JP2579913B2 - 発電所の電圧制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は負荷時タップ切換手段を有する主変圧器を
介して発電機が送電系統に連繋されるような発電所の電
圧制御装置に関する。

（従来の技術） 電力系統は、系統の安定運転により電気機器などが正
常に機能できるようになっており、このために電圧変動
の生じることのない安定した電圧制御が要求される。

ところで、このような電力系統での電圧変動には有効
電力の影響によるものと、無効電力の影響によるものと
考えられており、ここで、送電系統の送電端電圧をVs
（一定）、受電端電圧をVr、この間のインピーダンスを
ｚ＝ｒ＋jx、有効電力をＰ、無効電力をＱとすると、こ
れら有効電力Ｐ、無効電力Ｑが微小変化した時の、これ
らの関係は下式で表わすことができる。

そして、これら（１）（２）式の比を取ると、 となる。この場合、（３）式ではVr²/Z≫P,Q、ｘ≫ｒ、
ｚｘであるので、 Ｐ≪１ となる。このことからして、電力系統での電圧変動は主
に無効電力Ｑの変動に原因するものと言える。

したがって、電力系統の安定化には無効電力Ｑの変動
を少なく抑える制御が有効であるが、上述のように無効
電力Ｑは電圧に対して一義的に相関するものであるの
で、結局発電所としては電圧制御により対処するように
している。

しかして、従来、この種の発電所の電圧制御装置には
発電機自動電圧調節装置による発電機電圧制御と、発電
機と送電系統の間に介在される主変圧器の負荷時タップ
切換装置による主変圧器の送電系統側電圧制御を併用し
たものがある。

第９図はこのような制御装置の一例を示すもので、こ
の場合、発電機１に負荷時タップ切換装置９を有する主
変圧器２を介して送電系統３が連繋されている。そし
て、手動または中央給電指令所から無効電力の基準値を
内容とする制御指令C1と、発電機電圧Vgおよび発電機電
流Igの検出入力C2が発電機無効電力調節装置４に入力さ
れ、ここで電圧設定値が演算され電圧設定器５に与えら
れる。また、電圧設定器５の出力が基準値として発電機
用自動電圧調節装置６に与えられ、この基準値に基づく
励磁電源装置７の制御により発電機界磁巻線８への直流
電圧が制御され、発電機電圧が制御されるようになり、
一方、手動、中央給電指令所あるいは発電所中央操作室
から予めプログラムされた設定値を内容とする指令C3が
主変圧器用負荷時タップ切換装置９に入力され、該負荷
時タップ切換装置９によりタップが切換制御され、主変
圧器２の送電系統側電圧が制御されるようになってい
る。

（発明が解決しようとする問題点） このようにしたものでは、発電機用自動電圧調節装置
による発電機電圧制御と、主変圧器の負荷時タップ切換
装置による主変圧器の送電系統側電圧制御とが夫々独立
して実行されるため、例えば発電機用自動電圧調節装置
による発電機電圧制御により発電機電圧がある範囲を越
えたような場合には、その旨の警報により運転員が負荷
時タップ切換装置により主変圧器のタップを切換えるよ
うな手段がとられている。したがって、発電機電圧の変
動が大きい場合には、運転員の操作が頻繁に必要とな
り、このため多大の手間がかかるなど操作性が悪い欠点
があった。また、仮に発電機電圧がある範囲を越えたに
もかかわらず運転員が主変圧器のタップを切換えを行な
わないでいると、この間発電機電圧が過電圧または低電
圧になったままになってしまい電圧制御の速応性、確実
性に欠けるとともに、電力系統の安定運転に支障を来た
すおそれもあった。

そこで、この発明の目的とするところは発電機電圧制
御に連動させて主変圧器のタップ切換えによる主変圧器
送電系統側電圧制御を行なうことができ、操作性の向上
を図り得、しかも電圧制御の速応性、確実性を確保でき
るとともに、電力系統の安定運転を期待できる発電所の
電圧制御装置を提供するところにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、この発明は次のようにして
いる。

すなわち、負荷時タップ切換装置を有する主変圧器を
介して発電機が送電系統に連繋される発電所において、
制御指令により所定の許容変動範囲の発電機電圧を演算
するとともに該発電機電圧に対応する主変圧器のタップ
位置を決定する演算制御手段、主変圧器の送電系統側電
圧を検出し該送電系統側電圧と上記制御指令の内容が等
しくなるように上記発電機電圧を設定するとともに該設
定発電機電圧が所定の許容範囲に納まるように上記負荷
時タップ切換手段にタップ切換指令を与える実行制御手
段よりなっている。

（作用） この発明では、制御指令（主変圧器送電側電圧）が与
えられると、該制御指令の内容により発電機電圧を演算
するとともに、この時の発電機電圧に対応する主電圧器
のタップ位置を決定する。そして、このようにして得ら
れた主変圧器送電側電圧を検出し、該主変圧器送電側電
圧が上記の制御指令と等しくなるような発電機電圧を設
定し、さらに、この時の設定に基づく発電機電圧が所定
の許容変動範囲に納まるように主変圧器のタップ切換を
制御する。これにより発電機電圧制御に連動させて主変
圧器のタップ切換えによる主変圧器送電側電圧制御を行
なうことができるようになる。

（実施例） 以下、この発明の一実施例を図面にしたがい説明す
る。

第１図は同実施例の回路構成を示すものである。図に
おいて、11は発電機で、この発電機11は昇圧用の主変圧
器12を介して送電系統13に連繋されている。この場合、
発電機11には界磁巻線14が設けられ、また主変圧器12に
は負荷時タップ切換装置（MTr LTC）15が設けられてい
る。

一方、16はメインコントローラで、このコントローラ
16は制御指令17として送電系統側電圧Vloまたは無効電
力VARまたは送電系統側電圧および無効電力の上げ下げ
指令などが与えられ、一方、検出入力18として主変圧器
12の送電系統側電圧Vl、発電機電圧Vg、発電機電流Ig、
あるいは無効電力などが与えられる。また、負荷時タッ
プ切換装置15に対してタップ切換指令を与えるととも
に、電圧設定器（90R）19に発電機電圧の設定指令を与
える。

この場合、上記メインコントローラ16は第２図に示す
ように演算制御手段161および実行制御手段162からなっ
ている。ここで、演算制御手段161は制御指令17および
現在の主変圧器タップ位置に基づく系統側電圧により上
記発電機11での発電機電圧を演算するとともに該発電機
電圧が所定の許容変動範囲に納まるように上記負荷時タ
ップ切換装置15にタップ切換指令を出力するようにして
いる。また、実行制御手段162は検出入力18として与え
られる主変圧器12の送電系統側電圧Vlをもとに、該送電
系統側電圧Vlが制御指令17の内容に等しくなるように電
圧設定器19に対して発電機電圧の設定指令を与えるとと
もに、検出入力18として与えられる発電機電圧Vgが所定
の許容変動範囲に納まるように上記負荷時タップ切換装
置15にタップ切換指令を出力するようにしている。

電圧設定器19はメインコントローラ16の設定指令によ
り基準値を設定し、この設定値を発電機用自動電圧調節
制御装置（Gen AVR）20に与える。そして、発電機用自
動電圧調節装置20での基準値に基づく励磁電源装置21の
制御により発電機界磁巻線14への直流電圧を決定し、発
電機11の発電機電圧Vgを制御するようになっている。

次に、このように構成した実施例の動作を第３図のフ
ローチャートにしたがい説明する。

なお、この実施例では、制御指令17として送電系統側
電圧Vloを用いた場合を示している。

いま、第３図のステップA1で、制御指令17としての送
電系統側電圧Vloが入力されると、ステップA2におい
て、この時の送電系統側電圧Vloが現在の主変圧器12の
送電系統側電圧Vlに対して変化があるか否かが判断され
る。

ここで、変化が認められればステップA3に進み、主変
圧器12の現在のタップ位置が検出される。そして、ステ
ップA4に進む。

このステップA4では、主変圧器12のタップ位置から現
在の主変圧器12の送電系統側電圧Vlが求められるととも
に、この送電系統側電圧Vlと制御指令17（送電系統側電
圧Vlo）が等しくなるような発電機電圧Vgoが演算され
る。そして、ステップA5に進む。

このステップA5においては、発電機電圧Vgoが所定の
許容変動範囲に納まるか否かが判断される。この場合、
許容変動範囲の上限はVgh、下限はVglとなっている。こ
こで、許容変動範囲に納まらない場合には、ステップA6
に進む。

このステップA6では、発電機電圧Vgoが下限Vglより小
さければ、負荷時タップ切換装置15にタップ上げを内容
とする指令が出力され、一方、発電機電圧Vgoが上限Vgh
より大きければ、負荷時タップ切換装置15にタップ下げ
を内容とする指令が出力される。そして、ステップA7に
おいて主変圧器12のタップ切換が実行され、再び、ステ
ップA3に戻る。

以下、同様な動作が繰返された結果、ステップA5にお
いて発電機電圧Vgoが所定の許容変動範囲に納まると判
断されると（勿論、ステップA6およびステップA7の動作
を経由することなく、いきなり発電機電圧Vgoが所定の
許容変動範囲に納まった場合も同様である。）、ステッ
プA8に進む。

このステップA8では、この時点での主変圧器12の送電
系統側電圧V1が検出される。そして、ステップA9に進
み、この時の送電系統側電圧V1と制御指令17（送電系統
側電圧Vlo）が等しくなるような発電機電圧設定指令が
電圧設定器19に与えられる。そして、ステップA10に示
すように、電圧設定器19において発電機電圧Vg設定に必
要な基準値が設定される。

次に、ステップA11に進む。このステップA11では、発
電機11の現在の発電機電圧Vgが検出される。そして、ス
テップA12に進む。

このステップA12においては、この時の発電機電圧Vg
が所定の許容変動範囲に納まるか否かが判断される。こ
の場合、許容変動範囲の上限はVgh、下限はVglとなって
いる。ここで、許容変動範囲に納まらない場合には、ス
テップA13に進む。

このステップA13では、発電機電圧Vgoが下限Vglより
小さければ、負荷時タップ切換装置15にタップ上げを内
容とする指令が出力され、一方、発電機電圧Vgoが上限V
ghより大きければ、負荷時タップ切換装置15にタップ下
げを内容とする指令が出力される。そして、ステップA1
4において主変圧器12のタップ切換が実行され、再び、
ステップA8に戻る。

以下、同様な動作が繰返された結果、ステップA12に
おいて発電機電圧Vgが所定の許容変動範囲に納まると判
断されると（勿論、ステップA13およびステップA14の動
作を経由することなく、いきなり発電機電圧Vgoが所定
の許容変動範囲に納まった場合も同様である。）、ステ
ップA1に戻り、最初の制御指令17待ちの状態になる。

このようなフローチャートにしたがった制御によれ
ば、発電機電圧Vgと主変圧器12のタップ位置の変化の関
係は第５図に示すようになる。この場合、制御指令17の
入力の後に主変圧器12のタップ切換が行なわれ、この後
に電圧設定器19にて発電機電圧の設定が行なわれ発電機
電圧Vgが制御されるようになる。

次に、制御指令17が増減される場合を第４図のフロー
チャートにしたがい説明する。この場合、ステップB1で
送電側電圧Vlの増減指令が入力されると、ステップB2に
おいて、現在の発電機電圧Vgが検出される。そして、ス
テップB3に進み、ここで指令内容が増加が減少かが判断
される。いま、増加が判断されると、ステップB4に進
む。

このステップB4では、発電機電圧Vgが許容変動範囲の
上限値Vghより増加指令に対応する変化量ΔVgを差し引
いた値に比べ大きいか否かが判断される。ここで、大き
いと判断されると、ステップB5に進み、発電機電圧Vgと
上限値Vghが等しくなるような発電機電圧設定指令が電
圧設定器19に与えられる。そして、ステップB6に示すよ
うに電圧設定器19において発電機電圧設定に必要な基準
値が設定される。さらに、ステップB7にて負荷時タップ
切換装置15にタップ上げ指令が与えられ、ステップB8に
おいて主変圧器12のタップ切換が実行される。そして、
ステップB9に進む。

このステップB9では、現在の発電機電圧Vgが検出され
る。そして、ステップB10にて、この時の発電機電圧Vg
と上限値Vghが等しくなるような発電機電圧設定指令が
電圧設定器19に与えられる。そして、ステップB11に示
すように電圧設定器19において発電機電圧設定に必要な
基準値が設定され、ステップB9に戻り、以下、ステップ
B9〜ステップB11の動作が繰返される。

一方、ステップB4において、発電機電圧Vgが許容変動
範囲の上限値Vghより増加指令に対応する変化量ΔVgを
差し引いた値に比べ大きいか否か判断した結果、小さい
と判断すると、ステップB12に進む。このステップB12で
は、現在の発電機電圧Vgが検出される。そして、ステッ
プB13において、発電機電圧Vgに増加指令に対応する変
化量ΔVgを加えたところの新たな発電機電圧設定指令が
電圧設定器19に与えられる。そして、ステップB14に示
すように電圧設定器19において、この時の発電機電圧設
定に必要な基準値が設定され、ステップB12に戻り、以
下、ステップB12〜ステップB14の動作が繰返される。

次に、ステップB3において、指令内容が減少と判断さ
れと、ステップB15に進む。

このステップB15では、発電機電圧Vgが許容変動範囲
の下限値Vglより減少指令に対応する変化量ΔVgを加え
た値に比べ小さいか否かが判断される。ここで、小さい
と判断されると、ステップB16に進み、発電機電圧Vgを
下限値Vglに等しくするような発電機電圧設定指令が電
圧設定器19に与えられる。そして、ステップB17に示す
ように電圧設定器19において発電機電圧設定に必要な基
準値が設定される。さらに、ステップB18にて負荷時タ
ップ切換装置15にタップ上げ指令が与えられ、ステップ
B19において主変圧器12のタップ切換が実行される。そ
して、ステップB20に進む。

このステップB20では、現在の発電機電圧Vgが検出さ
れる。そして、ステップB21にて、この時の発電機電圧V
gと上限値Vglが等しくなるような発電機電圧設定指令が
電圧設定器19に与えられる。そして、ステップB22に示
すように電圧設定器19において発電機電圧設定に必要な
基準値が設定され、ステップB20に戻り、以下、ステッ
プB20〜ステップB22の動作が繰返される。

一方、ステップB15において、発電機電圧Vgが許容変
動範囲の下限値Vglに減少指令に対応する変化量ΔVgを
加えた値に比べ小さいか否か判断した結果、大きいと判
断すると、ステップB23に進む。このステップB23では、
現在の発電機電圧Vgが検出される。そして、ステップB2
4において、発電機電圧Vgに増加指令に対応する変化量
ΔVgを加えたところの新たな発電機電圧設定指令が電圧
設定器19に与えられる。そして、ステップB25に示すよ
うに電圧設定器19において、この時の発電機電圧設定に
必要な基準値が設定され、ステップB23に戻り、以下、
ステップB23〜ステップB25の動作が繰返される。

その後、新たに送電系統側電圧の増減指令が入力され
ると、総ての動作はステップB1に戻るようになる。

なお、このようなフローチャートにしたがった制御に
よれば、発電機電圧Vgと主変圧器12のタップ位置の変化
の関係は第６図に示すようになる。

したがって、このようにすれば制御指令（主変圧器送
電側電圧）が与えられると、該制御指定および現在の主
変圧器タップ位置より発電機電圧が演算されるととも
に、この時の発電機電圧が所定の許容変動範囲に納まる
ように主変圧器のタップ切換が制御され、次いで、この
ようにして得らる主変圧器送電側電圧が検出されて該主
変圧器送電側電圧が制御指令と等しくなるように発電機
の発電機電圧が設定されるとともに、この設定に基づく
発電機電圧が所定の許容変動範囲に納まるように主変圧
器のタップ切換が制御されるようになっており、これに
より発電機電圧制御に連動させて主変圧器のタップ切換
による主変圧器送電側電圧制御を行なうことができる。
この結果、従来、運転員の主変圧器でのタップ切換につ
いて警報がある度に操作していたものに比べ、このよう
な面倒な操作を省略できることから操作性の著しい向上
を図ることができる。しかも主変圧器でのタップ切換は
発電機電圧が常に許容変動範囲に納まるように制御され
るので、従来のように発電機電圧が過電圧または低電圧
になったままになるようなこともなくなり、電圧制御の
即応性および確実性を確保することができ、電力系統の
安定運転を期待することもできる。

なお、この発明は上記実施例にのみ限定されず、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、上述では制御指令17の入力の後に主変圧器12
のタップ切換が行なわれ、この後に電圧設定器19にて発
電機電圧の設定が行なわれるようにしたが、制御指令17
の入力の後に主変圧器12のタップ切換と電圧設定器19で
の発電機電圧の設定を並行して進めるようにしてもよ
い。この場合のフローチャートを第７図に示している。
すなわち、ステップC1において、制御指令17としての送
電系統側電圧Vloが入力されると、ステップC2におい
て、この時の制御指令17（送電系統側電圧Vlo）が現在
の主変圧器12の送電系統側電圧Vlに対して変化があるか
否かが判断される。ここで、変化が認められればステッ
プC3に進み、この時の制御指令17（送電系統側電圧Vl
o）に応じた主変圧器12のタップ位置が選定され、同時
に主変圧器12のタップ位置から求められる送電系統側電
圧Vlと制御指令17（送電系統側電圧Vlo）が等しくなる
ような発電機電圧Vgoが演算される。この場合、発電機
電圧Vgoは所定の許容変動範囲に納まるように設定され
る。ここで、許容変動範囲の上限はVgh、下限はVglで示
している。そして、ステップC4に進み、主変圧器12の現
在のタップ位置が検出され、ステップC5において、ステ
ップC3で選定されたタップ位置とステップC4で検出され
たタップ位置が等しいか否かが判断される。ここで、両
者が等しければ条件Ａが成立し処理を終了する。一方、
ステップC5において、等しくないものと判断されると、
ステップC6に進み、選定タップ位置と現在タップ位置を
等しくするようなタップ切換指令が負荷時タップ切換装
置15に与えられ、主変圧器12のタップが切替えられ、条
件Ａの成立により処理を終了する。一方、ステップC3よ
りステップC4と並行してステップC8にも進んでいる。こ
のステップC8では、現在の発電機電圧Vgが検出され、ス
テップC9において、この時の発電機電圧VgとステップC3
で演算された発電機電圧Vgoが等しくなるような発電機
電圧設定指令が電圧設定器19に与えられる。そして、ス
テップC10に示すように電圧設定器19において発電機電
圧設定に必要な基準値が設定される。次いで、ステップ
C11において上述の条件Ａの成立の有無が判断される。
ここで、条件Ａが未だ成立していなければ、ステップC8
に戻り、さらにステップC8〜ステップC11の動作が繰返
される。そして、ステップC11において条件Ａが成立し
ていると判断されると、ステップC12以降に進む。この
場合、ステップC12〜ステップC18は上述の第３図のステ
ップA8〜ステップA14と同じなので、ここでの説明は省
略する。この場合の発電機電圧Vgと主変圧器12のタップ
位置の変化の関係は第８図に示すようになり、制御指令
17の入力の後に主変圧器12のタップ切換と電圧設定器19
での発電機電圧の設定が並行して進められるようにな
る。このようにしても上述の実施例と同様な効果を期待
できる。

また、上述では制御指令17として送電系統側電圧を用
いた場合を述べたが、無効電力VARを制御指令として用
いるようにしてもよい。この場合、無効電力VARが制御
指令として入力されると、メインコントローラ16により
発電機電圧Vgoが演算され、この値と現実の発電機電圧V
gが等しくなるように発電機用自動電圧調整装置20の制
御を行なうようになる。また、このような制御指令とし
て無効電力を用いた場合の増減指令制御については上述
の第４図と同様である。

［発明の効果］ この発明によれば発電機電圧制御に連動させて主変圧
器のタップ切換えによる主変圧器送電系統側電圧制御を
行なうことができるので、かかる電圧制御の操作性の向
上を図り得、しかも電圧制御の速応性、確実性を確保で
きるとともに、電力系統の安定運転を期待することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す回路図、第２図は同
実施例に用いられるメインコントローラを示す構成図、
第３図および第４図は同実施例を説明するためのフロー
チャート、第５図および第６図は同実施例における発電
機電圧と主変圧器タップ位置の関係を説明するための
図、第７図はこの発明の他の実施例の動作を説明するた
めのフローチャート、第８図は同他の実施例における発
電機電圧と主変圧器タップ位置の関係を説明するための
図、第９図は従来の発電所の電圧制御装置の一例を示す
回路図である。 11……発電機、12……主変圧器、13……送電系統、15…
…負荷時タップ切換装置、16……メインコントローラ、
161……演算制御手段、162……実行制御手段、17……制
御指令、18……検出入力、19……電圧設定器、20……発
電機用自動電圧調節装置。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】負荷時タップ切換手段を有する主変圧器を
   介して発電機が送電系統に連繋される発電所において、
   制御指令により所定の許容変動範囲の発電機電圧を演算
   するとともに該発電機電圧に対応する主変圧器のタップ
   位置を決定する演算制御手段と、上記主変圧器の送電系
   統側より検出された送電系統側電圧と上記制御指令によ
   り上記発電機の発電機電圧を設定するとともに該設定に
   基づく発電機電圧が所定の許容範囲に納まるように上記
   負荷時タップ切換手段にタップ切換指令を与える実行制
   御手段とを具備したことを特徴とする発電所の電圧制御
   装置。