JP3588502B2

JP3588502B2 - Synchronous generator islanding detection device and generator

Info

Publication number: JP3588502B2
Application number: JP09934795A
Authority: JP
Inventors: 征紀辻; 光男坂本; 公一濱野; 進大川; 誉夫進士; 好昭浅野; 耕治岡田
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd; Tokyo Gas Co Ltd; Toho Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd; Tokyo Gas Co Ltd; Toho Gas Co Ltd
Priority date: 1995-04-25
Filing date: 1995-04-25
Publication date: 2004-11-10
Anticipated expiration: 2019-11-10
Also published as: JPH08298727A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、商用交流電力系統にたとえば自家用同期発電機を連系して運転し、その同期発電機から商用電力系統側に電力を逆潮流することができる同期発電機の単独運転検出装置および発電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このように商用電力系統の変電所から配電線を経て需要家の自家用同期発電機が接続され、その同期発電機が商用電力系統に連系して運転され、同期発電機から電力を逆潮流している場合、変電所の送出し遮断器が開かれたときには、自家用同期発電機と配電線との間に介在されているスイッチが遮断されなければならない。もしも仮に、前記送出し遮断器が開かれたままであって、自家用同期発電機が運転を継続している状態では、電力会社作業者の安全確保の問題を生じ、また再び送出し遮断器が閉路されれば、電力潮流の非同期状態での付合わせの可能性が生じる。このように変電所の送出し遮断器が開かれたときには、自家用同期発電機が単独運転されていることを検出する必要があり、この検出結果によって、自家用同期発電機と配電線との間に介在されているスイッチを遮断する必要がある。
【０００３】
或る提案された技術では、同期発電機の出力電圧が一定値になるように界磁電流を調整する自動電圧調整器の出力にさらに、周期的に変動する動揺信号を与え、これによって界磁電流を周期的に変動させる。連系中では、同期発電機に比べて商用電力系統の容量は充分に大きいので、図１０に参照符Ｌ１で示されるように、同期発電機の出力周波数は、たとえば６０Ｈｚであって、一定に保たれたままとなっている。
【０００４】
変電所の送出し遮断器が開いて、同期発電機の単独運転状態となった時刻ｔ１以降では、その同期発電機の運転状況、すなわち負荷の大小の状況に応じて、図１０の参照符Ｌ２，Ｌ３で示されるように、周波数が変動し、その周波数の変動幅ΔＦ１，ΔＦ２で示されるように生じる。負荷が大きく、したがって同期発電機の発電電力が大きいときには、ラインＬ２で示されるようにその周波数変動幅ΔＦ１が大きく、また負荷が小さく、したがって同期発電機の発電電力が小さいときには、ラインＬ３で示されるように発電電圧の周波数の変動幅ΔＦ２が小さい。
【０００５】
この提案された技術では、その周波数の変動幅ΔＦ１，ΔＦ２を、予め定める一定の弁別レベルＡを設定して、連系状態であるか単独運転状態であるかを判断する構成としているので、負荷が小さいときには、周波数の変動範囲が弁別レベルＡ未満となっており、単独運転を検出することができない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、商用交流電力系統に連系されている同期発電機が単独運転状態になったかどうかを確実に検出することができるようにした同期発電機の単独運転検出装置および発電装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、商用交流電力系統に発生電力を逆潮流する同期発電機と、
この同期発電機の出力電圧が予め定める値になるように界磁電流を調整する自動電圧調整器とが備えられる発電装置に設けられる同期発電機の単独運転検出装置において、
予め定める周波数を有しかつ予め定めるピークツウピーク値Ｖｐｐを有し時間経過に伴って変化する動揺信号を発生して、自動電圧調整器に与え、自動電圧調整器によって動揺信号に対応して界磁電流を変化させる動揺信号発生手段と、
同期発電機の出力周波数を、予め定めるサンプリング周期で検出する手段と、
隣接する各回のサンプリング時の検出周波数ｆ _ｎ，ｆ _ｎ＋１の差の絶対値│ｆ _ｎ＋１ −ｆ _ｎ │を演算する第１演算手段と、
第１演算手段の出力に応答し、前記検出周波数の差の絶対値を、予め定める時間にわたって累積する第２演算手段と、
第２演算手段の出力に応答し、累積値が予め定める値以上であるとき、同期発電機の単独運転であると判断する手段とを特徴とする同期発電機の単独運転検出装置である。
また本発明は、商用交流電力系統に発生電力を逆潮流する同期発電機と、
この同期発電機の出力電圧が予め定める値になるように界磁電流を調整する自動電圧調整器とが備えられる発電装置に設けられる同期発電機の単独運転検出装置において、
予め定める周波数を有しかつ予め定めるピークツウピーク値Ｖｐｐを有し時間経過に伴って変化する動揺信号を発生して、自動電圧調整器に与え、自動電圧調整器によって動揺信号に対応して界磁電流を変化させる動揺信号発生手段と、
同期発電機の出力周波数を、予め定めるサンプリング周期で検出する手段と、
隣接する各回のサンプリング時の検出周波数ｆ _ｎ，ｆ _ｎ＋１の差の絶対値│ｆ _ｎ＋１ −ｆ _ｎ │を演算する第１演算手段と、
第１演算手段の出力に応答し、前記検出周波数の差の絶対値を、予め定める時間にわたって累積する第２演算手段と、
商用交流電力系統と同期発電機との間に介在されるスイッチと、
第２演算手段の出力に応答し、累積値が予め定める値以上であるとき、スイッチを遮断する手段とを含むことを特徴とする発電装置である。
【０００８】
【作用】
同期発電機は、原動機、たとえばガスタービンなどの内燃機関によって駆動されており、その内燃機関の燃料供給流量がたとえば一定に保たれており、商用交流電力系統のたとえば変電所の送出し遮断器が閉じている状態では、その同期発電機の出力、たとえば出力電圧の周波数の変動がごくわずかであり、または零である。したがって検出手段によって予め定めるサンプリング周期、たとえば２０ｍsec で同期発電機の出力電圧の出力周波数をサンプリングして検出し、こうして得られた各サンプリング時の隣接する各回の検出周波数ｆ_n，ｆ_n+1の差の絶対値│ｆ_n+1 −ｆ_n│を第１演算手段によって演算し、この差の絶対値を、予め定める時間、たとえば１sec にわたって累積して積分し、その累積値Ｆを予め定める値αと比較する。前述の変電所の送出し遮断器が閉じていて、商用交流電力系統と同期発電機とが連系している状態では、前記絶対値は小さく、したがって累積値は前記予め定める値α未満である。これによって同期発電機が連系状態であるものと判断することができる。
【０００９】
変電所の送出し遮断器が開放されて同期発電機の単独運転状態になると、本件発明者の実験によれば、同期発電機の出力、たとえば前述の出力電圧の出力周波数が短い周期で細かく変動することが確認された。
【００１０】
第１演算手段によって得られる検出周波数の差の絶対値の累積値が、このような単独運転時には、予め定める値α以上となり、これによって同期発電機の単独運転であることが判断される。
【００１１】
商用交流電力系統に連系される同期発電機の界磁電流を、その同期発電機の出力電圧が予め定める値になるように調整する自動電圧調整器が備えられており、さらに動揺信号発生手段から、予め定める周波数、たとえば１Ｈｚを有しかつ予め定めるピークツウピーク値Ｖｐｐを有し時間経過に伴って変化する振幅可変の動揺信号を発生して自動電圧調整器の出力とともに同期発電機の界磁電流を変化させる。商用交流電力系統のたとえば変電所の送出し遮断器が閉じている状態では、動揺信号によって同期発電機の発電電力のうち、無効電力が変動し、出力電圧はほぼ一定のままである。ところが変電所の送出し遮断器が開放されて同期発電機の単独運転状態になると、その同期発電機によって発電される電力のうち無効電力はほとんど変化せず、電圧が変動する。この電圧変動は、同期発電機から電力を供給している負荷の消費電力変動を生じ、結果的に、周波数変動が生じる。出力電圧の変動が周波数変動に影響を与える度合いは、負荷の大小に応じて変わる。負荷の同期発電機側から見たインピーダンスをＺとし、出力電圧をＶとするとき、同期発電機の出力電力Ｓは、
【００１２】
【数１】

【００１３】
で表される。この電力Ｓは、有効電力と無効電力とのベクトル和である。
【００１４】
このような無効電力動揺方式においてもまた、前述と同様に、同期発電機の出力電圧の出力周波数を予め定める短いサンプリング周期で検出して隣接する各回のサンプリング時の検出周波数の差の絶対値を予め定める時間にわたって累積し、その累積値が予め定める値以上であれば、同期発電機の単独運転であるものと判断することができる。こうして商用交流電力系統の変電所の送出し遮断器が開放した場合、同期発電機の負荷が小さいときにおいても、ガスタービンによって駆動される同期発電機が用いられるとき、同期発電機が複数台並列運転されるとき、および同期電動機が負荷として用いられるときなどにおいても、その比較的小さい周波数変動幅であっても、小さい弁別レベルで確実に検出することができ、こうして単独運転状態を確実に検出することができるようになる。
【００１５】
単独運転であることが検出されると、商用交流電力系統と同期発電機との間に介在されているスイッチを遮断し、これによって商用交流電力系統が回復したときに同期発電機との各出力の位相が非同期状態で接続されることが避けられる。
【００１６】
【実施例】
図１は、本発明の前提となる構成の全体の構成を示す電気回路図である。変電所を含む商用交流電力系統１からは、その変電所の送出し遮断器２を介して配電線３にたとえば６０Ｈｚまたは５０Ｈｚの商用交流電力が需要家４，５に供給される。需要家４では、たとえばコージェネレーションシステムを採用し、原動機６によって回転駆動される同期発電機７を備え、ライン８からスイッチ９，１０を介して配電線３に接続される。スイッチ１０よりも同期発電機７側には負荷１１が接続される。
【００１７】
同期発電機７からライン８に導出される出力電圧の周波数は、周波数検出手段３８によってサンプリングされて検出される。この周波数検出手段３８の具体的な構成は、図２に示されている。
【００１８】
ライン８に接続されるトランスＰＴからの出力電圧ｅは、抵抗Ｒ１を介してツェナダイオードＺＤに与えられ、これによってライン８１，８２間は一定の電圧Ｅとされる。ツェナダイオードＺＤの出力は、コンデンサＣｓに与えられ、さらにダイオードＤ１，Ｄ２によって整流され、コンデンサＣ０によって平滑され、そのコンデンサＣ０に並列の抵抗Ｒ０に与えられる。この抵抗Ｒ０の出力電圧ｅ０が、ライン８３から導出されて図１に示される第１演算回路８４に与えられる。
【００１９】
コンデンサＣｓに流入する交流の半周期毎の電荷量Ｑは、式２で示されるように一定値である。
【００２０】
Ｑ＝２Ｅ・Ｃｓ …（２）
コンデンサＣｓから流れる電流ｉｓは、周波数ｆに比例し、式３が成立する。
【００２１】
ｉｓ＝ｆ・Ｑ＝２ｆ・Ｃｓ・Ｅ …（３）
したがって出力電圧ｅ０は、式４で示されるとおりである。
【００２２】

こうして周波数検出手段３８の出力電圧ｅ０は、ライン８の周波数ｆに比例した値となって、常時、出力される。周波数検出方法はこのようなアナログ回路による他に、電圧波形のゼロクロス点をもとにデジタル計算を行う方法でもよい。
【００２３】
こうして周波数検出手段３８は、同期発電機７の出力電圧の周波数を表す電圧ｅ０を導出し、これを予め定めるサンプリング周期、たとえば２０ｍｓｅｃ毎にサンプリングしてライン８３に導出する。
【００２４】
第１演算手段８４は、周波数検出手段３８の出力に応答し、隣接する各回のサンプリング時の検出周波数ｆ_n，ｆ_n+1の差の絶対値Ｆ_ｎを演算して求める。
【００２５】
Ｆ_n ＝ │ｆ_n+1 −ｆ_n │ …（５）
第１演算手段８４からの前記検出周波数の差の絶対値Ｆを表す出力は、第２演算手段８５に与えられ、ここで、その値Ｆが、予め定める時間、たとえば１secにわたって累積して演算される。この累積値ＦＳは、式６で示される。
【００２６】
【数２】

【００２７】
第２演算手段８５からの累積値ＦＳを表す信号は、レベル弁別手段８６の一方の入力に与えられ、ここで、設定手段８７によって設定されている予め定めるαと比較される。
【００２８】
累積値ＦＳが、予め定める値αを超えるとき、
α ＜ＦＳ …（７）
同期発電機７の単独運転であると判断して、スイッチ９および／または１０を遮断する。
【００２９】
図３は、同期発電機７からライン８に導出される出力電圧を示し、この出力電圧は、基本的には、商用周波数であって、周期Ｗ１はたとえば６０Ｈｚの周期に対応している。商用交流電力系統１の変電所から、閉路状態である送出し遮断器２を介して配電線３に電力が供給され、また同期発電機７から発生電力が逆潮流されることもある連系状態においては、同期発電機７の出力電圧は図３（１）に示されるとおりである。したがって周波数検出手段３８の出力電圧ｅ０は、図４（１）に示されるように、脈流成分は含まれておらず、一定値であって、たとえば５Ｖであってもよい。周波数検出手段３８によって検出される周波数は、前述のように２０ｍｓｅｃのサンプリング周期で検出され、前述の累積値ＦＳは、予め定める値α未満の小さい値である。これによって同期発電機７が商用交流電力系統１と連系状態であることが判断され、レベル弁別手段８６はスイッチ９，１０を導通したままに保つ。
【００３０】
すなわち図５のステップａ１からステップａ２に移り、周波数検出手段３８によるサンプリング動作を行って、ステップａ３では、隣接する各回のサンプリング時の検出周波数の差の絶対値Ｆｎを演算して求める。ステップａ４では、前記値Ｆｎを累積してゆく。ステップａ５では、サンプリング周期２０ｍｓｅｃが経過したかどうかが判断され、その時間が経過すると、次のステップａ６では、１ｓｅｃが経過したかどうかが判断され、１ｓｅｃが経過していなければステップａ２に移り、上述の動作を繰り返す。このようにして、サンプリング周期２０ｍｓｅｃ毎に検出された値Ｆｎが、１ｓｅｃにわたって累積されて、累積値ＦＳが求められる。ステップａ７では、１ｓｅｃにわたる累積値ＦＳが、設定手段８７によって設定されている値αと比較され、累積値ＦＳが予め定められる値αを超えているとき、ステップａ８では、同期発電機７が連系運転状態であるものと判断し、そうでなければステップａ９において同期発電機７は単独運転であるものと判断する。
【００３１】
単独運転時においては、同期発電機７がライン８に導出される周波数出力は、図３（２）に示されるとおりであって、商用周波数の波形に、短い周期で細かく変動する脈流が目立つ波形となる。このような脈流成分は、原動機６の特性に起因するものと本件発明者は考えている。周波数検出手段３８の出力電圧波形は、図４（２）に示されるとおりであって、そのような周波数に対応した電圧成分が得られる。本件発明者の実験によれば、周波数検出手段３８は、ライン８の周波数が６１Ｈｚで５Ｖ、６０Ｈｚで２．５Ｖ、５９Ｈｚで０Ｖが得られる特性を有するとき、同期発電機７の単独運転時において、原動機６がガス燃料を用いる火花点火内燃機関またはディーゼル機関であるときには、第２演算手段８５から得られる１ｓｅｃにわたる累積値ＦＳは３〜４Ｖであり、ガスタービンであるときには、累積値ＦＳは０．１Ｖであり、これに対して同期発電機７と商用交流電力系統１とが連系状態であるときには、累積値ＦＳは０．０２Ｖであった。このことから、同期発電機７が単独運転状態であるときと、商用交流電力系統１との連系状態であるときとを、レベル弁別手段８６によって正確にレベル弁別することができることが理解される。
【００３２】
図６は、本発明の一実施例の全体の構成を示す系統図である。この実施例は前述の構成に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。この実施例では同期発電機７に関連して自動電圧調整器１９が関連して設けられる。
【００３３】
図７は、同期発電機７の具体的な構成を示す電気回路図である。回転子１２は原動機６によって回転駆動され、固定子の電機子巻線１３は電力を供給するライン８に接続される。この同期発電機７の励磁機１４は、固定位置に設けられる界磁コイル１５を有し、回転子１２は、この界磁コイル１５に磁気結合する交流励磁機１６を備える。交流励磁機１６の出力は整流器１７によって直流化され、界磁巻線１８を励磁する。
【００３４】
励磁機１４の界磁コイル１５を駆動する電流、したがって界磁巻線１８の励磁電流を自動的に調整するために、自動電圧調整器１９が設けられる。この自動的電圧調整器１９には、同期発電機７からライン８に出力される電圧が変圧器２０によって変圧され、整流器２１によって直流化され、さらにライン２２を介して自動電圧調整器１９に与えられる。これによって自動電圧調整器１９は、ライン８の出力電圧が予め定める値になるようにするための自動電圧調整器１９は、励磁電力を界磁コイル１５に与え、こうして界磁巻線１８の界磁電流を調整する。変圧器２０および整流器２１は電圧検出回路２３を構成する。
【００３５】
図８は、動揺信号発生手段２４から導出される動揺信号の波形図である。この動揺信号は、予め定める周波数、たとえば１Ｈｚを有し、その振幅、したがってｐｅａｋｔｏｐｅａｋ値Ｖｐｐが、予め定める一定の値に定められる。図中、Ｔ＝１ｓｅｃである。
【００３６】
図９は、図６〜図８に示される実施例における周波数検出手段３８の出力電圧ｅ０を示す波形図である。スイッチ９，１０が導通されて同期発電機７が商用交流電力系統１と連系状態であるときには、図９（１）に示されるように、同期発電機７の出力周波数に対応した電圧ｅ０は一定のままであるのに対して、たとえば変電所などの送出し遮断器２が遮断されて同期発電機７の単独運転状態になると、図９（２）に示されるように、出力周波数に対応した電圧ｅ０には、短い周期で細かい脈流成分が含まれるようになる。図９（２）の参照符Ｔで示される周期は、動揺信号の周期であって、前述のようにたとえば１ｓｅｃである。このような実施例においてもまた、周波数検出手段３８の出力電圧ｅ０を第１および第２演算手段において前述の実施例と同様に演算を行い、累積値ＦＳが、予め定める値αを超えたとき、単独運転であるものと判断されて、スイッチ９および／または１０が遮断される。その他の構成については前述の実施例と同様である。
【００３７】
原動機６は前述のように内燃機関であって、その燃料供給流量が一定に保たれ、たとえばガスエンジン、ガスタービンなどであってもよく、さらにその他、蒸気タービンなどであってもよい。
【００３８】
【発明の効果】
同期発電機が商用交流電力系統の連系から外れて、単独運転状態になると、出力の周波数は、短い周期で細かく変動することが本件発明者の実験で確かめられており、このような出力周波数を、予め定めるサンプリング周期で検出して隣接する各回のサンプリング時の検出周波数の差の絶対値を予め定める時間にわたって累積し、その累積値が予め定める値以上であるとき、同期発電機の単独運転であると判断するようにすることによって、同期発電機がガスタービンなどによって駆動されるとき、複数の同期発電機が並列運転されるとき、および負荷として同期電動機が用いられるとき、さらには負荷が小さいときなどにおいても、単独運転状態における出力周波数の短い周期で細かく変動する現象は、商用交流電力系統の商用周波数との差異が明確に表れ、こうして単独運転が確実に検出されることになる。
【００３９】
本発明によれば、動揺信号発生手段からの動揺信号を、自動電圧調整器に与えて、同期発電機の界磁電流を変化して同期発電機の出力電圧が予め定める一定の値になるように制御する構成において、そのような動揺信号が存在していても、同期発電機の単独運転を確実に検出することができるという効果が達成される。
【００４０】
また、単独運転であることが検出されると、スイッチが遮断されて商用交流電力系統と同期発電機とが解列され、したがって商用交流電力系統が回復したときに同期発電機との各出力の位相が非同期状態で接続されることが避けられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の前提となる構成の全体の構成を示す系統図である。
【図２】周波数検出手段３８の一部の電気的構成を示す電気回路図である。
【図３】同期発電機７からライン８に導出される出力電圧波形を示す図である。
【図４】図１における周波数検出手段３８からの出力周波数に対応した電圧ｅ０を示す波形図である。
【図５】図１〜図４に示される構成の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の一実施例の全体の構成を示す系統図である。
【図７】図６に示される同期発電機７およびそれに関連する構成を示す電気回路図である。
【図８】図６に示される動揺信号発生手段２４から出力される動揺信号の波形を示す波形図である。
【図９】図６〜図８に示される実施例における周波数検出手段３８の出力周波数に対応した電圧ｅ０の波形図である。
【図１０】先行技術における周波数の変動に時間経過を示す図である。
【符号の説明】
１商用交流電力系統
２変電所の送出し遮断器
３配電線
４，５需要家
６原動機
７同期発電機
８ライン
９，１０スイッチ
１１負荷
１２回転子
１３固定子の電機子巻線
１８界磁巻線
１９自動電圧調整器
２３電圧検出手段
２４動揺信号発生手段
３８周波数検出手段
８４第１演算手段
８５第２演算手段
８６レベル弁別手段
８７弁別レベル設定手段[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an independent operation detection device for a synchronous generator, which is capable of operating, for example, a private synchronous generator connected to a commercial AC power system and allowing reverse power flow from the synchronous generator to the commercial power system side, and a generator. Equipment related.
[0002]
[Prior art]
In this way, the private synchronous generator of the customer is connected via the distribution line from the substation of the commercial power system, and the synchronous generator is operated in connection with the commercial power system, and reverse power flows from the synchronous generator. In such a case, when the transmission breaker of the substation is opened, the switch interposed between the private synchronous generator and the distribution line must be shut off. If the sending circuit breaker is kept open and the private synchronous generator continues to operate, there is a problem in securing the safety of the power company operator, and the sending circuit breaker is closed again. If so, there is a possibility that the power flow may be combined in an asynchronous state. When the transmission circuit breaker of the substation is opened in this way, it is necessary to detect that the private synchronous generator is operating alone, and based on the detection result, the private synchronous generator is connected between the private synchronous generator and the distribution line. It is necessary to shut off the intervening switch.
[0003]
In one proposed technique, the output of an automatic voltage regulator that regulates the field current so that the output voltage of the synchronous generator becomes a constant value is further provided with a periodically fluctuating fluctuation signal, thereby providing a field oscillation. The current is fluctuated periodically. During interconnection, the capacity of the commercial power system is sufficiently larger than that of the synchronous generator, so that the output frequency of the synchronous generator is, for example, 60 Hz as shown by reference numeral L1 in FIG. It has been kept.
[0004]
After time t1 at which the transmission circuit breaker of the substation is opened and the synchronous generator is in the independent operation state, reference L2 in FIG. 10 is made according to the operational state of the synchronous generator, that is, the state of the load. , L3, the frequency fluctuates and occurs as shown by the fluctuation widths ΔF1 and ΔF2 of the frequency. When the load is large, and thus the power generated by the synchronous generator is large, the frequency fluctuation width ΔF1 is large as shown by the line L2. When the load is small and the power generated by the synchronous generator is small, the line L3 is used. As shown, the fluctuation width ΔF2 of the frequency of the generated voltage is small.
[0005]
In this proposed technology, the frequency fluctuation ranges ΔF1 and ΔF2 are set to a predetermined constant discrimination level A to determine whether the system is in an interconnected state or an isolated operation state. Is small, the frequency fluctuation range is less than the discrimination level A, and the isolated operation cannot be detected.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a synchronous generator isolated operation detection device and a power generation device that can reliably detect whether or not a synchronous generator connected to a commercial AC power system is in an isolated operation state. To provide.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a synchronous generator that reversely flows generated power to a commercial AC power system,
In the isolated operation detection device of the synchronous generator provided in the power generator provided with an automatic voltage regulator that adjusts the field current so that the output voltage of the synchronous generator becomes a predetermined value,
A sway signal having a predetermined frequency and a predetermined peak-to-peak value Vpp, which changes with time, is generated and supplied to an automatic voltage regulator. Rocking signal generating means for changing the magnetic current,
Means for detecting the output frequency of the synchronous generator at a predetermined sampling cycle,
A first calculating means for calculating the absolute value │f _{_n} + 1 -f _n │ detection frequency f _n, the difference _{f n + 1} at adjacent each round of sampling,
A second calculating means for responding to an output of the first calculating means and accumulating an absolute value of the difference between the detection frequencies over a predetermined time;
Means for responding to the output of the second calculating means and determining that the synchronous generator is in an isolated operation when the accumulated value is equal to or greater than a predetermined value.
Further, the present invention provides a synchronous generator for generating a reverse flow of generated power to a commercial AC power system,
In the isolated operation detection device of the synchronous generator provided in the power generator provided with an automatic voltage regulator that adjusts the field current so that the output voltage of the synchronous generator becomes a predetermined value,
A sway signal having a predetermined frequency and a predetermined peak-to-peak value Vpp, which changes with time, is generated and supplied to an automatic voltage regulator. Rocking signal generating means for changing the magnetic current,
Means for detecting the output frequency of the synchronous generator at a predetermined sampling cycle,
A first calculating means for calculating the absolute value │f _{_n} + 1 -f _n │ detection frequency f _n, the difference _{f n + 1} at adjacent each round of sampling,
A second calculating means for responding to an output of the first calculating means and accumulating an absolute value of the difference between the detection frequencies over a predetermined time;
A switch interposed between the commercial AC power system and the synchronous generator,
Means for responding to the output of the second calculating means and, when the accumulated value is equal to or greater than a predetermined value, switching off the switch.
[0008]
[Action]
The synchronous generator is driven by a prime mover, for example, an internal combustion engine such as a gas turbine, and the fuel supply flow rate of the internal combustion engine is maintained, for example, at a constant level. In the closed state, the output of the synchronous generator, e.g., the frequency of the output voltage, has negligible or zero variation. Therefore, the output frequency of the output voltage of the synchronous generator is sampled and detected at a predetermined sampling period, for example, 20 msec, by the detection means, and the detection frequencies f _n , f _{n + 1} obtained at each sampling time obtained at each sampling time are obtained. The absolute value | f _{n + 1} −f _n | of the difference is calculated by the first calculating means, and the absolute value of the difference is accumulated and integrated over a predetermined time, for example, 1 second, and the accumulated value F is set to a predetermined value. Compare with α. In a state where the above-mentioned substation transmission circuit breaker is closed and the commercial AC power system and the synchronous generator are interconnected, the absolute value is small, and therefore, the accumulated value is less than the predetermined value α. . Thereby, it can be determined that the synchronous generator is in the interconnected state.
[0009]
According to the experiments of the present inventor, when the transmission breaker of the substation is opened and the synchronous generator enters the isolated operation state, the output of the synchronous generator, for example, the output frequency of the above-described output voltage fluctuates finely in a short cycle. It was confirmed that.
[0010]
The cumulative value of the absolute value of the difference between the detection frequencies obtained by the first calculating means is equal to or larger than a predetermined value α in such an independent operation, and it is determined that the synchronous generator is in the independent operation.
[0011]
An automatic voltage regulator for adjusting the field current of the synchronous generator connected to the commercial AC power system so that the output voltage of the synchronous generator becomes a predetermined value is further provided. To generate a variable amplitude fluctuation signal having a predetermined frequency, for example, 1 Hz and having a predetermined peak-to-peak value Vpp, which varies with time, and outputs the output of the automatic voltage regulator together with the field of the synchronous generator. Change the magnetic current. In a state where the sending-out circuit breaker of the commercial AC power system, for example, a substation, is closed, the reactive power fluctuates among the power generated by the synchronous generator due to the fluctuation signal, and the output voltage remains substantially constant. However, when the sending-out circuit breaker of the substation is opened and the synchronous generator is in the isolated operation state, of the electric power generated by the synchronous generator, the reactive power hardly changes and the voltage fluctuates. This voltage fluctuation causes a fluctuation in power consumption of a load supplying power from the synchronous generator, and as a result, a frequency fluctuation. The degree to which the output voltage fluctuation affects the frequency fluctuation changes according to the magnitude of the load. When the impedance viewed from the synchronous generator side of the load is Z and the output voltage is V, the output power S of the synchronous generator is
[0012]
(Equation 1)

[0013]
It is represented by The power S is a vector sum of the active power and the reactive power.
[0014]
Also in such a reactive power fluctuation method, similarly to the above, the output frequency of the output voltage of the synchronous generator is detected at a predetermined short sampling period, and the absolute value of the difference between the detection frequencies at each adjacent sampling is detected. It accumulates over a predetermined time, and if the accumulated value is equal to or more than the predetermined value, it can be determined that the synchronous generator is in the isolated operation. In this way, when the transmission breaker of the substation of the commercial AC power system is opened, even when the load of the synchronous generator is small, when the synchronous generator driven by the gas turbine is used, a plurality of synchronous generators are connected in parallel. Even when the motor is operated and when the synchronous motor is used as a load, even if the frequency fluctuation width is relatively small, it can be reliably detected at a small discrimination level, and thus the isolated operation state can be reliably detected. Will be able to
[0015]
When it is detected that the isolated operation is performed, a switch interposed between the commercial AC power system and the synchronous generator is shut off, and when the commercial AC power system is restored, each output from the synchronous generator is restored. Are connected asynchronously.
[0016]
【Example】
FIG. 1 is an electric circuit diagram showing an entire configuration of a configuration which is a premise of the present invention. From a commercial AC power system 1 including a substation, for example, 60 Hz or 50 Hz commercial AC power is supplied to consumers 4 and 5 to a distribution line 3 via a transmission breaker 2 of the substation. The customer 4 employs, for example, a cogeneration system, includes a synchronous generator 7 that is rotationally driven by a prime mover 6, and is connected to the distribution line 3 from a line 8 via

switches

9 and 10. The load 11 is connected to the synchronous generator 7 side of the switch 10.
[0017]
The frequency of the output voltage derived from the synchronous generator 7 to the line 8 is sampled and detected by the frequency detecting means 38. The specific configuration of the frequency detecting means 38 is shown in FIG.
[0018]
The output voltage e from the transformer PT connected to the line 8 is applied to the Zener diode ZD via the resistor R1, whereby a constant voltage E is applied between the

lines

81 and 82. The output of the Zener diode ZD is provided to a capacitor Cs, further rectified by diodes D1 and D2, smoothed by a capacitor C0, and provided to a resistor R0 in parallel with the capacitor C0. The output voltage e0 of the resistor R0 is derived from the line 83 and supplied to the first arithmetic circuit 84 shown in FIG.
[0019]
The charge amount Q for each half cycle of the alternating current flowing into the capacitor Cs is a constant value as shown in Expression 2.
[0020]
Q = 2E · Cs (2)
The current is flowing from the capacitor Cs is proportional to the frequency f, and Equation 3 is satisfied.
[0021]
is = f · Q = 2f · Cs · E (3)
Therefore, the output voltage e0 is as shown in Expression 4.
[0022]

Thus, the output voltage e0 of the frequency detecting means 38 becomes a value proportional to the frequency f of the line 8 and is always output. In addition to such an analog circuit, the frequency detection method may be a method of performing digital calculation based on a zero cross point of a voltage waveform.
[0023]
Thus, the frequency detecting means 38 derives the voltage e0 representing the frequency of the output voltage of the synchronous generator 7, and samples this at a predetermined sampling period, for example, every 20 msec, and derives it to the line 83.
[0024]
First calculation means 84 is responsive to an output of the frequency detection means 38 is obtained by calculating the absolute value F _n of the detection frequency f _n, the difference f n _{+ 1} at the time of each round of sampling adjacent.
[0025]
_{_{F n = │f n + 1 -f}} n │ ... (5)
The output representing the absolute value F of the difference between the detected frequencies from the first calculating means 84 is given to the second calculating means 85, where the value F is calculated by accumulating over a predetermined time, for example, 1 second. You. This accumulated value F S is expressed by Expression 6.
[0026]
(Equation 2)

[0027]
A signal representing the accumulated value FS from the second calculating means 85 is applied to one input of the level discriminating means 86, where it is compared with a predetermined α set by the setting means 87.
[0028]
When the cumulative value FS exceeds a predetermined value α,
α <FS ... (7)
When it is determined that the synchronous generator 7 is operating alone, the switches 9 and / or 10 are turned off.
[0029]
FIG. 3 shows an output voltage derived from the synchronous generator 7 to the line 8, which is basically a commercial frequency, and the cycle W1 corresponds to, for example, a cycle of 60 Hz. Power is supplied from the substation of the commercial AC power system 1 to the distribution line 3 via the closed circuit breaker 2, and the generated power may flow backward from the synchronous generator 7. In FIG. 3, the output voltage of the synchronous generator 7 is as shown in FIG. Therefore, the output voltage e0 of the frequency detecting means 38 does not include a pulsating component as shown in FIG. 4A, and may be a constant value, for example, 5V. The frequency detected by the frequency detecting means 38 is detected at a sampling period of 20 msec as described above, and the accumulated value FS is a small value smaller than a predetermined value α. As a result, it is determined that the synchronous generator 7 is connected to the commercial AC power system 1 and the level discriminating means 86 keeps the

switches

9 and 10 conductive.
[0030]
That is, the process proceeds from step a1 to step a2 in FIG. 5, and the sampling operation is performed by the frequency detecting means 38. In step a3, the absolute value Fn of the difference between the detected frequencies at each adjacent sampling is calculated and obtained. In step a4, the value Fn is accumulated. In step a5, it is determined whether or not the sampling period 20 msec has elapsed. When the time has elapsed, in step a6, it is determined whether or not 1 second has elapsed. If 1 second has not elapsed, the process proceeds to step a2. The above operation is repeated. In this way, the value Fn detected every 20 msec of the sampling period is accumulated over 1 sec, and the accumulated value FS is obtained. In step a7, the accumulated value FS over 1 sec is compared with the value α set by the setting means 87. When the accumulated value FS exceeds a predetermined value α, in step a8, the synchronous generator 7 It is determined that the system is in the system operation state, and if not, it is determined in step a9 that the synchronous generator 7 is operating alone.
[0031]
In the isolated operation, the frequency output from the synchronous generator 7 to the line 8 is as shown in FIG. 3 (2), and a pulsating flow that fluctuates finely in a short cycle is conspicuous in the waveform of the commercial frequency. It becomes a waveform. The present inventor believes that such a pulsating flow component is caused by characteristics of the prime mover 6. The output voltage waveform of the frequency detecting means 38 is as shown in FIG. 4B, and a voltage component corresponding to such a frequency is obtained. According to the experiment of the present inventor, when the frequency of the line 8 has a characteristic of obtaining 5 V at 61 Hz, 2.5 V at 60 Hz, and 0 V at 59 Hz, the frequency detecting means 38 operates when the synchronous generator 7 operates alone. When the prime mover 6 is a spark ignition internal combustion engine or a diesel engine using gas fuel, the cumulative value FS over 1 sec obtained from the second calculating means 85 is 3 to 4 V, and when the prime mover 6 is a gas turbine, the cumulative value FS is 0. When the synchronous generator 7 and the commercial AC power system 1 are connected, the cumulative value FS was 0.02 V. From this, it is understood that the level discriminating unit 86 can accurately discriminate the level when the synchronous generator 7 is in the isolated operation state and the level when the synchronous generator 7 is connected to the commercial AC power system 1. .
[0032]
FIG. 6 is a system diagram showing the overall configuration of one embodiment of the present invention. This embodiment is similar to the configuration described above, and corresponding parts are denoted by the same reference numerals. In this embodiment, an automatic voltage regulator 19 is provided in connection with the synchronous generator 7.
[0033]
FIG. 7 is an electric circuit diagram showing a specific configuration of the synchronous generator 7. The rotor 12 is driven to rotate by the prime mover 6, and the armature winding 13 of the stator is connected to the line 8 for supplying electric power. The exciter 14 of the synchronous generator 7 has a field coil 15 provided at a fixed position, and the rotor 12 includes an AC exciter 16 magnetically coupled to the field coil 15. The output of the AC exciter 16 is converted to DC by the rectifier 17 to excite the field winding 18.
[0034]
An automatic voltage regulator 19 is provided for automatically adjusting the current driving the field coil 15 of the exciter 14 and thus the exciting current of the field winding 18. In the automatic voltage regulator 19, the voltage output from the synchronous generator 7 to the line 8 is transformed by the transformer 20, converted to DC by the rectifier 21, and further supplied to the automatic voltage regulator 19 via the line 22. Can be Thereby, the automatic voltage regulator 19 supplies the exciting power to the field coil 15 so that the output voltage of the line 8 becomes a predetermined value. Adjust the magnetic current. The transformer 20 and the rectifier 21 constitute a voltage detection circuit 23.
[0035]
FIG. 8 is a waveform diagram of the sway signal derived from the sway signal generation means 24. This wobble signal has a predetermined frequency, for example, 1 Hz, and its amplitude, and thus the peak-to-peak value Vpp, is set to a predetermined constant value. In the figure, T = 1 sec.
[0036]
FIG. 9 is a waveform diagram showing the output voltage e0 of the frequency detecting means 38 in the embodiment shown in FIGS. When the

switches

9 and 10 are turned on and the synchronous generator 7 is connected to the commercial AC power system 1, the voltage e0 corresponding to the output frequency of the synchronous generator 7 becomes, as shown in FIG. On the other hand, when the synchronous generator 7 is in the isolated operation state while the sending-out circuit breaker 2 such as a substation is shut down, the output frequency corresponds to the output frequency, as shown in FIG. The voltage e0 includes a fine pulsating component in a short cycle. The cycle indicated by the reference numeral T in FIG. 9B is the cycle of the sway signal, and is, for example, 1 sec as described above. Also in this embodiment, when the output voltage e0 of the frequency detecting means 38 is calculated by the first and second calculating means in the same manner as in the above-described embodiment, when the accumulated value FS exceeds the predetermined value α. , The switch 9 and / or 10 is shut off. Other configurations are the same as those of the above-described embodiment.
[0037]
The prime mover 6 is an internal combustion engine as described above, and its fuel supply flow rate is kept constant. For example, the prime mover 6 may be a gas engine, a gas turbine, or the like, or may be a steam turbine.
[0038]
【The invention's effect】
When the synchronous generator is disconnected from the connection of the commercial AC power system and enters an isolated operation state, the output frequency fluctuates finely in a short cycle in experiments by the present inventor. Is detected at a predetermined sampling period, and the absolute value of the difference between the detection frequencies at the time of each adjacent sampling is accumulated over a predetermined time, and when the accumulated value is equal to or more than the predetermined value, the single operation of the synchronous generator is performed. When the synchronous generator is driven by a gas turbine or the like, when a plurality of synchronous generators are operated in parallel, and when a synchronous motor is used as a load, Even when the frequency is small, the phenomenon in which the output frequency fluctuates in a short cycle in the isolated operation state may be different from the commercial frequency of the commercial AC power system. Different clearly appears, thus resulting in the islanding operation is surely detected.
[0039]
According to the present invention, the sway signal from the sway signal generating means is supplied to the automatic voltage regulator to change the field current of the synchronous generator so that the output voltage of the synchronous generator becomes a predetermined constant value. In such a configuration, even when such a fluctuation signal is present, the effect that the isolated operation of the synchronous generator can be reliably detected is achieved.
[0040]
Also, when it is detected that the operation is the isolated operation, the switch is cut off, the commercial AC power system and the synchronous generator are disconnected, and therefore, when the commercial AC power system is restored, each output of the synchronous generator is restored. It is avoided that the phases are connected asynchronously.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram showing an entire configuration of a configuration which is a premise of the present invention.
FIG. 2 is an electric circuit diagram showing an electric configuration of a part of a frequency detecting means 38.
FIG. 3 is a diagram showing an output voltage waveform derived from a synchronous generator 7 to a line 8;
FIG. 4 is a waveform diagram showing a voltage e0 corresponding to an output frequency from a frequency detecting means 38 in FIG.
FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of the configuration shown in FIGS. 1 to 4;
FIG. 6 is a system diagram showing the overall configuration of one embodiment of the present invention.
7 is an electric circuit diagram showing the synchronous generator 7 shown in FIG. 6 and a configuration related thereto.
FIG. 8 is a waveform diagram showing a waveform of a sway signal output from the sway signal generating means 24 shown in FIG. 6;
FIG. 9 is a waveform diagram of a voltage e0 corresponding to the output frequency of the frequency detecting means 38 in the embodiment shown in FIGS. 6 to 8;
FIG. 10 is a diagram showing a change in frequency over time in the prior art.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Commercial AC power system 2 Substation sending-out circuit breaker 3 Distribution line 4, 5 Customer 6 Prime mover 7 Synchronous generator 8

Line

9, 10 Switch 11 Load 12 Rotor 13 Stator armature winding 18 Field winding Line 19 Automatic voltage regulator 23 Voltage detection means 24 Motion signal generation means 38 Frequency detection means 84 First calculation means 85 Second calculation means 86 Level discrimination means 87 Discrimination level setting means

Claims

A synchronous generator that reverse flows generated power into the commercial AC power system,
In the isolated operation detection device of the synchronous generator provided in the power generator provided with an automatic voltage regulator that adjusts the field current so that the output voltage of the synchronous generator becomes a predetermined value,
A sway signal having a predetermined frequency and a predetermined peak-to-peak value Vpp, which changes with time, is generated and supplied to an automatic voltage regulator. Rocking signal generating means for changing the magnetic current,
Means for detecting the output frequency of the synchronous generator at a predetermined sampling cycle,
A first calculating means for calculating the absolute value │f _{_n} + 1 -f _n │ detection frequency f _n, the difference _{f n + 1} at adjacent each round of sampling,
A second calculating means responsive to an output of the first calculating means, for accumulating an absolute value of the difference between the detection frequencies over a predetermined time;
Means for responding to the output of the second computing means and determining that the synchronous generator is in an isolated operation when the accumulated value is equal to or greater than a predetermined value.

A synchronous generator that reverse flows generated power into the commercial AC power system,
In the isolated operation detection device of the synchronous generator provided in the power generator provided with an automatic voltage regulator that adjusts the field current so that the output voltage of the synchronous generator becomes a predetermined value,
A sway signal having a predetermined frequency and a predetermined peak-to-peak value Vpp, which changes with time, is generated and supplied to an automatic voltage regulator. Rocking signal generating means for changing the magnetic current,
Means for detecting the output frequency of the synchronous generator at a predetermined sampling cycle,
A first calculating means for calculating the absolute value │f _{_n} + 1 -f _n │ detection frequency f _n, the difference _{f n + 1} at adjacent each round of sampling,
A second calculating means responsive to an output of the first calculating means, for accumulating an absolute value of the difference between the detection frequencies over a predetermined time;
A switch interposed between the commercial AC power system and the synchronous generator,
Means for responding to the output of the second calculating means and switching off the switch when the accumulated value is equal to or greater than a predetermined value.