(57)【要約】【課題】回転型位相調整機およびこの回転型位相調整機と電気的に接続される２つの電力系統の保護動作を行い得る電力系統システムの保護装置および方法を提供する。【解決手段】電力系統システムの保護装置１０は、第１の電力系統１１と第２の電力系統１２との間に電気的に接続された回転型位相調整機１４と、回転型位相調整機１４と第１の電力系統１１および第２の電力系統１２との電気的な接続を遮断する過電圧位相差防止回路１５とを備え、第１の電力系統１１、第２の電力系統１２および回転型位相調整機１４のいずれかに不具合が発生した場合に過電圧位相差防止回路１５が第１の電力系統１１、第２の電力系統１２と回転型位相調整機１４との電気的な接続を遮断する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる電気特性を有する２つの電力系統または電力送電線の一方に１次巻線を、他方に２次巻線を電気的に接続された誘導機と、この誘導機の回転子に機械的に結合され前記１次巻線と前記２次巻線の相対的電圧位相を調整するトルク制御装置からなる回転型位相調整機を備える電力系統システムの保護装置において、
一方の前記電力系統または前記電力送電線と前記誘導機との間の電気的な接続を遮断する第１の遮断器と、
他方の前記電力系統または前記電力送電線と前記誘導機との間の電気的な接続を遮断する第２の遮断器と、
前記１次巻線と２次巻線の電圧位相差が、前記トルク制御装置に与えられる電圧位相差指令値に対して予め定めた許容変動値以上大きくなった場合に前記第１の遮断器もしくは第２の遮断器の少なくとも一方にトリップ指令を出力する遮断制御部を備えることを特徴とする電力系統システムの保護装置。
【請求項２】
異なる電気特性を有する２つの電力系統または電力送電線を回転型位相調整機によって電気的に相互接続した電力系統システムの保護方法において、
前記回転型位相調整機の誘導機の１次巻線と２次巻線の間の電圧位相差が前記回転型位相調整機に与えられる電圧位相差指令値に対して予め定めた許容電圧位相差以上となった場合に前記回転型位相調整機と前記２つの電力系統または電力送電線との電気的な接続のうち少なくとも一方を遮断することを特徴とする電力系統システムの保護方法。
【請求項３】
異なる電気特性を有する２つの電力系統または電力送電線の一方に１次巻線を、他方に２次巻線を電気的に接続された誘導機と、この誘導機の回転子に機械的に結合され前記１次巻線と前記２次巻線の相対的電圧位相を調整するトルク制御装置からなる回転型位相調整機を備える電力系統システムの保護装置において、
一方の前記電力系統または前記電力送電線と前記誘導機との間の電気的な接続を遮断する第１の遮断器と、
他方の前記電力系統または前記電力送電線と前記誘導機との間の電気的な接続を遮断する第２の遮断器と、
前記一方の前記電力系統または前記電力送電線から他方の前記電力系統または前記電力送電線への融通電力が、前記トルク制御装置に与えられる融通電力指令値に対して予め定めた許容変動値以上大きくなった場合に前記第１の遮断器および第２の遮断器にトリップ指令を出力する遮断制御部を備えることを特徴とする電力系統システムの保護装置。
【請求項４】
異なる電気特性を有する２つの電力系統または電力送電線を回転型位相調整機によって電気的に相互接続した電力系統システムの保護方法において、
前記２つの電力系統または電力送電線の間での電力融通が前記回転型位相調整機に与えられる電力融通指令値に対して予め定めた許容電力融通を超えた場合に前記回転型位相調整機と前記２つの電力系統または電力送電線との電気的な接続を遮断することを特徴とする電力系統システムの保護方法。
【請求項５】
異なる電気特性を有する２つの電力系統または電力送電線の一方に１次巻線を、他方に２次巻線を電気的に接続された誘導機と、この誘導機の回転子に機械的に結合され前記１次巻線と前記２次巻線の相対的電圧位相を調整するトルク制御装置からなる回転型位相調整機を備える電力系統システムの保護装置において、
一方の前記電力系統または前記電力送電線と前記誘導機との間の電気的な接続を遮断する第１の遮断器と、
他方の前記電力系統または前記電力送電線と前記誘導機との間の電気的な接続を遮断する第２の遮断器と、
前記一方の前記電力系統または前記電力送電線と前記回転型位相調整機の間の通過電力と、他方の前記電力系統または前記電力送電線と前記回転型位相調整機の間の通過電力との差の絶対値が、予め定めた許容変動値以上大きくなった場合に前記第１の遮断器および第２の遮断器にトリップ指令を出力する遮断制御部を備えることを特徴とする電力系統システムの保護装置。
【請求項６】
異なる電気特性を有する２つの電力系統または電力送電線を回転型位相調整機によって電気的に相互接続した電力系統システムの保護方法において、
前記２つの電力系統または電力送電線のうち一方と前記回転型位相調整機の間での通過電力と、前記２つの電力系統または電力送電線のうち他方と前記回転型位相調整機の間での通過電力の差の絶対値が予め定めた許容電力融通を超えた場合に前記回転型位相調整機と前記２つの電力系統または電力送電線との電気的な接続を遮断することを特徴とする電力系統システムの保護方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力系統システムの保護装置に係り、特に２つの電力系統間または電力送電線間に回転型位相調整機を設けて電力融通を行う際に、これらの電力系統および回転型位相調整機の保護が可能な電力系統システムの保護装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７に、従来の回転型位相調整機１を使用して異なる電気特性を有する２つの電力系統を電気的に相互接続した電力系統システムの一実施例である電力系統システム２を示す。
【０００３】
図７に示したように、電力系統システム２は、第１の電力系統３および第２の電力系統５と、これら両電力系統間に設けられ、第１の電力系統３および第２の電力系統５とを電気的に相互接続する回転型位相調整機１とを備える。ここで、回転型位相調整機１によって電気的に相互接続される第１の電力系統３および第２の電力系統５は、同一の定格周波数ｆであるものの、実際の周波数が異なっており、それぞれ周波数ｆ１，ｆ２となっている。
【０００４】
回転型位相調整機１は、その１次巻線（固定子巻線）が第１の電力系統３に接続されるとともに、２次巻線（回転子巻線）が第２の電力系統５に接続された誘導機６と、この誘導機６の回転子に機械的に接続され、１次巻線と２次巻線の相対的電圧位相（電圧位相差）を調整するトルク制御装置７とを備える。
【０００５】
このようにして回転型位相調整機１によって第１の電力系統３と第２の電力系統を電気的に相互接続すると、誘導機６の同期速度がＮ０であるならば、この誘導機６の回転子の回転速度Ｎは
【数１】
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となる。
【０００６】
例えば、第１の電力系統３および第２の電力系統の定格周波数ｆが５０．０（Ｈｚ）であり、第１の電力系統３の周波数ｆ１が５０．１（Ｈｚ），第２の電力系統５の周波数ｆ２が４９．９（Ｈｚ）であり、誘導機６の同期速度Ｎ０が５００（ｍｉｎ−１）である場合、誘導機６の回転子の回転速度Ｎ（ｍｉｎ−１）は、
【数２】
2004015987.tif 000004
となり、誘導機６の回転子は２（ｍｉｎ−１）で機械的に回転する。
【０００７】
次に、この回転型位相調整機１を用いて第１の電力系統３と第２の電力系統５との間で電力を融通する場合について以下に述べる。
【０００８】
上述のように、回転型位相調整機１は、周波数が異なる２つの電力系統３，５間の周波数差を誘導機６の回転子が機械的に回転することによって調整しているが、回転型位相調整機１に備えられる誘導機６の１次巻線と２次巻線との間のリアクタンスをＸ、１次巻線と２次巻線の電圧をそれぞれＶ１，Ｖ２、また１次巻線および２次巻線の電圧位相差をδとしたとき、回転型位相調整機１を介して、第１の電力系統３から第２の電力系統５に対して、
【数３】
2004015987.tif 000005
で表される融通電力Ｐを融通することができる。
【０００９】
そして、この電圧位相差δは、誘導機６の回転子に機械的に結合されたトルク制御装置７によって機械的に調整することができる。
【００１０】
つまり、回転型位相調整機１は、第１の電力系統３と第２の電力系統５の周波数差に比例する回転速度で回転しながら、融通電力Ｐの指令値に合わせてトルク制御装置７を制御し誘導機６の１次巻線と２次巻線との間の電圧位相差δを調整することで両電力系統３，５間の融通電力Ｐを制御するものである。
【００１１】
なお、このような回転型位相調整機１を用いた電力系統システム２は、例えば特開平９−２３６５１号公報に記載されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、回転型位相調整機１を用いて異なる電気特性を有する２つの電力系統を電気的に相互接続する技術については、上述のような基本的な原理と、システムの中での適用方法が紹介されているのみであり、現実の適用には至っておらず、このような電力系統システム２における第１の電力系統３と第２の電力系統５および回転型位相調整機１の保護装置についてはまだ検討されていないのが実情である。
【００１３】
図７に示したように、回転型位相調整機１は第１の電力系統３と第２の電力系統５とのように周波数の異なる電力系統を電気的に相互接続しているので、例えば回転型位相調整機１が備えるトルク制御装置７に不具合が生じて位相制御が正しく行なわれない等の事態が生じた場合、周波数の異なる電力系統を接続することになり、最悪の場合、これらの両電力系統３，５に重大な不適合を生じ、また回転型位相調整機１自体にも重大な不適合を生じる虞がある。
【００１４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、回転型位相調整機およびこの回転型位相調整機と電気的に相互接続される２つの電力系統にて不具合が生じた場合、不具合の状況に応じて回転型位相調整機および各電力系統の保護動作を適切に行ない得る電力系統システムの保護装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電力系統システムの保護装置は、上述した課題を解決するために、請求項１記載のように、異なる電気特性を有する２つの電力系統または電力送電線の一方に１次巻線を、他方に２次巻線を電気的に接続された誘導機と、この誘導機の回転子に機械的に結合され前記１次巻線と前記２次巻線の相対的電圧位相を調整するトルク制御装置からなる回転型位相調整機を備える電力系統システムの保護装置において、一方の前記電力系統または前記電力送電線と前記誘導機との間の電気的な接続を遮断する第１の遮断器と、他方の前記電力系統または前記電力送電線と前記誘導機との間の電気的な接続を遮断する第２の遮断器と、前記１次巻線と２次巻線の電圧位相差が、前記トルク制御装置に与えられる電圧位相差指令値に対して予め定めた許容変動値以上大きくなった場合に前記第１の遮断器もしくは第２の遮断器の少なくとも一方にトリップ指令を出力する遮断制御部を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る電力系統システムの保護方法は、上述した課題を解決するために、請求項２記載のように、異なる電気特性を有する２つの電力系統または電力送電線を回転型位相調整機によって電気的に相互接続した電力系統システムの保護方法において、前記回転型位相調整機の誘導機の１次巻線と２次巻線の間の電圧位相差が前記回転型位相調整機に与えられる電圧位相差指令値に対して予め定めた許容電圧位相差以上となった場合に前記回転型位相調整機と前記２つの電力系統または電力送電線との電気的な接続のうち少なくとも一方を遮断することを特徴とする。
【００１７】
このような電力系統システムの保護装置および方法によれば、回転型位相調整機および回転型位相調整機に接続される２つの電力系統または電力送電線の電圧位相差が予め定めた許容電圧位相差以上となった場合、許容電圧位相差を検知し、２つの電力系統または電力送電線との電気的な接続のうち少なくとも一方を遮断する電力系統システム保護動作が行われるので、両電力系統間または電力送電線間を異位相接続させるような電力系統にとって重大な不適合を事前に防止することができる。
【００１８】
本発明に係る電力系統システムの保護装置は、上述した課題を解決するために、請求項３記載のように、異なる電気特性を有する２つの電力系統または電力送電線の一方に１次巻線を、他方に２次巻線を電気的に接続された誘導機と、この誘導機の回転子に機械的に結合され前記１次巻線と前記２次巻線の相対的電圧位相を調整するトルク制御装置からなる回転型位相調整機を備える電力系統システムの保護装置において、一方の前記電力系統または前記電力送電線と前記誘導機との間の電気的な接続を遮断する第１の遮断器と、他方の前記電力系統または前記電力送電線と前記誘導機との間の電気的な接続を遮断する第２の遮断器と、前記一方の前記電力系統または前記電力送電線から他方の前記電力系統または前記電力送電線への融通電力が、前記トルク制御装置に与えられる融通電力指令値に対して予め定めた許容変動値以上大きくなった場合に前記第１の遮断器および第２の遮断器にトリップ指令を出力する遮断制御部を備えることを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る電力系統システムの保護方法は、上述した課題を解決するために、請求項４記載のように、異なる電気特性を有する２つの電力系統または電力送電線を回転型位相調整機によって電気的に相互接続した電力系統システムの保護方法において、前記２つの電力系統または電力送電線の間での電力融通が前記回転型位相調整機に与えられる電力融通指令値に対して予め定めた許容電力融通を超えた場合に前記回転型位相調整機と前記２つの電力系統または電力送電線との電気的な接続を遮断することを特徴とする。
【００２０】
このような電力系統システム保護装置および方法によれば、回転型位相調整機および回転型位相調整機に接続される２つの電力系統または電力送電線間の融通電力が予め定めた許容融通電力を超えた場合には、許容融通電力超過を検知し、前記２つの電力系統または電力送電線との電気的な接続を遮断する電力系統システム保護動作が行われるので、両電力系統間または電力送電線間を異位相接続させるような電力系統にとって重大な不適合を事前に防止することができる。
【００２１】
本発明に係る電力系統システムの保護装置は、上述した課題を解決するために、請求項５記載のように、異なる電気特性を有する２つの電力系統または電力送電線の一方に１次巻線を、他方に２次巻線を電気的に接続された誘導機と、この誘導機の回転子に機械的に結合され前記１次巻線と前記２次巻線の相対的電圧位相を調整するトルク制御装置からなる回転型位相調整機を備える電力系統システムの保護装置において、一方の前記電力系統または前記電力送電線と前記誘導機との間の電気的な接続を遮断する第１の遮断器と、他方の前記電力系統または前記電力送電線と前記誘導機との間の電気的な接続を遮断する第２の遮断器と、前記一方の前記電力系統または前記電力送電線と前記回転型位相調整機の間の通過電力と、他方の前記電力系統または前記電力送電線と前記回転型位相調整機の間の通過電力との差の絶対値が、予め定めた許容変動値以上大きくなった場合に前記第１の遮断器および第２の遮断器にトリップ指令を出力する遮断制御部を備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る電力系統システムの保護方法は、上述した課題を解決するために、請求項６記載のように、異なる電気特性を有する２つの電力系統または電力送電線を回転型位相調整機によって電気的に相互接続した電力系統システムの保護方法において、前記２つの電力系統または電力送電線のうち一方と前記回転型位相調整機の間での通過電力と、前記２つの電力系統または電力送電線のうち他方と前記回転型位相調整機の間での通過電力の差の絶対値が予め定めた許容電力融通を超えた場合に前記回転型位相調整機と前記２つの電力系統または電力送電線との電気的な接続を遮断することを特徴とする。
【００２３】
このような電力系統システム保護装置および方法によれば、回転型位相調整機および回転型位相調整機に接続される２つの電力系統または電力送電線間を通過する通過電力の差の絶対値から融通電力を検知し、検知した融通電力が予め定めた許容電力融通を超過した場合には、前記２つの電力系統または電力送電線との電気的な接続を遮断する電力系統システム保護動作が行われるので、保護動作が行われるので、両電力系統間または電力送電線間を異位相接続させるような電力系統にとって重大な不適合を事前に防止することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電力系統システムの保護装置の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２５】
［第１の実施形態］
図１に本発明に係る電力系統システムの保護装置の第１の実施形態を示す。
【００２６】
図１に示したように、本発明の第１の実施形態に係る電力保護装置１０は、第１の電力系統１１と第２の電力系統１２との間に電気的に接続された回転型位相調整機１４と、第１の電力系統１１、第２の電力系統１２、もしくは回転型位相調整機１４のいずれかに不具合が発生した場合に、回転型位相調整機１４と第１の電力系統１１または第２の電力系統１２との電気的な接続を遮断する過電圧位相差防止回路１５とを備える。
【００２７】
回転型位相調整機１４は、その１次巻線（固定子巻線）が第１の電力系統１１に接続されるとともに、２次巻線（回転子巻線）が第２の電力系統１２に接続された誘導機１６と、この誘導機６の回転子に機械的に接続され、１次巻線の電圧位相角φ１と２次巻線の電圧位相角φ２の電圧位相差φ（すなわち、φ＝φ１−φ２）をδに調整するトルク制御装置１７を備える。
【００２８】
過電圧位相差防止回路１５は、第１の電力系統１１の電圧を検出する計器用変圧器ＰＴ１と、第２の電力系統１２の電圧を検出する計器用変圧器ＰＴ２と、第１の電力系統１１と回転型位相調整機１４との電気的な接続を遮断する遮断器ＣＢ１と、第２の電力系統１２と回転型位相調整機１４との電気的な接続を遮断する遮断器ＣＢ２と、計器用変圧器ＰＴ１にて検出された第１の電力系統１１の電圧位相角φ１と計器用変圧器ＰＴ２にて検出された第２の電力系統１２の電圧位相角φ２と回転型位相調整機１４のトルク制御装置１７から取得した電圧位相差指令値δｒｅｆとが入力され、状況に応じて遮断器ＣＢ１もしくは遮断器ＣＢ２の少なくとも一方にトリップ指令を出力する遮断制御部２５とを備える。
【００２９】
図１に示した電力系統システムの保護装置１０の作用を以下に示す。
【００３０】
通常運転時は、回転型位相調整機１４が備えるトルク制御装置１７によって第１の電力系統１１の電圧位相角φ１と第２の電力系統１２の電圧位相角φ２との電圧位相差φをδに調整することによって両電力系統１１，１２間で電力の融通を行っている。
【００３１】
このようにしてトルク制御装置１７が電圧位相差φをδに制御している際に、第１の電力系統１１の周波数が何らかの理由により上昇してきた場合、トルク制御装置１７は回転型位相調整機１４が備える誘導機１６の回転子の回転速度を上げて同期を取るように同期制御を行う。しかしながらこのとき、トルク制御装置１７が行う同期制御のスピードが、第１の電力系統１１の周波数上昇のスピードに追いつかない場合は、電圧位相差φは大きくなり続け、第１の電力系統１１と第２の電力系統１２とが異なる位相で電気的に接続される異位相接続の危険にさらされる。
【００３２】
過電圧位相差防止回路１５に備えられた遮断制御部２５は、第１の電力系統１１の電圧位相角φ１と第２の電力系統１２の電圧位相角φ２から電圧位相差φを算出するとともに、回転型位相調整機１４のトルク制御装置１７における電圧位相差指令値δｒｅｆとの比較を行う。そして、遮断制御部２５は、電圧位相差φの値が電圧位相差指令値δｒｅｆに対して、予め定められた許容変動値Δδ以上大きくなった場合、すなわち、φ≧δｒｅｆ＋Δδとなった場合に遮断器ＣＢ１，ＣＢ２の少なくとも一方に対してトリップ指令を出力する。遮断制御部２５からのトリップ指令を受けて遮断器ＣＢ１，ＣＢ２の少なくとも一方が開路され、第１の電力系統１１と第２の電力系統１２の異位相接続を防止し、回転型位相調整機１４を停止するように働く。なお、ここで、許容変動値Δδの値は、トルク制御装置１７の性能、第１および第２の電力系統１１，１２の許容電力動揺等を考慮して定められている。
【００３３】
図２に過電圧位相差防止回路１５が実行する保護動作、すなわち、過電圧位相差防止回路１５が備える遮断制御部２５で行われる遮断制御動作による過電圧位相差防止動作のステップを説明するフローチャートを示す。
【００３４】
図２に示したように、遮断制御部２５で行われる過電圧位相差防止動作は、まず、ステップＳ１で、第１の電力系統１１の電圧位相角φ１と第２の電力系統１２の電圧位相角φ２との電圧位相差φとトルク制御装置１７から出力される電圧位相差指令値δｒｅｆとを比較して、比較した結果が許容電圧位相差（δｒｅｆ＋Δδ）以上、すなわち、φ≧δｒｅｆ＋Δδとなった場合（ステップＳ２でＹＥＳ）はステップＳ３に進む。
【００３５】
次に、ステップＳ３において、φ≧δｒｅｆ＋Δδの原因が回転型位相調整機１４の内部故障によるものか否かを遮断制御部２５がトルク制御装置１７の動作状態から判定して、回転型位相調整機１４の内部故障が発生していると判断した場合（ステップＳ３でＹＥＳ）は、ステップＳ４に進み、ステップＳ４で遮断制御部２５がトリップ指令を出力して遮断器ＣＢ１および遮断器ＣＢ２が遮断され、過電圧位相差防止動作は完了する。
【００３６】
一方、ステップＳ２で求めた電圧位相差φとトルク制御装置１７から出力される電圧位相差指令値δｒｅｆとを比較した結果が許容電圧位相差（δｒｅｆ＋Δδ）未満、すなわちφ＜δｒｅｆ＋Δδ（ステップＳ２でＮＯ）の場合は、ステップＳ１に戻り、ステップＳ１以降の動作を行う。
【００３７】
また、ステップＳ３において、遮断制御部２５が、トルク制御装置１７の動作状態からφ≧δｒｅｆ＋Δδの原因が回転型位相調整機１４の内部故障によるものでないと判定した場合（ステップＳ３でＮＯ）は、ステップＳ５に進む。
【００３８】
ステップＳ５で、遮断制御部２５が、φ≧δｒｅｆ＋Δδの原因が第１の電力系統１１にあると判定した場合（ステップＳ５でＹＥＳ）は、ステップＳ６に進み、ステップＳ６で遮断制御部２５がトリップ指令を出力して遮断器ＣＢ１のみを遮断する。ステップＳ６で遮断器ＣＢ１が遮断されると、第１の電力系統１１と第２の電力系統１２との電気的な接続が遮断され、図２に示される過電圧位相差防止動作は完了する。
【００３９】
一方、ステップＳ５において、遮断制御部２５が、φ≧δｒｅｆ＋Δδの原因が第２の電力系統１２にあると判定した場合（ステップＳ５でＮＯ）は、ステップＳ７に進み、ステップＳ７で遮断制御部２５がトリップ指令を出力して遮断器ＣＢ２のみを遮断する。遮断器ＣＢ２が遮断されると、第１の電力系統１１と第２の電力系統１２との電気的な接続が遮断され、図２に示される過電圧位相差防止動作は完了する。
【００４０】
以上のように、本実施形態の電力系統システムの保護装置１０によれば、第１の電力系統１１と第２の電力系統１２との電圧位相差φが許容電圧位相差（δ＋Δδ）以上となった場合、過電圧位相差防止回路１５が作動し、遮断器ＣＢ１もしくは遮断器ＣＢ２の少なくとも一方を素早く開路し、回転型位相調整機１４の運転を停止させる。従って、第１の電力系統１１および第２の電力系統１２間の異位相接続といった重大な不適合を事前に防止して、第１の電力系統１１、第２の電力系統１２、および回転型位相調整機１４を保護することが可能となる。
【００４１】
［第２の実施形態］
図３に本発明に係る電力系統システムの保護装置の第２の実施形態を示した電力系統システムの保護装置１０Ａを示す。なお、図３において、図１と同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４２】
図３に示される本実施形態に係る電力系統システムの保護装置１０Ａは、第１の実施形態における過電圧位相差防止回路１５の代わりに過電力融通防止回路２７が設けられている点で異なっている。
【００４３】
過電力融通防止装置２７は、回転型位相調整機１４と第１の電力系統１１との間に設けられた計器用変圧器ＰＴ１および計器用変流器ＣＴ１と、計器用変圧器ＰＴ１によって検出された第１の電力系統１１の電圧と計器用変流器ＣＴ１にて検出された電流とから第１の電力系統１１と第２の電力系統１２との間を通過する融通電力Ｐを測定する電力測定手段３０と、第１の電力系統１１と回転型位相調整機１４との電気的な接続を遮断する遮断器ＣＢ１と、第２の電力系統１２と回転型位相調整機１４との電気的な接続を遮断する遮断器ＣＢ２と、電力測定手段３０で測定した融通電力Ｐと回転型位相調整機１４のトルク制御装置１７から取得した融通電力指令値Ｐｒｅｆとが入力され、状況に応じて遮断器ＣＢ１および遮断器ＣＢ２にトリップ指令を出力する遮断制御部２５Ａとを備える。なお、図３において計器用変圧器ＰＴ１および計器用変流器ＣＴ１は回転型位相調整機１４と第１の電力系統１１との間に設けられる構成としたが、計器用変圧器ＰＴ１，計器用変流器ＣＴ１ともに位相調整機１４と第２の電力系統１２との間に設けられる構成としてもよい。
【００４４】
図３に示した電力系統システムの保護装置１０Ａの作用を以下に示す。
【００４５】
通常運転時は、回転型位相調整機１４が備えるトルク制御装置１７によって第１の電力系統１１の電圧位相角φ１と第２の電力系統１２の電圧位相角φ２との電圧位相差φをδに調整することによって両電力系統１１，１２間で融通電力Ｐを融通している。
【００４６】
このようにしてトルク制御装置１７が電圧位相差φをδに制御して融通電力Ｐを融通している際に、第１の電力系統１１の周波数が何らかの理由により上昇してきた場合、トルク制御装置１７は回転型位相調整機１４が備える誘導機１６の回転子の回転速度を上げて同期を取るように同期制御を行う。しかしながらこのとき、制御装置１７が行う同期制御のスピードが、第１の電力系統１１の周波数上昇のスピードに追いつかない場合は、電圧位相差φは大きくなり続け、第１の電力系統１１と第２の電力系統１２とが異なる位相で電気的に接続される異位相接続の危険にさらされる。
【００４７】
過電力融通防止回路２７に備えられた遮断制御部２５Ａは、電力測定手段３０にて得られた融通電力Ｐと、回転型位相調整機１４のトルク制御装置１７における融通電力指令値Ｐｒｅｆとの比較を行う。そして、遮断制御部２５Ａは、融通電力Ｐの値が融通電力指令値Ｐｒｅｆに対して、予め定められた許容変動値ΔＰ以上大きくなった場合、すなわち、Ｐ≧Ｐｒｅｆ＋ΔＰとなった場合に遮断器ＣＢ１，ＣＢ２に対してトリップ指令を出力する。これにより遮断器ＣＢ１，ＣＢ２が開路され、第１の電力系統１１と第２の電力系統１２の異位相接続を防止し、回転型位相調整機１４を停止するように働く。なお、ここで、許容変動値ΔＰの値は、トルク制御装置１７の性能、第１および第２の電力系統１１，１２の許容電力動揺等を考慮して定められている。
【００４８】
図４に過電力融通防止回路２７が実行する保護動作、すなわち、過電力融通防止回路２７が備える遮断制御部２５Ａで行われる遮断制御動作による過電力融通防止動作のステップを説明するフローチャートを示す。
【００４９】
図４に示したように、制御遮断部２５Ａで行われる過電力融通防止動作は、まず、ステップＳ２１で、電力測定手段３０にて、計器用変圧器ＰＴ１および計器用変流器ＣＴ１で計測された電圧と電流に基づいて第１の電力系統１１と第２の電力系統１２との間を流れる融通電力Ｐを求める。次に、ステップＳ２２で、ステップＳ２１で求めた融通電力Ｐとトルク制御装置１７から出力される融通電力指令値Ｐｒｅｆとを比較して、比較した結果が許容融通電力（Ｐｒｅｆ＋ΔＰ）以上、すなわち、Ｐ≧Ｐｒｅｆ＋ΔＰとなった場合（ステップＳ２２でＹＥＳ）は、ステップＳ２３へ進む。すると、ステップＳ２３において、遮断制御部２５Ａはトリップ指令を出力して、遮断器ＣＢ１および遮断器ＣＢ２を開路する。これによって第１の電力系統１１と回転型位相調整機１４および第２の電力系統１２と回転型位相調整機１４との電気的な接続が遮断されて図４に示される過電力融通防止動作は完了する。
【００５０】
一方、ステップＳ２１で求めた融通電力Ｐとトルク制御装置１７から出力される融通電力指令値Ｐｒｅｆとを比較した結果が許容融通電力（Ｐｒｅｆ＋ΔＰ）未満、すなわちＰ＜Ｐｒｅｆ＋ΔＰ（ステップＳ２２でＮＯ）の場合は、ステップＳ２１に戻り、ステップＳ２１以降の動作を行う。
【００５１】
以上のように、本実施形態の電力系統システムの保護装置１０Ａによれば、第１の電力系統１１と第２の電力系統１２の間における融通電力Ｐが許容融通電力（Ｐ＋ΔＰ）以上となった場合、過電力融通防止回路２７が作動し、遮断器ＣＢ１および遮断器ＣＢ２を素早く開路し、回転型位相調整機１４の運転を停止させる。従って、第１の電力系統１１および第２の電力系統１２間の異位相接続といった重大な不適合を事前に防止して、第１の電力系統１１、第２の電力系統１２、および回転型位相調整機１４を保護することが可能となる。
【００５２】
［第３の実施形態］
図５に本発明に係る電力系統システムの保護装置の第３の実施形態を示した電力系統システムの保護装置１０Ｂを示す。なお、図５において、図３と同一の構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５３】
本実施形態に係る電力系統システムの保護装置１０Ｂは、第２の実施形態を示す電力系統システムの保護装置１０Ａにおいて、過電力融通防止回路２７の代わりに過電力融通防止回路２７Ｂが設けられている。過電力融通防止回路２７Ｂは、回転型位相調整機１４と第１の電力系統１１の間の通過電力Ｐ１と、回転型位相調整機１４と第２の電力系統１２の間の通過電力Ｐ２との比較を行うことによって、第１の電力系統１１、第２の電力系統１２、および回転型位相調整機１４の保護を行う点で過電力融通防止回路２７と異なっている。
【００５４】
過電力融通防止装置２７Ｂは、回転型位相調整機１４と第１の電力系統１１との間に設けられた計器用変圧器ＰＴ１および計器用変流器ＣＴ１と、計器用変圧器ＰＴ１によって検出された第１の電力系統１１の電圧と計器用変流器ＣＴ１にて検出された電流から回転型位相調整機１４と第１の電力系統１１の間における通過電力Ｐ１を測定する電力測定手段３０と、回転型位相調整機１４と第１の電力系統１２との間に設けられた計器用変圧器ＰＴ２および計器用変流器ＣＴ２と、計器用変圧器ＰＴ２によって検出された第１の電力系統１２の電圧と計器用変流器ＣＴ２にて検出された電流から回転型位相調整機１４と第２の電力系統１２の間における通過電力Ｐ２を測定する電力測定手段３３と、第１の電力系統１１と回転型位相調整機１４との電気的な接続を遮断する遮断器ＣＢ１と、第２の電力系統１２と回転型位相調整機１４との電気的な接続を遮断する遮断器ＣＢ２と、電力測定手段３０，３３で測定した融通電力Ｐが入力され、状況に応じて遮断器ＣＢ１および遮断器ＣＢ２にトリップ指令を出力する遮断制御部２５Ｂを備える。
【００５５】
図５に示した電力系統システムの保護装置１０Ｂの作用を以下に示す。
【００５６】
通常運転時は、回転型位相調整機１４が備えるトルク制御装置１７によって第１の電力系統１１の電圧位相角φ１と第２の電力系統１２の電圧位相角φ２との電圧位相差φをδに調整することによって両電力系統１１，１２間で融通電力Ｐを融通している。この場合、回転型位相調整機１４と第１の電力系統１１との間における通過電力Ｐ１と回転型位相調整機１４と第２の電力系統１２との間における通過電力Ｐ２とはほぼ等しいか、もしくは回転型位相調整機１４における損失分を考慮したある一定の幅に決まる。
【００５７】
このようにしてトルク制御装置１７が電圧位相差φをδに制御して融通電力Ｐを融通している際に、第１の電力系統１１の周波数が何らかの理由により上昇してきた場合、トルク制御装置１７は回転型位相調整機１４が備える誘導機１６の回転子の回転速度を上げて同期を取るように同期制御を行う。しかしながらこのとき、制御装置１７が行う同期制御のスピードが、第１の電力系統１１の周波数上昇のスピードに追いつかない場合は、電圧位相差φは大きくなり続け、第１の電力系統１１と第２の電力系統１２とが異なる位相で電気的に接続される異位相接続の危険にさらされる。
【００５８】
過電力融通防止回路２７Ｂに備えられた遮断制御部２５Ｂは、電力測定手段３０にて得られた回転型位相調整機１４と第１の電力系統１１の間における通過電力Ｐ１と、電力測定手段３３にて得られた回転型位相調整機１４と第２の電力系統１２の間における通過電力Ｐ２との比較を行う。そして、遮断制御部２５Ｂは、通過電力Ｐ１の値と通過電力Ｐ２の差の絶対値が予め定められた許容変動値ΔＰ以上大きくなった場合、すなわち、｜Ｐ１−Ｐ２｜≧ΔＰとなった場合に遮断器ＣＢ１，ＣＢ２に対してトリップ指令を出力する。これにより遮断器ＣＢ１，ＣＢ２が開路され、第１の電力系統１１と第２の電力系統１２の異位相接続を防止し、回転型位相調整機１４を停止するように働く。なお、ここで、許容変動値ΔＰの値は、トルク制御装置１７の性能、第１および第２の電力系統１１，１２の許容電力動揺等を考慮して定められている。
【００５９】
図６に過電力融通防止回路２７Ｂが実行する保護動作、すなわち、過電力融通防止回路２７Ｂが備える遮断制御部２５Ｂで行われる遮断制御動作による過電力融通防止動作のステップを説明するフローチャートを示す。
【００６０】
図６に示したように、制御遮断部２５Ｂで行われる過電力融通防止動作は、まず、ステップＳ３１で、電力測定手段３０にて、計器用変圧器ＰＴ１および計器用変流器ＣＴ１で計測された電圧と電流に基づいて回転型位相調整機１４と第１の電力系統１１との間を流れる通過電力Ｐ１を求めるとともに、電力測定手段３３にて、計器用変圧器ＰＴ２および計器用変流器ＣＴ２で計測された電圧と電流に基づいて回転型位相調整機１４と第２の電力系統１２との間を流れる通過電力Ｐ２を求める。次に、ステップＳ３２で、ステップＳ２１で求めた回転型位相調整機１４と第１の電力系統１１との間を流れる通過電力Ｐ１と回転型位相調整機１４と第２の電力系統１２との間を流れる通過電力Ｐ２との差の絶対値を算出して、算出した結果が許容変動値ΔＰ以上、すなわち、｜Ｐ１−Ｐ２｜≧ΔＰとなった場合（ステップＳ３２でＹＥＳ）は、ステップＳ３３へ進む。すると、ステップＳ３３において、遮断制御部２５Ｂはトリップ指令を出力して、遮断器ＣＢ１および遮断器ＣＢ２を開路する。これによって第１の電力系統１１と回転型位相調整機１４および第２の電力系統１２と回転型位相調整機１４との電気的な接続が遮断されて図４に示される過電力融通防止動作は完了する。
【００６１】
一方、ステップＳ３１で求めた回転型位相調整機１４と第１の電力系統１１との間を流れる通過電力Ｐ１と回転型位相調整機１４と第２の電力系統１２との間を流れる通過電力Ｐ２との差の絶対値が許容変動値ΔＰ未満、すなわち｜Ｐ１−Ｐ２｜＜ΔＰ（ステップＳ３２でＮＯ）の場合は、ステップＳ３１に戻り、ステップＳ３１以降の動作を行う。
【００６２】
以上のように、本実施形態の電力系統システムの保護装置１０Ｂによれば、回転型位相調整機１４と第１の電力系統１１との間における通過電力Ｐ１と、回転型位相調整機１４と第２の電力系統１２との間における通過電力Ｐ２との差の絶対値が許容変動量ΔＰ以上となった場合、過電力融通防止回路２７Ｂが作動し、遮断器ＣＢ１および遮断器ＣＢ２を素早く開路して回転型位相調整機１４の運転を停止させる。従って、第１の電力系統１１および第２の電力系統１２間の異位相接続といった重大な不適合を事前に防止して、第１の電力系統１１、第２の電力系統１２、および回転型位相調整機１４を保護することが可能となる。
【００６３】
特に、本実施形態の場合、回転型位相調整機１４が備えるトルク制御装置１７から電圧位相差指令値や電力融通指令値を得る必要がなく、両電力系統１１，１２と回転型位相調整機１４との間に計器用変流器ＣＴ１，ＣＴ２、および計器用変圧器ＰＴ１，ＰＴ２を設けるとともに、設けられた計器用変流器ＣＴ１および計器用変圧器ＰＴ１を用いて回転型位相調整機１４と第１の電力系統１１との間を流れる通過電力Ｐ１を測定する電力測定手段３０と、設けられた計器用変流器ＣＴ２および計器用変圧器ＰＴ２を用いて回転型位相調整機１４と第２の電力系統１２との間を流れる通過電力Ｐ２を測定する電力測定手段３３を設ければよく、簡単な構成により十分な保護動作を行わせることが可能となる。
【００６４】
一方、本発明に係る電力系統システムの保護装置は、第１〜第３の実施形態で説明した電力系統システムの保護装置１０，１０Ａ，１０Ｂに限定されない。電力系統システムの保護装置１０，１０Ａ，１０Ｂを任意に組み合わせて構成した形態も包含する。この場合、各遮断制御部２５，２５Ａ，２５Ｂを共通とすることで、全体の構成を簡素化することも可能である。また、各制御遮断部２５，２５Ａ，２５Ｂにおける遮断器ＣＢ１、ＣＢ２の開路制御を、各実施形態で述べた条件のＡＮＤ条件とすれば、電力系統システムの保護装置の誤作動を少なくすることが可能であり、これとは逆に、各実施形態で述べた条件のＯＲ条件とすれば、各電力系統１１、１２、および回転型位相調整機１４をより安全に運用することが可能となる。そして、このように上述の各実施形態を組み合わせた場合の遮断制御部２５における遮断器ＣＢ１、ＣＢ２の開路の制御条件については、各電力系統１１，１２の安定度や、回転型位相調整機１４の信頼性によって適宜選択することができる。
【００６５】
なお、上述の各実施形態において、本発明の電力系統システムの保護装置１０は電気特性の異なる２つの電力系統を電気的に相互接続する場合に適用したものであるが、電気特性の異なる２つの電力送電線を電気的に相互接続する場合に電力系統システムの保護装置１０を適用しても全く同様の作用効果を得ることができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上、詳述したように本発明によれば、回転型位相調整機およびこの回転型位相調整機と電気的に相互接続される２つの電力系統もしくは２つの電力送電線にて不具合が生じた場合、不具合の状況に応じて回転型位相調整機および各電力系統、もしくは各電力送電線の保護動作を適切に行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電力系統システムの保護装置を備える電力系統システムの構成概念図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る電力系統システムの保護装置の保護動作を示すフローチャート。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る電力系統システムの保護装置を備える電力系統システムの構成概念図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る電力系統システムの保護装置の保護動作を示すフローチャート。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る電力系統システムの保護装置を備えた電力系統システムの構成概念図。
【図６】本発明の第３の実施形態に係る電力系統システムの保護装置の保護動作を示すフローチャート。
【図７】回転型位相調整機を用いて２つの電力系統を電気的に相互接続する従来の電力系統システムの構成概念図。
【符号の説明】
１０，１０Ａ，１０Ｂ　電力系統保護装置
１１　第１の電力系統
１２　第２の電力系統
１４　回転型位相調整機
１５　過電圧位相差防止回路
１６　誘導機
１７　トルク制御装置
ＰＴ１，ＰＴ２　計器用変圧器
ＣＢ１，ＣＢ２　遮断器
２５，２５Ａ，２５Ｂ　遮断制御部
２７，２７Ｂ　過電力融通防止回路
ＣＴ１，ＣＴ２　計器用変流器
３０，３３　電力測定手段
【図１】
2004015987.tif 000006
【図２】
2004015987.tif 000007
【図３】
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【図４】
2004015987.tif 000009
【図５】
2004015987.tif 000010
【図６】
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【図７】
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