JPH09285016A - 電力設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 系統電源の停電等により一般負荷が解列さ
れ、自家発電機の単独運転に切換わったときに、重要負
荷の給電を安定に継続し得るようにする。 【解決手段】 一般負荷側が系統に接続された母線１
と、この母線１の重要負荷側に接続され，常時運転され
る自家発電機１３と、母線１の一般負荷側と重要負荷側
との間に設けられ，一般負荷側に停電電圧低下等の異常
が発生したときに開放されて一般負荷側を自家発電機１
３から切離す母線連絡・切離用の開閉手段６，１６と、
この開閉手段６，１６の重要負荷側の電圧，電流を検出
して開閉手段６，１６が閉成状態に保持される系統と自
家発電機１３との連系運転時の母線電力の潮流の方向及
び大きさを監視する潮流監視手段と、この手段の監視に
基づき連系運転時の母線電力の潮流が重要負荷側から一
般負荷側に向う所定値以下の潮流になるように自家発電
機１３の出力を制御する発電機出力制御手段とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、系統電力と自家発
電機の電力とを連系して母線の一般負荷及び重要負荷に
給電する電力設備に関し、詳しくはその自家発電機の運
転制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、工場等においては系統電源の停電
等から重要な負荷（重要負荷）を保護し、その給電を継
続することが生産面等から重要である。

【０００３】そして、系統電源が停電等したときの重要
負荷の電源を確保するため、ＣＶＣＦ装置等に電池電源
を接続した無停電電源装置（ＵＰＳ装置）を用いると、
大容量の大型，高価な蓄電池を要し、広大な設置スペー
スが必要になるとともにイニシャルコスト及びランニン
グコストが極めて高くなり、実用的でない。

【０００４】したがって、工場等の電力設備にあって
は、系統電源とコージェネレーションシステムの１つで
ある自家発電機とを連系運転し、系統電源が停電等した
ときにも自家発電機により重要負荷への給電を継続する
ことが行われている。

【０００５】この場合、自家発電機は前記無停電電源装
置等の蓄電池を用いた装置より小型であり、しかも、イ
ニシャルコスト及びランニングコストも安価である。

【０００６】つぎに、系統電源と自家発電機とを連系運
転する従来の電力設備につき、本願発明の実施の１形態
を示した図１を参照して以下に説明する。

【０００７】同図に示すように、母線１は一般負荷のフ
ィーダ２が接続された一般負荷路（区間）３と重要負荷
のフィーダ４が接続された重要負荷路（区間）５とに区
分され、両負荷路３，５は、多くの場合、遮断器又は開
閉器からなる母線連絡・切離用の第１の開閉手段６のみ
を介して連結される。

【０００８】なお、７はフィーダ２に設けられた一般負
荷の遮断器、８はフィーダ４に設けられた重要負荷の遮
断器である。

【０００９】そして、一般負荷路３は系統電源（商用電
源）９に接続され、この電源９が受電遮断器１０，受電
変圧器１１、２次側遮断器１２を介して一般負荷路３に
給電される。

【００１０】また、重要負荷路５は自家発電機１３に接
続され、この発電機１３は運転装置１４により常時運転
され、その出力が発電機用の遮断器１５を介して重要負
荷路５に給電される。

【００１１】そして、系統電源９に停電等が発生しない
通常（正常時）は、系統電源９と自家発電機１３とを連
系運転するため、開閉手段６が閉成されて両負荷路３，
５が接続され、系統電源９と自家発電機１３とが連系運
転される。

【００１２】このとき、自家発電機１３は従来は定出力
運転され、例えば５０００ＫＷの定電力出力を重要負荷
路３に常時給電する。

【００１３】このとき、両負荷路３，５の負荷の数や種
類は時間帯等によって変化し、両負荷路３，５の需要電
力が変化する。

【００１４】そして、重要負荷路５の需要電力に対して
自家発電機１３の出力が不足すると、系統電源９から不
足する電力が補われ、逆に、重要負荷路５の需要電力に
対して発電機１３の出力が余れば、その余剰電力が一般
負荷路３に給電される。

【００１５】つぎに、系統電源１の停電，電圧低下等の
異常が発生し、一般負荷路３の電源電圧の消失等が生じ
ると、その電圧監視又は手動操作により、開閉手段６が
例えば保護リレーの制御に基づく機械的な動作で開放さ
れ、両負荷路３，５が切離されて一般負荷路３が自家発
電機１３から解列される。

【００１６】このとき、自家発電機１３の単独運転に切
換わり、その出力が重要負荷路５の各重要負荷に供給さ
れ続ける。

【００１７】ところで、負荷路３，５間を開閉手段６の
機械的な動作で開閉する場合、系統電源１の停電等の異
常の発生時、一般負荷路３の解列に時間を要して自家発
電機１３の出力電圧，周波数が変動し、重要負荷の安定
給電が困難になる。

【００１８】そして、とくに半導体工場等にあっては、
成膜設備等の重要負荷の電源の僅かな電圧，周波数の変
動によっても不良品が発生したり生産が停止したりする
ため、その安定給電を図ることが重要である。

【００１９】したがって、半導体工場等のこの種電力設
備においては、図１に示すように負荷路３，５間に、サ
イリスタ等の無接点開閉手段からなる母線連絡・切離用
の第２の開閉手段１６を第１の開閉手段６に直列に設
け、第２の開閉手段１６の高速動作により、系統電源の
瞬時電圧低下（瞬低）にも迅速に応答して一般負荷路３
を自家発電機１３から解列し、重要負荷に安定に給電す
ることが試みられている。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】前記従来のこの種電力
設備の場合、負荷路３，５間に母線連絡・切離用の開閉
手段として開閉手段６のみを設けたときは勿論、開閉手
段６，１６の直列回路を設けたときにも、系統電源９の
停電等の異常が発生すると、負荷路３，５間を切離して
一般負荷を自家発電機１３から解列し、自家発電機１３
を単独運転してその出力によって重要負荷への給電を継
続するのみである。

【００２１】そのため、自家発電機１３の単独運転に切
換わった直後、自家発電機１３の出力と重要負荷の容量
との不平衡等により、自家発電機１３の出力電圧，周波
数が過渡的に変動し、重要負荷の給電が不安定になる問
題点があり、とくに、自家発電機１３が重要負荷の需要
電力より少ない出力状態に設定されていれば、連系運転
から単独運転に切換わることにより、重要負荷の電源の
停電，減電等が生じて重大事故を招来する。

【００２２】本発明は、系統電源の停電等によって自家
発電機の単独運転に切換わったときのその出力電圧，周
波数の過渡変動を抑制し、重要負荷の安定給電を実現す
ることを課題とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の電力設備においては、一般負荷側が系統に
接続された母線と、この母線の重要負荷側に接続され，
常時運転される自家発電機と、母線の一般負荷側と重要
負荷側との間に設けられ，一般負荷側に停電，電圧低下
等の異常が発生したときに開放されて一般負荷側を自家
発電機から切離す母線連絡・切離用の開閉手段と、この
開閉手段の重要負荷側の電圧，電流を検出して前記開閉
手段が閉成状態に保持される前記系統と自家発電機との
連系運転時の母線電力の潮流の方向及び大きさを監視す
る潮流監視手段と、この潮流監視手段の監視に基づき連
系運転時の母線電力の潮流が重要負荷側から一般負荷側
に向う所定値以下の潮流になるように自家発電機の出力
を制御する発電機出力制御手段とを備える。

【００２４】したがって、潮流監視手段の監視に基づく
発電機出力制御手段の制御により、自家発電機は系統電
源と自家発電機との連系運転中の出力電力が常に重要負
荷の需要電力より弱干大きい電力になるように制御され
る。

【００２５】そのため、母線連絡・切離用の開閉手段が
開放されて自家発電機の単独運転に切換わった直後、自
家発電機の出力電力が必ず重要負荷の需要電力より弱干
大きい電力になり、その出力電圧，周波数の過渡変動が
極めて少なく、重要負荷の安定給電が実現する。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の１形態につき、図
１ないし図３を参照して説明する。図１において、従来
設備と異なる点はつぎの（ｉ）〜（ｖ）の点である。

【００２７】（ｉ）母線１の重要負荷路５の電圧，電流
を検出する潮流監視用の計器用変圧器１７，計器用変流
器１８を設けた点。

【００２８】（ii）潮流監視手段，発電機出力制御手段
を形成する運転制御装置１９を備え、この装置１９によ
り計器用変圧器１７，計器用変流器１８の出力を収集し
て母線１の電力の潮流の方向及び大きさを監視し、運転
装置１４を介して自家発電機１３の出力を制御するよう
にした点。

【００２９】（iii） 一般負荷路３と重要負荷路５との
間に、母線連絡・切離用の開閉手段として、第１，第２
の開閉手段６，１６を直列に設け、第２の開閉手段１６
に並列にしゃ断器又は開閉器からなるバイパス路用の常
開の開閉手段２０を設け、この開閉手段２０を運転制御
装置１９により開閉した点。

【００３０】（iv）母線１の一般負荷路３の電圧，電流
を検出する解列用の計器用変圧器２１，計器用変流器２
２を設けた点。

【００３１】（ｖ）計器用変圧器２１，計器用変流器２
２の出力を収集する解列制御装置２３を設け、この装置
２３により一般負荷路３の電圧，電流の変化から系統電
源９の停電，電圧低下等を検出して第２の開閉手段１６
を高速に開閉するようにした点。

【００３２】そして、通常は第１，第２の開閉手段６，
１６が閉成されて一般負荷路３と重要負荷路５とが接続
され、系統電源９と自家発電機１３とが連系運転され
る。このとき、重要負荷路５に設けられた計器用変圧器
１７，計器用変流器１８により、母線１の重要負荷路５
の電圧，電流が検出される。

【００３３】さらに、計器用変圧器１７，計器用変流器
１８の検出出力が伝送される運転制御装置１９は、デジ
タル的に監視制御するため、図２に示すように構成さ
れ、計器用変圧器１７，計器用変流器１８の検出出力を
Ａ／Ｄ変換器２４，２５によりそれぞれデジタルデータ
に変換する。

【００３４】そして、Ａ／Ｄ変換器２４，２５の電圧，
電流のデータを乗算器２６，方向検出器２７に供給し、
乗算器２６とその出力の絶対値を求める絶対値回路２８
とにより、母線１の電力の開閉手段６，１６を流れる時
々刻々の潮流の大きさ（量）を検出する。

【００３５】さらに、絶対値回路２８の出力を比較器２
９，３０に供給し、比較器２９により絶対値回路２８の
出力と基準端子３１の潮流の大きさの上限値（基準値）
とを比較し、絶対値回路２８の出力が基準端子３１の上
限値より大きくなると、比較器２９の出力を自家発電機
出力の増加指令（ローレベル）から減少指令（ハイレベ
ル）に反転する。

【００３６】また、方向検出器２７によりＡ／Ｄ変換器
２４の電圧のデータを基準にしてこのデータとＡ／Ｄ変
換器２５の電流のデータの極性を比較し、その一致，不
一致により母線１の電力の潮流が重要負荷路５から一般
負荷路３に向う順潮流，その逆の逆潮流のいずれである
かを判別し、潮流の順，逆により自家発電機出力の減少
指令（ハイレベル），増加指令（ローレベル）に変換す
る潮流方向の検出出力を形成する。

【００３７】そして、方向検出器２７，比較器２９の出
力がオアゲート３２に供給され、重要負荷路５から開閉
手段６，１６を介して一般負荷路３に電流が流れ、母線
１の電力が順潮流で基準端子３１の上限値以下になると
きに、オアゲート３２は自家発電機出力の増加指令を運
転装置１４に供給し、それ以外のとき、すなわち母線１
の電力が基準端子３１の上限値を超える順潮流になると
き及び逆潮流になるときに、オアゲート３２は自家発電
機出力の減少指令を運転装置１４に供給する。

【００３８】この供給に基づき、運転装置１４は自家発
電機１３の出力を増加方向（増加指令），減少方向（減
少指令）に例えばステップ可変し、このくり返しによ
り、自家発電機１３の出力を母線１の電力が常に基準端
子３１の上限値以下の順潮流になるように制御する。

【００３９】そのため、系統電源９と自家発電機１３と
の連系運転時、自家発電機１３の出力は、常に、時々刻
々の重要負荷の需要電力より弱干大きな順潮流に制御さ
れる。

【００４０】したがって、母線１の一般負荷路３に系統
電源９の停電，電圧低下等に基づく電源異常が発生し、
開閉手段６，１６の少なくとも一方が開放され、一般負
荷が解列されて自家発電機１３の単独運転に切換わり、
重要負荷のみに給電が継続されるときに、自家発電機１
３の前記解列に伴う負荷変動が少なく、その出力電圧，
周波数の変動がほとんどなく、重要負荷の安定給電が実
現する。

【００４１】ところで、比較器３０は過大な潮流が発生
したときに開閉手段２０を閉成して開閉手段１６のバイ
パス路を形成し、連系運転中の開閉手段１６を保護する
ために設けられている。

【００４２】すなわち、系統電源９と自家発電機１３と
の連系運転中に短絡事故等により開閉手段１６の定格電
流を超過する過大な潮流が発生し、絶対値回路２８の出
力が基準端子３３の過電流検出のしきい値より大きくな
ると、開閉手段２０の開閉制御信号を形成する比較器２
８の出力が例えば開放指令用のローレベルから閉成指令
用のハイレベルに反転する。

【００４３】そして、このレベル反転により開閉手段２
０が自動的に閉成され、このとき、開閉手段２０によっ
て開閉手段１６のバイパス路が形成され、前記の過大な
潮流が開閉手段１６，２０を分流し、開閉手段１６が保
護される。

【００４４】なお、開閉手段２０は自家発電機１３や開
閉手段１６の保守点検等の際には、手動操作等で強制的
に閉成され、この閉成により重要負荷への給電，作業の
安全性が確保される。

【００４５】つぎに、この実施の１形態においては、開
閉手段１６の電子制御に基づく高速動作の開閉により、
系統電源９の瞬時電圧低下の発生時だけでなく、短絡事
故が発生したときにも一般負荷を迅速に自家発電機１３
から解列して重要負荷に安定に給電するため、計器用変
圧器２１，計器用変流器２２及び解列制御装置２３を備
える。

【００４６】そして、計器用変圧器２１，計器用変流器
２２により母線１の一般負荷路３の電圧，電流を検出す
る。

【００４７】さらに、解列制御装置２３は図３に示すよ
うに構成され、計器用変圧器２１，計器用変流器２２の
検出出力はＡ／Ｄ変換器３４，３５により電圧，電流の
データに変換された後、絶対値回路３６，３７により絶
対値化され、母線１の系統電源側の時々刻々の電圧，電
流の大きさが検出される。

【００４８】そして、絶対値回路３６，３７の出力と基
準端子３８，３９の電圧，電流のしきい値とが比較さ
れ、系統電源９の瞬時電圧低下，短絡事故が発生する
と、前記系統電源の電圧，電流の急峻な変化が比較器４
０，４１により検出され、比較器４０，４１の出力レベ
ルが例えば閉成指令のローレベルから開放指令のハイレ
ベルに反転し、この開放指令がオアゲート４２を介して
開閉手段１６に供給され、開放手段１６が瞬時に開放さ
れる。

【００４９】このとき、母線１の系統電源側の電圧変化
だけでなく電流変化も監視し、電圧，電流の２重ループ
監視により母線１の系統電源側の異常を検出して迅速に
開放手段１６を開放するため、系統電源９の瞬時電圧低
下が発生したときは勿論、短絡事故が発生したときに
も、迅速かつ確実に一般負荷を解列して重要負荷の安定
給電が継続される。なお、開閉手段６は従来と同様、例
えば保護リレー（図示せず）による機械的な制御で開閉
する。

【００５０】また、前記図１の場合は母線１の一般負荷
路３と重要負荷路５との間に、母線連絡・切離用の開閉
手段として開閉手段６，１６を設けたが、母線連絡・切
離用の開閉手段として開放手段６，１６のいずれか一方
のみを設けた場合にも適用することができる。

【００５１】そして、いずれの場合においても、自家発
電機１３の出力が重要負荷の需要電力より弱干大きく、
母線連絡・切離用の開放手段が開放されて自家発電機１
３の単独運転に切換わったときの自家発電機１３の出力
電圧，周波数の変動が少なく、重要負荷の安定給電が継
続される。

【００５２】そして、運転制御装置１９，解列制御装置
２３等の構成は図２，図３等に限定されるものではな
く、両装置１９，２３がアナログ回路構成であってもよ
い。

【００５３】

【発明の効果】本発明は、以下に記載する効果を奏す
る。潮流監視手段の監視に基づく発電機出力制御手段の
制御により、自家発電機１３は系統電源９との連系運転
中の出力電力が常に重要負荷の需要電力より弱干大きい
電力になるように制御される。

【００５４】そのため、母線連絡・切離用の開閉手段
６，１６が開放されて自家発電機の単独運転に切換わっ
た直後、自家発電機１３の出力電圧，周波数の過渡変動
が極めて少なく、重要負荷の安定給電を継続することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の１形態のブロック結線図であ
る。

【図２】図１の一部の詳細な結線図である。

【図３】図１の他の一部の詳細な結線図である。

【符号の説明】

１ 母線 ３ 一般負荷路 ５ 重要負荷路 ６，１６ 母線連絡・切離用の第１，第２の開閉手段 ９ 系統電源 １３ 自家発電機 １７ 計器用変圧器 １８ 計器用変流器 １９ 潮流監視手段，発電機出力制御手段を形成する運
転制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一般負荷側が系統に接続された母線と、 前記母線の重要負荷側に接続され，常時運転される自家
   発電機と、 前記母線の前記一般負荷側と前記重要負荷側との間に設
   けられ，前記一般負荷側に停電，電圧低下等の異常が発
   生したときに開放されて前記一般負荷側を前記自家発電
   機から切離す母線連絡・切離用の開閉手段と、 前記開閉手段の前記重要負荷側の電圧，電流を検出して
   前記開閉手段が閉成状態に保持される前記系統と前記自
   家発電機との連系運転時の母線電力の潮流の方向及び大
   きさの監視する潮流監視手段と、 前記潮流監視手段の監視に基づき前記連系運転時の前記
   母線電力の潮流が前記重要負荷側から前記一般負荷側に
   向う所定値以下の潮流になるように前記自家発電機の出
   力を制御する発電機出力制御手段とを備えたことを特徴
   とする電力設備。