(57)【要約】【課題】自家発電設備系統への事故の拡大を避けるため、買電系統の事故が発生した場合に、買電系統と自家発電設備系統を積極的に切り離す処理を構成している。そのため、小規模な発電機ユニット内での需給調整能力を超えるなどの問題点があった。【解決手段】事故を検出した場合、事故直後の電源量と負荷量を算出し、この電源量と負荷量に応じて需給調整量を求め、買電系統と自家発電設備系統との連系を維持したまま安定化制御を行うようにしたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電力系統の電力情報および第２の電力系統の電力情報を受ける電気量入力手段、前記第１の電力系統および前記第２の電力系統の遮断器の遮断を検出する事故検出器、前記事故検出器において検出した事故信号に基づいて、前記第１の電力系統と前記第２の電力系統の接続点における事故直後の電力を演算する電力予測演算手段、前記事故直後の前記第１の電力系統と前記第２の電力系統の電源量と負荷量を演算する需給調整量算出手段、および前記需給調整量算出手段による電源量と負荷量の演算結果に応じて電源量と負荷量の抑制信号を出力する制御出力手段を備え、前記第１の電力系統と前記第２の電力系統との連系接続を維持したまま安定化制御を行うようにしたことを特徴とする系統安定化装置。
【請求項２】
前記第１の電力系統が自家発電系統であり、前記第２の電力系統が電力会社の買電系統であることを特徴とする請求項１に記載の系統安定化装置。
【請求項３】
前記事故検出器は、前記買電系統に連系している前記自家発電系統において、電力動揺や周波数変動を伴う電気事故が生じた場合、電気系統に設置された所定の保護継電器の動作信号を入力して、電気事故箇所の除去のために遮断器を開放すると共に、所定の事故信号として検出する機能を備えたことを特徴とする請求項２に記載の系統安定化装置。
【請求項４】
前記電力予測演算手段は、前記買電系統から供給される電源量に対して、電気事故によって電力不足が生じる場合、電気事故箇所の除去のための前記遮断器の開放と共に、電力不足量に見合った負荷抑制の動作を行うことを特徴とする請求項３に記載の系統安定化装置。
【請求項５】
前記電力予測演算手段は、前記買電系統から供給される電源量に対して、電気事故によって電力超過が生じる場合、電気事故箇所の除去のための前記遮断器の開放と共に、電力超過量に見合った電源抑制の動作を行うことを特徴とする請求項３に記載の系統安定化装置。
【請求項６】
前記第１の電力系統と前記第２の電力系統が接続された母線の周波数を受ける周波数入力手段と、複数の周波数の低下状態に応じて制御の対象とする負荷を予め定めた選択機能を備え、前記制御出力手段が抑制信号を出力する対象となる負荷の情報を提供するようにしたことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の系統安定化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の電源系が接続された電力系統の事故時の安定化制御を行う系統安定化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数台の発電機ユニットが並列運転している自家発電設備に、電力会社系統の買電系統が連系している場合、発電機励磁制御装置に付加した系統安定化装置（ＰＳＳ）では安定化効果を得られないほどの大きな電力動揺や周波数変動を伴う自家発電系統内の電気事故が生じた場合、買電系統（受電系統）の無予告停電を検知することにより、買電系統と各発電機グループとを切り離して自家発電設備を安定化させるという操作が行われてきた（特許文献１）。この操作は、買電系統に事故が発生した場合に起こる各種問題、つまり各発電機が過負荷防止または発電機脱調防止に効果があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平２−３７５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の系統安定化装置は、買電系統の事故が要因の場合に、自家発電設備系統への事故の拡大を避けるため、安定化制御において、買電系統と各発電機グループとを積極的に切り離す処理を構成している。そのため、切り離された各自家発電設備の単独系統のみでの電力需給平衡（安定化）を図らなければならず、小規模な発電機ユニット内での需給調整能力を超えるなどの問題点があった。また、発電設備には、発電機励磁制御装置の電圧調整機能に加えてＰＳＳ機能が付加される場合があるが、電力会社系統との連系を維持してさえすれば、電力会社系統の電力動揺や周波数変動に対するＰＳＳ安定化制御効果が期待できる場合においても、積極的に系統分離を実施することによって結果的に、ＰＳＳが機能しないなどの問題点があった。
【０００５】
この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、電力会社系統が健全である限り、電力会社系統との連系（接続状態）を維持したまま、電力需給不平衡や周波数変動の安定化制御を可能とし、さらに電力会社との買電契約量を超過しないような運用調整ができる装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明の系統安定化装置は、第１の電力系統および第２の電力系統の電力情報を受ける電気量入力手段、前記第１の電力系統および前記第２の電力系統の遮断器の遮断を検出する事故検出器、前記事故検出器において検出した事故信号に基づいて、前記第１の電力系統と前記第２の電力系統の接続点における事故直後の電力を演算する電力予測演算手段、前記事故後の前記第１の電力系統と前記第２の電力系統の電源量と負荷量を演算する需給調整量算出手段、および前記需給調整量算出手段による電源量と負荷量の演算結果に応じて電源量と負荷量の抑制信号を出力する制御出力手段を備え、前記第１の電力系統と前記第２の電力系統との連系接続を維持したまま安定化制御を行うものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、安定化装置の制御フローチャートにおいて、電力会社系統の健全性が確保されている限り、買電系統と自家発電系統とを意図的に分離せず、電力会社系統か
らの買電余力を残すことにより、電力需給調整能力を最大限確保できるように構成しているため、電力動揺や周波数変動に対する安定化効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１の系統安定化装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態２の系統安定化装置の構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態３の系統安定化装置の構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態４の系統安定化装置の機能を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態５の系統安定化装置の構成を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態５の系統安定化装置の機能を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１に基づいて説明する。図１に示すように、発電機１は、変圧器２を経由して、自家発電設備系統の母線４に接続されている。母線４には、複数台の発電機ユニットが自家発電設備として並列に運転している。また、母線４は、電力会社の買電系統に、連系遮断器６と連系設備３によって連系している。この発明の系統安定化装置は、この電力会社の買電系統と連系している自家発電設備系統とインターフェイスをとっている。この系統安定化装置は、複数台の発電機ユニットが並列運転している自家発電設備が電力会社系統に連系している場合において、各発電機電圧・負荷電流、買電電力、および母線周波数をオンラインで取り込む電気量入力手段１１と、系統遮断器の事故遮断（トリップ）を検出するための事故検出器１２と、前記事故検出器１２で検出した事故信号を元に起動し、自家発電設備と電力会社との接続点における、事故直後の電力変化を高速に算出できる電力予測演算手段１３と、電力会社との連系点における事故後の電力を所定の制限値を越えないように自家発電系統の電源量や負荷量を算出できる需給調整量算出手段１４と、この需給調整量算出手段１４により算出された電源量と負荷量の抑制信号を外部へ出力できる制御出力手段１５を備えている。
【００１０】
次に動作について説明する。プラントデータは、電気量入力手段１１によって定周期で取り込まれ、計算用データに格納される。ここでプラントデータとは、連系設備３の送受電電力、各発電機ユニットの変圧器２の通過電力、各発電機１の発電電力、各負荷の消費電力、および系統構成機器を接続している遮断器５もしくは断路器である。同時に事故検出器１２では、プラントデータに対して、予め与えた閾値を超える場合に異常値（事故検出）として判定する。ここで閾値とは、対象の自家発電設備系統を構成する各電気機器の電気的・機械的耐量を参考として与えた電気量である。そして事故信号により電力予測演算手段１３が起動し、電力系統内の潮流変化が、電力予測演算手段１３において計算され、潮流変化により生じる電力不足量は、需給調整量算出手段１４において負荷抑制量として置換され、遮断負荷を選択し、制御出力手段１５よりプラントへ制御出力する。このように実施の形態１では、プラントデータの異常によって、買電系統と自家発電設備系統との連系を積極的に実施していないため、買電系統が健全である場合は、買電系統との連系を維持することができ、買電電力を含めた規模の大きい系統全体での電力需給調整が可能となり、制御量の選択肢の幅が広く信頼性の高い系統安定化装置を得ることができる。
【００１１】
実施の形態２．
図２に、系統安定化装置の実施の形態２の構成を示す。ここでは、プラントに通常設置される各種保護継電器１６の動作信号を取り込む場合を示している。
実施の形態１では、電気量入力手段１１によって事故検出器１２へ定周期で取り込まれているプラントデータを監視し、閾値を超えることで事故検出として判定する場合について説明したが、実施の形態２では、実際のプラントの各種保護継電器１６による保護動作信号を直接に事故検出器１２へ入力することで、事故検出精度がプラント保護システム並
みに向上し、さらにプラント保護システムとの時間的協調が図れ、安定化制御性を高めることができるように構成している。また、各種保護継電器１６の動作信号による事故除去箇所は、プラントに最適な保護システムとして確立し、固定化されているため、各種保護継電器１６の動作による事故検出は、事故ケース信号としてパターン化されるため、事故検出精度のばらつきを排除でき、均一な制御精度を得ることができることになる。
【００１２】
実施の形態３．
図３に、系統安定化装置の実施の形態３の構成を示す。ここでは、設備管理者によって任意に設定可能な電力制限値を取り込む場合の構成について示している。
実施の形態１、２では、電気量入力手段１１によって定周期で取り込まれているプラントデータが、自家発電設備系統内の事故により需給不平衡を生じて、その需給不平衡に相当するだけの電力不足が発生すると判定して、負荷抑制量を求める場合について述べた。
実際の自家発電設備の運用においては、電力会社との買電契約を締結しており、買電契約量を超えない範囲で複数の発電機出力を調整して工場負荷との電力需給調整をしている。しかし電力不足に至るような不測の事故が発生した場合は、事故時の需給不平衡に追従した発電機出力調整は、時間的にも困難であるため、電力不足を補おうとした場合には、電力会社からの流れ込む買電量が無制限に大きくなり、買電契約量を超えることになる。
この実施の形態３では、系統安定化装置に、連系点電力制限器１７を設け、この連系点電力制限器１７に、設備管理者が、任意の買電契約量を電力制限値として記憶させるようにして、電力制限値を電力予測演算手段１３での電力不足の判定を行う際の制限値として式に組み込むことで、買電契約量を超えないように電力不足判定を行うことができ、実際の運用に沿った制御結果を得ることができる。
【００１３】
実施の形態４．
図４には、系統安定化装置の実施の形態４として、実施の形態３に示した構成において、設備管理者による任意設定可能な電力制限値を取り込んだ場合の取り扱いの手順を機能を示すブロック図として示し、説明する。
実施の形態３では、電気量入力手段１１によって定周期で取り込まれているプラントデータに、連系点電力制限器１７に記憶した買電制限値を電力不足判定式に組み込み受電方向に制限を与え、負荷抑制量を求める場合について述べた。自家発電設備系統内で起こりうる事故は、電力不足に至るような事故だけではなく、例えば、工場負荷が脱落するような事故も想定される。この場合、自家発電設備系統内は、電力超過となるが、電力会社と連系している状態では、超過した電力は、自然と電力会社系統側へ買電とは逆に送電方向へ潮流が変化するが、脱落負荷が大規模な場合は、電力会社との連系設備容量（ケーブルもしくは開閉設備）を超える場合が考えられる。実施の形態４では、系統安定化装置の連系点電力制限器１７に、任意の設備耐量を電力制限値として記憶させることができ、電力予測演算手段１３での電力変化判定式を不足方向だけでなく、超過方向も判定できるようにすることによって、連系設備の耐量を超えないような電源抑制量を求めることができ、大規模な負荷脱落時においても系統安定化を図ることができる。
【００１４】
実施の形態５．
図５に実施の形態５の系統安定化装置の構成を示す。この構成は、母線周波数を入力した場合の構成であって、その扱いのブロック図を図６に示す。
実施の形態１から３では、電気量入力手段１１によって定周期で取り込まれているプラントデータを元に、事故検出器１２により起動し、電力予測演算手段１３と、需給調整量算出手段１４の一連の作用により、電力不足に至るような事故のケースに対応して、負荷抑制による系統安定化を図る場合について説明したが、これらの一連の処理系統になんらかの異常が発生した場合は、正常に負荷抑制ができずに、母線周波数が異常に低下し、放置しておくと自家発電設備の発電機が停止に至ることが懸念される。
【００１５】
この実施の形態５では、系統安定化装置を構成する電気量入力手段１１と、事故検出器１２と、連系点電力制限器１７と、電力予測演算手段１３と、需給調整量算出手段１４とを通じた、一連の処理とは別の信号処理経路によって、制御出力手段１５による制御の対象を設定する際の参考情報を提供するものである。すなわち、母線の周波数を監視し、その周波数の情報を入力できる周波数入力手段１８と、その入力された母線周波数の低下の程度を検出する周波数低下検出手段１９と、周波数の低下の程度に応じて動作を抑制する負荷グループを選択する負荷グループ選択機能２０を備えている。
【００１６】
周波数低下検出手段１９は、３段階の閾値を用いて、その閾値によって周波数の低下の程度を検出するように構成されている。また、負荷グループ選択機能２０は、周波数の低下の状態に応じて、動作を抑制する対象となる負荷グループを予め設定しておき、周波数低下検出手段１９の検出値に応じて、動作を抑制する負荷グループを選択し、選択した負荷グループについての情報を制御出力手段１５に出力することによって、母線周波数の異常な低下を防ぐことができる。このように、異なった観点による構成を備えることによって、万が一、実施の形態１から３で述べた一連の構成が機能しなくなった場合でも、３段階の負荷グループ遮断により周波数低下を回復方向に制御することができる。
【００１７】
なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組合せ、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００１８】
１  発電機、２  変圧器、３  連系設備、４  母線、５  遮断器、６  連系遮断器、
１１  電気量入力手段、１２  事故検出器、１３  電力予測演算手段、
１４  需給調整量算出手段、１５  制御出力手段、１６  保護継電器、
１７  連系点電力制限器、１８  周波数入力手段、１９  周波数低下検出手段、
２０  グループ選択機能
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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