(57)【要約】【課題】変電所からの送電系統と所内発電機との並列運転中に、送電系統側の変電所の遮断器が開放され受電電力の供給が断たれる停電が発生した場合でも、所内発電機を停止させることなく、非常用電源母線負荷に対して電力を供給し続けることが可能な給電制御装置を提供する。【解決手段】非常用電源母線負荷およびそれ以外の一般電源母線負荷へそれぞれ給電するように構成され、並列運転時に送電系統に停電が発生したことを検出する停電検出手段と、該停電検出手段による検出信号に基づいて一般電源母線負荷を前記発電機から切り離す負荷遮断手段を備えた給電制御装置において、停電検出手段は、停電検出の誤作動が無く、高速で停電検出するため、最低買電電力以下に買電電力が降下したら停電と認識することとし、また、負荷遮断手段を高速遮断できる構成にし、負荷遮断対象を選択予測し同期運転中発電機負荷変動を無理なく連続運転できるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非常用電源母線負荷および該非常用電源母線負荷以外の一般電源母線負荷へそれぞれ給電するように構成され、並列運転時に送電系統に停電が発生したことを検出する停電検出手段と、該停電検出手段による検出信号に基づいて前記一般電源母線負荷を前記発電機から切り離す負荷遮断手段を備えた給電制御装置において、前記負荷遮断手段は運転中の発電機の能力合計値の６５〜８５％負荷となるように、給電制御装置若しくは中央監視装置が、非常用電源母線負荷の各負荷の停電前の使用電力実績値から給電対象負荷を決定し、該給電対象負荷以外の負荷を遮断するものであることを特徴とする給電制御装置。
【請求項２】
前記停電検出手段は送電系統からの受電電力量が所定割合まで低下したことを検出する手段であることを特徴とする請求項１に記載の給電制御装置。
【請求項３】
前記停電検出手段は、送電系統からの受電電力量が最低使用電力量の４０％以下に低下したことを検出する手段であることを特徴とする請求項１に記載の給電制御装置。
【請求項４】
前記負荷遮断手段は、遠隔の中央監視装置に対して非常用電源母線負荷の各負荷の停電前の実績値データを送り、該実績値データに基づいて前記中央監視装置において給電対象負荷が決定され、停電検出した際に前記給電対象負荷以外の負荷を選択遮断するものであることを特徴とする請求項１に記載の給電制御装置。
【請求項５】
前記負荷遮断手段における負荷遮断は、開閉動作時間が所定時間以下である直動式真空遮断器を用いたものであることを特徴とする請求項１に記載の給電制御装置。
【請求項６】
前記停電検出手段による停電検出から前記負荷遮断手段による負荷遮断までの動作が、２００ミリ秒以内に行われるように構成されている請求項１乃至５のいずれかに記載の給電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変電所からの送電系統と所内発電機との並列運転により負荷への給電を行うように構成している給電制御装置に関するもので、特に、送電系統の停電発生時においても継続して、非常用電源母線負荷又は重要負荷への給電を続行するための給電制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非常用電源母線負荷およびそれ以外の一般電源母線負荷へそれぞれ給電するように構成されている従来の給電制御装置においては、送電系統と所内発電機との並列運転中に、送電系統に停電が発生した場合、停電が発生したことを検出して所定時間以内に停電検出信号に基づいて一般電源母線負荷を所内発電機から切り離す手段を講じている（特許公報１を参照）。
一般電源母線負荷を所内発電機から切り離すこととしたのは、送電系統に停電が発生した場合に所内発電機が非常用電源母線負荷およびそれ以外の一般電源母線負荷へ給電することは、所内発電機自体の過負荷状態を招き、それが原因となり電力供給が不能となり、結果として停電を招くこととなるため、これを回避するためである。
【０００３】
しかし、非常電源母線の電力使用量が、非常電源母線に繋がる発電機の発電量より多い場合が存在する。この場合、停電が発生したことを検出して所定時間以内に停電検出信号に基づいて一般電源母線負荷を所内発電機から切り離す手段を講じたとしても、所内発電機は過負荷状態が継続して発電機自体の損傷を招くか、過負荷状態が継続した場合に自動停止機能が作動して非常電源母線負荷設備の停止を招くことになるといった問題がある。
また、一般的には停電検出は不足電圧継電器などを利用して行うが、その場合に誤動作防止の観点から停電検出時間が秒単位と長いため、一般電源母線負荷の切り離しが遅れ、発電機が正常運転できる可能性は低いといった問題がある。
【０００４】
【特許文献１】実開平６−４１３５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の問題点に対応すべく、本発明は、変電所からの送電系統と所内発電機との並列運転中に、送電系統側の変電所の遮断器が開放され受電電力の供給が断たれる停電が発生した場合でも、所内発電機を停止させることなく、非常用電源母線負荷に対して連続して電力を供給し続けることが可能な給電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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の給電制御装置は、非常用電源母線負荷および該非常用電源母線負荷以外の一般電源母線負荷へそれぞれ給電するように構成され、並列運転時に送電系統に停電が発生したことを検出する停電検出手段と、該停電検出手段による検出信号に基づいて前記一般電源母線負荷を前記発電機から切り離す負荷遮断手段を備えた給電制御装置において、負荷遮断手段は運転中の発電機の能力合計値の６５〜８５％負荷となるように、給電制御装置若しくは中央監視装置が、非常用電源母線負荷の各負荷の停電前の使用電力実績値から給電対象負荷を決定し、該給電対象負荷以外の負荷を遮断することを特徴とする。
【０００７】
停電検出手段が動作すると非常用母線と一般母線の連絡遮断器を開路し非常電源母線を独立運転するのであるが、単に停電検出信号に基づいて一般電源母線負荷を発電機から切り離し、非常電源母線負荷のみに給電することとした場合、非常電源母線の電力使用量が非常電源母線に繋がる発電機発電量より多くなる非常電源母線負荷の構成では、発電機が過負荷状態となることが予想される。
【０００８】
このため、運転中の発電機の能力合計値の６５〜８５％負荷となるように非常用電源母線負荷の各負荷の停電前の使用電力実績値から給電対象負荷を決定し、その他の負荷を遮断することとしたものである。
ここで、運転中の発電機の能力合計値の６５〜８５％負荷となるようにした２つの理由を説明する。１つ目の理由は負荷変動を考慮したものである。また２つ目の理由は、電源品質を考慮したものである。停電が発生した時、負荷を遮断する迄の間は発電機が過負荷状態となるため、発電機につながる原動機の回転数が若干低下することから、発電機負荷を１５〜３５％減らす（すなわち、発電機の能力の６５〜８５％負荷とする。）ことにより、回転数が低下した状態から規定回数に上昇する迄の時間を短くして、供給電源の品質を高めるためである。
【０００９】
ここで、上述の停電検出手段は、受電電力量が所定割合まで低下したことを検出する手段であることが好ましい。
停電検出手段として送電系統からの受電電力の低下をトリガーとして停電を検出することとしたのは、ミリ秒単位で停電を検出するためである。発電機の連絡母線切外しを停電検出から遮断まで２００ミリ秒以下で遮断し、非常用母線単独運転をすると、発電機は過負荷に耐え継続して非常用電源母線負荷に電力供給が可能となるため、ミリ秒単位で停電検出する必要があるのである。
なお、一般的に用いる停電検出手段として不足電圧継電器などがあるが、この場合、上述したように停電検出時間は秒単位となり、発電機の連絡母線切外しを停電検出から遮断まで２００ミリ秒以下で遮断することは難しい。
【００１０】
具体的には、送電系統からの受電電力量が最低使用電力量の４０％以下に低下したことを検出することがより好ましい。例えば、買電最低電力５００ｋｗの場合において、買電量２００ｋｗ以下に下がると停電とするのである。これは、非常用電源母線負荷の瞬間的な負荷変動が、最低使用電力量の５０〜６０％になる可能性があり、それに伴う誤作動を回避するためである。
【００１１】
この負荷遮断手段は、具体的には、遠隔の中央監視装置に非常用電源母線負荷の各負荷の停電前の実績値データを送り、該実績値データに基づいて該中央監視装置において給電対象負荷が決定され、停電検出した際に前記給電対象負荷以外の負荷を遮断するのが好ましい。
中央監視装置に、非常用電源母線負荷の各負荷の実績値データが監視のためにデータ伝送されている場合に、停電前の実績値データから中央監視装置側において給電対象負荷を決定することとするものである。
ここで給電対象負荷の決定の仕方は、あらかじめ各負荷に対して優先順位のパラメータを設定し、各負荷の停電前の使用電力実績値を優先順位の高いものから加算していき、運転中の発電機の能力合計値の７０〜８０％となるまでの負荷を給電対象負荷とするものである。
【００１２】
また、上述の負荷遮断手段における負荷遮断は、開閉動作時間が所定時間以下である直動式真空遮断器を用いることが好ましい。直動式真空遮断器を使用することで開閉動作時間を数十ミリ秒で行うことが可能となり、高速作動のシーケンサーによる制御と相俟って、停電検知から実際の負荷を遮断するまでの時間が１００ミリ秒程度とできるのである。発電機の連絡母線切外しを停電検出から遮断まで２００ミリ秒以下で遮断できることから、発電機は過負荷に耐え連続して非常用電源母線負荷に電力供給できることとなる。
【００１３】
また、上述の給電制御装置において、停電検出手段による停電検出から負荷遮断手段による負荷遮断までの動作が、２００ミリ秒以内に行われるように構成されていることで、停電検出から負荷遮断動作までの間、発電機は過負荷に耐え、非常用母線に連続して電力を供給できることとなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の給電制御装置によれば、送電系統側の変電所の遮断器が開放され受電電力の供給が断たれる停電が発生した場合でも、非常電源母線の電力使用量が非常電源母線に繋がる発電機発電量より多くなる非常電源母線負荷の構成となっているか否かに関わらず、所内発電機を停止させることなく、非常用電源母線負荷に対して連続して電力を供給し続けることができるといった効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明していく。ただし、本発明の範囲は、図示例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１６】
図１に、本発明の給電制御装置の系統図の一実施例を示す。
図１において、送電系統８に主遮断器６を介して、構内連絡母線負荷が接続されている。構内連絡母線負荷は、非常用母線負荷２０とその他の一般母線負荷３０で構成されている。非常用母線負荷２０は非常用母線２から電力供給を受け、一般母線負荷３０は一般母線３から電力供給を受けている。非常用母線２と一般母線３の間は、母線連絡遮断器７が設けられている。給電制御装置１は、非常用電源母線負荷２０およびそれ以外の一般電源母線負荷３０へそれぞれ給電するように構成され、並列運転時に送電系統８に停電が発生したことを検出する停電検出手段４と、停電検出手段４による検出信号に基づいて一般電源母線負荷３０を発電機から切り離す負荷遮断手段５を備える。この停電検出手段４は送電系統８からの受電電力量の低下を検出する。また、負荷遮断手段５は運転中の発電機の能力合計値の７０〜８０％負荷となるように非常用電源母線負荷２０の各負荷の停電前の使用電力実績値から給電対象負荷を決定し、その他の負荷を遮断する。
【００１７】
ここで非常用電源母線負荷の各負荷の停電前の使用電力実績値から給電対象負荷を決定するアルゴリズムについて図２を参照しながら説明する。
図２に示すように、例えば、非常用電源母線負荷として負荷ａ１〜ａ５の５つの負荷があり、その優先順位として優先度（重要度）の高いものから、ａ３→ａ２→ａ１→ａ５→ａ４ と設定されているものとする。停電前、２つの発電機（Ｇ１，Ｇ２）が運転しており、その発電機の能力合計値が１２００ｋｗとする。また、停電前の各負荷の使用電力実績値として、下表１の３通りのケースを考える。また、負荷遮断手段は運転中の発電機（Ｇ１，Ｇ２）の能力合計値の８０％負荷となるように各負荷の停電前の使用電力実績値から給電対象負荷を決定するものとする。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
上記想定の場合、ケース１では停電前の各負荷の使用電力実績値の合計１１５０ｋｗが、運転中の発電機の能力合計値が１２００ｋｗを下回っており、仮に全負荷（ａ１〜ａ５）に対して給電したとしても発電機が過負荷状態にならない。しかし、この場合でも負荷変動が予想されることから、負荷変動と電源品質を考慮して、運転中の発電機の能力合計値の８０％、すなわち、１２００×０．８＝９６０ｋｗ となるまでの負荷を給電対象負荷とする。この場合、優先順位（ａ３→ａ２→ａ１→ａ５→ａ４）の高いものから使用電力実績値を加算していくと、ａ３→ａ２→ａ１→ａ５  の使用電力実績値の合計値が９５０ｋｗ となることから、この４つの負荷を給電対象負荷とするのである。
【００２０】
次に、ケース２では停電前の各負荷の使用電力実績値の合計１２５０ｋｗが、運転中の発電機の能力合計値が１２００ｋｗを上回っており、全負荷（ａ１〜ａ５）に対して給電した場合には発電機が過負荷状態になる。この場合、優先順位（ａ３→ａ２→ａ１→ａ５→ａ４）の高いものから使用電力実績値を加算していくと、ａ３→ａ２→ａ１→ａ５  の使用電力実績値の合計値が９５０ｋｗ となることから、この４つの負荷を給電対象負荷とするのである。
【００２１】
また同様に、ケース３では停電前の各負荷の使用電力実績値の合計１２５０ｋｗが、運転中の発電機の能力合計値が１２００ｋｗを上回っており、全負荷（ａ１〜ａ５）に対して給電した場合には発電機が過負荷状態になる。この場合、優先順位（ａ３→ａ２→ａ１→ａ５→ａ４）の高いものから使用電力実績値を加算していくと、ａ３→ａ２→ａ１ の使用電力実績値の合計値が９００ｋｗ となり、ａ３→ａ２→ａ１→ａ５ の使用電力実績値の合計値が１０５０ｋｗ となることから、ａ３，ａ２，ａ１の３つの負荷を給電対象負荷とするのである。
【００２２】
次に、停電検出手段４についてその動作を説明する。停電検出手段４の停電検出処理フローを図３に示す。図３のフローに示すように、停電検出処理は、送電系統８の送電線からの受電電力を常時モニタ（監視）している（ステップＳ１１）。送電線からの受電電力が最低使用電力の４０％以下に下がると停電と認識し（ステップＳ１２）、停電検出信号を出力する（ステップＳ１３）。
【００２３】
次に、負荷遮断手段５についてその動作を説明する。負荷遮断手段５の負荷遮断処理フローを図４に示す。図４のフローに示すように、負荷遮断処理は、非常用母線負荷の各負荷の実績値データを読込む（ステップＳ２１）。実績値データの読込みは、給電制御装置若しくは中央監視装置で行う。中央監視装置へ実績値データを伝送する方法としては、信号ケーブルか通信ケーブルを用いる。
【００２４】
次に、給電制御装置の給電電力の実績値データから発電機の能力（合計値）の６５〜８５％の負荷となるように、給電する負荷を決定する（ステップＳ２２）。この決定は、給電制御装置若しくは中央監視装置で行う。負荷決定のアルゴリズムは上述した通りである。そして、停電検出手段４において停電が検出されると（ステップＳ２３）、上記ステップＳ２２において決定された給電対象負荷以外の負荷を遮断する（ステップＳ２４）。
【００２５】
図５に、給電制御装置と中央監視装置の概略システム構成を示す。図５に示されるように、中央監視装置と給電制御装置は通信ネットワークで接続されるケース（図５（１））と、信号ケーブルで接続されるケース（図５（２））がある。図５（１）の場合は、給電制御装置は、データ通信手段を用いて停電検出信号および各負荷の使用電力実績値を中央監視装置にデータ送信し、中央監視装置から給電対象負荷の情報をデータ受信する。また、図５（２）の場合は、給電制御装置は、停電検出信号および各負荷の使用電力実績値を中央監視装置に信号出力し、中央監視装置から給電対象負荷の情報を信号入力する。
【００２６】
給電制御装置若しくは中央監視装置で、停電前の給電制御装置の給電電力の実績値から予測し、運転中の発電機の電力供給能力に応じ、予め給電負荷を決定する。各負荷の個別負荷遮断器の入り切りシーケンスは停電待ちとして、非常用母線負荷の個別負荷遮断器を停電検出と同時に入り切りし非常用母線負荷の負荷を制御するのである。
【００２７】
具体的には、負荷遮断手段は、高速Ａ／Ｄ電力変換器、直動式真空遮断器、シーケンサーによる制御を用いることで、１００ミリ秒の遮断が可能となる。１００ミリ秒の遮断が可能という根拠を以下に詳しく述べる。先ず、高速Ａ／Ｄ電力変換に要する時間は２０ミリ秒以下である。また、直動式真空遮断器を使用し開閉動作させるのに要する時間は４０ミリ秒以下である。さらに、シーケンサーの性能仕様として、受電電力の読込みデータの入力から遮断器開閉指令出力までの動作時間が１０ミリ秒以下の装置を採用しハード構成すると、受電電力低下（停電検出）後、約７０ミリ秒で連絡母線遮断ができる。
すなわち、商用電源の停電検出をトリガーとして、非常用母線と一般母線の連絡遮断器の開速度を１００ミリ秒以下の高速で遮断し、発電機は変電所からの送電系統との並列運転から独立運転に切替わるのである。
【００２８】
また、長期停電の場合の電源供給方法として、非常用母線負荷に電源供給して発電機余力がある場合は、給電制御装置若しくは中央監視装置で、非常用母線負荷ならびに一般母線負荷の負荷予測値を計算して、発電機の最大供給能力の範囲内まで、非常用母線負荷ならびに一般母線負荷を遮断・投入し負荷制限する。
仮に、停止中の発電機が有り、非常用母線負荷ならびに一般母線負荷への供給電力が不足する場合は、停止中の発電機を起動して、順次、負荷予測した発電出力に合わせ個別に負荷遮断器を投入する。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の給電制御装置は、変電所からの送電系統と所内発電機系統との並列運転により負荷への給電を行うように構成されており、非常電源母線の電力使用量が非常電源母線に繋がる発電機発電量より多くなる非常電源母線負荷の構成となっている給電制御装置に有用である。又、発電機発電量より少ない非常電源母線負荷の構成でも有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の給電制御装置の系統図の一実施例
【図２】停電前の使用電力実績値から給電対象負荷を決定するアルゴリズム
【図３】停電検出処理フローチャート
【図４】負荷遮断処理フローチャート
【図５】給電制御装置と中央監視装置の概略システム構成図
【符号の説明】
【００３１】
１    給電制御装置
２    非常用母線
３    一般母線
４    停電検出手段
５    負荷遮断手段
６    主遮断器
７    母線連絡遮断器
８    送電系統
９    個別負荷遮断器
２０  非常用母線負荷
３０  一般母線負荷
【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１】
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