JP2016135018A - 発電装置、発電装置の制御方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】負荷側の改造を行うことなく、発電機電圧が過電圧になることを自動的に防止する。
【解決手段】発電装置１００は、交流電力を発電する発電機２と、発電機２から電力が供給される負荷５０と並列に発電機２に接続されるリアクトル５と、発電機２とリアクトル５との間を電気的に開閉する開閉器６と、開閉器６を開閉するコントローラ１０と、を備える。コントローラ１０は、過電圧により発電機２と負荷５０との接続が遮断される前に、発電機２から出力される電圧と電流との位相差に基づいて、発電機２の力率が進み力率であるか否かを検出し、発電機２の力率が進み力率である場合、開閉器６を閉じる。
【選択図】図１

Description

この発明は、発電装置、発電装置の制御方法及びプログラムに関する。

一般に、同期発電機における無負荷時の出力電圧（発電機電圧）ｅは、以下のように表される。
ｅ＝ｋ１×Φ×ｎ …（１）
ここで、ｋ１は定数、Φは磁束、ｎは回転数である。磁束Φは界磁電流Ｉｆに比例し、回転数ｎは、同期発電機の起電力の周波数ｆに比例するので、上記式（１）を、以下のように変換することができる。
ｅ＝ｋ２×Ｉｆ×ｆ …（２）
ｋ２は定数である。同期発電機の起電力の周波数ｆは、通常一定に設定されているので、無負荷時の発電機電圧ｅを調節するためには、同期発電機の界磁電流Ｉｆを調整すればよい。

同期発電機の発電機電圧ｅは、同期発電機に接続される負荷によって変動する。発電機電圧ｅの変動を抑制するため、同期発電機が搭載された発電装置には、同期発電機から負荷に出力される発電機電圧ｅを一定に保つための自動電圧調整器が設けられている。自動電圧調整器は、電圧検出器で検出された発電機電圧ｅと、電圧設定器に設定されている電圧（設定電圧）とを比較し、比較結果に基づいて同期発電機の界磁巻線に与える電流（界磁電流）Ｉｆを調整する。界磁電流Ｉｆの調整により、同期発電機から出力される電圧が一定になる。

モータ等のように電圧に対して電流の位相が遅れる負荷（遅れ力率の負荷）が発電機に接続されている場合には、無負荷時よりも磁束Φが減少する。このため、図１０に示すように、同期発電機から出力される電流（発電機電流）Ｉの増加とともに同期発電機の発電機電圧ｅ１が低下していく。自動電圧調整器は、発電機電圧ｅ１の低下を検出すると、図１０に示すように、発電機電流Ｉの増加とともに界磁電流Ｉｆ１を増加させて（磁束Φを増加させて）、発電機電圧ｅ１をできるだけ定格電圧に保つようにする。

しかしながら、コンデンサ等のように電圧に対して電流の位相が進む負荷（進み力率の負荷）が発電機に接続されている場合、無負荷時よりも磁束Φが増加する。このため、図１０に示すように、発電機電流Ｉの増加に伴って発電機電圧ｅ２も上昇していく。自動電圧調整器は、発電機電圧ｅ２の上昇を検出すると、発電機電流Ｉの増加に伴って界磁電流Ｉｆ２を減少させ（磁束Φを減少させて）、発電機電圧ｅを定格電圧に保とうとする。ところが、界磁電流Ｉｆ２がゼロまで達すると、発電機電流Ｉがそれ以上になっても界磁電流Ｉｆ２を下げられないため、発電機電流Ｉの上昇に伴う磁束Φの増加によって、自己励磁現象が発生して発電機電圧ｅ２が急上昇し、過電圧状態となる。

このように、同期発電機は、進み力率の負荷が接続されていると、自己励磁現象により、発電機電圧ｅ２が過電圧となる。発電機電圧ｅ２が過電圧になると、発電装置は同期発電機からの電力の供給を停止する。そこで、発電装置からの送電を停止しないようにするために、同期発電機の起動に連動して進み力率の負荷の切離しを行うことが一般的に行われている。

一方、同期発電機の出力側に開閉器を介してリアクトルを負荷と並列に設けた同期発電機を搭載した発電装置（可搬式エンジン発電機）が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この発電装置では、進み力率の負荷が接続されている場合、発電装置は、手動で開閉器を閉じリアクトルを同期発電機に接続してから電力供給を開始する。このようにすれば、力率の進み位相角を減少させ、過電圧状態を抑制することができる。

特開２００７−１５１２０２号公報

同期発電機の起動に連動して進み力率の負荷の切離しを行うには、負荷側で同期発電機の起動を検出して、同期発電機と負荷との間を切離すための回路を特別に設ける必要がある。しかしながら、すべての負荷にこのような回路を設けるのは現実的ではない。

また、上記特許文献１に記載の発電装置では、進み力率の負荷が接続されていた場合に、手動で開閉器を閉じて同期発電機にリアクトルを接続している。このため、負荷に応じて開閉器を手動で開いたり閉じたりするという煩雑な作業が必要となる。

この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、負荷側の改造を行うことなく、発電機電圧が過電圧になることを自動的に防止することができる発電装置、発電装置の制御方法及びプログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明に係る発電装置は、交流電力を発電する発電機と、発電機から電力が供給される負荷と並列に発電機に接続されるリアクトルと、発電機とリアクトルとの間を電気的に開閉する開閉器と、開閉器を開閉するコントローラと、を備える。コントローラは、過電圧により発電機と負荷との接続が遮断される前に、発電機から出力される電圧と電流との位相差に基づいて、発電機の力率が進み力率であるか否かを検出する検出部と、発電機の力率が進み力率である場合、開閉器を閉じる制御部と、を備える。

この発明によれば、発電機と負荷との接続が過電圧で遮断される前に発電機の電圧及び電流の位相差に基づいて発電機の力率が進み力率であるか否かを検出し、進み力率である場合には開閉器を閉じてリアクトルを発電機に接続する。このようにすれば、発電機の力率が進み力率であった場合に自動的に発電機の力率の位相を遅らせ発電機電圧の上昇を抑制することができる。この結果、負荷側の改造を行うことなく、発電機電圧が過電圧になることを自動的に防止することができる。

この発明の実施の形態に係る発電装置の構成を示すブロック図である。 図１のコントローラのハードウエア構成を示すブロック図である。 図１のコントローラのソフトウエア構成を示すブロック図である。 図４（Ａ）は、発電機電圧に対して発電機電流の位相が進んでいる場合を模式的に示す図である。図４（Ｂ）は、発電機電圧に対して発電機電流の位相が遅れている場合を模式的に示す図である。 開閉器をオンするための閾値の一例を示す図である。 開閉器をオフするための閾値と時間パラメータの一例を示す図である。 図１のコントローラの動作を示すフローチャートである。 発電装置と負荷としての放電ランプとの回路図である。 図８の場合における発電機電圧の変動と発電装置の動作との関係の一例を示す図である。 力率の位相が遅れた負荷が接続された場合と力率の位相が進んだ負荷が接続された場合とにおける発電装置の電圧特性、電流特性の一例を示すグラフである。

以下、この発明に係る実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１に示すように、この実施の形態に係る発電装置１００は、動力源であるエンジン１と、交流電力を発電する発電機２と、スイッチである切替器３と、遅れ力率の負荷であるリアクトル５と、スイッチである開閉器６と、商用電源１４と接続された入力端子７と、負荷５０と接続された出力端子８と、発電機２の出力電圧（発電機電圧）を調整する自動電圧調整器９と、発電装置１００の制御を行うコントローラ１０と、を備える。この発電装置１００は、リアクトル５、開閉器６及びコントローラ１０を設け、コントローラ１０で開閉器６の開閉を制御することによって、発電機電圧が過電圧になるのを抑制する。

発電機２と切替器３との間には電力供給路４Ａが設けられている。切替器３と出力端子８との間に、電力供給路４Ｂが設けられている。入力端子７と切替器３との間に電力供給路４Ｃが設けられている。また、電力供給路４Ｂから電力供給路４Ｄが延びている。電力供給路４Ｄの先端にリアクトル５が接続されている。発電装置１００は、さらに、発電機２から流れる電流を検出する電流センサ１１と、発電機電圧を降圧する電圧変成器（ＰＴ：Potential Transfer）１２、１３とを備える。

エンジン１は、発電機２を駆動する。エンジン１は、例えば、ガソリンエンジン又はディーゼルエンジン等の内燃機関である。

発電機２は、同期発電機である。発電機２は、エンジン１の駆動により、交流電力を発電する。発電機２で発電された交流電力は、電力供給路４Ａ、切替器３、電力供給路４Ｂ及び出力端子８を介して、モータ又は照明等の負荷５０に供給される。

切替器３は、負荷に供給される電源を、商用電源１４と、発電機２との間で切り替えるスイッチ回路である。切替器３は、商用電源１４からの電力を負荷５０に供給する場合には、電力供給路４Ｃと電力供給路４Ｂとを接続する。発電機２で発電された電力を負荷５０に供給する場合には、切替器３は、電力供給路４Ａと電力供給路４Ｂとを接続する。切替器３は、通常は電力供給路４Ｃと電力供給路４Ｂとを接続し、商用電源１４の電力を負荷５０に供給している。切替器３は、電圧検出機能を備え、商用電源１４の電圧が切替基準電圧よりも低下したことを検出すると、電力供給路４Ｃと電力供給路４Ｂとを切り離し、電力供給路４Ｂと電力供給路４Ａとを接続し、発電機２からの電力を負荷５０に供給する。

リアクトル５は、インダクタを利用した受動素子（供給された電力を消費・蓄積・放出する素子）である。リアクトル５は、電力供給路４Ｄ及び開閉器６を介して、電力供給路４Ｂと接続される。リアクトル５は、発電機２から見れば他の負荷５０と並列に発電機２に接続される遅れ力率の負荷となる。リアクトル５は、フェランチ効果による電圧上昇防止用の遅れリアクタンス源として用いられる。

開閉器６は、発電機２とリアクトル５との間に接続されたスイッチ回路である。開閉器６の開閉は、コントローラ１０からの信号制御により制御可能である。

電流センサ１１は、発電機２から電力供給路４Ａへ流れる電流を検出する。この電流センサ１１による電流の検出値は、コントローラ１０に入力される。電流の検出値は、コントローラ１０の力率の位相の算出に用いられる。

電圧変成器１２は、発電機２から電力供給路４Ａを介して印加されている発電機電圧を、コントローラ１０に対応する電圧に降圧する。電圧変成器１２によって降圧された電圧は、コントローラ１０に入力される。コントローラ１０は、この電圧を検出し、電圧の検出値に基づいて、発電機電圧を算出する。発電機電圧の検出値は、コントローラ１０の力率の位相の算出に用いられる。

電圧変成器１３は、発電機２から電力供給路４Ａを介して印加されている発電機電圧を、自動電圧調整器９に対応する電圧に降圧する。電圧変成器１３によって降圧された電圧は、自動電圧調整器９に入力される。

自動電圧調整器９は、入力された電圧の検出値に基づいて、発電機電圧を算出する。自動電圧調整器９は、算出された発電機電圧と、内蔵する電圧設定器９Ａに設定されている電圧（設定電圧）とを比較し、比較結果に基づいて発電機２の界磁巻線に与える電流（界磁電流）を調整する。界磁電流の調整により、発電機２から出力される電圧ができるだけ一定になるように、制御される。

コントローラ１０は、コンピュータから構成される。図２に示すように、コントローラ１０は、制御部２１、主記憶部２２、外部記憶部２３、タイマ２４及び入出力部２５を備える。主記憶部２２、外部記憶部２３及びタイマ２４はいずれも内部バス２８を介して制御部２１に接続されている。

制御部２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等から構成されている。このＣＰＵが、外部記憶部２３に記憶されているプログラム２９を実行することにより、図１に示すコントローラ１０の各構成要素が実現される。

主記憶部２２は、ＲＡＭ（Random-Access Memory）等から構成されている。主記憶部２２には、外部記憶部２３に記憶されているプログラム２９がロードされる。この他、主記憶部２２は、制御部２１の作業領域（データの一時記憶領域）として用いられる。

外部記憶部２３は、フラッシュメモリ、ハードディスク、ＤＶＤ−ＲＡＭ（Digital Versatile Disc Random-Access Memory）、ＤＶＤ−ＲＷ（Digital Versatile Disc ReWritable）等の不揮発性メモリから構成される。外部記憶部２３には、制御部２１に実行させるためのプログラム２９があらかじめ記憶されている。また、外部記憶部２３は、制御部２１の指示に従って、このプログラム２９の実行の際に用いられるデータを制御部２１に供給し、制御部２１から供給されたデータを記憶する。

タイマ２４は、計時を行う。計時は制御部２１からの指令により行われる。このタイマ２４は、開閉器６を閉じてから開くまでの時間を計測するのに用いられる。

入出力部２５は、外部からの信号を入力したり、外部に信号を出力したりする。信号の入出力は、制御部２１からの指令により行われる。例えば、入出力部２５には、電流センサ１１からの電流の検出値の信号が入力される。入出力部２５には、電圧変成器１２からの電圧の検出値も入力される。また、入出力部２５から、開閉器６を開閉する制御信号が出力される。また、入出力部２５から、エンジン１を始動する信号が出力される。

図３に示すように、コントローラ１０は、機能的には、進み力率検出部３０と、開閉器制御部３１と、パラメータ設定部３２とを備える。なお、図３に示すコントローラ１０の各構成要素は、制御部２１が、主記憶部２２、外部記憶部２３、タイマ２４及び入出力部２５などをハードウエア資源として用いてプログラム２９を実行することによって実現される。

進み力率検出部３０は、発電機２から出力される電圧と電流との位相差に基づいて、発電機２に接続される負荷５０の力率が進み力率であるか否かを検出する。より具体的には、進み力率検出部３０は、電流センサ１１から入力された電流の検出値を、発電機２から出力される電流（発電機電流Ｉ）に換算し、電圧変成器１２から入力された電圧の検出値を、発電機２の出力電圧（発電機電圧ｅ）に換算する。

位相差は、発電機電圧ｅを基準とした発電機電流Ｉの位相として求められる。例えば、図４（Ａ）に示すように、発電機電圧ｅに対して発電機電流Ｉが進んでいれば、位相差は正となる。算出される位相差が正となれば、進み力率検出部３０は、負荷５０の力率が進み力率であることを検出する。一方、図４（Ｂ）に示すように、発電機電圧ｅに対して発電機電流Ｉが遅れていれば、位相差は負となる。算出される位相差が負となれば、負荷５０の力率は遅れ力率となる。進み力率検出部３０は、発電機電圧ｅを基準とした発電機電流Ｉの位相差に基づいて、発電機２の力率が進み力率であるか否かを検出する。

進み力率検出部３０は、発電機２の力率が進み力率であることを検出すると、検出信号を開閉器制御部３１に出力する。進み力率検出部３０による検出は、負荷５０の主遮断部（ブレーカ）が過電圧を検出して発電機２と負荷５０との接続を遮断し負荷５０への電力供給が途絶える前に行われる必要がある。発電機電圧ｅ、発電機電流Ｉの検出から進み力率検出部３０による進み力率の検出は、発電機電圧ｅが上昇を開始してから許容電圧を超えるまでの時間より充分に短いサンプリング間隔で繰り返し行われているので、これが可能になる。この実施の形態では、図２の制御部２１、主記憶部２２、入出力部２５によって進み力率検出部３０が実現される。

開閉器制御部３１は、進み力率検出部３０から検出信号が入力され、電圧変成器１２から入力された電圧から換算される発電機電圧ｅ（実効値）が、図５に示すように、閾値Ｖ１を超えると、開閉器６をオンする。これにより、発電機２とリアクトル５とが接続され、発電機電圧ｅに対する発電機電流Ｉの位相が遅れるようになるので、発電機電圧ｅが過電圧になるのが防止される。この実施の形態では、図２の制御部２１、主記憶部２２、タイマ２４によって、開閉器制御部３１が実現される。

図５に示すように、閾値Ｖ１には、発電電圧ｅが過電圧となる値（過電圧基準値ｅｒ）より低い値が設定される。より好ましくは、閾値Ｖ１は、発電機電流Ｉが定格の０％以上３０％以下の範囲（界磁電流Ｉｆ２が調整可能な範囲）に対応する値に設定される。閾値Ｖ１をこのような値に設定すれば、発電機電圧ｅが許容電圧を超え、過電圧となる前に、リアクトル５を発電機２に接続することが可能となる。

パラメータ設定部３２には、様々なパラメータが設定されている。パラメータには、例えば、上述の閾値Ｖ１の他、開閉器６を閉じた後さらに開いてリアクトル５を切離すか否かを設定するパラメータ（切離しパラメータ）と、リアクトル５を切離すべく開閉器６を開く時間Ｔとがある。この切離しパラメータは、負荷５０が、水銀灯等のように、通電後力率が進み力率から遅れ力率に変化するものである場合に設定される。各パラメータの値は、書き換え可能である。

開閉器６を開いてリアクトル５を切離すことがパラメータ設定部３２の切離しパラメータに設定されていれば、開閉器制御部３１は、負荷５０の力率が進み力率から遅れ力率に変化した後に、開閉器６を開く。開閉器制御部３１は、図６に示すように、発電機電圧ｅが、パラメータ設定部３２に設定された閾値Ｖ１を下回ってから、パラメータ設定部３２に設定された時間Ｔ経過後に、開閉器６を開く。設定される時間Ｔとしては、図６に示すように、負荷５０の力率が進み力率から遅れ力率に変化し、発電機電圧ｅが定格電圧に十分に復帰している時間が設定される。この時間Ｔは、パラメータ設定部３２への設定を更新することにより、変更が可能である。この実施の形態では、図２の主記憶部２２、外部記憶部２３が、パラメータ設定部３２に対応する。

次に、この発明の実施の形態に係る発電装置１００の動作について説明する。ここでは、発電装置１００を制御するコントローラ１０の処理手順を中心に発電装置１００の動作を説明する。

図７に示すように、まず、商用電源１４の電圧が低下し、切替器３が発電機２側に切り替えられると、コントローラ１０は、エンジン１をスタートさせ、エンジン１の駆動により、発電機２を起動する（ステップＳ１）。

続いて、コントローラ１０は、発電機電圧ｅが安定し、発電機２からの電力供給状態が確立するまで待つ（ステップＳ２；Ｎｏ）。電力供給状態が確立するまで、コントローラ１０は、ステップＳ２を繰り返す。発電機電圧ｅが安定し、電力供給状態が確立すると（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、コントローラ１０は、次のステップに進む。

続いて、コントローラ１０は、発電機２から負荷５０へ電力が供給されるように、切替器３が発電機２の方に切替えられるまで待つ（ステップＳ３；Ｎｏ）。切替器３が発電機２の方に切り替えられると（ステップＳ３；Ｙｅｓ）、コントローラ１０は、次のステップに進む。

続いて、コントローラ１０（進み力率検出部３０）は、発電機２の力率の位相を検出する（ステップＳ４）。具体的には、進み力率検出部３０は、電流センサ１１で検出された電流値と電圧変成器１２で降圧された電圧値とから、発電電圧ｅと出力電流の波形を求め、それらの位相差を算出する。進み力率検出部３０は、算出された位相差を、発電機２の力率の位相とする。

コントローラ１０（進み力率検出部３０）は、求めた位相差に基づいて、発電機２に接続されている負荷５０の力率が進み力率か否かを判定する（ステップＳ５）。具体的には、位相差が正であれば、進み力率であると判別する。発電機２の力率が進み力率でない場合には（ステップＳ５；Ｎｏ）、コントローラ１０は、初期動作を完了し、通常の制御動作へ移行する（ステップＳ１３）。

発電機２の力率が進み力率であった場合には（ステップＳ５；Ｙｅｓ）、コントローラ１０において、進み力率検出部３０は、開閉器制御部３１に検出信号を出力する。これを受けて、コントローラ１０（開閉器制御部３１）は、パラメータ設定部３２から閾値Ｖ１を読み込んで、発電機電圧ｅが閾値Ｖ１より高いか否かを判定する（ステップＳ６）。発電機電圧ｅが閾値Ｖ１より高くない場合には（ステップＳ６；Ｎｏ）、コントローラ１０は、初期動作を完了し、通常の制御動作へ移行する（ステップＳ１３）。

発電機電圧ｅが閾値Ｖ１より高い場合には（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、コントローラ１０（開閉器制御部３１）は、開閉器６をオンする（ステップＳ７）。これにより、遅れ力率の負荷としてのリアクトル５が、発電機２に接続される。この結果、発電機電圧ｅに対する発電機電流の位相が遅れるようになり、発電機電圧ｅが、上昇から下降に転じるようになる。

コントローラ１０（開閉器制御部３１）は、発電機電圧ｅが閾値Ｖ１以下となるまで待つ（ステップＳ８；Ｎｏ）。発電機電圧ｅが、閾値Ｖ１以下に低下すると（ステップＳ８；Ｙｅｓ）、コントローラ１０（開閉器制御部３１）は、次のステップに進む。

続いて、コントローラ１０（開閉器制御部３１）は、パラメータ設定部３２に設定されたリアクトル５の切離しパラメータを読み込んで、切離しパラメータがオンになっているか否かを判定する（ステップＳ９）。切離しパラメータがオンになっていなければ（ステップＳ９；Ｎｏ）、コントローラ１０は、初期動作を完了し、通常の制御動作へ移行する（ステップＳ１３）。切離しパラメータがオンになっていれば（ステップＳ９；Ｙｅｓ）、コントローラ１０（開閉器制御部３１）は、タイマ２４による計時を開始する（ステップＳ１０）。

コントローラ１０（開閉器制御部３１）は、パラメータ設定部３２に設定された時間Ｔを読み込んで、タイマ２４を起動し、タイマ２４が時間Ｔを計時するまで待つ（ステップＳ１１；Ｎｏ）。タイマ２４の計時により、時間Ｔが経過したと判定すると（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、コントローラ１０（開閉器制御部３１）は、開閉器６をオフする（ステップＳ１２）。これにより、発電機２とリアクトル５との接続が遮断され、発電機２は、負荷５０にのみ、電力を供給するようになる。

開閉器６をオフした後、コントローラ１０は、初期動作を完了し、通常の制御動作へ移行する（ステップＳ１３）。この後、商用電源１４が復旧し、電力を供給可能な状態になると、切替器３が商用電源１４と負荷５０とを接続するように切り替えられ、発電機２から負荷５０への電力の供給が停止される。

次に、負荷５０として水銀灯等の放電ランプ４０が接続されていた場合の発電装置１００の具体的な動作について説明する。図８に示すように、放電ランプ４０には、コンデンサ４１を含む安定化回路４２が設けられている。この放電ランプ４０とこの安定化回路４２とで、負荷５０が構成される。

放電ランプ４０は、通常の点灯時には、ランプの温度が低く放電に必要な内部物質が気化していないため、直ちに放電が開始される。この点灯動作をコールドスタートという。このコールドスタートでは、負荷５０は、遅れ力率の負荷となる。

一方、放電ランプ４０は、一度消灯した直後に再点灯をすると、内部のガスが気化したままですぐには点灯できないので、しばらく時間が経過してから再点灯する。このような点灯をホットスタートという。ホットスタート時から実際に点灯されるまでの間、コンデンサ４１により、負荷５０は、進み力率の負荷となる。

発電装置１００は、放電ランプ４０がコールドスタートした場合には、負荷５０が遅れ力率であると判定される。このため、コントローラ１０は、開閉器６を開いたままとしてリアクトル５を発電機２に接続しないようにする。

発電装置１００は、放電ランプ４０がホットスタートした場合には、実際に点灯されるまでの間、負荷５０は進み力率の負荷となる。この場合、図９に示すように、時点ｔ１で、発電機２からの電力供給が開始された後、発電機電圧ｅが上昇する。時点ｔ２で発電機電圧ｅが閾値Ｖ１を超えると、コントローラ１０は、開閉器６を閉じ、発電機２とリアクトル５とを接続する。これにより、発電機２に接続する負荷全体の力率の進みが小さくなり、力率が遅れ力率に変化して、発電機電圧ｅが上昇から下降に転じる。

時点ｔ３で、発電機電圧ｅが閾値Ｖ１を下回ると、コントローラ１０はタイマ２４による計時を開始する。この計時の間、発電機電圧ｅは定格電圧に戻り、安定化する。その後、パラメータとして設定された一定時間Ｔ経過後の時点ｔ４において、コントローラ１０は、開閉器６を開く。この時点では、すでに放電ランプ４０は点灯しており、負荷５０は遅れ力率の負荷として動作している。したがって、コントローラ１０は、これ以降、開閉器６を開き、リアクトル５を発電機２から切り離す。この構成によれば、例えば、商用電源１４で放電ランプ４０を点灯していた状態で、商用電源１４の停電等により、発電機２による点灯に切り替えた場合に、リアクトル５を放電ランプ４０に一旦接続し、その後、リアクトル５を切り離すという制御を行うことができる。一方、発電機２で放電ランプ４０を新規に点灯した場合（コールドスタートの場合）には、リアクトル５を負荷５０に接続しないという制御を行うことができる。

以上詳細に説明したように、この実施の形態によれば、発電機２と負荷５０との接続が過電圧で遮断される前に発電機２の電圧及び電流の位相差に基づいて発電機２の力率が進み力率であるか否かを検出し、進み力率である場合には開閉器６を閉じてリアクトル５を発電機２に接続する。このようにすれば、発電機２の力率が進み力率であった場合に自動的に発電機２の力率の位相を遅らせ発電機電圧ｅの上昇を抑制することができる。この結果、負荷５０側の改造を行うことなく、発電機電圧ｅが過電圧になることを自動的に防止することができる。

このようにすれば、発電機２が電力を供給する負荷５０が、遅れ力率の負荷であっても、進み力率の負荷であっても、発電機電圧ｅが過電圧となることなく、負荷５０に電力を供給することができる。このため、負荷５０の力率の位相に関わらず、発電装置１００を用いて負荷５０に電力を供給することができる。この結果、発電装置１００の汎用性を高めることができる。

上記実施の形態では、発電機電圧ｅが閾値Ｖ１を超えたときに、開閉器６を閉じたが、これには限られない。例えば、負荷５０の力率が進み力率であると判定された時点で、直ちに開閉器６を閉じるようにしてもよい。

上記実施の形態では、発電機電圧ｅの上昇を検出するときの閾値と、リアクトル５が発電機２に接続されて、発電機電圧ｅの下降を検出するときの閾値とを異なる値としてもよい。

上記実施の形態では、コントローラ１０は、開閉器６を閉じた後、発電機電圧ｅが閾値Ｖ１を下回ってから時間Ｔ経過すると開閉器６を開いたが、これには限られない。例えば、コントローラ１０は、開閉器６を閉じた後、進み力率検出部３０により発電機２の力率が進み力率から遅れ力率に変化した場合に、開閉器６を開くようにしてもよい。この場合、コントローラ１０では、開閉器６を閉じた後も、進み力率検出部３０による力率の位相を検出する必要がある。

上記実施の形態では、発電機２を、同期発電機としたが、交流発電機であればよい。例えば、誘導発電機としてもよい。また、発電機２は、エンジン１等によって駆動される必要はない。エンジン１は、水力又は火力によって回るタービンであってもよい。

上記構成によれば、発電装置１００を、商用電源１４が遮断した際の非常用電源装置として利用可能である。その場合、切替器３の動作とコントローラ１０の動作を連動させてもよい。例えば、以下のように構成してもよい。まず、切替器３が、商用電源１４の電圧が切替基準電圧以下に低下したことを検出すると、その旨をコントローラ１０に通知する。コントローラ１０は、通知に応答して、自動的にエンジン１を起動して、発電機２による発電を開始する。切替器３は、発電機電圧ｅが安定するまで待機した後、スイッチを切り替え、発電機２の発生電力を負荷５０に供給する。その後、コントローラ１０は、負荷５０が進み力率であれば、開閉器６をオンして、リアクトル５を負荷５０に並列に接続する。また、負荷５０が進み力率から遅れ力率に変化する特性を有する場合には、遅れ力率となったタイミング以降に、開閉器６をオフして、リアクトル５を負荷５０から切り離す。

リアクトル５のリアクタンスは、負荷５０のリアクタンスよりも大きいことが望ましいが、発電機２の発電機電圧ｅが過電圧になるのを抑えることができる程度であってもよい。

なお、上記の実施の形態において、実行されるプログラムは、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc Read−Only Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＭＯ（Magneto−Optical Disc）等のコンピュータが読み取り可能な記録媒体に格納して配布し、そのプログラムを、コンピュータ等にインストールすることにより、図７に示す処理を実行するコントローラ１０を構成することとしてもよい。

また、上述のプログラムをインターネット等の通信ネットワーク上の所定のサーバ装置が有するディスク装置等に格納しておき、例えば、搬送波に重畳させて、ダウンロード等するようにしてもよい。

また、上述の図７に示す処理を、各ＯＳ（Operating System）が分担して実現する場合、または、ＯＳとアプリケーションとの協働により実現する場合等には、ＯＳ以外の部分のみを媒体に格納して配布してもよく、また、ダウンロード等してもよい。

この発明は、この発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、この発明の範囲を限定するものではない。すなわち、この発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

この発明は、非常用の発電装置に適用することができる。この他、自動車等の発電装置又は他の発電装置に適用することもできる。

１ エンジン、２ 発電機、３ 切替器、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ 電力供給路、５ リアクトル、６ 開閉器、７ 入力端子、８ 出力端子、９ 自動電圧調整器、９Ａ 電圧設定器、１０ コントローラ、１１ 電流センサ、１２、１３ 電圧変成器、１４ 商用電源、２１ 制御部、２２ 主記憶部、２３ 外部記憶部、２４ タイマ、２５ 入出力部、２８ 内部バス、２９ プログラム、３０ 進み力率検出部、３１ 開閉器制御部、３２ パラメータ設定部、４０ 放電ランプ、４１ コンデンサ、４２ 安定化回路、５０ 負荷、１００ 発電装置

Claims (7)

1. 交流電力を発電する発電機と、
   前記発電機から電力が供給される負荷と並列に前記発電機に接続されるリアクトルと、
   前記発電機と前記リアクトルとの間を電気的に開閉する開閉器と、
   前記開閉器を開閉するコントローラと、
   を備え、
   前記コントローラは、
   過電圧により前記発電機と前記負荷との接続が遮断される前に、前記発電機から出力される電圧と電流との位相差に基づいて、前記発電機の力率が進み力率であるか否かを検出する検出部と、
   前記発電機の力率が進み力率である場合、前記開閉器を閉じる制御部と、
   を備える発電装置。
2. 前記制御部は、
   前記開閉器を閉じた後、前記発電機の出力電圧が閾値を下回ってから一定時間経過すると前記開閉器を開く、
   請求項１に記載の発電装置。
3. 前記制御部は、
   前記開閉器を閉じた後、前記検出部により前記発電機の力率が進み力率から遅れ力率に変化した場合に、前記開閉器を開く、
   請求項１に記載の発電装置。
4. 前記制御部は、
   前記発電機が前記負荷に接続された後、前記発電機の出力電圧よりも出力電流が進んでおり、かつ、前記発電機の出力電圧が閾値を超えた場合に、前記開閉器を閉じる、
   請求項１に記載の発電装置。
5. 前記発電機の出力電圧と基準電圧との差に基づいて、前記発電機の界磁電流を自動調整して前記出力電圧を前記基準電圧に調整する自動電圧調整器を備える、
   請求項１に記載の発電装置。
6. 交流電力を発電する発電機が搭載された発電装置に、前記発電機から電力が供給される負荷と並列に接続されるリアクトルを設け、
   前記発電機と前記リアクトルとの間を電気的に開閉する開閉器を前記発電装置に設け、
   前記開閉器を開閉するコントローラを前記発電装置に設け、
   前記コントローラが、過電圧により前記発電機と前記負荷との接続が遮断される前に、前記発電機から出力される電圧と電流との位相差に基づいて、前記発電機の力率が進み力率であるか否かを検出し、
   前記コントローラが、前記発電機の力率が進み力率である場合、前記開閉器を閉じる、
   発電装置の制御方法。
7. 交流電力を発電する発電機と、
   前記発電機から電力が供給される負荷と並列に前記発電機に接続されるリアクトルと、
   前記発電機と前記リアクトルとの間を電気的に開閉する開閉器と、を備える発電装置に設けられ前記開閉器を開閉するコンピュータを、
   過電圧により前記発電機と前記負荷との接続が遮断される前に、前記発電機から出力される電圧と電流との位相差に基づいて、前記発電機の力率が進み力率であるか否かを検出する検出部、
   前記発電機の力率が進み力率である場合、前記開閉器を閉じる制御部、
   として機能させるプログラム。

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