(57)【要約】【課題】不必要に発電機安定化装置を投入する回数を減少させる系統擾乱時の運転継続制御装置を提供する。【解決手段】本実施形態の系統擾乱時の運転継続制御装置は、外部送電系統１と発電所所内設備３との連系点３ａの電圧を計測する連系点電圧計測装置１１と、外部送電系統１と発電所所内設備３との間を電気的に遮断可能な遮断装置６，１０と、発電所３に設置された発電機７の機械入力と電気出力とのバランスをとる発電機安定化装置１５と、外部送電系統１にて発生した擾乱を、連系点電圧計測装置１１によって計測される連系点３ａの電圧測定値とあらかじめ設定された設定電圧との比較により検出し、電圧測定値又は擾乱の継続時間が一定条件を満たした場合に遮断装置６，１０を開放又は発電機安定化装置１５を投入する制御を行う運転継続制御部１３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統と発電所との連系点の電圧を計測する連系点電圧計測装置と、
前記電力系統と前記発電所との間を電気的に遮断可能な遮断装置と、
前記発電所に設置された発電機の機械入力と電気出力とのバランスをとる発電機安定化装置と、
前記電力系統にて発生した擾乱を、前記連系点電圧計測装置によって計測される前記連系点の電圧測定値とあらかじめ設定された設定電圧との比較により検出し、前記電圧測定値又は前記擾乱の継続時間が一定条件を満たした場合に前記遮断装置を開放又は前記発電機安定化装置を投入する制御を行う運転継続制御部と、
を備えることを特徴とする系統擾乱時の運転継続制御装置。
【請求項２】
前記運転継続制御部の一定条件は、前記電力系統の送電事業者が定める電力系統事故に対する運転継続要求に従って定められていることを特徴とする請求項１に記載の系統擾乱時の運転継続制御装置。
【請求項３】
前記運転継続制御部は、前記連系点の電圧測定値と事前に解析によって算出された事前設定電圧と比較し、前記発電機安定化装置の即時投入又は遅延投入が必要かを判定することを特徴とする請求項１に記載の系統擾乱時の運転継続制御装置。
【請求項４】
前記運転継続制御部は、前記発電所から前記電力系統に前記擾乱直前に送出されていた有効電力値及び前記発電機から送出されていた無効電力値を前記一定条件としていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の系統擾乱時の運転継続制御装置。
【請求項５】
電力系統と発電所との連系点の電圧を計測する連系点電圧計測装置と、前記電力系統と前記発電所との間を電気的に遮断可能な遮断装置と、前記発電所に設置された発電機の機械入力と電気出力とのバランスをとる発電機安定化装置と、を備えて系統擾乱時の運転継続制御を行う運転継続制御方法であって、
運転継続制御部が前記電力系統にて発生した擾乱を、前記連系点電圧計測装置によって計測される前記連系点の電圧測定値とあらかじめ設定された設定電圧との比較により検出する擾乱検出ステップと、
前記運転継続制御部が前記電圧測定値又は前記擾乱の継続時間が一定条件を満たすかを判定する判定ステップと、
前記電圧測定値又は前記擾乱の継続時間が一定条件を満たした場合に前記運転継続制御部が前記遮断装置を開放又は前記発電機安定化装置を投入する制御を行う制御ステップと、
を有することを特徴とする系統擾乱時の運転継続制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電力系統の擾乱時において発電機の運転継続制御装置及びその運転継続制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光発電や風力発電のように慣性の小さい電源が電力系統に増設されることにより、電力系統の過渡安定度が低下している。これを背景に、慣性の大きい大容量汽力発電所では、１線３相地絡等の事故時であっても、電力系統から解列させずに、電力系統に対して無効電力を供給するか、あるいは事故解消後に有効電力の出力を速やかに復帰させる等を求めることが、電力系統に接続する要件となってきている。
【０００３】
これに対応するため、発電事業者は、発電機の脱調対策又は出力回復対策のため、系統擾乱時の運転継続制御装置によって制御される発電機安定化装置を導入してきた。この発電機安定化装置とは、制動抵抗器の投入・開放制御又は高速弁の開閉制御のように、発電機の機械入力と電気出力とのバランスを制御する装置のことである。
【０００４】
一般に、系統擾乱時の運転継続制御装置は、機械入力と電気出力とのアンバランス、又は発電機シャフトの回転速度のように発電機の状態によって発電機安定化装置の制御を行い、脱調の回避を企図する場合が多い。
【０００５】
このような系統擾乱時の運転継続制御装置としては、例えば制動抵抗器の制御方式がある。この制御方式は、回転機の回転数を検出し、この検出した回転数とあらかじめ設定した回転数とを比較し、この比較した結果を２値情報として出力し、この２値情報に基づいて発電機安定化装置（制動抵抗器）の投入・開放制御を行う方式である。
【０００６】
また、他の運転継続制御装置には、送電線の地絡保護リレーの信号を検出し、この検出信号により発電機安定化装置（制動抵抗器）の投入・開放制御を行う制動抵抗器の制御方式がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５８-１３９６４７号公報
【特許文献２】特開昭６０-１３１０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述した従来の系統擾乱時の運転継続制御装置は、電力系統の状況にかかわらず脱調回避等を行うため、送電事業者による規則・規程上解列しても構わない状況においても発電機安定化装置を動作させてしまう。ここで、発電機安定化装置は、その多くが使用する度に機器寿命を大幅に縮めるため、不要な動作を回避する必要がある。
【０００９】
本実施形態が解決しようとする課題は、不必要に発電機安定化装置を投入する回数を減少させることのできる系統擾乱時の運転継続制御装置及びその運転継続制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本実施形態に係る系統擾乱時の運転継続制御装置は、電力系統と発電所との連系点の電圧を計測する連系点電圧計測装置と、前記電力系統と前記発電所との間を電気的に遮断可能な遮断装置と、前記発電所に設置された発電機の機械入力と電気出力とのバランスをとる発電機安定化装置と、前記電力系統にて発生した擾乱を、前記連系点電圧計測装置によって計測される前記連系点の電圧測定値とあらかじめ設定された設定電圧との比較により検出し、前記電圧測定値又は前記擾乱の継続時間が一定条件を満たした場合に前記遮断装置を開放又は前記発電機安定化装置を投入する制御を行う運転継続制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本実施形態の系統擾乱時の運転継続制御方法は、電力系統と発電所との連系点の電圧を計測する連系点電圧計測装置と、前記電力系統と前記発電所との間を電気的に遮断可能な遮断装置と、前記発電所に設置された発電機の機械入力と電気出力とのバランスをとる発電機安定化装置と、を備えて系統擾乱時の運転継続制御を行う運転継続制御方法であって、運転継続制御部が前記電力系統にて発生した擾乱を、前記連系点電圧計測装置によって計測される前記連系点の電圧測定値とあらかじめ設定された設定電圧との比較により検出する擾乱検出ステップと、前記運転継続制御部が前記電圧測定値又は前記擾乱の継続時間が一定条件を満たすかを判定する判定ステップと、前記電圧測定値又は前記擾乱の継続時間が一定条件を満たした場合に前記運転継続制御部が前記遮断装置を開放又は前記発電機安定化装置を投入する制御を行う制御ステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本実施形態によれば、必要な場合のみ発電機安定化装置を動作させることで、発電機安定化装置の寿命を延ばすことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態の系統擾乱時の運転継続制御装置の構成を示す単線結線図である。
【図２】第１実施形態の発電機回路遮断器及び所内受電遮断器の制御ロジックを示すフローチャートである。
【図３】第１実施形態において規定の電圧と時間との関係を示す波形図である。
【図４】第１実施形態において規定の電圧と事故継続時間との関係を示す波形図である。
【図５】第１実施形態の発電機安定化装置の制御ロジックを示すフローチャートである。
【図６】第２実施形態の系統擾乱時の運転継続制御装置の構成を示す単線結線図である。
【図７】第２実施形態の発電機安定化装置の制御ロジックを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本実施形態に係る系統擾乱時の運転継続制御装置及びその運転継続制御方法について、図面を参照して説明する。
【００１５】
（第１実施形態）
（構  成）
図１は第１実施形態の系統擾乱時の運転継続制御装置の構成を示す単線結線図である。
【００１６】
図１に示すように、電力系統である外部送電系統１と発電所所内設備（発電所）３の主変圧器４の一次側は、外部送電線２を通して連系点３ａにおいて接続されている。発電所所内設備３は、主変圧器４、主発電機７及び所内変圧器８を備える。主変圧器４の二次側と主発電機７との間は、主回路相分離母線５により接続されている。
【００１７】
この主回路相分離母線５には、発電機回路遮断器６が設けられている。主回路相分離母線５は分岐されて主変圧器４の二次側が所内変圧器８の一次側に接続されている。所内変圧器８の二次側は、所内相非分離母線９を用いて所内受電遮断器１０と接続されている。
【００１８】
本実施形態の系統擾乱時の運転継続制御装置は、発電機回路遮断器６、所内受電遮断器１０、連系点電圧計測装置１１、運転継続制御部１３、及び発電機安定化装置１５を備える。
【００１９】
連系点電圧計測装置１１は、外部送電線２の連系点３ａに接続されている。連系点電圧計測装置１１は、連系点３ａにおける電圧を計測する。連系点電圧計測装置１１により計測された連系点電圧信号１２は、運転継続制御部１３に出力される。
【００２０】
この運転継続制御部１３は、連系点電圧計測装置１１によって計測された連系点電圧信号１２を用いて、後述する一定条件に応じて系統擾乱時に発電機回路遮断器制御信号１４、発電機安定化装置制御信号１６、又は所内受電遮断器制御信号１７を出力し、それぞれ発電機回路遮断器６、発電機安定化装置１５、又は所内受電遮断器１０の投入・開放制御を行う。
【００２１】
運転継続制御部１３は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置、入出力装置等の資源を備えたマイクロコンピュータで構成されている。
【００２２】
（作  用）
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００２３】
図２は第１実施形態の発電機回路遮断器及び所内受電遮断器の制御ロジックを示すフローチャートである。図３は第１実施形態において規定の電圧と時間との関係を示す波形図である。図４は第１実施形態において規定の電圧と事故継続時間との関係を示す波形図である。なお、図２に示す各処理は、運転継続制御部１３の起動後に繰り返し実行される。
【００２４】
図２に示すように、まず運転継続制御部１３は、連系点電圧信号１２があらかじめ設定された連系点電圧設定値より小さいかを判定する（ステップＳ１０１）。
【００２５】
次いで、上記一定条件として送電規則等が連系点電圧と事故発生からの時刻歴とで運転継続要求を記載している場合であって、連系点電圧設定値を下回った（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）場合にステップＳ１０２に進む。
【００２６】
このステップＳ１０２では、運転継続制御部１３は、設計裕度等を加味してあらかじめ作成しておいた例えば図３に示す発電所解列用の規定の電圧と時間との関係を示す曲線Ｃ１を用いて、系統電圧が曲線Ｃ１より低いかを判定する。ここで、上記送電規則とは、グリッドコードとも呼ばれ、送電事業者によって規定され、送電事業者が発電事業者に対して要求する規則のことである。
【００２７】
ある時刻において発電所解列用の規定の電圧と時間との関係を示す曲線Ｃ１を下回った場合（ステップＳ１０２；Ｙｅｓ）には、運転継続制御部１３は、発電機回路遮断器制御信号１４を出力するとともに、所内受電遮断器制御信号１７を出力する（ステップＳ１０５）。これにより、発電機回路遮断器６を開放させるとともに、所内受電遮断器１０を開放することで、発電所所内設備３を外部送電系統１から解列させる。
【００２８】
一方、上記一定条件として送電規則等が連系点電圧と事故継続時間で運転継続要求を記載している場合であって、連系点電圧設定値を下回った（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）場合にステップＳ１０３に進む。このステップＳ１０３では、運転継続制御部１３は、連系点電圧信号１２を用いて事故中平均電圧計算を実行する。
【００２９】
そして、設計裕度等を加味してあらかじめ作成しておいた例えば図４に示す発電所解列用の規定の電圧と事故継続時間との関係を示す曲線Ｃ２を用いて、事故時間が規定の電圧と事故継続時間との関係を示す波形より長いかを判定する（ステップＳ１０４）。
【００３０】
ある時刻において発電所解列用の規定の電圧と事故継続時間との関係を示す曲線Ｃ２を下回った場合（ステップＳ１０４；ＹＥＳ）には、発電機回路遮断器制御信号１４を出力するとともに、所内受電遮断器制御信号１７を出力する（ステップＳ１０５）。これにより、発電機回路遮断器６を開放させるとともに、所内受電遮断器１０を開放することで、発電所所内設備３を外部送電系統１から解列させる。
【００３１】
なお、ステップＳ１０１で連系点電圧設定値を下回っていない場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、ステップＳ１０２で、ある時刻において発電所解列用電圧と時刻との関係を示す曲線Ｃ１を下回っていない場合（ステップＳ１０２；Ｎｏ）、及びある時刻において発電所解列用電圧と事故継続時間との関係を示す曲線Ｃ２を下回っていない場合（ステップＳ１０４；Ｎｏ）には、処理を終了する。
【００３２】
図５は第１実施形態の発電機安定化装置の制御ロジックを示すフローチャートである。なお、図５に示すフローチャートの処理において、図２に示すフローチャートの処理と同様な処理は、同一のステップ番号を用いて説明する。また、図５に示す各処理は、図２に示すフローチャートの処理と同様に運転継続制御部１３の起動後に繰り返し実行される。
【００３３】
図５に示すフローチャートは、発電機安定化装置１５を即時投入する制御と、待機時間を空けてから投入する制御とに分けられる。発電機安定化装置１５を即時投入する制御は、連系点電圧計測装置１１により常時計測している連系点電圧信号１２を用いて、運転継続制御部１３は、その電圧を事前設定電圧と比較し、即時投入が必要かを判定する（ステップＳ２０１）。ここで、上記事前設定電圧とは、事前に解析によって算出された設定電圧値のことである。
【００３４】
即時投入が必要な場合（ステップＳ２０１；Ｙｅｓ）には、運転継続制御部１３は、発電機安定化装置１５に発電機安定化装置制御信号１６を出力し、発電機安定化装置１５を投入する。なお、ステップＳ２０１で即時投入が不要な場合（ステップＳ２０１；Ｎｏ）には、処理を終了する。
【００３５】
一方、待機時間を空けてから投入する制御は、連系点電圧信号１２により連系点電圧信号があらかじめ設定された連系点電圧設定値より小さいかを判定する（ステップＳ１０１）。
【００３６】
連系点電圧設定値を下回った（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）後、設定値を下回った時点から計測して系統の故障除去時間等を参考にあらかじめ定めた一定時間後にその時点までの連系点電圧信号１２を用いて電圧を事前設定電圧と比較し、遅延投入が必要かを判定する（ステップＳ２０２）。
【００３７】
遅延投入が必要な場合（ステップＳ２０２；Ｙｅｓ）には、運転継続制御部１３は、発電機安定化装置１５に発電機安定化装置制御信号１６を出力し、発電機安定化装置１５を投入する。
【００３８】
なお、ステップＳ１０１で連系点電圧設定値を下回っていない場合（ステップＳ１０１；Ｎｏ）、ステップＳ２０２で遅延投入が不要な場合（ステップＳ２０２；Ｎｏ）には、処理を終了する。
【００３９】
したがって、本実施形態では、外部送電系統１内で電気事故が発生すると、その影響は外部送電線２を通して電気的に接続している連系点３ａの電圧を変動させ、発電所所内設備３に影響を与える。
【００４０】
連系点３ａの電圧が低下すると、発電所所内設備３から外部送電線２を通って外部送電系統１に送出される電気出力が低下し、主発電機７の負荷が急減し、主発電機７への機械入力とアンバランスとなるため、主発電機７は加速する。
【００４１】
また、連系点３ａの電圧が低下すると、連系点電圧計測装置１１によって計測された連系点電圧信号１２が低下する。運転継続制御部１３は、図２に示すようにこの連系点電圧信号１２があらかじめ設定された設定値より小さいかを判定する。連系点電圧信号１２が設定値を下回った場合には、図３に示す電圧が規定の電圧と時間との関係を示す波形Ｃ１より低いかを判定する。
【００４２】
また、連系点電圧信号１２が設定値を下回った場合には、運転継続制御部１３は、事故中平均電圧計算を実行し、図４に示す事故時間が規定の電圧と事故継続時間との関係を示す波形Ｃ２より長いかを判定する。
【００４３】
そして、あらかじめ送電規則等に設計裕度等を加味して作成していた電圧と時間との関係を示す波形Ｃ１、又は電圧と事故継続時間との関係を示す波形Ｃ２を下回る場合、運転継続制御部１３は、発電機回路遮断器制御信号１４を出力するとともに、所内受電遮断器制御信号１７を出力する。これにより、発電所所内設備３を外部送電系統１から解列させ、電気事故の影響を除去する。
【００４４】
また、図５に示すように連系点３ａの電圧が一定以上低下すると、電圧を事前設定電圧と比較し、即時投入が必要かを判定する。また、電圧を事前設定電圧と比較し、遅延投入が必要かを判定する。事前設定電圧と比較して即時投入又は遅延投入が必要であると判断されている電圧降下の場合は、発電機安定化装置制御信号１６を出力する。これにより、発電機安定化装置１５が投入されて主発電機７への機械入力と電気出力とがバランスし、主発電機７の加速が抑止される。
【００４５】
（効  果）
このように本実施形態によれば、送電線事故等により外部送電系統１に電圧低下が生じた場合、送電規則等に従った最低限の対応をすることができる。したがって、必要な場合のみ発電機安定化装置１５を動作させ、解列しても構わない場合は発電機回路遮断器６及び所内受電遮断器１０を動作させることができる。その結果、発電機安定化装置１５の高寿命化を図ることができる。
【００４６】
また、ほとんどの送電線事故は残留電圧が高く、送電系統に具備される保護リレーと遮断器によって故障点が切り離される事故継続時間の短い事故である。このような事故の際には発電機安定化装置１５の投入を見送ることが可能となる。
【００４７】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態の系統擾乱時の運転継続制御装置を、図６、図７を用いて説明する。なお、前記第１実施形態と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４８】
（構  成）
図６は第２実施形態の系統擾乱時の運転継続制御装置の構成を示す単線結線図である。
【００４９】
第２実施形態は、前記第１実施形態の連系点電圧計測装置１１を連系点電圧及び有効電力測定装置２０に、連系点電圧信号１２を連系点電圧信号及び有効電力信号２１に置き換えている。
【００５０】
具体的には、連系点電圧及び有効電力測定装置２０は、外部送電線２の連系点３ａに接続されている。連系点電圧及び有効電力測定装置２０は、連系点３ａにおける電圧及び有効電力を計測する。連系点電圧及び有効電力測定装置２０により計測された連系点電圧信号及び有効電力信号２１は、運転継続制御部１３に出力される。
【００５１】
第２実施形態は、発電機回路遮断器６と主発電機７との間に無効電力計測装置１８を設け、この無効電力計測装置１８から運転継続制御部１３へ無効電力信号１９を出力する回路を加えたものである。
【００５２】
具体的には、無効電力計測装置１８は、主発電機７が出力している無効電力を計測する。無効電力計測装置１８により計測された無効電力信号１９は、運転継続制御部１３に出力される。
【００５３】
（作  用）
図７は第２実施形態の発電機安定化装置の制御ロジックを示すフローチャートである。なお、図７に示すフローチャートの処理において、図２、図５に示すフローチャートの処理と同様な処理は、同一のステップ番号を用いて説明する。また、図７に示す各処理は、図２、図５に示すフローチャートの処理と同様に運転継続制御部１３の起動後に繰り返し実行される。
【００５４】
図７は、図５に示すフローチャートに有効電力及び無効電力の判定処理に加えたものである。図７に示すフローチャートは、図５に示すフローチャートと同様に発電機安定化装置１５を即時投入する制御と、待機時間を空けてから投入する制御とに分けられる。
【００５５】
発電機安定化装置１５を即時投入する制御は、有効電力、無効電力及び電圧を事前設定電圧と比較し、即時投入が必要かを判定する（ステップＳ３０１）。
【００５６】
連系点電圧設定値を下回った（ステップＳ１０１；Ｙｅｓ）後、発電機安定化装置１５を遅延投入する制御は、有効電力、無効電力及び電圧を事前設定電圧と比較し、遅延投入が必要かを判定する（ステップＳ３０２）。
【００５７】
したがって、本実施形態では、事故直前の外部送電系統１に送出している有効電力、発電機７が出力している無効電力によって発電機安定化装置１５の投入要否が異なる。
【００５８】
（効  果）
このように本実施形態によれば、事故直前の外部送電系統１に送出している有効電力値が小さい場合、又は発電機７が出力している無効電力の進みが小さい又は遅れである場合には、発電機安定化装置１５の投入が不要となるため、発電機安定化装置１５の投入不要領域が広がる。すなわち、有効電力及び無効電力を判定処理に加えることで、発電機安定化装置１５の投入回数をより減らすことができ、発電機安定化装置１５の高寿命化を図ることができる。
【００５９】
（その他の実施形態）
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６０】
１…外部送電系統（電力系統）、２…外部送電線、３…発電所所内設備（発電所）、３ａ…連系点、４…主変圧器、５…主回路相分離母線、６…発電機回路遮断器（遮断装置）、７…主発電機（発電機）、８…所内変圧器、９…所内相非分離母線、１０…所内受電遮断器（遮断装置）、１１…連系点電圧計測装置、１２…連系点電圧信号、１３…運転継続制御部、１４…発電機回路遮断器制御信号、１５…発電機安定化装置、１６…発電機安定化装置制御信号、１７…所内受電遮断器制御信号、１８…無効電力計測装置、１９…無効電力信号、２０…連系点電圧及び有効電力測定装置、２１…連系点電圧信号及び有効電力信号
【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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【図７】
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