JP3775306B2 - 受電電力の電力制御方法およびその受電電力制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自家用発電機が系統などの他の電源と並列運転しているシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術による系統１と並列運転を行う自家用発電機４(G1,G2・・) を有する工場設備においては、発電機４の単独運転を防止することを目的として、受電点Ａに逆電力継電器や不足電力継電器が設置されている。また、運用上、受電点Ａの電力潮流Pwc が一定値となる様に発電機４の発電出力を制御する方法がとられている。
【０００３】
図３において、発電機４(G1,G2・・) が系統１と並列運転している電力制御システムは、系統１から遮断器1Aと電流変成器CTを介して受電点Ａに接続され、この受電点Ａには横線で図示される構内動力線ブスバー1Bが接続され、この動力線ブスバー1Bにそれぞれ構内の負荷６(61,62・・) および発電機４(G1,G2・・) がそれぞれ遮断器711,712,・・、721,722,・・を介して接続されて構成される。
【０００４】
また、系統１から受電点Ａでの電力潮流Pwc は、電流変成器CTと電圧変成器PTで検出した電流および電圧を受電電力変換器21で検出する。この受電電力変換器21で検出された電力潮流(Pwc)PV は、受電電力設定器22で予め設定された目標値SV0 と比較され、受電電力制御装置23の制御出力MV(MV1,MV2・) で発電機４(G1,G2・・) のガバナ(GOV1,GOV2・・) を制御し、構内負荷６(61,62・・) が必要とする大半の電力を発電機４(G1,G2・・) から供給し、残りの負荷電力（電力潮流Pwc)を系統１から受電し、この受電電力(Pwc) PVが受電電力設定器22で設定した目標値SV0 となる様に制御が行われる。この結果、構内の発電機４(G1,G2・・) から系統１への電力供給を防止し、かつ、契約受電電力を越えることがない様に受電電力（電力潮流）(Pwc) PVの制御が行われる。
【０００５】
通常は、上記した逆電力継電器や不足電力継電器などの電力継電器が作動しない様に、系統１から工場内への電力潮流Pwc となる様に制御が行われるが、工場の負荷６(61,62・・) に高調波電流(Jh1,Jh2・・) を発生する負荷が存在すると、この受電点Ａに高調波電流Jhc が加算され、この結果、" 電流波形が歪み、上記電力継電器が誤作動してしまう" と言う不具合が生じていた。このため、この電力継電器の誤動作を防止するため、受電電力設定器22の目標値SV0 はこの電力継電器が作動しないレベルまで大きく設定していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術による受電電力の電力制御方法では、受電電力の電力設定値は、構内負荷の最大高調波発生量を考慮して決定していたため、高調波発生負荷の変化や発電機の運転状況に関係なく、必要以上に大きな電力潮流レベルを受電する様に設定され、系統より必要以上の買電電力を受け、不経済であった。
【０００７】
本発明は上記の点にかんがみてなされたものであり、その目的は前記した課題を解決して、運転状況に応じて構内負荷によって発生する高調波電流が系統側に及ぼす影響分を見込んで受電電力制御を行うことにより、必要かつ充分なる受電電力制御をして電力継電器の誤作動を防止できる受電電力の電力制御方法およびその受電電力制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明によれば、自家用発電機が系統と並列運転しているシステムの受電電力の電力制御方法であって、受電点の電力潮流を受電点での高調波電流の大きさに応じて制御するものとする。
かかる方法により、構内負荷によって発生する高調波電流が系統側に及ぼす影響分を見込んだ電力潮流の制御を行うことにより、運転状況に応じて必要かつ充分なる受電電力制御をして電力継電器の誤作動を防止することができる。
【０００９】
また、受電点の高調波電流の大きさを、受電点から系統側をみた系統定数と、発電機の定数と、構内負荷による高調波電流の発生量と、を予め求め、これらの定数を基に、発電機および構内負荷の運転状況により受電点の高調波電流の大きさを演算して、受電電力制御装置の受電電力の目標値を補正して制御することができる。
【００１０】
かかる方法により、受電電力制御装置の受電電力の目標値は、予め求められた稼働中の負荷による高調波電流の全発生量が、予め求められている受電点から系統側をみた系統インピーダンスと、構内側の稼働中の発電機の内部インピーダンスと、から系統側へ分流する高調波電流を求め、この高調波電流に予め定められた補正計数を乗算して、上記目標値を補正することができる。
【００１１】
この補正された受電電力の目標値は、構内負荷の高調波電流の発生量に応じて、さらに稼働中の発電機の運転状況に応じて、系統側へ分流する高調波電流を予測することができるので、受電電力制御装置が稼働中の発電機の発電電力を制御して、この補正された受電電力の目標値で受電点の電力潮流を制御することにより、余分な買電電力を受電することなく経済的な運用を図ることができる。
【００１２】
また、上述の受電電力の電力制御方法を用いた受電電力制御装置は、受電点の高調波電流の大きさを演算する目標値補正手段を備え、
この目標値補正手段は、受電点から系統側をみた系統インピーダンスと、発電機の各内部インピーダンスと、構内の各負荷毎による高調波電流の予測発生量と、のデータを予め記憶するメモリ手段と、構内の各負荷の運転状況を示すデジタル入力と、発電機の運転状況を示すデジタル入力と、を受信する入力手段と、各負荷毎に予測される高調波電流の発生量と構内負荷の稼働情報を示すデジタル入力とから構内で発生する全高調波電流を予測する加算演算回路と、発電機の内部インピーダンスとその運転状況を示すデジタル入力とから発電機側の内部インピーダンスを演算する並列演算回路と、この並列演算回路と系統インピーダンスとから稼働中の構内負荷で発生する全高調波電流が系統側に分流する分流電流演算回路と、この分流電流演算回路で演算された分流電流に補正計数を乗算して受電電力制御装置の受電電力の目標値を補正する目標値補正回路と、を備えて構成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例による受電電力の電力制御方法およびその受電電力制御装置を説明するシステム構成図、図２は一実施例による目標値補正手段のブロック図であり、図３に対応する同一部材には同じ符号が付してある。
図１において、本発明によれば、発電機４(G1,G2・・) が系統１と並列運転しているシステムの受電電力（電力潮流）Pwc の電力制御方法であって、受電点Ａの電力潮流Pwc を受電点Ａでの高調波電流Jhc の大きさに応じて制御することができる。
【００１４】
かかる制御方法により、構内負荷６(61,62・・) によって発生する高調波電流(Jh1,Jh2・・) が系統１側に及ぼす影響分を見込んで電力潮流Pwc の制御を行うことにより、稼働中の負荷６(61,62・・) や発電機４(G1,G2・・) の運転状況に応じて必要かつ充分なる受電電力Pwc の制御をして電力継電器の誤作動を防止して、経済的な運用を図ることができる。
【００１５】
【実施例】
（実施例１）
図１において、本発明による受電電力Pwc の電力制御方法およびその受電電力制御装置は、受電点Ａを通過する高調波電流の値Jhc を、高調波電流Jhc を発生する負荷６(61,62・・) や発電機４(G1,G2・・) の運転状態から予測演算して、その得られた値Jhs に応じて、受電電力Pwc の潮流制御の設定値SVを自動的に変更させるものである。
【００１６】
このシステム構成は、系統１より遮断器1Aおよび電流変成器CTを介して受電点Ａに電力供給を受ける。この受電点Ａには動力線ブスバー1Bが配備され、各々負荷６(61,62・・) が遮断器711,712,・・を介して、また、発電機４(G1,G2・・) が遮断器721,722,・・を介して、動力線ブスバー1Bに接続される。受電点Ａにおける受電電力Pwc は、電流変成器CTおよび電圧変圧器PTの検出量より受電電力変換器１で受電点の電力潮流Pwc を検出し、受電電力制御装置23で制御信号MV(MV1,MV2・・) を出力して、図示例では２台の発電機G1,G2 が図示されているが、この発電機G1,G2 のガバナGOV1,GOV2 を制御する。また、この受電電力制御装置23の設定値SVは目標値補正手段５で演算された値(SV)を用いて制御を行う。
【００１７】
また、受電点Ａの高調波電流Jhc の大きさは、受電点Ａから系統１側をみた系統定数（系統インピーダンスZs) と、発電機４(G1,G2・・) の定数（内部インピーダンスZg1,Zg2,・・）と、各構内負荷６(61,62・・) による高調波電流の発生量(Jh1,Jh2・・) と、を予め観測・計測し、これらの定数データ（例えば、メモリ８のデータ格納部(831,821,822・・,811,812・・に収納）を基に、発電機４(G1,G2・・) および構内負荷６(61,62・・) の運転状況（具体的には遮断器721,722,・・、711,712,・・の動作状態を補助リレー Ay21,Ay22・・,Ay11,Ay12・・の接点信号d21,d22,・・,d11,d12・・）により受電点Ａの高調波電流の大きさ(Jhc) を予測演算して、受電電力制御装置23の受電電力Pwc の目標値SV(=SV0+αJhs)を補正して制御することができる。
【００１８】
かかる方法により、受電電力制御装置23の受電電力Pwc の目標値SVは、予め観測・計測された稼働中の負荷６(61,62・・) による高調波電流(Jh1,Jh2・・) の全発生量Jh(=ΣJhi)が、予め観測・計測された受電点Ａから系統１側をみた系統インピーダンスZsと、構内側の稼働中の発電機４(G1,G2・・) の内部インピーダンス(Zg1,Zg2, ・・) と、から系統１側へ分流する高調波電流Jhs を求め、この高調波電流Jhs に予め定められた補正計数αを乗算して、上記受電電力Pwc の目標値SVを補正することができる。
【００１９】
この補正された受電電力Pwc の目標値SVは、構内負荷６(61,62・・) の稼働中の高調波電流の発生量(Jh1,Jh2・・) に応じて、さらに稼働中の発電機４(G1,G2・・) の運転状況に応じて、系統１側へ分流する高調波電流Jhs を予測することができるので、受電電力制御装置23が稼働中の発電機４(G1,G2・・) の発電電力を制御して、この補正された受電電力の目標値SVで受電点Ａの電力潮流Pwc を制御することにより、余分な受電電力（買電電力）Pwc を受電することなく経済的な運用をはかることができる。
【００２０】
次に、稼働中の負荷６(61,62・・) による高調波電流(Jh1,Jh2・・) が受電点Ａを経由して系統１側へ流れる電流Jhc(Jhs)を近似計算式で求める。今、稼働中の負荷６(61,62・・) による高調波電流(Jh1,Jh2・・) の合計電流をΣJhi とし、稼働中の発電機４(G1,G2・・) の内部インピーダンスをZgとし、系統１側の系統インピーダンスをZsとすると、受電点Ａを経由して系統１側へ流れる電流Jhs は (1)式で求めることができる。即ち、
【００２１】
【数１】

一方、電力継電器などの継電器に生じる高調波電流Jhc による作動誤差は、一般的に、高調波電流Jhc の大きさに比例すると考えられるので、この誤差要因である高調波電流Jhc に応じて受電電力Pwc の電力設定値SVを変化させれば、受電点Ａを通過する電流波形が高調波電流Jhc で歪んだとしても、電力継電器が誤動作することがない。発電機４(G1,G2・・) の内部インピーダンス(Zg1,Zg2, ・・) は、容量による差異はあっても個別発電機毎には固定であるので、発電機４(G1,G2・・) 側の遮断器721,722,・・の開閉の条件で、稼働中の発電機の内部インピーダンスを並列回路として求め、これを合成内部インピーダンスZgとし、また、稼働中の負荷６(61,62・・) による高調波電流(Jh1,Jh2・・) の全電流は、負荷の遮断器711,712,・・の開閉の条件で、稼働中の負荷６(61,62・・) の高調波電流(Jh1,Jh2・・) の合計値ΣJhi を求めることで、簡易的に演算することができる。なお、(1) 式の系統１側へ流れる電流Jhs は正確には、稼働中の負荷６(61,62・・) への分流もあるが、一般的に負荷６(61,62・・) のインピーダンスは、発電機４(G1,G2・・) の内部インピーダンスZg(Zg1,Zg2, ・・) および系統インピーダンスZsに対して充分に大きな値を有するので、(1) 式の簡易演算で充分なる精度を得ることができる。
（実施例２）
次に、本発明の一実施例による受電電力制御装置23は、上述した様に、受電点Ａでの高調波電流Jhc の大きさを予測演算する目標値補正手段を備えて構成される。図２において、この目標値補正手段５は、受電点Ａから系統側１をみた系統インピーダンスZsと、発電機４(G1,G2・・) の各内部インピーダンス(Zg1,Zg2・・) と、構内の各負荷６(61,62・・) 毎による高調波電流の予測発生量(Jh1,Jh2・・) と、のデータを各メモリ領域831,メモリ領域821,822,・・, メモリ領域811,812,・・に予め記憶するメモリ手段８と、構内の各負荷６(61,62・・) の運転状況を示すデジタル入力(d11,d12・・) と、発電機４(G1,G2・・) の運転状況を示すデジタル入力(d21,d22・・) と、を受信する入力手段９と、各負荷６(61,62・・) 毎に予測される高調波電流の発生量(Jh1,Jh2・・) と構内負荷６(61,62・・) の稼働情報を示すデジタル入力(d11,d12・・) とから構内に発生する全高調波電流Jh＝ΣJhi を予測する加算演算回路52(Add1)と、発電機４(G1,G2・・) の内部インピーダンス(Zg1,Zg2・・) とその運転状況を示すデジタル入力(d21,d22・・) とから発電機側Ｇ(G1,G2・・) の稼働内部インピーダンスZgを演算する並列演算回路53(Add2)と、この並列演算回路53(Add2)の合成内部インピーダンスZgと系統インピーダンスZsとから稼働中の構内負荷に発生する全高調波電流ΣJhi が系統１側に分流する分流電流Jhs を演算する分流電流演算回路51と、この分流電流演算回路51で演算された分流電流Jhs に補正計数α(54)を乗算して受電電力制御装置23の受電電力設定器22の目標値SV0 を補正する目標値補正回路(55,56) と、を備えて構成することができる。
【００２２】
なお、目標値補正回路(55,56) は加算器56と乗算器55の配置位置を逆にしても同一演算を行うことができる。また、負荷６(61,62・・) の負荷インピーダンスは発電機側Ｇ(G1,G2・・) の内部インピーダンス(Zg1,Zg2・・) に較べて充分大きいものとして説明したが、必要に応じて、特定の負荷6xの負荷インピーダンスはZxの影響が懸念されるときは、発電機側Ｇ(G1,G2・・) の稼働内部インピーダンスZgを演算する並列演算回路53(Add2)を演算する内容に、この特定の負荷6xの負荷インピーダンスZxも特定の負荷6xに稼働情報d1x の条件で並列接続されたものとして演算すればよい。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、受電電力システムの運転状況に応じて構内負荷によって発生する高調波電流が系統側に及ぼす影響分を見込んで受電電力制御を行うことにより、必要かつ充分なる受電電力制御をして電力継電器の誤作動を防止できる受電電力の電力制御方法およびその受電電力制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による受電電力の電力制御方法およびその受電電力制御装置を説明するシステム構成図
【図２】一実施例による目標値補正手段のブロック図
【図３】従来技術による受電電力の電力制御方法およびその受電電力制御装置を説明するシステム構成図
【符号の説明】
１ 系統
1A, ７,711,712,721,722 遮断器
1B 動力線ブスバー
21,W/V 受電電力変換器
22 受電電力設定器
23、ＡＰＣ 受電電力制御装置
４,G1,G2 発電機
５ 目標値補正手段
51 分流電流演算回路
52 加算演算回路
53 並列演算回路
54、α 補正計数
55,56 目標値補正回路
６,61,62 負荷
８,811,812,821,822,831 メモリ部
９,d11,d12,d21,d22 デジタル入力手段
Ａ 受電点
Ay11,AY12,AY21,AY22 補助リレー
CT 電流変成器
PT 電圧変圧器
Jh,Jh1,Jh2 高調波電流
Jhs,Jhc 受電点の高調波電流
Pwc 電力潮流
SV,SV0 受電電力設定値
Zg,Zg1,Zg2 内部インピーダンス
Zs 系統インピーダンス
GOV1,GOV2 ガバナ

Claims (3)

1. 自家用発電機（以下、発電機と略称する）が系統と並列運転しているシステムの受電電力の電力制御方法であって、
   受電点の電力潮流を受電点での高調波電流の大きさに応じて制御する、
   ことを特徴とする受電電力の電力制御方法。
2. 請求項１に記載の受電電力の電力制御方法であって、
   受電点の高調波電流の大きさを、受電点から系統側をみた系統定数と、発電機の定数と、構内負荷による高調波電流の発生量と、を予め求め、これらの定数を基に、発電機および構内負荷の運転状況により受電点の高調波電流の大きさを演算して、受電電力制御装置の受電電力の目標値を補正して制御する、
   ことを特徴とする受電電力の電力制御方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の受電電力の電力制御方法を用いた受電電力制御装置において、
   受電点の高調波電流の大きさを演算する目標値補正手段を備え、
   この目標値補正手段は、受電点から系統側をみた系統インピーダンスと、発電機の各内部インピーダンスと、構内の各負荷毎による高調波電流の予測発生量と、のデータを予め記憶するメモリ手段と、構内の各負荷の運転状況を示すデジタル入力と、発電機の運転状況を示すデジタル入力と、を受信する入力手段と、各負荷毎に予測される高調波電流の発生量と構内負荷の稼働情報を示すデジタル入力とから構内で発生する全高調波電流を予測する加算演算回路と、発電機の内部インピーダンスとその運転状況を示すデジタル入力とから発電機側の内部インピーダンスを演算する並列演算回路と、この並列演算回路と系統インピーダンスとから稼働中の構内負荷で発生する全高調波電流が系統側に分流する分流電流演算回路と、この分流電流演算回路で演算された分流電流に補正計数を乗算して受電電力制御装置の受電電力の目標値を補正する目標値補正回路と、を備える、
   ことを特徴とする受電電力制御装置。

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