(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
遮断器を介して系統電源と連系される自家用発電設備の系統連系保護装置において、
前記自家用発電設備の出力から周波数を検出する周波数検出手段と、
前記周波数検出手段により検出された周波数の変化率を検出する周波数変化率検出手段と、
前記周波数変化率検出手段により検出された周波数変化率に基づいて、当該周波数変化率が正である場合には前記自家用発電設備の進み無効電力を増加（出力電圧を低下）させ、前記周波数変化率が負である場合には前記自家用発電設備の遅れ無効電力を増加（出力電圧を上昇）させる電圧変動基準をそれぞれ出力するように、前記周波数変化率と電圧変動基準との関係を関数で定義する電圧変動基準決定手段と、
前記周波数変化率検出手段により検出された周波数変化率を積算する周波数変化率積算手段と、
前記周波数変化率積算手段により積算された周波数変化率積算量に基づいて、前記周波数の変動方向（周波数上昇、あるいは周波数下降）の傾向を判定する周波数変動傾向判定手段と、
前記周波数変化率検出手段により検出された周波数変化率の極性と、前記周波数変動傾向判定手段による周波数変動傾向の極性とを比較し、それぞれの極性が一致していない場合には、前記周波数変化率検出手段により検出された周波数変化率の極性を、前記周波数変動傾向判定手段による周波数変動傾向の極性に一致させるように反転処理して前記電圧変動基準決定手段に与える極性調整手段と、
前記極性調整手段からの周波数変化率に基づいて得られた前記電圧変動基準を前記発電設備の自動電圧調整装置の電圧基準に加算することで生じる前記自家用発電設備の電圧変動に伴なって助長される周波数変動を検出し、前記遮断器を開放して系統母線から前記自家用発電設備を解列させる保護手段と、
を備えて成ることを特徴とする発電設備の系統連系保護装置。
【請求項２】
遮断器を介して系統電源と連系される自家用発電設備の系統連系保護装置において、
前記自家用発電設備の出力から周波数を検出する周波数検出手段と、
前記周波数検出手段により検出された周波数の変化率を検出する周波数変化率検出手段と、
前記周波数変化率検出手段により検出された周波数変化率に基づいて、当該周波数変化率が正である場合には前記自家用発電設備の進み無効電力を増加（出力電圧を低下）させ、前記周波数変化率が負である場合には前記自家用発電設備の遅れ無効電力を増加（出力電圧を上昇）させる電圧変動基準をそれぞれ出力するように、前記周波数変化率と電圧変動基準との関係を関数で定義すると共に、前記関数のゲインを複数段で切り換え可能または前記関数の形状を複数段で切り換え可能とした電圧変動基準決定手段と、
前記周波数変化率検出手段により検出された周波数変化率に対して複数のしきい値を設定し、当該各しきい値を越える毎に前記電圧変動基準決定手段に対して前記関数のゲイン切り換えまたは前記関数の形状切り換えの切り換え指令を出力する電圧変動基準切り換え手段と、
前記周波数変化率検出手段により検出された周波数変化率を積算する周波数変化率積算手段と、
前記周波数変化率積算手段により積算された周波数変化率積算量に基づいて、前記周波数の変動方向（周波数上昇、あるいは周波数下降）の傾向を判定する周波数変動傾向判定手段と、
前記周波数変化率検出手段により検出された周波数変化率の極性と、前記周波数変動傾向判定手段による周波数変動傾向の極性とを比較し、それぞれの極性が一致していない場合には、前記周波数変化率検出手段により検出された周波数変化率の極性を、前記周波数変動傾向判定手段による周波数変動傾向の極性に一致させるように反転処理して前記電圧変動基準決定手段に与える極性調整手段と、
前記電圧変動基準切り換え手段から出力される切り換え指令に応じて、前記極性調整手段による極性調整を行なうかどうかを制御するスイッチ手段と、
前記極性調整手段からの周波数変化率に基づいて得られた前記電圧変動基準を前記発電設備の自動電圧調整装置の電圧基準に加算することで生じる前記自家用発電設備の電圧変動に伴なって助長される周波数変動を検出し、前記遮断器を開放して系統母線から前記自家用発電設備を解列させる保護手段と、
を備えて成ることを特徴とする発電設備の系統連系保護装置。
【請求項３】
前記請求項１または請求項２に記載の発電設備の系統連系保護装置において、
前記周波数変化率積算手段としては、あらかじめ設定された時限内の周波数変化率のみを積算するようにしたことを特徴とする発電設備の系統連系保護装置。
【請求項４】
前記請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の発電設備の系統連系保護装置において、
前記保護手段としては、
前記周波数変化率検出手段により検出された周波数変化率があらかじめ設定された値以上になったことを検出すると出力を生じる周波数変化率過大検出手段と、
前記周波数変化率積算手段により積算された周波数変化率積算量があらかじめ設定された値以上になったことを検出すると出力を生じる周波数変化率積算量過大検出手段とを備え、
前記周波数変化率過大検出手段の出力と前記周波数変化率積算量過大検出手段の出力との論理積条件が成立した場合に、前記遮断器を開放して系統母線から前記自家用発電設備を解列させるようにしたことを特徴とする発電設備の系統連系保護装置。
【請求項５】
前記請求項４に記載の発電設備の系統連系保護装置において、
前記保護手段としては、
前記周波数変化率過大検出手段の出力をあらかじめ設定された時限保持する第一のタイマー要素と、
前記周波数変化率積算量過大検出手段の出力をあらかじめ設定された時限保持する第二のタイマー要素とを付加し、
前記第一のタイマー要素の出力と前記周波数変化率積算量過大検出手段の出力との論理積条件、または前記第二のタイマー要素の出力と前記周波数変化率過大検出手段の出力との論理積条件の少なくとも一方が成立した場合に、前記遮断器を開放して系統母線から前記自家用発電設備を解列させるようにしたことを特徴とする発電設備の系統連系保護装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遮断器を介して系統電源と連系される、ゴミ発電システム、コージェネレーション等の自家用発電設備の系統連系保護装置に係り、特に高価な転送遮断装置を設けることなく、系統連系中の自家用発電設備の単独運転を自家用発電設備側で確実にかつ容易に検出して保護できるようにした発電設備の系統連系保護装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、一般需要家がゴミ発電システム、コージェネレーション等の自家用発電設備と系統電源とを連系するために、例えば図１２のブロック図に示すような系統連系保護装置が用いられている。
【０００３】
すなわち、図１２において、上位変電所４では、系統電源１の電圧を変圧器２を介して降圧し、遮断器３を通して一般需要家７に電力を供給している。一般需要家７では、遮断器５を介して負荷６に電力を供給している。
【０００４】
一方、自家用発電設備１０では、交流発電機１２の出力を、遮断器１１を介して系統電源１と連系している。
【０００５】
交流発電機１２の出力電圧の制御は、自動電圧調整装置（ＡＶＲ）１３により交流発電機１２の界磁巻線１４の電圧を制御することによって行ない、交流発電機１２の出力周波数の制御は、交流発電機１２を駆動するエンジン１６の調速機１５によりエンジンパワーを制御することによって行なわれている。
【０００６】
また、故障検出手段として、発電機１２の出力電流を変流器２１で検出し、発電機１２の出力電圧との関係から発電機異常検出回路２２で異常電流を検出し、この検出信号を故障トリップ回路２３に与えて遮断器１１を開放するようにしている。
【０００７】
この他に、保護手段として、遮断器１１の出力側（変電所側）に変流器２４を設け、過電流継電器（ＯＣ）２５により故障トリップ回路２３を動作させるようにしている。
【０００８】
また、系統電源１の異常時、特に系統電源１が遮断された場合、例えば遮断器３が開放になった時、交流発電機１２の出力電力と負荷６の負荷電力とのアンバランスから、周波数や電圧が異常となることを、周波数低下継電器（ＵＦ）２６、周波数上昇継電器（ＯＦ）２７、過電圧継電器（ＯＶ）２８、不足電圧継電器（ＵＶ）２９等の保護継電器により検出する。
【０００９】
そして、これらの検出信号に基づいて、故障トリップ回路２３が遮断器１１に対してトリップ指令を与えて遮断器１１を開放し、遮断器３の再閉路が可能な状態としている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような発電設備の系統連系保護装置においては、例えば系統電源１に異常が発生して遮断器３が開となった時に、交流発電機１２の出力電力と負荷６の所要電力が、有効分および無効分共にほぼ等しくなっていると、周波数も電圧もほとんど変化しないので、保護継電器２５〜２９のいずれも動作せず、運転を継続する。いわゆる単独運転（アイランディング）現象が発生し、遮断器３の再閉路を妨げることになる。
【００１１】
そこで、従来では、このような単独運転を防ぐ目的で、変電所４からの専用線により接続された転送遮断装置８を設けて、遮断器１１に対して転送遮断を実施する方法が採用されているものがある。
【００１２】
すなわち、この転送遮断装置８は、上位変電所４の遮断器３が開となった信号を検出した時に、遮断器１１に対して遮断信号を送って遮断器１１を開放するものである。
【００１３】
しかしながら、この種の転送遮断装置８は、数百ｋＷ程度の出力である中小容量の自家用発電設備１０にとっては、非常にコストが高く、系統連系による実用上のメリットが少ない。
【００１４】
本発明の目的は、高価な転送遮断装置を設けることなく、系統連系中の自家用発電設備の単独運転を自家用発電設備側で確実にかつ容易に検出して保護することが可能な発電設備の系統連系保護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】
上記の目的を達成するために、請求項１に対応する発明の発電設備の系統連系保護装置は、遮断器を介して系統電源と連系される自家用発電設備の出力から周波数を検出する周波数検出手段と、周波数検出手段により検出された周波数の変化率を検出する周波数変化率検出手段と、周波数変化率検出手段により検出された周波数変化率に基づいて、当該周波数変化率が正である場合には自家用発電設備の進み無効電力を増加（出力電圧を低下）させ、周波数変化率が負である場合には自家用発電設備の遅れ無効電力を増加（出力電圧を上昇）させる電圧変動基準をそれぞれ出力するように、周波数変化率と電圧変動基準との関係を関数で定義する電圧変動基準決定手段と、周波数変化率検出手段により検出された周波数変化率を積算する周波数変化率積算手段と、周波数変化率積算手段により積算された周波数変化率積算量に基づいて、周波数の変動方向（周波数上昇、あるいは周波数下降）の傾向を判定する周波数変動傾向判定手段と、周波数変化率検出手段により検出された周波数変化率の極性と、周波数変動傾向判定手段による周波数変動傾向の極性とを比較し、それぞれの極性が一致していない場合には、周波数変化率検出手段により検出された周波数変化率の極性を、周波数変動傾向判定手段による周波数変動傾向の極性に一致させるように反転処理して電圧変動基準決定手段に与える極性調整手段と、極性調整手段からの周波数変化率に基づいて得られた電圧変動基準を発電設備の自動電圧調整装置の電圧基準に加算することで生じる自家用発電設備の電圧変動に伴なって助長される周波数変動を検出し、遮断器を開放して系統母線から自家用発電設備を解列させる保護手段とを備えている。
【００１６】
従って、請求項１に対応する発明の発電設備の系統連系保護装置においては、自家用発電設備の周波数の変化率を検出し、周波数変化率が正の場合には電圧低下指令を得て、周波数変化率が負の場合には電圧上昇指令を得て、さらに周波数変動の大まかな傾向に乗っ取るように周波数変化率の極性を調整して得られる電圧変動基準を自動電圧調整装置に与えることで、自家用発電設備の出力電圧を変化させることにより、周波数変動を拡大して、前述した従来のように高価な転送遮断装置を設けることなく、系統連系中の自家用発電設備の単独運転を自家用発電設備側で確実にかつ容易に検出して保護することができる。
【００１７】
また、請求項２に対応する発明の発電設備の系統連系保護装置は、遮断器を介して系統電源と連系される自家用発電設備の出力から周波数を検出する周波数検出手段と、周波数検出手段により検出された周波数の変化率を検出する周波数変化率検出手段と、周波数変化率検出手段により検出された周波数変化率に基づいて、当該周波数変化率が正である場合には自家用発電設備の進み無効電力を増加（出力電圧を低下）させ、周波数変化率が負である場合には自家用発電設備の遅れ無効電力を増加（出力電圧を上昇）させる電圧変動基準をそれぞれ出力するように、周波数変化率と電圧変動基準との関係を関数で定義すると共に、関数のゲインを複数段で切り換え可能または関数の形状を複数段で切り換え可能とした電圧変動基準決定手段と、周波数変化率検出手段により検出された周波数変化率に対して複数のしきい値を設定し、当該各しきい値を越える毎に電圧変動基準決定手段に対して関数のゲイン切り換えまたは関数の形状切り換えの切り換え指令を出力する電圧変動基準切り換え手段と、周波数変化率検出手段により検出された周波数変化率を積算する周波数変化率積算手段と、周波数変化率積算手段により積算された周波数変化率積算量に基づいて、周波数の変動方向（周波数上昇、あるいは周波数下降）の傾向を判定する周波数変動傾向判定手段と、周波数変化率検出手段により検出された周波数変化率の極性と、周波数変動傾向判定手段による周波数変動傾向の極性とを比較し、それぞれの極性が一致していない場合には、周波数変化率検出手段により検出された周波数変化率の極性を、周波数変動傾向判定手段による周波数変動傾向の極性に一致させるように反転処理して電圧変動基準決定手段に与える極性調整手段と、電圧変動基準切り換え手段から出力される切り換え指令に応じて、極性調整手段による極性調整を行なうかどうかを制御するスイッチ手段と、極性調整手段からの周波数変化率に基づいて得られた電圧変動基準を発電設備の自動電圧調整装置の電圧基準に加算することで生じる自家用発電設備の電圧変動に伴なって助長される周波数変動を検出し、遮断器を開放して系統母線から自家用発電設備を解列させる保護手段とを備えている。
【００１８】
従って、請求項２に対応する発明の発電設備の系統連系保護装置においては、多段階検出の手法により、系統連系中には系統に与える影響を少なくし、単独運転時には周波数変動を早く拡大する動作に加えて、多段階検出の初期段階では周波数変動の大まかな傾向に乗っ取るように周波数変化率の極性を調整し、単独運転時の周波数変動を拡大して、周波数や周波数変化率異常を検出することにより、周波数変動を拡大して、前述した従来のように高価な転送遮断装置を設けることなく、系統連系中の自家用発電設備の単独運転を自家用発電設備側でより一層確実にかつ容易に検出して保護することができる。
【００１９】
一方、請求項３に対応する発明の発電設備の系統連系保護装置は、上記請求項１または請求項２に対応する発明の発電設備の系統連系保護装置において、周波数変化率積算手段としては、あらかじめ設定された時限内の周波数変化率のみを積算するようにしている。
【００２０】
従って、請求項３に対応する発明の発電設備の系統連系保護装置においては、ことにより、自家用発電設備の周波数変化率を積算する場合に、あらかじめ設定された時限内のみ積算を行なうことにより、自家用発電設備の単独運転状態に移行直前から単独運転状態に移行した後の時間における周波数の変動傾向のみが必要な情報であることから、古い情報の影響を受けて電圧変動基準の極性（上昇指令、または低下指令）を反対方向に出力するのを防止することができる。
【００２１】
また、請求項４に対応する発明の発電設備の系統連系保護装置は、上記請求項１乃至請求項３のいずれか１項に対応する発明の発電設備の系統連系保護装置において、保護手段としては、周波数変化率検出手段により検出された周波数変化率があらかじめ設定された値以上になったことを検出すると出力を生じる周波数変化率過大検出手段と、周波数変化率積算手段により積算された周波数変化率積算量があらかじめ設定された値以上になったことを検出すると出力を生じる周波数変化率積算量過大検出手段とを備え、周波数変化率過大検出手段の出力と周波数変化率積算量過大検出手段の出力との論理積条件が成立した場合に、遮断器を開放して系統母線から自家用発電設備を解列させるようにしている。
【００２２】
従って、請求項４に対応する発明の発電設備の系統連系保護装置においては、周波数変化率過大検出手段の出力と周波数変化率積算量過大検出手段の出力との論理積の条件が成立したことで、系統母線から自家用発電設備を解列させることにより、系統連系中の自家用発電設備の単独運転を自家用発電設備側で、周波数変化率のみで判定するよりも誤判定を防いで、より一層確実にかつ容易に検出して保護することができる。
【００２３】
さらに、請求項５に対応する発明の発電設備の系統連系保護装置は、上記請求項４に対応する発明の発電設備の系統連系保護装置において、保護手段としては、周波数変化率過大検出手段の出力をあらかじめ設定された時限保持する第一のタイマー要素と、周波数変化率積算量過大検出手段の出力をあらかじめ設定された時限保持する第二のタイマー要素とを付加し、第一のタイマー要素の出力と周波数変化率積算量過大検出手段の出力との論理積条件、または第二のタイマー要素の出力と周波数変化率過大検出手段の出力との論理積条件の少なくとも一方が成立した場合に、遮断器を開放して系統母線から自家用発電設備を解列させるようにしている。
【００２４】
従って、請求項５に対応する発明の発電設備の系統連系保護装置においては、第一のタイマー要素の出力と周波数変化率積算量過大検出手段の出力との論理積条件が成立するか、または第二のタイマー要素の出力と周波数変化率過大検出手段の出力との論理積条件が成立するか、あるいはこれら両者の論理和の条件が成立したことで、系統母線から自家用発電設備を解列させることにより、系統連系中の自家用発電設備の単独運転を自家用発電設備側で、周波数変化率のみで判定するよりも誤判定を防いで、より一層確実にかつ容易に検出して保護することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２６】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態による発電設備の系統連系保護装置の構成例を示すブロック図であり、図１２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００２７】
図１に示すように、本実施の形態による発電設備の系統連系保護装置が、前記図１２に示した従来の発電設備の系統連系保護装置と異なる点は、前述した高価な転送遮断装置８を省略し、その代わりに、以下のような構成としていることである。
【００２８】
すなわち、図１に示すように、前記交流発電機１２の出力電圧から、周波数  （ｆ）検出器３１により周波数を検出し、この検出周波数から、周波数変化率  （ｄｆ／ｄｔ）検出器３２により周波数変化率Ｖ３０を検出する。
【００２９】
周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）過大検出器３３は、周波数変化率Ｖ３０が設定値以上になるかどうかを検出し、設定値以上になった場合に異常出力信号Ｖ３１を出力して、故障トリップ回路２３に与える。
【００３０】
故障トリップ回路２３は、異常出力信号Ｖ３１が与えられた場合に、遮断器１１に対してトリップ信号を与えて電路を開放する。
【００３１】
無効電力（Ｑ）検出器３５は、変流器２１により検出された交流発電機１２の出力電流と、交流発電機１２の出力電圧を入力して無効電力Ｑを検出する。
【００３２】
有効電力（Ｐ）検出器３６は、変流器２１により検出された交流発電機１２の出力電流と、交流発電機１２の出力電圧とを入力して、これらを基に有効電力Ｐを検出する。
【００３３】
一方、有効電力制御回路（ＡＰＲ）３８は、有効電力基準（Ｐ* ）設定器３７からの有効電力基準Ｐ* と、有効電力検出器３６からの有効電力Ｐとを比較し、これらの偏差を調速機１５に与えてエンジン１６の原動機制御を行なう。
【００３４】
周波数変化率積算手段４１は、周波数変化率Ｖ３０の正（周波数が上昇中）と負（周波数が下降中）の信号を積算する。
【００３５】
周波数変動傾向判定手段４２は、周波数変化率積算手段４１により得られる周波数変化率積算量を基に、大まかな周波数の変動方向を判定する。
【００３６】
極性調整手段４３は、周波数変化率検出手段３２からの周波数変化率Ｖ３０の極性と、周波数変動傾向判定手段４２からの周波数変動傾向の極性とを比較し、その結果それぞれの極性が一致していない場合には、周波数変化率検出手段３２からの周波数変化率Ｖ３０の極性を、周波数変動傾向判定手段４２による周波数変動傾向の極性に一致させるように反転処理して出力する。
【００３７】
電圧変動基準決定手段４０は、周波数変化率検出器３２からの周波数変化率Ｖ３０を極性調整手段４３により処理した信号を入力として、電圧変動基準ΔＶ*を出力するものであり、周波数変化率Ｖ３０が正（周波数が上昇中）の場合には、交流発電機１２の出力電圧を低下させて周波数上昇を助長させ、また周波数変化率Ｖ３０が負（周波数が下降中）の場合には、交流発電機１２の出力電圧を上昇させて周波数下降を助長させる電圧変動基準ΔＶ*をそれぞれ出力するように、周波数変化率Ｖ３０と電圧変動基準ΔＶ*との関係を、例えば図２で示すような関数で定義する。
【００３８】
なお、図２では、二つの例の関数（ａ）と（ｂ）について示している。
【００３９】
無効電力制御回路（ＡＱＲ）４５は、無効電力基準（Ｑ* ）設定器４４からの無効電力基準Ｑ* と、無効電力検出器３５で検出した無効電力Ｑとを一致させるための電圧基準ΔＶＱ* を出力する。
【００４０】
自動電圧調整装置（ＡＶＲ）１３は、電圧基準（Ｖ* ）設定器（９０Ｒ）４６からの電圧基準Ｖ* と、無効電力制御回路４５からの電圧基準ΔＶＱ* と、電圧変動基準決定手段４０からの電圧変動基準ΔＶ*とに基づいて、交流発電機１２の出力電圧を制御するように界磁巻線１４の界磁を調整する。
【００４１】
なお、上記において、有効電力基準（Ｐ* ）設定器３７と、有効電力制御回路３８と、調速機１５と、エンジン１６とにより、有効電力制御ループを構成している。
【００４２】
また、無効電力基準設定器４４と、無効電力検出器３５と、無効電力制御回路４５とにより、無効電力制御ループを構成している。
【００４３】
さらに、電圧基準（Ｖ* ）設定器（９０Ｒ）４６と、無効電力制御回路４５の出力である電圧基準ΔＶＱ* と、電圧変動基準決定手段４０からの電圧変動基準ΔＶ* と、自動電圧調整装置１３とにより、電圧制御ループを構成している。
【００４４】
次に、以上のように構成した本実施の形態による発電設備の系統連系保護装置の作用について、図３乃至図６を参照して説明する。
【００４５】
図３において、いま交流発電機１２の出力の有効電力をＰ、無効電力をＱ、負荷６が必要とする有効電力をＰＬ、無効電力をＱＬとすると、系統電源１へ流出する有効電力ΔＰおよび無効電力ΔＱは、それぞれ次のように表わされる。
【００４６】
ΔＰ＝Ｐ−ＰＬ
ΔＱ＝Ｑ−ＱＬ
ここで、交流発電機１２と系統間のインダクタンス分をｌとし、負荷６の電圧をＶ、周波数をｆとする。
【００４７】
そうすると、通常の場合には、ΔＰ≒０、ΔＱ≒０に近い状態で遮断器３が開となっても、負荷６の電圧Ｖ、周波数ｆはほとんど変化しないため、保護継電器２５〜２９で検出することができず、単独運転を継続することになる。
【００４８】
しかし、系統電源１と負荷６の位相はゆっくりとずれてくるので、遮断器３の再投入は事故拡大につながり危険なために行なえない状態が発生し、配電系統の安定性を低下させることになる。
【００４９】
単独運転中の電圧は、Ｐ＝Ｖ2 ／Ｒで決まる。
【００５０】
一方、単独運転中の周波数ｆは、Ｑ＝（Ｖ2 ωＣ）−（Ｖ2 ／ωＬ）で決まる。
【００５１】
特に、周波数ｆに着目すると、負荷６が要求する無効電力ＱＬよりも、交流発電機１２が供給する無効電力が進み方向にずれている時には、周波数ｆが上昇してコンデンサＣの電流ｉＣが増加し、インダクタンス電流ｉＬが減少して無効電力がバランスする方向に変化する。
【００５２】
また、交流発電機１２が供給する無効電力が負荷６の要求する無効電力ＱＬよりも遅れ方向にずれている時には、周波数ｆが下降してインダクタンス電流ｉＬが増加し、コンデンサ電流ｉＣが減少して無効電力がバランスする方向に変化する。
【００５３】
次に、ΔＰ≒０でΔＱ≠０状態で単独運転になった場合の周波数変動は、図４に示すように、系統遮断（ｔ０）後、周波数ｆが変動しながら安定点ｆ１，ｆ２に接近する。
【００５４】
図４において、ｆ１はΔＱがわずかに進みの場合であり、ｆ２はΔＱがわずかに遅れた場合である。
【００５５】
図４に示す＋Δｆ、−Δｆは、保護継電器２５〜２９で単独運転が検出できるレベルである。
【００５６】
図５は、図１に示す実施の形態の作用効果を説明するための図である。
【００５７】
図５において、ｆは周波数検出器３１に検出された周波数ｆであり、ｄｆ／ｄｔは周波数変化率検出器３２により検出された周波数変化率であり、電圧変動基準ΔＶ* は電圧変動基準決定手段４０の出力を示している。
【００５８】
いま、周波数ｆが図５に示すように変化すると、ｄｆ／ｄｔはこれより９０°位相の進んだ波形となる。
【００５９】
ここで、ｄｆ／ｄｔ＞０の場合には、周波数ｆが上昇中であるので、この間に電圧変動基準決定手段４０から電圧低下指令（進み無効電力指令）が出力され、周波数ｆは更に上昇するように作用する。
【００６０】
また、ｄｆ／ｄｔ＜０の場合には、周波数ｆが下降中であるので、この間に電圧変動基準決定手段４０から電圧上昇指令（遅れ無効電力指令）が出力され、周波数ｆは更に下降するように作用する。
【００６１】
この時、系統解列後のｄｆ／ｄｔの極性が、微少時間間隔で正負に変化すると、励磁系の遅れのために電圧変動基準による電圧変動が充分に為されず、スムーズな周波数変動に移行し難いことが考えられる。
【００６２】
そこで、周波数変化率積算手段４１と周波数変動傾向判定手段４２とを用いて、周波数変化率を積算することで周波数ｆの大まかな変動を捉え、電圧変動基準ΔＶ*を決定する際の周波数変化率の極性を大まかな周波数変動の方向に一致させることで、電圧変動方向を上昇あるいは下降方向の片側に保持して、電圧変動し易くなるようにアシストする。
【００６３】
電圧変動に伴なう正帰還作用によって周波数変動を増大させ、周波数異常や周波数変化率過大を周波数変化率過大検出器３３によって検出することにより、従来用いていた高価な転送遮断装置８を用いなくても、自家用発電設備１０の単独運転を自家用発電設備１０側で確実に検出することができる。
【００６４】
このようにして、自家用発電設備１０の単独運転時の周波数変動を、図４に示すような特性から図６に示すような特性に拡大して、周波数や周波数変化率異常を検出することにより、自家用発電設備１０の単独運転を自家用発電設備１０側で確実に検出することが容易になる。
【００６５】
上述したように、本実施の形態による発電設備の系統連系保護装置では、交流発電機１２の周波数変化率ｄｆ／ｄｔを検出し、周波数変化率がｄｆ／ｄｔ＞０の場合には電圧低下指令を得て、周波数変化率がｄｆ／ｄｔ＜０の場合には電圧上昇指令を得て、さらに周波数変動の大まかな傾向に乗っ取るように周波数変化率ｄｆ／ｄｔの極性を調整して得られる電圧変動基準を自動電圧調整装置１３に与えることで、交流発電機１２の出力電圧を変化させるようにしているので、周波数変動を拡大して、前述した従来のように高価な転送遮断装置８を設けることなく、系統連系中の自家用発電設備１０の単独運転を自家用発電設備１０側で確実にかつ容易に検出して保護することが可能となる。
【００６６】
（第２の実施の形態）
図７は、本実施の形態による発電設備の系統連系保護装置の構成例を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００６７】
図７に示すように、本実施の形態による発電設備の系統連系保護装置が、前記図１に示した発電設備の系統連系保護装置と異なる点は、以下のような構成としていることである。
【００６８】
すなわち、図７に示すように、前記図１における電圧変動基準決定手段４０に下記の機能を追加し、さらに電圧変動基準切り換え手段５１と、スイッチ手段５２とを、新たに付加した構成としている。
【００６９】
電圧変動基準決定手段４０は、前述したように、周波数変化率Ｖ３０と電圧変動基準Ｖ３０との関係を関数で定義すると共に、上記関数のゲインを複数段で切り換え可能または上記関数の形状を複数段で切り換え可能としている。
【００７０】
電圧変動基準切り換え手段５１は、前記周波数変化率検出器３２により検出された周波数変化率に対して複数のしきい値を設定し、この各しきい値を越える毎に、電圧変動基準決定手段４０に対して、上記関数のゲイン切り換え、または上記関数の形状切り換えの切り換え指令を出力する。
【００７１】
スイッチ手段５２は、電圧変動基準切り換え手段５１から出力される切り換え指令に応じて、前記極性調整手段４３による極性調整を行なうかどうかを制御する。
【００７２】
すなわち、このスイッチ手段５２は、具体的には、周波数変化率検出器３２からの周波数変化率Ｖ３０、および周波数変化率検出器３２からの周波数変化率Ｖ３０を極性調整手段４３により処理した信号を入力とし、電圧変動基準切り換え手段５１から出力される切り換え指令に応じて、そのいずれか一方を前記電圧変動基準決定手段４０に切換え入力する。
【００７３】
次に、以上のように構成した本実施の形態による発電設備の系統連系保護装置の作用について、図８を参照して説明する。
【００７４】
図７において、電圧変動基準決定手段４０は、周波数変化率検出器３２からの周波数変化率Ｖ３０を入力し、電圧変動基準ΔＶ* を出力する。
【００７５】
ここで、前述した第１の実施の形態と同様に、周波数変化率が正（周波数が上昇中）の場合には、交流発電機１２の出力電圧を低下させて周波数上昇を助長させ、また周波数変化率が負（周波数が下降中）の場合には、交流発電機１２の出力電圧を上昇させて周波数下降を助長させるような電圧変動基準ΔＶ* を出力する。
【００７６】
電圧変動に基づく周波数変動は、電圧変動が大きいと周波数変動も大きくなる。自家用発電設備１０が、単独運転であるか系統連系中であるかを区別するには、単独運転に陥った時に十分な周波数変動を招く電圧変動を与えることが好ましいが、系統連系中に大きな電圧変動指令を与えることは系統に擾乱を招く要素になることが懸念される。
【００７７】
そこで、最初は系統に悪影響とならないレベルの小さい電圧変動基準ΔＶ* にしておく。最初の電圧変動基準ΔＶ* の働きで、周波数変化率が最初に設定していたしきい値を越えると、電圧変動基準ΔＶ* を大きく与えるようにする。
【００７８】
そして、この影響でさらに周波数変化率が次のしきい値を越えると、さらに電圧変動基準ΔＶ* を大きく与えるようにする。
【００７９】
以上の繰り返しを何回か行ない、単独運転らしきを確認しながら、電圧変動基準ΔＶ* による作用を段階的に大きくする多段階検出の手法を実現する。
【００８０】
この多段階検出の手法は、複数の周波数変化率しきい値を持ち、電圧変動基準決定手段４０に電圧変動基準の切り換え指令を出力する電圧変動基準切り換え手段５１により実現する。
【００８１】
また、電圧変動基準決定手段４０においては、周波数変化率から電圧変動基準を決定する関数のゲインの切り換えまたは関数の形状を切り換え可能とし、電圧変動基準切り換え手段５１からの指令に応じて切り換える。
【００８２】
図８は、電圧変動基準を決定する関数の一例を示すイメージ図で、関数を複数段用意し、リミットレベルを設けることもできる。
【００８３】
周波数変化率積算手段４１、周波数変動傾向判定手段４２、極性調整手段４３は、前述した第１の実施の形態と同様に作用するが、周波数変化率の拡大がある程度進行すると、周波数変化率の極性を調整しなくとも、多段階検出の手法において十分な電圧変動基準ΔＶ* が得られる。
【００８４】
そこで、スイッチ手段５２により、多段階検出の進行に合わせて、電圧変動基準決定手段４０に入力する信号を、周波数変化率検出器３２からの周波数変化率Ｖ３０の信号に切り換える。
【００８５】
このようにして、多段階検出の手法により、系統連系中には系統に与える影響を少なくし、単独運転時には周波数変動を早く拡大する動作に加えて、多段階検出の初期段階では周波数変動の大まかな傾向に乗っ取るように周波数変化率ｄｆ／ｄｔの極性を調整し、自家用発電設備１０の単独運転時の周波数変動を、図４に示すような特性から図６に示すような特性に拡大して、周波数や周波数変化率異常を検出することにより、自家用発電設備１０の単独運転を自家用発電設備１０側で確実に検出することが容易になる。
【００８６】
上述したように、本実施の形態による発電設備の系統連系保護装置では、交流発電機１２の周波数変化率ｄｆ／ｄｔを検出し、周波数変化率がｄｆ／ｄｔ＞０の場合には電圧低下指令を得て、周波数変化率がｄｆ／ｄｔ＜０の場合には電圧上昇指令を得、さらにこの際に多段階にゲインを切り換えることで電圧指令の大きさを切り換え、多段階検出の初期段階では周波数変動の大まかな傾向に乗っ取るように周波数変化率ｄｆ／ｄｔの極性を調整し、単独運転時の周波数変動を拡大して、周波数や周波数変化率異常を検出するようにしているので、周波数変動を拡大して、前述した従来のように高価な転送遮断装置８を設けることなく、系統連系中の自家用発電設備１０の単独運転を自家用発電設備１０側でより一層確実にかつ容易に検出して保護することが可能となる。
【００８７】
（第３の実施の形態）
図９は、本実施の形態による発電設備の系統連系保護装置の要部構成例を示すブロック図であり、図１および図７と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００８８】
図９に示すように、本実施の形態による発電設備の系統連系保護装置が、前記図１および図７に示した発電設備の系統連系保護装置と異なる点は、以下のような構成としていることである。
【００８９】
すなわち、図９に示すように、前記図１および図７における周波数変化率検出器３２と周波数変化率積算手段４１との間に、バッファ要素６１を新たに付加した構成としている。
【００９０】
バッファ要素６１は、例えばマイクロコンピュータベースで考えると、前記周波数変化率検出器３２により検出された周波数変化率Ｖ３０を入力とするもので、最新のデータを入力すると最も古いデータを破棄する。
【００９１】
これにより、周波数変化率積算手段４１が、周波数変化率Ｖ３０の正（周波数が上昇中）と負（周波数が下降中）の信号を、あらかじめ設定された時限内のみ積算するようにしている。
【００９２】
次に、以上のように構成した本実施の形態による発電設備の系統連系保護装置の作用について説明する。
【００９３】
図９において、バッファ要素６１は、周波数変化率検出器３２からの周波数変化率Ｖ３０を常に入力し、最新のデータを入力すると最も古いデータを破棄する。
【００９４】
その結果、周波数変化率積算手段４１による周波数変化率Ｖ３０の積算としては、あらかじめ設定された時限内の周波数変化率Ｖ３０のみを積算する。
【００９５】
これにより、自家用発電設備１０の単独運転状態に移行直前から単独運転状態に移行した後の時間における周波数の変動傾向のみが必要な情報であることから、系統連系中の周波数の緩やかな変動に伴なって、周波数変化率の積算量が増加し続けることを防ぎ、古い情報の影響を受けて電圧変動基準の極性（上昇指令、または低下指令）を反対方向に出力するのを防止することができる。
【００９６】
上述したように、本実施の形態による発電設備の系統連系保護装置では、自家用発電設備１０の周波数変化率を積算する場合に、あらかじめ設定された時限内のみ積算を行なうようにしているので、自家用発電設備１０の単独運転状態に移行直前から単独運転状態に移行した後の時間における周波数の変動傾向のみが必要な情報であることから、古い情報の影響を受けて電圧変動基準の極性（上昇指令、または低下指令）を反対方向に出力するのを防止することが可能となる。
【００９７】
（第４の実施の形態）
図１０は、本実施の形態による発電設備の系統連系保護装置の要部構成例を示すブロック図であり、図１および図７と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００９８】
図１０に示すように、本実施の形態による発電設備の系統連系保護装置が、前記図１および図７に示した発電設備の系統連系保護装置と異なる点は、以下のような構成としていることである。
【００９９】
すなわち、図１０に示すように、前記図１および図７に、周波数変化率積算量過大検出器６２と、論理積回路ＡＮＤとを、新たに付加した構成としている。
【０１００】
周波数変化率積算量過大検出器６２は、前記周波数変化率積算手段４１からの周波数変化率積算量があらかじめ設定された値以上になったかどうかを検出し、過大を示す信号を出力する。
【０１０１】
論理積回路ＡＮＤは、前記周波数変化率過大検出器３３からの検出信号と、周波数変化率積算量過大検出器６２からの検出信号とを入力し、両者の論理積信号を異常出力信号Ｖ３１として、前記故障トリップ回路２３に与える。
【０１０２】
次に、以上のように構成した本実施の形態による発電設備の系統連系保護装置の作用について説明する。
【０１０３】
図１０において、周波数変化率積算量過大検出器６２は、周波数変化率積算量があらかじめ設定された値以上になったかどうかを検出し、過大を示す信号を出力する。
【０１０４】
論理積回路ＡＮＤは、周波数変化率過大検出器３３からの検出信号と周波数変化率積算量過大検出器６２からの検出信号とを基に、周波数変化率が過大になり、かつ周波数変化率積算量が過大になった場合に、故障トリップ回路２３に異常出力信号Ｖ３１を与える。
【０１０５】
上述したように、本実施の形態による発電設備の系統連系保護装置では、自家用発電設備１０の周波数変化率がある値を超え、かつ周波数変化率積算量がある値を超えた論理積の条件が成立したことで、系統母線から自家用発電設備１０を解列させるようにしているので、系統連系中の自家用発電設備１０の単独運転を自家用発電設備１０側で、周波数変化率のみで判定するよりも誤判定を防いで、より一層確実にかつ容易に検出して保護することが可能となる。
【０１０６】
（第５の実施の形態）
図１１は、本実施の形態による発電設備の系統連系保護装置の要部構成例を示すブロック図であり、図１および図７と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１０７】
図１１に示すように、本実施の形態による発電設備の系統連系保護装置が、前記図１および図７に示した発電設備の系統連系保護装置と異なる点は、以下のような構成としていることである。
【０１０８】
すなわち、図１１に示すように、前記図１および図７に、周波数変化率積算量過大検出器６２と、第一のタイマー要素６３と、第二のタイマー要素６４と、第一の論理積回路ＡＮＤ１と、第二の論理積回路ＡＮＤ２と、論理和回路ＯＲとを、新たに付加した構成としている。
【０１０９】
周波数変化率積算量過大検出器６２は、前記周波数変化率積算手段４１からの周波数変化率積算量があらかじめ設定された値以上になったかどうかを検出し、過大を示す信号を出力する。
【０１１０】
第一のタイマー要素６３は、前記周波数変化率過大検出器３３からの検出信号をあらかじめ設定された時限保持する。
【０１１１】
第二のタイマー要素６４は、周波数変化率積算量過大検出器６２からの検出信号をあらかじめ設定された時限保持する。
【０１１２】
第一の論理積回路ＡＮＤ１は、周波数変化率積算量過大検出器６２からの検出信号と、第一のタイマー要素６３の出力とを入力し、両者の論理積信号を論理和回路ＯＲに与える。
【０１１３】
第二の論理積回路ＡＮＤ２は、周波数変化率過大検出器３３からの検出信号と、第二のタイマー要素６４の出力とを入力し、両者の論理積信号を論理和回路ＯＲに与える。
【０１１４】
論理和回路ＯＲは、第一の論理積回路ＡＮＤ１の出力と、第二の論理積回路ＡＮＤ２の出力とを入力し、両者の論理和信号を異常出力信号Ｖ３１として、前記故障トリップ回路２３に与える。
【０１１５】
次に、以上のように構成した本実施の形態による発電設備の系統連系保護装置の作用について説明する。
【０１１６】
図１１において、周波数変化率積算量過大検出器６２は、周波数変化率積算量があらかじめ設定された値以上になったかどうかを検出し、過大を示す信号を出力する。
【０１１７】
第一のタイマー要素６３は、周波数変化率過大検出器３３からの検出信号を設定時限保持し、また第二のタイマー要素６４は、周波数変化率積算量過大検出器６２からの検出信号を設定時限保持する。
【０１１８】
第一の論理積回路ＡＮＤ１は、周波数変化率積算量過大検出器６２からの検出信号と、第一のタイマー要素６３の出力とを基に、両者の論理積条件が成立した場合に、論理和回路ＯＲに出力信号を与える。
【０１１９】
第二の論理積回路ＡＮＤ２は、周波数変化率過大検出器３３からの検出信号と、第二のタイマー要素６４の出力とを基に、両者の論理積条件が成立した場合に、論理和回路ＯＲに出力信号を与える。
【０１２０】
論理和回路ＯＲは、第一の論理積回路ＡＮＤ１の出力と、第二の論理積回路ＡＮＤ２の出力とを基に、周波数変化率が過大になったか、または周波数変化率積算量が過大になった場合に、故障トリップ回路２３に異常出力信号Ｖ３１を与える。
【０１２１】
すなわち、周波数変化率と周波数変化率積算量は、単純に考えると、相互を微分あるいは積分した関係にあることから、それぞれでピークが現われるタイミングにずれが生じる。
【０１２２】
ここで、過大検出の際に、周波数変化率と周波数変化率積算量のピークのタイミングずれが問題にならないぐらい周波数変動が十分に大きければよいが、必ずしもそうとは言えない。
【０１２３】
この点、本実施の形態ではこれを考慮して、周波数変化率および周波数変化率積算量の過大検出信号を保持するように、第一のタイマー要素６３および第二のタイマー要素６４を設けていることにより、周波数変化率と周波数変化率積算量のピークのタイミングずれを解消することができる。
【０１２４】
これにより、先に周波数変化率が過大と判定された場合でも、先に周波数変化率積算量が過大と判定された場合でも、故障トリップ回路２３に異常出力信号Ｖ３１を与えることができる。
【０１２５】
上述したように、本実施の形態による発電設備の系統連系保護装置では、自家用発電設備１０の周波数変化率がある値を超え、かつ周波数変化率積算量がある値を超えた論理積の条件が成立したことで、系統母線から自家用発電設備１０を解列させるようにしているので、系統連系中の自家用発電設備１０の単独運転を自家用発電設備１０側で、周波数変化率のみで判定するよりも誤判定を防いで、より一層確実にかつ容易に検出して保護することが可能となる。
【０１２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の発電設備の系統連系保護装置によれば、高価な転送遮断装置を設けることなく、系統連系中の自家用発電設備の単独運転を自家用発電設備側で確実にかつ容易に検出して保護することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による発電設備の系統連系保護装置の第１の実施の形態を示すブロック図。
【図２】同第１の実施の形態による発電設備の系統連系保護装置における電圧変動基準を決定する関数の形状例を示す図。
【図３】同第１の実施の形態による発電設備の系統連系保護装置における動作を説明するための図。
【図４】同第１の実施の形態による発電設備の系統連系保護装置における動作を説明するための図。
【図５】同第１の実施の形態による発電設備の系統連系保護装置における動作を説明するための図。
【図６】同第１の実施の形態による発電設備の系統連系保護装置における動作を説明するための図。
【図７】本発明による発電設備の系統連系保護装置の第２の実施の形態を示すブロック図。
【図８】同第２の実施の形態による発電設備の系統連系保護装置における多段階検出手法における電圧変動基準を決定する関数の形状例を示す図。
【図９】本発明による発電設備の系統連系保護装置の第３の実施の形態を示す要部ブロック図。
【図１０】本発明による系統連系保護装置の第４の実施の形態を示す要部ブロック図。
【図１１】本発明による系統連系保護装置の第５の実施の形態を示す要部ブロック図。
【図１２】従来の発電設備の系統連系保護装置の構成例を示すブロック図。
【符号の説明】
１…系統電源、
２…変圧器、
３，５，１１…遮断器、
４…上位変電所、
６…負荷、
７…一般需要家、
１０…自家用発電設備、
１２…交流発電機、
１３…自動電圧調整装置（ＡＶＲ）、
１４…界磁巻線、
１５…調速機、
１６…エンジン、
２０…系統連系保護装置、
２１，２４…変流器、
２３…故障トリップ回路、
２２…発電機異常検出器、
２５…過電流継電器（ＯＣ）、
２６…周波数低下継電器（ＵＦ）、
２７…周波数上昇継電器（ＯＦ）、
２８…過電圧継電器（ＯＶ）、
２９…不足電圧継電器（ＵＶ）、
３１…周波数検出器、
３２…周波数変化率検出器、
３３…周波数変化率過大検出器、
３５…無効電力検出器、
３６…有効電力検出器、
３７…有効電力基準設定器、
３８…有効電力制御回路（ＡＰＲ）、
４０…電圧変動基準決定手段、
４１…周波数変化率積算手段、
４２…周波数変動傾向判定手段、
４３…極性調整手段、
４４…無効電力基準設定器、
４５…無効電力制御回路（ＡＱＲ）、
４６…電圧基準設定器（９０Ｒ）、
５１…電圧変動基準切り換え手段、
５２…スイッチ手段、
６１…バッファ要素、
６２…周波数変化率積算量過大検出器、
６３…第一のタイマー要素、
６４…第二のタイマー要素、
ＡＮＤ…論理積回路、
ＡＮＤ１…第一の論理積回路、
ＡＮＤ２…第二の論理積回路、
ＯＲ…論理和回路。
【図１】
0003689004.tif 000002
【図２】
0003689004.tif 000003
【図３】
0003689004.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0003689004.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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