JPH08265983A - 系統連系保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】配電系統連系システムにおいて、逆潮流ありの
場合、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系統連系保護装置を提供する
こと。 【構成】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、発電機端子電圧の微小
変動に対して大きな出力信号を出力する関数発生器と、
関数発生器の出力を発電機電圧指令に用いる自動電圧調
整装置と、発電機端子電圧を周期的に揺動させる揺動手
段と、発電機端子電圧の異常を感知する保護リレーとを
備え、系統側の停電時には関数発生器の関数特性及び発
電機の端子電圧を揺動させる揺動手段により発電機端子
電圧を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し、速やかに受電点遮断器を切り離
す。

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（商用電
力線連系方式）における系統事故時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、１ａ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１ａの自家発電設備需要家受電点遮断器１４
ａを解除するものである。

【０００４】また、自家発電設備１ａは、エンジン（図
示せず）により駆動される発電機１１ａと、発電機１１
ａの電圧を制御する自動電圧調整装置１２ａと、発電機
１１ａを構内系統１０に接続する遮断器１３ａと、系統
母線２と構内系統１０を接続する遮断器１４ａと、構内
負荷１５ａと、構内負荷用遮断器１６ａを備えており、
さらに、保護装置として不足電圧継電器２１ａ、周波数
低下継電器２２ａ、過電圧継電器２３ａ、過電流継電器
２４ａ、方向地絡継電器２５ａ、逆電力継電器２６ａ及
び発電機異常検出用継電器２７ａを備えている。また、
１ｂは上記自家発電設備１ａと同様の構成の自家発電設
備を備えた需要家であり、１ｃは自家発電設備を有しな
い受電設備（遮断器１４ｃと構内負荷１５ｃ）のみを備
えた需要家である。

【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１ａ，１ｂ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２４ａ、方向地絡継電器２５ａ、発電機異常検
出用継電器２７ａ、逆電力継電器２６ａ、周波数低下継
電器２２ａ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１４ａを開路し、系統から解列する
ようにしている。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。そのため転送遮断装置６を設けて保護を行ってい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明（請求項１〜請
求項４対応）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。

【０００８】

【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、前記発電機端子電圧
を検出し，端子電圧の微小変動に対して大きな出力信号
を出力する関数発生器と、前記関数発生器の出力を前記
発電機電圧指令に用いる自動電圧調整装置と、前記発電
機端子電圧を周期的に揺動させるように働く揺動手段
と、前記発電機端子電圧の異常を感知する保護リレーと
を備え、系統側の停電時には前記関数発生器の関数特性
及び前記発電機端子電圧を揺動させる揺動手段により前
記発電機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。

【０００９】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
と、前記関数発生器の出力と前記無効電力調整装置の出
力を加算する加算器と、前記加算器の出力を前記発電機
電圧を制御する前記自動電圧調整装置の電圧指令とする
ことを特徴とする。

【００１０】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と、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する
加算器と、前記加算器の出力を前記発電機電圧を制御す
る前記自動電圧調整装置の電圧指令とすることを特徴と
する。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。

【００１１】

【作用】本発明（請求項１〜請求項４対応）の系統連系
保護装置は、発電機端子電圧が系統連系中は系統電圧に
支配されているが、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、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ことができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例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１ａ内の自動電圧調整装置１２ａの電
圧指令にその出力を用いる関数発生器１７ａを付加した
点と、発電機端子電圧を周期的に揺動させるように働く
揺動手段の一つである電圧指令揺動信号発生装置３１ａ
を付加した点と、転送遮断装置６と逆電力継電器２６ａ
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、同一部分には同一符号を付し
て重複説明は省略する。

【００１３】次に、まず図２を用いて関数発生器１７ａ
の関数とその働きを説明する。図２は、関数発生器１７
ａが有する関数の一例を示すものである。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。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１７ａ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検出電圧の関係（比例関係）
を示している。

【００１４】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小であり、従来の過電圧継
電器や不足電圧継電器では感知できない。関数発生器を
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点は検出電圧と電圧指令が
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１４ａ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、不足電圧継電器にて感
知できる。

【００１５】しかしながら、系統が解列しても、非常に
希ではあるが全く電圧変動が無かったり、あるいは電圧
検出の段階で微小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よう働く揺
動手段である電圧指令揺動信号発生装置３１ａが設けら
れており、その構成要素として信号発生器３１１ａと信
号発生器３１１ａの出力と関数発生器１７ａの出力を加
算する加算器３１２ａを有し、加算器３１２ａの出力を
自動電圧調整装置１２ａの電圧指令に用いる。信号発生
器３１１ａは、図３に示す正弦波状あるいは三角波等の
周期的な信号を出力する。発電機端子電圧を揺動させる
よう働く揺動手段３１ａは、信号発生器３１１ａの出力
する信号で自動電圧調整装置１２ａの電圧指令を絶えず
変化させ、発電機端子電圧を揺動させようとする。

【００１６】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１７ａ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。信号発生器３１１ａの出力する信号の周期
は、自動電圧調整装置１２ａ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。

【００１７】発電機端子電圧を揺動させるように働く揺
動手段は、図１に示す電圧指令揺動信号発生装置３１ａ
に限定されず、その意図するところは発電機端子電圧を
揺動させることにあるので、これと同等の機能を有する
他の装置（図４の実施例参照）を用いてもよい。

【００１８】図４は本発明の他の実施例（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ように働く電圧指令揺動信号
発生装置３１ａの代わりに、同じ発電機端子電圧を揺動
させるように働く揺動手段の一つである負荷インピーダ
ンス投入遮断装置３２ａ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。

【００１９】図に示すように、負荷インピーダンス投入
遮断装置３２ａは、負荷インピーダンス３２１ａと負荷
インピーダンス３２１ａを構内母線１０に投入あるいは
遮断するスイッチ３２２ａとスイッチ３２２ａのオン・
オフを制御するコントローラ３２３ａから構成されてい
る。コントローラ３２３ａからの信号によりスイッチ３
２２ａを周期的にオン・オフさせると、周期的な負荷変
動となり、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１７ａによる電圧シフ
トを誘起することになり、上記図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。

【００２０】さらに、本発明において、発電機端子電圧
を揺動させるように働く揺動手段は、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図
１の信号発生器３１１ａの如きものを用いて、速度指令
を変動させることも、同様の効果が期待できる。

【００２１】ここで、系統連系中における関数発生器が
有する電圧指令関数ａ（図２参照）の影響を考えてみ
る。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。

【００２２】図５は本発明のさらに他の実施例（請求項
２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）１８ａを組み合わせて、ＡＱＲ１
８ａの出力と関数発生器１７ａの出力の和を加算器１９
ａで求め、その出力を自動電圧調整装置の指令値として
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、同一部分には同一符号を付し
て重複説明は省略する。

【００２３】本実施例によると、ＡＱＲ１８ａの出力と
関数発生器１７ａの出力の和を自動電圧調整装置の指令
値として用いることで、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す
ることができる。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、ＡＱＲ１８ａ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。ま
た、ＡＱＲ１８ａは力率調整装置（ＡＰＦＲ）を用いて
も本実施例と同様な効果が得られる（請求項３）。さら
に、自動電圧調整装置１２ａに横流補償装置を設けても
同様な効果が得られる（請求項４）。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
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需給がほとんどない時に系統
解列となっても、微小な電圧変動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】発電機端子電圧の揺動手段において用いる信号
発生器の出力信号の波形図。

【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】

１ａ，１ｂ…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、１１ａ…交流発電
機、１２ａ…自動電圧調整装置、１３ａ，１４ｃ，１６
ａ…遮断器、１４ａ…自家発電設備需要家受電点遮断
器、１５ａ，１５ｃ…構内負荷、１７ａ…関数発生器、
１８ａ…無効電力調整装置、１９ａ…加算器、２１ａ…
不足電圧継電器、２２ａ…周波数低下継電器、２３ａ…
過電圧継電器、２４ａ…過電流継電器、２５ａ…方向地
絡継電器、２６ａ…逆電力継電器、２７ａ…発電機異常
検出用継電器、３１ａ…電圧指令揺動信号発生装置、３
１１ａ…信号発生器、３１２ａ…加算器、３２ａ…負荷
インピーダンス投入遮断装置。３２１ａ…負荷インピー
ダンス、３２２ａ…スイッチ、３２３ａ…コントロー
ラ。

Claims (4)

【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、前記発電機端子電圧を検出し，端子電圧の微小変動
   に対して大きな出力信号を出力する関数発生器と、前記
   関数発生器の出力を前記発電機電圧指令に用いる自動電
   圧調整装置と、前記発電機端子電圧を周期的に揺動させ
   るように働く揺動手段と、前記発電機端子電圧の異常を
   感知する保護リレーとを備え、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発電機端子電圧を揺動さ
   せる揺動手段により前記発電機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と、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する加算器
   と、前記加算器の出力を前記発電機電圧を制御する前記
   自動電圧調整装置の電圧指令とす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と、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する加算器と、前記加算
   器の出力を前記発電機電圧を制御する前記自動電圧調整
   装置の電圧指令とする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。