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自家発電設備レクチャー

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第６回 ｢発電設備の並列運転について｣
自家発電設備に関するエキスパートの方々から、この無効電流を防止し、発電機の無効電力分担を設計、施工及び保全の各分野について、常日頃見落行うために並列運転を行う場合は、横流補償装置がとしがちな実務上の要点について講義頂く「発電設設けられています。

備レクチャー」の第６回。９月号は「発電設備の並②の周波数が等しくない場合は、有効横流が流れ列運転について」と題して、三菱電機株式会社の平ます。この電流は、発電機相互間で有効電力を授受松一郎さんに講義頂きました。

する作用をもたらします。周波数差が小さい場合は同期化力により有効横流もゼロになりますから、有１．はじめに効電力の授受の作用もなくなり、最終的には同じ周波数（回転数）で並行運転を続けますが、周波数差が大きすぎると脱調して並列運転を行うことができなくなります。

自家発電設備の並列運転及び系統連系運転につい③の位相が等しくない場合も、②と同様に同期化ては、平成29年度自家用発電設備専門技術者テキ電流が流れます。位相差が小さいと最終的には同じスト(以下「テキスト」)２－98、２－99に基本的な位相で並列運転を続けますが、位相差が大きいと過内容が記述されています。他にも３－39、３－102

電流継電器が動作して発電機が解列したり、乱調にに関連した記述があります。

よって並列運転が継続できない状態になります。

今回は並列運転に必要な基本条件や同期投入、負（テキスト３－102参照）荷分担などについて、テキストに記述されている内前述の①～③の条件に加え、発電機を駆動する原容をまとめて整理し補足する形で紹介します。

動機の速度特性も並列運転条件として重要です。
原動機の速度特性は装着される調速機の特性によ

２．並列運転の基本条件

り決まりますが、並列運転を行う場合はそれぞれの速度特性を極力一致（完全に一致させることは難しい）させ、適度な垂下特性（ドループ特性）を持っておく必要があります。

複数台の同期発電機を並列運転するための条件

図１は異なる速度特性を持つＡ号機とＢ号機がは、テキスト２－98に記載されているように、①電50％の負荷で分担が平衡している状態を示したもの

圧が等しいこと、②周波数が等しいこと、③位相がですが、この状態で75％負荷点まで負荷が増加した等しいこと、これらの条件が満たされていなければ場合、平衡状態は崩れ、Ａ号機は負荷を多く、Ｂ号なりません。

機は負荷を少なく分担することになります。

①の電圧が等しくない場合（発電機の端子電圧にこの不平衡を生じさせないために後述の自動負荷差がある場合）は、発電機相互間に横流と呼ばれる分担装置により、それぞれの調速機に対し、増又は無効電流が流れます。この無効電流により発電機電減信号を与えて調整し、ドループ特性を平行移動さ機子の異常過熱や低励磁現象が生じます。

せ、発電機の過負荷や逆電力を防止します。

内発協ニュース／2018年９月号

15速度（％）

ありません。

速度変動率
A号機＝4％
B号機＝5％

なお、自動同期投入方式を採用しても、手動方式の回路をバックアップとして設けることが一般的です。

100４．負050％
負荷率（％）

図１

75％

100％

速度特性の違いと負荷率荷分担

同期投入が完了したら、調速機操作により負荷を移行させることで並列運転に入ります。母線側（先行機）の調速機を減方向に、同期投入した発電機の調速機を増方向に操作することにより徐々に負荷が移行し、負荷分担を行います。
並列運転中に負荷が増減した場合も同様に調速機

３．同期投入の操作により負荷分担を行います。
図２でドループ特性と負荷分担について説明しま
すと、定格周波数 f０ で運転しているＡ機、Ｂ機が前述の条件（電圧・周波数・位相）が一致してい並列運転してＡ機が100％、Ｂ機が50％の負荷を分るかを確認する目的で、一般的に同期盤などに設置担している場合に、負荷増加により75％ずつ均等にされる装置が同期検定器になります。発電機を同期分担させる場合は、Ａ機の調速機を減、Ｂ機を増の投入するための方式には、手動方式と自動方式があ方向に同時に変化させ、それぞれ定格周波数 f０ とります。の交点 a′及び b′に合わせることで両機の負荷は均

手動同期投入方式は、テキスト２－98に記載のよ等に分担されます。
（テキスト３－39参照）

うに、運転員が電圧計・周波数計を見ながら、自動電圧調整器（AVR）の電圧調整（90）及び調速機が緩慢になってきます。同期検定器は指針がちょうど真上（時計の零時の点）に来た時が位相一致した点になりますので、この同期点で遮断器が投入するタイミングを見計らって、同期点の少々手前で遮断器の操作スイッチを操作して投入させます。一般的

A機
a

周波数〔Hz〕の速度調整（65）を行うと、同期検定器の指針動作

B機b’

f0a’bには位相差±５°以内であれば問題ないと言われています。
自動同期投入方式は、運転員が行う操作を全て自動的に行う機能を有した自動同期投入装置により行います（テキスト２－98参照）。

10050050100

負荷〔％〕
図２

ドループ特性と負荷分担

この場合は、電圧調整及び調速機の速度調整は同期投入装置からの信号により制御されますので、AVRの電圧調整（90）、調速機の速度調整（65）は電動機駆動のものとする必要があります。

このように各発電機が同じ比率で負荷を分担する
ように調速機を自動で制御する装置を自動負荷分担

ただし、系統との並列運転がなく、発電機同士の装置といい、発電機の定格出力が同じであれば同じ並列の場合は、電圧が大きく変動することはありま電力を分担、定格出力が異なる場合はそれぞれの定せんので、調速機のみ電動での制御を行っても問題格出力に対する電力の割合（％）が同じになるよう

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内発協ニュース／2018年９月号

に制御します。

なってしまいます。このように、AVRと横流補償装置による電圧要素の制御のみでは系統と協調した５．商用電源系統との並列運転運転ができないため、無効電力あるいは力率をある範囲に制限する機能を設ける必要があります。
この制御を行う装置として、図４に示すように系統との安定した連系運転を行うために、発電機力率同期発電機が並列運転を行う場合、各発電機の端を予め設定した範囲内に保つように制御する力率限子電圧に差があると、相互間に無効電流が流れるた定機能や、図５に示すように設定力率に対し、発電め、これを防止し、かつ発電機の無効電力分担を行機電圧を制御（界磁電流を制御）することで有効電うために、前述の２項目の「並列運転の基本条件」

力と無効電力を調整し、発電機力率を一定値に保つで述べたように横流補償装置が設置されます。

ように制御する力率一定制御機能を設けたりします。

端子電圧の高い発電機にとっては無効横流が流れなお、安定した連系運転を行うには、省令におけ遅れ力率となるため、この装置が発電機端子電圧をる技術基準や、資源エネルギー庁制定の「電力品質減少するように動作します。逆に進み力率の場合に確保に係る系統連系技術ガイドライン」を基に、設は端子電圧を上昇させるように調整します。

置者と電力会社間で十分な協議が必要なことは言う

同期発電機は図３のように各部の温度上昇限度なまでもありません。

どから決まる運転許容限界があります。この限界を示す曲線を発電機の出力可能曲線と呼びます。
（テキスト３－101参照）

Ｑ
無効電力［kVar］

定格力率PF＝0.8

（遅相）

Ｑ
無効電力
［kVar］

下限力率

（遅相）
上限力率

0Ｐ
有効電力
［kW］

（進相）

0Ｐ
有効電力
［kW］

（進相）

図３

発電機出力可能曲線

この曲線内で発電機が運転するように制御を行う必要がありますが、商用電源系統と発電機が並列運転を行う場合、電力会社の系統は非常に大きな容量を持った発電機とみなされ、発電機の端子電圧は系統の電圧によって支配されます。
このため、例えば系統の電圧が低下すると発電機

図４

力率限定機能Ｑ
無効電力［kVar］

定格力率
PF＝0.8
設定力率

（遅相）
0Ｐ
有効電力
［kW］

（進相）

は電圧を維持しようとAVRの動作が極限に達するまで働き続け、発電機は無効電力の増加で過電流に内発協ニュース／2018年９月号

図５

発電機力率一定機能

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