(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発電機で系統連系又は自立運転を行う分散電源システムにおいて、
系統連系時は全発電機をドループ特性にて回転数制御し、自立運転時はいずれか１台の発電機のみアイソクロナス特性にて回転数制御を行って残りの発電機は全てドループ特性にて回転数制御を行うことを特徴とする分散電源システム。
【請求項２】
請求項１記載の分散電源システムにおいて、
前記各発電機にそれぞれ異なる固有の番号を予め設定し、該各発電機間で相互に電力供給中の発電機の番号を認識し、自立運転時のアイソクロナス特性にて回転数制御を行う発電機を最小番号又は最大番号の発電機とすることを特徴とする分散電源システム。
【請求項３】
請求項２記載の分散電源システムにおいて、
ゼロ番号、又は、設定するいずれの発電機の番号よりも大きい番号を系統電源に付与し、発電機番号の認識に当たっては、前記系統電源を仮想発電機とすることを特徴とする分散電源システム。
【請求項４】
請求項３記載の分散電源システムにおいて、
電力供給中の発電機を前記各発電機と電力供給経路との間に配置される遮断器の開閉信号に基づき認識すると共に、前記仮想発電機の電力供給の有無を前記系統電源からの受電用遮断器の開閉信号に基づき認識することを特徴とする分散電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の発電機で系統連系又は自立運転を行う分散電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
系統連系又は自立運転を行う従来の分散電源システムとして、例えば、機械式で行っていたガバナ機構をエンジン制御部（ＥＣＵ）にてエンジンへの燃料噴射量を制御することで、発電機の回転数を制御するようにしたものがある。
【０００３】
このような従来の分散電源システムにおいては、１台の発電機で系統連系又は自立運転を行うに当たり、系統連系時は出力増加に伴い回転数が垂下する、いわゆるドループ制御とし、自立運転時は定回転数を維持する、いわゆるアイソクロナス制御とする構成が、下記特許文献１に開示されている。
【０００４】
図４は、アイソクロナス制御を説明するための図であって、負荷に対するエンジン回転数（回転速度）の特性を示すグラフである。また、図５は、ドループ制御を説明するための図であって、負荷に対するエンジン回転数（回転速度）の特性を示すグラフである。
【０００５】
図４に示すアイソクロナス制御は、負荷がかかることによりエンジンの回転数が下がろうとするところ、定格出力の回転数となるように燃料噴射量を増やして、定格出力の回転数を保つアイソクロナス特性にて回転数（回転速度）制御を行うものである。このアイソクロナス制御においては、自立運転時に負荷変動しても定格出力のエンジン回転数を維持するので、安定した周波数で運転することができる。
【０００６】
図５に示すドループ制御は、機械式のガバナ機構と同様、無負荷状態から負荷の増加に伴ってエンジン回転数が一定のドループ率で低下するドループ特性にて回転数制御（回転速度）を行うものである。ここで、ドループ率は、（Ｎａ−Ｎｂ）／Ｎｂ（Ｎａ：無負荷時の回転速度、Ｎｂ：定格出力（全負荷）時の回転速度）で示される速度垂下率のことである。このドループ制御においては、系統連系時に負荷変動によってたとえ発電機の周波数が不安定になったとしても、発電機に比して電力容量が圧倒的に大きい系統電源に周波数特性を委ねることで、この場合も安定した周波数で運転することができる。
【特許文献１】特開平４−３４４２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記した従来技術では、系統連系又は自立運転を行う発電機が複数で並列運転される場合での各発電機の回転制御については何ら考慮されていない。
【０００８】
そこで、本発明は、系統連系又は自立運転を行う発電機が複数で並列運転される場合での各発電機の回転制御を良好に行うことができる分散電源システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、前記課題を解決するために、複数の発電機で系統連系又は自立運転を行う分散電源システムにおいて、系統連系時は全発電機をドループ特性にて回転数制御（ドループ制御）し、自立運転時はいずれか１台の発電機のみアイソクロナス特性にて回転数制御（アイソクロナス制御）を行って残りの発電機は全てドループ特性にて回転数制御（ドループ制御）を行うことを特徴とする分散電源システムを提供する。
【００１０】
本発明に係る分散電源システムによれば、系統連系時は、全発電機をドループ制御しても、これら発電機に比して電力容量が圧倒的に大きい系統電源に周波数特性を委ねることができる。従って、出力周波数の挙動を安定させることができる。また、自立運転時では、いずれか１台の発電機のみアイソクロナス制御することで、このアイソクロナス制御を行う１台の発電機にて周波数特性を支配させることができ、これにより、残りの発電機が全てドループ制御を行っている状態において、出力周波数の挙動安定化に寄与することができる。
【００１１】
本発明に係る分散電源システムにおいて、前記各発電機にそれぞれ異なる固有の番号を予め設定し、該各発電機間で相互に電力供給中の発電機の番号を認識し、自立運転時のアイソクロナス特性にて回転数制御を行う発電機を最小番号又は最大番号の発電機とする具体的態様を例示できる。こうすることで、自立運転時のアイソクロナス制御を行う発電機を容易に特定することができる。
【００１２】
かかる構成において、ゼロ番号、又は、設定するいずれの発電機の番号よりも大きい番号を系統電源に付与し、発電機番号の認識に当たっては、前記系統電源を仮想発電機とすることが好ましい。こうすることで、系統連系時に全発電機を確実にドループ制御することが可能となる。また、この構成では、電力供給中の発電機を前記各発電機と電力供給経路との間に配置される遮断器の開閉信号に基づき認識すると共に、前記仮想発電機の電力供給の有無を前記系統電源からの受電用遮断器の開閉信号に基づき認識することができる。これにより、前記各発電機が電力供給中か否かを確実に認識することができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によると、系統連系又は自立運転を行う発電機が複数で並列運転される場合での各発電機の回転制御を良好に行うことができる分散電源システム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】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。
【００１５】
図１は、本発明に係る分散電源システムの一実施形態を示す概略構成図である。図１に示す分散電源システム１００は、複数の分散電源装置Ｄ１〜Ｄｎ（ｎは２以上の整数）と、制御装置１０とを備えている。
【００１６】
この分散電源システム１００は、制御装置１０の作動制御によって、系統電源３０と複数の分散電源装置Ｄ１〜Ｄｎとを並列に接続して連系運転を行う系統連系と、系統電源３０とは離脱した状態で、複数の分散電源装置Ｄ１〜Ｄｎから電力供給を行う自立運転とのうちいずれか一方を行うようになっている。
【００１７】
図２は、図１に示す分散電源装置Ｄ１〜Ｄｎ及び制御装置１０の概略構成を示すブロック図である。各分散電源装置Ｄ１〜Ｄｎは、ここでは、それぞれ、エンジンＥ１〜Ｅｎと、エンジン制御部Ｆ１〜Ｆｎと、発電機Ｇ１〜Ｇｎとを備えており、制御装置１０に接続されている。各エンジン制御部Ｆ１〜Ｆｎは、制御装置１０の指示の下、エンジンＥ１〜Ｅｎへの燃料噴射量を制御することで、該エンジンＥ１〜Ｅｎの回転数（回転速度）を制御するようになっている。
【００１８】
制御装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の処理部１１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶部１２とを含んでおり、前記処理部１１によって、各種制御プログラムを記憶部１２から読み出し、該読み出した制御プログラムを実行することで、各分散電源装置Ｄ１〜Ｄｎの作動制御を行うように構成されている。
【００１９】
制御装置１０は、各エンジンＥ１〜Ｅｎに対するアイソクロナス制御及びドループ制御の切り替えを各分散電源装置Ｄ１〜Ｄｎに指示するように構成されている。
【００２０】
詳しくは、制御装置１０は、各分散電源装置部Ｄ１〜Ｄｎに対してアイソクロナス制御の切り替え指令を行う場合には、アイソクロナス制御を行う切り替え信号を所定の定格回転数の情報と共に送信するようになっている。また、制御装置１０は、各分散電源装置部Ｄ１〜Ｄｎに対してドループ制御の切り替え指令を行う場合には、ドループ制御を行う切り替え信号を所定の定格回転数及びドループ率の情報と共に送信するようになっている。前記定格回転数としては、発電機周波数５０Ｈｚで１５００回転／分や３０００回転／分を例示でき、発電機周波数６０Ｈｚで１６００回転／分や３２００回転／分を例示できる。前記ドループ率としては、０％を超え且つ６％以下程度（標準的には３％程度）を例示できる。
【００２１】
各分散電源装置Ｄ１〜Ｄｎでは、制御装置１０にてアイソクロナス制御の切り替えが指示されて、該制御装置１０からアイソクロナス制御を行う切り替え信号が定格回転数（例えば３０００回／分：５０Ｈｚ）の情報と共に送信されると、該定格回転数のアイソクロナス特性（図４参照）にて回転数制御を行う。また、各分散電源装置Ｄ１〜Ｄｎでは、制御装置１０にてドループ制御の切り替えが指示されて、該制御装置１０からドループ制御を行う切り替え信号が定格回転数（例えば３０００回／分：５０Ｈｚ）及びドループ率（例えば３％）の情報と共に送信されると、該定格回転数及びドループ率のドループ特性（図５参照）にて回転数制御を行う。
【００２２】
そして、制御装置１０は、系統連系モード及び自立運転モードを備え、系統連系時は系統連系モードを実行する一方、自立運転時は自立運転モードを実行するようになっている。
【００２３】
図３は、図１に示す分散電源システム１００の動作状態を概念的に示す図であり、図３（ａ）は、系統連系時の動作状態を示しており、図３（ｂ）は、自立運転時の動作状態を示している。なお、図３において制御装置１０は図示を省略してある。
【００２４】
制御装置１０は、図３（ａ）に示すように、系統連系時に複数の分散電源装置Ｄ１〜Ｄｎのうち電力供給中の分散電源装置における全発電機（ここでは発電機Ｇ１〜Ｇｎ）をドループ特性にて回転数制御する系統連系モードを実行し、図３（ｂ）に示すように、自立運転時に複数の分散電源装置Ｄ１〜Ｄｎのうち電力供給中の分散電源装置のいずれか１台の分散電源装置における発電機のみ（ここでは発電機Ｇ１を）アイソクロナス特性にて回転数制御を行い且つ電力供給中の残りの全分散電源装置における発電機（ここでは発電機Ｇ２〜Ｇｎ）はドループ特性にて回転数制御を行う自立運転モードを実行するように構成されている。
【００２５】
この分散電源システム１００によれば、系統連系時は、発電機Ｇ１〜Ｇｎに比して電力容量が圧倒的に大きい系統電源３０に周波数特性を委ねることができるので、負荷変動によって発電機Ｇ１〜Ｇｎの周波数が変動しても、安定した出力周波数で運転することが可能となると共に、自立運転時は、アイソクロナス制御を行う１台の発電機Ｇ１にて周波数特性を支配させることで、該１台の発電機Ｇ１にて系統電源３０の如く出力周波数の挙動安定化を図ることが可能となる。
【００２６】
ところで、自立運転時に電力供給中の全ての発電機をアイソクロナス特性にて回転数制御することが考えられるが、このアイソクロナス制御では、図４に示すように、負荷に対するエンジン回転数の目標値が負荷変動に拘わらず一定であるため、自立運転時に電力供給中の全発電機をアイソクロナス制御すると、２台以上の発電機で制御装置１０が誤動作してエンジンの回転数が定まらない事態を招き易く、従ってエンジンが暴走してしまうといったトラブルが発生することがある。
【００２７】
これに対し、ドループ制御では、負荷に対するエンジン回転数の目標値が一意に決まるため、エンジン回転数を目標値に収束させることができる。例えば、図５に示すように、ドループ率が３％の場合、能力範囲の５０％での負荷の回転数は、無負荷時の回転数３０９０回転／分から１．５％低減した回転数３０４５回転／分に収束させることができる。従って、電力供給中の１台の発電機のみアイソクロナス制御を行うと共に、電力供給中の残りの全発電機はドループ制御を行う場合には、出力周波数の挙動安定化を図りつつ制御装置１０の誤動作を効果的に防止でき、これにより、エンジンの暴走を回避することが可能となる。
【００２８】
かかる観点から、本発明の実施形態に係る分散電源システム１００では、自立運転時に電力供給中の１台の分散電源装置Ｄ１における発電機Ｇ１のみアイソクロナス特性にて回転数制御を行うと共に、電力供給中の残りの分散電源装置Ｄ２〜Ｄｎにおける発電機Ｇ２〜Ｇｎはいずれもドループ特性にて回転数制御を行っている。
【００２９】
本実施の形態においては、各発電機Ｇ１〜Ｇｎにそれぞれ異なる固有の番号（ここでは１号からｎ号の番号）が予め設定（ここでは記憶部１２に記憶）されている。そして、制御装置１０は、各発電機Ｇ１〜Ｇｎ間で相互に電力供給中の発電機の番号を認識し、系統連系時は電力供給中の全発電機（ここでは１号〜ｎ号の発電機Ｇ１〜Ｇｎ）をドループ特性にて回転数制御し、自立運転時は電力供給中の最小番号又は最大番号の発電機（ここでは１号の発電機Ｇ１）のみアイソクロナス特性にて回転数制御を行って電力供給中の残りの発電機（ここでは２号〜ｎ号の発電機Ｇ２〜Ｇｎ）は全てドループ特性にて回転数制御を行うようになっている。こうすることで、自立運転時のアイソクロナス特性にて回転数制御を行う発電機を容易に特定することができる。
【００３０】
また、本実施の形態においては、制御装置１０は、ゼロ番号（０号）、又は、予め設定した各発電機Ｇ１〜Ｇｎのいずれの番号よりも大きい番号（例えばｎ＋１号）（ここでは０号）を系統電源３０に付与し、各発電機Ｇ１〜Ｇｎの番号認識に当たっては、系統電源３０を仮想発電機とするように構成されている。
【００３１】
即ち、制御装置１０は、系統連系時には、仮想発電機としてゼロ番号（０号）、又は、各発電機Ｇ１〜Ｇｎのいずれの番号よりも大きい番号（例えばｎ＋１号）が付与された系統電源３０と並列に接続して電力供給中の全発電機（ここでは１号〜ｎ号の発電機Ｇ１〜Ｇｎ）をドループ制御し、自立運転時には、系統電源３０とは離脱した状態で電力供給中の最小番号又は最大番号の発電機（ここでは１号の発電機Ｇ１）のみアイソクロナス制御して電力供給中の残りの発電機（ここでは２号〜ｎ号の発電機Ｇ２〜Ｇｎ）は全てドループ制御するようになっている。
【００３２】
かかる構成を備えた分散電源システム１００では、系統連系時に電力供給中の全発電機Ｇ１〜Ｇｎを確実にドループ制御しつつ、仮想発電機として０号又はｎ＋１号（ここでは０号）の番号が付与された系統電源３０にて出力周波数の挙動安定化を図ることができる。
【００３３】
また、本実施の形態に係る分散電源システム１００には、図１及び図２に示すように、系統電源３０からの受電用遮断器５２Ｒから各発電機Ｇ１〜Ｇｎの遮断器５２Ｇ１〜５２Ｇｎ（図２参照）の直前に到るまでの電力供給経路Ｐを有している。
【００３４】
ところで、各発電機Ｇ１〜Ｇｎは、運転状態であっても運転初期状態の場合等のように電力供給ができない状態が存在する。このため、分散電源システム１００では、各発電機Ｇ１〜Ｇｎが電力供給できない状態において各発電機Ｇ１〜Ｇｎと電力供給経路Ｐの間に配置される遮断器５２Ｇ１〜５２Ｇｎを開いておき、各発電機Ｇ１〜Ｇｎが電力供給できる状態になったときに、遮断器５２Ｇ１〜５２Ｇｎを閉じ得る構成となっている。また、分散電源システム１００では、系統電源３０から負荷側への電力供給の有無は、系統電源３０からの受電用遮断器５２Ｒの開閉によってなされている。
【００３５】
かかる観点から、制御装置１０は、各発電機Ｇ１〜Ｇｎと電力供給経路Ｐの間に配置される遮断器５２Ｇ１〜５２Ｇｎの開閉状態に対応する開閉信号に基づき各発電機Ｇ１〜Ｇｎが電力供給中か否かを認識すると共に、系統電源３０からの受電用遮断器５２Ｒの開閉状態に対応する開閉信号に基づき仮想発電機である系統電源３０が電力供給中か否かを認識するように構成されている。
【００３６】
具体的には、制御装置１０は、遮断器５２Ｇ１〜５２Ｇｎからの開閉信号によって遮断器５２Ｇ１〜５２Ｇｎが閉じていると認識している場合に受電用遮断器５２Ｒからの開閉信号によって受電用遮断器５２Ｒが開いていると認識した場合には自立運転モードを実行するようになっている。また、制御装置１０は、遮断器５２Ｇ１〜５２Ｇｎからの開閉信号によって遮断器５２Ｇ１〜５２Ｇｎが閉じていると認識している場合に受電用遮断器５２Ｒからの開閉信号によって受電用遮断器５２Ｒが閉じていると認識した場合には系統連系モードを実行するようになっている。
【００３７】
このように、制御装置１０は、各発電機Ｇ１〜Ｇｎ直前の遮断器５２Ｇ１〜５２Ｇｎや系統電源３０直後の受電用遮断器５２Ｒからの開閉信号を得ることで、各発電機Ｇ１〜Ｇｎや系統電源３０が電力供給中か否かを確実に認識した状態で自立運転モード又は系統連系モードを実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る分散電源システムの一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す分散電源装置及び制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示す分散電源システムの動作状態を示す概念図であって、図（ａ）は、系統連系時の動作状態を示す図であり、図（ｂ）は、自立運転時の動作状態を示す図である。
【図４】アイソクロナス制御を説明するための図であって、負荷に対するエンジン回転数（回転速度）の特性を示すグラフである。
【図５】ドループ制御を説明するための図であって、負荷に対するエンジン回転数（回転速度）の特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００３９】
３０                  系統電源
５２Ｇ１〜５２Ｇｎ    遮断器
５２Ｒ                受電用遮断器
１００                分散電源システム
Ｇ１〜Ｇｎ            複数の発電機
【図１】
0004869198.tif 000002
【図２】
0004869198.tif 000003
【図３】
0004869198.tif 000004
【図４】
0004869198.tif 000005
【図５】
0004869198.tif 000006