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技術 発電設備の運転方法

出願人 新潟原動機株式会社
発明者 雑賀慎一植村敏幸西條俊介蔭山照文
出願日 2018年9月7日 (2年5ヶ月経過) 出願番号 2018-167960
公開日 2020年3月19日 (11ヶ月経過) 公開番号 2020-043647
状態 未査定
技術分野 発電機の制御 交流の給配電 予備電源装置
主要キーワード ロード範囲 再開発事業 投入容量 瞬時負荷 負荷変動分 特定電力 許容負荷 事業継続計画
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重要な関連分野

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図面 (18)

課題

GT発電機とGE発電機を備える発電設備運転において、両種類の発電機を連系運転させる際の瞬時負荷投入量の制約を解消する。

解決手段

商用電力系統2との連系運転が可能なドループ制御で駆動される常用のGE発電機と、停電時に起動される非常用のGT発電機を備える発電設備1において、通常時にはGE発電機を商用電力系統と連系運転させて複数の負荷電力を供給する。停電発生時には、GE発電機により優先順位の高い負荷に電力を供給するとともに優先順位の低い負荷を遮断する。次いでGT発電機を起動してGE発電機と連系運転を行い、優先順位の低い負荷の一部を投入し、これをGT発電機に優先的に負担させる。

概要

背景

非常時に有用な発電設備又は発電ステムの発明としては、下記特許文献1〜4に示すようなものが知られている。
特許文献1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開示している。この分散電源システム100は、複数の発電機G1〜Gnで系統連系又は自立運転を行うものであり、系統連系時は全発電機G1〜Gnをドループ特性にて回転数制御し、自立運転時はいずれか1台の発電機G1のみアイソクロナス特性にて回転数制御を行って残りの発電機G2〜Gnは全てドループ特性にて回転数制御を行う。

特許文献2は、より簡単な構成又は制御によって、より負荷投入能率の高い発電システム及び発電システムの制御方法を開示している。この発電システム1は、負荷部9と、電力系統から分離された際に負荷部9の負荷変動に応じて自動的に発電出力を変動可能なガスエンジン3と、燃料電池5と、負荷部9、ガスエンジン3、燃料電池5及び電力系統101と、それぞれ電気的に接続された送電部11と、を有している。燃料電池5は、燃料電池5の発電出力を制御可能な制御部7を有し、制御部7は、電力系統101からの電力の供給が遮断された状態において、負荷部9の負荷が上昇する遮断後負荷上昇時に、まずはガスエンジン3の発電出力が上昇し、その後、燃料電池5の発電出力を上昇させることによって、ガスエンジン3の発電出力を低下させる。

特許文献3は、エンジンコントローラ自体の内部構成を変更することなく、他のエンジン発電機と並列運転することができるエンジン発電機を開示している。このエンジン発電機は、負荷の大小に関わらずエンジン回転数が一定になるようにエンジン回転数を維持するアイソクロナス制御エンジン運転するエンジン発電機であって、エンジンに対してエンジン回転数の指令値を出力するエンジンコントローラを備え、他のエンジン発電機と並列運転を行うときにエンジン回転数の指令値に負荷に応じた回転数低下分の減算命令をエンジンコントローラに対して外部入力する制御手段を付加した構成とされている。

特許文献4は、停電時に有用なガスエンジン発電機ディーゼル発電機組合せからなる非常用発電システムを開示している。この非常用発電システムは、発電機Bとして、燃料タンク29を備えた自立起動可能なディーゼル発電機20と、当該ディーゼル発電機20の発電電力を利用して起動可能な連系発電装置30とを備えており、制御手段50が、停電時起動処理において、ディーゼル発電機20を自立起動させ、ディーゼル発電機20の自立起動後の停電時発電制御において、ディーゼル発電機20から特定電力負荷8及び連系発電装置30に電力を供給し、連系発電装置30が起動した後、連系発電装置30から特定電力負荷8に電力を供給し、ディーゼル発電機20の発電出力を抑制する。この発明によれば、設備コストを抑えつつ、停電発生直後に生じる突入電流の大きな負荷に対応できるとともに、長時間にわたり特定電力負荷に対して電力供給が可能であるものとされている。
なお、以上の各特許文献での説明で用いた参照符号は、説明の便宜上、各文献で用いられているものを、そのまま引用したものである。

概要

GT発電機とGE発電機を備える発電設備の運転において、両種類の発電機を連系運転させる際の瞬時負荷投入量の制約を解消する。商用電力系統2との連系運転が可能なドループ制御で駆動される常用のGE発電機と、停電時に起動される非常用のGT発電機を備える発電設備1において、通常時にはGE発電機を商用電力系統と連系運転させて複数の負荷に電力を供給する。停電発生時には、GE発電機により優先順位の高い負荷に電力を供給するとともに優先順位の低い負荷を遮断する。次いでGT発電機を起動してGE発電機と連系運転を行い、優先順位の低い負荷の一部を投入し、これをGT発電機に優先的に負担させる。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
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請求項1

ガスタービン発電機と、ドループ制御で駆動されるガスエンジン発電機とを備える発電設備運転方法において、ガスタービン発電機が1台である第1の場合にはガスタービン発電機をアイソクロナス制御で駆動し、ガスタービン発電機が複数台である第2の場合には一部のガスタービン発電機をドループ制御で駆動するとともに他の一部のガスタービン発電機をアイソクロナス制御で駆動し、これによってガスタービン発電機およびガスエンジン発電機の連系運転を行う第1ステップと、前記第1ステップに次いで前記発電設備に対して負荷投入する第2ステップと、を有する発電設備の運転方法。

請求項2

前記第2ステップに次いで、第1の場合にはガスエンジン発電機のドループ制御の制御特性を変更し、第2の場合にはさらにドループ制御で駆動されているガスタービン発電機のドループ制御の制御特性を変更し、これによってガスタービン発電機とガスエンジン発電機の間で負荷分担の調整を行う第3ステップを有する請求項1に記載の発電設備の運転方法。

請求項3

前記第3ステップに次いで、第2の場合において、アイソクロナス制御で駆動されているガスタービン発電機に運転障害が発生した場合には、ドループ制御で駆動されているガスタービン発電機をアイソクロナス制御による駆動に切り換える第4ステップを有する請求項2に記載の発電設備の運転方法。

請求項4

商用電力系統との連系運転が可能なドループ制御で駆動される少なくとも1台の常用のガスエンジン発電機と、停電時に起動される少なくとも1台の非常用のガスタービン発電機とを備える発電設備の運転方法において、非停電時には、前記ガスエンジン発電機を前記商用電力系統と連系運転させて複数の負荷に電力を供給し、停電発生時には、前記ガスエンジン発電機により優先順位の高い負荷に電力を供給するとともに優先順位の低い負荷を遮断し、次いで前記ガスタービン発電機を起動して前記ガスエンジン発電機と連系運転を行い、次いで前記発電設備に対し前記優先順位の低い負荷の少なくとも一部を投入し、投入された負荷変動分を前記ガスタービン発電機が優先して負担する発電設備の運転方法。

請求項5

ガスタービン発電機が1台である第1の場合にはガスタービン発電機をアイソクロナス制御で駆動し、ガスタービン発電機が複数台である第2の場合には一部のガスタービン発電機をドループ制御で駆動するとともに他の一部のガスタービン発電機をアイソクロナス制御で駆動する請求項4に記載の発電設備の運転方法。

技術分野

0001

本発明は、ガスタービン発電機ガスエンジン発電機を備える発電設備運転方法係り、特に停電時等にガスタービン発電機とガスエンジン発電機をアイソクロナス制御ドループ制御を併用して連系運転させることにより瞬時負荷投入量の制約を解消した発電設備の運転方法に関するものである。

背景技術

0002

非常時に有用な発電設備又は発電ステムの発明としては、下記特許文献1〜4に示すようなものが知られている。
特許文献1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開示している。この分散電源システム100は、複数の発電機G1〜Gnで系統連系又は自立運転を行うものであり、系統連系時は全発電機G1〜Gnをドループ特性にて回転数制御し、自立運転時はいずれか1台の発電機G1のみアイソクロナス特性にて回転数制御を行って残りの発電機G2〜Gnは全てドループ特性にて回転数制御を行う。

0003

特許文献2は、より簡単な構成又は制御によって、より負荷投入能率の高い発電システム及び発電システムの制御方法を開示している。この発電システム1は、負荷部9と、電力系統から分離された際に負荷部9の負荷変動に応じて自動的に発電出力を変動可能なガスエンジン3と、燃料電池5と、負荷部9、ガスエンジン3、燃料電池5及び電力系統101と、それぞれ電気的に接続された送電部11と、を有している。燃料電池5は、燃料電池5の発電出力を制御可能な制御部7を有し、制御部7は、電力系統101からの電力の供給が遮断された状態において、負荷部9の負荷が上昇する遮断後負荷上昇時に、まずはガスエンジン3の発電出力が上昇し、その後、燃料電池5の発電出力を上昇させることによって、ガスエンジン3の発電出力を低下させる。

0004

特許文献3は、エンジンコントローラ自体の内部構成を変更することなく、他のエンジン発電機と並列運転することができるエンジン発電機を開示している。このエンジン発電機は、負荷の大小に関わらずエンジン回転数が一定になるようにエンジン回転数を維持するアイソクロナス制御でエンジン運転するエンジン発電機であって、エンジンに対してエンジン回転数の指令値を出力するエンジンコントローラを備え、他のエンジン発電機と並列運転を行うときにエンジン回転数の指令値に負荷に応じた回転数低下分の減算命令をエンジンコントローラに対して外部入力する制御手段を付加した構成とされている。

0005

特許文献4は、停電時に有用なガスエンジン発電機とディーゼル発電機組合せからなる非常用発電システムを開示している。この非常用発電システムは、発電機Bとして、燃料タンク29を備えた自立起動可能なディーゼル発電機20と、当該ディーゼル発電機20の発電電力を利用して起動可能な連系発電装置30とを備えており、制御手段50が、停電時起動処理において、ディーゼル発電機20を自立起動させ、ディーゼル発電機20の自立起動後の停電時発電制御において、ディーゼル発電機20から特定電力負荷8及び連系発電装置30に電力を供給し、連系発電装置30が起動した後、連系発電装置30から特定電力負荷8に電力を供給し、ディーゼル発電機20の発電出力を抑制する。この発明によれば、設備コストを抑えつつ、停電発生直後に生じる突入電流の大きな負荷に対応できるとともに、長時間にわたり特定電力負荷に対して電力供給が可能であるものとされている。
なお、以上の各特許文献での説明で用いた参照符号は、説明の便宜上、各文献で用いられているものを、そのまま引用したものである。

先行技術

0006

特開2009−081942号
特開2013−219966号
特開2014−169682号
特開2015−226426号

発明が解決しようとする課題

0007

緊急事態対処するための備えとしてBCP(事業継続計画)の策定が推奨されているが、近年盛んに行われている市街地再開発事業に伴い、このBCPにおける市街地再開発事業での設備面での対応として、ガスエンジン発電機(以下:GE発電機)とガスタービン発電機(以下:GT発電機)からなる発電設備が設けられる場合がある。この発電設備によれば、GE発電機は例えば地域の熱電併給システムコージェネシステム)において商用電力系統と連系して使用される常用発電機であり、またGT発電機は防災自家発電設備として停電時にGE発電機と連系運転により運用される非常用発電機である。

0008

このような発電設備において、停電等の非常時にGE発電機とGT発電機を連系運転する際には、発電設備に接続された負荷の変動(負荷変動)が問題になる。前記連系運転時の負荷変動において、瞬時投入可能な負荷量は、GE発電機の投入可能負荷により制約される。図1は、GE発電機におけるベースロード(横軸、%)と投入可能負荷(縦軸、%)の関係を一例として示したグラフである。図1に例示するように、その投入可能負荷(許容投入量)はGE発電機のベースロードに応じた量となり、例えば定格の20%から95%のベースロード範囲で運転するとすれば、一般的には瞬時に投入可能な負荷は5〜15%程度となる。

0009

GE発電機とGT発電機で連系運転を行う場合、GE発電機、GT発電機の双方をドループ制御で運転することにより両者間で負荷分担を行う。GT発電機はGE発電機と比較して遥かに大きな許容投入量を持つ。しかし、両者を連系運転している状態で負荷投入を行う場合、GE発電機の側で許容投入容量を超えないようにする必要がある。図2は、発電設備のGE発電機とGT発電機を同一のドループ率でドループ制御した場合における負荷(横軸、%)と周波数(縦軸、Hz)の関係を示したグラフである。図2に例示するように同一のドループ特性で同容量のGE発電機とGT発電機を連系運転する場合、GE発電機とGT発電機は同一周波数で駆動されるために負荷も同一となる。このため、トータルでの許容投入容量はGE発電機単独での許容投入容量の約2倍に制限される。例えばGE発電機、GT発電機がそれぞれ40%の負荷率で連系運転している場合、投入可能な負荷はそれぞれ15%ずつであり、合計で30%(全体を200%とした場合)となる。

0010

本発明は、従来の技術について本願発明者等が把握した上述した課題に鑑みてなされたものであり、GT発電機とGE発電機を備える発電設備の運転方法において、特に停電時等にGT発電機とGE発電機を連系運転させる際に瞬時負荷投入量の制約を解消することを目的としている。

課題を解決するための手段

0011

「発明が解決しようとする課題」の項で説明した許容負荷投入量の制約を解決するため、本発明は、GE発電機とGT発電機の各エンジンの調速制御を、GT発電機をアイソクロナス制御で行い、GE発電機をドループ制御で行うことにより、連系運転時の変動負荷をGT発電機がまず担い、負荷分担制御により、GE発電機と分担することで、GE発電機の5〜15%程度の許容負荷投入量を超える負荷変動を吸収することを特徴としている。

0012

請求項1に記載された発電設備の運転方法は、
ガスタービン発電機と、ドループ制御で駆動されるガスエンジン発電機とを備える発電設備の運転方法において、
ガスタービン発電機が1台である第1の場合にはガスタービン発電機をアイソクロナス制御で駆動し、ガスタービン発電機が複数台である第2の場合には一部のガスタービン発電機をドループ制御で駆動するとともに他の一部のガスタービン発電機をアイソクロナス制御で駆動し、これによってガスタービン発電機およびガスエンジン発電機の連系運転を行う第1ステップと、
前記第1ステップに次いで前記発電設備に対して負荷を投入する第2ステップと、
を有している。

0013

請求項2に記載された発電設備の運転方法は、請求項1に記載の発電設備の運転方法において、
前記第2ステップに次いで、第1の場合にはガスエンジン発電機のドループ制御の制御特性を変更し、第2の場合にはさらにドループ制御で駆動されているガスタービン発電機のドループ制御の制御特性を変更し、これによってガスタービン発電機とガスエンジン発電機の間で負荷分担の調整を行う第3ステップを有している。

0014

請求項3に記載された発電設備の運転方法は、請求項2に記載の発電設備の運転方法において、
前記第3ステップに次いで、第2の場合において、アイソクロナス制御で駆動されているガスタービン発電機に運転の障害が発生した場合には、ドループ制御で駆動されているガスタービン発電機をアイソクロナス制御による駆動に切り換える第4ステップを有している。

0015

請求項4に記載された発電設備の運転方法は、
商用電力系統との連系運転が可能なドループ制御で駆動される少なくとも1台の常用のガスエンジン発電機と、停電時に起動される少なくとも1台の非常用のガスタービン発電機とを備える発電設備の運転方法において、
非停電時には、前記ガスエンジン発電機を前記商用電力系統と連系運転させて複数の負荷に電力を供給し、
停電発生時には、前記ガスエンジン発電機により優先順位の高い負荷に電力を供給するとともに優先順位の低い負荷を遮断し、
次いで前記ガスタービン発電機を起動して前記ガスエンジン発電機と連系運転を行い、
次いで前記発電設備に対し前記優先順位の低い負荷の少なくとも一部を投入し、投入された負荷変動分を前記ガスタービン発電機が優先して負担する。

0016

請求項5に記載された発電設備の運転方法は、請求項4に記載の発電設備の運転方法において、
ガスタービン発電機が1台である第1の場合にはガスタービン発電機をアイソクロナス制御で駆動し、ガスタービン発電機が複数台である第2の場合には一部のガスタービン発電機をドループ制御で駆動するとともに他の一部のガスタービン発電機をアイソクロナス制御で駆動する。

発明の効果

0017

GT発電機とGE発電機を有する発電設備の運転において、GT発電機とGE発電機の連系運転時にアイソクロナス制御とドループ制御を併用し、アイソクロナス側の速度を一定に保つことによりドループ制御側の速度を一定とし、ドループ側の出力を変化させずにアイソクロナス側に変動負荷を担わせることにより、瞬時負荷投入量の制約を解消した。これにより、GE発電機の許容負荷投入量を超える負荷変動が生じても選択遮断による需要家への給電の停止を回避することができる。

図面の簡単な説明

0018

発電設備のGE発電機におけるベースロード(横軸、%)と投入可能負荷(縦軸、%)の関係を示したグラフである。
発電設備のGE発電機とGT発電機を同一のドループ率でドループ制御した場合における負荷(横軸、%)と周波数(縦軸、Hz)の関係を示すグラフである。
第1実施形態の発電設備の全体構成図である。
第1実施形態の発電設備における負荷(横軸、%)と周波数(縦軸、Hz)の関係を示すグラフであって、通常時に連系運転するGE発電機(グラフ右側)と商用電力系統(グラフ左側)の関係を示すグラフである。
第1実施形態の発電設備における負荷(横軸、%)と周波数(縦軸、Hz)の関係を示すグラフであって、商用電力系統(グラフ左側)の停電発生時に一部の負荷を遮断し、GE発電機(グラフ右側)の負荷率を低下させるドループ制御を示すグラフである。
第1実施形態の発電設備における負荷(横軸、%)と周波数(縦軸、Hz)の関係を示すグラフであって、商用電力系統(グラフ左側)の停電発生後、第1優先順位の負荷以外の負荷を遮断した後、GT発電機(グラフ左側)を起動してGE発電機(グラフ右側)と連系させ、アイソクロナス制御で駆動する状態を示すグラフである。
第1実施形態の発電設備における負荷(横軸、%)と周波数(縦軸、Hz)の関係を示すグラフであって、GT発電機(グラフ左側)をGE発電機(グラフ右側)と連系させてアイソクロナス制御で駆動する状態において、第2優先順位の負荷を瞬時投入した状態を示すグラフである。
第1実施形態の発電設備における負荷(横軸、%)と周波数(縦軸、Hz)の関係を示すグラフであって、GT発電機(グラフ左側)をGE発電機(グラフ右側)と連系させてアイソクロナス制御で駆動する状態において、さらに第3優先順位の負荷を瞬時投入した状態を示すグラフである。
第1実施形態の発電設備における負荷(横軸、%)と周波数(縦軸、Hz)の関係を示すグラフであって、GT発電機(グラフ左側)をGE発電機(グラフ右側)と連系させてアイソクロナス制御で駆動する状態において、第3優先順位の負荷を瞬時投入した後に、GT発電機をGE発電機の負荷を平準化した状態を示すグラフである。
第2実施形態の発電設備の全体構成図である。
第2実施形態の発電設備における負荷(横軸、%)と周波数(縦軸、Hz)の関係を示すグラフであって、商用電力系統の停電発生後、第1優先順位の負荷以外の負荷を遮断した後、1台目のGT発電機(グラフ左側)を起動してGE発電機(グラフ右側)と同期してドループ制御で駆動する状態を示すグラフである。
第2実施形態の発電設備における負荷(横軸、%)と周波数(縦軸、Hz)の関係を示すグラフであって、1台目のGT発電機(グラフ左側)をドループ制御で起動した後、1台目のGT発電機と2台のGE発電機の負荷を平準化した状態を示すグラフである。
第2実施形態の発電設備における負荷(横軸、%)と周波数(縦軸、Hz)の関係を示すグラフであって、1台目のGT発電機と2台のGE発電機の負荷を平準化した後、2台目のGT発電機(グラフ左側)をアイソクロナス制御で同期投入した状態を示すグラフである。
第2実施形態の発電設備における負荷(横軸、%)と周波数(縦軸、Hz)の関係を示すグラフであって、2台目のGT発電機(グラフ左側)をアイソクロナス制御で同期投入した後、第2優先順位の負荷を瞬時投入した状態を示すグラフである。
第2実施形態の発電設備における負荷(横軸、%)と周波数(縦軸、Hz)の関係を示すグラフであって、第2優先順位の負荷を瞬時投入した後、2台のGT発電機と2台のGE発電機の負荷を平準化した状態を示すグラフである。
第2実施形態の発電設備における負荷(横軸、%)と周波数(縦軸、Hz)の関係を示すグラフであって、2台のGT発電機と2台のGE発電機の負荷を平準化した後、アイソクロナス制御されている2台目のGT発電機にトリップが生じた場合に、ドループ制御されている1台目のGT発電機をアイソクロナス制御に切り換えた状態を示すグラフである。
第2実施形態の発電設備における負荷(横軸、%)と周波数(縦軸、Hz)の関係を示すグラフであって、ドループ制御されている1台目のGT発電機をアイソクロナス制御に切り換えた後、1台のGT発電機と2台のGE発電機の負荷を平準化した状態を示すグラフである。

実施例

0019

1.第1実施形態(図3図9
同程度の容量のGE発電機とGT発電機を各1台有する発電設備の運転方法を図3図9を参照して説明する。
まず図3を参照して第1実施形態に係る発電設備1の構成を説明する。
図3に示すように、第1実施形態の発電設備1は、商用電力系統2に遮断装置3を介して接続された電力線4と、電力線4に遮断装置3を介して接続された各1台のGE発電機(GE1)及びGT発電機(GT1)を有している。GE発電機(GE1)は常用発電機であり、GT発電機(GT1)は停電時にGE発電機(GE1)と連系運転される防災用自家発電設備1である。GE発電機(GE1)とGT発電機(GT1)の容量は同程度である。

0020

電力線4には、共通の遮断装置3と個別の遮断装置3を介して負荷1〜負荷3が並列に接続されている。負荷1は、スプリンクラー排煙用ファンモータ等、消防用・防災用の緊急度重要度の高い負荷であり、負荷2及び負荷3は照明等のように消防用・防災用の負荷に比べれば相対的に重要度の低い負荷である。

0021

発電設備1は制御装置5を備えている。詳細は後述するが、制御装置5は、通常時にGE発電機(GE1)の運転を制御し、また必要に応じて各遮断装置3のON/OFFを制御する。さらに制御装置5は、商用電力系統2の電力の遮断(停電の発生)を検知し、GE発電機(GE1)及びGT発電機(GT1)と各遮断装置3を制御し、停電に対応したGE発電機(GE1)及びGT発電機(GT1)の必要な連系運転や、これに合せた負荷の切り離しや接続を制御することができる。

0022

次に、制御装置5の制御による発電設備1の運転方法を図4図9を参照して説明する。
(1-1) GE発電機(GE1)と商用電力系統2との連系運転(通常時)
図4に示すように、GE発電機(GE1)は、通常時はコージェネレーション用途の常用発電機として商用電力系統2(60Hz)と連系運転を行う。一般的にGE発電機(GE1)は効率の高い定格出力付近で運転をうため、所定のドループ率の傾きを持ち、負荷100%で商用周波数である60Hzの点を通る直線状のドループ特性となる。商用電力系統2は、理論的には無限大の容量を持ち、図4中で水平の破線の特性となる。負荷の大きさに応じ、GE発電機(GE1)で足りない分の電力(図4では例えば60%)が商用電力系統2から供給される。本実施例では、全体を200%とした場合、GE常用発電機と商用電力系統2の両方で合計160%の電力が供給されている。

0023

(1-2)商用電力系統2からの電力の遮断(停電の発生)
図5に示すように、商用電力系統2での停電の発生を制御装置5が検出すると、制御装置5は遮断装置3を作動させて優先順位の低い負荷2、負荷3を電力線4から遮断し、優先順位の最も高い負荷1のみに電力を供給する。負荷1はGE発電機(GE1)単独で電力の供給が可能な容量であり、ここではGE発電機(GE1)の定格の70%となっている。GE発電機(GE1)の負荷率が100%から70%に低下すると、ドループ特性に従いGE発電機(GE1)の周波数が61Hzまで上昇する。

0024

(1-3)GT発電機(GT1)のアイソクロナス制御による同期投入
図6に示すように、制御装置5は、停電の発生後、速やかにGT発電機(GT1)を起動し、GE発電機(GE1)に対するGT発電機(GT1)の周波数、電圧位相の同期が取れた段階で、同期投入を行う。GT発電機(GT1)は、投入時のGE発電機(GE1)に一致した周波数でアイソクロナス制御される。この段階では、GT発電機(GT1)はGE発電機(GE1)に連系されるものの、負荷率はほぼ0%である。

0025

(1-4) 第2優先順位の負荷の瞬時投入
図7に示すように、GT発電機(GT1)の同期投入の後、制御装置5は、必要な遮断装置3を制御して第2優先順位の負荷の瞬時投入を行う。投入された負荷分は、アイソクロナス制御を行うGT発電機(GT1)により供給され、連系系統の周波数は一定を保つ(61Hz)。GT発電機(GT1)は定格容量の100%の瞬時負荷投入も可能であるが、ここでは70%分を瞬時負荷投入している。GE発電機(GE1)では瞬時負荷投入による周波数変動が生じず、負荷変動によるGE発電機(GE1)の運転停止等は生じない。

0026

(1-5) 第3優先順位の負荷の瞬時投入
図8に示すように、制御装置5は、必要に応じ、第3優先順位の負荷の瞬時投入を行う。投入された負荷分は、アイソクロナス制御を行うGT発電機(GT1)により供給される。ここでは、さらに20%分を瞬時負荷投入している。

0027

(1-6)GT発電機(GT1)とGE発電機(GE1)の負荷平準化
図9に示すように、必要な負荷投入が終了した後、制御装置5は、GT発電機(GT1)とGE発電機(GE1)との間で負荷の平準化を行う。負荷の平準化の操作は、GE発電機(GE1)においてドループ特性線を周波数(縦軸)に対し上下に移動する設定をすることで行う。より具体的には、この負荷の平準化の操作は、制御装置5がGE発電機(GE1)のガスエンジンのガバナ燃料増減する指令を送ることで実行する。本実施例では、GE発電機(GE1)のガスエンジンのガバナに燃料を増加する指令を送り、ドループ特性線を上に移動させることで、GT発電機(GT1)の負荷のうちの10%分をGE発電機(GE1)に負担させる。ドループ特性線の移動の操作はGEの運転に影響を及ぼさないように徐々に行う。図9に示すように、本実施例では最終的に、GT発電機(GT1)とGE発電機(GE1)がそれぞれ80%、全体を200%とした場合に合計160%の電力が供給され、停電前と同容量の電力が供給されている。

0028

2.第2実施形態(図10図17
同程度の容量のGE発電機(GE1)とGT発電機(GT1)を各2台有する発電設備10の運転方法を図10図17を参照して説明する。
まず図10を参照して第2実施形態に係る発電設備10の構成を説明する。
図10に示すように、第2実施形態の発電設備10は、商用電力系統2に遮断装置3を介して接続された電力線4と、電力線4に遮断装置3を介して接続された各2台のGE発電機(GE1,GE2)及びGT発電機(GT1,GT2)を有している。第1実施形態と同様、GE発電機(GE1,GE2)は常用発電機、GT発電機(GT1,GT2)は防災用自家発電設備10であり、GE発電機(GE1,GE2)とGT発電機(GT1,GT2)の容量は同程度である。遮断装置3を介して電力線4に接続された負荷1〜負荷3の構成は第1実施形態と同一である。発電設備10の制御装置5は、第1実施形態と同様、通常時にGE発電機(GE1,GE2)の運転を制御し、商用電力系統2の電力の遮断(停電の発生)を検知し、停電に対応したGE発電機(GE1,GE2)及びGT発電機(GT1,GT2)の必要な連系運転等を行う。

0029

次に、制御装置5の制御による発電設備10の運転方法を図11図17を参照して説明する。
(2-1) GE発電機(GE1,GE2)と商用電力系統2との連系運転(通常時)
第1実施形態と同様、GE発電機(GE1,GE2)は、制御装置5の制御により、通常時はコージェネレーション用途の常用発電機として商用電力系統2(60Hz)と連系運転を行う。

0030

(2-2)商用電力系統2からの電力の遮断(停電の発生)
第1実施形態と同様、商用電力系統2での停電の発生を制御装置5が検出すると、制御装置5は遮断装置3を作動させて優先順位の低い負荷2、負荷3を電力線4から遮断し、2台のGE発電機(GE1,GE2)により優先順位の最も高い負荷1のみに電力を供給する。図11の右側に示すように、本実施形態では2台のGE発電機(GE1,GE2)が各75%の負荷率で電力を供給し、合計の負荷は150%であるものとする。

0031

(2-3) 1台目のGT発電機(GT1,GT2)のドループ制御による同期投入
図11の左側に示すように、停電の発生後、制御装置5は、速やかに1台目のGT発電機(GT1)を起動し、GE発電機(GE1,GE2)に対するGT発電機(GT1)の周波数、電圧、位相の同期が取れた段階で、同期投入を行う。このように、GT発電機(GT1)は、まず1台目がドループ制御により投入される。

0032

(2-4) 2台のGE発電機(GE1,GE2)と1台目のGT発電機(GT1)の負荷の平準化
図12に示すように、制御装置5は、1台目のGT発電機(GT1)を投入した後、そのドループ特性線を上げる操作を行うことで、2台のGE発電機(GE1,GE2)と1台目のGT発電機(GT1)の負荷の平準化を行う。この例では、それぞれの負荷率が50%となるように調整される。合計の負荷は150%となり、全負荷に変動はない。

0033

(2-5) 2台目のGT発電機(GT2)のアイソクロナス制御による同期投入
図13に示すように、次に制御装置5は、2台目のGT発電機(GT2)をアイソクロナス制御により同期投入する。

0034

(2-6) 第2優先順位の負荷の瞬時投入
図14に示すように、次に制御装置5は、第2優先順位の負荷の瞬時投入を行う。投入された負荷分は、アイソクロナス制御を行う2台目のGT発電機(GT2)により供給され、連系系統の周波数は一定に保たれる。ここでは90%分を瞬時負荷投入している。図14では2台のGT発電機(GT1,GT2)の運転状況が重ねて表現されている。

0035

(2-7) 2台のGE発電機(GE1,GE2)と2台のGT発電機(GT1,GT2)の負荷の平準化
図15に示すように、次に制御装置5は、2台のGE発電機(GE1,GE2)および1台目のGT発電機(GT1)のドループ制御線を上げる操作を行うことで、2台のGE発電機(GE1,GE2)と2台のGT発電機(GT1,GT2)の負荷の平準化を行う。4台の発電機の負荷率は各60%に平準化されている。

0036

なお、上記負荷投入の手順は一例であり、他の手順を採用することもできる。例えば、図11での1台目のGT発電機(GT1)のドループ制御による同期投入の際に、2台目のGT発電機(GT2)についてもアイソクロナス制御による同期投入を行い、2台のGT発電機(GT1,GT2)の負荷分担がほぼ0%の状態で、第2優先順位の負荷の瞬時投入を行っても良い。投入された負荷分は、アイソクロナス制御を行う2台目のGT発電機(GT2)により供給され、連系系統の周波数は一定である。しかる後に、2台のGE発電機(GE1,GE2)と1台目のGT発電機(GT1)のドループ制御線を調整することで負荷の平準化を行う。

0037

なお、第2実施形態の運転方法では、1台目のGT発電機(GT1)をドループ制御によって同期投入し、その後に2台目のGT発電機(GT2)をアイソクロナス制御で同期投入したが、この順序を逆にしてもよい。

0038

また、負荷の平準化後において、アイソクロナス制御を行う2台目のGT発電機(GT2)に運転の障害(トリップ)が生じた場合には、図16に示すように、ドループ制御している1台目のGT発電機(GT1)を瞬時にアイソクロナス制御に切換えて負荷を吸収する。1台目のGT発電機(GT1)の負荷は一時的に定格を超えて120%となるが、短時間であれば障害は生じない。

0039

次いで、図17に示すように、制御装置5が2台のGE発電機(GE1,GE2)のドループ制御線を上げる操作を行うことにより、2台のGE発電機(GE1,GE2)と1台のGT発電機(GT1)の負荷の平準化を行う。3台の発電機の負荷率は各80%となる。

0040

以上説明したように、GT発電機(GT1,GT2)とGE発電機(GE1,GE2)を有する発電設備10において、GT発電機(GT1,GT2)とGE発電機(GE1,GE2)を同期させて運転する停電時等の連系運転においてアイソクロナス制御とドループ制御を併用し、アイソクロナス側の速度を一定に保つことによりドループ制御側の速度を一定としたので、ドループ側の出力を変化させずにアイソクロナス側に変動負荷を担わせることができる。これにより、停電対応時に一端遮断した負荷を再投入する等、その瞬時負荷投入量がGE発電機(GE1,GE2)の許容負荷投入量を超えるようなものであっても問題は生じず、選択遮断による需要家への給電の停止を回避することができる。

0041

1,10…発電設備
2…商用電力系統
3…遮断装置
4…電力線
5…制御装置
GE1,GE2…ガスエンジン発電機(GE発電機)
GT1,GT2…ガスタービン発電機(GT発電機)

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