JPH07322509A - 所内保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明の目的は、自家用発電設備の単独運転
状態を自家用発電設備側で確実に検出するとともに、単
独運転にある場合には、商用電力系統との連系を遮断す
るとともに発電設備の所内を保護することができる所内
保護装置を得ることにある。 【構成】 本発明の所内保護装置11は、自動電圧調整装
置32の端子電圧の基準値に検査信号を印加する基準値変
更手段と、検査信号が印可されたときの同期発電機12の
端子電圧の変化および無効電力の変化に基づいて自家用
発電設備11が単独運転か連系運転かを判別する状態判別
手段19と、単独運転であると判別したときは連系母線16
との接続を遮断するための指令を出す接点出力手段27と
を備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、商用電力系統と並列運
転を行う自家用発電設備の所内保護装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、地球環境保全の観点から関係各所
での取り組みの高揚や大規模電源の立地難などから自家
用発電設備としてコジェネレ―ションや分散形電源が注
目されてきている。

【０００３】これらを電源として補完していくには、商
用電力系統と連系させることが必要、不可欠である。従
来の送配電系統は、事業用の発電所からの電力を需要家
へ供給するという一方向供給が前提となって構成されて
きたため、これらの自家用発電設備の電源からの所用電
力系統への電力供給は未だ一般化されていない。

【０００４】この理由の一つとして、商用電力系統の連
系遮断器と自家用発電設備の並列遮断器との間に転送遮
断装置を設けることが規定されており（通商産業省、資
源エネルギ―庁、公益事業部：「系統連系技術要件ガイ
ドライン」）、一般電力線に連系する場合は上位系統か
らの転送遮断信号が現実的に得にくいこと、また商用電
源系統停止時に自家用発電設備がその近傍の負荷を負っ
たままの継続運転、いわゆる商用電力系統に対しての単
独運転をすることがあり、その場合の対策が確立してい
ないことが挙げられる。

【０００５】すなわち、万一商用電力系統が事故その他
の理由で停止した場合、電力系統側の管轄となる自家用
発電設備近傍の一部負荷を負ったまま自家用発電設備が
運転を継続すると、自家用発電設備が電力供給している
一部負荷との間は、部分的に電力系統が活きている状態
にあることから、復旧のための作業者などへの危険、お
よび商用電力系統側の復旧時に非同期投入などの危険が
懸念される。したがって、このような自家用発電設備の
単独運転を防止する施策が必要となる。

【０００６】図３は、より具体的に説明するため、この
ような商用電力系統と自家用発電設備とが並列運転され
る系統構成例を示すものである。商用電力系統18は、連
系遮断器17を介して系統側負荷設備35が接続された連系
母線16に接続されている。一方、自家用発電設備11Ａ、
11Ｂは、同期発電機12Ａ、12Ｂをそれぞれ有し、それぞ
れが所有する需要家負荷設備36Ａ、36Ｂに電力を供給す
るようになっている。そしてこれら自家用発電設備11
Ａ、11Ｂは受電遮断器14Ａ、14Ｂおよび並列遮断器15
Ａ、15Ｂを介して連系母線16に接続され、電力が不足し
たときは商用電力系統18から買電できるように、逆に電
力に余剰があるときは売電できるようになっている。

【０００７】このように商用電力系統18と自家用発電設
備11Ａ、11Ｂとが並列運転を行っている状態で、商用電
力系統18に事故が発生し、連系遮断器17が開放された場
合、連系母線16は自家用発電設備11Ａ、11Ｂに接続され
たままであるから自家用発電設備11Ａ、11Ｂが系統側負
荷設備35を負ったままの状態となる。つまり、自家用発
電設備11Ａ、11Ｂの単独運転となる。

【０００８】このような自家用発電設備11Ａ、11Ｂの単
独運転は、連系母線16が活線状態にあることから、復旧
のための作業員に危険が伴う。また、系統側負荷設備35
の大きさによって連系母線16の電圧、周波数、および位
相が事故発生直前の値から変化することになる。そのよ
うな場合は、商用電力系統18と自家用発電設備11Ａ、11
Ｂとは、非同期運転状態となることから、商用電力系統
18の復旧時における連系遮断器17の投入の際に非同期投
入となる。

【０００９】そこで、上述のような自家用発電設備11
Ａ、11Ｂの単独運転を避けるために連系遮断器17が開放
されたときは、自家用発電設備11Ａ、11Ｂの並列遮断器
15Ａ、15Ｂを開放するようにしている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、公知文献
（ＯＨＭ、’92/2、18頁〜21頁「分散形電源の系統連系
技術の現状と今後の展望」）に記載されているように、
連系遮断器17が開放したことを自家用発電設備11Ａ、11
Ｂ側に伝達する手段に問題がある。

【００１１】すなわち図４に示すように、図３における
連系遮断器17に替えて、これが開放した情報を転送する
ことができるように遮断器情報発信器37を備えた転送遮
断器38とし、ここから自家用発電所内の並列遮断器15
Ａ、15Ｂに備えられた遮断器開閉情報受信器39へ開放し
たことを転送させる転送遮断方式が最も確実であるが、
専用の転送回線40が必要となることから経済性に問題が
ある。

【００１２】また、自家用発電設備11Ａ、11Ｂの同期発
電機12Ａ、12Ｂの出力電流が過電流になったことや出力
電圧が過不足になったときに、連系遮断器17が開放した
ことを検出することも考えられているが、負荷がバラン
スした状態では単独運転の検出は困難であると指摘され
ている。

【００１３】将来、これら自家発電設備の電力系統への
電源としてその導入量の増大を考慮すると、自家用発電
設備の単独運転状態を自家用発電設備側で確実に検出す
ることが要請される。

【００１４】本発明の目的は、自家用発電設備の単独運
転状態を自家用発電設備側で確実に検出するとともに、
単独運転にある場合には、商用電力系統との連系を遮断
するとともに発電設備の所内を保護することができる所
内保護装置を得ることにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の所内保護装置
は、商用電力系統は連系遮断器を介して連系母線に接続
され、同期発電機を有する自家用発電設備は並列遮断器
を介して連系母線に接続され、商用電力系統と自家用発
電設備との並列運転を行う自家用発電設備における所内
保護装置において、同期発電機の端子電圧および無効電
力を制御するための自動電圧調整装置の端子電圧の基準
値に検査信号を印加する基準値変更手段と、検査信号が
印可されたときの同期発電機の端子電圧の変化および無
効電力の変化に基づいて同期発電機が属する自家用発電
設備が単独運転か商用電力系統との連系運転かを判別す
る状態判別手段と、この状態判別手段が自家用発電設備
の単独運転であると判別したときは連系母線との接続を
遮断するための指令を出す接点出力手段とを備えたこと
を特徴とする。

【００１６】また、接点出力手段は、状態判別手段が自
家用発電設備の単独運転であると判別したときは連系母
線との接続を遮断するための指令を出力することを特徴
とする。

【００１７】また、状態判別手段が自家用発電設備の単
独運転であると判別したときは自家用発電設備のプラン
ト運転制御モ―ドを切り替える指令を出力する接点出力
手段を備えたことを特徴とする。

【００１８】

【作用】本発明の所内保護装置は、自家用発電設備側か
ら基準値変更手段により検査信号を印可し、この信号に
基づいて同期発電機の端子電圧の変化および無効電力の
変化に基づいて同期発電機が単独運転か連系運転かを判
別する判別手段を備えており、単独運転の際は、接点出
力手段によって連系母線との接続を遮断するために遮断
器を開放することができるので、確実に商用電力系統と
自家用発電設備側との連系を遮断することができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１を参照して説
明する。図１は本発明の所内保護装置を自家用発電設備
に適用した一実施例を示すブロック構成図である。自家
用発電設備11内に設けた同期発電機12の出力は、需要家
負荷13に供給するとともに、受電遮断器14および並列遮
断器15を介して連系母線16に接続されている。この連系
母線16は連系遮断器17を介して商用電力系統18に接続さ
れ、このようにして自家用発電設備11と商用電力系統18
とは連系されることになる。

【００２０】また、自家用発電設備11が単独運転状態に
あるか並列運転状態にあるかを判別するための判別制御
装置19は、遮断器操作手段20の投入指令により、需要家
負荷母線21に接続された遮断器22を投入し、リアクトル
23を接続することにより基準値を変更する。このリアク
トル23の回路投入による各部の電流変化、すなわち、連
系母線16側、同期発電機12側および需要家負荷母線21側
の電流変化をそれぞれの計器用変流器24Ｓ、24Ｇ、24Ｌ
からの電流を電流変化値検出手段25Ｓ、25Ｇ、25Ｌで検
出し、その変化値に基づいて状態判別手段26で単独運転
か並列運転かを判別する。その結果、自家用発電設備11
が単独運転であると判別されたときには、接点出力手段
27を介して、受電遮断器14の開放指令を出力するととも
に、自家用発電設備11のプラント運転制御モ―ドを切り
替えられるような指令、例えば同期発電機12の端子電圧
と電流をそれぞれ計器用変圧器28および計器用変流器29
により検出し、同期発電機12の界磁巻線30の界磁電流を
励磁装置31により調整することで同期発電機12の端子電
圧が一定になるよう制御されるが、商用電力系統18と並
列運転する場合には、同期発電機12の端子電圧は、その
設定基準値とは別に商用電力系統18側の電圧で決定され
るため、自動電圧調整装置（ＡＶＲ）32によって同期発
電機12の力率を一定に保つ方式や無効電力を一定に保つ
方式などの連系補助制御手段33が附加されるのが一般的
であり、これを解除するための指令として接点34を出力
している。

【００２１】ここで、遮断器操作手段20から出力される
投入指令は、運転員が自家用発電設備11の運転状態を確
認したいとき、あるいは一定の周期で遮断器22を投入
し、確認のための一定時間後には開放されるようになっ
ている。

【００２２】以上のように構成される実施例における自
家用発電設備11が、商用電力系統18と並列運転を行って
いる状態で、判別制御装置19の遮断器操作手段20によっ
て、リアクトル23が投入されたときの需要家負荷母線21
の各相の電圧及び電流の関係は、図２に示すようにな
る。

【００２３】すなわち、リアクトル23の投入前の各相電
流のベクトル値をそれぞれ 投入後の各相電流のベクトル値をそれぞれ とすると、投入後の電流は、過渡直流分の減衰を無視す
れば、次式で表される。

【００２４】

【数１】 ここで、 は、リアクトル23を投入したときの電流変化分ベクトル
に相当する投入瞬時（時間変化零）の瞬時値で過渡直流
分になる。これら は、リアクトル23の投入時の位相によって、その大きさ は変化する。しかし、各相全てが零となることはないの
で、その最大の相を抽出し、 とする。図２のベクトルからもわかるように基本波交流
分の変化量は、ベクトルの関係か検出精度の問題があ
り、上記の如く直流分を検出する方式とし、各部の電流
を計器用変流器29Ｓ、29Ｇ、29Ｌにより検出し、電流変
化値検出手段25Ｓ、25Ｇ、25Ｌを介して、つまり直流分
を検出するためのアナログフィルタ、もしくは交流瞬時
値の極大、極小値より演算的に算出するデジタルフィル
タにより、ある時刻での自家用発電設備11各部の直流分
ΔＩＳ、ΔＩＧ、ΔＩＬを検出し、状態判別手段26へ入
力する。

【００２５】自家用発電設備11が商用電力系統18と並列
運転している状態では、自家用発電設備11の同期発電機
12の容量に比べ、商用電力系統18の容量が遥かに大きい
ため、直流分の関係は以下の如くなる。

【００２６】

【数２】 一方連系遮断器17が開放された単独運転状態では、自家
用発電設備11のみが運転している場合には、以下の関係
となる。

【００２７】

【数３】ΔＩＳ＝０、ΔＩＬ＝ΔＩＧ また、上記の単独運転状態でも、自家用発電設備11が、
図３におけるように複数台運転している場合を考える。
この場合、複数台運転される他の同期発電機の同期発電
機12との容量比をα、および運転台数ｎとすると以下の
関係となる。

【００２８】

【数４】 ΔＩＳ＝Σ｛ｎ・αΔＩＧ｝、ΔＩＬ＝ΔＩＳ＋ΔＩＧ 従って、同一容量で、他に３台運転されている場合は、
α＝１、ｎ＝３として、ΔＩＳ＝３・ΔＩＧ、ΔＩＬ＝
４・ΔＩＧの関係となる。

【００２９】なお、このような場合のため、他の同期発
電機の運転台数を事前に電話等により確認し、判断条件
として入力し、判別を確実かつ容易に行えるよう考慮さ
れている。状態判別手段26において、自家用発電設備の
15の各部の電流変化値であるΔＩＳ、ΔＩＧおよびΔＩ
Ｌの値から、上記の関係に基づき並列運転か単独運転か
を判別する。

【００３０】単独運転と判別した場合には、接点出力手
段27を介して受電遮断器14を開放する信号を出力し単独
運転を防止する。また、接点34を介して、自家用発電設
備11が商用電力系統18と並列運転するときに必要な補助
的な有効電力および無効電力制御モ―ドを解除する。例
えば、無効電力制御として自動力率制御（ＡＰＦＲ）ま
たは自動無効電力制御（ＡＱＲ）を解除する。

【００３１】以上のように、この実施例では入出力の取
り合いが従来から自家用発電設備の中で使用されている
諸量の範囲であり、特別なものではないので、簡単な構
成ですむこと、抵抗器などのように有効電力の消費がな
いこと、およびこれらの変化値の大きさだけに基づき運
転状態を精度良く判別できる。また、単独運転の際には
商用電力系統との連系を遮断することにより自家用発電
設備の所内を保護することができる。

【００３２】このように、本発明においては、自家用発
電設備側から単独運転か商用電力系統との並列運転かを
判別し、単独運転の際には商用電力との連系を遮断する
ことにより自家用発電設備の所内を保護することができ
る。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、商用電力
系統と並列運転を行う自家用発電設備の需要家負荷母線
にリアクトルあるいは搬送波送信装置あるいは中性点接
地開路あるいは力率または無効電力または電圧変化分検
出手段を設け、各々の変化分を検出することにより自家
用発電設備の単独運転を判別するようにしたので、簡単
な構成で、自所情報だけに基づき、有効電力の消費無し
に、精度良く単独運転状態を判別し、これを防止するこ
とのできる所内保護装置を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示すブロック構成図。

【図２】本発明の電流変化値検出手段の検出対象を示す
電圧と電流ベクトル図。

【図３】商用電力系統に自家用発電設備を接続した系統
図。

【図４】転送遮断方式を適用した場合の概念系統図。

【符号の説明】 11…自家用発電設備、12…同期発電機、13…需要家負
荷、14…受電遮断器、15…並列遮断器、16…連系母線、
17…連系遮断器、18…商用電力系統、19…判別制御装
置、20…遮断器操作手段、21…需要家負荷母線、22…遮
断器、23…リアクトル、24，29…計器用変流器、25…電
流変化値検出手段、26…状態判別手段、27…接点出力手
段、28…計器用変圧器、30…界磁巻線、31…励磁装置、
32…自動電圧調整装置、33…連系補助制御手段、34…接
点、35…系統側負荷設備、36…需要家負荷設備、37…遮
断器情報発信器、38…転送遮断器、39…遮断器情報受信
器、40…転送回線。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用電力系統は連系遮断器を介して連系
   母線に接続され、同期発電機を有する自家用発電設備は
   並列遮断器を介して前記連系母線に接続され、前記商用
   電力系統と前記自家用発電設備との並列運転を行う前記
   自家用発電設備における所内保護装置において、前記同
   期発電機の端子電圧および無効電力を制御するための自
   動電圧調整装置の前記端子電圧の基準値に検査信号を印
   加する基準値変更手段と、前記検査信号が印加されたと
   きの前記同期発電機の端子電圧の変化および無効電力の
   変化に基づいて前記同期発電機が属する自家用発電設備
   が単独運転か前記商用電力系統との連系運転かを判別す
   る状態判別手段と、この状態判別手段が自家用発電設備
   の単独運転であると判別したときは前記連系母線との接
   続を遮断するための指令を出す接点出力手段とを備えた
   ことを特徴とする所内保護装置。
2. 【請求項２】 前記接点出力手段は、前記状態判別手段
   が自家用発電設備の単独運転であると判別したときは前
   記連系母線との接続を遮断するための指令を出力するこ
   とを特徴とする請求項１に記載の所内保護装置。
3. 【請求項３】 前記状態判別手段が前記自家用発電設備
   の単独運転であると判別したときは前記自家用発電設備
   のプラント運転制御モ―ドを切り替える指令を出力する
   接点出力手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の
   所内保護装置。