JP2729475B2 - 系統連系保護装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、系統連系方式、特に商
用電力線連系方式における系統事故時等の系統連系保護
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、高圧需要家がコージェネレーシ
ョン等の自家用発電設備（以下自家発電設備という）を
系統連系するために、図６に示すような系統連系システ
ムが用いられている。

【０００３】すなわち、図６の系統連系システムにおい
て、１は自家発電設備、２は系統母線、３は配電用変電
所、４は変圧器、５は受電線送り出し遮断器、６は転送
受信装置である。この転送受信装置６は逆潮流ありの場
合の系統事故時の変電所３からの信号により、構内自家
発電設備１の自家発電設備需要家受電点遮断器１４を解
除するものである。

【０００４】また、自家発電設備１は、エンジン（図示
せず）により駆動される回転型発電機（以下、発電機と
略す）１１と、発電機１１の電圧を制御する自動電圧調
整装置１２と、発電機１１を構内系統１０に接続する遮
断器１３と、系統母線２と構内系統１０とを接続する遮
断器１４と、構内負荷１５と、構内負荷用遮断器１６を
備えており、さらに、保護装置として不足電圧継電器２
１、周波数低下継電器２２、過電圧継電器２３、過電流
継電器２４、方向地絡継電器２５、逆電力継電器２６及
び発電機異常検出用継電器２７を備えている。

【０００５】この様に構成された自家発電設備の系統連
系システムにおいて、次のような異常が発生したときに
は即時に自家発電設備１を電力系統から解列する必要が
ある。 （１）コージュネ設置需要家の構内事故時 （２）電力系統事故時

【０００６】これらの事故時の事故状態を検出する方法
として、通常、図６に示す如く系統連系保護装置により
検出されている。すなわち、逆潮流なしの場合は、過電
流継電器２４、方向地絡継電器２５、発電機異常検出用
継電器２７、逆電力継電器２６、周波数低下継電器２２
等で自家発電設備あるいは系統の事故時の異常を検出
し、遮断器１４を開路し、系統から解列するようにして
いる。

【０００７】一方、逆潮流ありの場合は、需要家構内で
自家発電設備と負荷がほぼバランスして系統と電力の需
給がほとんどないときは、前述した継電器等では系統の
異常時の変電所遮断器５の解列の検出は困難である。そ
のために転送遮断装置６を設けて保護を行っている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みてなされたもので、その目的は逆潮流ありの場合にお
いて高価な転送遮断装置を設けることなく、配電系統連
系において、構内自家発電設備内にて系統側の事故時に
おける発電機単独運転を検出することができる系統連系
保護装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１の系統連系保護装置は、回転型発
電機による自家用発電設備を配電系統に逆潮流ありで連
系する系統連系システムにおいて、前記発電機の端子電
圧を制御する自動電圧調整装置と、前記発電機の端子電
圧を検出し，端子電圧の微少変動に対して大きな出力信
号を出力する関数発生器と、前記発電機の端子電圧を揺
動させる手段として前記自動電圧調整装置の電圧設定値
に変動を与える電圧指令揺動信号発生装置と、前記発電
機と系統間の潮流を検出する潮流検出手段と、前記潮流
検出手段により検出した前記発電機と系統間の潮流の量
により前記電圧指令揺動信号発生装置を動作させるか否
かを決定する潮流量判定要素と、前記発電機の端子電圧
の異常を感知する保護リレーとを備え、前記関数発生器
の出力と前記電圧指令揺動信号発生装置の出力を前記自
動電圧調整装置の電圧指令に用いるように構成し、系統
側の停電時には前記関数発生器の関数特性及び前記電圧
指令揺動信号発生装置の信号出力により前記発電機の端
子電圧を前記保護リレーが感知するレベルにシフトする
ことで系統側の停電を検出することを特徴とする系統連
系保護装置。

【００１０】本発明の請求項２は、請求項１記載の系統
連系保護装置において、前記発電機の端子電圧を揺動さ
せる手段として、負荷インピーダンス投入遮断装置を設
け、前記負荷インピーダンス投入遮断装置の負荷の投入
及び遮断の制御に前記潮流量判定要素を用いることを特
徴とする。

【００１１】本発明の請求項３は、請求項１記載の系統
連系保護装置において、前記発電機の端子電圧を揺動さ
せる手段として、発電機に直結されている原動機の速度
制御系の速度設定値に変動を与える信号を発生させる速
度指令揺動信号発生装置を設け、前記速度指令揺動信号
発生装置を動作させるか否かを前記潮流量判定要素によ
り行うことを特徴とする。

【００１２】本発明の請求項４は、請求項１ないし請求
項３記載の系統連系保護装置において、前記発電機の無
効電力を検出し、その検出信号に応じた信号を出力する
無効電力調整装置を設け、前記関数発生器の出力と前記
無効電力調整装置の出力を加算して前記発電機の電圧を
制御する自動電圧調整装置の電圧指令に用いることを特
徴とする系統連系保護装置。

【００１３】本発明の請求項５は、請求項１ないし請求
項３記載の系統連系保護装置において、前記発電機の力
率を検出し，その検出信号に応じた信号を出力する力率
調整装置を設け、前記関数発生器の出力と前記力率調整
装置の出力を加算して前記発電機の電圧を制御する前記
自動電圧調整装置の電圧指令に用いることを特徴とす
る。本発明の請求項６は、請求項１ないし請求項５記載
の系統連系保護装置において、前記自動電圧調整装置に
横流補償装置を設けたことを特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図１は本発明の一実施例（請求項１
対応）である自家発電設備の系統連系保護装置の構成図
であり、既に説明した図６の従来の系統連系システムと
相違する構成は、自家発電設備１内の自動電圧調整装置
１２の電圧指令にその出力を用いる関数発生器１７を付
加した点と、潮流検出手段３１と潮流量判定要素３２と
発電機の端子電圧を揺動させる手段である電圧指令揺動
信号発生装置３３を付加した点と、転送遮断装置６と逆
電力継電器２６を廃止した点であり、その他の構成は従
来の系統連系システムと同一であるので、同一構成部分
には同一符号を付して重複説明は省略する。

【００１５】次に、まず図２を用いて関数発生器１７の
関数とその働きを説明する。図２は、関数発生器１７が
有する関数の一例を示すものである。図の横軸は発電機
端子電圧（連系中は系統電圧に支配されるので系統電圧
でもある）を示している。そして、図中にａ電圧指令関
数と明示している曲線が関数発生器１７が有する関数で
あり、発電機端子電圧と電圧指令の関係を示している。
また、ｂは発電機端子電圧に対する発電機端子電圧検出
値の関係（比例関係）を示している。

【００１６】縦軸と横軸の交差するポイントを定格電圧
と考え、今、系統と連系して定格電圧で運転しており、
系統と電力の需給がほとんどないとする。この状態で系
統が解列しても電圧変動は微少であり、従来の過電圧継
電器２３や不足電圧継電器２１では感知できない。関数
発生器１７を用いると、定格電圧よりわずかに電圧が上
昇変動した場合でも、この関数ａ（ｄ点までは検出値に
対して指令値の方が大きい）の働きで電圧変動を増大さ
せ、ｄ点に向かってシフトしていく。ｄ点は検出値と電
圧指令がバランスするポイントであるので、ここで電圧
は落ち着き、過電圧継電器２３が感知できるレベルとな
り、系統側の停電を知ることになる。よって受電点遮断
機１４を切り離すことができる。また、わずかに電圧が
下がった場合では、ｃ点にシフトしていき、不足電圧継
電器２１にて感知できる。

【００１７】しかしながら、系統が解列しても、非常に
希ではあるが需要家構内で自家発電設備出力と負荷がバ
ランスして全く電圧変動が無かったり、あるいは電圧検
出の段階で微少な電圧変動を捉えることができなかった
ら、上記の動作は起こり得ないことが懸念される。これ
を考慮して、発電機端子電圧を揺動させる手段である電
圧指令揺動信号発生装置３３と潮流検出手段３１と潮流
量判定要素３２が設けられている。

【００１８】潮流検出手段３１は、発電機と系統間の潮
流を検出するもので、図１の構成では、電流を監視する
ことで潮流検出としている。もちろん電流だけでなく計
器用変圧器を介して電圧検出を行い、電圧要素も用いて
有効電力や無効電力で潮流検出としても良い。潮流量判
定要素３２は、潮流検出手段３１にて検出した潮流量に
対し、あるしきい値を設けることで、そのしきい値より
小さいと発電機と系統間の潮流はほとんど無いとの判断
を行う。電圧指令揺動信号発生装置３３は、図３（ａ）
あるいは（ｂ）に示す正弦波状あるいは三角波等の時間
周期関数等が考えられる。潮流検出手段３１と潮流量判
定要素３２により発電機と系統間にほとんど潮流が無い
（自家発電設備出力と負荷がバランスしている）と判断
されると、電圧指令揺動信号発生装置３３が図３の如く
信号を出力し、発電機端子電圧を揺動させようとする。
なお、時間周期関数としては上記の正弦波状や三角波以
外に、図３（ｃ）あるいは（ｄ）に示す矩形波状あるい
はパルス状も用いることができる。

【００１９】通常、系統連系中の発電機端子電圧は系統
電圧に支配されているので、発電機端子電圧を揺動させ
る手段による電圧揺動は観測されないが、系統が解列さ
れると発電機端子電圧が揺動することになる。そうする
と、関数発生器１７による電圧シフトを誘起することに
なり、上記の図２に基づく説明の如く系統解列を検出す
ることになる。電圧指令揺動信号発生装置３３から時間
周期信号を出力する場合、その信号の周期は、自動電圧
調整装置１２の働きによる電圧制御系の反応速度よりも
ゆったりしたものである必要がある。

【００２０】図４は本発明の他の実施例（請求項２対
応）である自家発電設備の系統連系保護装置の構成図で
ある。本実施例が上記図１の実施例と相違する点は、発
電機端子電圧を揺動させる手段である電圧指令揺動信号
発生装置３３の代わりに、同じ発電機端子電圧を揺動さ
せる手段である負荷インピーダンス投入遮断装置３４を
設けている点であり、その他の点は同一であるので、図
１の系統連系システムと同一構成部分には同一符号を付
して重複説明は省略する。

【００２１】同図に示すように、負荷インピーダンス投
入遮断装置３４は、負荷インピーダンス３４１と、負荷
インピーダンス３４１を構内母線１０に投入あるいは遮
断するスイッチ３４２と、スイッチ３４２のオン・オフ
を制御するコントローラ３４３とから構成されている。
コントローラ３４３は、潮流検出手段３１と潮流量判定
要素３２により発電機と系統間にほとんど潮流が無い
（自家発電設備出力と負荷がバランスしている）と判断
されると、スイッチ３４２を周期的にオン・オフさせる
等して負荷変動を起こし、系統解列時に発電機端子電圧
が揺動することになる。そうすると、関数発生器１７に
よる電圧シフトを誘起することになり、上記の図２に基
づく説明の如く系統解列を検出することができる。

【００２２】次に、本実施例の変形例（請求項３対応）
について説明すると、本実施例の発電機端子電圧を揺動
させる手段は、その意図するところが発電機端子電圧を
揺動させることにあるので、発電機に直結されている原
動機の速度制御系の速度指令に速度指令揺動信号発生装
置を設け、図３（ａ）〜（ｄ）に示す如き信号を発生さ
せ、速度指令を変動させることでも、同様の効果が期待
できる。

【００２３】ここで、系統連系中における関数発生器１
７が有する関数ａ（図２参照）の影響を考えてみる。
今、何らかの原因で検出電圧が変動すると、自動電圧調
整装置１２は関数ａにより発電機端子電圧を変化させよ
うとするが、系統連系中は系統電圧に発電機端子電圧は
支配されているので、発電機端子電圧は検出電圧値のま
まである。この時、無効電力が発電機側から系統側に、
あるいはその反対方向に必要以上に流れる可能性があ
る。このような動作が問題となる場合には、次の図５の
自家発電設備の系統連系保護システムを用いる。

【００２４】図５は本発明のさらに他の実施例（請求項
４対応）の構成図である。同図に示すように、本実施例
が上記図１の実施例と相違する点は、発電機無効電力を
検出し、発電機無効電力の調整を行う無効電力調整装置
（以下ＡＱＲという）１８を組み合わせて、ＡＱＲ１８
の出力と関数発生器１７の出力の和を加算器１９で求
め、その出力を自動電圧調整装置１２の指令値として用
いている点であり、その他の構成は図１の系統連系シス
テムと同一であるので、同一構成部分には同一符号を付
して重複説明は省略する。

【００２５】本実施例によると、ＡＱＲ１８の出力を関
数発生器１７の出力と加算することで、関数発生器１７
の出力である図２の電圧指令関数ａに補正を掛けて、系
統側との無効電力の必要以上の潮流を防止できる。しか
し単独運転になると、系統側との無効電力の潮流がなく
なるので、ＡＱＲ１８により図２の電圧指令関数ａの働
きを抑制することはなく、本実施例の構成でも単独運転
を検出することができる。

【００２６】次に、本実施例の変形例（請求項５対応）
について説明すると、本実施例のＡＱＲ１８の代りに図
示しない力率調整装置（ＡＰＦＲ）を用いても本実施例
と同様な効果が得られる。また、本実施例の他の変形例
（請求項６対応）としては、本実施例の自動電圧調整装
置１２にさらに図示しない横流補償装置を設けても本実
施例と同様な効果が得られる。

【００２７】以上説明した各実施例から明らかなよう
に、本発明は発電機単独運転時には発電機の自動電圧調
整装置により支配されることに着目してなされたもので
あり、関数発生器が有する電圧指令の関数の特性により
単独運転になると、発電機端子電圧の微小変動を増大さ
せるように働き、保護リレーが感知するレベルにシフト
することになり、系統の停電を検出するものである。こ
の検出を確実なものとし、単独運転時に発電機端子電圧
の変動を確実に起こらせるために発電機の端子電圧を揺
動する手段を設け、系統から電力を受け取らずに自家発
電設備の発生電力と負荷電力がバランスしているため単
独運転に陥っても、発電機端子電圧がほとんど変動しな
い場合でも、端子電圧を変動差せることができるので、
関数発生器の働きによる電圧のシフトへと導くことが可
能となる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明（請求項１
〜請求項６対応）によると、自家発電設備が配電系統に
連系される逆潮流ありのシステムにおいて、需要家構内
で自家発電設備と負荷がほぼバランスして系統と電力の
受給がほとんどない時に系統解列となっても、発電機端
子電圧を過電圧継電器または不足電圧継電器の感知する
レベルにシフトさせることで、受電線送り出し遮断器と
自家発電設備需要家受電点遮断器との間に高価な転送遮
断装置を設けることなく、速やかに受電点遮断器を切り
離すことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である自家発電設備の系統連
系保護システムの構成図。

【図２】図１の関数発生器が有する関数を示すグラフ。

【図３】発電機端子電圧を揺動させる手段に用いる揺動
信号発生装置の出力信号の各種波形図。

【図４】本発明の他の実施例である自家発電設備の系統
連系保護システムの構成図。

【図５】本発明のさらに他の実施例である自家発電設備
の系統連系保護システムの構成図。

【図６】従来の自家発電設備の系統連系保護システムの
構成図。

【符号の説明】 １…自家発電設備、２…系統母線、３…配電用変電所、
４…変圧器、５…受電線送り出し遮断器、６…転送受信
装置、１０…構内系統母線、１１…交流発電機、１２…
自動電圧調整装置、１３，１６…遮断器、１４…自家発
電設備需要家受電点遮断器、１５…構内負荷、１７…関
数発生器、１８…無効電力調整装置、１９…加算器、２
１…不足電圧継電器、２２…周波数低下継電器、２３…
過電圧継電器、２４…過電流継電器、２５…方向地絡継
電器、２６…逆電力継電器、２７…発電機異常検出用継
電器、３１…潮流検出手段、３２…潮流量判定要素、３
３…電圧指令揺動信号発生装置、３４…負荷インピーダ
ンス投入遮断装置。３４１…負荷インピーダンス、３４
２…スイッチ、３４３…コントローラ。

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転型発電機による自家用発電設備を配
   電系統に逆潮流ありで連系する系統連系システムにおい
   て、前記発電機の端子電圧を制御する自動電圧調整装置
   と、前記発電機の端子電圧を検出し，端子電圧の微少変
   動に対して大きな出力信号を出力する関数発生器と、前
   記発電機の端子電圧を揺動させる手段として前記自動電
   圧調整装置の電圧設定値に変動を与える電圧指令揺動信
   号発生装置と、前記発電機と系統間の潮流を検出する潮
   流検出手段と、前記潮流検出手段により検出した前記発
   電機と系統間の潮流の量により前記電圧指令揺動信号発
   生装置を動作させるか否かを決定する潮流量判定要素
   と、前記発電機の端子電圧の異常を感知する保護リレー
   とを備え、前記関数発生器の出力と前記電圧指令揺動信
   号発生装置の出力を前記自動電圧調整装置の電圧指令に
   用いるように構成し、系統側の停電時には前記関数発生
   器の関数特性及び前記電圧指令揺動信号発生装置の信号
   出力により前記発電機の端子電圧を前記保護リレーが感
   知するレベルにシフトすることで系統側の停電を検出す
   ることを特徴とする系統連系保護装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の系統連系保護装置におい
   て、前記発電機の端子電圧を揺動させる手段として、負
   荷インピーダンス投入遮断装置を設け、前記負荷インピ
   ーダンス投入遮断装置の負荷の投入及び遮断の制御に前
   記潮流量判定要素を用いることを特徴とする系統連系保
   護装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の系統連系保護装置におい
   て、前記発電機の端子電圧を揺動させる手段として、発
   電機に直結されている原動機の速度制御系の速度設定値
   に変動を与える信号を発生させる速度指令揺動信号発生
   装置を設け、前記速度指令揺動信号発生装置を動作させ
   るか否かを前記潮流量判定要素により行うことを特徴と
   する系統連系保護装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３記載の系統連系
   保護装置において、前記発電機の無効電力を検出し、そ
   の検出信号に応じた信号を出力する無効電力調整装置を
   設け、前記関数発生器の出力と前記無効電力調整装置の
   出力を加算して前記発電機の電圧を制御する自動電圧調
   整装置の電圧指令に用いることを特徴とする系統連系保
   護装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項３記載の系統連系
   保護装置において、前記発電機の力率を検出し，その検
   出信号に応じた信号を出力する力率調整装置を設け、前
   記関数発生器の出力と前記力率調整装置の出力を加算し
   て前記発電機の電圧を制御する前記自動電圧調整装置の
   電圧指令に用いることを特徴とする系統連系保護装置。
6. 【請求項６】 請求項１ないし請求項５記載の系統連系
   保護装置において、前記自動電圧調整装置に横流補償装
   置を設けたことを特徴とする系統連系保護装置。