JP2000358331A - 同期発電機の単独運転検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 無効電力変動方式による能動的な単独運転検
出では、整定が煩雑になる。ＱＣモード周波数シフト方
式は、単独運転の範囲内にある負荷と発電機の出力とが
完全に釣り合った状態では、単独運転を検出することは
できない。 【解決手段】 周波数演算部８Ａで連系点の周波数を求
め、周波数変化率演算部８Ｂで変化率（ｄｆ／ｄｔ）を
求め、係数器８Ｃで変化率に比例した量を得、出力リミ
ッタ８Ｄで制限して同期発電機３の自動電圧調整回路３
Ａへの電圧正帰還量にするにおいて、微少変動量発生器
１０Ａに発電機が連系状態にあるときの周波数変動を抑
制できる微少な変動量でかつ一定周期の変動量を発生し
て正帰還量に重畳させることにより、単独運転の範囲内
にある負荷と発電機の出力とが完全に釣り合った状態で
も微少変動量により周波数変動を得、単独運転を検出可
能にする。周波数変化率に代えて周波数変動量に重畳さ
せることも含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、逆潮流有りの条件
で配電系統に連系される同期発電機の単独運転検出装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】分散型電源を逆潮流有りの条件で高圧配
電系統に連系する場合、この電源の単独運転を防止する
対策を講じなければならない。これに対し通産省では、
分散型電源を系統に連系する場合の技術要件を「系統連
系技術要件ガイドライン」にまとめている。これによれ
ば、上述の単独運転防止対策として、従来の受動的方式
になる転送遮断装置のほか、能動的に発電機の単独運転
を検出する単独運転検出装置が認められている。

【０００３】また、同期発電機などの回転機系分散型電
源に対する単独運転防止対策として単独運転検出装置を
採用する場合、この装置には能動的方式を１つ以上を含
む二方式以上の単独運転検出方式を適用することが規定
されている。これは、単独運転の範囲内にある負荷と発
電機の出力とが釣り合った状態で単独運転に移行した場
合、単独運転移行後の発電機の出力や周波数などは変化
せず、受動的方式のみでは単独運転を検出できないこと
による。

【０００４】以上のことから、現在開発されている回転
機系分散型電源用の単独運転検出装置には能動的方式と
受動的方式とをそれぞれ一方式ずつ適用したものが一般
的となっている。このうち、同期発電機用の単独運転検
出装置に適用される主な能動的方式として、無効電力変
動方式やＱＣモード周波数シフト方式がある。

【０００５】無効電力変動方式は、その構成図を図５
に、諸電気量の変化を図６に示す。受電設備は、系統電
源１から高圧配電線２を通して受電し、同期発電機
（Ｇ）３から変圧器４及びしゃ断器５を通して系統に連
系して負荷６に給電する。

【０００６】単独運転検出装置７は、同期発電機３の自
動電圧調整回路（ＡＶＲ）３Ａの電圧設定値に対し、微
少変動量発生器７Ａによって、一定周期の微少変動（Ａ
ＶＲ電圧設定値変動量）を常時与えておく。これによ
り、同期発電機３に微少の電圧変動が発生しようとする
が、系統との連系状態では同期化力によって周波数変化
が抑制されるが、同期発電機３が単独運転に移行したと
きには発電機端子電圧及び周波数に周期的な変動が発生
する。周波数変動量演算部７Ｂは、ＰＴにより検出する
連系点電圧より周波数変動量Δｆをディジタル演算等で
検出しておき、この周波数変動量Δｆが一定値を越えた
ことを判定部７Ｃが判定したときに、同期発電機４が単
独運転に移行したと判定し、この判定でしゃ断器５のト
リップ指令を発生し、同期発電機３を系統から切り離
す。

【０００７】ＱＣモード周波数シフト方式は、その構成
図を図７に、諸電気量の変化を図８に示す。この方式に
おける単独運転検出装置８は、周波数演算部８Ａによっ
て周波数ｆを求め、この周波数ｆの周波数変化率（ｄｆ
／ｄｔ）を周波数変化率演算部８Ｂで求め、この周波数
変化率（ｄｆ／ｄｔ）に係数器８Ｃで一定の定数ｋを乗
じ、出力リミッタ部８Ｄで出力電圧を制限して自動電圧
調整回路（ＡＶＲ）３Ａの電圧設定値に負極性で印加す
る。

【０００８】この電圧加算により、電圧上昇に対しては
発電機３出力が増して周波数が低下することからその時
間的変化分は負になり、自動電圧調整回路３Ａには電圧
設定値に反対符号で加えるため電圧上げ方向に制御す
る。つまり、発電機の周波数が更に低下するように制御
する。逆に、電圧低下に対しては、同様に電圧下げ方向
に制御する。このような帰還は、正帰還と呼ばれる。こ
の正帰還に対して、系統連系時には商用電源により周波
数はほぼ一定に保たれるので、発電機の周波数も殆ど変
動しない。しかし、単独運転移行時に発電機の周波数が
少しでも変動すれば、この変動は正帰還により増幅され
るため、この周波数変動量Δｆを周波数変動量演算部８
Ｅによって検出しておき、判定部８Ｆによって単独運転
を検出したときにしゃ断器５のトリップを行う。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の無効電力変動方
式による単独運転検出装置は、高速に単独運転を検出す
るためにはＡＶＲ電圧設定値変動量を大きくすれば良
い。反面、この変動量により系統連系時の電圧変動も大
きくなる。この傾向は発電機容量が大きい場合や、発電
機が配電用変電所から遠方に連系される場合には強ま
る。

【００１０】このような場合、要求される単独運転検出
時間を満たすように決められたＡＶＲ電圧設定値変動量
に対して、系統連系時の電圧変動量がその許容値を上回
ることがあり、電力品質の低下を招くと共に、他の制御
機器などへの影響を与える恐れがある。

【００１１】また、無効電力変動方式による単独独運転
移行後の発電機周波数変動量は、発電機出力、発電機運
転力率、発電機の制御方式、発電機定数（特に慣性）
や、ＡＶＲ電圧設定値変動量の大きさ、周波数、および
単独運転移行時におけるＡＶＲ電圧設定値変動量の位相
などにより異なる。

【００１２】以上のことから、従来の無効電力変動方式
の整定値の決定には、上記の条件を全て把握した上で、
コンピュータによる厳密なシミュレーションが必要とな
り、煩雑なものであった。

【００１３】一方、ＱＣモード周波数シフト方式では、
周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）に比例した量を能動的方式
信号として自動電圧調整回路（ＡＶＲ）に正帰還してい
るが、単独運転の範囲内にある負荷と発電機の出力とが
完全に釣り合った状態で単独運転に移行した場合、理論
的には単独運転移行前後での発電機の周波数は全く変化
しないので、このような条件では原理的に単独運転を検
出することはできないし、釣り合い状態変化後の検出で
は単独運転検出が遅れる。

【００１４】本発明の目的は、同期発電機の単独運転検
出を高速かつ確実にし、また単独運転検出のための整定
等を簡単にした単独運転検出装置を提供することにあ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するため、連系点の周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）また
は周波数変動量（Δｆ）に比例した量に、一定周期で変
動する微少変動量を重畳させたものを発電機の自動電圧
調整回路に正帰還し、周波数変動量から発電機の単独運
転を判定するようにしたもので、以下の構成を特徴とす
る。

【００１６】同期発電機を逆潮流有りの条件で配電系統
に連系し、連系点の周波数変動量が整定値を越えたとき
に前記同期発電機の単独運転として検出する能動的方式
の単独運転検出装置であって、前記連系点の周波数変化
率又は周波数変動量に比例した量を得、この量を前記同
期発電機の自動電圧調整回路への電圧正帰還量にする演
算手段と、前記同期発電機が連系状態にあるときの周波
数変動を抑制できる微少な変動量でかつ一定周期の変動
量で前記正帰還量に重畳させる微少変動量発生器と、を
備えたことを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１は、本発
明の実施形態を示す構成図であり、図７と同等の部分は
同一符号で示す。

【００１８】単独運転検出装置１０は、従来のＱＣモー
ド周波数シフト方式の装置８と同様に、周波数演算部８
Ａによって周波数ｆを求め、この周波数ｆの周波数変化
率（ｄｆ／ｄｔ）を周波数変化率演算部８Ｂで求め、こ
の周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）に係数器８Ｃで一定の定
数ｋを乗じ、出力リミッタ部８Ｄで出力電圧を制限して
自動電圧調整回路（ＡＶＲ）３Ａの電圧設定値に負極性
で印加する構成に加えて、微少変動量発生器１０Ａを設
ける。

【００１９】この微少変動量発生器１０Ａは一定周期で
変化する微少な電圧を発生し、係数器８Ｃからの周波数
変化率（ｄｆ／ｄｔ）に比例した電圧に重畳させ、この
電圧を同期発電機３の自動電圧調整回路（ＡＶＲ）３Ａ
の電圧設定値に対して能動的方式信号として与える。

【００２０】単独運転検出装置１０の周波数リレー１０
Ｂは、周波数変動量演算部８Ｅで求める周波数変動量
（Δｆ）が整定値以上になったことを検出する。この検
出状態が一定時間以上継続したときにタイマ１０Ｃに単
独運転判定出力を得る。ただし、この方式による単独運
転移行後の周波数は、図２に諸電気量の変化を示すよう
に、上昇、低下を繰り返すため、タイマ１０Ｃは積分方
式とする。

【００２１】本実施形態によれば、周波数変化率（ｄｆ
／ｄｔ）に比例した量に微少変動量発生器１０Ａからの
微少な変動量を重畳させて自動電圧調整回路（ＡＶＲ）
３Ａに正帰還するため、単独運転の範囲内にある負荷と
発電機の出力とが完全に釣り合った状態で単独運転に移
行した場合にも微少変動量発生器１０Ａによる微少変動
量で発電機の周波数が変化し、しかも正帰還により周波
数変動が増幅され、発電機３の単独運転を確実に検出す
ることができる。

【００２２】また、微少変動量発生器１０Ａの微少変動
量は、小さくするも正帰還により高速検出ができる。

【００２３】しかも、微少変動量を小さくできること
は、ＡＶＲ電圧設定値変動量を小さくでき、これにより
単独運転移行後の発電機周波数変動への影響や系統連系
時の他の機器への影響を小さくできる。この結果、微少
変動量発生器１０Ａの変動量の大きさや周期（周波数）
及び周波数リレー１０Ｂでの整定値は、さほど厳密に決
定する必要はなく、容易に決定することができる。

【００２４】（第２の実施形態）図３は、本発明の他の
実施形態を示す構成図であり、図４に諸電気量の変化を
示す。図３が図１と異なる部分は、周波数変動量演算部
８Ｅで求める周波数変動量（Δｆ）に比例した量を係数
器８Ｃに得、これに微少変動量発生器１０Ａからの微少
変動量を加え、これを同期発電機３の自動電圧調整回路
（ＡＶＲ）３Ａの電圧設定値に対して能動的方式信号と
して与える点にある。

【００２５】なお、周波数変動量演算部８Ｅは、ＰＴに
より検出した連系点電圧より周波数の変動量周波数（Δ
ｆ）を求める。

【００２６】本実施形態による単独運転の判定は、系統
の基準周波数に対する周波数の変動量（Δｆ）を求め、
この値が周波数リレーでの整定値以上になり、かつタイ
マ１０Ｃの規定時間を越えた場合に単独運転と判定す
る。

【００２７】本実施形態においても、前記の第１の実施
形態と同様に、単独運転の範囲内にある負荷と発電機の
出力とが完全に釣り合った状態で単独運転に移行した場
合にも発電機３の単独運転を確実に検出することができ
るし、高速検出ができる。また、微少変動量発生器１０
Ａの変動量の大きさや周期（周波数）及び周波数リレー
１０Ｂでの整定値は、さほど厳密に決定する必要はな
く、簡単に決定することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、連系点
の周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）または周波数変動量（Δ
ｆ）に比例した量に、一定周期で変動する微少変動量を
重畳させたものを発電機の自動電圧調整回路に正帰還
し、周波数変動量から発電機の単独運転を判定するよう
にしたため、同期発電機の単独運転検出を高速かつ確実
にし、また単独運転検出のための整定等が簡単になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を示す構成図。

【図２】図１における諸電気量の変化。

【図３】本発明の第２の実施形態を示す構成図。

【図４】図３における諸電気量の変化。

【図５】従来の無効電力変動方式の構成図。

【図６】無効電力変動方式による諸電気量の変化。

【図７】従来のＱＣモード周波数シフト方式の構成図。

【図８】ＱＣモード周波数シフト方式による諸電気量の
変化。

【符号の説明】

１… ２… ３…同期発電機 ７、８、１０、１１…単独運転検出装置 ８Ａ…周波数演算部 ８Ｂ…周波数変化率演算部 ８Ｃ…係数器 ８Ｄ…出力リミッタ ８Ｅ…周波数変動量演算部 １０Ａ…微少変動量発生器 １０Ｂ…周波数リレー １０Ｃ…タイマ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5G066 HA11 HB02 5H590 AA08 AA21 CC01 CE01 DD64 EA13 EB02 EB21 FC25 GA02 HA02 HA09 HB02 JA08 JA09 JA13 JA14 JA15

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 同期発電機を逆潮流有りの条件で配電系
   統に連系し、連系点の周波数変動量が整定値を越えたと
   きに前記同期発電機の単独運転として検出する能動的方
   式の単独運転検出装置であって、 前記連系点の周波数変化率又は周波数変動量に比例した
   量を得、この量を前記同期発電機の自動電圧調整回路へ
   の電圧正帰還量にする演算手段と、 前記同期発電機が連系状態にあるときの周波数変動を抑
   制できる微少な変動量でかつ一定周期の変動量で前記正
   帰還量に重畳させる微少変動量発生器と、を備えたこと
   を特徴とする同期発電機の単独運転検出装置。