(57)【要約】【課題】商用電源系統側への逆潮流電流を抑制し、高調波成分の漏れだしを低減する。【解決手段】コントローラ１１０は、逆電力継電器を介して系統側への逆潮流電流量を検出し逆潮流電流量が所定の基準電流量を超過した場合に、インバータ回路１１７を制御し、供給電力量を低減させて、逆潮流電流を抑制する。また、コントローラ１１０は、冷却ファン９１あるいは電装回路部９２において発生した高調波成分をインバータ出力電流検出センサ７２、電流成分検出センサ７３およびバンドイリミネーションフィルタ７４により検出し、その逆成分をインバータ５２へのフィードバック電流に重畳することにより高調波成分をキャンセルする。【選択図】      図２
2005020899.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、発電を行う発電機と、前記発電による電力を所定の電力に変換する電力変換装置と、を有する系統連系発電装置において、
系統側への逆潮流電流量を検出する逆潮流検出部と、
前記逆潮流電流量が所定の基準電流量を超過した場合に、前記電力変換装置を制御し、供給電力量を低減させる電力量制御部と、
を備えたことを特徴とする系統連系発電装置。
【請求項２】
請求項１記載の系統連系発電装置において、
前記電力変換装置は、インバータ装置を備え、前記インバータ装置を構成するスイッチング素子のデューティ比を低下させることにより前記供給電力量を低減させることを特徴とする系統連系発電装置。
【請求項３】
エンジンと、前記エンジンにより駆動され、発電を行う発電機と、前記発電による電力を所定の電力に変換する電力変換装置と、を有する系統連系発電装置において、
前記系統連系発電装置の駆動時に当該系統連系発電装置に接続された周辺回路装置において発生し、系統側に現れる高調波成分を検出する高調波成分検出部と、
前記電力変換装置への前記系統側からのフィードバック電流に前記高調波成分の逆成分を重畳する高調波成分抑制部と、
を備えたことを特徴とする系統連系発電装置。
【請求項４】
請求項３記載の系統連系発電装置において、
前記高調波成分検出部は、前記系統側を流れる電流成分を検出し、検出信号を出力する系統側電流検出部と、
前記検出信号の所定周波数帯域を遮断し、前記高調波成分として出力する帯域遮断フィルタと、
を備えた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、発電を行う発電機と、前記発電による電力を所定の電力に変換する電力変換装置と、を有する系統連系発電装置をコンピュータにより制御する制御プログラムにおいて、
系統側への逆潮流電流量を検出させ、
前記逆潮流電流量が所定の基準電流量を超過した場合に、前記電力変換装置を制御させ、供給電力量を低減させる、
ことを特徴とする制御プログラム。
【請求項６】
請求項５記載の制御プログラムにおいて、
前記電力変換装置は、インバータ装置を備え、
前記インバータ装置を構成するスイッチング素子のデューティ比を低下させることにより前記供給電力量を低減させることを特徴とする制御プログラム。
【請求項７】
エンジンと、前記エンジンにより駆動され、発電を行う発電機と、前記発電による電力を所定の電力に変換する電力変換装置と、を有する系統連系発電装置をコンピュータにより制御するための制御プログラムにおいて、
前記系統連系発電装置の駆動時に当該系統連系発電装置に接続された周辺回路装置において発生し、系統側に現れる高調波成分を検出させ、
前記電力変換装置への前記系統側からのフィードバック電流に前記高調波成分の逆成分を重畳させる、
ことを特徴とする制御プログラム。
【請求項８】
請求項５ないし請求項７のいずれかに記載の制御プログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読取可能な記録媒体。
【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電力変換を行う系統連系発電装置、制御方法、制御プログラム及び記録媒体に関する。
【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。例えば、このようなコージェネレーションシステムとして、特許文献１に開示されているものなどが挙げられる。
【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】
【特許文献１】
特開２００１―１６１０９８号公報
【０００５】
【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、商用電力と連携させる観点ならびに他の機器への影響を低減する観点あるいはそのような趣旨から定められる規制上の要求などから、コージェネレーションシステム側から商用電源側（系統側）へ流れる電流（逆潮流電流）の量を所定の基準値以下としなければならない場合がある。同様に商用電源側への高調波成分の商用電源側への漏れだし量についても基準値以下としなければならない場合がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、商用電源側への逆潮流電流および高調波成分の漏れだし量を抑制し、商用電源および他の機器への影響を低減することが可能な系統連系発電装置、制御方法、制御プログラム及び記録媒体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、発電を行う発電機と、前記発電による電力を所定の電力に変換する電力変換装置と、を有する系統連系発電装置は、系統側への逆潮流電流量を検出する逆潮流検出部と、前記逆潮流電流量が所定の基準電流量を超過した場合に、前記電力変換装置を制御し、供給電力量を低減させる電力量制御部と、を備えたことを特徴としている。
【０００８】
上記構成によれば、逆潮流検出部は、系統側への逆潮流電流量を検出する。
【０００９】
電力量制御部は、前記逆潮流電流量が所定の基準電流量を超過した場合に、前記電力変換装置を制御し、供給電力量を低減させる。
【００１０】
この場合において、前記電力変換装置は、インバータ装置を備え、前記インバータ装置を構成するスイッチング素子のデューティ比を低下させることにより前記供給電力量を低減させるようにしてもよい。
【００１１】
また、エンジンと、前記エンジンにより駆動され、発電を行う発電機と、前記発電による電力を所定の電力に変換する電力変換装置と、を有する系統連系発電装置は、前記系統連系発電装置の駆動時に当該系統連系発電装置に接続された周辺回路装置において発生し、系統側に現れる高調波成分を検出する高調波成分検出部と、前記電力変換装置への前記系統側からのフィードバック電流に前記高調波成分の逆成分を重畳する高調波成分抑制部と、を備えたことを特徴としている。
【００１２】
上記構成によれば、高調波成分検出部は、系統連系発電装置の駆動時に当該系統連系発電装置に接続された周辺回路装置において発生し、系統側に現れる高調波成分を検出する。
【００１３】
高調波成分抑制部は、電力変換装置への前記系統側からのフィードバック電流に高調波成分の逆成分を重畳する。
【００１４】
この場合において、前記高調波成分検出部は、前記系統側を流れる電流成分を検出し、検出信号を出力する系統側電流検出部と、前記検出信号の所定周波数帯域を遮断し、前記高調波成分として出力する帯域遮断フィルタと、を備えるようにしてもよい。
【００１５】
また、エンジンと、前記エンジンにより駆動され、発電を行う発電機と、前記発電による電力を所定の電力に変換する電力変換装置と、を有する系統連系発電装置をコンピュータにより制御する制御プログラムは、系統側への逆潮流電流量を検出させ、前記逆潮流電流量が所定の基準電流量を超過した場合に、前記電力変換装置を制御させ、供給電力量を低減させることを特徴としている。
【００１６】
この場合において、前記電力変換装置は、インバータ装置を備え、前記インバータ装置を構成するスイッチング素子のデューティ比を低下させることにより前記供給電力量を低減させるようにしてもよい。
【００１７】
また、エンジンと、前記エンジンにより駆動され、発電を行う発電機と、前記発電による電力を所定の電力に変換する電力変換装置と、を有する系統連系発電装置をコンピュータにより制御するための制御プログラムは、前記系統連系発電装置の駆動時に当該系統連系発電装置に接続された周辺回路装置において発生し、系統側に現れる高調波成分を検出させ、前記電力変換装置への前記系統側からのフィードバック電流に前記高調波成分の逆成分を重畳させる、ことを特徴としている。
【００１８】
また、コンピュータ読取可能な記録媒体に上記各制御プログラムを記録するようにしてもよい。
【００１９】
【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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
放熱器３２は、放熱室３の１つの面に側して配設され、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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、逆電力継電器７１、インバータ出力電流検出センサ７２、電流成分検出センサ７３、バンドイリミネーションフィルタ（ＢＥＦ）７４、電流合成器７５、冷却ファン９１、電装回路部９２およびコントローラ１１０を備えている。この場合において、コントローラ１１０は、図示しないマイクロプロセッサユニット、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを有するコンピュータとして構成されており、ＲＯＭにあらかじめ格納した制御プログラムによって各種制御動作を行うように構成されている。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
図３は、制御装置４０およびその周辺の詳細構成図である。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
ここで、インバータ５２の詳細動作を説明する。
【００３９】
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。
【００４０】
一方、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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
インバータ回路１１７により変換された交流電力は、コンデンサ１１８及び平滑用リアクトル１１９、１２０、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。
【００４４】
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。
【００４５】
また、コントローラ１１０は、３相ブリッジ回路１１４の出力電圧ＶＤＢ（＝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。
【００４６】
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まかなえるように、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。
【００４７】
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（系統側）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。
【００４８】
ところで、供給電力量が不足した場合には、上述したように商用電源５９からの電力を得れば良いのに対し、供給電力量が余った場合には、コントローラ１１０が所定の通信タイミング至った際にエンジン制御部５３にその旨を通知し、エンジン制御部５３がガスエンジン１３ひいては発電機１４の回転数を減少あるいは停止させようとする。しかしながら、直ちに供給電力量が下がるわけではなく、一時的にタイムラグが生じ、余剰電力が発生することとなる。
【００４９】
このような場合には、余剰電力の電流が系統側である商用電源５９側に流れ込む逆潮流電流が流れることとなる。
【００５０】
そこで、本実施形態では、逆電力継電器７１を介して、逆潮流電流をコントローラ１１０が検出し、逆電力継電器７１が動作して逆潮流電流を遮断する前に、インバータ５２を制御し、電流供給量を直ちに低減させる。
【００５１】
具体的には、逆電力継電器７１は、逆潮流電流の電力が商用電源５９の定格供給電力の５％を超過した場合には、逆潮流電流を遮断すべく動作することとした場合には、コントローラ１１０は、インバータ５２を制御し、インバータ回路１１７におけるスイッチ素子のデューティ比を低減し、インバータ５２から出力される出力電流を低減させる。
【００５２】
この結果、直ちに逆電力継電器７１が動作するほど余剰電力量が大きい場合を除き、逆電力継電器７１が動作することがなくなり、かつ、逆潮流電流の発生も抑制することが可能となる。
【００５３】
上記逆潮流電流の抑制動作と並行して、インバータ出力電流検出センサ７２は、インバータ５２の出力電流を検出し、出力電流量に相当する電流量を有する検出信号を電流合成器７５に出力する。
【００５４】
また、電流成分検出センサ７３は、冷却ファン９１および電装回路部９２等の補機に供給される電流の成分を検出し、検出信号をバンドイリミネーションフィルタ（ＢＥＦ）７４に出力する。
【００５５】
バンドイリミネーションフィルタ（ＢＥＦ）７４は、商用電源の周波数成分（基本波に相当する５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚ成分）を除去し、冷却ファン９１および電装回路部９２等の補機に供給される電流の高調波成分を抽出して電流合成器７５に出力する。
【００５６】
これらの結果、電流合成器７５は、入力された二つの検出信号を合成し、インバータ５２の出力電流から補機に起因する高調波成分を除去するための高調波成分キャンセル信号Ｃ１をコントローラ１１０に出力する。この結果、コントローラ１１０は、インバータ５２に高調波成分キャンセル信号Ｃ１を出力する。
【００５７】
インバータ５２は、入力された高調波成分キャンセル信号Ｃ１フィードバック信号として、出力電流のフィードバック制御を行い、高調波成分をキャンセルすることとなる。
【００５８】
以上の説明のように、本実施形態によれば、需要電力量に対し供給電力量が急激に過剰になったとしても、インバータが直ちに対応して供給電力量を低減し、逆潮流電流の発生を抑制することができる。
【００５９】
また、冷却ファンや電装回路部などのいわゆる補機と呼ばれる周辺機器および周辺回路に起因する高調波成分の商用電源側への漏れだし量を抑制することができる。
【００６０】
従って、本実施形態によれば、規制上、逆潮流電流量および高調波成分の漏れだし量が厳しく制限されている場合であっても、容易に対応することが可能となる。
【００６１】
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。
【００６２】
また、以上の説明においては、ガスエンジンを用いた発電機について説明したが、電力変換装置が必要な他の発電装置についても同様に適用が可能である。
【００６３】
さらに、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。
【００６４】
【発明の効果】
本発明によれば、コージェネレーションシステムを商用電源に連系させる場合であっても、逆潮流電流および高調波成分の漏れだしを抑制することができ、高品位の系統連系発電装置を提供することができる。
【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】制御装置およびその周辺の詳細構成図である。
【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
７１  逆電力継電器（逆潮流検出部）
７２  インバータ出力電流検出センサ（高調波成分検出部）
７３  電流成分検出センサ（高調波成分検出部）
７４  バンドイリミネーションフィルタ（ＢＥＦ；帯域遮断フィルタ：高調波成分検出部）
７５  電流合成器（高調波成分抑制部）
９１  冷却ファン
９２  電装回路部
１００  コージェネレーションシステム
１１０  コントローラ（逆潮流検出部、電力量制御部）
１１７  インバータ回路（電力量制御部）
【図１】
2005020899.tif 000003
【図２】
2005020899.tif 000004
【図３】
2005020899.tif 000005