(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統の周波数が基準周波数から低下あるいは上昇している場合に、負荷あるいは発電機を遮断して周波数の低下あるいは上昇を防止する系統周波数安定化装置において、系統の周波数をリアルタイムに計測する周波数計測部と、前記負荷あるいは発電機を遮断するための時間を決定するに際し、周波数と遮断時間との関係を予め所定の特性関数によって表現して前記遮断時間を決定する遮断時間特性部と、前記計測した周波数に対する遮断時間の逆数の時間積分値が１となったことを条件に遮断指令を送出する遮断演算部とを備えたことを特徴とする系統周波数安定化装置。
【請求項２】
請求項１記載の系統周波数安定化装置において、前記特性関数は、周波数の１次式関数，２次式関数あるいは反限時関数としたことを特徴とする系統周波数安定化装置。
【請求項３】
請求項１記載の系統周波数安定化装置において、前記遮断演算部の時間積分は、計測した周波数と基準周波数との偏差が所定値以上であるときのみ時間積分を行い、偏差が所定値以下であるときは積分値を初期化することを特徴とする系統周波数安定化装置。
【請求項４】
請求項１記載の系統周波数安定化装置において、前記計測した周波数と基準周波数との偏差が上限設定値以上であるときは、計測した周波数を上限値と置き換えて遮断演算することを特徴とする系統周波数安定化装置。
【請求項５】
請求項１記載の系統周波数安定化装置において、第１回目に負荷あるいは発電機の遮断を実施した後、再度遮断演算を行なって遮断を実施し、以下これを繰り返す順次遮断機能を備えたことを特徴とする系統周波数安定化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力系統の周波数が基準周波数から低下あるいは上昇している時、負荷又は発電機を遮断して系統の周波数の低下あるいは上昇を防止する系統周波数安定化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
系統事故により、発電機の脱落，負荷の脱落，系統分離などが生じると、系統の需要（発電）と供給（負荷）とのバランスが崩れ、系統周波数が低下あるいは上昇する。即ち、需要過剰の場合は周波数が低下し、供給過剰の場合は周波数が上昇する。この対策として、系統周波数を監視して周波数低下時は負荷を適量遮断し、周波数上昇時は発電機を適量遮断することにより、周波数を基準周波数値に戻す系統周波数安定化装置が設置されている。
【０００３】
従来の系統周波数安定化装置を以下に説明する。図９を用いて周波数上昇側の従来の系統周波数安定化装置の構成を説明する。911 ，912 ，913 は図示しない系統電圧から現在の周波数を計測し、周波数が所定値以上になったときに動作出力を出す周波数リレーであり、各々動作レベルはｆ1 ，ｆ2 ，ｆ3 （ｆ1 ＞ｆ2 ＞ｆ3 ）に設定されている。
【０００４】
921A，921B，921Cは周波数リレー911 の出力を受けて動作するタイマ、922A，922B，922Cは周波数リレー912 の出力を受けて動作するタイマ、923A，923B，923Cは周波数リレー913 の出力を受けて動作するタイマであり、各々タイマ値はＴ1A，Ｔ1B，Ｔ1C，Ｔ2A，Ｔ2B，Ｔ2C，Ｔ3A，Ｔ3B，Ｔ3C（Ｔ1A＜Ｔ1B＜Ｔ1C＜Ｔ2A＜Ｔ2B＜Ｔ2C＜Ｔ3A＜Ｔ3B＜Ｔ3C）に設定されている。931 ，932 ，933 はオア回路であり、各々出力が発電機１（Ｇ１），発電機２（Ｇ２），発電機３（Ｇ３）の遮断指令となる。
【０００５】
次に、図10を用いて周波数上昇側の従来の系統周波数安定化装置の動作を説明する。図10の（ａ）は系統事故後の周波数変化を横軸時間，縦軸周波数で表したもので、事故後の周波数がｆ2 以上、ｆ1 以下となった場合である。この場合、図９の従来装置では912 と913 の周波数リレーが動作し、Ｔ2A後にＧ１，Ｔ2B後にＧ２，Ｔ2C後にＧ３遮断指令を各々出力し、周波数を低下，安定化させる。
【０００６】
図10の（ｂ）は同様に系統事故後の周波数がｆ1 以上となった場合である。この場合、図９の従来装置では911 ，912 ，913 の周波数リレーが動作し、Ｔ1A後にＧ１遮断指令を出力する。その後、周波数がｆ2 以上、ｆ1 以下になると、Ｔ2B後にＧ２遮断指令を出力する。更に、周波数がｆ3 以上、ｆ2 以下になると、Ｔ3C後にＧ３遮断指令を出力し、周波数を低下，安定化させる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術によると、系統事故後の系統周波数が所定レベルを超えた場合、周波数リレーが動作して設定時間後に制御を行なうものである。従って、所定レベル内の周波数変化は全て同等に扱い、制御することとなる。
【０００８】
以下、図面を参照して従来技術の適用できない例を説明する。図11は系統事故後の周波数変化を示すものである。本図において、▲１▼のケースはｆ1 レベルをＴ1A時間以下の短時間超えた後、ｆ1 レベル以下のｆ1 レベルに近い周波数となり、Ｔ2A時間後にＧ１遮断指令を出力する場合である。
【０００９】
▲２▼のケースはｆ1 レベルとｆ2 レベルの中間周波数となり、Ｔ2A時間後にＧ１遮断指令を出力する場合である。▲３▼のケースはｆ2 以上、ｆ2 レベルに近い周波数となり、Ｔ2A時間後にＧ１遮断指令を出力する場合である。
【００１０】
一般に許容される周波数上昇度合いは発電機のタービン周波数耐量で決定され、図12に示すように、周波数上昇度合いが大きいほど短時間の耐量しかもたず、高速な周波数低下制御（発電機遮断）が必要である。
【００１１】
即ち、上記ケースにおいては、▲１▼，▲２▼，▲３▼いずれのケースもＴ2A時間後にＧ１遮断指令を出力することになるが、明らかに▲１▼，▲２▼，▲３▼の順で周波数安定度が厳しく、高速な周波数低下制御（発電機遮断）が必要とされる。しかし、従来装置では上述の通り、所定レベル内の周波数変化は全て同等に扱い、同一の制御となってしまう。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、周波数の変化に応じて最適時間で負荷又は発電機を遮断し、系統の周波数の低下あるいは上昇を防止する系統周波数安定化装置を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る周波数安定化装置は、電力系統の周波数が基準周波数から低下あるいは上昇している場合に、負荷あるいは発電機を遮断して周波数の低下あるいは上昇を防止する系統周波数安定化装置において、系統の周波数をリアルタイムに計測する周波数計測部と、前記負荷あるいは発電機を遮断するための時間を決定するに際し、周波数と遮断時間との関係を予め所定の特性関数によって表現して前記遮断時間を決定する遮断時間特性部と、前記計測した周波数に対する遮断時間の逆数の時間積分値が１となったことを条件に遮断指令を送出する遮断演算部とを備えた。
【００１４】
本発明の請求項１に係る系統周波数安定化装置は、系統の周波数をリアルタイムに計測し、計測した周波数値に応じて、所定の関数に基づき特定の負荷を遮断する時間を時々刻々決定し、定められた時間を経過したことを条件に負荷遮断を実施することで、周波数の変化に応じた最適時間での負荷遮断が可能となる。同様に、所定の関数に基づき特定の発電機を遮断する時間を時々刻々決定し、定められた時間を経過したことを条件に発電機遮断を実施することで、周波数の変化に応じた最適時間での発電機遮断が可能となる。
【００１５】
本発明の請求項２に係る系統周波数安定化装置は、請求項１において、前記特性関数は、周波数の１次式関数，２次式関数あるいは反限時間数とした。
【００１７】
本発明の請求項３に係る系統周波数安定化装置は、請求項１において、前記遮断演算部の時間積分は、計測した周波数と基準周波数との偏差が所定値以上であるときのみ時間積分を行い、偏差が所定値以下であるときは積分値を初期化するようにした。
【００１８】
本発明の請求項４に係る系統周波数安定化装置は、請求項１において、前記計測した周波数と基準周波数との偏差が上限設定値以上であるときは、計測した周波数を条件値と置き換えて遮断演算するようにした。
【００１９】
本発明の請求項５に係る系統周波数安定化装置は、請求項１において、第１回目に負荷あるいは発電機の遮断を実施した後、再度遮断演算を行なって遮断を実施し、以下これを繰り返す順次遮断機能を備えた。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る系統周波数安定化装置の第１の実施の形態を示す構成図である。図１において、１１は系統の現在の周波数値を図示しない系統電圧からリアルタイムに計測する周波数計測部、１２は周波数値に応じて特定の負荷を遮断する時間を決定する遮断時間特性部、１３は周波数計測部１１の出力である現在の周波数値と遮断時間特性部１２の経過とを用いて、負荷の遮断指令演算を行なう負荷遮断演算部である。
【００２１】
本実施の形態の系統周波数安定化装置の動作を説明する。遮断時間特性部12の特性が周波数ｆに対して、関数Ｔ(f) で負荷遮断時間が表せるとした場合の負荷遮断時間は次のｓｔｅｐで求められる。なお、ここでＴ(f) は周波数がｆで継続した場合の負荷遮断時間に相当する。
【００２２】
（ｓｔｅｐ１）
現在の周波数値を周波数計測部11の出力ｆ(t) として取り込む。
（ｓｔｅｐ２）
現在の周波数ｆ(t) に対する負荷遮断時間を遮断時間特性から求め、それをＴ（ｆ(t) ）とする。
（ｓｔｅｐ３）
ｄｔ時間内の周波数は一定と仮定すると、(1) 式のように、時々刻々の周波数ｆ(t) に対する負荷遮断時間Ｔ（ｆ(t) ）の逆数の時間積分値が１となった条件で負荷遮断指令を送出する。
【００２３】
【数１】
0003697325.tif 000002
【００２４】
例えば図３に示すような遮断特性図（後述する）において、周波数ｆ1 における遮断時間がＴ1 であることの意味することは、周波数ｆ1 が継続時はＴ1 時間で遮断すると言うことである。ここで、演算（測定）周期をｄｔとすると、∫ｄｔ／Ｔ1 ＝１が成立したときが遮断時間となる。
【００２５】
例えば、ｄｔ＝１０ｍｓ，ｆ1 ＝５１Ｈｚ，Ｔ1 ＝１ｓとすると、１回目から１００回目までの演算を行なえば、
【数２】
0003697325.tif 000003
即ち、演算１００回目（＝１０ｍｓ×１００＝１ｓ＝Ｔ1 ）で(2) 式が成立する。
【００２６】
即ち、単位時間（ｄｔ）の時間重みはｄｔ／Ｔ1 であり、これを時間積分し、積分値が１になった時間が遮断時間となる。これが(1) 式の意味である。本実施の形態によれば、周波数値の変化に応じて重みをつけ時間積分しているので、最適時間での負荷の遮断が可能となる。
【００２７】
図２は本発明に係る系統周波数安定化装置の他の実施の形態を示す構成図である。図２において、２１は系統の現在の周波数値を図示しない系統電圧からリアルタイムに計測する周波数計測部、２２は周波数値に応じて特定の発電機を遮断する時間を決定する遮断時間特性部、２３は周波数計測部２１の出力である現在の周波数値と遮断時間特性部２２の結果とを用いて、発電機の遮断指令演算を行なう発電機遮断演算部である。
【００２８】
次に動作説明をするが、遮断時間特性部22の特性が周波数ｆに対して、関数Ｔ(f) で発電機遮断時間が表せるとした場合の発電機遮断時間は次のｓｔｅｐで求められる。なお、ここでＴ(f) は周波数がｆで継続した場合の発電機遮断時間に相当する。
【００２９】
（ｓｔｅｐ１）
現在の周波数値を周波数計測部21の出力ｆ(t) として取り込む。
（ｓｔｅｐ２）
現在の周波数ｆ(t) に対する負荷遮断時間を遮断時間特性から求め、それをＴ（ｆ(t) ）とする。
（ｓｔｅｐ３）
ｄｔ時間内の周波数は一定と仮定すると、前記した(1) 式のように、時々刻々の周波数ｆ(t) に対する発電機遮断時間Ｔ（ｆ(t) ）の逆数の時間積分値が１となった条件で発電機遮断指令を送出する。
【００３０】
本実施の形態によれば、周波数値の変化に応じて重みをつけて時間積分していくので、最適時間での発電機の遮断が可能となる。
【００３１】
図３（ａ），（ｂ）は本発明の系統周波数安定化装置に適用する遮断時間特性部の遮断特性を示す図である。本実施の形態では遮断特性部の遮断特性を１次関数、即ち、Ｔ（ｆ）＝Ａｆ＋Ｂ及びＴ（ｆ）＝Ａ´ｆ＋Ｂ´にて負荷及び発電機の遮断をするようにしたものであり、Ａ，Ｂ，Ａ´，Ｂ´等の係数は図１２のように実系統において許容される周波数低下，上昇の度合いに応じて決定される。
【００３２】
本実施の形態によれば、実系統の許容周波数に基づき、周波数に対する遮断時間特性を１次関数式で表すことにより、周波数値の変化に応じた最適時間での負荷又は発電機の遮断が可能となる。
【００３３】
図４（ａ），（ｂ）は本発明の他の実施の形態に係る系統周波数安定化装置に適用する遮断時間特性部の遮断特性を示す図である。本実施の形態では遮断特性部の遮断特性を周波数ｆに対して遮断時間を反限時特性、即ち、Ｔ（ｆ）＝Ｃ／ｆとしたものであり、係数Ｃは前記同様に実系統において、許容される周波数低下及び上昇度合いに応じて決定される。なお、係数Ｃ，Ｃ´は前記同様に実系統において許容される周波数の低下，上昇の度合いに応じて決定される。
【００３４】
本実施の形態によれば、実系統の許容周波数に基づき、周波数に対する遮断時間特性を反限時関数式で表すことにより、周波数値の変化に応じた最適時間での負荷又は発電機の遮断が可能となる。
【００３５】
図５は本発明の実施の形態に係る系統周波数安定化装置に適用する遮断特性部の遮断特性を示す図である。本実施の形態では遮断特性部の遮断特性を周波数ｆに対して２次関数、即ち、Ｔ（ｆ）＝Ｄｆ２＋Ｅｆ＋Ｇで、又、発電機をＴ（ｆ）＝Ｄ´ｆ２＋Ｅ´ｆ＋Ｇ´にて遮断するようにしたものである。
【００３６】
これは例えば図５（ｂ）において、周波数ｆ1 が継続すればＴ1 時間、周波数ｆ2 が継続すればＴ2 時間で遮断指令が送出されることを意味する。Ｄ，Ｅ，Ｇ，Ｄ′，Ｅ′，Ｇ′等の係数は、図12のように実系統において、許容される周波数低下，周波数上昇度合いに応じて決定される。
【００３７】
そして負荷遮断時間は第１の実施の形態にて示した通りの各ｓｔｅｐ１，２，３によって求めることができる。本実施の形態によれば、実系統の許容周波数に基づき、周波数に対する遮断時間特性を２次関数式で表すことにより、周波数値の変化に応じた最適時間での負荷又は発電機の遮断が可能となる。
【００３８】
図６は本発明に係る系統周波数安定化装置に適用される遮断演算部の遮断時間特性を示す図である。本実施の形態では図１の遮断演算部１３又は図２の遮断演算部２３を、現在の周波数に応じて遮断時間特性部で決定される遮断時間の逆数の時間積分が１になったことを条件に、負荷又は発電機の遮断指令演算を行なう遮断演算部とするものである。
【００３９】
本実施の形態の系統周波数安定化装置の動作を説明する。遮断時間特性部12，22の特性が周波数ｆに対して、関数Ｔ(f) で遮断時間が表せるとした場合の、負荷又は発電機の遮断時間は次の各ｓｔｅｐで求められる。
【００４０】
（ｓｔｅｐ１）
現在の周波数値を周波数計測部11，21の出力ｆ(t) として取り込む。
（ｓｔｅｐ２）
現在の周波数ｆ(t) に対する負荷又は発電機の遮断時間を遮断時間特性から求め、それをＴ（ｆ(t) ）とする。
（ｓｔｅｐ３）
ｄｔ時間内の周波数は一定と仮定すると、前記した(1) 式のように、時々刻々の周波数ｆ(t) に対する負荷又は発電機の遮断時間Ｔ（ｆ(t) ）の逆数の時間積分値が１となった条件で負荷又は発電機遮断指令を送出する。
【００４１】
従って、遮断時間特性部の特性が周波数ｆ1 が継続すればＴ1 時間、周波数ｆ2 が継続すればＴ2 時間で遮断指令が送出されるような特性の場合、実際の周波数が図６（ａ），（ｂ）のように変化すると、遮断時間は以下のようになる。
【００４２】
図６（ａ）の周波数ｆ1 が１／２Ｔ1 時間経過後、周波数がｆ2 となった場合は(3) 式により、又、図６（ｂ）の周波数ｆ1 が１／４Ｔ1 時間経過後、周波数がｆ2 となった場合は(4) 式により、夫々１／２（Ｔ1 ＋Ｔ2 ）又は（１／４Ｔ1 ＋３／４Ｔ2 ）時間で遮断指令が送出される。
【００４３】
【数３】
0003697325.tif 000004
【００４４】
図６では説明を簡単にするため、周波数の時間変化を簡単なモデルで表したが、実際の系統の周波数は連続的に変化する。しかし、本発明では時々刻々の周波数値に応じて、(1) 式の演算を連続的に行ない、条件成立時に遮断指令を送出することとしているので、任意の周波数変化に対して最適時間で遮断が可能である。
【００４５】
本実施の形態によれば、周波数値の変化に応じて重みをつけて時間積分していくので、任意の周波数変化に対して最適時間での負荷又は発電機の遮断が可能となる。
【００４６】
図７は本発明に係る系統周波数安定化装置に適用される遮断演算部の遮断時間特性を説明する図である。本実施の形態では、各遮断演算部１３，２３において、現在の周波数と基準周波数の偏差が所定値以上の時のみ、遮断演算を実施するものである。
【００４７】
本実施の形態の系統周波数安定化装置の動作を説明する。図７は周波数の時間変化を示したものであり、周波数ｆが所定値ｆL 以上になった▲１▼の時点で、（ｓｔｅｐ３）の遮断時間算出のための積分演算を開始し、周波数ｆが所定値ｆL 以下になった▲２▼の時点で、それまでの積分値を初期化する。
【００４８】
そして再度、周波数ｆが所定値ｆL 以上になった▲３▼の時点で、遮断時間算出のための積分演算を開始する。これは、周波数の基準周波数からの偏差が小さく、系統運用上、問題ない場合は負荷又は発電機の遮断を行なわないものであり、微少な周波数変化が長時間継続した場合の遮断を避けるものである。
【００４９】
本実施の形態によれば、周波数の変化が小さい場合は遮断演算を実施しないので、周波数変化が所定値以上の場合のみ、周波数値の変化に応じた最適時間での負荷又は発電機の遮断が可能となる。
【００５０】
図８は本発明に係る系統周波数安定化装置に適用される遮断演算部の遮断時間特性を説明する図である。本実施の形態では、現在の周波数と基準周波数の偏差が上限設定値以上の時は、周波数値を上限値と置き換えて、遮断演算を実施するものである。
【００５１】
本実施の形態の系統周波数安定化装置の動作を説明する。図８は周波数の時間変化を示したものであり、周波数ｆが所定値ｆH 以上となる▲１▼から▲２▼の期間、現在の周波数値をｆH と置き換えて、図１の遮断時間特性部12又は図２の遮断時間特性部22に適用する。
【００５２】
この意味は、既に図３，図４，図５にて説明した遮断時間特性では基準周波数の偏差が非常に大きい場合、非常に短時間の遮断時間と判断し、短時間の周波数の大きな変化で、瞬時に負荷又は発電機を遮断してしまうことを避けるためである。
【００５３】
本実施の形態によれば、周波数の変化が非常に大きい場合には、遮断時間特性に上限値を設けることで、周波数値の変化に応じた現実的な最適時間での負荷又は発電機の遮断が可能となる。
【００５４】
本発明に係る系統周波数安定化装置の他の実施の形態を以下説明する。そして、ハード構成は負荷遮断の場合は図１と同様であり、発電機遮断の場合は図２と同様である。本実施の形態では、遮断演算部１３又は２３の演算処理内容に特徴を有する。
【００５５】
本処理内容では遮断演算部13又は23において、一度負荷又は発電機の遮断指令送出後、再度、遮断演算を行なって遮断指令を送出し、以下これを繰り返す順次遮断機能を備えるものである。
【００５６】
本実施の形態の系統周波数安定化装置の動作を説明する。遮断時間特性部12，22の特性が周波数ｆに対して、関数Ｔ(f) で遮断時間が表せるとした場合の負荷又は発電機の遮断時間は、次の各ｓｔｅｐ１，２，３，４で求められる。
【００５７】
（ｓｔｅｐ１）
現在の周波数値を周波数計測部11又は21の出力ｆ(t) として取り込む。
（ｓｔｅｐ２）
現在の周波数ｆ(t) に対する負荷又は発電機の遮断時間を遮断時間特性から求め、それをＴ（ｆ(t) ）とする。
（ｓｔｅｐ３）
ｄｔ時間内の周波数は一定と仮定すると、前記した(1) 式のように、時々刻々の周波数ｆ(t) に対する負荷又は発電機の遮断時間Ｔ（ｆ(t) ）の逆数の時間積分値が１となった条件で負荷又は発電機遮断指令を送出する。
（ｓｔｅｐ４）
(1) 式の積分値を初期化し、ｓｔｅｐ１に戻る。以下、これを繰り返す。
【００５８】
なお、２回目以降の遮断（順次遮断）の場合の遮断時間特性部の特性は、１回目の遮断時間特性部の特性Ｔ（ｆ(t) ）と必ずしも同じでなくても良いこととする。
【００５９】
本実施の形態によれば、周波数が所定値に戻るまで、周波数値の変化に応じた最適時間で、順次負荷又は発電機の遮断を続行することが可能となる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば周波数値の変化に応じて、重みをつけて時間積分していくので、最適時間での負荷及び発電機の遮断が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る系統周波数安定化装置の第１の実施の形態を説明するための図。
【図２】  本発明の他の実施の形態を説明するための図。
【図３】  本発明の系統周波数安定化装置に適用する遮断時間特性部の遮断特性を説明するための図。
【図４】  本発明の他の実施の形態に適用する遮断時間特性部の遮断特性を説明するための図。
【図５】  本発明の他の実施の形態による系統周波数安定化装置に適用する遮断時間特性部の遮断特性を説明するための図。
【図６】  本発明による系統周波数安定化装置に適用する遮断演算部の遮断時間特性を示す図。
【図７】  本発明による系統周波数安定化装置に適用する遮断演算部の他の遮断時間特性を示す図。
【図８】  本発明による系統周波数安定化装置に適用する遮断演算部の他の遮断時間特性を示す図。
【図９】  従来の系統周波数安定化装置の構成を説明するための図。
【図１０】  従来の系統周波数安定化装置の応動を説明するための図。
【図１１】  従来の系統周波数安定化装置の応動を説明するための図。
【図１２】  発電機タービン周波数耐量を説明するための図。
【符号の説明】
１１，２１    周波数計測部
１２，２２    遮断時間特性部
１３，２３    遮断演算部
【図１】
0003697325.tif 000005
【図２】
0003697325.tif 000006
【図３】
0003697325.tif 000007
【図４】
0003697325.tif 000008
【図５】
0003697325.tif 000009
【図６】
0003697325.tif 000010
【図７】
0003697325.tif 000011
【図８】
0003697325.tif 000012
【図９】
0003697325.tif 000013
【図１０】
0003697325.tif 000014
【図１１】
0003697325.tif 000015
【図１２】
0003697325.tif 000016