JP2506649Y2 - 発電装置の自動周波数制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は、内燃機関等によって駆動される発電機に
係り、特に、出力周波数の精度を向上させることのでき
る発電装置の自動周波数制御装置に関する。

［従来の技術］ 商用電源のバックアップ等に使用されている内燃力発
電設備のように、他とは独立した発電系統における周波
数制御は、従来、瞬時、瞬時における電源周波数を一定
の範囲内に保持しようとする制御であった。たとえば、
周波数が50Hzの３相交流を発電する場合、その周波数を
監視し、内燃機関のガバナを調整して燃料吐出量を制御
し、これによって内燃機関の回転数を増減して、発電周
波数を49.8〜50.2Hzの範囲内に保とうとするものであっ
た。

［考案が解決しようとする課題］ ところで、上述した従来の発電周波数制御において
は、次のような欠点があった。

瞬時、瞬時の周波数誤差は一定範囲に保たれるもの
の、この誤差が累積されると、電源周波数に依存して作
動する機器、たとえば、時計とか、同期電動機や誘導電
動機を使用したOA機器とかに悪影響を与えてしまう。

周波数誤差を累積して基準時間との時差を求め、こ
れに基づいて周波数制御を行う制御（この制御を本明細
書では時差制御と呼ぶ）においては、時差検出や内燃機
関の応答遅れ等の要因によるハンチングの問題があり、
なめらかな周波数制御が困難であった。

複数台の発電機をそれぞれ独立に内燃機関で駆動
し、各発電機の出力を並列接続して電力を取り出すよう
にした発電設備では、各内燃機関の特性等によって、ガ
バナの応答速度が異なっていることがある。このような
場合、ガバナの応答速度に応じて指令を変更する必要が
あるが、従来の発電設備では、このような制御ができな
かった。

この考案は、このような背景の下になされたもので、
上記各課題を解決した発電装置の自動周波数制御装置を
提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するためにこの考案は、出力が並列接
続された複数台の同期発電機と、前記各発電機の回転数
を制御するためのガバナと、前記発電機の出力周波数を
検出する検出器と、該検出器の出力に基づいて前記ガバ
ナを調整し前記発電機の回転数を制御する制御装置とを
備えた発電装置において、 前記発電機の出力周波数を基準値と比較して誤差を出
力する比較手段と、 該比較手段から出力された誤差を積分する積分手段
と、 該積分手段にて積分された積分値の絶対値が第１の設
定値を越えたときに、時差修正信号を出力するととも
に、該積分値の絶対値が該第１の設定値より小さい第２
の設定値より小さくなったときに前記時差修正信号を停
止する時差制御手段と、 前記発電機の出力周波数と基準周波数との誤差の絶対
値が第３の設定値より大きいときに周波数修正信号を出
力し、該第３の設定値より小さい第４の設定値より小さ
くなったときに前記周波数修正信号を停止する周波数制
御手段と、 前記各ガバナに対応して設けられ、前記時差修正信号
および前記周波数修正信号に基づいて前記各ガバナを調
整するガバナ調整手段と を具備することを特徴とする。

［作用］ 上記構成によれば、時差制御と周波数制御とが並行し
て行われるので、時刻の誤差を最小に抑えることができ
る。これによって、OA機器の時計等、電源周波数に同期
する装置を常に正しく作動させることができる。

また、時差制御に制御リセット方式を用いたので、時
差検出時の時間遅れによる制御ハンチングをなくすこと
が可能となり、周波数制御が円滑に行われる。ここで、
制御リセット方式とは、第１、第２の２つの設定値を設
け、信号の大きさが第１の設定値を越えたときに制御を
開始し、信号の大きさが第１の設定値より小さい第２の
設定値よりさらに小さくなったときに制御リセットする
ようにした制御方式である。

さらに、ガバナ調整手段を備え、各発電機を駆動する
機関のガバナ特性に適合したガバナ制御を行うようにし
たので、複数の発電機が並列運転している状態でも、各
発電機の負荷バランスをくずすことなく、ガバナを制御
することができる。

［実施例］ 以下、図面を参照して、本考案の実施例を説明する。

第１図は、この発明の一実施例による発電装置の自動
周波数制御装置の全体構成を示すブロック図である。

この制御装置は、ｎ台の発電機をそれぞれ独立に内燃
機関（ディーゼルエンジン）で駆動し、ｎ台の同期発電
機の出力を並列接続して交流電源を取り出すようにした
電源設備に適用されたものであり、その出力が発電母線
を介して、第１図の波形計数回路１に供給される。

波形計数回路１は、第２図に示す構成となっている。
電源母線から供給された（50±α）Hzの電源波形は、整
流器1aによって全波整流された後、波形整形回路1bによ
ってパルス状の波形とされる。このパルス状の波形の同
期は、（10±α）msであり、同期回路1cに供給される。
同期回路1cには同期1msのクロックCP1が供給されてい
る。このクロックCP1は、水晶発振器２で発振されたク
ロックを、分周回路３内の分周器3aで分周して形成した
ものである。同期回路1cは、Ｄフリップフロップからな
り、そのデータ入力端には波形整形回路1bからのパルス
信号が供給され、クロック入力端にはクロックCP1が供
給されている。よって、上記パルス信号はクロックCP1
によってＤフリップフロップに取り込まれ、クロックと
パルス信号との同期がとられる。こうして、同期回路1c
からは、クロックCP1と同期のとれた同期10ms±αのパ
ルス信号が出力され、これがカウンタ1dによって計数さ
れる。すなわち、カウンタ1dは、分周回路３内の分周器
3bから供給された周期1sのクロックCP2によってリセッ
トされた後、上記パルス信号を計数し、１秒間に供給さ
れたパルス数を出力する。このパルス数は、電源周波数
が正常な場合「100」となる。上記出力はラッチ回路1e
に一時記憶され、比較演算回路４に供給される。

比較演算回路４は、クロックCP2が出力されるたび
に、上記パルス数を「100」と比較し、パルス数が100よ
り大きいときには、アップダウンカウンタ５のアップ端
子に過剰分のパルス数を送り、パルス数が100より小さ
いときには、アップダンカウンタ５のダウン端子に不足
分のパルス数を供給する。すなわち、アップダウンカウ
ンタ５は積分回路として機能し、時差に対応する信号
（時差信号）TDを出力する。

なお、上述した1sのクロックCP2は、時計表示器６に
送られて時刻表示に使用される。また、時差信号TDは、
時差表示器７に供給され、時差が表示される。さらに、
時差信号TDは、時差警報回路８に供給され、時差が時差
警報設定値より大きくなったときに、時差警報信号が出
力されるようになっている。

上記時差信号TDは、ガバナ時差修正制御進側リセット
回路９とガバナ時差修正遅側リセット回路10に供給され
る。これらのリセット回路9,10には、信号変換回路11か
ら周波数信号FSが供給されている。この信号変換回路11
は、発電母線から供給された電源周波数を４〜20mAの電
流信号に比例変換するものである。

第３図は、上記各リセット回路9,10の機能構成図、第
４図は時差修正制御の波形図である。発電周波数が高く
なり、時差があらかじめ定めた設定値Ｔ以上になると
（第４図（ａ）のP1点）、ワイプアウト・スイッチWOを
通して、時差進み修正制御パルス回路12に直ちに時差修
正信号が送られ、発電周波数を下げるようにガバナを制
御する。そして、１秒前との時差を比較し、たとえ
ば、３〜５秒の間、連続して時差が減少した場合（第４
図P2点）、あるいは、発電母線周波数が（50−α）Hz
以下になった場合（第４図P4点）のいずれかの場合は、
上記制御をワイプアウト（停止）する。なお、ワイプア
ウトした後、時差がＴ以上で再び上昇傾向に転じた場合
（第４図のP3点）には、時差進み修正制御を再開する。

一方、発電周波数が低下し、時差があらかじめ定めた
設定値−Ｔより小さくなると（すなわち時差の絶対値が
Ｔを越えると、：第４図（ｂ）のP6点）、時差遅れ修正
制御パルス回路13に直ちに時差修正信号が送られ、発電
周波数を上げるようにガバナを制御する。そして、１
秒前との時差を比較し、たとえば、３〜５秒の間、連続
して時差が減少した場合（第４図P7点）、または、発
電母線周波数が（50±β）Hz以上になった場合（第４図
P9点）のいずれかの場合は、上記制御をワイプアウトす
る。なお、ワイプアウトした後、時差が−Ｔ以下で再び
減少傾向に転じた場合（第４図のP8点）には、時差遅れ
修正制御を再開する。

時差進み修正制御パルス回路12,および時差遅れ修正
制御パルス回路13は、時差修正信号を受けると、一定周
期（たとえば、10秒周期）の進み修正パルスCF、または
遅れ修正パルスCSを出力し、インターロック回路14−i,
15−ｉ（ｉ＝１〜ｎ）にそれぞれ供給する。インターロ
ック回路14−i,15−ｉは、発電機の出力側の遮断器が閉
じて電源供給がなされている間、閉回路を構成し、ガバ
ナ制御パルス調整回路16−i,17−ｉに修正パルスCF,CS
をそれぞれ供給する。

ガバナ制御パルス調整回路16−i,17−ｉは、それぞ
れ、修正パルスCFに応じてガバナの設定速度を下げる方
向にガバナを制御したり、修正パルスCSに応じてガバナ
の設定速度を上げる方向にガバナを制御するものであ
り、修正パルスが供給されるたびに、ガバナ速度設定用
直流モータの応答特性に応じて、所定幅（たとえば、0.
5秒とか、0.7秒とかの幅）の直流電流を上記直流モータ
に供給する。

以上が、時差修正制御を行うための構成と動作であ
る。次に、周波数修正制御のための構成と動作を説明す
る。これらの周波数修正は、負荷の変動等の外乱によっ
て生じた周波数変動を修正するためのものである。

まず、周波数Ｈ検出回路18は、信号変換回路11の出力
によって、発電周波数が所定周波数（たとえば、50.2H
z）以上になると、周波数下げ制御パルス回路19に周波
数下げ制御信号を供給する。周波数下げ制御パルス回路
19は、この信号をインターロック回路14−ｉに供給す
る。インターロック回路14−ｉは、上記と同様にして、
ガバナ制御パルス調整回路16−ｉを介してガバナ速度設
定用直流モータに電流を供給し、周波数を下げる方向の
制御を行う。

一方、周波数Ｌ検出回路20は、信号変換回路11の出力
によって、発電周波数が所定周波数（たとえば、49.8H
z）以下になると、周波数上げ制御パルス回路21に周波
数上げ制御信号を供給する。周波数上げ制御パルス回路
21は、この信号をインターロック回路15−ｉに供給す
る。インターロック回路15−ｉは、上記と同様にして、
ガバナ制御パルス調整回路17−ｉを介してガバナ速度設
定用直流モータに電流を供給し、周波数を上げる方向の
制御を行う。なお、これらの周波数制御は、周波数が5
0.0Hzに戻った時点で制御を停止する。また、信号変換
回路11の出力は周波数表示器22に供給され、その時の周
波数がディジタル表示されるようになっている。

次に、信号変換回路23は、発電周波数を４〜20mAの電
流に変換するものであり、その出力は、周波数HH検出回
路24と、周波数LL検出回路25とに供給されている。周波
数HH検出回路24は、発電周波数が上限設定値（たとえ
ば、50.5Hz）を越えたときに、インターロック回路14−
ｉ、および15−ｉに信号を送り、ガバナとの接続を断
つ。これによって、ガバナは、本回路による制御を受け
ない状態となり、所定の位置に機械的に保持され、以
後、この状態で発電が行われる。一方、周波数LL検出回
路25は、発電周波数が下限設定値（たとえば、49.5Hz）
より下がったときに、上と同様の動作を行うものであ
る。

さらに、作業員が手動操作によって制御を停止する場
合、操作信号が外部インターロック入力端26−ｉから各
インターロック回路14−ｉおよび15−ｉに供給され、自
動周波数制御が停止されるようになっている。

第５図、第６図、第７図は、発電周波数の時間的変動
を示すものである。これらの図において、横軸は時刻で
あり、たとえば、９、10、11、12時という具合である。
また、縦軸は発電周波数であり、50Hzを中心に最小目盛
り0.2Hzとなっている。

第５図は、時差制御だけで、積分回路５から出力され
た時差信号TDを、制御リセット（ワイプアウト）を行う
ことなく、直接ガバナ制御パルス調整回路16−i,17−ｉ
に供給し、発電機のガバナを制御するようにした場合の
周波数変動を示すものである。この場合、積分回路５に
よる１次遅れ要素によって、周波数が大きく変動して発
散してしまう。このため、本実施例では、ガバナ時差修
正制御進側リセット回路９およびガバナ時差修正制御遅
側リセット回路10を挿入して、制御リセットをかけるこ
とにより、上記発散を防いでいる。

第６図は、上記の時差制御に制御リセットをかけて、
周波数の発散を防止した結果を示すものである。第６図
から分かるように、発電周波数は、14時ごろから17時ご
ろの間では、30分〜１時間間隔でかなり変動しているも
のの、制御リセットの機能によって、周波数の変動は発
散することなく、50±0.2Hzの範囲に収まっている。

第７図は、第６図の時差制御に、さらに、周波数Ｈ検
出回路18、周波数Ｌ検出回路20からの周波数制御を加え
た、本実施例による自動周波数制御の結果を示すもので
ある。この図と第６図とを比較して分かるように、本制
御では、周波数の変動幅が少なくなり、良好な周波数制
御を得ることができる。また、このときの時差は、時差
設定値±10秒に対し±８秒以内に収まっている。

［考案の効果］ 以上説明したように、この考案は、以下の効果を上げ
ることができる。

時差制御と周波数制御とを併用したので、OA機器の
時計等、電源周波数に同期する装置を常に正しく作動さ
せることができる。

時差制御に制御リセット方式を用いたので、時差検
出時の時間遅れによる制御ハンチングをなくすことが可
能となった。これによって、周波数制御が円滑に行われ
るようになった。

ガバナ制御パルス調整回路を備え、各発電機を駆動
する機関のガバナ特性に適合したガバナ制御を行うよう
にしたので、複数の発電機が並列運転している状態で
も、各発電機の負荷バランスをくずすことなく、ガバナ
を制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による発電装置の自動周波
数制御装置の構成を示すブロック図、第２図は同実施例
の波形計数回路とその周辺の構成を示すブロック図、第
３図はガバナ時差修正制御進側リセット回路９とガバナ
時差修正制御遅側リセット回路10の機能ブロック図、第
４図は時差修正制御の動作を説明するための波形図、第
５図は上記リセット回路9,10がない場合の発電周波数の
変動を示す図、第６図はリセット回路9,10を備えた場合
の時差制御による発電周波数の変動を示す図、第７図は
上記実施例による発電周波数の変動を示す図である。 ４……比較演算回路、５……積分回路、９……ガバナ時
差修正制御進側リセット回路、10……ガバナ時差修正制
御遅側リセット回路、12……時差進み修正制御パルス回
路、13……時差遅れ修正制御パルス回路、16−１〜16−
ｎ……ガバナ制御パルス調整回路（下げ）、17−１〜17
−ｎ……ガバナ制御パルス調整回路（上げ）。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】出力が並列接続された複数台の同期発電機
   と、前記各発電機の回転数を制御するためのガバナと、
   前記発電機の出力周波数を検出する検出器と、該検出器
   の出力に基づいて前記ガバナを調整し前記発電機の回転
   数を制御する制御装置とを備えた発電装置において、 前記発電機の出力周波数を基準値と比較して誤差を出力
   する比較手段と、 該比較手段から出力された誤差を積分する積分手段と、 該積分手段にて積分された積分値の絶対値が第１の設定
   値を越えたときに、時差修正信号を出力するとともに、
   該積分値の絶対値が該第１の設定値より小さい第２の設
   定値より小さくなったときに前記時差修正信号を停止す
   る時差制御手段と、 前記発電機の出力周波数と基準周波数との誤差の絶対値
   が第３の設定値より大きいときに周波数修正信号を出力
   し、該第３の設定値より小さい第４の設定値より小さく
   なったときに前記周波数修正信号を停止する周波数制御
   手段と、 前記各ガバナに対応して設けられ、前記時差修正信号お
   よび前記周波数修正信号に基づいて前記各ガバナを調整
   するガバナ調整手段と を具備することを特徴とする発電装置の自動周波数制御
   装置。