(57)【要約】【課題】発電所としての損失に関係する全ての機器を対象として、常に確実に発電所の高効率運転を実現することができる発電機電圧制御装置を得ることを目的とする。【解決手段】計測された電力系統の電圧Ｖｓおよび有効電力Ｐｇの条件下で発電所としての損失に関係する各機器の損失を発電機の電圧Ｖｇの関数で演算表示し、発電機の電圧Ｖｇを予め設定された許容範囲内で変化させたとき各機器の損失の総和が最小となる発電機の電圧Ｖｇ１を演算し当該電圧Ｖｇ１に設定して発電機を制御するようにした。【選択図】図３
2015180164.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主変圧器およびこの主変圧器を介して電力系統に接続された発電機を備えた発電所の前記発電機の電圧を制御するものであって、
前記電力系統の電圧Ｖｓおよび前記発電機の出力する有効電力Ｐｇを計測する手段、前記計測された前記電力系統の電圧Ｖｓおよび前記有効電力Ｐｇの条件下で前記発電所としての損失に関係する各機器の損失を前記発電機の電圧Ｖｇの関数で演算表示する手段、前記発電機の電圧Ｖｇを予め設定された許容範囲内で変化させたとき前記各機器の損失の総和が最小となる前記発電機の電圧Ｖｇ１を演算する手段、前記発電機の電圧を前記電圧Ｖｇ１に設定して前記発電機を制御する手段を備えた発電機電圧制御装置。
【請求項２】
主変圧器およびこの主変圧器を介して電力系統に接続された発電機を備えた発電所の前記発電機の電圧を制御するものであって、
前記発電機の出力する有効電力Ｐｇを計測する手段、前記電力系統と前記主変圧器との接続点に接続され無効電力を発生させることにより前記電力系統の電圧Ｖｓを調整可能な手段、前記計測された有効電力Ｐｇおよび前記調整可能な範囲内の前記電圧Ｖｓの条件下で前記発電所としての損失に関係する各機器の損失を前記発電機の電圧Ｖｇの関数で演算表示する手段、前記発電機の電圧Ｖｇを予め設定された許容範囲内で、かつ、前記電力系統の電圧Ｖｓを前記調整可能範囲内で変化させたとき前記各機器の損失の総和が最小となる前記発電機の電圧Ｖｇ１および前記電力系統の電圧Ｖｓ１を演算する手段、前記電力系統の電圧を前記電圧Ｖｓ１に調整するとともに前記発電機の電圧を前記電圧Ｖｇ１に設定して前記発電機を制御する手段を備えた発電機電圧制御装置。
【請求項３】
主変圧器およびこの主変圧器を介して電力系統に接続された発電機を備えた発電所の前記発電機の電圧を制御するものであって、
前記発電機の出力する有効電力Ｐｇを計測する手段、前記主変圧器に負荷時タップ切換機能を具備させることにより前記主変圧器のリアクタンスＸを調整可能な手段、前記計測された有効電力Ｐｇおよび前記調整可能な範囲内の前記主変圧器のリアクタンスＸの条件下で前記発電所としての損失に関係する各機器の損失を前記発電機の電圧Ｖｇの関数で演算表示する手段、前記発電機の電圧Ｖｇを予め設定された許容範囲内で、かつ、前記主変圧器のリアクタンスＸを前記調整可能範囲内で変化させたとき前記各機器の損失の総和が最小となる前記発電機の電圧Ｖｇ１および前記主変圧器のリアクタンスＸ１を演算する手段、前記主変圧器のタップを前記リアクタンスＸ１に相当するタップに調整するとともに前記発電機の電圧を前記電圧Ｖｇ１に設定して前記発電機を制御する手段を備えた発電機電圧制御装置。
【請求項４】
主変圧器およびこの主変圧器を介して電力系統に接続された発電機を備えた発電所の前記発電機の電圧を制御するものであって、
前記電力系統の電圧Ｖｓおよび前記発電機の出力する有効電力Ｐｇを計測する手段、前記計測された前記電力系統の電圧Ｖｓおよび前記有効電力Ｐｇの条件下で前記発電機を制御して前記発電機の電圧Ｖｇを予め設定された許容範囲内で変化させ該変化させた前記発電機の電圧Ｖｇに応じて前記主変圧器からの出力電力を計測し、この出力電力が最大となる前記発電機の電圧Ｖｇ２を求める手段、前記発電機の電圧を前記電圧Ｖｇ２に設定して前記発電機を制御する手段を備えた発電機電圧制御装置。
【請求項５】
前記発電機の出力する無効電力Ｑｇを計測する手段、および前記無効電力Ｑｇが予め設定された上限無効電力Ｑｇ１を越えたとき、請求項４に記載の、前記発電機の電圧Ｖｇ２を求める手段の動作を停止し、前記発電機が出力する無効電力Ｑｇが予め設定された制限無効電力Ｑｇｓｅｔ以下となるよう前記発電機の電圧Ｖｇを低減する手段を備えたことを特徴とする発電機電圧制御装置。
【請求項６】
前記発電機の出力する有効電力Ｐｇと無効電力Ｑｇとで決まる力率ｃｏｓφを計測する手段、および前記力率ｃｏｓφが予め設定された下限力率ｃｏｓφ１未満となったとき、請求項４に記載の、前記発電機の電圧Ｖｇ２を求める手段の動作を停止し、前記発電機の力率ｃｏｓφが予め設定された制限力率ｃｏｓφｓｅｔ以上となるよう前記発電機の電圧Ｖｇを低減する手段を備えたことを特徴とする発電機電圧制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、主変圧器およびこの主変圧器を介して電力系統に接続された発電機を備えた発電所の効率を最大とする運転を可能とする発電機電圧制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、負荷時タップ切換手段を有する昇圧変圧器を介して発電機が送電系統に連繋される発電所において、発電所への電圧制御指令または無効電力指令に応じた発電機および昇圧変圧器の運転状態を特定する手段と、その運転状態での損失を演算する手段と、複数の運転状態が選択できる場合には前記発電機と前記昇圧変圧器との合計損失が最小となる運転点を選択して制御を行う手段とを具備することで、発電所の効率向上を図ることができる自動電圧制御装置が紹介されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３４４６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の特許文献１に記載の装置は、発電機電圧と昇圧変圧器のタップ位置との組み合わせが複数選択できる場合にその複数の選択肢から損失最小の組み合わせを設定するというもので、常に高効率、従って、低損失の運転を補償するという点で十分ではなかった。
【０００５】
この発明は、以上のような従来の課題を解決するためになされたもので、発電所としての損失に関係する全ての機器を対象として、常に確実に発電所の高効率運転を実現することができる発電機電圧制御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】
この発明に係る発電機電圧制御装置は、主変圧器およびこの主変圧器を介して電力系統に接続された発電機を備えた発電所の前記発電機の電圧を制御するものであって、
その第１の発明に係るものは、電力系統の電圧Ｖｓおよび発電機の出力する有効電力Ｐｇを計測する手段、計測された電力系統の電圧Ｖｓおよび有効電力Ｐｇの条件下で発電所としての損失に関係する各機器の損失を発電機の電圧Ｖｇの関数で演算表示する手段、発電機の電圧Ｖｇを予め設定された許容範囲内で変化させたとき各機器の損失の総和が最小となる発電機の電圧Ｖｇ１を演算する手段、発電機の電圧を電圧Ｖｇ１に設定して発電機を制御する手段を備えたものである。
【０００７】
また、その第２の発明に係るものは、発電機の出力する有効電力Ｐｇを計測する手段、電力系統と主変圧器との接続点に接続され無効電力を発生させることにより電力系統の電圧Ｖｓを調整可能な手段、計測された有効電力Ｐｇおよび調整可能な範囲内の電圧Ｖｓの条件下で発電所としての損失に関係する各機器の損失を発電機の電圧Ｖｇの関数で演算表示する手段、発電機の電圧Ｖｇを予め設定された許容範囲内で、かつ、電力系統の電圧Ｖｓを調整可能範囲内で変化させたとき各機器の損失の総和が最小となる発電機の電圧Ｖｇ１および電力系統の電圧Ｖｓ１を演算する手段、電力系統の電圧を電圧Ｖｓ１に調整するとともに発電機の電圧を電圧Ｖｇ１に設定して発電機を制御する手段を備えたものである。
【０００８】
また、その第３の発明に係るものは、発電機の出力する有効電力Ｐｇを計測する手段、主変圧器に負荷時タップ切換機能を具備させることにより主変圧器のリアクタンスＸを調整可能な手段、計測された有効電力Ｐｇおよび調整可能な範囲内の主変圧器のリアクタンスＸの条件下で発電所としての損失に関係する各機器の損失を発電機の電圧Ｖｇの関数で演算表示する手段、発電機の電圧Ｖｇを予め設定された許容範囲内で、かつ、主変圧器のリアクタンスＸを調整可能範囲内で変化させたとき各機器の損失の総和が最小となる発電機の電圧Ｖｇ１および主変圧器のリアクタンスＸ１を演算する手段、主変圧器のタップをリアクタンスＸ１に相当するタップに調整するとともに発電機の電圧を電圧Ｖｇ１に設定して発電機を制御する手段を備えたものである。
【０００９】
また、その第４の発明に係るものは、電力系統の電圧Ｖｓおよび発電機の出力する有効電力Ｐｇを計測する手段、計測された電力系統の電圧Ｖｓおよび有効電力Ｐｇの条件下で発電機を制御して発電機の電圧Ｖｇを予め設定された許容範囲内で変化させ該変化させた発電機の電圧Ｖｇに応じて主変圧器からの出力電力を計測し、この出力電力が最大となる発電機の電圧Ｖｇ２を求める手段、発電機の電圧を電圧Ｖｇ２に設定して発電機を制御する手段を備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明に係る発電機電圧制御装置は、以上のように、計測された電力系統の電圧Ｖｓおよび有効電力Ｐｇの条件下で発電所としての損失に関係する各機器の損失を発電機の電圧Ｖｇの関数で演算表示し、発電機の電圧Ｖｇを予め設定された許容範囲内で変化させたとき各機器の損失の総和が最小となる発電機の電圧Ｖｇ１を演算し当該電圧Ｖｇ１に設定して発電機を制御するようにしたので、電力系統の電圧Ｖｓおよび有効電力Ｐｇ一定の条件下で、発電所としての損失に関係する全ての機器を対象として、常に確実に発電所の高効率運転を実現することができる。
【００１１】
また、第２の発明に係る発電機電圧制御装置は、以上のように、計測された有効電力Ｐｇおよび調整可能な範囲内の電圧Ｖｓの条件下で発電所としての損失に関係する各機器の損失を発電機の電圧Ｖｇの関数で演算表示し、発電機の電圧Ｖｇを予め設定された許容範囲内で、かつ、電力系統の電圧Ｖｓを調整可能範囲内で変化させたとき各機器の損失の総和が最小となる発電機の電圧Ｖｇ１および電力系統の電圧Ｖｓ１を演算し、電力系統の電圧を当該電圧Ｖｓ１に調整するとともに当該電圧Ｖｇ１に設定して発電機を制御するようにしたので、有効電力Ｐｇ一定の条件下で、発電所としての損失に関係する全ての機器を対象として、常に確実に発電所の高効率運転を実現することができる。
【００１２】
また、第３の発明に係る発電機電圧制御装置は、以上のように、計測された有効電力Ｐｇおよび調整可能な範囲内の主変圧器のリアクタンスＸの条件下で発電所としての損失に関係する各機器の損失を発電機の電圧Ｖｇの関数で演算表示し、発電機の電圧Ｖｇを予め設定された許容範囲内で、かつ、主変圧器のリアクタンスＸを調整可能範囲内で変化させたとき各機器の損失の総和が最小となる発電機の電圧Ｖｇ１および主変圧器のリアクタンスＸ１を演算し、主変圧器のタップを当該リアクタンスＸ１に相当するタップに調整するとともに当該電圧Ｖｇ１に設定して発電機を制御するようにしたので、有効電力Ｐｇ一定の条件下で、発電所としての損失に関係する全ての機器を対象として、常に確実に発電所の高効率運転を実現することができる。
【００１３】
また、第４の発明に係る発電機電圧制御装置は、以上のように、計測された電力系統の電圧Ｖｓおよび有効電力Ｐｇの条件下で発電機を制御して発電機の電圧Ｖｇを予め設定された許容範囲内で変化させ該変化させた発電機の電圧Ｖｇに応じて主変圧器からの出力電力を計測し、この出力電力が最大となる発電機の電圧Ｖｇ２を求め、当該電圧Ｖｇ２に設定して発電機を制御するようにしたので、電力系統の電圧Ｖｓおよび有効電力Ｐｇ一定の条件下で、発電所としての損失に関係する全ての機器を対象として、実測に基づき、常に確実に発電所の高効率運転を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１による発電機電圧制御装置を適用する発電所の全体構成を示す回路構成図である。
【図２】発電機の回転子銅損と無効電力Ｑｇとの関係を示す特性図である。
【図３】この発明の実施の形態１による発電機電圧制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態２による発電機電圧制御装置において設定する発電機電圧Ｖｇの許容範囲を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態３による発電機電圧制御装置を適用する発電所の全体構成を示す回路構成図である。
【図６】この発明の実施の形態４による発電機電圧制御装置を適用する発電所の全体構成を示す回路構成図である。
【図７】この発明の実施の形態４による発電機電圧制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態５による発電機電圧制御装置を適用する発電所の全体構成を示す回路構成図である。
【図９】この発明の実施の形態６による発電機電圧制御装置を適用する発電所の全体構成を示す回路構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態７の場合に想定する電力系統の電圧Ｖｓの変動する状態を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態７による発電機電圧制御装置の動作特性の一例を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態７による発電機電圧制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１３】この発明の実施の形態８による発電機電圧制御装置において、無効電力Ｑｇを制限する設定例を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態８による発電機電圧制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１５】この発明の実施の形態９による発電機電圧制御装置において、力率ｃｏｓφを制限する設定例を示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態９による発電機電圧制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による発電機電圧制御装置を適用する発電所の全体構成を示す回路構成図である。図１において、発電所に設置された発電機１１は、主変圧器４を介して電力系統１に接続されている。発電機１１はタービン１２により駆動され、発電機１１の回転子巻線１０には、励磁変圧器６に接続された励磁装置９から励磁電流が供給される。
【００１６】
主変圧器４の高圧側（電力系統１側）の電流Ｉｓおよび電圧Ｖｓは、ＣＴ（計器用変流器）２およびＶＴ（計器用変成器）３により計測され、この発明の発電機電圧制御装置としてのエコ運転制御装置５に入力される。主変圧器４低圧側の発電機１１の電流Ｉｇおよび電圧Ｖｇは、ＣＴ１３およびＶＴ１４で計測され、同じくエコ運転制御装置５に入力される。
エコ運転制御装置５は、後段で詳述するように、これらの計測値に基づき発電所の各機器の損失が最小となる発電機電圧Ｖｇ１を演算しＡＶＲ（自動電圧制御器）８に指令する。
【００１７】
ＡＶＲ８は、エコ運転制御装置５から出力された電圧指令Ｖｇ１と、ＶＴ７で計測される発電機１１の電圧Ｖｇとの電圧偏差が零となるように、励磁装置９のサイリスタの点弧角を制御し回転子巻線１０に供給する励磁電流を増減させる。
また、主変圧器４と発電機１１との接続部分は、ＩＰＢ（相分離密閉母線）１５で構成され、励磁回路の接続部分は、ＩＰＢ１６で構成される。
【００１８】
ここで、発電所としての損失に関係する各機器につき、特にその損失に着目した特性について説明する。
１）発電機１１：
固定子の銅損は、発電機１１の電流Ｉｇの二乗に比例することになり、予め工場試験で電流Ｉｇと損失との関係を求めておく。そして、後述する、電流Ｉｇと電圧Ｖｇとの関係を示す（７）式を適用することにより、演算により、固定子の銅損を電圧Ｖｇの関数で表示することができる。
【００１９】
回転子の銅損は、出力Ｐｇ毎に必要とされる界磁電流が異なり、また、電圧の増減で必要とされる界磁電流が異なる。このため、図２に示すように、予め工場試験で、出力Ｐｇ毎に回転子の銅損と無効電力Ｑｇとの関係を求めておき、計測された出力Ｐｇに近い特性カーブを選び、これと、後述する、無効電力Ｑｇと電圧Ｖｇとの関係を示す（５）式を利用することにより、演算により、回転子の銅損を電圧Ｖｇの関数で表示することができる。
発電機１１の鉄損は、電圧Ｖｇが上がると増大するが、銅損に比べて変化が小さいので、ここでは、電圧Ｖｇに対しては一定値として扱うものとする。
【００２０】
２）主変圧器４：
鉄損は、電力系統１の電圧Ｖｓによって変化するので、予め工場試験で、鉄損と電圧Ｖｓとの関係を求めておき、計測された電圧Ｖｓに対応する鉄損を演算する。従って、鉄損は、電圧Ｖｇ自体の変化に対しては、一定となる。
銅損は、電流Ｉｇの二乗に比例することになり、予め工場試験で電流Ｉｇと銅損との関係を求めておく。そして、後述する、電流Ｉｇと電圧Ｖｇとの関係を示す（７）式を適用することにより、演算により、主変圧器の銅損を電圧Ｖｇの関数で表示することができる。
主変圧器４の補機損は、一定の場合と運転状態によって変化する場合とが考えられるが、他の損失に比べて小さいこともあり、ここでは、電圧Ｖｇに対しては一定値として扱うものとする。
【００２１】
３）ＩＰＢ１５：
銅損は、主変圧器４の場合と同様、電流Ｉｇの二乗に比例することになり、予め工場試験で電流Ｉｇと銅損との関係を求めておく。そして、後述する、電流Ｉｇと電圧Ｖｇとの関係を示す（７）式を適用することにより、演算により、主変圧器の銅損を電圧Ｖｇの関数で表示することができる。
補機損は、他の損失に比べて小さいこともあり、ここでは、電圧Ｖｇに対しては一定値として扱うものとする。
【００２２】
４）励磁変圧器６およびＩＰＢ１６：
励磁変圧器６の鉄損は、発電機１１の電圧Ｖｇによって変化するので、予め工場試験で、鉄損と電圧Ｖｇとの関係を求めておき、当該関係特性から、鉄損を電圧Ｖｇの関数で表示することができる。
励磁変圧器６およびＩＰＢ１６の銅損は、励磁電流Ｉｅｘの二乗に比例することになり、損失を演算で求める場合は、一定値とみなして電圧Ｖｇに対しては一定値として扱うものとする。
【００２３】
５）励磁装置９：
励磁装置９の損失は、予め工場試験結果に基づいて無効電力Ｑｇもしくは界磁電流Ｉｅｘに対しての損失の近似式を作成して想定される電力系統の電圧Ｖｓ、発電機電圧Ｖｇに対して励磁装置９の損失を計算させるものとする。
【００２４】
以上、発電所としての損失に関係する各機器の特性について説明したが、これら各機器の損失を発電機１１の電圧Ｖｇの関数として演算表示する場合、一部、近似式にせざるを得ない項目があるが、損失の大きな部分を占めるものは、損失が、発電機１１の電流Ｉｇの二乗で表されるものであり、この点に着目して、電流Ｉｇと電圧Ｖｇとの関係について以下に検討する。
【００２５】
先ず、（１）式で定義される、発電機の電圧変動率εｇを導入する。
なお、以下の演算式における、電圧、電流、電力、インピーダンスは、すべてパーユニット（ｐｕ）値とする。
【００２６】
Ｖｓ＝Ｖｇ×（１−εｇ）                          ・・・（１）
【００２７】
また、この電圧変動率εｇは、主変圧器の抵抗値Ｒ、主変圧器のリアクタンスＸ、有効電力Ｐｇ、無効電力Ｑｇにより（２）式で求められる。
【００２８】
εｇ＝Ｒ×Ｐｇ＋Ｘ×Ｑｇ＋（１／２）×（Ｘ×Ｐｇ−Ｒ×Ｑｇ）２
＝Ｒ×Ｐｇ＋（１／２）×Ｘ２×Ｐｇ２＋（Ｘ−Ｘ×Ｒ×Ｐｇ）×Ｑｇ＋
（１／２）×Ｒ２×Ｑｇ２                                ・・・（２）
【００２９】
ここで、Ｒ、Ｘは定数、有効電力Ｐｇは計測値として与えられるものであるとすると、Ｒ×Ｐｇ＋（１／２）×Ｘ２×Ｐｇ２＝ｃ（定数）、Ｘ−Ｘ×Ｒ×Ｐｇ＝ｂ（定数）と置き、（１／２）×Ｒ２が他の項に比較し十分小さいとして、Ｑｇ２の項を無視すると、（２）式は（３）式で表される。
【００３０】
εｇ＝ｃ＋ｂ×Ｑｇ                              ・・・（３）
【００３１】
（３）式を（１）式に代入して、ａ＝１−ｃとすると、（４）式が得られる。
【００３２】
Ｖｇ＝Ｖｓ／（ａ−ｂ×Ｑｇ）                    ・・・（４）
【００３３】
（４）式は、変形して（５）式となる。
【００３４】
Ｑｇ＝｛ａ−（Ｖｓ／Ｖｇ）｝／ｂ                ・・・（５）
【００３５】
ところで、発電機の電流Ｉｇは、（６）式で表されるので、（５）式を（６）式に代入すると、（７）式が得られる。
【００３６】
Ｉｇ＝√（Ｐｇ２＋Ｑｇ２）／（√３×Ｖｇ）        ・・・（６）
Ｉｇ＝√｛Ｐｇ２／（３×Ｖｇ２）＋（ａ−（Ｖｓ／Ｖｇ））２／（３×ｂ２×Ｖｇ２）｝                                                  ・・・（７）
【００３７】
（７）式から分かるように、発電機の電流Ｉｇは、Ｐｇ、Ｖｇ、Ｖｓにより決定される。従って、後述するように、計測されたＰｇ、Ｖｓの条件下で各機器の損失を演算する場合、既述したとおり、発電所としての損失の大きな部分を占める、発電機の固定子銅損等、電流Ｉｇの二乗に比例する損失成分は、（７）式を適用することにより、電圧Ｖｇの関数として演算表示することができる。
【００３８】
また、発電機の回転子銅損のように無効電力Ｑｇが関係する損失成分は、無効電力Ｑｇと電圧Ｖｇとの関係を示す（５）式を利用することにより、電圧Ｖｇの関数として演算表示することができる。
更に、励磁変圧器の鉄損等、電圧Ｖｇにより変化する損失成分は、予め工場試験で求めた鉄損と電圧Ｖｇとの関係データからＶｇに対応する損失値を読み取ることにより、電圧Ｖｇの関数として演算表示することができる。
【００３９】
以上の検討結果を踏まえ、この発明の実施の形態１による発電機電圧制御装置の動作を図３のフローチャートを参照して説明する。図３において、ＶＴ３、１４およびＣＴ１３からの情報に基づき、電力系統１の電圧Ｖｓおよび発電機１１の有効電力Ｐｇを計測する（ステップＳＴ１）。
この発明の実施の形態１では、この計測したＶｓおよびＰｇの条件下で、即ち、ＶｓおよびＰｇをそれぞれ計測された値に固定するとした場合に、発電所損失が最小となる発電機１１の電圧Ｖｇを演算により求める。
【００４０】
各機器の損失特性について既述したように、（５）式や（７）式、更に、工場試験のデータ等を利用して、各機器の損失を電圧Ｖｇの関数で演算表示し（ステップＳＴ２）、これら損失の総和を求めることで発電所としての損失を演算する（ステップＳＴ３）。
【００４１】
ところで、発電機１１は、その運転可能な電圧Ｖｇが、規格等で、通常、定格電圧の±５％の許容範囲内にあることが決められている。従って、ステップＳＴ３で求めた、発電所としての損失が、この許容範囲内で最小となる電圧Ｖｇ１を演算により求める（ステップＳＴ４）。
【００４２】
エコ運転制御装置５は、演算により求めた、最小損失となる電圧Ｖｇ１を発電機１１の電圧指令として設定しＡＶＲ８に出力する（ステップＳＴ５）。ＡＶＲ８は、励磁装置９のサイリスタ点弧角を制御することにより発電機１１の回転子巻線１０に流す界磁電流を増加減し発電機１１の電圧Ｖｇをその指令値Ｖｇ１に合わせるようにフィードバック制御を実施する。
【００４３】
以上のように、この発明の実施の形態１による発電機電圧制御装置は、計測された電力系統１の電圧Ｖｓおよび有効電力Ｐｇの条件下で発電所としての損失に関係する各機器の損失を発電機１１の電圧Ｖｇの関数で演算表示し、電圧Ｖｇを予め設定された許容範囲内で変化させたとき各機器の損失の総和が最小となる電圧Ｖｇ１を演算し当該電圧Ｖｇ１に設定して発電機１１を制御するようにしたので、電力系統１の電圧Ｖｓおよび有効電力Ｐｇ一定の条件下で、発電所としての損失に関係する全ての機器を対象として、常に確実に発電所の高効率運転を実現することができる。
【００４４】
実施の形態２．
先の実施の形態１では、発電機１１の電圧Ｖｇを、定格電圧の±５％内の許容範囲内で損失が最小となる電圧Ｖｇ１を演算していたが、発電所によっては、系統周波数Ｆｓ（Ｈｚ）や発電機電圧Ｖｇ（ｋＶ）によって決まる過励磁耐量、主回路電流や電圧制限等の制約から運転電圧を更に制限される場合がある。
そこで、図４に示すとおり、通常の定格電圧の±５％内に、更に、電圧リミッタａ、ｂを設定して、このａ≦Ｖｇ≦ｂの範囲を新たな許容範囲としてその範囲内で損失が最小となる電圧Ｖｇ１を演算設定できるようにすることによって本発明の適用がより容易となる利点がある。
【００４５】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３による発電機電圧制御装置を適用する発電所の全体構成を示す回路構成図である。先の実施の形態１と異なるのは、主変圧器４の低圧側に発電機遮断器１８を挿入し、分岐ＩＰＢを介して所内変圧器１７を接続している点である。この所内変圧器１７には、発電所で消費する負荷設備が接続される。
【００４６】
ここでは、この発明が着目する発電所としての損失に、所内変圧器１７のそれが加わるが、その特性は以下の通りである。
即ち、所内変圧器１７の鉄損は、発電機１１の電圧Ｖｇによって変化するので、予め工場試験で、鉄損と電圧Ｖｇとの関係を求めておき、当該関係特性から、鉄損を電圧Ｖｇの関数で表示することができる。
所内変圧器１７および分岐ＩＰＢの銅損は、分岐電流Ｉｂｌの二乗に比例することになり、損失を演算で求める場合は、一定値として扱うものとする。
所内変圧器１７の補機損は、他の損失に比べて小さいこともあり、ここでは、電圧Ｖｇに対しては一定値として扱うものとする。
【００４７】
発電所としての損失に所内変圧器１７の損失が加わるだけで、その他は先の実施の形態１の場合と全く同様であり、発電所としての損失を最小とする発電機１１の電圧Ｖｇ１を演算する動作の説明は省略する。
同様の要領で、発電所の構成機器が更に異なる場合にもこの発明は同様に適用でき同等の効果を奏する。
【００４８】
実施の形態４．
図６は、この発明の実施の形態４による発電機電圧制御装置を適用する発電所の全体構成を示す回路構成図である。先の形態例では、計測された、電力系統１の電圧Ｖｓの条件の下、損失最小となる電圧Ｖｇ１を演算するというものであったが、この実施の形態４では、電力系統１の電圧Ｖｓを調整可能な手段として、無効電力発生装置である、Ｓｔａｔｉｃ  Ｖａｒ  Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ（ＳＶＧ）もしくはＳｔａｔｉｃ  Ｖａｒ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ（ＳＶＣ）１９を設置している。即ち、系統側の電圧Ｖｓも調整制御することで、先の形態例の場合より、更に、発電所の高効率運転が期待できる。
【００４９】
以下、この実施の形態４による発電機電圧制御装置の動作を図７のフローチャートを参照して説明する。図７において、ＶＴ３、１４およびＣＴ１３からの情報に基づき、電力系統１の電圧Ｖｓおよび発電機１１の有効電力Ｐｇを計測する（ステップＳＴ１）。
次に、ＳＶＧ／ＳＶＣ１９により電圧Ｖｓの調整可能範囲を演算する（ステップＳＴ６）。この演算は、先の（２）式において、主変圧器４の抵抗値ＲおよびリアクタンスＸに替わって、系統インピーダンスの抵抗値Ｒ１およびリアクタンスＸ１を代入、更に、ＳＶＧ／ＳＶＣ１９により発生可能な無効電力Ｑを変化させることによって調整可能な電圧範囲を求めることができる。
【００５０】
先の図３と同様に、各機器の損失を電圧Ｖｇの関数で演算表示し（ステップＳＴ２）、これら損失の総和を求めることで発電所としての損失を演算する（ステップＳＴ３）。
そして、ステップＳＴ３で求めた、発電所としての損失が、規格等で定められた電圧Ｖｇの許容範囲内で、かつ、ステップＳＴ６で求められた電圧Ｖｓの調整可能範囲内で最小となる電圧Ｖｇ１および電圧Ｖｓ１を演算により求める（ステップＳＴ７）。
【００５１】
電圧Ｖｓは、例えば、ステップＳＴ６で演算された調整可能範囲内で、数点の電圧Ｖｓａ、Ｖｓｂ、・・を設定し、各設定した電圧毎に、設定電圧Ｖｓおよび計測されたＰｇの条件下で損失の最小値を演算し、電圧Ｖｓを設定した全てのケースにおける損失最小値の中の更に最小値を求め、当該最小となるケースで設定した電圧ＶｓをＶｓ１、電圧ＶｇをＶｇ１として求める。
【００５２】
エコ運転制御装置５は、演算により求めた、最小損失となる電圧Ｖｇ１を発電機１１の電圧指令として設定しＡＶＲ８に出力し、最小損失となる電圧Ｖｓ１をＳＶＧ／ＳＶＣ１９に出力する（ステップＳＴ８）。
【００５３】
ＡＶＲ８は、励磁装置９のサイリスタ点弧角を制御することにより発電機１１の回転子巻線１０に流す界磁電流を増加減し発電機１１の電圧Ｖｇをその指令値Ｖｇ１に合わせるようにフィードバック制御を実施する。
ＳＶＧ／ＳＶＣ１９は、その構成要素であるスイッチング素子をオンオフ制御することにより発生する無効電力Ｑを増加減し電力系統１の電圧Ｖｓをその調整指令値Ｖｓ１に合わせるようにフィードバック制御を実施する。
【００５４】
以上のように、この発明の実施の形態４による発電機電圧制御装置は、計測された有効電力Ｐｇおよび調整可能な範囲内の電圧Ｖｓの条件下で発電所としての損失に関係する各機器の損失を発電機１１の電圧Ｖｇの関数で演算表示し、発電機１１の電圧Ｖｇを予め設定された許容範囲内で、かつ、電力系統１の電圧Ｖｓを調整可能範囲内で変化させたとき各機器の損失の総和が最小となる発電機１１の電圧Ｖｇ１および電力系統１の電圧Ｖｓ１を演算し、電力系統１の電圧を当該電圧Ｖｓ１に調整するとともに当該電圧Ｖｇ１に設定して発電機１１を制御するようにしたので、有効電力Ｐｇ一定の条件下で、発電所としての損失に関係する全ての機器を対象として、常に確実に発電所の高効率運転を実現することができる。
【００５５】
実施の形態５．
図８は、この発明の実施の形態５による発電機電圧制御装置を適用する発電所の全体構成を示す回路構成図である。この実施の形態５は、主変圧器を、負荷時タップ切換機能を具備させたＯＬＴＣ付主変圧器４Ａとすることにより、そのリアクタンスＸを調整可能とする。
【００５６】
ＯＬＴＣ付主変圧器４Ａのタップを切り換えるとその切換範囲内でリアクタンスＸが変化する。その結果、先の（２）式の電圧変動率εｇが変化し、それに伴って、定数ａ、ｂが変化して、電圧Ｖｇと電流Ｉｇとの関係を示す（７）式の中身が変化する。
【００５７】
そこで、先の実施の形態４では、ＳＶＧ／ＳＶＣ１９により調整可能な電圧Ｖｓの範囲内で設定した各電圧Ｖｓ毎に損失最小となる電圧Ｖｇを抽出する演算を繰り返し、それらの複数の演算から最終的に損失が最小となる電圧Ｖｇ１および電圧Ｖｓ１を求めたように、この実施の形態５では、ＯＬＴＣ付主変圧器４Ａのタップを切り換えることにより調整可能な主変圧器４ＡのリアクタンスＸの範囲内で設定した各リアクタンスＸ毎に損失最小となる電圧Ｖｇを抽出する演算を繰り返し、それらの複数の演算から最終的に損失が最小となる電圧Ｖｇ１およびリアクタンスＸ１（Ｘに相当するタップ）を求めることができる。
【００５８】
以上からも分かるように、損失最小となる電圧Ｖｇを演算で求める要領は、先の実施の形態４の場合に酷似しているので、動作の説明は省略する。
【００５９】
以上のように、この発明の実施の形態５による発電機電圧制御装置は、計測された有効電力Ｐｇおよび調整可能な範囲内の主変圧器４ＡのリアクタンスＸの条件下で発電所としての損失に関係する各機器の損失を発電機１１の電圧Ｖｇの関数で演算表示し、発電機１１の電圧Ｖｇを予め設定された許容範囲内で、かつ、主変圧器４ＡのリアクタンスＸを調整可能範囲内で変化させたとき各機器の損失の総和が最小となる発電機１１の電圧Ｖｇ１および主変圧器４ＡのリアクタンスＸ１を演算し、主変圧器４ＡのタップをリアクタンスＸ１に相当するタップに調整するとともに当該電圧Ｖｇ１に設定して発電機１１を制御するようにしたので、有効電力Ｐｇ一定の条件下で、発電所としての損失に関係する全ての機器を対象として、常に確実に発電所の高効率運転を実現することができる。
【００６０】
実施の形態６．
図９は、この発明の実施の形態６による発電機電圧制御装置を適用する発電所の全体構成を示す回路構成図である。先の実施の形態１では、発電所としての損失を最小にする発電機１１の電圧Ｖｇ１を演算する手段としてエコ運転制御装置５を特別に設けていたが、この実施の形態６では、従来からのＡＶＲに、このエコ運転制御機能を含ませたＡＶＲ８Ａとしている点が異なる。
このため、系統側の電圧Ｖｓおよび電流Ｉｓを計測するＣＴ２およびＶＴ３、また、発電機１１の電圧Ｖｇおよび電流Ｉｇを計測するＶＴ７およびＣＴ１３の計測出力は、いずれもＡＶＲ８Ａに供給されている。
【００６１】
以上のように、この発明の実施の形態６による発電機電圧制御装置は、別装のエコ運転制御装置が不要となりシステム全体のコストが低減する。
【００６２】
実施の形態７．
先の形態例のものは、いずれも、発電所としての損失が最小となる発電機１１の電圧Ｖｇ１を、演算により求めるものであった。しかし、発電所を構成する機器の中には、その損失を電圧Ｖｇの関数で正確に演算表現しにくいものや工場試験結果を利用した近似式で扱わざるを得ないものも存在する。
【００６３】
そこで、この実施の形態７では、図１０に示すように、電力系統１の電圧Ｖｓが変動している場合、この電圧Ｖｓが予め設定したＶｓＴに到達した時点で、図１１に示すように、発電機１１の電圧Ｖｇをその許容範囲内で実際に変動させ、実測により、発電所の損失が最小となる電圧Ｖｇ２を求めるものである。
【００６４】
以下、この発明の実施の形態７による発電機電圧制御装置の動作を、図１２に示すフローチャートを参照して説明する。電力系統１の電圧Ｖｓが、予め設定された電圧ＶｓＴ（ａ）〜（ｄ）のいずれかに到達すると（ステップＳＴ９でＹｅｓ）、エコ運転制御装置５からＡＶＲ８に対し、電圧Ｖｇ変動指令を出力する（ステップＳＴ１０）。
【００６５】
例えば、電圧Ｖｇを１％のステップ状に変化させる。そして、電圧Ｖｇが変動させた値に落ち着いた時点で、発電所の出力を計測する（ステップＳＴ１１）。この出力の計測は、主変圧器４の高圧側からの出力電力を計測することで行う。以上のステップＳＴ１０、１１の動作を、電圧Ｖｇの予め設定された許容範囲（例えば、定格値の０．９５〜１．０５）で繰り返す（ステップＳＴ１２）。
なお、通常、ＡＶＲの応答は速く、変動させた電圧指令に約１秒以内で追従することができ、電圧Ｖｓがほとんど変動しない時間内で計測が終了し（ステップＳＴ１２でＹｅｓ）、以上で得られた出力電力のデータ群に基づき、損失が最小となる電圧Ｖｇ２を抽出する（ステップＳＴ１３）。
【００６６】
なお、主変圧器４の高圧側からの出力電力が最大となることが、発電所の損失が最小となることに相当することから、この出力電力が最大となるときの電圧ＶｇをＶｇ２として抽出することになる。
【００６７】
エコ運転制御装置５は、実測により求めた、最小損失となる電圧Ｖｇ２を発電機１１の電圧指令として設定しＡＶＲ８に出力する（ステップＳＴ１４）。ＡＶＲ８は、励磁装置９のサイリスタ点弧角を制御することにより発電機１１の回転子巻線１０に流す界磁電流を増加減し発電機１１の電圧Ｖｇをその指令値Ｖｇ２に合わせるようにフィードバック制御を実施する。
【００６８】
以上のように、この発明の実施の形態７による発電機電圧制御装置は、計測された電力系統の電圧Ｖｓおよび有効電力Ｐｇの条件下で発電機１１を制御して発電機１１の電圧Ｖｇを予め設定された許容範囲内で変化させ該変化させた発電機１１の電圧Ｖｇに応じて主変圧器４からの出力電力を計測し、この出力電力が最大となる発電機１１の電圧Ｖｇ２を求め、当該電圧Ｖｇ２に設定して発電機１１を制御するようにしたので、電力系統１の電圧Ｖｓおよび有効電力Ｐｇ一定の条件下で、発電所としての損失に関係する全ての機器を対象として、実測に基づき、常に確実に発電所の高効率運転を実現することができる。
【００６９】
なお、すべてを演算で処理する、先の実施の形態２の図４で説明したように、発電所によっては、系統周波数Ｆｓ（Ｈｚ）や発電機電圧Ｖｇ（ｋＶ）によって決まる過励磁耐量、主回路電流や電圧制限等の制約から運転電圧を更に制限される場合があることから、実測により損失最小となる電圧Ｖｇを求める、この実施の形態７の場合においても、発電機１１の電圧Ｖｇを変動させる範囲として、通常の定格電圧の±５％内に、更に、電圧リミッタａ、ｂを設定して、このａ≦Ｖｇ≦ｂの範囲を新たな許容範囲としてその範囲内で損失が最小となる電圧Ｖｇ１を求めるようにすることによって本発明の適用がより容易となる利点がある。
【００７０】
実施の形態８．
先の実施の形態７の場合、電力系統１が安定しており、電圧Ｖｓの変動が比較的少ないときは有効であるが、電圧Ｖｓが急変すると、効率悪化を引き起こす可能性がある。特に、電圧Ｖｓが急落すると、電圧一定運転のため無効電力増大→発電機回転子の電流増大→回転子の銅損増大→ＭＶＡ増で発電機固定子電流の増大→固定子の銅損増大の現象で効率の低下が著しくなる。
【００７１】
そこで、この実施の形態８では、図１３に示すように、発電機１１の無効電力Ｑｇに予め、上限となるリミッタＱｇ１（Ｑｇ２）を設定し、系統側電圧Ｖｓの急変で発電機１１の運転ポイントが大きく変動して無効電力Ｑｇがこの上限無効電力Ｑｇ１を越えたときは、発電機１１の電圧Ｖｇを低下させ無効電力Ｑｇを制限無効電力Ｑｓｅｔまで低下させるようにして効率の急落を防止するようにした。
【００７２】
以下、その動作を図１４のフローチャートを参照して説明する。先の実施の形態７の図１２のステップＳＴ１２で説明した、電圧Ｖｇを順次変動させていく毎に、Ｑｇの変化を判定するステップＳＴ１５を付加している。
【００７３】
ステップＳＴ１５でＹｅｓ、即ち、Ｑｇが上限値Ｑｇ１以下のときは、先の図１２の通り、実測により損失最小となる電圧Ｖｇ１を求める動作を継続する。ステップＳＴ１５でＮｏ、即ち、Ｑｇが上限値Ｑｇ１を越えると、電圧低指令を出力し（ステップＳＴ１６）、Ｑｇが制限値Ｑｓｅｔになると（ステップＳＴ１７でＹｅｓ）、そのときの電圧指令を固定する（ステップＳＴ１８）。
【００７４】
以上のように、この発明の実施の形態８による発電機電圧制御装置は、無効電力Ｑｇが予め設定された上限無効電力Ｑｇ１を越えたとき、電圧Ｖｇを実際に変動させて実測により損失最小となる電圧Ｖｇ１を求める動作を停止し、発電機１１が出力する無効電力Ｑｇが予め設定された制限無効電力Ｑｇｓｅｔ以下となるよう発電機１１の電圧Ｖｇを低減するようにしたので、系統側の電圧Ｖｓの急変で効率が急落することを防止することが出来る。
【００７５】
実施の形態９．
先の実施の形態８では、無効電力Ｑｇを有効電力Ｐｇに関係なく一定値に制限するようにしたが、出力が小さくなる可能性のある発電所では、制限値が大き過ぎ、系統側電圧急変時の効率低下を確実に防止することが出来ない可能性がある。
【００７６】
そこで、この実施の形態９では、図１５に示すように、有効電力Ｐｇと無効電力Ｑｇとで決まる力率ｃｏｓφで管理するようにして上述したような弊害を防止している。
【００７７】
以下、その動作を図１６のフローチャートを参照して説明する。ここでは、先の図１４のステップＳＴ１５に替わってステップＳＴ１９を設け、電圧Ｖｇを順次変動させていく毎に、ｃｏｓφ≧ｃｏｓφ１の判定を行い、ｃｏｓφがｃｏｓφ１未満になると（ステップＳＴ１９でＮｏ）、電圧低指令を出力し（ステップＳＴ１６）、ｃｏｓφが制限値ｃｏｓφｓｅｔになると（ステップＳＴ２０でＹｅｓ）、そのときの電圧指令を固定する（ステップＳＴ１８）。
【００７８】
以上のように、この発明の実施の形態９による発電機電圧制御装置は、力率ｃｏｓφが予め設定された下限力率ｃｏｓφ１未満となったとき、電圧Ｖｇを実際に変動させて実測により損失最小となる電圧Ｖｇ１を求める動作を停止し、力率ｃｏｓφが予め設定された制限力率ｃｏｓφｓｅｔ以上となるよう発電機１１の電圧Ｖｇを低減するようにしたので、発電所の出力に拘わらず、系統側の電圧Ｖｓの急変で効率が急落することを防止することが出来る。
【００７９】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、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】
【００８０】
１  電力系統、２，１３  ＣＴ、３，７，１４  ＶＴ、４  主変圧器、
４Ａ  ＯＬＴＣ付主変圧器、５  エコ運転制御装置、６  励磁変圧器、
８，８Ａ  ＡＶＲ、９  励磁装置、１０  回転子巻線、１１  発電機、１２  タービン、１５，１６  ＩＰＢ、１７  所内変圧器、１８  発電機遮断器、１９  ＳＶＧ／ＳＶＣ。
【図１】
2015180164.tif 000003
【図２】
2015180164.tif 000004
【図３】
2015180164.tif 000005
【図４】
2015180164.tif 000006
【図５】
2015180164.tif 000007
【図６】
2015180164.tif 000008
【図７】
2015180164.tif 000009
【図８】
2015180164.tif 000010
【図９】
2015180164.tif 000011
【図１０】
2015180164.tif 000012
【図１１】
2015180164.tif 000013
【図１２】
2015180164.tif 000014
【図１３】
2015180164.tif 000015
【図１４】
2015180164.tif 000016
【図１５】
2015180164.tif 000017
【図１６】
2015180164.tif 000018