(57)【要約】【課題】従来よりも有効電力の調整範囲を拡大できるようにして、電力供給範囲の自由度を高めることが可能な発電機制御装置を提供する。【解決手段】温度センサ１２によって発電機１を冷却する冷却媒体の温度を検出する。演算装置１３は、温度センサ１２の検出出力、発電機１の電力系統５への出力電圧および出力電流に基づく現在の有効電力Ｐ、および運転力率ｃｏｓφに基づいて、この運転力率ｃｏｓφの下での有効電力の可能最大出力Ｐｍａｘを演算する。ガバナ１４は、この可能最大出力Ｐｍａｘと給電指令値Ｐ０とを比較し、その比較結果によって制御弁９の開度を調整することで発電機１の出力を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機を冷却する冷却媒体の温度を検出する温度検出手段と、上記発電機の電力系統への出力電圧および出力電流に基づいて現在の有効電力、無効電力、および運転力率を算出するとともに、これらの算出した値と上記温度検出手段による検出温度とに基づいて上記運転力率の下での有効電力の可能最大出力を演算する演算手段と、この演算手段で演算された上記可能最大出力と外部から与えられる給電指令値とを比較し、上記給電指令値が上記可能最大出力よりも小さい場合には当該給電指令値に基づいて発電機出力を制御し、上記給電指令値が上記可能最大出力を越える場合には上記可能最大出力になるように発電機出力を制御する出力制御手段と、を備えることを特徴とする発電機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機の出力を制御する発電機制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、発電機においては、ガバナにより制御弁の開度を調整してタービンへの入力エネルギを制御することにより、発電機出力（有効電力）が制御される。また、自動電圧調整器（ＡＶＲ）で発電機の界磁巻線に供給する界磁電流を調整することにより、発電機の出力電圧が制御される。
【０００３】
このような発電機における出力限界は、例えば図４の実線で示すような発電機可能出力特性曲線で表される。すなわち、この発電機可能出力特性曲線は、有効電力Ｐと無効電力Ｑの出力可能限界を示すもので、実線で示すａ１〜ｂ１間は発電機の固定子電流により制限される部分、また、ａ１〜ｃ１間は発電機の電機子巻線の界磁電流により制限される部分である。また、ｂ１〜ｄ１間は進相運転での限界であり、固定子コイル端の温度により制限される。なお、Ｌａは定格値の力率線を示している。
【０００４】
そして、発電機の出力は、この発電機可能出力特性曲線の範囲内に収まるように運転される。すなわち、前述のように、有効電力（例えば定格値）Ｐ１は、発電機のタービンへの入力エネルギによって決定され、これに応じて上記曲線に基づく無効電力の調整範囲が決定され、この調整範囲内に無効電力が常に収まるように、自動電圧調整器（ＡＶＲ）によって発電機の界磁電流を調整することで発電機の出力電圧が制御される（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
ここで、発電機可能出力特性曲線は、発電機を冷却する冷却媒体の温度による影響を受けて変化し、例えば現在よりも冷却媒体の温度が低くなったときには、発電機可能出力特性曲線は図４の実線から一点鎖線で示すように拡大する。
【０００６】
しかるに、特許文献１記載のように、定格値に対応した有効電力Ｐ１を固定して設定していると、発電機の運転可能な有効電力をＰ２まで拡大することが可能であるにもかかわらず、その余裕分を有効に利用することができないという不具合を生じる。
【０００７】
そこで、他の従来技術では、発電機を冷却する冷却媒体の温度を検出する温度検出手段を設け、この温度検出手段で検出された冷却媒体の温度に基づいて実際の発電機可能出力特性を求め、この特性による最適な運転可能範囲で運転を実施することで、発電機の運転可能範囲を拡大できるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開平６−１４４６６号公報
【特許文献２】特開平９−３０８２９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の特許文献２記載のものは、発電機を冷却する冷却媒体の温度変化に応じて発電機の運転可能範囲を拡大できるという利点があるものの、未だ次の点で不十分である。
【００１０】
すなわち、電力系統側の電力変動や、電力系統における無効電力の調整の必要性から、発電機の運転稼働中の力率（以下、運転力率という）が不意に変動することがある。しかし、特許文献２記載のように、定格値に対応した力率線Ｌａを固定して設定していると、運転力率が遅相側から進相側に向けて変化した結果、発電機の運転可能な有効電力をさらに拡大することが可能であるにもかかわらず、その余裕分を有効に利用できないという不具合を生じる。
【００１１】
例えば、図４において、現在よりも冷却媒体の温度が低くなって発電機可能出力特性曲線が一点鎖線で示すように拡大している状態で、さらに、運転力率が遅相側から進相側に変化して運転力率線が符号ＬａからＬｃに示す状態に変化した場合、発電機の出力、つまり運転可能な有効電力はＰ２からさらにＰ２’まで拡大することが可能である。
【００１２】
しかるに、特許文献２記載のように、定格の力率線をＬａに固定して設定していると、発電機の運転可能な有効電力はＰ２までが限界となり、実際にはＰ２’まで拡大することが可能であるにもかかわらず、その余裕分を有効に利用することができない。
【００１３】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、発電機を冷却する冷却媒体の温度のみならず、現在の運転力率を考慮することにより、従来よりも有効電力の調整範囲を拡大できるようにして、電力供給範囲の自由度を高めた発電機制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る発電機制御装置は、発電機を冷却する冷却媒体の温度を検出する温度検出手段と、発電機の電力系統への出力電圧および出力電流に基づいて現在の有効電力、無効電力、および運転力率を算出するとともに、これらの算出した値と上記温度検出手段による検出温度とに基づいて上記運転力率の下での有効電力の可能最大出力を演算する演算手段と、この演算手段で演算された上記可能最大出力と系統管理センタ等の外部から与えられる給電指令値とを比較し、上記給電指令値が上記可能最大出力よりも小さい場合には当該給電指令値に基づいて発電機出力を制御し、上記給電指令値が上記可能最大出力を越える場合には上記可能最大出力になるように発電機出力を制御する出力制御手段と、を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の発電機制御装置によれば、発電機を冷却する冷却媒体の温度のみならず、これに加えて運転力率を考慮して有効電力の可能最大出力を決定し、その可能最大出力を越えない範囲で有効電力を調整するので、有効電力の調整範囲をさらに拡大することができる。このため、従来よりも電力供給範囲の自由度を高めた発電機制御装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における発電機制御装置の全体を示す構成図である。
【００１７】
この実施の形態１において、１は発電機、２は発電機制御を行う発電機制御装置である。発電機１は主要変圧器３、および遮断器４を介して電力系統５に接続されている。また、発電機１と主要変圧器３との間には、発電機１の電力系統５への出力電流を検出する計器用変流器（ＣＴ）６と、発電機１の電力系統５への出力電圧を検出する計器用変圧器（ＰＴ）７とが設けられ、両者６，７の検出信号が後述の演算装置１３に取り込まれるようになっている。
【００１８】
また、発電機１はタービン８に機械的に接続され、タービン８にはその入力エネルギを調整する制御弁９が設けられている。この場合のタービン８としては、火力発電機ではガスタービンが、水力発電機では水力タービンが使用される。また、発電機１の出力電圧は、図示しない自動電圧調整器（ＡＶＲ）によって発電機１に供給する界磁電流を調整することにより制御される。
【００１９】
また、発電機１には、これを冷却するクーラ１０が設けられるとともに、クーラ１０に冷却媒体を供給する冷却系統１１が接続されている。この場合のクーラ１０としては水冷却、空気冷却、水素冷却などの方式があるが、いずれの冷却方式でもよく、特別な制約はない。
【００２０】
発電機制御装置２は、温度センサ１２、演算装置１３、およびガバナ１４を備えている。そして、特許請求の範囲における温度検出手段が温度センサ１２に、演算手段が演算装置１３に、出力制御手段がガバナ１４にそれぞれ対応している。
【００２１】
温度センサ１２は、クーラ１０に接続された冷却系統１１を流れる冷却媒体の温度を検出するもので、例えば、水冷の場合には水温、空気冷却の場合には空気温度を検出する。
【００２２】
演算装置１３は、例えばコンピュータが適用され、計器用変流器６と計器用変圧器７の検出出力に基づいて現在の有効電力、無効電力、および運転力率を算出するとともに、これらの算出した値と温度センサ１２の検出出力とに基づいてこの運転力率の下での有効電力の可能最大出力Ｐｍａｘを演算するものである。
【００２３】
ガバナ１４は、演算装置１３で得られる有効電力の可能最大出力Ｐｍａｘと図外の系統管理センタ等から与えられる給電指令値Ｐ０とを比較し、その比較結果に基づいて制御弁９の開度を調整することでタービン８への入力エネルギを制御するもので、これによって実質的に発電機１の出力（有効電力）が制御される。
【００２４】
ここで、図２に示すように、温度センサ１２で検出される冷却媒体の現在の温度Ｔ１の下での発電機可能出力特性曲線が実線で示す状態であるときに、運転力率線がＬａ（定格）の状態からＬｃに変化した場合には、発電機１の運転可能な有効電力をＰ１からＰ１’まで拡大することが可能である。また、温度センサ１２で検出されるも冷却媒体の温度がＴ１からＴ２に低下して発電機可能出力特性曲線が一点鎖線で示すように拡大しているときに、運転力率線がＬａ（定格）からＬｃに変化した場合には、発電機１の運転可能な有効電力をＰ２からＰ２’まで拡大することが可能である。
【００２５】
このように、運転力率が定格の力率線Ｌａから進相側の力率線Ｌｂとの範囲内で変化する場合、発電機１の冷却媒体の温度に加えて運転力率を考慮することにより、冷却媒体の温度のみを考慮する場合に比べて発電機１の有効電力の運転可能範囲をさらに拡大することができる。
【００２６】
そこで、発電機制御装置２は次の制御動作を行う。すなわち、図３のフローチャートに示すように、まず、演算装置１３は、温度センサ１２で検出されるクーラ１０の冷却媒体の温度Ｔを測定する（Ｓ１）。また、計器用変流器６で検出される電力系統５への出力電流と計器用変圧器７で検出される電力系統５への出力電流とをそれぞれ測定し、両者の値に基づいて有効電力Ｐ、無効電力Ｑを算出し、さらに両者Ｐ，Ｑの値から現在の運転力率ｃｏｓφを算出する（Ｓ２）。
【００２７】
次に、これらの温度Ｔ、有効電力Ｐ、運転力率ｃｏｓφの各値に基づいて、次のような演算式によって、現在の運転力率ｃｏｓφの下での発電機１の有効電力の可能最大出力Ｐｍａｘを演算する（Ｓ３）。
Ｐｍａｘ＝ｆ（Ｔ，ｃｏｓφ）＋Ｐ                            （１）
但し、ｆは温度Ｔと運転力率ｃｏｓφを変数とする一定の関数式である。
【００２８】
ここに、上記（１）式で得られる可能最大出力Ｐｍａｘは、冷却媒体の温度Ｔと運転力率ｃｏｓφの関数なので、前述の図２において、温度Ｔ１に対応する発電機可能出力特性曲線が実線の場合で、かつ運転力率ｃｏｓφに対応する運転力率線がＬｃのときには、有効電力の可能最大出力ＰｍａｘはＰ１’となる。また、温度Ｔ２（＜Ｔ１）に対応する発電機可能出力特性が一点鎖線の場合で、かつ運転力率ｃｏｓφに対応する運転力率線がＬｃのときには、有効電力の可能最大出力ＰｍａｘはＰ２’となる。このように、この実施の形態１では冷却媒体の温度Ｔに加えて運転力率ｃｏｓφを考慮して有効電力の可能最大出力Ｐｍａｘが決定されるため、従来よりも有効電力の調整範囲が拡大する。
【００２９】
次に、ガバナ１４は、演算装置１３で演算された現在の運転力率ｃｏｓφの下での有効電力の可能最大出力Ｐｍａｘの値と、図外の系統管理センタ等から与えられる給電指令値Ｐ０とを取り込み、両者Ｐｍａｘ，Ｐ０を比較する（Ｓ４）。
【００３０】
そして、ガバナ１４は、給電指令値Ｐ０が可能最大出力Ｐｍａｘよりも小さい場合（Ｐ０≦Ｐｍａｘ）には、その時点で可能最大出力Ｐｍａｘを越えることはないので、給電指令値Ｐ０をそのまま採用する（Ｓ５）。一方、給電指令値Ｐ０が可能最大出力Ｐｍａｘを越える場合（Ｐ０＞Ｐｍａｘ）には、給電指令値Ｐ０をそのまま採用することができないため、可能最大出力Ｐｍａｘを採用する（Ｓ６）。
【００３１】
続いて、ガバナ１４は、発電機１の有効電力が上記のＳ５，Ｓ６で得られるＰ０またはＰｍａｘとなるように、制御弁９に対して弁開度指令Ｈを出力する（Ｓ７）。これにより、この弁開度指令Ｈによって制御弁９の弁開度が調整されてタービン８の入力エネルギが制御されることにより、実質的に発電機１の出力（有効電力）が制御される。
【００３２】
以上のように、この実施の形態１において、発電機制御装置２は、発電機１を冷却する冷却媒体の温度のみならず、これに加えて運転力率を考慮して有効電力の可能最大出力Ｐｍａｘを決定し、その可能最大出力Ｐｍａｘを越えない範囲で有効電力を調整するので、有効電力の調整範囲をさらに拡大することができる。このため、従来に比べて電力供給範囲の自由度を高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施の形態１における発電機制御装置の全体を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１における発電機可能出力特性曲線に基づく運転可能範囲を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１における発電機制御装置の動作説明に供するフローチャートである。
【図４】従来の発電機可能出力特性曲線に基づく運転可能範囲を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３４】
１  発電機、２  発電機制御装置、８  タービン、９  制御弁、
１２  温度センサ（温度検出手段）、１３  演算装置（演算手段）、
１４  ガバナ（出力制御手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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