JP3811655B2 - 力率制御装置及び方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数台の発電機を並列運転する際、それらの力率を制御する力率制御装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、複数台の発電機を電力会社の系統と接続していない状態で並列に運転させる場合(系統非連携並列運転)、各発電機間の力率バランス保持は、以下に示す如き力率補償回路で行なわれる。
【0003】
図4は、特開昭51−103209号公報に開示されている力率補償回路を適用した無効電流制御装置の構成を示す図である。この装置では、二台の発電機11a,11bの力率に差が生じた場合、各発電機11a,11bに対応する力率検出器12a,12bの出力に差が生じる。このとき、負荷(母線)10aの力率は、発電機11aと11bの力率の中間にある。従って、母線10aに対応する力率検出器12cの出力は力率検出器12aと12bの出力の中間にあり、力率検出器12cと12aの差信号と、力率検出器12cと12bの差信号とは、極性が反対になる。
【0004】
この状態で各発電機11a,11bの電圧を調整する場合、自動電圧調整器13aと13bの信号の極性が反対になる。すなわち、発電機11a,11bの一方の電圧を上げ、他方の電圧を下げるよう動作することで、各発電機11a,11bの力率を等しくしている。これにより、外部設備からの制御を伴わずに、各発電機間の力率バランスが保たれる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述した従来の制御方法では、例えば工場内等の負荷に複数の小容量の発電機で対応しようとした場合、各自動電圧調整器から各発電機へ複数の信号が順次出力されるため、急な負荷変動に対して各発電機が追従できなくなるという問題がある。また、電力会社の系統と接続しているときに各発電機の力率バランスが悪い状態であると、停電時等で系統から切り離され単独運転を開始した際、力率バランスの回復が難しく、過励磁や過負荷状態となりトリップする。
【0006】
また、上述した制御方法は、各発電機が同一仕様、同一容量である場合に有効であるが、各発電機が異なる仕様(別メーカー等)や異なる容量である場合に問題が生じる。すなわち、力率補償回路により発電機に生ずる特性は発電機のメーカー毎に異なるため、各自動電圧調整器から信号を受ける各発電機の反応が統一されず、力率バランスと負荷の電圧バランスの保持が期待できない。
【0007】
本発明の目的は、異なる仕様や容量の発電機を用いた系統非連携並列運転時の力率制御を、力率と電圧のバランスを保持して行なえる力率制御装置及び方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の力率制御装置及び方法は以下の如く構成されている。
【0009】
(1)本発明の力率制御装置は、母線に接続された複数の発電機の力率を制御する力率制御装置において、前記複数の発電機の目標とする各力率範囲を一定の周期で設定する目標力率設定手段と、前記母線の電圧と所定の電圧値範囲とを前記一定の周期で比較する比較手段と、この比較手段の結果、前記母線の電圧が前記電圧値範囲より高い場合、最も力率が低い少なくとも一つの発電機の電圧を下げ、前記母線の電圧が前記電圧値範囲より低い場合、最も力率が高い少なくとも一つの発電機の電圧を上げるよう制御する第1の制御手段と、前記比較手段の結果、前記母線の電圧が前記電圧値範囲内である場合、前記力率範囲から外れた発電機の力率を前記力率範囲内に修正するよう制御する第2の制御手段と、から構成されている。
【0010】
(2)本発明の力率制御方法は、母線に接続された複数の発電機の力率を制御する力率制御方法において、前記複数の発電機の目標とする各力率範囲を一定の周期で設定する工程と、前記母線の電圧と所定の電圧値範囲とを前記一定の周期で比較する工程と、この比較の結果、前記母線の電圧が前記電圧値範囲より高い場合、最も力率が低い少なくとも一つの発電機の電圧を下げ、前記母線の電圧が前記電圧値範囲より低い場合、最も力率が高い少なくとも一つの発電機の電圧を上げるよう制御する工程と、前記比較の結果、前記母線の電圧が前記電圧値範囲内である場合、前記力率範囲から外れた発電機の力率を前記力率範囲内に修正するよう制御する工程と、を有する。
【0011】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施の形態に係る力率制御装置の構成を示す回路図である。本実施の形態では、仕様と容量の異なる四台の発電機1a,1b,1c,1dの間の力率バランスを保持する制御を行なう。
【0012】
図1において、力率制御部9aには、四つの自動電圧調整器2a,2b,2c,2dが接続されている。各自動電圧調整器2a,2b,2c,2dは、それぞれ界磁巻線3a,3b,3c,3dを介在して発電機1a,1b,1c,1dの電圧制御を行なう。
【0013】
発電機1a,1b,1c,1dは、それぞれ配電盤8a内の遮断器6a,6b,6c,6dを介して、母線10に接続されている。電力会社の系統Lは、配電盤8a内の遮断器6eを介して母線10に接続されている。
【0014】
また配電盤8a内では、計器用変流器5a,5b,5c,5dと計器用変圧器4a,4b,4c,4d,4eは、それぞれ複合型アナログ信号変換器7aに接続されている。
【0015】
図2は、上述した構成をなす力率制御装置による制御手順を示すフローチャートである。なお、母線10は遮断器6eにて電力会社の系統Lから切り離された状態にある。
【0016】
まず、ステップS1で、力率制御部9aは各発電機1a,1b,1c,1dが負担している無効電力と有効電力を一定のサンプリング周期(500ms)で計測し、各発電機の目標力率範囲(本実施の形態では、82〜88%とする)を設定する。この場合、複合型アナログ信号変換器7aは、各発電機1a〜1dの各電圧をそれぞれ計器用変圧器4a〜4dから検出するとともに、各発電機1a〜1dの各電流をそれぞれ計器用変流器5a〜5dから検出し、それらをアナログ信号に変換して力率制御部9aへ出力する。力率制御部9aは、入力した信号から各発電機1a〜1dの力率を計算し、目標力率範囲を設定する。
【0017】
次にステップS2で、力率制御部9aは母線10の電圧を検出する。この場合、複合型アナログ信号変換器7aは、母線10の電圧を計器用変圧器4eから検出し、アナログ信号に変換して力率制御部9aへ出力する。
【0018】
そしてステップS3で、母線10の電圧が目標電圧値(本実施の形態では、10.7〜11.3kVとする)の最高値(11.3kV)より高い場合、ステップS4で、力率制御部9aは電圧下方修正力率制御モードを実行する。このモードで、力率制御部9aは、各発電機1a〜1dの力率を上述したように計算し、その力率が一番低い発電機1a〜1dに対応する自動電圧調整器2a〜2dへ電圧下げ信号を出力する。この信号を受けた自動電圧調整器2a〜2dは、対応する発電機1a〜1dにおける界磁巻線3a〜3dの電流を制御し、その発電機1a〜1dの電圧を下げる。その後、力率制御部9aは、再び上記ステップS1の目標力率設定を行なう。
【0019】
例えば上記ステップS4で、発電機1a〜1dの各力率が、80%、85%、87%、90%である場合、力率制御部9aは発電機1aの電圧を下げ、その力率が目標力率範囲(82〜88%)となるよう制御する。
【0020】
上記ステップS3で、母線10の電圧が上記目標電圧値の最高値より高くなく、ステップS5で、母線10の電圧が上記目標電圧値の最低値(10.7kV)より低い場合、ステップS6で、力率制御部9aは電圧上方修正力率制御モードを実行する。このモードで、力率制御部9aは、各発電機1a〜1dの力率を上述したように計算し、その力率が一番高い発電機1a〜1dに対応する自動電圧調整器2a〜2dへ電圧上げ信号を出力する。この信号を受けた自動電圧調整器2a〜2dは、対応する発電機1a〜1dにおける界磁巻線3a〜3dの電流を制御し、その発電機1a〜1dの電圧を上げる。その後、力率制御部9aは、再び上記ステップS1の目標力率設定を行なう。
【0021】
例えば上記ステップS6で、発電機1a〜1dの各力率が、80%、85%、87%、90%である場合、力率制御部9aは発電機1dの電圧を上げ、その力率が目標力率範囲(82〜88%)となるよう制御する。
【0022】
上記ステップS5で、母線10の電圧が上記目標電圧値の最低値より低くない場合、ステップS7で、力率制御部9aは、各発電機1a〜1dの力率を上述したように計算し、各力率が目標力率範囲(82〜88%)内である場合、再び上記ステップS1の目標力率設定を行なう。
【0023】
また、上記ステップS7で目標力率範囲内でない力率がある場合、ステップS8で、力率制御部9aは力率制御モードを実行する。この場合、力率制御部9aは、力率の目標最低力率82%または目標最高力率88%に対する絶対値偏差が一番大きい発電機1a〜1dに対応する自動電圧調整器2a〜2dへ電圧上げ信号または電圧下げ信号を出力する。この信号を受けた自動電圧調整器2a〜2dは、対応する発電機1a〜1dにおける界磁巻線3a〜3dの電流を制御し、その発電機1a〜1dの電圧を上げるか、または下げる。その後、力率制御部9aは、再び上記ステップS1の目標力率設定を行なう。
【0024】
例えば上記ステップS8で、発電機1a〜1dの各力率が、80%、83%、86%、89%である場合、力率制御部9aは発電機1aの電圧を下げ、その力率が目標力率範囲(82〜88%)となるよう制御する。
【0025】
以上のように本実施の形態における力率制御装置では、従来の如き力率補償回路を用いず、上述した手順からなるプログラミングによる制御を行なっている。その制御の基本は、電力会社の系統と連携している時に従来から用いられている、力率が低い発電機に対して電圧下げ信号を出力し、力率が高い発電機に対して電圧上げ信号を出力するという方法に即している。ただし、系統非連携時にこれらの制御を行なうと、力率と電圧のバランスが大きくくずれ適切な制御ができない。そこで本実施の形態では、以下のような制御を行なう。
【0026】
(1).複数台の発電機の無効電力と有効電力を一定の周期で計測して各目標力率を設定し、母線電圧が規定値範囲内であるか否かをチェックし、さらに目標力率から外れた発電機の存在をチェックする。
【0027】
(2).母線電圧が規定値より高い場合は、一番力率が低い発電機に対して電圧下げ信号を出力し、母線電圧が規定値より低い場合は、一番力率が高い発電機に対して電圧上げ信号を出力する。
【0028】
(3).(1)を行ない、前回のサンプリング結果による(2)の制御が終了していなくても、最新のサンプリング結果を優先して次の目標制御(2)に移行する。
【0029】
図3(a),(b)は、上述した力率制御装置にて二台の発電機を制御対象とした場合の力率・電圧データを示す図である。図3(a),(b)は、遮断器6eにて母線10を電力会社の系統Lから切り離した状態で二台の発電機A,Bを並列運転した結果を示している。図3(a)から、二台の発電機A,Bとも力率が目標力率範囲内(40〜60%)にあり、母線10の電圧が目標電圧値の範囲内(11.0kV前後)で一定の状態にあることが分かる。このように本力率制御装置によれば、系統非連携時に、仕様や容量の異なる複数台の発電機の運転制御を、力率と電圧のバランスを保って行なうことができる。
【0030】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されず、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、上記実施の形態では発電機が4台または2台の場合について示したが、これに限定されず複数台で実施可能である。
【0031】
また、上記実施の形態では力率制御を行なう発電機の数を1サイクルで1台づつとしたが、2台以上づつ同時に制御するようにしてもよい。例えば、2台づつ制御する場合、上記ステップS4では、力率が一番低い発電機と二番目に低い発電機とに対応する各自動電圧調整器2a〜2dへ電圧下げ信号を出力する。上記ステップS6では、力率が一番高い発電機と二番目に高い発電機とに対応する各自動電圧調整器へ電圧上げ信号を出力する。上記ステップS8では、力率の目標最低力率または目標最高力率に対する絶対値偏差が一番大きい発電機と二番目に大きい発電機とに対応する各自動電圧調整器へ電圧上げ信号または電圧下げ信号を出力する。
【0032】
また、上記実施の形態ではサンプリング周期(プログラム実行周期)を500msとしたが、これに限らず、例えば10ms以上の調整レンジで変更可能である。また、各発電機の信号に対する追随性を力率制御部9aの設定レンジで調整可能である。
【0033】
また本発明は、仕様や容量が同じ複数の発電機に対しても実施可能であり、電力会社の系統と接続した状態でも実施可能である。
【0034】
【発明の効果】
本発明の力率制御装置及び方法によれば、商用停電等による系統非連携運転への移行時に発生する力率バランスの崩れに起因する発電機のトリップを防止することができるとともに、力率の変動に伴う電圧の変動を抑えることができる。これにより、異なる仕様や容量の発電機を用いた系統非連携並列運転時の力率制御を確立できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る力率制御装置の構成を示す回路図。
【図2】本発明の実施の形態に係る力率制御装置による制御手順を示すフローチャート。
【図3】本発明の実施の形態に係る力率・電圧データを示す図。
【図4】従来例に係る無効電流制御装置の構成を示す図。
【符号の説明】
1a,1b,1c,1d…発電機
2a,2b,2c,2d…自動電圧調整器
3a,3b,3c,3d…界磁巻線
4a,4b,4c,4d…計器用変圧器
5a,5b,5c,5d…計器用変流器
6a,6b,6c,6d,6e…遮断器
7a…複合型アナログ信号変換器
8a…配電盤
9a…力率制御部
10…母線
L…系統
Claims (2)
- 母線に接続された複数の発電機の力率を制御する力率制御装置において、
前記複数の発電機の目標とする各力率範囲を一定の周期で設定する目標力率設定手段と、
前記母線の電圧と所定の電圧値範囲とを前記一定の周期で比較する比較手段と、
この比較手段の結果、前記母線の電圧が前記電圧値範囲より高い場合、最も力率が低い少なくとも一つの発電機の電圧を下げ、前記母線の電圧が前記電圧値範囲より低い場合、最も力率が高い少なくとも一つの発電機の電圧を上げるよう制御する第1の制御手段と、
前記比較手段の結果、前記母線の電圧が前記電圧値範囲内である場合、前記力率範囲から外れた発電機の力率を前記力率範囲内に修正するよう制御する第2の制御手段と、
を具備したことを特徴とする力率制御装置。 - 母線に接続された複数の発電機の力率を制御する力率制御方法において、
前記複数の発電機の目標とする各力率範囲を一定の周期で設定する工程と、
前記母線の電圧と所定の電圧値範囲とを前記一定の周期で比較する工程と、
この比較の結果、前記母線の電圧が前記電圧値範囲より高い場合、最も力率が低い少なくとも一つの発電機の電圧を下げ、前記母線の電圧が前記電圧値範囲より低い場合、最も力率が高い少なくとも一つの発電機の電圧を上げるよう制御する工程と、
前記比較の結果、前記母線の電圧が前記電圧値範囲内である場合、前記力率範囲から外れた発電機の力率を前記力率範囲内に修正するよう制御する工程と、
を有することを特徴とする力率制御方法。
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