(57)【要約】【課題】同期発電機を仮設した際の、従来の同期検定器や自動同期投入装置における信号用ケーブルの敷設の困難性や、活線状態における計器用変圧器の取外しの危険性を解消し、発電機側あるいは配電線側の計器用変圧器を不要とし、同期投入条件において、電力ケーブルの充電電流に基づく位相差の検出精度を向上する。【解決手段】電力系統と同期発電機とを系統並列する際の同期投入条件である電圧差、周波数差、及び位相差の内、位相差の検出において、同期発電機側の対地充電電流の基本波成分に基づいて同期発電機側の位相を検出する。同期発電機側の対地充電電流を用いることによって、従来必要としていた同期発電機側の計器用変圧器を不要とし、電力ケーブルの充電電流に基づく位相差の検出精度を向上させる。【選択図】図１
2017229197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
系統並列する電力系統と同期発電機の同期状態を検定する同期検定器において、
同期発電機側の対地充電電流の基本波成分に基づいて、同期発電機と接続する配電線の配線電圧の位相に対応した配線位相信号を検出する位相検出手段と、
前記配線位相信号と前記系統側の系統電圧の系統位相信号とに基づいて、系統電圧の位相と配線電圧の位相との位相差を検出する位相差検出手段と、
前記位相差に基づいて同期点を演算する同期点演算手段とを備える同期検出器。
【請求項２】
前記位相検出手段、位相差検出手段、及び同期点演算手段を、コンピュータの演算処理で実行する演算回路を備える、請求項１に記載の同期検定器。
【請求項３】
前記位相検出手段は、対地充電電流の基本波成分を抽出する基本波抽出手段を備え、
前記基本波抽出手段は、
対地充電電流のサンプリング値の離散フーリエ変換、又は対地充電電流のローパスフィルタ処理によって、対地充電電流が有する周波数成分から系統電圧の周波数域の周波数成分を抽出する、請求項２に記載の同期検定器。
【請求項４】
前記位相検出手段は、対地充電電流の基本波成分を抽出する基本波抽出手段を備え、
前記基本波抽出手段は、対地充電電流のフーリエ級数展開によって、対地充電電流が有する周波数成分から系統電圧の周波数域の周波数成分を抽出する、請求項１に記載の同期検定器。
【請求項５】
前記対地充電電流は前記配電線の接地用導線に流れる電流である、請求項１から４の何れか一つに記載の同期検定器。
【請求項６】
同期発電機を電力系統に系統並列する自動同期投入装置において、
請求項１から５の何れか一つに記載の同期検定器と、
前記同期点演算手段が演算する同期点に基づいて、同期発電機を電力系統に系統並列させる同期投入指令信号を出力する同期投入回路とを備える、自動同期投入装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、同期発電機を系統連系運転する際に、遮断器の投入操作に使用する同期検定器、及び自動同期投入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
同期発電機を電力系統に系統連系させる場合、同期発電機と系統との間において、同期投入時の突入電流を小さくするために、必要許容電圧差、許容周波数差、及び位相差が小さいことが求められる。
【０００３】
同期発電機を電力系統に接続する場合、発電機と系統の双方に計器用変圧器またはコンデンサ型分圧器を設け、各出力を同期検定器あるいは自動同期投入装置等の同期装置に入力して、発電機と系統間の同期状態の判定や、発電機を系統に接続する同期投入が行われている。同期投入は、発電機と系統の間において、電圧差、周波数差、及び位相差が許容範囲となった状態で並列用開閉器を閉にすることによって行なっている。
【０００４】
図６は発電機を仮設した場合の自動同期投入装置の一構成を説明するためのブロック図である。
系統側の母線１０２と配電線１０３との間は開閉器１０５Ａを介して接続され、発電機１０７と配電線１０３との間は開閉器１０５Ｂを介して接続されている。母線１０２には計器用変圧器１０６Ａが既設され、配電線１０３には計器用変圧器１０６Ｂが仮設接続される。発電機１０７は、遮断器１０４Ｂ及び開閉器１０５Ｂを介して配電線１０３と接続される。
【０００５】
自動同期投入装置１０１は、母線１０２側と発電機側である配電線１０３側の間において、電圧差、周波数差、及び位相差を判定してこれらの差分が許容範囲となった状態を判定し、母線１０２と開閉器１０５Ａとの間に設けた遮断器１０４Ａを閉じて母線１０２を配電線１０３に接続することによって同期投入を行う。なお、開閉器は通常の負荷電流を開閉する仕様を備え、遮断器は開閉器の機能に加えて短絡電流のような大電流に対しても安全に開閉する仕様を備える。
【０００６】
自動同期投入装置１０１は、計器用変圧器１０６Ａの二次側を接続することによって、母線１０２側の電圧、周波数、及び位相の情報を取得する。
一方、自動同期投入装置１０１は、発電機１０７から配電線側に設置されている計器用変圧器１０６Ｃの二次側を接続することによって、あるいは仮設の計器用変圧器１０６Ｂの二次側を接続することによって、発電機１０７側あるいは配電線１０３側の電圧、周波数、及び位相の情報を入力する。図６において、計器用変圧器１０６Ｃの接続は信号用ケーブルＡで行い、仮設の計器用変圧器１０６Ｂの接続は信号用ケーブルＢで行う。母線側との比較は信号用ケーブルＡ又は信号用ケーブルＢの何れかの接続を用いることができる。
【０００７】
自動同期投入装置１０１は、同期検定器１１１及び同期投入回路１１２を備える。同期検定器１１１には、計器用変圧器１０６Ａの二次側、及び仮設の計器用変圧器１０６Ｂ又は計器用変圧器１０６Ｃの二次側が接続される。同期検定器１１１は、母線側と、発電機側あるいは配電線側との間において電圧差、周波数差、及び位相差を検出し、これらの差分が許容範囲であるかに基づいて同期投入条件を判定する。同期投入回路１１２は、同期検定器１１１の判定結果に基づいて遮断器１０４Ａを開閉する（例えば、特許文献１）。
【０００８】
図６において、変電所等の事故や作業の際に仮設した発電機１０７によって配電線１０３に送電している場合、復旧時に、仮設発電機による供給を止め、母線からの供給を再開する際、配電線への給電を停止することなく実施するには、遮断器１０４Ａを閉じて配電線１０３を系統に同期投入した後、仮設した発電機１０７を配電線１０３から切離す。
【０００９】
配電線の線路間の位相比較を行う相判別において、配電システム等において、受電線（ケーブル、架線）、変圧器、母線連絡ケーブルの交換後に相判別を行う際に、負荷の切り替えに伴う作業の労力や時間の低減や、高電圧回路への検相器の直接接続による危険性の低下を目的として、相判別の比較の対象となる線路の位相を電力ケーブルの充電電流に基づいて検出し、その位相を基準側線路の位相と比較することによって相判別を行うことが提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特公平５−８４１３０号
【特許文献２】特公平６−４０１１５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図６において、発電機の配電線側に設置されている計器用変圧器１０６Ｃの二次側信号用ケーブルＡを用いて仮設の発電機１０７の電力状態を同期検定器１１１へ入力する場合には、発電機の設置場所や環境によっては信号用ケーブルＡの敷設が難しい場合がある。
【００１２】
図６において、仮設の計器用変圧器１０６Ｂの二次側信号用ケーブルＢを用いて配電線の電力状態を同期検定器１１１へ入力する構成では、仮設の計器用変圧器１０６Ｂを遮断器１０４Ａの配電線側に設置する必要があるため、遮断器１０４Ａを閉じて投入を行って復旧した後、仮設した計器用変圧器１０６Ｂの取外しを活線状態で行なうことになり危険を伴う。
【００１３】
上記した信号用ケーブルの敷設の困難性や、活線状態における計器用変圧器の取外しの危険性の問題は、発電機側あるいは配電線側の電力状態の検出を計器用変圧器を用いて行うことに起因している。
【００１４】
そのため、従来の同期検定器や自動同期投入装置は、信号用ケーブルの敷設の困難性や、活線状態における計器用変圧器の取外しの危険性において課題があり、この課題の解決が求められている。
【００１５】
従来の同期検定器や自動同期投入装置において、特許文献２の相判別を行う相判別の技術を適用させ、計器用変圧器による電圧に代えて電力ケーブルの充電電流を用いることによって、同期検定や自動同期投入を行うには、検出できる位相差の精度が不十分であるという問題がある。特許文献２に示される相判別は、比較側線路と基準側線路と間において単に位相関係を判別するに止まり位相差を求める技術ではない。
【００１６】
同期発電機を系統連系運転する際において、遮断器の投入時における同期検定や自動同期投入では、同期投入条件として発電機側と系統側との位相差が許容範囲内にあることが求められるのに対して、相判別は、比較側線路と基準側線路間における相関係の判定が主たる目的であるため、位相差については高い精度は求められていない。
【００１７】
そのため、同期発電機を系統連系運転する際の同期検定や自動同期投入において、従来の同期検定器や自動同期投入装置に、特許文献２のケーブルの充電電流に基づく相判別の技術を単に適用しただけでは、求められる精度の同期投入条件を得ることはできない。
【００１８】
同期検定を行うためには、測定信号の波形歪み等による影響を最小化する必要がある。特に、電力ケーブルの充電電流は高調波成分により大きく歪むという特性がある。充電電流の波形の正の部分を矩形波にする位相比較方式では、高調波成分による歪みが大きい場合には矩形波形のゼロ点が移動してしまい、同期点の特定が難しくなり、同期発電機が同期から外れた状態で投入の要因にもなり得る。
【００１９】
そこで、本願発明は前記した従来の問題点を解決し、従来の同期検定器や自動同期投入装置における信号用ケーブルの敷設の困難性や、活線状態における計器用変圧器の取外しの危険性を解消し、発電機側あるいは配電線側の計器用変圧器を不要とすることを目的とする。
【００２０】
また、同期投入条件において、電力ケーブルの充電電流に基づく位相差の検出において精度の向上を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本願発明の同期検定器及び自動同期投入装置は、電力系統と同期発電機とを系統並列する際の同期投入条件である電圧差、周波数差、及び位相差の内、位相差の検出において、同期発電機側の対地充電電流の基本波成分に基づいて同期発電機側の位相を検出するものであり、同期発電機側の対地充電電流を用いることによって、従来必要としていた同期発電機側の計器用変圧器を不要とする。これによって、信号用ケーブルの敷設の困難性や、活線状態における計器用変圧器の取外しの危険性を解消する。また、対地充電電流の基本波成分に基づくことによって、充電電流に含まれる高周波成分による誤差を排除して、位相差の検出精度を向上させることができる。
【００２２】
（同期検定器）
本願発明の同期検出器は、系統並列する電力系統と同期発電機の同期状態を検定する同期検定器において、
（ａ）同期発電機側の対地充電電流の基本波成分に基づいて、同期発電機と接続する配
電線の配線電圧の位相に対応した配線位相信号を検出する位相検出手段
（ｂ）配線位相信号と系統側の系統電圧の系統位相信号とに基づいて、系統電圧の位相
と配線電圧の位相との位相差を検出する位相差検出手段
（ｃ）位相差に基づいて同期点を演算する同期点演算手段とを備える。
【００２３】
位相検出手段、位相差検出手段、及び同期点演算手段は、コンピュータの演算処理によるソフトウエア処理で実現する他、ハードウエアによる回路構成で実現することができ、ソフトウエア処理で実現する際には、ＣＰＵ、及び信号処理をＣＰＵに行わせるプログラムを備えたメモリ等を含む演算回路で構成することができる。また、ハードウエアによる回路構成は、ＤＳＰ等による専用回路を構成してもよい。
【００２４】
位相検出手段は、同期発電機と接続する配電線の配線電圧の位相に対応した配線位相信号の検出において、入力信号として同期発電機側の対地充電電流の基本波成分を用いる。基本波成分に基づくことによって、対地充電電流に含まれる高周波成分によるノイズ信号を排除することができる。
【００２５】
位相検出手段は、対地充電電流の基本波成分を抽出する基本波抽出手段を備える。基本波抽出手段は、対地充電電流が有する周波数成分から系統電圧の周波数域の周波数成分の抽出を、デジタル信号処理及びアナログ信号処理の各態様によって行うことができる。対地充電電流の基本波成分は、系統電圧の周波数域の周波数成分であって、系統並列する電力系統の基本波と同じ周波数成分とすることができる。
【００２６】
本願発明では対地充電電流の信号から抽出した基本波成分で位相比較を行なうことにより、高調波を含んだ電流波形でもあっても位相誤差を数度以内で検出することが可能となる。
【００２７】
・デジタル信号処理による態様：
デジタル信号処理による基本波抽出手段は、対地充電電流をサンプリングして得られる離散的なサンプリング値について、離散フーリエ変換、あるいはデジタルフィルタによるローパスフィルタ処理によって対地充電電流の基本波成分を抽出する。
【００２８】
・アナログ信号処理による態様：
アナログ信号処理による基本波抽出手段は、対地充電電流をアナログフィルタによるローパスフィルタ処理することによって対地充電電流の基本波成分を抽出する。
【００２９】
対地充電電流は配電線の接地用導線に流れる電流を用いることができ、より詳細には、配電線に設けた配電線引出用電力ケーブルに接続した金属シース用接地用導線に流れる電流を用いる。金属シース用接地用導線に流れる対地充電電流は、金属シース用接地用導線に電流測定用変流器を設けることで検出することができる。
【００３０】
（自動同期投入装置）
本願発明の自動同期投入装置は、同期発電機を電力系統に系統並列する自動同期投入装置において、本願発明の同期検定器と、本願発明の同期検定器が備える同期点演算手段が演算する同期点に基づいて、同期発電機を電力系統に系統並列させる同期投入指令信号を出力する同期投入回路とを備える。
【発明の効果】
【００３１】
以上説明したように、本願発明の同期検定器及び自動同期投入装置は、従来の同期検定器や自動同期投入装置における信号用ケーブルの敷設の困難性や、活線状態における計器用変圧器の取外しの危険性を解消し、発電機側あるいは配電線側の計器用変圧器を不要とすることができる。
【００３２】
また、本願発明の同期検定器及び自動同期投入装置は、同期投入条件において、電力ケーブルの充電電流に基づく位相差の検出において精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本願発明の同期検定器及び自動同期投入装置の概略構成を説明するためのブロック図である。
【図２】本願発明の同期検定器及び自動同期投入装置の構成例を説明するためのブロック図である。
【図３】本願発明の演算処理部の機能を説明するためのブロック図である。
【図４】本願発明の同期検定器及び自動同期投入装置の信号例を説明するための図である。
【図５】本願発明の同期検定器及び自動同期投入装置の他の構成例を説明するためのブロック図である。
【図６】従来の発電機仮設時に於ける自動同期投入装置の一構成を説明するためのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本願発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。以下、図１を用いて本願発明の同期検定器及び自動同期投入装置の概略構成を説明し、図２を用いて本願発明の同期検定器及び自動同期投入装置の構成例を説明し、図３を用いて本願発明の演算処理部の機能を説明し、図４を用いて本願発明の同期検定器及び自動同期投入装置の信号例を説明し、図５を用いて本願発明の同期検定器及び自動同期投入装置の他の構成例を説明する。
【００３５】
［同期検定器及び自動同期投入装置の概略構成］
図１は本願発明の同期検定器及び自動同期投入装置の一構成を説明するためのブロック図である。
【００３６】
系統側の母線２と配電線３との間は遮断器４Ａと開閉器５Ａを介して接続され、同期発電機５０と配電線３との間は遮断器４Ｂと開閉器５Ｂを介して接続されている。母線２には電圧取得手段９が既設され、配電線３には、Ｒ相、Ｓ相、及びＴ相の各相について配電線引出用電力ケーブル６Ａ，６Ｂ，６Ｃが設けられ、配電線引出用電力ケーブル６Ａ，６Ｂ，６Ｃには各相について配電線引出用電力ケーブルの金属シース接地用導線７Ａ，７Ｂ，７Ｃが接続される。各金属シース接地用導線７Ａ，７Ｂ，７Ｃには対地充電電流測定用変流器８Ａ，８Ｂ，８Ｃが設けられ、各対地充電電流測定用変流器８Ａ，８Ｂ，８Ｃは各金属シース接地用導線７Ａ，７Ｂ，７Ｃに流れる対地充電電流を測定する。
【００３７】
各相の対地充電電流の周波数及び位相は、配電線３の各相の電圧の周波数と位相に対応している。本願発明の同期検定器は、この対地充電電流と配電線電圧との間において、周波数及び位相は対応関係にあることを利用して、配電線電圧を測定することに代えて対地充電電流を測定することによって、配電線の周波数及び位相を検出する。同期発電機５０は、遮断器４Ｂ及び開閉器５Ｂを介して配電線３と接続される。
【００３８】
自動同期投入装置２０は、図６で示した構成と同様に、母線側と同期発電機側である配電線３側の間において、電圧差、周波数差、及び位相差を判定してこれらの差分が許容範囲となった状態を判定し、母線２と開閉器５Ａとの間に設けた遮断器４Ａを閉じて母線２を配電線３に接続することによって同期投入を行う。なお、開閉器は通常の負荷電流を開閉する仕様を備え、遮断器は開閉器の機能に加えて短絡電流のような大電流に対しても安全に開閉する仕様を備える。
【００３９】
自動同期投入装置２０は、電圧取得手段９の計器用変圧器の二次側を接続することによって、母線２側の電圧、周波数、及び位相の情報を取得する。一方、自動同期投入装置２０は、配電線３の対地充電電流を入力することによって、同期発電機５０側あるいは配電線３側の周波数、及び位相の情報を入力する。電圧取得手段９は計器用変圧器またはあるいはコンデンサ型分圧器を用いて母線電圧を測定する他、電圧計によって各相間の線間電圧を測定してもよい。
【００４０】
自動同期投入装置２０は、同期検定器１及び同期投入回路２１を備える。同期検定器１には電圧取得手段９の計器用変圧器の二次電圧と、対地充電電流測定用変流器８Ａ，８Ｂ，８Ｃの二次側が接続される。また、同期発電機５０側あるいは配電線３側の電圧情報が入力される。同期発電機５０からの電圧情報は、図示しない通信手段によって送信することができる。同期検定器１は、母線側と、同期発電機側あるいは配電線側との間において電圧差、周波数差、及び位相差を検出し、これらの差分が許容範囲であるかに基づいて同期投入条件を判定する。同期投入回路２１は、同期検定器１の判定結果に基づいて遮断器４Ａを閉とする。
【００４１】
同期検定器１は、同期発電機５０側の電力ケーブルの対地充電電流の基本波成分に基づいて、同期発電機５０と接続する配電線３の配線電圧の位相に対応した配線位相信号を検出する位相検出手段１Ａと、配線位相信号と系統側の系統電圧の系統位相信号とに基づいて、系統電圧の位相と配線電圧の位相との位相差を検出する位相差検出手段１Ｂと、位相差検出手段１Ｂで検出した位相差に基づいて同期点を演算する同期点演算手段１Ｃとを備える。
【００４２】
対地充電電流の基本波成分の抽出は基本波抽出手段１Ｅによって行うことができる。基本波抽出手段１Ｅは、同期検定器１内に設ける構成とする他、同期検定器１の外側に設ける構成としてもよい。
【００４３】
同期検定手段１Ｄは、同期点演算手段１Ｃで演算した同期点情報によって系統側と同期発電機側との間の位相差と共に、同期発電機５０側あるいは配電線３側の周波数と系統側の系統周波数との周波数差、同期発電機５０の電圧と系統側の系統電圧との電圧差に基づいて同期投入条件を判定する。
【００４４】
同期検定器１は、同期検定手段１Ｄが同期投入条件を判定すると、同期検定信号を同期投入回路２１に出力する。同期投入回路２１は同期検定信号を受けると、同期投入指令を継電器１０に出力する。継電器１０は同期投入指令を入力すると、遮断器４Ａを閉とする。
【００４５】
［同期検定器及び自動同期投入装置の構成例］
同期検定器及び自動同期投入装置の構成例、及び同期検定器が行う演算処理について図２及び図３を用いて説明する。
【００４６】
図２に示す同期検定器及び自動同期投入装置の構成例は、図１で示した概略構成図において、同期検定器１及び同期発電機の構成例、及び自動同期投入装置２０の周辺回路の構成例について示している。
【００４７】
図２において、同期検定器１は、系統電圧の情報を計器用変圧器９ａ又は非接地変圧器９ｂの電圧取得手段９で取得した母線の対地電圧Ｖrn又は線間電圧Ｖlを入力し、配電線３の接地用導線７Ａ〜７Ｃに設けた変流器８Ａ〜８Ｃで取得した対地充電電流を入力し、同期発電機５０から電圧信号Ｖgを入力する。
【００４８】
電圧取得手段９において、計器用変圧器９ａとして接地型計器用変圧器あるいはコンデンサ型分圧器を用いて母線の対地電圧を測定する他、非接地変圧器９ｂによって各相間の線間電圧を測定してもよい。
【００４９】
（同期検定器の構成）
同期検定器１は、入力信号の振幅を合わせるためのレベル変換回路１１Ａ〜１１Ｄを備える。
【００５０】
レベル変換回路１１Ａは、電圧取得手段９から取得して母線２の電圧情報を入力信号として入力し、信号レベルを所定レベルに変換する。計器用変圧器９ａとして接地型計器用変圧器(EVT)またはコンデンサ型分圧器(PD)を用いる場合には、一次・二次側を星形結線として中性点を接地し、各相と中性点間の電圧（相電圧）が測定され、非接地変圧器９ｂとして非接地型計器変圧器(VT)を用いることによって線間電圧Ｖlが測定される。
【００５１】
電圧取得手段９によって取得される電圧は、相電圧と線間電圧では信号レベルに√３倍の違いがあり、位相も（π／6）異なる。レベル変換回路１１Ａは、後段のマルチプレクサでの信号処理を扱い易くするため電圧取得手段９で取得した信号レベルを変換する。
【００５２】
レベル変換回路１１Ｂ，１１Ｃ，及び１１Ｄは、変流器８Ａ〜８Ｃで取得した接地用導線７Ａ〜７Ｃの対地充電電流を入力信号として入力し、信号レベルを所定レベルに変換する。対地充電電流は、母線側と同期発電機側との間における周波数差及び位相差の同期条件の判定に用いる他、母線側と同期発電機側の各相における位相ずれに基づく電力ケーブルの健全性の判定に用いる。レベル変換回路１１Ｂ，１１Ｃ，及び１１Ｄは、各対地充電電流の信号レベルを合わせることによって、上記した同期条件及び健全性の判定の精度を向上させることができる。
【００５３】
図２では、レベル変換回路１１ＢによってＲ相の対地充電電流Ｉrの信号レベルを変換して、周波数差及び位相差の同期条件の判定に用い、レベル変換回路１１Ｃ，１１ＤによってＳ相及びＴ相の対地充電電流Ｉs、Ｉtの信号レベルを変換して、健全性の判定に用いる例を示しているが、同期条件及び健全性の判定に用いる対地充電電流の組み合わせはこの組み合わせに限られるものではない。
【００５４】
同期検定器１は、レベル変換回路１１Ａ〜１１Ｄからの入力信号を演算処理部１３で逐次デジタル信号処理ためにマルチプレクサ１２を備える。マルチプレクサ１２は、レベル変換回路１１Ａ〜１１Ｄから入力される入力信号を演算処理部１３に順次入力する。演算処理部１３に入力する順序は任意に設定することができる。
【００５５】
（演算処理部の機能）
演算処理部１３は、母線側の電圧（Ｖrn，Ｖl）、同期発電機側の電圧信号Ｖgと対地充電電流Ｉr，Ｉs，Ｉtを入力し、母線側と同期発電機側との間の電圧差、周波数差、及び位相差に基づいて同期条件を判定する他、同期発電機の電圧、周波数を制御する制御信号をする。また、電力ケーブルに流れる対地充電電流に基づいて各相電流の健全性を判定する。同期発電機側の電圧信号Ｖgは通信手段により入力することができる。
【００５６】
演算処理部１３は、マルチプレクサ１２の出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１３ａ、演算処理を行うＣＰＵ１３ｂ、ＣＰＵ１３ｂに所定処理を実行させるためのプログラムが格納されたＲＯＭ１３ｃ、演算処理の結果を一次記憶するＲＡＭ１３ｄをバス１３ｅに接続することで構成される。
【００５７】
図３は演算処理部１３による演算処理の概要を説明するためのブロック図である。同期検定手段１３Ｌは、系統並列する電力系統と同期発電機の同期状態について、電圧差、周波数差、及び位相差の同期条件を検定し、同期点を検出して同期点信号を出力する。同期条件の検定は、基本波抽出手段１３Ｄvによって母線電圧Ｖから抽出した基本波を用いて行う。
【００５８】
電圧差の同期条件は、電圧検出手段１３Ａで検出した母線電圧Ｖと、同期発電機の電圧信号Ｖgとを電圧比較手段１３Ｈで比較し、電圧差が予め定められた許容値内であるいか否かによって検定する。
【００５９】
周波数差の同期条件は、周波数検出手段１３Ｂで検出した母線側電圧の周波数と、周波数検出手段１３Ｅで検出した対地充電電流Ｉrの基本波の周波数とを周波数比較手段１３Ｉで比較し、周波数差が予め定められた許容値内であるいか否かによって検定する。対地充電電流Ｉrの基本波は、基本波抽出手段１３Ｄrによって対地充電電流Ｉrから抽出することができる。
【００６０】
基本波抽出手段１３Ｄrは、対地充電電流のサンプリング値を離散フーリエ変換する演算処理によって基本波を抽出する。周波数検出手段１３Ｅは、基本波抽出手段１３Ｄrで抽出した基本波に基づいて同期発電機側の周波数を検出する。なお、図３では、同期検定に用いる対地充電電流としてＲ相の対地充電電流Ｉrを用いる例を示しているが、Ｓ相あるいはＴ相の対地充電電流Ｉs、Ｉtを用いて基本波を抽出してもよい。
【００６１】
位相差の同期条件は、位相検出手段１３Ｃで検出した母線側電圧の位相と、位相検出手段１３Ｆ及び移相手段１３Ｇで検出した対地充電電流Ｉrの基本波から得られた同期発電機側の位相である配電線側の位相とを位相差比較手段１３Ｊで比較し、位相差が予め定められた許容値内であるいか否かによって検定する。移相手段１３Ｇは対地充電電流Ｉrから得た位相を（π／２）だけ遅らせる処理を行う。これは、対地充電電流Ｉrの位相は電力ケーブルの対地静電容量による電流であるため、配電線３のＲ相の電圧より（π／２）進みとなるので、対地充電電流Ｉrから得た位相を（π／２）だけ遅らせることによって配電線側の位相である配電線側のＲ相電圧の位相と同相とするためである。
【００６２】
同期検定手段１３Ｌは、電圧比較手段１３Ｈから電圧差を入力し、周波数比較手段１３Ｉから周波数差を入力し、位相差比較手段１３Ｊから位相差を入力して、同期条件を判定する。同期条件が判定された場合には、同期点信号を同期投入回路２１に出力する。同期投入回路２１は同期投入指令信号を継電器１０に送って作動させて遮断器４Ａを閉じ、同期発電機が接続されている配電線を母線に同期投入する。
【００６３】
（自動同期投入装置）
自動同期投入装置２０は、同期検定器１と、同期検定器１の同期点信号を受けて同期投入指令信号を継電器１０に出力する同期投入回路２１とを備える。継電器１０は、同期投入指令信号を受けて作動し遮断器４Ａを閉じ、同期発電機が接続されている配電線を母線に同期投入する。
【００６４】
（健全性判定）
配電線側の電力ケーブルの健全性を判定するために、対地充電電流Ｉr，Ｉs，Ｉtの各相間の位相が所定関係にあるかを検出する。健全性の目安は、例えば母線電圧を相電圧として入力した場合、Ｒ相の電圧と（π/２）遅れ側に移相後のＲ相の対地充電電流Ｉrの位相差が±Δθの範囲にあり、母線電圧のＲ相の電圧と移相後のＳ相の対地充電電流Ｉsの位相差が（２π／３）±Δθの範囲にあり、母線電圧のＲ相の電圧と移相後のＴ相の対地充電電流Ｉtの位相差が（４π／３）±Δθの範囲にあり、かつ、各相の対地充電電流Ｉr，Ｉs，Ｉtの差分が所定範囲（例えば、１０％）内とすることができる。母線電圧を線間電圧で入力した場合、位相差を（π／６）加算して計算すれば良い。
【００６５】
健全性の確認のために、対地充電電流Ｉsについては基本波抽出手段１３Ｄs、位相検出手段１３Ｆs、移相手段１３Ｇsを備え、対地充電電流Ｉtについては基本波抽出手段１３Ｄt、位相検出手段１３Ｆt、移相手段１３Ｇtを備える。
【００６６】
さらに、健全性判定手段１３Ｋによって、各相について移相後に対地充電電流Ｉr，Ｉs，及びＩtの位相と、位相検出手段１３Ｃで得られる系統位相信号の位相とを比較して位相差を求め、位相差が所定の許容範囲内であるか否かを判定する。
【００６７】
（同期発電機の制御）
演算処理部１３は、上記した同期検定に係る信号処理の他に、同期発電機の電圧を制御する電圧制御信号を出力する電圧制御手段１３Ｍ、同期発電機の周波数を制御する周波数制御信号を出力する周波数制御手段１３Ｎを備え、同期発電機の電圧、周波数を制御する。同期発電機との間の信号の受渡しは無線通信で行うことができる。
【００６８】
また、表示制御手段１３Ｏを設けることができ、電圧比較手段１３Ｈ、周波数比較手段１３Ｉ、及び位相差比較手段１３Ｊの各出力に基づいて表示信号を出力し、電圧状態、周波数状態、及び位相状態を、表示信号出力回路３１を介して表示手段３２に表示させる。
【００６９】
（同期発電機の構成）
図２において、同期発電機５０は開閉器５Ｂを介して配電線３に接続される。なお、同期発電機５０は遮断器４Ｂを内蔵させる構成としてもよい。
【００７０】
同期発電機５０は、発電電圧を制御する自動電圧調整器５０ａ、周波数を制御するガバナ５０ｂを備え、同期検定器１から送られた電圧制御信号、周波数制御信号を送受信回路５０ｃを介して入力し、電圧、周波数の制御を行う。また、送受信回路５０ｃは同期発電機５０の電圧信号Ｖgを送受信回路４１を介して同期検定器１に送る。
【００７１】
（信号例）
図４は本発明の同期検定器の信号例であり、6.6ＫＶの母線の対地電圧Ｖrn、Ｒ相の対地充電電流Ｉr、Ｓ相の対地充電電流Ｉs、Ｔ相の対地充電電流Ｉtを示している。Ｒ相の対地充電電流Ｉrは母線の対地電圧Ｖrnに対してπ／２だけ位相が進んでおり、対地充電電流Ｉrをπ／２だけ位相を遅らせることによって母線の対地電圧Ｖrnの位相を得ることができる。またＲ相、Ｓ相、及びＴ相の対地充電電流Ｉr，Ｉs，Ｉtはそれぞれ２π／３だけ位相がずれている。
【００７２】
［同期検定器及び自動同期投入装置の他の構成例］
図５は同期検定器及び自動同期投入装置の他の構成例を説明するためのブロック図であり、対地充電電流から基本波を抽出する構成において、図３に示す演算処理部１３内の基本波抽出手段１３Ｄr，１３Ｄs，１３Ｄtに変えて、基本波抽出回路１４によって行う点で相違している。その他の構成については図２に示した構成と同様とすることができる。
【００７３】
基本波抽出回路１４は、対地充電電流  Ｉr，Ｉs，Ｉtをアナログ信号処理して基本波を抽出する。基本波抽出回路１４の一構成例はローパスフィルタ回路であり、ローパスフィルタ処理によって基本波の周波数帯域の周波数成分を取りだして、対地充電電流が有する周波数成分から系統電圧の周波数域の周波数成分を抽出する。
【００７４】
なお、本願発明は前記各実施の形態に限定されるものではない。本願発明の趣旨に基づいて種々変形することが可能であり、これらを本願発明の範囲から排除するものではない。
【００７５】
本願発明の同期検定器、自動同期投入装置は、仮設発電機又は配電線の電圧、周波数情報を得るための計器用変圧器等を必要としないので、仮設発電機付属の計器用変圧器の２次信号ケーブル敷設、又は配電線への計器用変圧器の仮設に関わる問題点を回避できるため、発電機設置場所の制約が少なくなり、仮設から本設に切換える場合に、不要な停電を回避出来る等の利点を有するので、利用範囲は広がる。
【符号の説明】
【００７６】
１  同期検定器
１Ａ  位相検出手段
１Ｂ  位相差検出手段
１Ｃ  同期点演算手段
１Ｄ  同期検定手段
１Ｅ  基本波抽出手段
２  母線
３  配電線
４Ａ，４Ｂ  遮断器
５Ａ，５Ｂ  開閉器
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ  配電線引出用電力ケーブル
７Ａ，７Ｂ，７Ｃ  金属シース接地用導線
８Ａ，８Ｂ，８Ｃ  対地充電電流測定用変流器
９  電圧取得手段
９ａ  計器用変圧器
９ｂ  非接地変圧器
１０  継電器
１１Ａ-１１Ｄ  レベル変換回路
１２  マルチプレクサ
１３  演算処理部
１３Ａ  電圧検出手段
１３Ｂ  周波数検出手段
１３Ｃ  位相検出手段
１３Ｄv，１３Ｄr，１３Ｄs，１３Ｄt  基本波抽出手段
１３Ｅ  周波数検出手段
１３Ｆ，１３Ｆs，１３Ｆt  位相検出手段
１３Ｇ，１３Ｇs，１３Ｇt  移相手段
１３Ｈ  電圧比較手段
１３Ｉ  周波数比較手段
１３Ｊ  位相差比較手段
１３Ｋ  健全性判定手段
１３Ｌ  同期検定手段
１３Ｍ  電圧制御手段
１３Ｎ  周波数制御手段
１３Ｏ  表示制御手段
１３ａ  Ａ／Ｄ変換器
１３ｂ  ＣＰＵ
１３ｃ  ＲＯＭ
１３ｄ  ＲＡＭ
１３ｅ  バス
１４  基本波抽出回路
２０  自動同期投入装置
２１  同期投入回路
３１  表示信号出力回路
３２  表示手段
４１  送受信回路
５０  同期発電機
５０ａ  自動電圧調整器
５０ｂ  ガバナ
５０ｃ  送受信回路
１０１  自動同期投入装置
１０２  母線
１０３  配電線
１０４Ａ，１０４Ｂ  遮断器
１０５Ａ，１０５Ｂ  閉器
１０６Ａ，１０６Ｂ  計器用変圧器
１０７  発電機
１１１  同期検定器
１１２  同期投入回路
Ａ  信号用ケーブル
Ｂ  信号用ケーブル
Ｉr，Ｉs，Ｉt  対地充電電流
Ｖ  母線電圧
Ｖg  電圧信号
Ｖl  線間電圧
Ｖrn  対地電圧
【図１】
2017229197.tif 000003
【図２】
2017229197.tif 000004
【図３】
2017229197.tif 000005
【図４】
2017229197.tif 000006
【図５】
2017229197.tif 000007
【図６】
2017229197.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成29年2月21日(2017.2.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
系統並列する電力系統と同期発電機の同期状態を検定する同期検定器において、
前記同期発電機と接続する配電線は、各相の配線引出用電力ケーブル、及び配線引出用電力ケーブルに接続された金属シース接地用導線を備え、
前記金属シース接地用導線を流れる対地充電電流の基本波成分に基づいて、同期発電機と接続する配電線の配線電圧の位相に対応した配線位相信号を検出する位相検出手段と、
前記配線位相信号と前記系統側の系統電圧の系統位相信号とに基づいて、系統電圧の位相と配線電圧の位相との位相差を検出する位相差検出手段と、
前記位相差に基づいて同期点を演算する同期点演算手段とを備える同期検定器。