(57)【要約】【課題】簡易な制御により突入電流の過大化の効果的な抑制を可能とする系統無電圧時発電機起動方法の提供。【解決手段】発電機励磁装置６が界磁遮断器７を介して接続された発電機２を接続先の電力系統１１が無電圧の状態で起動するについて、発電機への界磁電流の供給と停止を交互に繰り返す界磁電流インチング操作ＩＯを行いつつ発電機電圧を昇圧させる過程を含むものとしている。【選択図】  図１
2010029034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機励磁装置が界磁遮断器を介して接続された発電機を接続先の電力系統が無電圧の状態で起動する系統無電圧時発電機起動方法において、
前記発電機励磁装置による界磁電流について前記発電機への供給と停止を交互に繰り返す界磁電流インチング操作を行いつつ前記発電機の昇圧がなされる過程を含むことを特徴とする系統無電圧時発電機起動方法。
【請求項２】
発電機制御系に無電圧起動モードを設定する過程、前記無電圧起動モードの設定後に発電機駆動機を起動させる過程、及び前記発電機駆動機の回転速度がモード設定速度に達した際に、無電圧起動時電圧調整モードを設定する過程を含み、前記無電圧起動時電圧調整モードは、前記発電機駆動機の回転速度が界磁遮断器投入速度に達した際に前記界磁遮断器を投入する過程、前記界磁遮断器の投入後に前記発電機駆動機の回転速度が発電機遮断器投入速度に達した際に発電機遮断器を投入する過程、発電機電圧が初期突入電流吸収電圧に達した際にその時点での電圧を一定時間維持する過程、前記一定時間の電圧維持を経た後、前記界磁電流インチング操作により前記発電機の昇圧を行う過程、及び前記過程での昇圧で前記発電機の電圧がモード切替電圧に達した際に自動電圧調整モードを設定する過程を含むことを特徴とする請求項１に記載の系統無電圧時発電機起動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機の起動に係り、特に発電機が接続する電力系統が無電圧の状態で発電機を起動する場合の系統無電圧時発電機起動に関する。
【背景技術】
【０００２】
分散型電源システムあるいは自家発電システムには、それらによる電力を負荷に供給する電力系統（以下ではこれを仮に内部電力系統と呼ぶ）に関して系統連系方式と系統分離方式がある（例えば特許文献１）。系統連系方式では、内部電力系統を商用電力系統に連系させ、内部電力系統における電力需給バランスや電力品質の維持を商用電力系統に依存する。一方、系統分離方式では、内部電力系統を商用電力系統に連系させずに分離した状態で運用する。このような系統分離方式は、分散型電源システムや自家発電システムの運用にあたって電力会社との調整を必要としないという点で優れており、その今後の普及が見込まれる。
【０００３】
ところで、系統分離方式には、内部電力系統に電圧が負荷されていない状態、つまり系統無電圧状態で発電機を起動する必要のある場合が起こり得る。例えば系統分離方式の場合、自前の発電機（分散型電源や自家発電における発電機）が全て停止している状態では内部電力系統が無電圧状態となっている。このような状態で自前の発電機を順次起動する場合、最初の発電機の起動は系統無電圧状態での起動、つまり系統無電圧時発電機起動となる。
【０００４】
系統無電圧時に一般的な起動方法による起動を行うと、突入電流（変圧器の励磁突入電流）が過大となって発電機保護動作レベルにまで達してしまう。ただ、突入電流は、発電機と変圧器の容量比に相関しており、内部電力系統における変圧器の容量が発電機の容量より十分に小さくなる状態にして発電機の起動を行うようにする。具体的には、内部電力系統における変圧器の一部を発電機に対して遮断した状態にして発電機の起動を行うようにすれば、系統無電圧時でも突入電流が発電機保護動作レベルに達するのを防ぐことができる。しかしこのような起動方法には制御が煩雑になるという問題がある。こうしたことから、より簡易な制御、つまり一般的な起動で用いられる制御ロジックに大きな変更を加えずに行えるような制御により突入電流の過大化を効果的に抑制することができるような系統無電圧時発電機起動方法が望まれる。
【０００５】
なお、発電機の起動に伴う突入電流の抑制に関する技術としては、例えば特許文献２や特許文献３に記載の例が知られている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２６８７９９号公報
【特許文献２】特開２００８−６１２９８号公報
【特許文献３】特開２００５−１１７８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述のような系統無電圧時発電機起動に関する要望に応えるべくなされたものであり、より簡易な制御により突入電流の過大化の効果的な抑制を可能とする系統無電圧時発電機起動方法の提供を課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では上記課題を解決するために、発電機励磁装置が界磁遮断器を介して接続された発電機を接続先の電力系統が無電圧の状態で起動する系統無電圧時発電機起動方法において、前記発電機励磁装置による界磁電流について前記発電機への供給と停止を交互に繰り返す界磁電流インチング操作を行いつつ前記発電機の昇圧がなされる過程を含むことを特徴としている。
【０００９】
このような系統無電圧時発電機起動方法によれば、簡易な制御により突入電流の過大化の効果的な抑制が可能となる。すなわち界磁電流の供給と停止を交互に繰り返す界磁電流インチング操作にあって供給時間と停止時間を適切に設定することにより、停止時間を挟んで間歇的になされる界磁電流の供給により発電機電圧を小さな単位の電圧で段階的に昇圧させつつ、各昇圧段階における突入電流を界磁電流の供給停止時間で吸収することができ、これにより突入電流を効果的に抑制すること可能となり、しかも界磁電流インチング操作は発電機制御系が標準的に有している手動電圧調整モードを利用して行うことができることから、制御を簡易なもので済ませることができる。
【００１０】
また本発明では上記のような系統無電圧時発電機起動方法について、発電機制御系に無電圧起動モードを設定する過程、前記無電圧起動モードの設定後に発電機駆動機を起動させる過程、及び前記発電機駆動機の回転速度がモード設定速度に達した際に、無電圧起動時電圧調整モードを設定する過程を含み、前記無電圧起動時電圧調整モードは、前記発電機駆動機の回転速度が界磁遮断器投入速度に達した際に前記界磁遮断器を投入する過程、前記界磁遮断器の投入後に前記発電機駆動機の回転速度が発電機遮断器投入速度に達した際に発電機遮断器を投入する過程、発電機電圧が初期突入電流吸収電圧に達した際にその時点での電圧を一定時間維持する過程、前記一定時間の電圧維持を経た後、前記界磁電流インチング操作により前記発電機の昇圧を行う過程、及び前記過程での昇圧で前記発電機の電圧がモード切替電圧に達した際に自動電圧調整モードを設定する過程を含むことを好ましい形態としている。
【発明の効果】
【００１１】
以上のような本発明によれば、系統無電圧時の発電機起動について、より簡易な制御により突入電流の過大化を効果的に抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。図１に、一実施形態による系統無電圧時発電機起動方法の適用対象となる分散型電源システムないし自家発電システムによる電力システムの構成例を示す。
【００１３】
電力システム１は、発電機２を備え、また発電機２の起動や発電状態を制御する発電機制御系として発電機制御装置３を備えている。発電機２は、発電機駆動機としてガスタービン４が接続されたガスタービン方式である。また発電機２は、その界磁巻線５に界磁電流を供給する発電機励磁装置６が界磁遮断器７を介して接続されている。発電機励磁装置６は、界磁電流制御手段としてサイリスタ８を有しており、界磁巻線５に界磁電流電源９から供給する界磁電流の大きさをサイリスタ８のゲート電流の制御を通じて制御できるようにされている。
【００１４】
こうした発電機２は、発電機遮断器１０を介して電力系統１１に接続されている。電力系統１１には、変圧器１２、変圧器１３、負荷機遮断器１４などが設けられ、負荷機遮断器１４と変圧器１３を介して負荷１５が接続されている。ここで、電力系統１１は、商用電力系統に対して分離している内部的な電力系統である。つまり電力システム１は系統分離方式とされている。なお、電力システム１は、発電機２の他にもいくつかの発電機を備えているのが通常であるが、図１ではそれらの発電機については図示を省略している。
【００１５】
発電機制御装置３は、発電機２の起動時の制御に関し、電力系統１１に電圧が負荷されている状態での発電機２の起動に用いられる通常起動モードと電力系統１１に電圧が負荷されていない系統無電圧状態での発電機２の起動に用いられる無電圧起動モードを有し、これら選択的に設定できるようにするために通常起動モード用ボタン１６と無電圧起動モードボタン１７が設けられている。また発電機制御装置３は、発電機電圧制御に関する基本的な制御モードとして、予め組み込まれている制御ロジックに基づいた自動的な発電機電圧制御を行う場合の自動電圧調整モード（ＡＶＲモード）と操作員の手動による発電機電圧制御を行う場合の手動電圧調整モード（ＦＶＲモード）を有し、また電力系統１１が無電圧である状態でなされる発電機２の起動で用いられる無電圧起動時電圧調整モードを有している。
【００１６】
以下では、電力システム１においてなされる発電機２の系統無電圧時発電機起動について説明する。図２に、系統無電圧時発電機起動における処理の流れを示し、図３に、系統無電圧時発電機起動におけるタービン速度（ガスタービン４の回転速度）と発電機電圧（発電機２の電圧）に関するタイムチャートを示す。
【００１７】
発電機制御装置３は基本としてＡＶＲモードが設定された状態にある。まずこの状態で発電機制御装置３に無電圧起動モードを設定する（ステップＳ１）。具体的には、発電機制御装置３における無電圧起動モードボタン１７を押下して無電圧起動モードを設定する。次いで、ガスタービン４を起動させる（ステップＳ２）。ガスタービン４が起動したらタービン速度を計測しつつ、予め設定のモード切替速度に達したかを判定する（ステップＳ３）。タービン速度がモード切替速度に達したら無電圧起動時電圧調整モードを設定する（ステップＳ４）。具体的には、発電機制御装置３におけるモードをＡＶＲモードからＦＶＲモードに切り替え、そのＦＶＲモードの下で無電圧起動時電圧調整モードを設定する。ここで、モード切替速度には定格速度の４４％程度を用いるのが好ましい。
【００１８】
無電圧起動時電圧調整モードでは、無電圧起動時の発電機電圧制御用として予め組み込まれている制御ロジックに基づいてステップＳ５以下の各処理がなされる。まずタービン速度を計測しつつ、予め設定の界磁遮断器投入速度に達したかを判定し（ステップＳ５）、タービン速度が界磁遮断器投入速度に達したら界磁遮断器７を投入する（ステップＳ６）。次いで、タービン速度を計測しつつ、予め設定の発電機遮断器投入速度に達したかを判定し（ステップＳ７）、発電機遮断器投入速度に達したら発電機遮断器１０を投入する（ステップＳ８）。ここで、界磁遮断器投入速度や発電機遮断器投入速度には、ＡＶＲモードで一般的に用いられているそれらを用いるのが好ましい。具体的には、界磁遮断器投入速度には定格速度の９５％を用い、発電機遮断器投入速度には定格速度の９７．５％を用いる。
【００１９】
界磁遮断器投入がなさると発電機励磁装置６から発電機２の界磁巻線５に界磁電流が供給されて発電機電圧の昇圧が開始されるので、発電機電圧を計測しつつ、予め設定の初期突入電流吸収電圧に達したかを判定し（ステップＳ９）、初期突入電流吸収電圧に達したらその時点での電圧、つまり初期突入電流吸収電圧を一定時間維持することで初期突入電流を減少させる（ステップＳ１０）。ここで、初期突入電流吸収電圧はＦＶＲモードにおける最低電圧、具体的には発電機２の定格電圧の２０％に設定するのが通常である。また初期突入電流吸収電圧の維持時間は、１０秒程度とするのが通常である。
【００２０】
ステップＳ１０の初期突入電流吸収処理を終えたら、インチング昇圧を開始する（ステップＳ１１）。インチング昇圧では、界磁電流インチング操作ＩＯを行いつつ発電機電圧を昇圧させる。具体的には、図４に示すように、界磁巻線５への界磁電流について供給と停止を一定の時間間隔で交互に繰り返し、その繰返しにおいて界磁電流を順次的に増大させる界磁電流のインチング操作を行いつつ発電機電圧を昇圧させる。ここで、界磁電流インチング操作における界磁電流の供給時間は１秒とし、停止時間は０．５秒とするのが好ましい例である。
【００２１】
インチング昇圧が開始されたら発電機電圧を計測しつつ、予め設定のモード切替電圧に達したかを判定し（ステップＳ１２）、モード切替電圧に達したらモードをＦＶＲモードから切り替えて自動電圧調整モードに設定し（ステップＳ１３）、処理終了となる。ここで、モード切替電圧は発電機２の定格電圧の９８％に設定するのが通常である。
【００２２】
以上のような系統無電圧時発電機起動方法は、突入電流の過大化を効果的に抑制し、しかもそれを簡易な制御構造で可能とする。このことには、突入電流の抑制に関し、インチング昇圧により発電機電圧を段階的に昇圧させること、より具体的には、停止時間を挟んで間歇的に界磁電流を供給して昇圧をなさせるインチング昇圧により発電機電圧を小さな単位の電圧で段階的に昇圧させつつ、各昇圧段階における突入電流を界磁電流の供給停止時間で吸収できるようにしたことが大きく寄与し、また初期突入電流吸収電圧の一定時間維持による初期突入電流吸収処理も補助的に寄与している。一方、制御の簡易化に関しては、突入電流の抑制に働くインチング昇圧や初期突入電流吸収処理が発電機制御装置３における標準的なモードであるＦＶＲモードの下で行える処理であることが大きく寄与し、またガスタービン４がモード切替速度になるまでＡＶＲモードとすることにより発電機制御装置３における標準的な制御ロジックをできるだけ利用できるようにしていることも寄与している。
【００２３】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、これは代表的な例に過ぎず、本発明はその趣旨を逸脱することのない範囲で様々な形態で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】一実施形態による系統無電圧時発電機起動方法の適用対象となる電力システムの構成例を示す図である。
【図２】系統無電圧時発電機起動における処理の流れを示す図である。
【図３】系統無電圧時発電機起動におけるタービン速度と発電機電圧に関するタイムチャートを示す図である。
【図４】界磁電流インチング操作を説明する図である。
【符号の説明】
【００２５】
２    発電機
３    発電機制御装置（発電機制御系）
４    ガスタービン（発電機駆動機）
６    発電機励磁装置
７    界磁遮断器
１０    発電機遮断器
１１    電力系統
【図１】
2010029034.tif 000003
【図２】
2010029034.tif 000004
【図３】
2010029034.tif 000005
【図４】
2010029034.tif 000006