JP3967483B2 - 発電設備の系統連系保護装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばゴミ発電システム，コージェネレーション等の自家発電設備と系統電源とを連系する系統連系システムに利用される発電設備の系統連系保護装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電源系統とコージェネレーション等の自家用発電設備とを連系する系統連系システムは図１４に示すように構成されている。
【０００３】
この系統連系システムは、系統電源１の出力電圧を変圧器２で降圧し、遮断器３を通して電力を供給する上位変電所４と、この上位変電所４側からの電力を遮断器５を介して負荷６で受ける一般需要家７と、前記上位変電所４の系統電源１と連系する自家用発電設備１０と、この自家用発電設備１０に対する系統連系保護装置２０とで構成されている。
【０００４】
この自家用発電設備１０は系統電源１に対して遮断器１１を介して交流発電機１２が連系されている。交流発電機１２の出力電圧の制御は、自動電圧調整器（ＡＶＲ）１３にて界磁巻線１４の電圧を制御することにより行い、また発電機１２の出力周波数の制御は、調速機１５により交流発電機用エンジン１６のエンジンパワーを制御することにより行っている。
【０００５】
前記系統連系保護装置２０は、変流器２１から発電機１２の出力電流を検出し、この出力電流と発電機１２の出力電圧との関係から異常電流を検出する異常検出回路２２、この異常検出回路２２の検出異常に基づいて前記遮断器１１を開放する故障トリップ回路２３、遮断器１１の出力側に設置される変流器２４の出力電流に基づいて故障トリップ回路２３を動作させる過電流継電器（ＯＣ）２５などが設けられている。
【０００６】
さらに、系統電源１の異常時，特に系統電源１が例えば遮断器３の開放によって遮断されたとき、発電機１２の出力電力と負荷６の負荷電力とのアンバランスから、周波数や電圧が異常になることを検出する周波数低下継電器（ＵＦ）２６、周波数上昇継電器（ＯＦ）２７、過電圧継電器（ＯＶ）２８、不足電圧継電器（ＵＶ）２９を設け、これら継電器の検出信号に基づいて故障トリップ回路２３を動作させ、トリップ信号を出力して遮断器１１を開放し、遮断器３の再閉路が可能な状態に設定する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上のような系統連系システムでは、系統電源１の異常により遮断器３が開となったとき、交流発電機１２の出力電力と負荷６の所要電力が有効分および無効分ともにほぼ等しくなっていると、周波数も電圧もほとんど変化しないので、何れの継電器２５〜２９も動作せず、運転を継続する状態となる。いわゆる発電設備の単独運転（アイランディング）現象が発生し、遮断器３の再閉路を妨げることになる。
【０００８】
そこで、従来、単独運転を防ぐ観点から、変電所４側に転送遮断システム８を設け、専用線を介して遮断器１１を転送遮断する方法が採り入れられている。この転送遮断システム８は、上位変電所４の遮断器３が開となった信号を検出したときに遮断信号を送出し、遮断器１１を開放するシステムである。
【０００９】
ところで、かかる転送遮断システム８は、数百キロワット程度の出力である中小容量の自家用発電設備１０にとつて非常にコスト高となり、さらに伝送手段や伝送経路を設置する必要から複雑化する問題がある。
【００１０】
本発明は上記事情にかんがみてなされたもので、高価な転送遮断システムを設けることなく、系統連系中の自家発電設備の単独運転を、自身の自家発電設備側で確実に検知し保護する発電設備の系統連系保護装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、発電設備と系統電源とが遮断器を介して連系する系統連系システムにおいて、前記発電設備の出力周波数を検出する周波数検出手段と、この周波数検出手段により検出される周波数の変化率を求める周波数変化率検出手段と、この周波数変化率検出手段により検出される周波数変化率をもとに、当該周波数変化率が正のとき前記発電設備となる発電機の原動機回転速度を上昇させ、前記周波数変化率が負のとき前記原動機回転速度を低下させるような回転速度変動基準を決定し出力する回転速度変動基準決定手段と、この回転速度変動基準決定手段で決定された回転速度変動基準に基づいて、前記発電機の回転速度を変動させることにより、前記発電機の出力周波数の変動を拡大助長させる前記発電設備の調速機と、この調速機により拡大助長された前記発電機の出力周波数に対する前記周波数変化率検出手段の出力である周波数変動率の増大を検知し、前記遮断器を介して前記系統電源から前記発電設備を解列させる保護手段とを備えたものである。
【００１２】
本発明は、以上のような手段を講じたことにより、周波数変化率検出手段が発電設備の出力周波数の変化率を算出して出力すると、回転速度変動基準決定手段は、その算出された周波数変化率をもとに、周波数変化率が正のとき発電機の回転速度を上げて周波数上昇を助長させ、一方、周波数変化率が負のとき発電機の回転速度を下げて周波数下降を助長させるような回転速度変動基準を出力し、調速機に入力する。ここで、調速機は発電機の回転速度を変化させる。
【００１３】
その結果、発電機の出力周波数変動が拡大するので、その周波数変化率過大を検出し、発電設備の単独運転を迅速，確実に検出でき、系統から容易に発電設備を解列できる。
【００１４】
また、別の発明は、回転速度変動基準を決定し出力する機能だけでなく、電圧変動基準決定手段を設け、周波数変化率が正のとき発電設備の進み無効電力を増加させ、また周波数変化率が負のとき発電設備の遅れ無効電力を増加させるような電圧変動基準を決定し出力し、発電設備の自動電圧調整器に供給する。
【００１５】
その結果、回転速度変動基準にて発電機を回転速度変動させ、また電圧変動基準にて発電機を電圧変動させることにより、それぞれ周波数変動を助長させるので、その周波数変化率過大を検出し、発電設備の単独運転を迅速，確実に検出でき、系統から容易に発電設備を解列できる。
【００１６】
さらに、別の発明は、上記何れかの発明の構成に新たに、予め周波数変化率しきい値が設定され、前記周波数変化率が前記しきい値より小さいとき前記電圧変動基準のみを用いて周波数変動を助長させ、前記周波数変化率が前記しきい値を越えたとき前記回転速度変動基準を調速機に与えることで前記電圧変動基準および前記回転速度変動基準の両方で周波数変動を助長させる回転速度変動基準投入遮断手段を設けたことにより、調速機および原動機の寿命を考慮しつつ周波数変動を助長させることができる。
【００１７】
さらに、別の発明は、周波数変化率検出手段および回転速度変動基準決定手段の他、予め複数の周波数変化率しきい値をもち、前記周波数変化率が前記各周波数変化率しきい値を越えるごとに回転速度変動基準の切換え指令を出力する回転速度変動基準切換手段と、予め周波数変化率と回転速度変動基準との関数関係を定義する複数段切換え可能な関数ゲインまたは関数形状が設定され、前記回転速度変動基準切換手段から回転速度変動基準の切換え指令を受けるごとに関数ゲインまたは関数形状を切り換えて出力する回転速度変動基準決定手段とを設けた構成である。
【００１８】
このような手段を講じたことにより、多段階検出手法を採用し、連系中の大きな変動を抑制しつつ周波数変動を拡大するので、発電設備の単独運転を迅速，確実に検出できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明に係わる系統連系保護装置の一実施の形態を示すブロック構成図である。なお、同図において図１４と同一部分には同一符号を付し、その詳しい説明は省略する。
【００２０】
この実施の形態は、転送遮断システムの代わりに、交流発電機１２の出力周波数の変化率を検出し遮断器１１を開放する機能、交流発電機１２の出力から有効電力を検出しエンジン１６を制御する速度制御機能、電圧変動，無効電力および有効電力を考慮した電圧制御機能を設けた構成である。
【００２１】
具体的には、交流発電機１２の出力電圧から周波数を検出する周波数検出手段３１、この周波数検出手段３１の検出周波数から周波数変化率Ｖ３０を算出する周波数変化率検出手段３２、この周波数変化率Ｖ３０が予め定める設定値以上か否かを判断し、設定値以上になったとき異常出力信号Ｖ３１を故障トリップ回路２３に送出する周波数変化率過大検出手段３３を設け、この故障トリップ回路２３が異常出力信号Ｖ３１を受けて遮断器１１にトリップ信号を送出し電路を開放する構成となっている。この周波数変化率過大検出手段３３は周波数変動を検出し発電機を解列させる保護リレーの役割をもっている。
【００２２】
前記エンジン速度制御機能は、変流器２１により検出される発電機１２の出力電流と発電機１２の出力電圧とから無効電力を検出する無効電力検出手段３５と、同じく変流器２１により検出される発電機１２の出力電流と発電機１２の出力電圧とから有効電力を検出する有効電力検出手段３６と、有効電力基準設定部３７に設定される有効電力基準Ｐ＊と有効電力検出手段３６からの有効電力Ｐとを比較し、この有効電力偏差を調速機１５に与えてエンジン１６の原動機制御を実施する有効電力制御手段３８とが設けられている。
【００２３】
また、エンジン速度制御機能には回転速度変動基準決定手段３９が設けられている。この回転速度変動基準決定手段３９は、周波数変化率検出手段３２からの周波数変化率Ｖ３０を受け、この周波数変化率が正（周波数上昇中）のときには発電機１２の回転速度を上げて周波数上昇を助長させ、また周波数変化率が負（周波数下降中）のときには発電機１２の回転速度を下げて周波数下降を助長させるような回転速度変動基準ΔＮ＊を出力する。
【００２４】
なお、周波数変動を助長するには、周波数変化率と回転速度変動基準ΔＮ＊との関係は図２（ａ）〜（ｃ）に示すような関数で定義すればよい。
【００２５】
このような周波数変動を助長するための回転速度変動基準ΔＮ＊は、図３に示すような調速機１５に入力され、有効電力制御手段３８からの有効電力偏差に応じて出力される速度設定値１５１に加算する。そして、エンジン１６に係る速度検出値１５２との偏差を増幅器１５３にて増幅しエンジン１６のアクチュエータ１６１に供給する。このアクチュエータ１６１は、操作弁１６２の開度を操作し、原動機駆動部１６３に送り込む燃料等の供給量を変化させ、回転速度変動を得るものである。
【００２６】
前記電圧制御機能としては、無効電力基準設定部４１、無効電力制御手段４２、電圧基準設定部４３および前記自動電圧調整器１３等が設けられている。
【００２７】
この無効電力制御手段４２は、設定部４１からの無効電力基準Ｑ＊と無効電力検出手段３５で検出された無効電力とを一致させるための電圧基準ΔＶＱ＊を出力し、自動電圧調整器１３に供給する。
【００２８】
自動電圧調整器１３は、設定部４３の電圧基準Ｖ＊と無効電力制御手段４２からの電圧基準ΔＶＱ＊とを加算し、界磁を調整する指令値として、発電機１２の出力電圧を制御する界磁巻線１４に印加する。
【００２９】
次に、以上のように構成された系統連系保護装置の動作について図４ないし図７を参照して説明する。
【００３０】
今、図４において発電機１２出力の有効電力をＰ、無効電力をＱとし、一方、負荷６が必要とする有効電力をＰＬ、無効電力をＱＬとすると、系統電源１へ流出する有効電力ΔＰおよび無効電力ΔＱは次の式で表される。
【００３１】
ΔＰ＝Ｐ−ＰＬ
ΔＱ＝Ｑ−ＱＬ
ここで、発電機１２と系統間のインダクタンス分をｌ、負荷６の電圧をＶ、周波数をfとする。
【００３２】
そうすると、通常の場合、ΔＰ≒０、ΔＱ≒０に近い状態で遮断器３が開となっても、負荷６の電圧Ｖ、周波数ｆはほとんど変化しないので、継電器２５〜２９の何れも動作せず、自家発電設備が単独運転を継続することになる。
【００３３】
しかし、系統電源１と負荷６の位相がゆっくりとずれてくるので、遮断器３の再投入は事故拡大につながり危険な状態となり、配電系統の安定性を低下させることになる。
【００３４】
次に、ΔＰ≒０、ΔＱ≠０の状態において単独運転となった場合の周波数変動は、図５に示すように系統遮断（to）後、周波数ｆが変動しながら安定点ｆ１，ｆ２に接近する。ｆ１はΔＱがわずかに進みの場合、ｆ２はΔＱがわずかに遅れの場合である。図５に示す＋Δｆ、−Δｆは継電器２５ないし２９が単独運転を検出できるレベルである。
【００３５】
図６は図１の各構成要素である周波数検出手段３１で検出した周波数ｆ、周波数変化率検出手段３２で検出した周波数変化率ｄｆ／ｄｔおよび回転速度変動基準決定手段３９で検出した回転速度変動基準ΔＮ＊の関係を示す図である。
【００３６】
今、周波数検出手段３１で検出される周波数ｆが図６に示すように変化する場合、ｄｆ／ｄｔはこれより９０°位相が進んだ波形となる。よって、この図から明らかなように、ｄｆ／ｄｔ〉０の場合には周波数が上昇中であるので、この間には回転速度変動基準決定手段３９から回転速度上げ指令となる回転速度変動基準ΔＮ＊が出力され、周波数ｆがさらに上昇するように作用する。また、ｄｆ／ｄｔ〈０場合には周波数が下降中であるので、この間には回転速度変動基準決定手段３９から回転速度下げ指令となる回転速度変動基準ΔＮ＊が出力され、周波数ｆがさらに下降するように作用する。
【００３７】
よって、以上のようにして正帰還作用により周波数変動を増大させ、周波数異常や周波数変化率過大を周波数変化率過大検出手段３３により検出し故障トリップ回路２３に与えることにより、従来用いていた高価な転送遮断装置を用いることなく、単独運転を検出し遮断器１１を開放することができる。
【００３８】
従って、以上のように周波数変化率検出手段３２、回転速度変動基準決定手段３９を設けることにより、単独運転時での図５に示す周波数変動特性を図７に示す周波数変動特性に拡大することが可能となり、周波数異常や周波数変化率異常を検出でき、迅速、かつ、確実に自家発電設備の単独運転を検出できる。
【００３９】
すなわち、本実施の形態においては、周波数変化率ｄｆ/ｄｔを検出し、ｄｆ／ｄｔ〉０の場合には回転速度変動基準決定手段３９から上昇の回転速度変動基準を得、ｄｆ／ｄｔ〈０場合には下降の回転速度変動基準を得、この回転速度変動基準を調速機１５に与えることにより、発電機１２の回転速度を変化させることができ、周波数変動を拡大でき、単独運転を迅速、かつ、確実に検出できる。
（第２の実施の形態）
図８は本発明に係わる系統連系保護装置の他の実施の形態を示すブロック構成図である。なお、同図において図１と同一部分には同一符号を付し、その詳しい説明は省略する。
【００４０】
この実施の形態は、図１に示す回転速度変動基準決定手段３９の他、新たに電圧変動基準決定手段５１を設けたことにある。
【００４１】
この電圧変動基準決定手段５１は、周波数変化率検出手段３２からの周波数変化率Ｖ３０を受け、周波数変化率が正（周波数が上昇中）の場合には発電機１２の出力電圧を低下させて周波数上昇を助長させ、また周波数変化率が負（周波数が下降中）の場合には発電機１２の出力電圧を上昇させて周波数下降を助長させるような電圧変動基準ΔＶ＊を出力する。
【００４２】
そして、電圧変動基準決定手段５１にて出力された電圧変動基準ΔＶ＊を自動電圧調整器１３に導入し、電圧基準設定部４３からの電圧基準Ｖ＊に加算する。なお、発電機１２の出力電圧が変動し、周波数が変動するのは、発電機電圧変動に伴う負荷電力変動が原動機に対して負荷トルクの変動として影響を与えるからである。
【００４３】
そこで、周波数変動を助長させるためには、周波数変化率に対し、電圧変動基準ΔＶ＊が図９（ａ），（ｂ）に示すような関数で定義し出力すればよい。
【００４４】
ゆえに、この実施の形態では、回転速度変動基準決定手段３９による調速機１５への回転速度変動基準を与える他、電圧変動基準決定手段５１による自動電圧調整器１３への電圧変動基準ΔＶ＊を与えることにより、速やかに周波数変動を引き起こすことが可能となる。このことは、単独運転時の周波数変動として、図５に示す特性から図７に示す特性に拡大し、周波数や周波数変化率異常を検出することにより、単独運転を迅速に検出することができる。
【００４５】
従って、以上のような実施の形態によれば、周波数変化率検出手段３２によって周波数変化率ｄｆ／ｄｔを検出し、ｄｆ／ｄｔ＞０の場合には回転速度変動基準決定手段３９から上昇の回転速度変動基準、電圧変動基準決定手段５１から低下の電圧変動基準を取り出し、またｄｆ／ｄｔ＜０の場合には逆に下降の回転速度変動基準および上昇の電圧変動基準を取り出し、調速機１５には回転速度変動基準を、自動電圧調整器１３には電圧変動基準をそれぞれ与えて発電機１２の回転速度を変化させることにより、周波数変動を拡大させるので、単独運転を迅速、かつ、確実に検出できる。
（第３の実施の形態）
図１０は本発明に係わる系統連係保護装置のさらに他の実施の形態を示す構成図である。なお、同図において図１および図８と同一部分には同一符号を付し、その詳しい説明は省略し、以下，異なる部分について説明する。
【００４６】
この実施の形態は、第２の実施の形態で述べたように、回転速度変動基準決定手段３９と電圧変動基準決定手段５１とで周波数変動を助長し、この助長された周波数変動から単独運転を判定することは同じである。特に、異なるところは、図８の構成に新たに回転速度変動基準投入遮断手段５２を設けたことにある。
【００４７】
この回転速度変動基準投入遮断手段５２は、周波数変化率検出手段３２によって検出された周波数変化率を取り込み、この周波数変化率が予め定める所定値を越えたときにのみ回転速度変動基準決定手段３９からの回転速度変動基準ΔＮ＊を取り込んで調速機１５に与えるものである。これは、周波数変化率が微少なときには単独運転の可能性が低いと考え、この場合には回転速度変動基準ΔＮ＊を調速機１５に与えないようにし、調速機１５ならびに原動機の寿命を考慮し、むやみに原動機の出力を変化させない構成としたものである。
【００４８】
この回転速度変動基準投入遮断手段５２は、具体的には図１１に示すように、周波数変化率に対して所定のしきい値を設定するしきい値設定部５２１と、周波数変化率が所定のしきい値を越えたか否かを判定する判定部５２２と、この判定結果に基づいて回転速度変動基準をオン・オフするスイッチ手段５２３とからなっている。
【００４９】
この実施の形態では、調速機１５に回転速度変動基準、自動電圧調整器１３に電圧変動基準ΔＶ＊を与えることから、第２の実施の形態と同様に速やかに周波数変動を引き起こすことができ、図５に示す特性から図７に示す特性に拡大し、周波数や周波数変化率異常を検出することにより、単独運転を迅速に検出することができる。
【００５０】
従って、以上のような実施の形態によれば、周波数変化率検出手段３２によって周波数変化率ｄｆ／ｄｔを検出し、ｄｆ／ｄｔ＞０の場合には回転速度変動基準決定手段３９から上昇の回転速度変動基準、電圧変動基準決定手段５１から低下の電圧変動基準を取り出し、またｄｆ／ｄｔ＜０の場合には逆に下降の回転速度変動基準および上昇の電圧変動基準を取り出す一方、回転速度変動基準投入遮断手段５２にて、ｄｆ／ｄｔが予め定めるしきい値よりも小さいときに電圧変動基準のみを用い、自動電圧調整器１３に電圧変動基準を与えることにより、発電機１２の回転速度変動を促し、またｄｆ／ｄｔが前記しきい値を越えたときに回転速度変動基準を調速機１５に与えることにより、電圧変動基準ならびに回転速度変動基準の両方を用いることにより、周波数変動を拡大させるので、単独運転を迅速、かつ、確実に検出できる。
（第４の実施の形態）
前述する各実施の形態においては、回転速度変動基準決定手段３９で得られる回転速度変動基準ΔＮ＊を調速機１５に与えて原動機の回転速度を変動させ、周波数変動の拡大により単独運転を判定する構成としたが、更に迅速、かつ、確実に単独運転を判定するためには充分な大きさの回転速度変動基準ΔＮ＊を調速機１５に与える必要がある。しかしながら、頻繁に大きな回転速度変動基準ΔＮ＊を与えることは連係中には大きな有効電力出力の変動となるために望ましくない。
【００５１】
そこで、本実施の形態においては、最初はレベルの小さな回転速度変動基準ΔＮ＊を出力し、この最初の回転速度変動基準ΔＮ＊の働きで周波数変化率ｄｆ／ｄｔが最初に設定するしきい値を越えたとき、大きな回転速度変動基準ΔＮ＊を与えるようにする。この回転速度変動基準に従って周波数変化率が次のしきい値を越えると、さらに回転速度変動基準ΔＮ＊を大きく与えるようにする。
【００５２】
以上のよう処理の繰り返しを何回か実施し、単独運転に近づきつつあることを確認しながら、回転速度変動基準ΔＮ＊による作用を段階的に大きくする多段階検出を行うものである。
【００５３】
この多段階検出は、例えば図１２に示すような構成により実現できる。
【００５４】
すなわち、複数の周波数変化率しきい値を有する回転速度変動基準切換手段５３を設け、周波数変化率が周波数変化率しきい値を越えるごとに回転速度変動基準の切換え指令を回転速度変動基準決定手段３９に送出する。
【００５５】
この回転速度変動基準決定手段３９は、周波数変化率から回転速度変動基準を決定する関数（関数ゲインまたは関数形状）を有し、回転速度変動基準切換手段５３からの指令に応じて関数ゲインまたは関数形状を切換えて調速機１５に供給する。
【００５６】
このような回転速度変動基準の決定は、マイクロコンピュータを用いれば容易に実現できる。
【００５７】
また、図１２は回転速度変動基準を決定する関数の一例を示すイメージ図であって、リミットレベルを設けたことにある。
【００５８】
なお、この多段階検出手段を第３の実施の形態に適用する場合には、例えば回転速度変動基準投入遮断手段５２におけるしきい値設定部５２１のしきい値を、回転速度変動基準切換手段５３内の最初のしきい値以下に設定することが考えられる。
【００５９】
従って、以上のような実施の形態によれば、多段階検出の手法によって連係中の大きな変動を抑制しつつ、単独運転時には周波数変動を図５に示す特性から図７に示す特性に拡大して周波数や周波数変化率異常を検出することにより、単独運転を確実、かつ、容易に検出できる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、高価な転送遮断システムを設けることなく、系統連係中の自家発電設備の単独運転を自身の自家発電設備側で確実に検知でき、この単独運転を検知できれば系統から迅速に発電設備を解列し保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係わる発電設備の系統連系保護装置の第１の実施の形態を示すブロック構成図。
【図２】 回転速度変動基準を決定する関数の形状例を示す図。
【図３】 調速機および原動機からなる速度制御系の構成を示す図。
【図４】 自家発電設備である発電機から流出する電力を説明する図。
【図５】 発電機から出力される周波数の変動を説明する図。
【図６】 発電機から出力される周波数と周波数変化率と回転速度変動基準との関係を説明する図。
【図７】 周波数変動を拡大させる例を説明する図。
【図８】 本発明に係わる発電設備の系統連系保護装置の第２の実施の形態を示すブロック構成図。
【図９】 周波数変化率と電圧変動基準との関係を説明する図。
【図１０】 本発明に係わる発電設備の系統連系保護装置の第３の実施の形態を示すブロック構成図。
【図１１】 図１０に示す回転速度変動基準投入遮断手段の構成を示す図。
【図１２】 本発明に係わる発電設備の系統連系保護装置の第４の実施の形態を示すブロック構成図。
【図１３】 回転速度変動基準を決定する関数の一例を示すイメージ図。
【図１４】 従来の系統連係保護装置の構成図。
【符号の説明】
１…系統電源
３…遮断器
６…負荷
１１…遮断器
１２…交流発電機
１３…自動電圧調整器
１５…調速機
１６…エンジン
３１…周波数検出手段
３２…周波数変化率検出手段
３３…周波数変化率過大検出手段
３５…無効電力検出手段
３６…有効電力検出手段
３８…有効電力制御手段
３９…回転速度変動基準決定手段
４２…無効電力制御手段
５１…電圧変動基準決定手段
５２…回転速度変動基準投入遮断手段
５３…回転速度変動基準切換手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばゴミ発電システム，コージェネレーション等の自家発電設備と系統電源とを連系する系統連系システムに利用される発電設備の系統連系保護装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電源系統とコージェネレーション等の自家用発電設備とを連系する系統連系システムは図１４に示すように構成されている。
【０００３】
この系統連系システムは、系統電源１の出力電圧を変圧器２で降圧し、遮断器３を通して電力を供給する上位変電所４と、この上位変電所４側からの電力を遮断器５を介して負荷６で受ける一般需要家７と、前記上位変電所４の系統電源１と連系する自家用発電設備１０と、この自家用発電設備１０に対する系統連系保護装置２０とで構成されている。
【０００４】
この自家用発電設備１０は系統電源１に対して遮断器１１を介して交流発電機１２が連系されている。交流発電機１２の出力電圧の制御は、自動電圧調整器（ＡＶＲ）１３にて界磁巻線１４の電圧を制御することにより行い、また発電機１２の出力周波数の制御は、調速機１５により交流発電機用エンジン１６のエンジンパワーを制御することにより行っている。
【０００５】
前記系統連系保護装置２０は、変流器２１から発電機１２の出力電流を検出し、この出力電流と発電機１２の出力電圧との関係から異常電流を検出する異常検出回路２２、この異常検出回路２２の検出異常に基づいて前記遮断器１１を開放する故障トリップ回路２３、遮断器１１の出力側に設置される変流器２４の出力電流に基づいて故障トリップ回路２３を動作させる過電流継電器（ＯＣ）２５などが設けられている。
【０００６】
さらに、系統電源１の異常時，特に系統電源１が例えば遮断器３の開放によって遮断されたとき、発電機１２の出力電力と負荷６の負荷電力とのアンバランスから、周波数や電圧が異常になることを検出する周波数低下継電器（ＵＦ）２６、周波数上昇継電器（ＯＦ）２７、過電圧継電器（ＯＶ）２８、不足電圧継電器（ＵＶ）２９を設け、これら継電器の検出信号に基づいて故障トリップ回路２３を動作させ、トリップ信号を出力して遮断器１１を開放し、遮断器３の再閉路が可能な状態に設定する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、以上のような系統連系システムでは、系統電源１の異常により遮断器３が開となったとき、交流発電機１２の出力電力と負荷６の所要電力が有効分および無効分ともにほぼ等しくなっていると、周波数も電圧もほとんど変化しないので、何れの継電器２５〜２９も動作せず、運転を継続する状態となる。いわゆる発電設備の単独運転（アイランディング）現象が発生し、遮断器３の再閉路を妨げることになる。
【０００８】
そこで、従来、単独運転を防ぐ観点から、変電所４側に転送遮断システム８を設け、専用線を介して遮断器１１を転送遮断する方法が採り入れられている。この転送遮断システム８は、上位変電所４の遮断器３が開となった信号を検出したときに遮断信号を送出し、遮断器１１を開放するシステムである。
【０００９】
ところで、かかる転送遮断システム８は、数百キロワット程度の出力である中小容量の自家用発電設備１０にとつて非常にコスト高となり、さらに伝送手段や伝送経路を設置する必要から複雑化する問題がある。
【００１０】
本発明は上記事情にかんがみてなされたもので、高価な転送遮断システムを設けることなく、系統連系中の自家発電設備の単独運転を、自身の自家発電設備側で確実に検知し保護する発電設備の系統連系保護装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、発電設備と系統電源とが遮断器を介して連系する系統連系システムにおいて、前記発電設備の出力周波数を検出する周波数検出手段と、この周波数検出手段により検出される周波数の変化率を求める周波数変化率検出手段と、この周波数変化率検出手段により検出される周波数変化率をもとに、当該周波数変化率が正のとき前記発電設備となる発電機の原動機回転速度を上昇させ、前記周波数変化率が負のとき前記原動機回転速度を低下させるような回転速度変動基準を決定し出力する回転速度変動基準決定手段と、この回転速度変動基準決定手段で決定された回転速度変動基準に基づいて、前記発電機の回転速度を変動させることにより、前記発電機の出力周波数の変動を拡大助長させる前記発電設備の調速機と、この調速機により拡大助長された前記発電機の出力周波数に対する前記周波数変化率検出手段の出力である周波数変動率の増大を検知し、前記遮断器を介して前記系統電源から前記発電設備を解列させる保護手段とを備えたものである。
【００１２】
本発明は、以上のような手段を講じたことにより、周波数変化率検出手段が発電設備の出力周波数の変化率を算出して出力すると、回転速度変動基準決定手段は、その算出された周波数変化率をもとに、周波数変化率が正のとき発電機の回転速度を上げて周波数上昇を助長させ、一方、周波数変化率が負のとき発電機の回転速度を下げて周波数下降を助長させるような回転速度変動基準を出力し、調速機に入力する。ここで、調速機は発電機の回転速度を変化させる。
【００１３】
その結果、発電機の出力周波数変動が拡大するので、その周波数変化率過大を検出し、発電設備の単独運転を迅速，確実に検出でき、系統から容易に発電設備を解列できる。
【００１４】
また、別の発明は、回転速度変動基準を決定し出力する機能だけでなく、電圧変動基準決定手段を設け、周波数変化率が正のとき発電設備の進み無効電力を増加させ、また周波数変化率が負のとき発電設備の遅れ無効電力を増加させるような電圧変動基準を決定し出力し、発電設備の自動電圧調整器に供給する。
【００１５】
その結果、回転速度変動基準にて発電機を回転速度変動させ、また電圧変動基準にて発電機を電圧変動させることにより、それぞれ周波数変動を助長させるので、その周波数変化率過大を検出し、発電設備の単独運転を迅速，確実に検出でき、系統から容易に発電設備を解列できる。
【００１６】
さらに、別の発明は、上記何れかの発明の構成に新たに、予め周波数変化率しきい値が設定され、前記周波数変化率が前記しきい値より小さいとき前記電圧変動基準のみを用いて周波数変動を助長させ、前記周波数変化率が前記しきい値を越えたとき前記回転速度変動基準を調速機に与えることで前記電圧変動基準および前記回転速度変動基準の両方で周波数変動を助長させる回転速度変動基準投入遮断手段を設けたことにより、調速機および原動機の寿命を考慮しつつ周波数変動を助長させることができる。
【００１７】
さらに、別の発明は、周波数変化率検出手段および回転速度変動基準決定手段の他、予め複数の周波数変化率しきい値をもち、前記周波数変化率が前記各周波数変化率しきい値を越えるごとに回転速度変動基準の切換え指令を出力する回転速度変動基準切換手段と、予め周波数変化率と回転速度変動基準との関数関係を定義する複数段切換え可能な関数ゲインまたは関数形状が設定され、前記回転速度変動基準切換手段から回転速度変動基準の切換え指令を受けるごとに関数ゲインまたは関数形状を切り換えて出力する回転速度変動基準決定手段とを設けた構成である。
【００１８】
このような手段を講じたことにより、多段階検出手法を採用し、連系中の大きな変動を抑制しつつ周波数変動を拡大するので、発電設備の単独運転を迅速，確実に検出できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１は本発明に係わる系統連系保護装置の一実施の形態を示すブロック構成図である。なお、同図において図１４と同一部分には同一符号を付し、その詳しい説明は省略する。
【００２０】
この実施の形態は、転送遮断システムの代わりに、交流発電機１２の出力周波数の変化率を検出し遮断器１１を開放する機能、交流発電機１２の出力から有効電力を検出しエンジン１６を制御する速度制御機能、電圧変動，無効電力および有効電力を考慮した電圧制御機能を設けた構成である。
【００２１】
具体的には、交流発電機１２の出力電圧から周波数を検出する周波数検出手段３１、この周波数検出手段３１の検出周波数から周波数変化率Ｖ３０を算出する周波数変化率検出手段３２、この周波数変化率Ｖ３０が予め定める設定値以上か否かを判断し、設定値以上になったとき異常出力信号Ｖ３１を故障トリップ回路２３に送出する周波数変化率過大検出手段３３を設け、この故障トリップ回路２３が異常出力信号Ｖ３１を受けて遮断器１１にトリップ信号を送出し電路を開放する構成となっている。この周波数変化率過大検出手段３３は周波数変動を検出し発電機を解列させる保護リレーの役割をもっている。
【００２２】
前記エンジン速度制御機能は、変流器２１により検出される発電機１２の出力電流と発電機１２の出力電圧とから無効電力を検出する無効電力検出手段３５と、同じく変流器２１により検出される発電機１２の出力電流と発電機１２の出力電圧とから有効電力を検出する有効電力検出手段３６と、有効電力基準設定部３７に設定される有効電力基準Ｐ＊と有効電力検出手段３６からの有効電力Ｐとを比較し、この有効電力偏差を調速機１５に与えてエンジン１６の原動機制御を実施する有効電力制御手段３８とが設けられている。
【００２３】
また、エンジン速度制御機能には回転速度変動基準決定手段３９が設けられている。この回転速度変動基準決定手段３９は、周波数変化率検出手段３２からの周波数変化率Ｖ３０を受け、この周波数変化率が正（周波数上昇中）のときには発電機１２の回転速度を上げて周波数上昇を助長させ、また周波数変化率が負（周波数下降中）のときには発電機１２の回転速度を下げて周波数下降を助長させるような回転速度変動基準ΔＮ＊を出力する。
【００２４】
なお、周波数変動を助長するには、周波数変化率と回転速度変動基準ΔＮ＊との関係は図２（ａ）〜（ｃ）に示すような関数で定義すればよい。
【００２５】
このような周波数変動を助長するための回転速度変動基準ΔＮ＊は、図３に示すような調速機１５に入力され、有効電力制御手段３８からの有効電力偏差に応じて出力される速度設定値１５１に加算する。そして、エンジン１６に係る速度検出値１５２との偏差を増幅器１５３にて増幅しエンジン１６のアクチュエータ１６１に供給する。このアクチュエータ１６１は、操作弁１６２の開度を操作し、原動機駆動部１６３に送り込む燃料等の供給量を変化させ、回転速度変動を得るものである。
【００２６】
前記電圧制御機能としては、無効電力基準設定部４１、無効電力制御手段４２、電圧基準設定部４３および前記自動電圧調整器１３等が設けられている。
【００２７】
この無効電力制御手段４２は、設定部４１からの無効電力基準Ｑ＊と無効電力検出手段３５で検出された無効電力とを一致させるための電圧基準ΔＶＱ＊を出力し、自動電圧調整器１３に供給する。
【００２８】
自動電圧調整器１３は、設定部４３の電圧基準Ｖ＊と無効電力制御手段４２からの電圧基準ΔＶＱ＊とを加算し、界磁を調整する指令値として、発電機１２の出力電圧を制御する界磁巻線１４に印加する。
【００２９】
次に、以上のように構成された系統連系保護装置の動作について図４ないし図７を参照して説明する。
【００３０】
今、図４において発電機１２出力の有効電力をＰ、無効電力をＱとし、一方、負荷６が必要とする有効電力をＰＬ、無効電力をＱＬとすると、系統電源１へ流出する有効電力ΔＰおよび無効電力ΔＱは次の式で表される。
【００３１】
ΔＰ＝Ｐ−ＰＬ
ΔＱ＝Ｑ−ＱＬ
ここで、発電機１２と系統間のインダクタンス分をｌ、負荷６の電圧をＶ、周波数をfとする。
【００３２】
そうすると、通常の場合、ΔＰ≒０、ΔＱ≒０に近い状態で遮断器３が開となっても、負荷６の電圧Ｖ、周波数ｆはほとんど変化しないので、継電器２５〜２９の何れも動作せず、自家発電設備が単独運転を継続することになる。
【００３３】
しかし、系統電源１と負荷６の位相がゆっくりとずれてくるので、遮断器３の再投入は事故拡大につながり危険な状態となり、配電系統の安定性を低下させることになる。
【００３４】
次に、ΔＰ≒０、ΔＱ≠０の状態において単独運転となった場合の周波数変動は、図５に示すように系統遮断（to）後、周波数ｆが変動しながら安定点ｆ１，ｆ２に接近する。ｆ１はΔＱがわずかに進みの場合、ｆ２はΔＱがわずかに遅れの場合である。図５に示す＋Δｆ、−Δｆは継電器２５ないし２９が単独運転を検出できるレベルである。
【００３５】
図６は図１の各構成要素である周波数検出手段３１で検出した周波数ｆ、周波数変化率検出手段３２で検出した周波数変化率ｄｆ／ｄｔおよび回転速度変動基準決定手段３９で検出した回転速度変動基準ΔＮ＊の関係を示す図である。
【００３６】
今、周波数検出手段３１で検出される周波数ｆが図６に示すように変化する場合、ｄｆ／ｄｔはこれより９０°位相が進んだ波形となる。よって、この図から明らかなように、ｄｆ／ｄｔ〉０の場合には周波数が上昇中であるので、この間には回転速度変動基準決定手段３９から回転速度上げ指令となる回転速度変動基準ΔＮ＊が出力され、周波数ｆがさらに上昇するように作用する。また、ｄｆ／ｄｔ〈０場合には周波数が下降中であるので、この間には回転速度変動基準決定手段３９から回転速度下げ指令となる回転速度変動基準ΔＮ＊が出力され、周波数ｆがさらに下降するように作用する。
【００３７】
よって、以上のようにして正帰還作用により周波数変動を増大させ、周波数異常や周波数変化率過大を周波数変化率過大検出手段３３により検出し故障トリップ回路２３に与えることにより、従来用いていた高価な転送遮断装置を用いることなく、単独運転を検出し遮断器１１を開放することができる。
【００３８】
従って、以上のように周波数変化率検出手段３２、回転速度変動基準決定手段３９を設けることにより、単独運転時での図５に示す周波数変動特性を図７に示す周波数変動特性に拡大することが可能となり、周波数異常や周波数変化率異常を検出でき、迅速、かつ、確実に自家発電設備の単独運転を検出できる。
【００３９】
すなわち、本実施の形態においては、周波数変化率ｄｆ/ｄｔを検出し、ｄｆ／ｄｔ〉０の場合には回転速度変動基準決定手段３９から上昇の回転速度変動基準を得、ｄｆ／ｄｔ〈０場合には下降の回転速度変動基準を得、この回転速度変動基準を調速機１５に与えることにより、発電機１２の回転速度を変化させることができ、周波数変動を拡大でき、単独運転を迅速、かつ、確実に検出できる。
（第２の実施の形態）
図８は本発明に係わる系統連系保護装置の他の実施の形態を示すブロック構成図である。なお、同図において図１と同一部分には同一符号を付し、その詳しい説明は省略する。
【００４０】
この実施の形態は、図１に示す回転速度変動基準決定手段３９の他、新たに電圧変動基準決定手段５１を設けたことにある。
【００４１】
この電圧変動基準決定手段５１は、周波数変化率検出手段３２からの周波数変化率Ｖ３０を受け、周波数変化率が正（周波数が上昇中）の場合には発電機１２の出力電圧を低下させて周波数上昇を助長させ、また周波数変化率が負（周波数が下降中）の場合には発電機１２の出力電圧を上昇させて周波数下降を助長させるような電圧変動基準ΔＶ＊を出力する。
【００４２】
そして、電圧変動基準決定手段５１にて出力された電圧変動基準ΔＶ＊を自動電圧調整器１３に導入し、電圧基準設定部４３からの電圧基準Ｖ＊に加算する。なお、発電機１２の出力電圧が変動し、周波数が変動するのは、発電機電圧変動に伴う負荷電力変動が原動機に対して負荷トルクの変動として影響を与えるからである。
【００４３】
そこで、周波数変動を助長させるためには、周波数変化率に対し、電圧変動基準ΔＶ＊が図９（ａ），（ｂ）に示すような関数で定義し出力すればよい。
【００４４】
ゆえに、この実施の形態では、回転速度変動基準決定手段３９による調速機１５への回転速度変動基準を与える他、電圧変動基準決定手段５１による自動電圧調整器１３への電圧変動基準ΔＶ＊を与えることにより、速やかに周波数変動を引き起こすことが可能となる。このことは、単独運転時の周波数変動として、図５に示す特性から図７に示す特性に拡大し、周波数や周波数変化率異常を検出することにより、単独運転を迅速に検出することができる。
【００４５】
従って、以上のような実施の形態によれば、周波数変化率検出手段３２によって周波数変化率ｄｆ／ｄｔを検出し、ｄｆ／ｄｔ＞０の場合には回転速度変動基準決定手段３９から上昇の回転速度変動基準、電圧変動基準決定手段５１から低下の電圧変動基準を取り出し、またｄｆ／ｄｔ＜０の場合には逆に下降の回転速度変動基準および上昇の電圧変動基準を取り出し、調速機１５には回転速度変動基準を、自動電圧調整器１３には電圧変動基準をそれぞれ与えて発電機１２の回転速度を変化させることにより、周波数変動を拡大させるので、単独運転を迅速、かつ、確実に検出できる。
（第３の実施の形態）
図１０は本発明に係わる系統連係保護装置のさらに他の実施の形態を示す構成図である。なお、同図において図１および図８と同一部分には同一符号を付し、その詳しい説明は省略し、以下，異なる部分について説明する。
【００４６】
この実施の形態は、第２の実施の形態で述べたように、回転速度変動基準決定手段３９と電圧変動基準決定手段５１とで周波数変動を助長し、この助長された周波数変動から単独運転を判定することは同じである。特に、異なるところは、図８の構成に新たに回転速度変動基準投入遮断手段５２を設けたことにある。
【００４７】
この回転速度変動基準投入遮断手段５２は、周波数変化率検出手段３２によって検出された周波数変化率を取り込み、この周波数変化率が予め定める所定値を越えたときにのみ回転速度変動基準決定手段３９からの回転速度変動基準ΔＮ＊を取り込んで調速機１５に与えるものである。これは、周波数変化率が微少なときには単独運転の可能性が低いと考え、この場合には回転速度変動基準ΔＮ＊を調速機１５に与えないようにし、調速機１５ならびに原動機の寿命を考慮し、むやみに原動機の出力を変化させない構成としたものである。
【００４８】
この回転速度変動基準投入遮断手段５２は、具体的には図１１に示すように、周波数変化率に対して所定のしきい値を設定するしきい値設定部５２１と、周波数変化率が所定のしきい値を越えたか否かを判定する判定部５２２と、この判定結果に基づいて回転速度変動基準をオン・オフするスイッチ手段５２３とからなっている。
【００４９】
この実施の形態では、調速機１５に回転速度変動基準、自動電圧調整器１３に電圧変動基準ΔＶ＊を与えることから、第２の実施の形態と同様に速やかに周波数変動を引き起こすことができ、図５に示す特性から図７に示す特性に拡大し、周波数や周波数変化率異常を検出することにより、単独運転を迅速に検出することができる。
【００５０】
従って、以上のような実施の形態によれば、周波数変化率検出手段３２によって周波数変化率ｄｆ／ｄｔを検出し、ｄｆ／ｄｔ＞０の場合には回転速度変動基準決定手段３９から上昇の回転速度変動基準、電圧変動基準決定手段５１から低下の電圧変動基準を取り出し、またｄｆ／ｄｔ＜０の場合には逆に下降の回転速度変動基準および上昇の電圧変動基準を取り出す一方、回転速度変動基準投入遮断手段５２にて、ｄｆ／ｄｔが予め定めるしきい値よりも小さいときに電圧変動基準のみを用い、自動電圧調整器１３に電圧変動基準を与えることにより、発電機１２の回転速度変動を促し、またｄｆ／ｄｔが前記しきい値を越えたときに回転速度変動基準を調速機１５に与えることにより、電圧変動基準ならびに回転速度変動基準の両方を用いることにより、周波数変動を拡大させるので、単独運転を迅速、かつ、確実に検出できる。
（第４の実施の形態）
前述する各実施の形態においては、回転速度変動基準決定手段３９で得られる回転速度変動基準ΔＮ＊を調速機１５に与えて原動機の回転速度を変動させ、周波数変動の拡大により単独運転を判定する構成としたが、更に迅速、かつ、確実に単独運転を判定するためには充分な大きさの回転速度変動基準ΔＮ＊を調速機１５に与える必要がある。しかしながら、頻繁に大きな回転速度変動基準ΔＮ＊を与えることは連係中には大きな有効電力出力の変動となるために望ましくない。
【００５１】
そこで、本実施の形態においては、最初はレベルの小さな回転速度変動基準ΔＮ＊を出力し、この最初の回転速度変動基準ΔＮ＊の働きで周波数変化率ｄｆ／ｄｔが最初に設定するしきい値を越えたとき、大きな回転速度変動基準ΔＮ＊を与えるようにする。この回転速度変動基準に従って周波数変化率が次のしきい値を越えると、さらに回転速度変動基準ΔＮ＊を大きく与えるようにする。
【００５２】
以上のよう処理の繰り返しを何回か実施し、単独運転に近づきつつあることを確認しながら、回転速度変動基準ΔＮ＊による作用を段階的に大きくする多段階検出を行うものである。
【００５３】
この多段階検出は、例えば図１２に示すような構成により実現できる。
【００５４】
すなわち、複数の周波数変化率しきい値を有する回転速度変動基準切換手段５３を設け、周波数変化率が周波数変化率しきい値を越えるごとに回転速度変動基準の切換え指令を回転速度変動基準決定手段３９に送出する。
【００５５】
この回転速度変動基準決定手段３９は、周波数変化率から回転速度変動基準を決定する関数（関数ゲインまたは関数形状）を有し、回転速度変動基準切換手段５３からの指令に応じて関数ゲインまたは関数形状を切換えて調速機１５に供給する。
【００５６】
このような回転速度変動基準の決定は、マイクロコンピュータを用いれば容易に実現できる。
【００５７】
また、図１２は回転速度変動基準を決定する関数の一例を示すイメージ図であって、リミットレベルを設けたことにある。
【００５８】
なお、この多段階検出手段を第３の実施の形態に適用する場合には、例えば回転速度変動基準投入遮断手段５２におけるしきい値設定部５２１のしきい値を、回転速度変動基準切換手段５３内の最初のしきい値以下に設定することが考えられる。
【００５９】
従って、以上のような実施の形態によれば、多段階検出の手法によって連係中の大きな変動を抑制しつつ、単独運転時には周波数変動を図５に示す特性から図７に示す特性に拡大して周波数や周波数変化率異常を検出することにより、単独運転を確実、かつ、容易に検出できる。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、高価な転送遮断システムを設けることなく、系統連係中の自家発電設備の単独運転を自身の自家発電設備側で確実に検知でき、この単独運転を検知できれば系統から迅速に発電設備を解列し保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係わる発電設備の系統連系保護装置の第１の実施の形態を示すブロック構成図。
【図２】 回転速度変動基準を決定する関数の形状例を示す図。
【図３】 調速機および原動機からなる速度制御系の構成を示す図。
【図４】 自家発電設備である発電機から流出する電力を説明する図。
【図５】 発電機から出力される周波数の変動を説明する図。
【図６】 発電機から出力される周波数と周波数変化率と回転速度変動基準との関係を説明する図。
【図７】 周波数変動を拡大させる例を説明する図。
【図８】 本発明に係わる発電設備の系統連系保護装置の第２の実施の形態を示すブロック構成図。
【図９】 周波数変化率と電圧変動基準との関係を説明する図。
【図１０】 本発明に係わる発電設備の系統連系保護装置の第３の実施の形態を示すブロック構成図。
【図１１】 図１０に示す回転速度変動基準投入遮断手段の構成を示す図。
【図１２】 本発明に係わる発電設備の系統連系保護装置の第４の実施の形態を示すブロック構成図。
【図１３】 回転速度変動基準を決定する関数の一例を示すイメージ図。
【図１４】 従来の系統連係保護装置の構成図。
【符号の説明】
１…系統電源
３…遮断器
６…負荷
１１…遮断器
１２…交流発電機
１３…自動電圧調整器
１５…調速機
１６…エンジン
３１…周波数検出手段
３２…周波数変化率検出手段
３３…周波数変化率過大検出手段
３５…無効電力検出手段
３６…有効電力検出手段
３８…有効電力制御手段
３９…回転速度変動基準決定手段
４２…無効電力制御手段
５１…電圧変動基準決定手段
５２…回転速度変動基準投入遮断手段
５３…回転速度変動基準切換手段
Claims (4)
- 発電設備と系統電源とが遮断器を介して連系する系統連系システムにおいて、
前記発電設備の出力周波数を検出する周波数検出手段と、
この周波数検出手段により検出される周波数の変化率を求める周波数変化率検出手段と、
この周波数変化率検出手段により検出される周波数変化率をもとに、当該周波数変化率が正のとき前記発電設備となる発電機の原動機回転速度を上昇させ、前記周波数変化率が負のとき前記原動機回転速度を低下させるような回転速度変動基準を決定し出力する回転速度変動基準決定手段と、
この回転速度変動基準決定手段で決定された回転速度変動基準に基づいて、前記発電機の回転速度を変動させることにより、前記発電機の出力周波数の変動を拡大助長させる前記発電設備の調速機と、
この調速機により拡大助長された前記発電機の出力周波数に対する前記周波数変化率検出手段の出力である周波数変動率の増大を検知し、前記遮断器を介して前記系統電源から前記発電設備を解列させる保護手段とを備えたことを特徴とする発電設備の系統連系保護装置。 - 発電設備と系統電源とが遮断器を介して連系する系統連系システムにおいて、
前記発電設備の出力周波数を検出する周波数検出手段と、
この周波数検出手段により検出される周波数の変化率を求める周波数変化率検出手段と、
この周波数変化率検出手段により検出される周波数変化率をもとに、当該周波数変化率が正のとき前記発電設備となる発電機の原動機回転速度を上昇させ、前記周波数変化率が負のとき前記原動機回転速度を低下させるような回転速度変動基準を決定し出力する回転速度変動基準決定手段と、
前記周波数変化率検出手段により検出される周波数変化率をもとに、当該周波数変化率が正のとき前記発電設備の進み無効電力を増加させ、前記周波数変化率が負のとき前記発電設備の遅れ無効電力を増加させるような電圧変動基準を決定し出力する電圧変動基準決定手段と、
前記回転速度変動基準決定手段で決定された回転速度変動基準に基づいて、前記発電機の回転速度を変動させることにより前記発電機の出力周波数の変動を拡大助長させる前記発電設備の調速機と、
前記電圧変動基準決定手段で決定された電圧変動基準に基づいて、前記発電機の出力電圧を変動させることにより前記発電機の出力周波数の変動を拡大助長させる前記発電設備の自動電圧調整器と、
前記調速機及び自動電圧調節器により拡大助長された前記発電機の出力周波数に対する前記周波数変化率検出手段の出力である周波数変動率の増大を検知し、前記遮断器を介して前記系統電源から前記発電設備を解列させる保護手段とを備えたことを特徴とする発電設備の系統連系保護装置。 - 請求項１または請求項２に記載する発電設備の系統連系保護装置において、
予め周波数変化率しきい値が設定され、前記周波数変化率が前記しきい値より小さいとき前記電圧変動基準のみを用いて周波数変動を助長させ、前記周波数変化率が前記しきい値を越えたとき前記回転速度変動基準を調速機に与えることで前記電圧変動基準および前記回転速度変動基準の両方で周波数変動を助長させる回転速度変動基準投入遮断手段を設けたことを特徴とする発電設備の系統連系保護装置。 - 発電設備と系統電源とが遮断器を介して連系する系統連系システムにおいて、
前記発電設備の出力周波数を検出する周波数検出手段と、
この周波数検出手段により検出される周波数の変化率を求める周波数変化率検出手段と、
この周波数変化率検出手段により検出される周波数変化率をもとに、当該周波数変化率が正のとき前記発電設備となる発電機の原動機回転速度を上昇させ、前記周波数変化率が負のとき前記原動機回転速度を低下させるような回転速度変動基準を決定し出力する回転速度変動基準決定手段と、
予め複数の周波数変化率しきい値をもち、前記周波数変化率が前記各周波数変化率しきい値を越えるごとに回転速度変動基準の切換え指令を出力する回転速度変動基準切換手段と、
予め周波数変化率と回転速度変動基準との関数関係を定義する複数段切換え可能な関数ゲインまたは関数形状が設定され、前記回転速度変動基準切換手段から回転速度変動基準の切換え指令を受けるごとに関数ゲインまたは関数形状を切り換えて出力する回転速度変動基準決定手段とを備えたことを特徴とする発電設備の系統連系保護装置。
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