(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
系統側と始動母線側との間を同期投入する同期投入装置において、
前記系統側と前記始動母線側との間の電圧位相差を計測する電圧−電圧位相差トランスデューサと、
前記電圧−電圧位相差トランスデューサの計測値に基づいて、前記系統側と前記始動母線側との間の周波数差を演算する周波数差演算手段と、
前記周波数差演算手段からの信号を入力し、その周波数差が所定範囲内に入るように揃速制御指令を出力する揃速制御手段と、
を備え、前記周波数差演算手段は、前記周波数差をΔｆ、前記電圧−電圧位相差トランスデューサからの計測値をΔθ、計測サンプリング周期をΔｔとした場合に、Δｆ＝Δθ／Δｔの式に基づき前記演算を行うものである、
ことを特徴とする同期投入装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、系統側に発電機を同期投入する場合に用いる同期投入装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図３は、従来の同期投入装置の一般的構成を示すブロック図である。この図において、発電機１からの電力は遮断器２を介して系統側へ供給できるようになっている。系統側の電圧及び被投入側（始動母線側）の電圧は、それぞれ系統側ＰＴ３及び被投入側ＰＴ４により計測されるようになっており、それらの計測値は自動電圧制御装置５、自動揃速制御装置６、及び自動同期投入装置７に出力されるようになっている。
【０００３】
系統側に被投入側を同期投入する場合は、両者の電圧及び周波数を自動電圧制御装置５及び自動揃速制御装置６がそれぞれ制御し、自動同期投入装置７が同期判定を行う。そして、系統側と被投入側との間の各電圧、周波数、及び位相の差が所定範囲内に入った時点で同期投入指令を遮断器２に出力する。これにより、それまで開いていた遮断器２の接点が閉じ、発電機１から交流電力が系統側に供給される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図３の自動電圧制御装置５、自動揃速制御装置６、及び自動同期投入装置７は高価なものであり、図３の従来装置は価格的には不利な構成となっている。
【０００５】
また、自動揃速制御装置６が設定可能な周波数差Δｆの値は１／１６程度であり、揃速制御の精度が低いものであった。そこで、系統側及び被投入側の周波数を周波数トランスデューサにより計測し、これらの計測信号を用いてＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）が揃速制御する構成も考えられる。しかし、通常の周波数トランスデューサの精度は１％程度であるため、この構成によっても充分な揃速制御の精度を得ることは困難であった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、安価な構成でありながら、充分な制御精度を有する同期投入装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明は、系統側と始動母線側との間を同期投入する同期投入装置において、前記系統側と前記始動母線側との間の電圧位相差を計測する電圧−電圧位相差トランスデューサと、前記電圧−電圧位相差トランスデューサの計測値に基づいて、前記系統側と前記始動母線側との間の周波数差を演算する周波数差演算手段と、前記周波数差演算手段からの信号を入力し、その周波数差が所定範囲内に入るように揃速制御指令を出力する揃速制御手段と、を備え、前記周波数差演算手段は、前記周波数差をΔｆ、前記電圧−電圧位相差トランスデューサからの計測値をΔθ、計測サンプリング周期をΔｔとした場合に、Δｆ＝Δθ／Δｔ  の式に基づき前記演算を行うものである、ことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。図１は本発明の実施形態の構成図であり、図３と同様の構成要素には同一符号を付してある。図１において、系統側ＰＴ３からの信号は電圧トランスデューサ８及び電圧−電圧位相差トランスデューサ１０に出力され、被投入側ＰＴ４からの信号は電圧トランスデューサ９及び電圧−電圧位相差トランスデューサ１０に出力されるようになっている。電圧−電圧位相差トランスデューサ１０は、系統側電圧と被投入側電圧との間の位相差θを計測するものである。ＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）１１は、アナログ入出力基板１２、周波数差演算手段１３、及び揃速制御手段１４を有しており、電圧トランスデューサ８，９及び電圧−電圧位相差トランスデューサ１０からの各計測信号がアナログ入出力基板１２に入力されるようになっている。
【００１０】
次に、上記のように構成される本実施形態の動作につき説明する。発電機１が起動された後、電圧トランスデューサ８，９及び電圧−電圧位相差トランスデューサ１０は、ＰＴ３，４からの電圧信号を所定のサンプリング周期Δｔ（例えば、１００ｍｓｅｃ）でサンプリングし、各計測信号をＰＬＣ１１のアナログ入出力基板１２に入力させる。周波数差演算手段１３は、電圧−電圧位相差トランスデューサ１０からの計測値θの入力に基づき、下式（１）を用いて系統側と被投入側との周波数差を演算する。
【００１１】
Δｆ＝Δθ／Δｔ  …  （１）
ここで、（１）式が成立する理由は、ω＝θ／ｔ＝２πｆ  より、下式（２）が得られ、したがって、（２）式の両辺の微小変化分を考えることにより（１）式が得られるからである。
【００１２】
ｆ＝（１／２π）・（θ／ｔ）  …  （２）
揃速制御手段１４は、電圧トランスデューサ８，９から系統側及び被投入側の電圧を入力すると共に、周波数差演算手段１３からの演算結果Δｆを入力し、これらの値が所定範囲内に入っている場合に揃速制御指令を出力する。例えば、位相差θについて、連続した２つのサンプリング値をθ１  ，θ２  とすると、Δθ＝θ１  −θ２  であるから、これを（１）式に代入すれば、下式（３）が得られる。図２は、この２つのサンプリング値θ１  ，θ２  とΔｔとの関係を示す特性図である。
【００１３】
Δｆ＝（θ１  −θ２  ）／Δｔ  …  （３）
（３）式のΔｆの値が負であれば、被投入側周波数が系統側周波数よりも高いことを示し、Δｆの値が正であれば、被投入側周波数が系統側周波数よりも低いことを示している。したがって、揃速制御手段１４は、Δｆが所定範囲外の負の値である場合には、被投入側周波数を下げるように、その偏差に応じたアナログ信号である揃速制御指令を出力し、また、Δｆが所定範囲外の正の値である場合には、被投入側周波数を上げるように、揃速制御指令を出力する。そして、Δｆが所定範囲内の値になった時点で、図示を省略してある同期投入指令手段が、アナログ入出力基板１２を介して遮断器２に同期投入指令を出力する。ここで、遮断器２の遮断動作時間をＴＣＢとすると、この同期投入指令手段は、零位相よりΔｆ・ＴＣＢの時間だけ早い時点で同期投入指令を出力するようにする。
【００１４】
上記した図１の構成によれば、図３における自動電圧制御装置５、自動揃速制御装置６、及び自動同期投入装置７のような高価な機器を用いる必要がなくなるので、大幅なコストダウンを達成することができる。また、周波数差の検出精度が非常に高いために、揃速制御についても充分な精度を得ることができる。例えば、電圧−電圧位相差トランスデューサ１０の出力誤差が位相差１°であるとすると、その時の周波数差の検出誤差は、１／（３６０・Δｔ）で表される。したがって、Δｔ＝１００ｍｓｅｃ  であるとすると、この検出誤差は約０．０２８Ｈｚとなる。一方、従来技術で述べた周波数トランスデューサを用いた場合、通常その精度は１％であり、検出範囲を１０Ｈｚ（４５〜５５Ｈｚ、又は５５〜６５Ｈｚ）としたときには誤差が０．１Ｈｚとなるから、本発明による周波数差検出精度の方がはるかに優れていることがわかる。また、電圧−電圧位相差トランスデューサには出力誤差が０．０３°の非常に高精度のものがあるが、このような高精度のものを用いた場合には周波数差検出誤差を約０．０００８３Ｈｚの極めて小さな値とすることができる。さらに、周波数差演算手段１３が行う演算は、系統側及び被投入側の両系のサンプリング値を用いた簡単な四則演算であるからその演算速度も高速なものとすることができる。
【００１５】
ところで、図１の構成では、電圧−電圧位相差トランスデューサ１０が位相差を計測し、周波数差演算手段１３が周波数差を演算しているが、位相そのものについての計測、及び周波数そのものについての演算を行っているわけではない。したがって、同期投入を行う場合の３つの要素である電圧、周波数、及び位相のうち周波数及び位相についての考慮が一見なされていないように見える。しかし、実際には、電圧−電圧位相差トランスデューサ１０から信号が出力される殆どの場合は、系統側及び被投入側の位相が所定範囲内の値となっており、また、（１）式又は（２）式から明らかなように、周波数は位相の関数と考えられるので、周波数についても所定の範囲内となっている。つまり、電圧−電圧位相差トランスデューサ１０の計測によって、系統側及び被投入側の位相及び周波数を間接的に計測していることになる。それ故、図３の構成のように、自動電圧制御装置５、自動揃速制御装置６、及び自動同期投入装置７のような高価な装置を用いることなく、電圧トランスデューサ８，９、電圧−電圧位相差トランスデューサ１０、及びＰＬＣ１１のみの汎用的な電子部品及び電子回路によって同期投入装置を構成することが可能になっている。
【００１６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、安価な構成でありながら、充分な制御精度を有する同期投入装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る同期投入装置の構成図。
【図２】周波数差演算の際のサンプリング値とサンプリング周期との関係を示す特性図。
【図３】従来の同期投入装置の一般的構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１  発電機
２  遮断器
３  系統側ＰＴ
４  被投入側ＰＴ
５  自動電圧制御装置
６  自動揃速制御装置
７  自動同期投入装置
８  電圧トランスデューサ
９  電圧トランスデューサ
１０  電圧−電圧位相差トランスデューサ
１１  ＰＬＣ
１２  アナログ入出力基板
１３  周波数差演算手段
１４  揃速制御手段
【図１】
0003583585.tif 000002
【図２】
0003583585.tif 000003
【図３】
0003583585.tif 000004