(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に計器用変圧器、計器用変流器等を介して接続される発電機と、前記発電機の不足励磁制限ラインの設定及び励磁制御を行う自動電圧調整器と、を備え、
前記発電機の定格電圧よりも低い電圧において、有効電力が１パーユニットのときの第１の無効電力制限値を取得する第１ステップと、
前記発電機の定格電圧よりも高い電圧において、有効電力が１パーユニットのときの第２の無効電力制限値を取得する第２ステップと、
前記計器用変圧器で検出された電圧において、前記第１の無効電力制限値と第２の無効電力制限値を結んだ線分に基づいて有効電力が１パーユニットのときの第３の無効電力制限値を求める第３ステップと、
有効電力が０パーユニットのときの第４の無効電力制限値を取得する第４ステップと、
前記第３及び第４の無効電力制限値を結ぶことによって不足励磁制限ラインを設定する第５ステップと、
を有することを特徴とする発電機の不足励磁制限ラインの設定方法。
【請求項２】
前記第１ステップにおいて定格電圧よりも５〜１０％低い電圧で第１の無効電力制限値を取得し、前記第２ステップにおいて定格電圧よりも５〜１０％高い電圧で第２の無効電力制限値を取得することを特徴とする請求項１記載の発電機の不足励磁制限ラインの設定方法。
【請求項３】
前記定格電圧又はその近傍において、有効電力が１パーユニットのときの第５の無効電力制限値を取得することを特徴とするステップを有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の発電機の不足励磁制限ラインの設定方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の不足励磁制限ラインの設定方法により設定された不足励磁制限ラインを用いて、発電機の励磁制御を行う発電機の励磁制御方法であって、
検出された有効電力における不足励磁制限ラインに対応する無効電力制限値を求める第６ステップと、検出された無効電力と前記第６ステップで求められた無効電力制限値を比較する第７ステップと、当該無効電力が前記無効電力制限値に近接しているか又は超過したときに発電機に増磁信号を出力する第８ステップと、を有することを特徴とする発電機の励磁制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は系統連系運転中の進相領域における発電機の不足励磁制限ラインの設定方法及び励磁制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、バイオマス発電、廃棄物発電、水力発電等の再生可能エネルギー発電機が高圧電線路末端に接続され、電力系統との系統連系運転を行う機会が増えている。その際、高圧電線路は高インピーダンスになることが多く、逆潮流時（充電時）に系統電圧が上昇し、法定電圧を逸脱する可能性がある。
【０００３】
そのため、受変電設備に静止型無効電力補償装置（ＳＶＣ）や分路リアクトル等を設置し、発電機に進み無効電力を供給することで電圧上昇を抑制することが行われている。また、発電機を進相運転することで系統電圧の電圧上昇を抑制する手段も提案されている。
【０００４】
しかしながら、通常の発電機は遅れ運転を行うことを主目的としており、自由に進相運転を行うことが困難である。また、電圧変動等により、進相方向への移行幅が大きいと、最悪の場合、脱調してしまう可能性もある。
【０００５】
それを防止するために、発電機の励磁装置に設けられている不足励磁制限（以下、「ＵＥＬ」という。）機能という保護機能を用いて安定的に系統電圧の上昇を抑制する手段が知られている。
【０００６】
ここで、ＵＥＬとは、発電機が過大な進み無効電力を負担した場合に、発電機の電機子端部の鉄心が過熱すること、及び安定上の限界を逸脱することを防止するための保護機能のことで、進み無効電力が不足励磁制限ラインＷ（以下、「ＵＥＬ制限ライン」ともいう。）に抵触すると励磁装置に増磁信号を与え、進み無効電力を制限する機能である。
【０００７】
例えば、系統電圧の上昇を抑制するために発電機に進みの無効電力を供給する場合、図５に示すＰ−Ｑ曲線（Ｐ；有効電力、Ｑ；無効電力）の内側で発電機を運転する必要があるとともに、ＵＥＬ制限ラインＷに抵触しないように発電機の励磁装置を制御する必要がある。
【０００８】
ここで従来のＵＥＬ制限ラインＷの設定方法の例を、図６により説明する。
まず、有効電力Ｐが０ｐｕのときの無効電力制限値ａを取得し（Ｓ１０）、次に、有効電力Ｐが１ｐｕのときの無効電力制限値ｂを取得し（Ｓ１１）、ａとｂを結ぶことによりＵＥＬ制限ラインＷを設定する（Ｓ１２）。なお、単位ｐｕはパーユニットで０〜１の値である。 
【０００９】
次に、検出された有効電力がＰのときの無効電力制限値ＱUELを式（１）より求める（Ｓ１２）。     
ＱUEL ＝ （ｂ−ａ）×Ｐ＋ａ ・・・ 式（１） 
次に、Ｓ１２で求めたＱUELと検出された無効電力Ｑを比較し（Ｓ１３）、Ｑ＜ ＱUELであればＵＥＬ制限ラインＷに抵触するため、発電機の励磁装置に増磁信号を出力し励磁を強める（Ｓ１４）。
【００１０】
このように従来の励磁制御方法では、式（１）を用いて無効電力制限値ＱUELを求め、発電機の無効電力Ｑが無効電力制限値ＱUELを超えないよう、発電機の安定的な進相運転を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第５１５９１５４号公報
【特許文献２】特開２０１４−６０８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、発電機に進みの無効電力を供給する場合、発電機が安定した運転を継続するために、Ｐ−Ｑ曲線以外にも定態安定限界曲線Ｒを考慮しなければならない場合がある（図５参照）。それは、発電機を連系運転する電力系統のインピーダンスが高い場合であり、その場合、図５のＲ２で示すように、定態安定限界曲線Ｒが前述のＰ−Ｑ曲線よりも内側になることがある。
【００１３】
さらに、電圧が低くなると定態安定限界曲線Ｒは通常よりも更に内側を通り（図５のＲ１参照）、逆に電圧が高くなると定態安定限界曲線Ｒは通常よりも外側（図５のＲ３参照）を通ることが分かっている。
【００１４】
すなわち、従来のＵＥＬ制限ラインＷの設定方法では、電圧が低くなると定態安定限界曲線Ｒを超えてしまい脱調してしまう可能性があり、予めそれをも考慮して最も内側にＵＥＬ制限ラインＷを設定すると通常時や電圧が高いときに十分な進み無効電力の供給ができなくなるという課題がある。
【００１５】
本発明は上述した課題を解決するためになされたもので、発電機の安定的な進相運転を行うための不足励磁制限ラインの設定方法及び励磁制御方法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】
【００１６】
上記の課題を解決するために、本実施形態に係る発電機の不足励磁制限ラインの設定方法は、電力系統に計器用変圧器、計器用変流器等を介して接続される発電機と、前記発電機の不足励磁制限ラインの設定及び励磁制御を行う自動電圧調整器と、を備え、前記発電機の定格電圧よりも低い電圧において、有効電力が１パーユニットのときの第１の無効電力制限値を取得する第１ステップと、前記発電機の定格電圧よりも高い電圧において、有効電力が１パーユニットのときの第２の無効電力制限値を取得する第２ステップと、前記計器用変圧器で検出された電圧において、前記第１の無効電力制限値と第２の無効電力制限値を結んだ線分に基づいて有効電力が１パーユニットのときの第３の無効電力制限値を求める第３ステップと、有効電力が０パーユニットのときの第４の無効電力制限値を取得する第４ステップと、前記第３及び第４の無効電力制限値を結ぶことによって不足励磁制限ラインを設定する第５ステップと、を有することを特徴とする。
【００１７】
また、本実施形態に係る発電機の励磁制御方法は、上記の不足励磁制限ラインの設定方法により設定された不足励磁制限ラインを用いて、発電機の励磁制御を行う発電機の励磁制御方法であって、検出された有効電力における不足励磁制限ラインに対応する無効電力制限値を求める第６ステップと、検出された無効電力と前記第６ステップで求められた無効電力制限値を比較する第７ステップと、当該無効電力が前記無効電力制限値に近接しているか又は超過したときに発電機に増磁信号を出力する第８ステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本実施形態によれば、進み無効電力を供給する場合、検出電圧値に応じて不足励磁制限ラインを設定することにより、進み無効電力の供給量を変化させるとともに、検出電圧値が高くなった場合には、より多くの進み無効電力を供給することで、系統電圧の上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態に係る発電機の機器構成図。
【図２】第１の実施形態に係る発電機のＰ−Ｑ曲線図。
【図３】第１の実施形態に係るＵＥＬ制限ライン設定方法のフロー図。
【図４】（ａ）は第１の実施形態に係る無効電力制限値の求め方の説明図、（ｂ）は第２の実施形態に係る無効電力制限値の求め方の説明図。
【図５】従来の発電機のＰ−Ｑ曲線図。
【図６】従来のＵＥＬ制限ライン設定方法のフロー図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る発電機の不足励磁制限ライン（ＵＥＬ制限ライン）の設定方法及び励磁制御方法の実施形態を、図を参照して説明する。
【００２１】
［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る発電機の不足励磁制限ラインの設定方法及び励磁制御方法について、図１〜図４を参照して説明する。
【００２２】
（機器構成）
本実施形態に係る発電機の機器構成は、図１に示すように、例えば、バイオマス発電、廃棄物発電、水力発電等の再生可能エネルギーを生成する発電機（Ｇ）１と、発電機１と高圧電線路（母線）３とを結ぶ電路２と、電路２に設けられた遮断機４、変圧器５、計器用変流器６及び計器用変圧器７と、自動電圧調整器（ＡＶＲ部）８と、励磁機（Ｅｘ）９と、永久磁石発電機（ＰＭＧ）１０と、から構成される。
【００２３】
ＡＶＲ部８は、電流検出部８ａ、電圧検出部８ｂ、誤差演算部８ｃ、不足励磁制限（ＵＥＬ）制御部８ｄを備えている。
発電機１から出力される交流電力は、電路２を介して高圧電線路（母線）３に供給され、電力系統との系統連系運転が行われる。その際、ＡＶＲ部８は、ＵＥＬ制限ラインＷを設定し、電力系統の電圧が法定電圧を逸脱することがないように、進相運転等により発電機１の運転制御を行う。
【００２４】
（ＵＥＬ制限ラインの設定方法）
次に、ＡＶＲ部８で行われる不足励磁制限ラインＷの設定方法について、図２〜図４を用いて説明する。
【００２５】
本実施形態に係る不足励磁制限ラインＷの設定方法は、発電機１の電圧が定格電圧Ｖ0より低い場合（例えば−１０％）と高い場合（例えば＋１０％）において、有効電力Ｐが１ｐｕ（パーユニット）のときの無効電力制限値ｂ１、ｂ２を取得し、ｂ１とｂ２を結ぶ線分に基づいて、比例演算により発電機１の電圧がＶのときのＵＥＬ制限ラインＷを設定するものである。
【００２６】
具体的な不足励磁制限ラインＷの設定方法（ステップ１（Ｓ１）〜ステップ５（Ｓ５））を、図３を用いて説明する。
Ｓ１；発電機１の電圧が定格電圧Ｖ0よりも１０％低い０．９Ｖ0の場合におけるＰ＝１ｐｕのときの無効電力制限値（第１の無効電力制限値）ｂ１を取得する。
【００２７】
Ｓ２；発電機１の電圧が定格電圧Ｖ0よりも１０％高い１．１Ｖ0の場合におけるＰ＝１ｐｕのときの無効電力制限値（第２の無効電力制限値）ｂ２を取得する。
Ｓ３；次に、計器用変圧器７で検出された電圧がＶにおけるＰ＝１ｐｕのときの無効電力制限値ｂ’（第３の無効電力制限値）を式（２）により求める。
ｂ’＝（ｂ２―ｂ１）／（１．１Ｖ0−０．９Ｖ0）×（Ｖ−０．９Ｖ0）＋ｂ１
・・・  式（２）
【００２８】
図４（ａ）は、上述した式（２）により無効電力制限値ｂ’を求める手法の説明図である。図４（ａ）に示すように、発電機１の電圧が低電圧（０．９Ｖ0）のときと、高電圧（１．１Ｖ0）のときの無効電力制限値ｂ１、ｂ２を求め、ｂ１とｂ２を結ぶ線分の傾きに比例させて発電機１の電圧がＶのときの無効電力制限値ｂ’を求める。
【００２９】
Ｓ４；Ｐ＝０ｐｕのときの無効電力制限値（第４の無効電力制限値）ａを取得する。
Ｓ５；Ｐ＝１ｐｕのときの無効電力制限値ｂ’（第３の無効電力制限値）と無効電力制限値（第４の無効電力制限値）ａを結ぶことによって不足励磁制限ラインＷを設定する。
【００３０】
なお、本実施形態では、定格電圧Ｖ0の±１０％の電圧において無効電力制限値を取得しているが、これに限定されず、例えば±５％〜±１０％の電圧における無効電力制限値を取得してもよい。
【００３１】
（励磁制御方法）
上記のように設定された不足励磁制限ラインＷに基づいて発電機１の励磁制御を行う例について、図３を用いて説明する。
【００３２】
Ｓ６；検出された有効電力Ｐにおける不足励磁制限ラインＷに対応する無効電力制限値ＱUELを式（３）により求める（Ｓ５）。
ＱUEL  ＝ （ｂ’−ａ）×Ｐ＋ａ  ・・・  式（３）
【００３３】
Ｓ７；検出された無効電力ＱとＱUELを比較する。
Ｓ８；Ｑ ＜ ＱUELであれば、不足励磁制限ラインＷに抵触するため、発電機１の励磁装置に増磁信号を出力し励磁を強め、発電機の安定的な進相運転を行う。
なお、ＱがＱUELに近接した場合にも増磁信号を出力するようにしてもよい。
【００３４】
（効果）
以上説明したように、本実施形態によれば、発電機１に進み無効電力を供給する場合、予め求めた高電圧時及び低電圧時の無効電力制限値に基づいて任意の電圧における不足励磁制限ラインＷを設定し、その不足励磁制限ラインに抵触しないように発電機を励磁制御することで、系統電圧の上昇を抑制するとともに、安定的な進相運転を可能とする。
【００３５】
すなわち、進み無効電力を供給する場合、検出電圧値に応じて不足励磁制限ラインを設定することにより、進み無効電力の供給量を変化させるとともに、検出電圧値が高くなった場合には、より多くの進み無効電力を供給することで、系統電圧の上昇を抑制することができる。
【００３６】
［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る発電機の不足励磁制限ラインＷの設定方法及び励磁制御方法について、図４（ｂ）を参照して説明する。
【００３７】
上述した第１の実施形態では不足励磁制限ラインＷを設定する際に高電圧と低電圧の２点の無効電力制限値ｂ１、ｂ２を用いたが、本実施形態では、例えば定格電圧Ｖ0等の第３の電圧における無効電力制限値（第５の無効電力制限値）を用いて、精度の高い不足励磁制限ラインＷを設定する。
【００３８】
図４ｂはその説明図で、第３の電圧として定格電圧Ｖ0を用いた例である。
定格電圧Ｖ0のときの第５の無効電力制限値がｂ３の場合、計器用変圧器７で検出された電圧Ｖが低電圧と定格電圧Ｖ0の間にある場合には、線分ｂ１−ｂ３に基づき上記式（２）と同様な式で無効電力制限値ｂ’を求め、電圧Ｖが定格電圧Ｖ0と高電圧の間にある場合には、線分ｂ３−ｂ２に基づき無効電力制限値ｂ’を求める。
【００３９】
また、定格電圧Ｖ0のときの第５の無効電力制限値がｂ４の場合も上記と同様に、計器用変圧器７で検出された電圧Ｖに応じて、線分ｂ１−ｂ４又は線分ｂ４−ｂ２に基づき無効電力制限値ｂ’を求める。
【００４０】
本実施形態によれば、予め無効電力制限値を求める電圧値を３つとしたことで、高精度で不足励磁制限ラインＷを設定することができる。
なお、本実施形態では第３の電圧値として定格電圧Ｖ0を用いたが、定格電圧Ｖ0以外の電圧を用いてもよく、また、４つ以上の電圧値を用いてもよい。
【００４１】
以上、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。これら新規な実施形態は、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、変更を行うことができる。これら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ともに、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。
【符号の説明】
【００４２】
１…発電機、２…電路、３…高圧電線路（母線）、４…遮断機、５…変圧器、６…計器用変流器、７…計器用変圧器、８…自動電圧調整器（ＡＶＲ部）、８ａ…電流検出部、８ｂ…電圧検出部、８ｃ…誤差演算部、８ｄ…ＵＥＬ制御部、９…励磁機、１０…永久磁石発電機、Ｐ…有効電力、Ｑ…無効電力、ＱUEL…無効電力制限値、Ｗ…不足励磁制限ライン（ＵＥＬ制限ライン）、Ｒ…定態安定限界曲線
【要約】      （修正有）【課題】発電機の安定的な進相運転を行うための不足励磁制限（ＵＥＬ）ラインの設定方法及び励磁制御方法を提供する。【解決手段】不足励磁制限ラインＷの設定及び励磁制御を行う自動電圧調整器を備え、発電機の定格電圧Ｖ0よりも低い電圧において、有効電力Ｐが１パーユニットのときの第１の無効電力制限値ｂ１を取得する第１ステップと、発電機の定格電圧よりも高い電圧において、有効電力が１パーユニットのときの第２の無効電力制限値ｂ２を取得する第２ステップと、計器用変圧器で検出された電圧において、第１の無効電力制限値と第２の無効電力制限値を結んだ線分に基づいて有効電力が１パーユニットのときの第３の無効電力制限値ｂ’を求める第３ステップと、有効電力が０パーユニットのときの第４の無効電力制限値ａを取得する第４ステップと、第３及び第４の無効電力制限値を結ぶことによって不足励磁制限ラインを設定する第５ステップと、を有する。【選択図】図２【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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