JP2005304180A - 発電装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電電力の制御を高速化し、商用電力系統からの受電電力を低減できる発電装置の制御装置を提供する。
【解決手段】商用電力系統と連系して構内負荷に電力を供給する発電装置の制御装置において、受電電力が逆送防止レベルより下がった時に、定格周波数相当の速度指令または、発電装置の暖機運転時の速度指令をガバナに出力することにより、発電電力を高速に絞ることができるように構成したので、従来の制御に比べ大幅に高速な電力制御を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、商用電源に連系して構内負荷に電力を供給する発電装置の制御装置に関する。

発電装置の制御装置に関する従来技術として図６に示す特許文献１がある。この特許文献１は構内負荷に電力を供給しながら商用電力系統に連系して運転される発電装置の制御装置の構成図である。

同図において、発電機４は原動機５で駆動されて発電しており、その発電電力は発電機遮断器３と負荷遮断器７を介して構内負荷８に供給されている。構内負荷８の消費電力が発電機４の発電電力で不足する分は連系している商用電源１から受電遮断器２を介して供給される。原動機５の速度制御はガバナ６で行われる。

発電装置は商用電源１から受電する受電電力を制御するために、計器用変流器１１、計器用変圧器１３、電力検出器９によって受電電力を検出する。
発電機４の発電電力は計器用変流器１２、計器用変圧器１４、電力検出器１０によって検出する。前記発電電力と前記受電電力を加算器１５によって加算し、減算器１６によって受電電力設定器１９の出力値を差し引くことによって、発電機４の発電電力目標値が演算される。この目標値はリミッタ２０によって、発電機４が出力可能な量に制限される。また、減算器１７で前記発電電力目標値と発電電力の差を求め、これをＰＩ制御器２１で増幅し、リミッタ２４によって発電機４が出力可能な量に制限する。リミッタ２４の出力信号は速度指令換算器２８により速度指令に換算されて、これによりガバナ６が制御される。

ところで、発電装置は特殊な保護継電器を設置する場合を除いて、一般的には商用電源１に電力を逆潮流させることはできない。必ず商用電源１からの受電電力が零以上の値でなければならない。そのため構内負荷８の消費電力が少ない場合は発電機４の発電電力を絞り、逆潮流が発生しないようにしている。
特開平４−２０９９４３号公報

このような従来の発電装置においては、構内負荷８の消費電力が急激に減少した場合、受電電力が減少し、リミッタ２０の出力信号である発電電力目標値が減少するので、発電電力を減少させるように制御を行う。しかし、この方法ではＰＩ制御器２１の制御の遅れのため充分な高速制御性能が得られず、逆潮流が発生しやすい。

需要家の受電点では、逆潮流が所定の時間以上継続すると、受電遮断器２をトリップして受電を停止させる逆電力継電器（図示しない）が設置されている。この受電遮断器２がトリップすると、連系運転を維持できなくなり構内の電力が不足する可能性があるので避けなければならない。この防止法としては、図７に示すように、予測される負荷減少量を算出し、負荷が急激に減少しても逆電力継電器の動作時限以内に受電電力が零以上に回復するよう、あらかじめ所定の値の受電電力を確保して運転する必要がある。

常用発電装置を設置する目的は、商用電源からの電力を安価な発電電力で代替して電力コストを削減することであり、運転中の受電電力はできるだけ零に近い方が電力コストは安くなる。しかしながら、前記のように常に所定の受電電力を確保して運転するので、常用発電装置の経済性を充分に発揮できないという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は発電電力の制御を高速化し、商用電力系統からの受電電力を低減できる発電装置の制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、商用電力系統と連系して構内負荷に電力を供給する発電装置の制御装置において、発電機と、前記発電機を駆動する原動機と、前記原動機の回転速度を制御するガバナと、前記ガバナに速度指令を出力する速度指令換算器と、前記商用電力系統から受電する受電電力を検出する受電電力検出器と、前記発電機の発電電力を検出する発電電力検出器と、発電電力と受電電力と受電電力の目標値から発電電力の目標値を演算する加減算器と、前記加減算器の出力信号の上下限をリミットして発電電力目標値を発電機が出力可能な値に制限する上下限リミッタと、前記発電電力の目標値と発電電力の検出値の誤差を増幅するＰＩ制御器と、逆送防止レベルを設定する逆送防止レベル設定器と、受電電力が逆送防止レベルより下がったことを判定する比較器と、定格周波数設定器とを有し、前記受電電力が前記逆送防止レベルより下がったときに定格周波数相当の速度指令を前記ガバナに入力することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発電装置の制御装置において、定格周波数設定器の代わりに、発電装置の暖機運転時の速度指令を記憶するメモリを備え、前記受電電力が前記逆送防止レベルより下がったときに前記メモリに記憶された速度指令をガバナに入力することを特徴とする。

本発明の発電装置の制御装置によれば、受電電力が減少して逆潮流になりそうになった時に急速に電力を絞るようにガバナを制御するので、従来の制御に比べ大幅に高速な電力制御を行うことができる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の第１の実施形態を図１を参照して説明する。
図１は、本実施形態による発電装置の制御装置の回路構成図であり、図６の従来の発電装置の制御装置と相違する構成は、逆送防止レベル設定器１８と比較器２２と定格周波数設定器２３とスイッチ２５を追加した点であり、その他は同一であるので、同一構成要素には同一符号を付してその説明は省略する。

逆送防止レベル設定器１８は逆送防止レベルＰ_Ｐを設定する。この逆送防止レベルＰ_Ｐは受電電力設定器Ｐ_ＲＳより小さく、零より大きい値に設定する。比較器２２では逆送防止レベルＰ_Ｐと受電電力Ｐ_Ｒを比較し、Ｐ_Ｒ＜Ｐ_Ｐとなった場合、スイッチ２５を切り替えて、リミッタ２４にｆ_０が出力される。

定格周波数設定器２３は商用電源１の定格周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）の値ｆ_０を設定しておく。速度指令換算器２８に入力される信号は、定格周波数の入力が発電出力０ｋＷの指令に相当する。速度指令換算器２８に定格周波数を入力すれば、発電機４の発電電力は０ｋＷに向かって絞られる。

次に、本実施形態の作用について説明する。
構内負荷８の消費電力が変動すると、受電電力をＰ_ＲＳに維持するように発電機４の発電電力を制御する。構内負荷８の消費電力の変動が僅かであればＰ_Ｒ＜Ｐ_Ｐは成立しないので、従来の技術と同様に発電電力の制御が行われる。

しかし、構内負荷８の消費電力が急激に減少しＰ_Ｒ＜Ｐ_Ｐとなった場合、スイッチ２５を切り替えて、速度指令ｆ_０がリミッタ２４を介して速度指令換算器２８に出力される。速度指令ｆ_０は発電電力の０ｋＷに相当する。この作用を図２に示す。速度指令換算器２８に速度指令ｆ_０が入力されると、ガバナ６は発電電力を急速に絞るように作用する。発電電力が減少すると受電電力が増加するので、Ｐ_Ｒ＜Ｐ_Ｐが不成立となる。すると、スイッチ２５が再び切り替えられ、通常の電力制御に戻り、受電電力は目標のＰ_ＲＳに収束する。

従来の制御では、構内負荷８の消費電力が急激に減少した場合、負荷電力が減少した分、受電電力Ｐ_Ｒが減少するので、リミッタ２０の出力信号である発電電力目標値が減少し、最終的には発電機４の発電電力は負荷電力が減少した分だけ減少する。しかし、負荷の急激な減少に対しては、制御の遅れがあるため充分に高速な応答が得られない。

本実施形態による発電装置の制御装置では、受電電力が減少してＰ_Ｒ＜Ｐ_Ｐとなった時に、発電電力が０ｋＷとなる速度指令をガバナに与えて制御の速度を速め、従来の制御に比べ大幅に高速な制御を行うことができる。

（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施形態を図３を参照して説明する。
図３は、本実施形態による発電装置の制御装置の回路構成図であり、既に説明した図１の第１実施形態と相違する構成は、定格周波数設定器２３の代わりに、暖機運転スイッチ２６と、比較器２７と、論理積演算器２９と、メモリ３０を備えた点であり、その他の構成は同一であるので、同一構成要素には同一符号を付してその説明は省略する。

次に、本実施形態の作用について説明する。
発電装置は、図示しない始動回路により始動して暖機運転を行う。この暖機運転は発電機４を商用電源１に連系した後、図４のように徐々に発電電力指令値を増やしていく（原動機に負荷をかける）ようにしている。暖機運転が終わると定格電力の出力が可能となる。但し最低でもＰ_ｗａｒｍの指令値を出力するようにしている。

暖機運転スイッチ２６は、上記暖機運転が行われているとき閉とする。比較器２７は発電機４の発電電力Ｐ_ＧがＰ_ｗａｒｍと等しいかどうかを判定する。メモリ３０は暖機運転スイッチ２６の出力と比較器２７の出力の論理積を入力し、暖機運転状態であってＰ_Ｇ＝Ｐ_ｗａｒｍである時に速度指令信号を記憶する。このことにより、発電電力がＰ_ｗａｒｍになるような速度指令ｆ_ｗａｒｍをメモリ３０に記憶させる。通常、Ｐ_ｗａｒｍは０ｋＷに近い値（例えば発電機の定格出力の５％程度）とする。

構内負荷８の消費電力が急激に減少し、Ｐ_Ｒ＜Ｐ_Ｐとなった場合、スイッチ２５を切り替えて、リミッタ２４を介して速度指令換算器２８に速度指令ｆ_ｗａｒｍが出力される。速度指令換算器２８に速度指令ｆ_ｗａｒｍが入力されると、これは発電電力Ｐ_ｗａｒｍ（０ｋＷに近い）に相当するので、ガバナ６は発電電力を急速に絞るように作用する。この作用を図５に示す。発電電力が減少すると受電電力が増加するので、Ｐ_Ｒ＜Ｐ_Ｐが不成立となる。すると、スイッチ２５が再び切り替えられ、通常の電力制御に戻り、受電電力は目標のＰ_ＲＳに収束する。

本実施形態による発電装置の制御装置では、受電電力が減少してＰ_Ｒ＜Ｐ_Ｐとなった時に発電電力が０ｋＷに近い速度指令をガバナに与えて制御の速度を速めるので、第１の実施形態と同様に高速な制御を行うことができる。

次に、本実施形態と第１の実施形態との違いを以下に説明する。
通常は、速度指令の入力が定格周波数の時に発電電力０ｋＷになるように、ガバナ６の特性に合わせて速度指令換算器２８を調整しているが、原動機５またはガバナ６の特性の経年変化により、速度指令入力と発電電力の関係にずれが生じ、速度指令として定格周波数を入力した時に発電電力を絞る作用が行きすぎて、発電電力が負（発電機モータとして動作する）になる場合があり得る。このモータリング状態になると発電機４に備えられている発電機逆電力リレー（図示しない）がトリップする可能性がある。

本実施形態のように、暖機運転時の速度指令ｆ_ｗａｒｍをメモリに記憶して使用すれば、原動機５またはガバナ６の特性が変化したとしても、その時点の特性に合った速度指令値が出力されるので、発電機逆電力リレーの動作を避けることができる。

本発明の第１の実施形態である発電装置の制御装置の回路構成図。 図１の発電装置の制御装置の動作を説明するための図。 本発明の第２の実施形態である発電装置の制御装置の回路構成図。 図３の暖機運転の動作を説明するための図。 図３の発電装置の制御装置の動作を説明するための図。 従来の発電装置の制御装置の回路構成図。 図６の従来の発電装置の制御装置の動作を説明するための図。

符号の説明

１…商用電源、２…受電遮断器、３…発電機遮断器、４…発電機、５…原動機、６…ガバナ、７…負荷遮断器、８…構内負荷、９，１０…電力検出器、１１，１２…計器用変流器、１３，１４…計器用変圧器、１５…加算器、１６，１７…減算器、１８…逆送防止レベル設定器、１９…受電電力設定器、２０，２４…リミッタ、２１…ＰＩ制御器、２２，２７…比較器、２３…定格周波数設定器、２５…スイッチ、２６…暖機運転スイッチ、２８…速度指令換算器、２９…理論積演算器、３０…メモリ。

Claims (2)

1. 商用電力系統と連系して構内負荷に電力を供給する発電装置の制御装置において、発電機と、前記発電機を駆動する原動機と、前記原動機の回転速度を制御するガバナと、前記ガバナに速度指令を出力する速度指令換算器と、前記商用電力系統から受電する受電電力を検出する受電電力検出器と、前記発電機の発電電力を検出する発電電力検出器と、発電電力と受電電力と受電電力の目標値から発電電力の目標値を演算する加減算器と、前記加減算器の出力信号の上下限をリミットして発電電力目標値を発電機が出力可能な値に制限する上下限リミッタと、前記発電電力の目標値と発電電力の検出値の誤差を増幅するＰＩ制御器と、逆送防止レベルを設定する逆送防止レベル設定器と、受電電力が逆送防止レベルより下がったことを判定する比較器と、定格周波数設定器とを有し、前記受電電力が前記逆送防止レベルより下がったときに定格周波数相当の速度指令を前記ガバナに入力することを特徴とする発電装置の制御装置。
2. 請求項１記載の発電装置の制御装置において、定格周波数設定器の代わりに、発電装置の暖機運転時の速度指令を記憶するメモリを備え、前記受電電力が前記逆送防止レベルより下がったときに前記メモリに記憶された速度指令をガバナに入力することを特徴とする発電装置の制御装置。
   
   

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