专利名称：发电机用发动机的旋转控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发电机用发动机的旋转控制装置，具体而言，是涉及一种由发动机驱动型发电机和商用电源进行并列运行时的发电机用发动机旋转控制装置。
作为已有技术，进行发动机驱动型发电机和商用电源的并列运行(系统连接)，向规定的机械、设备等供电。
当进行发动机驱动型发电机和商用电源的系统连接时，首先，使发动机驱动型发电机和商用电源同步，之后过渡为系统连接。该发动机驱动型发电机和商用电源的同步例如通过利用开-关接点的脉冲信号控制而以慢的速度变动率来旋转发动机驱动型发电机，从而使同步容易。另外，在过渡为系统连接后，也以与同步时相同的慢速度变动率来旋转发动机驱动型发电机。即，使用单一的速度变动率。
当进行这种系统连接时，为了节省经费，只能减少商用电源占全部电负荷的比例，而发动机驱动型发电机承担大部分的比例。
但是，发动机驱动型发电机和商用电源的系统连接时，会发生负荷的急剧减少等负荷变动。此时，因为发电机由慢速度变动率来旋转，所以不能响应于负荷的急剧减少，如
图12所示，引起发电机电力流入商用电源中的现象(逆潮流)S。该逆潮流S是法律所禁止的，由于引起这种逆潮流，不仅必须停止发电机，而且还存在经济上蒙受重大损失的问题。另外，如果加速速率变动率以不引起逆潮流，则同步又变得困难。这里，全部电负荷A与发电机负荷B的差为商用电源的负荷C。
因此，如图13所示，虽然考虑到通过减少发电机负荷B占全部电负荷A的比例来防止逆潮流S，但此时，因为增加了依赖于商用电源的比例，所以只能减少商用电负荷C占全部电负荷A的比例，脱离了节约经费的主题，并存在由于引入发电机而引起的经济效益降低的问题。
本发明的目的是提供一种发电机用发动机旋转控制装置，在容易地进行发动机驱动型发电机和商用电源的同步的同时，可防止系统连接时的逆潮流，并且，由于引入发动机驱动型发电机而得到经济效益。
根据本发明，提供一种发电机用发动机旋转控制装置，可用于可并列运行发动机驱动型发电机和商用电源的并列运行装置，其特征在于具有在通过发动机驱动型发电机和商用电源进入并列运行时的同步操作时或并列运行中的负荷增减时可变化发动机驱动型发电机的速度变动率的速度变动率可变装置。
在上述本发明中，对应于同步操作、并列运行(系统连接)等各种操作时的状态信号，通过变化速率变动率，容易进行发动机驱动型发电机和商用电源的同步而加速到达同步的时间，并能对应于系统连接时的负荷增减来防止逆潮流。因此，可由逆潮流警报来防止发动机驱动型发电机的停止，另外，提高发动机驱动型发电机的负荷比例，因为抑制了商用电源的比例，所以由于引入发动机驱动型发电机而可得到经济效益。
在本发明中，速度变动率可变装置最好具有在发动机驱动型发电机和商用电源的同步操作时减慢速度变动率、在发动机驱动型发电机和商用电源并列运行中加速速率变动率的功能。另外，如果具有这种功能，则可由模拟信号或数字信号进行控制。
在本发明中，速度变动率可变装置最好具有在通过发动机驱动型发电机和商用电源进入并列运行时的同步操作时延缓发动机驱动型发电机的速度变动率的功能。
因此，对应于同步操作时的状态信号，通过延迟速度变动率，因为容易变为同步，所以可加速到达发动机驱动型发电机对商用电源的同步的时间。
在本发明中，速度变动率可变装置最好具有在并列运行发动机驱动型发电机和商用电源时急剧减少负荷的情况下、加速发动机驱动型发电机的速率变动率的功能。
因此，当与商用电源并列运行时，通过在急剧减少负荷的情况下加速速率变动率，因为可响应于负荷的急剧减少，所以可防止向商用电源侧流入发电机功率的逆潮流，从而可由逆潮流警报来防止发电机的停止，并且可通过引入发动机驱动型发电机得到经济效益。
图1是表示根据本发明实施例的发电机用发动机旋转控制装置的框图；图2是表示根据上述实施例的发电机用发动机旋转控制装置的主要部分的框图3是表示上述实施例的三阶段速率变动率的特性的图；图4是表示上述实施例的发动机驱动型发电机输出特性的图；图5是表示上述实施例的电负荷和时间的关系的图；图6是表示上述实施例的发动机驱动型发电机的启动流程图；图7是上述实施例的发动机驱动型发电机自动旋转同步流程图的一部分；图8是表示上述实施例的发动机驱动型发电机自动旋转同步中图7的后续流程图；图9是上述实施例的发动机驱动型发电机自动负荷分担的流程图；图10是上述实施例的发动机驱动型发电机的发电机解列(正常停止)的流程图；图11上述实施例发动机驱动型发电机的异常停止的流程图；图12是表示已有电负荷和时间的关系的图；图13是表示已有的其它电负荷和时间的关系的图。
下面根据附图来说明本发明的一个实施例。
如图1所示，本实施例的发电机用发动机旋转控制装置(下面简称为控制装置)10被用于可并列运行(系统连接)发动机驱动型发电机2和商用电源3的并列运行装置1中。
控制装置10具有彼此连接的发电机控制装置11和发动机控制器12而构成，发电机控制装置11的一侧连接于电线5，发动机控制器12的一侧连接于发动机驱动型发电机2。
在电线5中，平时流过商用电源3的电力，在系统连接时，流过来自发动机驱动型发电机2的电力和来自商用电源3的电力，另外，在电线5上装有由负荷G1-3n构成的全部电负荷A。
如图2所示，发动机驱动型发电机2由发电机部2A和发动机部2B构成，在发动机2B中设置电子调速器带有的喷射泵2C。
返回图1，发动机驱动型发电机2的一侧通过断路器(遮断器)6连接于上述电线5，必要时对断路器6进行开＝关，进行发动机驱动型发电机2和商用电源3之间的电流的连接、遮断。
在断路器6和发动机驱动型发电机2之间设置第一变流器7A和电压检测端7B，该变流器7A和电压检测端7B分别检测发电机2的负荷和发电机2的电压，同时，将这些检测值作为信号输出到发电机控制装置11。
另外，在电线5的途中设置第二变流器8A和电压检测端8B，该变流器8A在系统连接时检测流过电线5的全部电负荷A、即商用电源3的负荷和发动机驱动型发电机2的负荷的总和负荷，在单独使用商用电源3时检测商用电源3的负荷，同时将这些检测值作为信号输出到发电机控制装置11。另外，电压检测端8B在检测商用电源3的电压的同时，将其检测值作为信号输出到发电机控制装置11。
在这种并列运行装置1内的各装置间的各信号的接收发送如图1、2所示。
即，如上所述，分别从第二变流器8A和电压检测端8B向发电机控制装置11发送全部电负荷检测信号、商用电压检测信号、从第一变流器7A和电压检测端7B向发电机控制装置11发送发电机负荷检测信号、发电机电压检测信号，另外，从断路器6向向发电机控制装置11发送断路器控制操作确认信号。
在从发电机控制装置11向发动机控制器12发送模拟旋转控制信号、同步操作信号和系统连接信号等发动机控制信号的同时，分别从发动机驱动型发电机2的发动机2B、电子调速器带有的喷射泵2C发送旋转传感器信号、齿条(ラック)传感器信号，根据这些信号，从发动机控制器12向电子调速器带有的喷射泵2C发送调速器传动装置控制信号以驱动调速器传动装置，控制喷射泵的喷射量。
在这种发动机控制器12中设置速度变动率可变装置15。该速度变动率可变装置15接收从发电机控制装置11发送的模拟旋转控制信号后，根据发送的模拟旋转控制信号，由PID控制进行图3所示的三个阶段的速度切换。
即，在图3中，纵轴为发动机驱动型发电机2的旋转数，横轴为时间(秒)，切换可将发动机驱动型发电机2的转速切换成以下三个阶段提高PID控制灵敏度以对横轴的倾斜度变陡的快的速度变动率N1、降低PID控制灵敏度的倾斜度变平缓或过滤的慢的速度变动率N3和PID控制灵敏度为中等的倾斜度稍平缓或过滤的中等速度的速度变动率N2。
调整发动机的响应性、稳定性，由此，控制电子调速器带有的喷射泵2C的喷射量以变化发动机驱动型发电机2的转速。
另外，因为PID控制将电信号分成比例要素P、积分要素I和微分要素D来控制，所以优化了稳定性和响应性。
当设定快的速率变动率N1时，发动机驱动型发电机2的旋转数变动率变为例如510rpm/sec，当急剧减少全部电负荷时，该旋转数变动率为跟随其时的高速用。当设定为中等速度的速度变动率N2时，发动机驱动型发电机2的旋转数变动率变为例如250rpm/sec，该旋转数变动率为通常的系统连接时用。另外，当设定为慢的速度变动率N3时，发动机驱动型发电机2的旋转数变动率变为例如51rpm/sec，该旋转数变动率为同步操作用。
图4中示出了发电机的输出特性。
该图4的纵轴和横轴分别表示发电机负荷和频率及模拟旋转控制电压，表示频率为50Hz或60Hz时的DROOP(额定频率和无负荷频率的差)为3％的特性。
当发动机驱动型发电机2和商用电源3同步时，缓慢提高发动机驱动型发电机2的输出频率(旋转)以进行控制。
在系统连接时，当将发动机驱动型发电机2的输出频率(旋转)控制为50Hz(1500rpm)或60Hz(1800rpm)时，发动机驱动型发电机2的负荷为0％、即无负荷的情况下，有必要将来自发电机控制装置11的模拟旋转控制信号的电压变为2.16V。
另一方面，发动机驱动型发电机2的负荷为100％、即额定负荷的情况下，可将来自发电机控制装置11的模拟旋转控制信号的电压变为3V。
对应于该模拟旋转控制信号的电压增加，增加从发动机驱动型发电机12向电子调速器带有的喷射泵2C的输出，并增加向发动机2B的燃料供应量，还增加发动机驱动型发电机2的旋转数。
当在上述发动机驱动型发电机2的额定负荷时、即进行系统连接的情况下，虽然通常有或多或少的负荷变动，但该负荷变动为1-2％。因此，仅对于这种负荷变动而言，因为发动机驱动型发电机2的输出响应不必要如此急剧进行进行，所以可以上述图3中的中等速度的速度变动率N2来进行运转。
另一方面，在系统连接时，因任何原因产生大幅度、例如数十％的负荷变动的情况下，因为在上述的中等速度变动率N2中，发动机驱动型发电机2的旋转数变动不能充分响应于大幅度的负荷变动，所以变为在高速速度变动率N1中进行切换以响应于负荷变动。因此，如图5所示，即使全部电负荷A急剧减少的情况下，也可对应于该急剧减少，因此，不会产生逆潮流。
下面参照图6-11的流程图来说明控制装置1的作用。
首先，根据图6来说明控制装置1启动时的流程图。
当在ST(步骤)1中开始时，在ST2中，操作员接入控制电源，在ST3中，启动发动机驱动型发电机2的发动机部2B。在ST4中，判断发动机部2B的旋转是否在规定旋转以上，当在规定旋转以上时进行到ST5。
在ST4中，发动机旋转没有达到规定旋转时，在ST6中等待3分钟，当即使经过3分钟仍未达到规定旋转以上时，在ST7中认为启动停滞，发出警报。
在ST5中，发动机部2B向作为规定低速旋转的Li(低速空转)旋转运转移动，在ST8中Li旋转运转持续3分钟。经过3分钟后，进行到ST9，将发动机旋转增加到额定运转的50Hz(1500rpm)/60Hz(1800rpm)，作为规定的Hi(高速空转)旋转。
由发电机控制装置11进行这些ST2-ST8，通过在发电机控制装置11中控制发动机控制器12来进行ST9。另外，在ST5、ST8、ST9的运转时，发动机控制器PID控制变平缓。
根据图7、8来说明使启动的发动机驱动型发电机2与商用电源3同步的自动旋转同步流程图。
如图7所示，在ST11中开始后，在ST12中，将发动机驱动型发电机2作为无负荷、高速空转(Hi)，在ST13中，通过发电机控制装置11向发动机控制器12输入同步信号ON(接通)。在ST14中，判断与商用电源3的电压差是否在±2V以内，若在±2V以内则进行到ST15，若在±2V以上，则在ST16中作为电压差大而由发电机控制装置11发出警报。事先调整发电机2的电压。与商用电源3的电压差的识别时间例如为1秒，这由发电机控制装置11进行控制。
在ST15中，判断与商用电源3的频率差是否在±2Hz以内，若在±2Hz以内则进行到ST17，若在±2Hz以上，则在ST18中重复ST15至ST1860秒，当即使经过60秒后频率差仍未变为±2Hz以内时，在ST19中，作为同步停滞而由发电机控制装置11发出警报。
从由发电机控制装置11控制的同步信号开始计算ST18中的60秒的时间。
在ST17中，开始发电机2的同步测定，在ST20中确认与商用电源3的频率差和相位差，在ST21中从发电机控制装置11向发动机控制器12输入模拟旋转控制信号。在发动机控制器12中，对于发送的模拟旋转控制信号，通过速度变动率可变装置15由慢的速度变动率N3来进行同步控制。
接着，在ST23中，判断与商用电源3的相位差是否在±5度以内，进行同步控制直到相位差变为±5度以内，在相位差变为±5度时进行到ST24，在ST24中，判断相位差变为±5度以内后是否经过1秒，等待经过1秒后，当确认相位差确实处于±5度后，如图8所示，进行到ST25。
在ST25中，为了确实操作而仅在2秒中输出同步接通信号(断路器ON)后，在ST26中，判断是否输入同步结束信号ON输入(断路器辅助接点ON)，如果输入，则进行到ST27。当未进行同步结束信号ON输入时，在ST28中，在同步接通信号ON后的60秒内进行检查，当同步接通信号原样保持非ON而经过60秒时，在ST29中作为同步停滞而由发电机控制装置11发出警报。在ST27中，向发动机控制器12发送同步信号OFF，在ST30中结束同步，在ST31中，结束发动机驱动型发电机2与商用电源的同步操作。
下面根据图9来说明控制装置1的自动负荷分担、即系统连接时的流程图。
在图8中结束同步操作的同时，在ST41中的开始和在ST42中的向发电机控制装置11的同步结束信号ON(断路器辅助接点ON)后，为了稳定其状态，在ST43中等待2秒。经过2秒后在ST44中，向发动机控制器12输入系统连接信号ON。接着，在ST45中，为了负荷分担而从发电机控制装置11向发动机控制器12输入模拟旋转控制信号，在ST46中，对应于发送的模拟旋转控制信号，通过发动机控制器12的速度变动率可变装置15切换成中等速度的速度变动率N2来进行旋转控制。
在ST47中，发动机驱动型发电机2对于事先在发电机控制装置11中设定的目标负荷来判断是否进行与其对应的分担，同时，等待至进行目标负荷分担，达到目标负荷分担后进行到ST48，在ST48中继续进行负荷分担控制。在ST49中，负荷分担控制持续中判断负荷是否急剧减少，在ST49中，当判断负荷未急剧减少时，返回ST47之前，重复ST47-ST49，直到检测出负荷急剧减少。
在ST49中，在判断负荷急剧减少时进行到ST50，在ST50中，发电机控制装置11向发动机控制器12输出大量模拟旋转控制信号，当负荷急剧减少时以使发电机2的电流不会逆潮流。
在ST51中，发动机控制器12检测出模拟旋转控制信号的变化量变大，将发动机控制器12的速度变动率可变装置15切换成高速速率变动率N1来进行旋转控制。接着，重复ST47后的步骤，通过有无负荷急剧减少来进行速率变动率可变装置15的速度变动率的切换。此时，当急剧减少平稳并增加的情况下，也可是在其负荷的增加突变的情况下，进行控制以将速度变动率变为N1。
下面根据图10来说明发电机解列(正常停止)的流程图。
在ST61中开始后，在ST62中将发电机控制装置11中的解列信号ON(接通)。当解列信号ON时，在ST63中，由发电机控制装置11向发动机控制器12发送模拟旋转控制信号，在发动机控制器12中，对应于发送的模拟旋转控制信号，内部速度变动率可变装置15选择中等速度的速度变动率N2，并变慢发动机驱动型发电机2的旋转速度，将发电机负荷缓慢向商用电源3移动。
在ST64中，判断解列机、即应解列的发电机是否无负荷，若无负荷则进行到ST65，如有负荷则返回ST63之前，重复ST63、ST64的步聚直到变为无负荷。
在ST65中，断开(OFF)应解列的发电机2的断路器6。在ST66中，将发电机2的旋转切换为Li(低速空转)旋转，在ST67中，移动到冷却运转。另外，当进行规定时间的冷却运转后，在ST68中，从发电机控制装置11向发动机控制器12输出停止信号，在ST69中，停止发动机驱动型发电机2的发动机部2B。
下面根据图11来说明发电机2异常停止时的流程图。
当在ST71中发生异常时，在ST72中发电机2的断路器6断开的同时，在ST73中发出警报。发电机2的断路器6OFF后，在ST74中从发电机控制装置11向发动机控制器12输出停止信号，在ST75中发动机驱动型发电机2的发动机2B停止。
根据上述实施例具有如下效果。
(1)当从发电机控制装置11向发动机控制器12发送模拟旋转控制信号时，因为在发动机控制器12中，其内部速度变动率可变装置15对应于发送的模拟旋转控制信号，将速度变动率切换为快的速率变动率N1、中等速率变动率N2和慢的速率变动率N3等三个阶段，所以可灵活地对应于发动机驱动型发电机2与商用电源3的同步和系统连接时的全部电负荷的变动。
(2)因为速度变动率可变装置15可将上述速度变动率切换为三个阶段，所以当将发动机驱动型发电机2与商用电源3同步时，通过切换为慢的速率变动率N3，可容易地进行两者的同步，可加速到达同步的时间。
(3)因为速度变动率可变装置15可将上述速度变动率切换为三个阶段，所以当发动机2与商用电源3并列运行时，在负荷急剧减少的情况下，通过切换为快速速率变动率N1来高速旋转发动机驱动型发电机2而可充分地跟随负荷的急剧减少。因此，可防止向商用电源3中流入发电机2的电力的逆潮流，并因为可提高发动机驱动型发电机2的负荷比例而减少商用电源3的比例，可得到比引入发动机驱动型发电机高的经济效益。
(4)因为通过模拟旋转控制信号来发电机控制装置11的发动机控制器12的控制，所以加速了响应性，可迅速地移动到同步操作和系统连接操作。
本发明并不限于上述实施例，只要能达到本发明的目的，也可包含其它变形例。
例如，在上述实施例中，虽然可由速度变动率可变装置15将速度变动率切换为快速速率变动率、中等速率变动率和慢的速率变动率等三个阶段，但并不限于此，也可切换成两个阶段或四个阶段以上的多个阶段。
另外，在上述实施例中，虽然速度变动率可变装置15设置在发动机控制器12中，但并不限于此，也设置在发电机空制装置11中，因此，也可将模拟旋转控制信号作为切换为不同的多个阶段的速率变动率的信号，适当选择其以向发动机控制器12发送。
权利要求
1.一种发电机用发动机旋转控制装置，用于可并列运行发动机驱动型发电机和商用电源的并列运行装置，其特征在于具有在通过上述发动机驱动型发电机和商用电源进入并列运行时的同步操作时或并列运行中的负荷增减时可变化上述发动机驱动型发电机的速度变动率的速度变动率可变装置。
2.根据权利要求1的发电机用发动机旋转控制装置，其特征在于上述速度变动率可变装置具有在通过上述发动机驱动型发电机和商用电源进入并列运行时的同步操作时减慢发动机驱动型发电机的速度变动率的功能。
3.根据权利要求1的发电机用发动机旋转控制装置，其特征在于上述速度变动率可变装置具有在并列运行上述发动机驱动型发电机和商用电源时负荷急剧减少的情况下、加速上述发动机驱动型发电机的速率变动率的功能。
全文摘要
将发电机用发动机的旋转控制装置10用于可并列运行发动机驱动型发电机2和商用电源3的并列运行装置1,该旋转控制装置10具有在通过发动机驱动型发电机2和商用电源3进入并列运行时的同步操作时或并列运行中的负荷增减时可变化上述发动机驱动型发电机的速度变动率的速度变动率可变装置15。因此,可加速到达发动机驱动型发电机和商用电源同步的时间,因为可防止逆潮流,所以可防止发动机驱动型发电机的停止。
文档编号H02P9/00GK1331511SQ0112331
公开日2002年1月16日 申请日期2001年6月30日 优先权日2000年6月30日
发明者长冈正广 申请人:株式会社小松制作所