(57)【要約】【課題】  保護リレーの設定範囲を超える逆潮の回避を考慮して発電機出力を向上させることができる高変動負荷における受電電力一定制御装置を提供することである。【解決手段】  所定時間毎に受電電力値を検出する検出手段と、受電電力値から演算値（Ａ）を算出する第１演算手段と、演算値（Ａ）から演算値（Ｂ）を算出する第２演算手段と、演算値（Ａ）と受電電力下限値とを比較する比較手段とで逆潮回避手段を構成し、発電電力値を一定に保つ間、今回の比較時に、演算値（Ａ）＞受電電力設定値のときは、次回の比較時に演算値（Ａ）と受電電力下限値とを比較し、演算値（Ａ）≦受電電力下限値のときは、一定に保っていた発電電力値を下げ、且つ、１秒間の平均発電電力値と、前回の１秒間の平均発電電力値の関係を考慮して、演算値（Ｂ）と受電電力設定値とを比較する。【選択図】図２
2005184934.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源から供給される受電電力と、自家発電による発電電力とを併用し、且つ、逆潮回避手段を備えたコージェネレーションシステムにおいて、
所定時間毎に受電電力値（ｍ）を検出する検出手段と、
前記検出手段で検出された受電電力値（ｍ）を式（１）に代入して演算値（Ａ）を算出する第１演算手段と、
式（２）又は式（３）により演算値（Ｂ）を算出する第２演算手段と、
受電電力値（ｍ）の下限値として受電電力下限値（Ｌ）を予め設定し且つ前記演算値（Ａ）と受電電力下限値（Ｌ）とを比較する比較手段と、
で前記逆潮回避手段を構成し、
前記コージェネレーションシステムに発電電力制御手段を設け、前記発電電力制御手段で発電電力値を一定に保つ間、今回の比較時に、
演算値（Ａ）＞受電電力下限値（Ｌ）の関係が成り立つときは、前記比較手段は、次回の比較時において次回の演算値（Ａ）と受電電力下限値（Ｌ）とを比較し、
演算値（Ａ）≦受電電力下限値（Ｌ）の関係が成り立つときは、前記発電電力制御手段は、逆潮を回避可能に前記一定に保っていた発電電力値を下げ、且つ、
１秒間の平均発電電力値≦前回検出時の１秒間の平均発電電力値  のときは、式（２）で算出された演算値（Ｂ）と受電電力下限値（Ｌ）とを比較し、
１秒間の平均発電電力値＞前回検出時の１秒間の平均発電電力値  のときは、
式（３）で算出された演算値（Ｂ）と受電電力下限値（Ｌ）とを比較するようにしたことを特徴とする高変動負荷における受電電力一定制御装置。
演算値（Ａ）＝受電電力値（ｍ）×（ｘ）＋前回の演算値（Ａ）×（１−ｘ）
・・・・（１）  （０＜ｘ＜０．３）
演算値（Ｂ）＝演算値（Ａ）＋（前回の平均発電電力値−１秒間の平均発電電力値）×０．０１２５・・・・（２）
演算値（Ｂ）＝演算値（Ａ）−（１秒間の平均発電電力値−前回の平均発電電力値）×０．５・・・・（３）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統連系技術要件ガイドライン‘９８（資源エネルギー庁編）において瞬間的な逆潮が許容される、商用電源と自家発電機の２系統で電力を供給するコージェネレーションシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は、従来のコージェネレーションシステムによる受電電力値と発電電力値の関係を示すグラフである。総電力（図３でハッチングを施した領域の面積Ｓ１）は、受電電力と発電電力の和である。図３に示すように、発電機からある一定の発電電力を供給し、不足分を受電電力で補うことにより、逆潮の発生を回避している。また、万が一、逆潮が生じても、設備が損傷しない安全な範囲を保護リレーで設定することにより、逆潮に起因する事故は回避されていた。従来は、逆潮を回避するために、保護リレーの設定範囲よりもさらに発電機の出力を低く設定し、発電効率を犠牲にして逆潮を回避していた。
【特許文献１】特開２００１−９５１５７公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
そこで本発明では、保護リレーの設定範囲を超える逆潮の回避を考慮して発電機出力を向上させることができる高変動負荷における受電電力一定制御装置を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するため本発明では、商用電源から供給される受電電力と、自家発電による発電電力とを併用し、且つ、逆潮回避手段を備えたコージェネレーションシステムにおいて、所定時間毎に受電電力値（ｍ）を検出する検出手段と、前記検出手段で検出された受電電力値（ｍ）を式（１）に代入して演算値（Ａ）を算出する第１演算手段と、式（２）又は式（３）により演算値（Ｂ）を算出する第２演算手段と、受電電力値（ｍ）の下限値として受電電力下限値（Ｌ）を予め設定し且つ前記演算値（Ａ）と受電電力下限値（Ｌ）とを比較する比較手段と、で前記逆潮回避手段を構成し、前記コージェネレーションシステムに発電電力制御手段を設け、前記発電電力制御手段で発電電力値を一定に保つ間、今回の比較時に、演算値（Ａ）＞受電電力下限値（Ｌ）の関係が成り立つときは、前記比較手段は、次回の比較時において次回の演算値（Ａ）と受電電力下限値（Ｌ）とを比較し、演算値（Ａ）≦受電電力下限値（Ｌ）の関係が成り立つときは、前記発電電力制御手段は、逆潮を回避可能に前記一定に保っていた発電電力値を下げ、且つ、１秒間の平均発電電力値≦前回検出時の１秒間の平均発電電力値  のときは、式（２）で算出された演算値（Ｂ）と受電電力下限値（Ｌ）とを比較し、１秒間の平均発電電力値＞前回検出時の１秒間の平均発電電力値  のときは、式（３）で算出された演算値（Ｂ）と受電電力下限値（Ｌ）とを比較するようにした。
演算値（Ａ）＝受電電力値（ｍ）×（ｘ）＋前回の演算値（Ａ）×（１−ｘ）・・・・（１）  （０＜ｘ＜０．３）
演算値（Ｂ）＝演算値（Ａ）＋（前回の平均発電電力値−１秒間の平均発電電力値）×０．０１２５・・・・（２）
演算値（Ｂ）＝演算値（Ａ）−（１秒間の平均発電電力値−前回の平均発電電力値）×０．５・・・・（３）
【発明の効果】
【０００５】
本発明を実施すると、総電力に占める発電機により供給される発電電力を増やすことができ、電気代を安価にすることができる。
本発明を実施したコージェネレーションシステムは、負荷の変動が大きいために発電機を定格値で固定して使用することができない場合において特に大きな効果を奏することができる。
従来は、漠然とした丼勘定で発電電力７を低く抑えなければ逆潮を回避することができなかったが、本発明を実施することにより、保護リレーの設定範囲を超える逆潮を回避し、且つ、定格値に近い発電電力を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１は、請求項１の発明を実施したコージェネレーションシステム１００の系統略図である。コージェネレーションシステム１００は、電力会社（商用電源２）から提供される受電電力８と、発電機１で発電した発電電力７との和を、総電力９として負荷３（例えば照明、空調設備等）に供給するようになっている。一般に保護リレー（図示せず）は、１秒以内の逆潮を容認するように設定されており、１秒以内の逆潮であれば、発電設備に損傷を与えることはない。そこで、以下においては、電力系統連系技術要件ガイドライン‘９８（資源エネルギー庁編）を尊守し、保護リレーの設定範囲内の逆潮は、「逆潮ではない」とみなして論じている。
【０００７】
図１に示すように、商用電源２の配線上に受電電力検出器５（受電電力（ｍ）の検出手段）が設置されている。受電電力検出器５で検出した検出信号である受電電力値（ｍ）は、配線を介してＣＰＵ４に入力される。
【０００８】
ＣＰＵ４には、配線を介してメモリ６が接続されている。このメモリ６には、受電電力値として許容される受電電力下限値（Ｌ）（つまり逆潮が生じる受電電力値よりも所定量だけ高い受電電力値）が記憶されている。これらＣＰＵ４、メモリ６及び受電電力検出器５で逆潮回避装置１０が構成されている。逆潮回避装置１０は、コージェネレーションシステム１００に設けた図示しない保護リレーの設定範囲（電力系統連系技術要件ガイドライン‘９８（資源エネルギー庁編）を尊守）を超える逆潮を回避するように作用する。さらにＣＰＵ４は、発電機１の出力を制御する発電電力制御装置１１と配線を介して接続されている。発電電力制御装置１１は、ＣＰＵ４から指令信号を受け取り、発電機１の出力（発電電力）を加減することができる。
【０００９】
ＣＰＵ４は、受電電力検出器５から検出信号である受電電力値（ｍ）を受け取り、式（１）に代入して演算値（Ａ）を算出する算出手段としての役割を果たす。演算値（Ａ）は、所定時間毎（例えば20msec毎）に算出される。
演算値（Ａ）＝受電電力値（ｍ）×（ｘ）＋前回の演算値（Ａ）×（１−ｘ）
・・・・（１）
（０＜ｘ＜０．３、好ましくは０．０１＜ｘ＜０．１）
【００１０】
また、ＣＰＵ４は、演算値（Ａ）と受電電力下限値（Ｌ）とを比較する比較手段としての機能も備えている。ＣＰＵ４は両者を比較し、  演算値（Ａ）＞受電電力下限値（Ｌ）  の関係が成り立つときは、所定時間（例えば20msec）が経過した次回の比較時において、次回の演算値（Ａ）と受電電力下限値（Ｌ）とを比較する。
【００１１】
図２は、請求項１の発明を実施した際の受電電力と発電電力とを示すグラフである。図２からわかるように、受電電力値（ｍ）のグラフと比較して、演算値（Ａ）のグラフは変動幅が小さくなっている。従来は、変動幅の大きい受電電力値（ｍ）のグラフと交わらないように発電電力値を設定していたが、請求項１の発明では、演算値（Ａ）のグラフと交わらないように発電電力制御装置１１が発電電力値を設定する。これにより、図示しない保護リレーの設定範囲（電力系統連系技術要件ガイドライン‘９８（資源エネルギー庁編）を尊守）を超える逆潮を回避することができる。
【００１２】
したがって、従来の発電電力値と比較して請求項１の発明の発電電力値は、電力値ｄだけ増加している。よって、請求項１の発明では、従来よりも電力値ｄだけ発電機による発電効率を向上させ、安価に電力を供給することができる。
【００１３】
発電機１の発電電力７は、通常運転時には常時定格値に設定するのが好ましいが、負荷３との兼合いで定格値に設定できない場合には、保護リレーの設定範囲を超える逆潮を回避可能で定格値にできるだけ近い出力値に設定し、発電効率を高く維持する。また、発電電力７は、負荷３が必要とする総電力９よりも小さくなるように設定されており、これにより保護リレーの設定範囲を超える逆潮を回避している。
【００１４】
図４及び図５は、演算値（Ａ）が予め設定した受電電力下限値（Ｌ）近傍に差し掛かった際の発電電力値の変化を示すグラフである。図５では、時刻ｔにおいて演算値（Ａ）が受電電力下限値（Ｌ）と一致し、その後は演算値（Ａ）が受電電力下限値（Ｌ）を下回っている。式（１）で算出された今回の演算値（Ａ）は、係数ｘが０〜０．３の範囲の値なので、前回の演算値に対してわずかしか変化せず、実際には受電電力値（ｍ）を向上させて、もはや逆潮する恐れがないにも拘わらず、さらに発電電力値を下げるようにＣＰＵ４が発電電力制御装置１１に指令を出し、その結果発電機１は停止（内燃機関がエンスト）してしまう。
【００１５】
すなわち、発電電力値を下げると、本来なら負荷３が必要とする電力量を確保するために受電電力値（ｍ）は向上しなければならないが、演算値（Ａ）が時間平均値であるため、グラフには直ちに反映されない。
【００１６】
そこでＣＰＵ４（比較手段）が、演算値（Ａ）と受電電力下限値（Ｌ）とを比較した結果、図４に示すように、時刻ｔ１において演算値（Ａ）≦受電電力下限値（Ｌ）の関係が成り立つときは、次回の比較時において次回の演算値（Ａ）の代わりに式（２）又は式（３）で算出される演算値（Ｂ）と受電電力下限値（Ｌ）とを比較する。
演算値（Ｂ）＝演算値（Ａ）＋（前回の平均発電電力値−１秒間の平均発電電力値）×０．０１２５・・・・（２）
演算値（Ｂ）＝演算値（Ａ）−（１秒間の平均発電電力値−前回の平均発電電力値）×０．５・・・・（３）
【００１７】
発電電力制御装置１１は、保護リレーの設定範囲を超える逆潮を回避するために一定に保っていた発電電力値を下げ、且つ、（１秒間の平均発電電力値）≦（前回検出時の１秒間の平均発電電力値）のときは、式（２）で算出された演算値（Ｂ）と受電電力下限値（Ｌ）とを比較し、又、（１秒間の平均発電電力値）＞（前回検出時の１秒間の平均発電電力値）のときは、式（３）で算出された演算値（Ｂ）と受電電力下限値（Ｌ）とを比較する。
【００１８】
図４の時刻ｔ２以降においては、演算値（Ｂ）が受電電力下限値（Ｌ）を上回っているため、演算値（Ｂ）の代わりに演算値（Ａ）を再度採用し、演算値（Ａ）と受電電力下限値（Ｌ）とを比較するようにする。その結果、発電機１に備えた内燃機関（図示せず）がエンストを起こすことなく、さらに発電機１の効率を高く維持することができるようになる。
【００１９】
図６は、請求項１の発明を実施したコージェネレーションシステム１００において、保護リレーの設定範囲を超える逆潮を防止するための流れ図である。図６において「発電平均値」とは、１秒間の平均発電電力値を意味している。
【００２０】
受電電力一定制御の実行中において、６０秒毎に「演算値（Ａ）」と「受電電力下限値（Ｌ）」とを比較し、受電電力下限値（Ｌ）よりも演算値（Ａ）の方が大きければ、フィードバックしてさらに６０秒経過するのを待ち、演算値（Ａ）の方が小さければ、次のステップに移動して「今回の発電平均値」と「前回の発電平均値」とを比較する。
【００２１】
前回の発電平均値よりも、今回の発電平均値の方が大きければ、式（３）から演算値（Ｂ）を算出し、逆に今回の発電平均値の方が小さければ、式（２）から演算値（Ｂ）を算出する。
【００２２】
このように、受電電力値（ｍ）を演算値（Ａ）又は演算値（Ｂ）で検出し、これらを受電電力下限値（Ｌ）と大小比較することにより、発電電力値の無用の低下を回避することができる。
【００２３】
比較的安定した燃焼を提供する希薄予混合燃焼方式の内燃機関は、高負荷運転領域では非常に安定した出力を提供することができ、発電機１に採用することができる。しかし、空燃比の調整をリアルタイムに反映させた燃焼を行うことができない。このような発電機１において本発明を実施すると、低負荷運転領域においても燃焼が安定し、保護リレーの設定範囲を超える逆潮を良好に回避することができる。
【００２４】
図７は、運転中の発電機１の発電電力の設定値を設定する設定値設定手段５０の系統略図である。設定値設定手段５０は、設定値入力手段２１、比較手段２０、上限値・下限値設定手段２３、設定値出力手段２２、機側・遠隔切替手段２４及びメモリ６で構成されている。
【００２５】
発電機１（図１）の発電電力値に対応する上限値（Ｃ）と下限値（Ｚ）の組み合わせがマップとして予め上限値・下限値設定手段２３に設けたメモリ６ａに記憶されている。この上限値（Ｃ）と下限値（Ｚ）は、実測した受電電力値と、式（１）で算出される演算値（Ａ）と、１秒間の平均発電電力値とから決定される。
【００２６】
受電電力値（実測値）＞＞受電電力値（演算値（Ａ））の場合には、例えば上限値（Ｃ）を現在の設定値（ＳＰ）＋５００ｋＷ程度に書き換える。受電電力値（実測値）＜＜受電電力値（演算値（Ａ））の場合には、例えば下限値（Ｚ）を現在設定値（ＳＰ）に書き換える。
【００２７】
設定値の書き換え入力は、設定値入力手段２１における機側制御装置と遠隔制御装置のいずれかで実行される。オペレータが、発電機１（図１）の近くにいるときには機側制御装置を利用し、モニター室等の発電機１から離れた場所にいるときには遠隔制御装置を利用する。
【００２８】
機側制御装置を利用して、現在稼働中の発電機１の設定値（ＳＰ）を設定値（Ｓ−ＳＰ）に変更する場合、機側・遠隔切替手段２４は切替スイッチを機側側に切替える。比較手段２０は、設定値入力手段２１から入力された新たな設定値（Ｓ−ＳＰ）が、上限値（Ｃ）と下限値（Ｚ）の間にあるか否かを判定し、両者の間にある場合には設定値（Ｓ−ＳＰ）と現在の設定値（ＳＰ）の大小を比較する。
【００２９】
現在の設定値（ＳＰ）の方が新たな設定値（Ｓ−ＳＰ）よりも大きい場合には、図７に示すように、設定値出力手段２２は、設定値を（ＳＰ）から（Ｓ−ＳＰ）までｔ秒（例えば２０秒）かけて一定の割合で変更する（減少させる）。現在の設定値（ＳＰ）よりも新たな設定値（Ｓ−ＳＰ）の方が大きい場合には、図７に示すように、設定値出力手段２２は、設定値を（ＳＰ）から（Ｓ−ＳＰ）までｔ秒かけて一定の割合で変更する（増加させる）。そして設定値出力手段２２は、新たな設定値（Ｓ−ＳＰ）をメモリ６へ出力し、メモリ６には、新たな設定値（Ｓ−ＳＰ）を変更後の設定値（ＳＰ）として記憶される。
【００３０】
設定値（ＳＰ）と新たな設定値（Ｓ−ＳＰ）との偏差があまりにも大きく、急激に設定値を変更すると、発電機１（内燃機関）の運転が不安定になる恐れがあるが、上述したように、設定値（ＳＰ）から新たな設定値（Ｓ−ＳＰ）へｔ秒かけて徐々に変化するように変更することにより、発電機１を駆動する内燃機関の燃焼が安定し、発電機１の出力を安定させることができる。
【００３１】
設定値（ＳＰ）に対応する上限値（Ｃ）と下限値（Ｚ）は、コンピュータ（ＣＰＵ４）により、予めメモリ６ａに記憶されているマップから選定される。設定値（ＳＰ）がとりうる値の上限値（Ｃ）と下限値（Ｚ）とを予め設定しておくことにより、熟練労働力を必要とすることなく、機関の運転中においても適切な設定値書き換え作業を行うことができる。したがって、負荷容量が変動する設備に対応した発電が可能になる。
【００３２】
遠隔制御装置を利用して設定値ＳＰを新たな設定値（Ｒ−ＳＰ）に書き換える場合には、機側・遠隔切替手段２４が切替スイッチを遠隔側に切り替える。そして比較手段２０が上限値（Ｃ）と下限値（Ｚ）の間に新たな設定値（Ｒ−ＳＰ）があると判定すれば、設定値（ＳＰ）から設定値（Ｒ−ＳＰ）にｔ秒かけて徐々に設定値を変化させて変更し、メモリ６には新たな設定値（Ｒ−ＳＰ）を変更後の設定値（ＳＰ）として記憶される。
【００３３】
このようにオペレータが発電機１（図１）の近くにいなくても遠隔操作で設定値を変更することができ、負荷の変動に応じて、リアルタイムに発電量を変更することができる。また、図７に記載の設定値を変更する各過程は、コンピュータソフトウェア上におけるプログラミングにより実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】請求項１の発明を実施したコージェネレーションシステムの系統略図である。
【図２】請求項１の発明を実施した際の受電電力と発電電力の関係を示すグラフである。
【図３】従来のコージェネレションシステムによる受電電力値と発電電力値の関係を示すグラフである。
【図４】演算値が予め設定した受電電力最低値近傍に差し掛かった際の発電電力値の変化を示すグラフである。
【図５】演算値が予め設定した受電電力最低値近傍に差し掛かった際に、引き続き演算値を検出信号として採用した場合の発電電力値の変化を示すグラフである。
【図６】請求項１の発明を実施したコージェネレーションシステムにおいて逆潮を防止するための流れ図である。
【図７】運転中の発電機の発電電力の設定値を設定する際の系統略図である。
【符号の説明】
【００３５】
１    発電機
２    商用電源
３    負荷
４    ＣＰＵ（第１、第２演算手段、比較手段）
５    受電電力検出装置
６、６ａ  メモリ
７    発電電力
８    受電電力
９    総電力
１０  逆潮回避装置
１１  発電電力制御装置
２０  比較手段
２１  設定値入力手段
２２  設定値出力手段
２３  上限値・下限値設定手段
２４  機側・遠隔切替手段
【図１】
2005184934.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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