(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
母線に接続された複数の発電機の力率を制御する力率制御装置において、
前記複数の発電機の目標とする各力率範囲を一定の周期で設定する目標力率設定手段と、
前記母線の電圧と所定の電圧値範囲とを前記一定の周期で比較する比較手段と、
この比較手段の結果、前記母線の電圧が前記電圧値範囲より高い場合、最も力率が低い少なくとも一つの発電機の電圧を下げ、前記母線の電圧が前記電圧値範囲より低い場合、最も力率が高い少なくとも一つの発電機の電圧を上げるよう制御する第１の制御手段と、
前記比較手段の結果、前記母線の電圧が前記電圧値範囲内である場合、前記力率範囲から外れた発電機の力率を前記力率範囲内に修正するよう制御する第２の制御手段と、
を具備したことを特徴とする力率制御装置。
【請求項２】
母線に接続された複数の発電機の力率を制御する力率制御方法において、
前記複数の発電機の目標とする各力率範囲を一定の周期で設定する工程と、
前記母線の電圧と所定の電圧値範囲とを前記一定の周期で比較する工程と、
この比較の結果、前記母線の電圧が前記電圧値範囲より高い場合、最も力率が低い少なくとも一つの発電機の電圧を下げ、前記母線の電圧が前記電圧値範囲より低い場合、最も力率が高い少なくとも一つの発電機の電圧を上げるよう制御する工程と、
前記比較の結果、前記母線の電圧が前記電圧値範囲内である場合、前記力率範囲から外れた発電機の力率を前記力率範囲内に修正するよう制御する工程と、
を有することを特徴とする力率制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数台の発電機を並列運転する際、それらの力率を制御する力率制御装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数台の発電機を電力会社の系統と接続していない状態で並列に運転させる場合（系統非連携並列運転）、各発電機間の力率バランス保持は、以下に示す如き力率補償回路で行なわれる。
【０００３】
図４は、特開昭５１−１０３２０９号公報に開示されている力率補償回路を適用した無効電流制御装置の構成を示す図である。この装置では、二台の発電機１１ａ，１１ｂの力率に差が生じた場合、各発電機１１ａ，１１ｂに対応する力率検出器１２ａ，１２ｂの出力に差が生じる。このとき、負荷（母線）１０ａの力率は、発電機１１ａと１１ｂの力率の中間にある。従って、母線１０ａに対応する力率検出器１２ｃの出力は力率検出器１２ａと１２ｂの出力の中間にあり、力率検出器１２ｃと１２ａの差信号と、力率検出器１２ｃと１２ｂの差信号とは、極性が反対になる。
【０００４】
この状態で各発電機１１ａ，１１ｂの電圧を調整する場合、自動電圧調整器１３ａと１３ｂの信号の極性が反対になる。すなわち、発電機１１ａ，１１ｂの一方の電圧を上げ、他方の電圧を下げるよう動作することで、各発電機１１ａ，１１ｂの力率を等しくしている。これにより、外部設備からの制御を伴わずに、各発電機間の力率バランスが保たれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述した従来の制御方法では、例えば工場内等の負荷に複数の小容量の発電機で対応しようとした場合、各自動電圧調整器から各発電機へ複数の信号が順次出力されるため、急な負荷変動に対して各発電機が追従できなくなるという問題がある。また、電力会社の系統と接続しているときに各発電機の力率バランスが悪い状態であると、停電時等で系統から切り離され単独運転を開始した際、力率バランスの回復が難しく、過励磁や過負荷状態となりトリップする。
【０００６】
また、上述した制御方法は、各発電機が同一仕様、同一容量である場合に有効であるが、各発電機が異なる仕様（別メーカー等）や異なる容量である場合に問題が生じる。すなわち、力率補償回路により発電機に生ずる特性は発電機のメーカー毎に異なるため、各自動電圧調整器から信号を受ける各発電機の反応が統一されず、力率バランスと負荷の電圧バランスの保持が期待できない。
【０００７】
本発明の目的は、異なる仕様や容量の発電機を用いた系統非連携並列運転時の力率制御を、力率と電圧のバランスを保持して行なえる力率制御装置及び方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の力率制御装置及び方法は以下の如く構成されている。
【０００９】
（１）本発明の力率制御装置は、母線に接続された複数の発電機の力率を制御する力率制御装置において、前記複数の発電機の目標とする各力率範囲を一定の周期で設定する目標力率設定手段と、前記母線の電圧と所定の電圧値範囲とを前記一定の周期で比較する比較手段と、この比較手段の結果、前記母線の電圧が前記電圧値範囲より高い場合、最も力率が低い少なくとも一つの発電機の電圧を下げ、前記母線の電圧が前記電圧値範囲より低い場合、最も力率が高い少なくとも一つの発電機の電圧を上げるよう制御する第１の制御手段と、前記比較手段の結果、前記母線の電圧が前記電圧値範囲内である場合、前記力率範囲から外れた発電機の力率を前記力率範囲内に修正するよう制御する第２の制御手段と、から構成されている。
【００１０】
（２）本発明の力率制御方法は、母線に接続された複数の発電機の力率を制御する力率制御方法において、前記複数の発電機の目標とする各力率範囲を一定の周期で設定する工程と、前記母線の電圧と所定の電圧値範囲とを前記一定の周期で比較する工程と、この比較の結果、前記母線の電圧が前記電圧値範囲より高い場合、最も力率が低い少なくとも一つの発電機の電圧を下げ、前記母線の電圧が前記電圧値範囲より低い場合、最も力率が高い少なくとも一つの発電機の電圧を上げるよう制御する工程と、前記比較の結果、前記母線の電圧が前記電圧値範囲内である場合、前記力率範囲から外れた発電機の力率を前記力率範囲内に修正するよう制御する工程と、を有する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の形態に係る力率制御装置の構成を示す回路図である。本実施の形態では、仕様と容量の異なる四台の発電機１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの間の力率バランスを保持する制御を行なう。
【００１２】
図１において、力率制御部９ａには、四つの自動電圧調整器２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが接続されている。各自動電圧調整器２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、それぞれ界磁巻線３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを介在して発電機１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄの電圧制御を行なう。
【００１３】
発電機１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、それぞれ配電盤８ａ内の遮断器６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを介して、母線１０に接続されている。電力会社の系統Ｌは、配電盤８ａ内の遮断器６ｅを介して母線１０に接続されている。
【００１４】
また配電盤８ａ内では、計器用変流器５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄと計器用変圧器４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅは、それぞれ複合型アナログ信号変換器７ａに接続されている。
【００１５】
図２は、上述した構成をなす力率制御装置による制御手順を示すフローチャートである。なお、母線１０は遮断器６ｅにて電力会社の系統Ｌから切り離された状態にある。
【００１６】
まず、ステップＳ１で、力率制御部９ａは各発電機１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが負担している無効電力と有効電力を一定のサンプリング周期（５００ｍｓ）で計測し、各発電機の目標力率範囲（本実施の形態では、８２〜８８％とする）を設定する。この場合、複合型アナログ信号変換器７ａは、各発電機１ａ〜１ｄの各電圧をそれぞれ計器用変圧器４ａ〜４ｄから検出するとともに、各発電機１ａ〜１ｄの各電流をそれぞれ計器用変流器５ａ〜５ｄから検出し、それらをアナログ信号に変換して力率制御部９ａへ出力する。力率制御部９ａは、入力した信号から各発電機１ａ〜１ｄの力率を計算し、目標力率範囲を設定する。
【００１７】
次にステップＳ２で、力率制御部９ａは母線１０の電圧を検出する。この場合、複合型アナログ信号変換器７ａは、母線１０の電圧を計器用変圧器４ｅから検出し、アナログ信号に変換して力率制御部９ａへ出力する。
【００１８】
そしてステップＳ３で、母線１０の電圧が目標電圧値（本実施の形態では、１０．７〜１１．３ｋＶとする）の最高値（１１．３ｋＶ）より高い場合、ステップＳ４で、力率制御部９ａは電圧下方修正力率制御モードを実行する。このモードで、力率制御部９ａは、各発電機１ａ〜１ｄの力率を上述したように計算し、その力率が一番低い発電機１ａ〜１ｄに対応する自動電圧調整器２ａ〜２ｄへ電圧下げ信号を出力する。この信号を受けた自動電圧調整器２ａ〜２ｄは、対応する発電機１ａ〜１ｄにおける界磁巻線３ａ〜３ｄの電流を制御し、その発電機１ａ〜１ｄの電圧を下げる。その後、力率制御部９ａは、再び上記ステップＳ１の目標力率設定を行なう。
【００１９】
例えば上記ステップＳ４で、発電機１ａ〜１ｄの各力率が、８０％、８５％、８７％、９０％である場合、力率制御部９ａは発電機１ａの電圧を下げ、その力率が目標力率範囲（８２〜８８％）となるよう制御する。
【００２０】
上記ステップＳ３で、母線１０の電圧が上記目標電圧値の最高値より高くなく、ステップＳ５で、母線１０の電圧が上記目標電圧値の最低値（１０．７ｋＶ）より低い場合、ステップＳ６で、力率制御部９ａは電圧上方修正力率制御モードを実行する。このモードで、力率制御部９ａは、各発電機１ａ〜１ｄの力率を上述したように計算し、その力率が一番高い発電機１ａ〜１ｄに対応する自動電圧調整器２ａ〜２ｄへ電圧上げ信号を出力する。この信号を受けた自動電圧調整器２ａ〜２ｄは、対応する発電機１ａ〜１ｄにおける界磁巻線３ａ〜３ｄの電流を制御し、その発電機１ａ〜１ｄの電圧を上げる。その後、力率制御部９ａは、再び上記ステップＳ１の目標力率設定を行なう。
【００２１】
例えば上記ステップＳ６で、発電機１ａ〜１ｄの各力率が、８０％、８５％、８７％、９０％である場合、力率制御部９ａは発電機１ｄの電圧を上げ、その力率が目標力率範囲（８２〜８８％）となるよう制御する。
【００２２】
上記ステップＳ５で、母線１０の電圧が上記目標電圧値の最低値より低くない場合、ステップＳ７で、力率制御部９ａは、各発電機１ａ〜１ｄの力率を上述したように計算し、各力率が目標力率範囲（８２〜８８％）内である場合、再び上記ステップＳ１の目標力率設定を行なう。
【００２３】
また、上記ステップＳ７で目標力率範囲内でない力率がある場合、ステップＳ８で、力率制御部９ａは力率制御モードを実行する。この場合、力率制御部９ａは、力率の目標最低力率８２％または目標最高力率８８％に対する絶対値偏差が一番大きい発電機１ａ〜１ｄに対応する自動電圧調整器２ａ〜２ｄへ電圧上げ信号または電圧下げ信号を出力する。この信号を受けた自動電圧調整器２ａ〜２ｄは、対応する発電機１ａ〜１ｄにおける界磁巻線３ａ〜３ｄの電流を制御し、その発電機１ａ〜１ｄの電圧を上げるか、または下げる。その後、力率制御部９ａは、再び上記ステップＳ１の目標力率設定を行なう。
【００２４】
例えば上記ステップＳ８で、発電機１ａ〜１ｄの各力率が、８０％、８３％、８６％、８９％である場合、力率制御部９ａは発電機１ａの電圧を下げ、その力率が目標力率範囲（８２〜８８％）となるよう制御する。
【００２５】
以上のように本実施の形態における力率制御装置では、従来の如き力率補償回路を用いず、上述した手順からなるプログラミングによる制御を行なっている。その制御の基本は、電力会社の系統と連携している時に従来から用いられている、力率が低い発電機に対して電圧下げ信号を出力し、力率が高い発電機に対して電圧上げ信号を出力するという方法に即している。ただし、系統非連携時にこれらの制御を行なうと、力率と電圧のバランスが大きくくずれ適切な制御ができない。そこで本実施の形態では、以下のような制御を行なう。
【００２６】
(1)．複数台の発電機の無効電力と有効電力を一定の周期で計測して各目標力率を設定し、母線電圧が規定値範囲内であるか否かをチェックし、さらに目標力率から外れた発電機の存在をチェックする。
【００２７】
(2)．母線電圧が規定値より高い場合は、一番力率が低い発電機に対して電圧下げ信号を出力し、母線電圧が規定値より低い場合は、一番力率が高い発電機に対して電圧上げ信号を出力する。
【００２８】
(3)．(1)を行ない、前回のサンプリング結果による(2)の制御が終了していなくても、最新のサンプリング結果を優先して次の目標制御(2)に移行する。
【００２９】
図３（ａ），（ｂ）は、上述した力率制御装置にて二台の発電機を制御対象とした場合の力率・電圧データを示す図である。図３（ａ），（ｂ）は、遮断器６ｅにて母線１０を電力会社の系統Ｌから切り離した状態で二台の発電機Ａ，Ｂを並列運転した結果を示している。図３（ａ）から、二台の発電機Ａ，Ｂとも力率が目標力率範囲内（４０〜６０％）にあり、母線１０の電圧が目標電圧値の範囲内（１１．０ｋＶ前後）で一定の状態にあることが分かる。このように本力率制御装置によれば、系統非連携時に、仕様や容量の異なる複数台の発電機の運転制御を、力率と電圧のバランスを保って行なうことができる。
【００３０】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されず、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施できる。例えば、上記実施の形態では発電機が４台または２台の場合について示したが、これに限定されず複数台で実施可能である。
【００３１】
また、上記実施の形態では力率制御を行なう発電機の数を１サイクルで１台づつとしたが、２台以上づつ同時に制御するようにしてもよい。例えば、２台づつ制御する場合、上記ステップＳ４では、力率が一番低い発電機と二番目に低い発電機とに対応する各自動電圧調整器２ａ〜２ｄへ電圧下げ信号を出力する。上記ステップＳ６では、力率が一番高い発電機と二番目に高い発電機とに対応する各自動電圧調整器へ電圧上げ信号を出力する。上記ステップＳ８では、力率の目標最低力率または目標最高力率に対する絶対値偏差が一番大きい発電機と二番目に大きい発電機とに対応する各自動電圧調整器へ電圧上げ信号または電圧下げ信号を出力する。
【００３２】
また、上記実施の形態ではサンプリング周期（プログラム実行周期）を５００ｍｓとしたが、これに限らず、例えば１０ｍｓ以上の調整レンジで変更可能である。また、各発電機の信号に対する追随性を力率制御部９ａの設定レンジで調整可能である。
【００３３】
また本発明は、仕様や容量が同じ複数の発電機に対しても実施可能であり、電力会社の系統と接続した状態でも実施可能である。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の力率制御装置及び方法によれば、商用停電等による系統非連携運転への移行時に発生する力率バランスの崩れに起因する発電機のトリップを防止することができるとともに、力率の変動に伴う電圧の変動を抑えることができる。これにより、異なる仕様や容量の発電機を用いた系統非連携並列運転時の力率制御を確立できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る力率制御装置の構成を示す回路図。
【図２】本発明の実施の形態に係る力率制御装置による制御手順を示すフローチャート。
【図３】本発明の実施の形態に係る力率・電圧データを示す図。
【図４】従来例に係る無効電流制御装置の構成を示す図。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ…発電機
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ…自動電圧調整器
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ…界磁巻線
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ…計器用変圧器
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ…計器用変流器
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ…遮断器
７ａ…複合型アナログ信号変換器
８ａ…配電盤
９ａ…力率制御部
１０…母線
Ｌ…系統
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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