構成ブロック図である。図２において、図１と同様の部分には同一の符号を付すものとする。
【００３０】
コージェネレーションシステム１００は、大別すると、ガスエンジン１３、動力伝達機構部５１、発電機１４、インバータ５２、エンジン制御部５３、負荷６０、排熱利用部６１、分電盤５４、電力積算計５５、メインブレーカ５６、負荷ブレーカ５８、インバータブレーカ５９およびコントローラ１１０を備えている。
【００３１】
ガスエンジン１３は、エンジン制御部５３の制御下で、都市ガスなどの一次エネルギー源６２を燃焼させてタイミングベルトおよびプーリなどで構成される動力伝達機構部５１を介して発電機１４を駆動する。これと並行してガスエンジン１３は、発生した熱を排熱として図示しない給湯器などの排熱利用部６１に供給する。
【００３２】
発電機１４は、動力伝達機構部５１を介してガスエンジン１３により駆動され、三相交流電力を発電する。
【００３３】
図３は、制御装置４０およびその周辺の詳細構成図である。
【００３４】
制御装置４０内のインバータ５２は、コントローラ１１０内のＩＧＢＴ駆動回路から供給されるスイッチング信号に応じて、発電機１４から供給される交流電力電力を、商用電源５９と同じ周波数（例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の交流電力に変換する。本実施形態におけるインバータ５２の出力は、系統と連系できる電力品質を実現している。
【００３５】
この場合において、エンジン制御部５３は、ガスエンジンの回転数を負荷６０への供給電力量に対応させて設定している。そこで、インバータ５２のコントローラ１１０には、発電機１４の回転数あるいはガスエンジン１３の回転数に対応する信号が入力されている。
【００３６】
ここで、図４を参照して、コントローラ１１０における発電機１４の回転数あるいはガスエンジン１３の回転数に対応する周波数を有する信号（交流波形）の入力回路について説明する。
【００３７】
コントローラ１１０の入力回路は、入力端子ＴＩＮを介して発電機１４の回転数あるいはガスエンジン１３の回転数に対応する周波数を有する信号が入力されると、抵抗Ｒ１　および抵抗Ｒ２　で構成される分圧回路により信号電圧が分圧され、コンパレータ１１０Ａの信号端子に対応する分圧電圧が印加される。
【００３８】
これによりコンパレータ１１０Ａは、基準電圧Ｖｒｅｆと分圧電圧を比較し、回転数に対応するパルス数を有するパルス信号に変換してフォトカプラ１１０Ｂに出力する。
【００３９】
これにより、発電機１４の回転数あるいはガスエンジン１３の回転数に対応するパルス信号は、入力端子ＴＩＮとは電気的に絶縁され、かつ、コンデンサ１１０Ｃによりノイズが除去された状態でコントローラ１１０のマイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）１１０Ｄに入力される。
【００４０】
これにより、ＭＰＵ１１０Ｄは、発電機１４の回転数あるいはガスエンジン１３の回転数をパルス信号のパルス数をカウントすることにより把握することとなる。
【００４１】
そして、発電機１４の回転数あるいはガスエンジン１３の回転数に対応する信号が入力され、発電機１４の回転数あるいはガスエンジン１３の回転数を検出すると、コントローラ１１０は、発電機１４の回転数あるいはガスエンジン１３の回転数に対応する供給電力量をそのまま、あるいは、発電機１４の回転数あるいはガスエンジン１３の回転数に対応する供給電力量から所定のマージン電力量を考慮した電力量を当該インバータの目標出力電力量（整合電力の電力量）として設定し、当該インバータ５２全体を制御することとなる。
【００４２】
より詳細には、インバータ５２は、設定された目標出力電力量に対して不足する場合には、自己の出力電流値を増加させて供給電力量を増大させ、目標出力電力が得られた場合には、その状態を維持することとなる。
【００４３】
ここで、図３を参照してインバータ５２の詳細動作を説明する。
【００４４】
制御装置４０は、図３に示すように、マイクロコンピュータを備えたコントローラ１１０を有している。このコントローラ１１０には、内蔵した図示しないＩＧＢＴ駆動回路を介してインバータ５２が接続されている。
【００４５】
インバータ５２は、電解コンデンサ１１６を有し、発電機１４によって発電された電力（３相交流電力）は、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）ブリッジ回路１１４を介して、交流／直流変換がなされ、直流電力として出力される。そして、出力された直流電力は、昇圧回路１１５を介して昇圧された後、電解コンデンサ１１６に蓄えられるようになっている。
【００４６】
昇圧回路１１５は、平滑用コンデンサ１１５Ａ、昇圧用リアクトル１１５Ｂ、ＩＧＢＴ１１５Ｃおよびダイオード１１５Ｄを備えている。
【００４７】
また、インバータ５２は、インバータ回路１１７を備えており、このインバータ回路１１７は、コントローラ１１０内のＩＧＢＴ駆動回路から供給されるスイッチング信号に応じて、発電機１４側から供給される直流電力を、商用電源と同じ周波数（例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の交流電力に変換する。
【００４８】
インバータ回路１１７で交流に変換された電力は、コンデンサ１１８及び平滑用リアクトル１１９、１２０、インバータブレーカ５７、スイッチ１２１、１２２（解列コンダクタ）を介して分電盤５４に出力されることとなる。
【００４９】
このとき、インバータ回路１１７から出力された交流電力は、コンデンサ１１８及び平滑用リアクトル１１９、１２０を通過することにより、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）状波から正弦波の交流電力として出力される。
【００５０】
また、コントローラ１１０は、電解コンデンサ１１５Ａの端子間電圧Ｖ１１５Ａ、電解コンデンサ１１６の端子間電圧Ｖ１１６、商用電力のＲ相電圧、Ｏ相電圧、Ｔ相電圧を監視して、インバータ回路１１７から出力される交流電力の電圧、位相および周波数が商用電力の電圧、位相、周波数に整合するように制御している。
【００５１】
一方、エンジン制御部５３は、インバータ５２からの供給電力量が負荷電力をを供給するように、ガスエンジン１３ひいては発電機１４の回転数を増加させるべく制御行うこととなる。
【００５２】
さらに、エンジン制御部５３は、ガスエンジン１３ひいては発電機１４の回転数を増加させてもインバータ５２からの供給電力量がいまだ不足する場合には、商用電源５９側からの電力を得ることで負荷６０に供給することとなる。この場合には、コントローラ１１０は、商用電源５９の電圧、周波数、位相を検出し、当該インバータ５２の動作を制御して出力する交流電力を商用電源５９からの電力に整合させることとなる。
【００５３】
従って、インバータ５２を含むガスエンジン１３側の最大電力供給能力を供給対象の負荷の要求電力量とほぼ等しく、あるいは、要求電力量よりも小さく設定することも可能となり、商用電源５９側からの電力を使用するのは、インバータ５２の供給電力が不足している場合などに限定される。これにより、コージェネレーションシステムの利用効率も向上し、特に電力供給コストが商用電源側からの電力供給コストと比較して安価な場合には、トータルなシステム運用コストを削減できることとなり、ユーザにとって系統連系発電装置を導入するメリットが大きいこととなる。
【００５４】
さらに、インバータ５２としては、通信インターフェースを有しない高速制御可能なインバータを用いることが可能となり、システム構築コストの低減を図ることができる。
【００５５】
以上においては、コージェネレーションシステム１００の機能の内、系統連系発電装置としての機能について述べたが、ガスエンジン１３を冷却する冷却水経路上に熱回収部としての廃熱利用部６１が設けられており、給湯槽１７への熱回収がなされて給湯が行われており、本来のコージェネレーションシステム１００の機能も提供されている。
【００５６】
以上の説明のように、本実施形態によれば、インバータとして通信インターフェース機能を有しないインバータを用いることができ、コージェネレーションシステムの構築コストを低減することが可能となる。
【００５７】
以上の説明においては、ガスエンジンあるいは発電機の回転数（稼働状態）を検出する構成を採っていたが、ガスエンジンおよび発電機の回転数（稼働状態）の双方を考慮して稼働状態を判別し、制御を行うように構成することも可能である。
【００５８】
以上の説明においては、ガスエンジンあるいは発電機の稼働状態として、それぞれの（ロータ）回転数を直接検出する構成を採っていたが、稼働状態の検出はガスエンジンあるいは発電機の回転数の直接検出に限定されるものではない。たとえば、回転数を間接的に検出したり、ガスエンジンへの燃料供給量、発電機の発電電圧など間接的な情報に基づいて、ガスエンジンあるいは発電機の稼働状態を検出するように構成することも可能である。
【００５９】
以上の説明においては、動力源として内燃機関の場合について述べたが、これに限られるものではなく、例えば、外燃機関であっても適用が可能である。
【００６０】
【発明の効果】
本発明によれば、エンジンあるいは発電機の稼働状態についての情報である稼働情報を検出し、発電により得た電力を商用電力に整合させた電力である整合電力に変換するに際し、稼働情報に基づいて生成すべき整合電力の電力量を設定するので、生成すべき整合電力の電力量を直接的に設定することが可能となり、通信インターフェース機能を有しないインバータを用いることができ、システム構築コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態のコージェネレーションシステムの一部破断図である。
【図２】実施形態のコージェネレーションシステムの概要構成ブロック図である。
【図３】制御装置４０およびその周辺の詳細構成図である。
【図４】コントローラにおける発電機あるいはガスエンジンの回転数に対応する周波数を有する信号（交流波形）の入力回路の説明図である。
【符号の説明】
１　機械室
２　蓄熱室
３　放熱室
１３　ガスエンジン（内燃機関）
１４　発電機
５２　インバータ
５３　エンジン制御部
５４　分電盤
５５　電力積算計
５６　メインブレーカ
５７　インバータブレーカ
５８　負荷ブレーカ
５９　商用電源
１００　コージェネレーションシステム
１１０　コントローラ
【図１】
2004088889.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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