JPH10191570A - 発電設備の系統連系保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高価な転送遮断装置を設けることなく、系統連
系中の自家発電設備の単独運転を自家発電設備側で確実
に検出できる系統連系保護装置を得る。 【解決手段】発電機７の出力周波数から周波数変化率を
検出する検出器３０、該検出周波数変化率から第１の電
圧変動基準を演算し、この電圧変動基準により周波数変
化率が正であるとき７の進み無効電力を増加を低下さ
せ、周波数変化率が負であるとき遅れ無効電力を増加さ
せるよう７を制御する関数回路３２、７の出力電圧を電
圧検出器３４で検出した出力電圧から電圧変動を検出す
る変動検出手段３５、３５にて検出した電圧変動から演
算した電圧変動基準により電圧下降時は７の進み無効電
力を増加させ、電圧上昇時は遅れ無効電力を増加させる
よう７を制御する関数回路３３、７の電圧変動に伴い助
長される周波数変動を検知し、遮断器３にて系統母線か
ら７を解列させる継電器１５〜１９とからなるもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ゴミ発電システ
ム、コージェネレーション等の自家用発電設備を系統電
源と連系するときの系統連系保護装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、一般需要家がコージェネレーショ
ン等の自家用発電設備と系統電源を連系するために、図
１５に示すような系統連系システムが用いられている。
すなわち、上位変電所３９では系統電源１の電圧を変圧
器２を介して降圧し、遮断器３を通して一般需要家に電
力を供給している。一般需要家では遮断器４を介して負
荷５に電力を供給している。

【０００３】一方、自家発電設備では遮断器６を介して
交流発電機７の出力を系統電源１と連系している。交流
発電機７の出力電圧の制御は、自動電圧調整回路（ＡＶ
Ｒ）９により交流発電機７の界磁巻線８を制御すること
により行い、交流発電機７の出力周波数は交流発電機７
を駆動するエンジン１０の調速機１１によりエンジンパ
ワーを制御することによって行われている。

【０００４】また、故障検出手段として、発電機７の出
力電流を変流器１２で検出し、発電機７の出力電圧との
関係から発電機異常検出器１３で異常電流を検出し、こ
の検出信号を故障トリップ回路２０に与えて遮断器６を
開放するようにしている。

【０００５】この他に、保護手段として、遮断器６の出
力側（変電所側）に変流器１４を設け、過電流継電器
（ＯＣ）１９により故障トリップ回路２０を動作させて
いる。また、系統電源１の異常時、特に系統電源１が遮
断された場合、例えば遮断器３が開放になった時、交流
発電機７の出力電力と負荷５の負荷電力とのアンバラン
スから、周波数や電圧が異常となることを周波数低下継
電器（ＵＦ）１５、周波数上昇継電器（ＯＦ）１６、過
電圧継電器（ＯＶ）１７、不足電圧継電器（ＵＶ）１８
等により検出し、これら検出信号に基づき故障トリップ
回路２０が遮断器６に対してトリップ指令を与えて遮断
器６を開放し、遮断器３の再閉路が可能な状態とする必
要がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ここで例えば、系統電
源１の異常が発生して遮断器３が開となった時、交流発
電機７の出力電力と負荷５の所要電力が有効分および無
効分共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、継電器１５〜１９のいずれも動作
せず、運転を継続する、いわゆる単独運転（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。

【０００７】このため、従来このような単独運転を防ぐ
目的で、上位変電所３９からの専用線により接続された
転送遮断装置３８を設けて遮断器６に対して転送遮断す
る方法が採用されたものである。転送遮断装置３８は、
上位変電所３９の遮断器３が開となった信号を検出した
とき遮断器６に対して遮断信号を送って遮断器６を開放
するものである。

【０００８】転送遮断装置３８は、上位変電所３９が遠
い場合や需要家が多い場合には設ける必要があるが、数
百ｋＷ程度の出力である中小容量の自家発電設備にとっ
ては、非常にコストが高く、系統連系による実用上のメ
リットが少ない。

【０００９】本発明は、このような事情に基づき、高価
な転送遮断装置を設けることなく、系統連系中の自家発
電設備の単独運転を自家発電設備側で確実に検出保護で
きる系統連系保護装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１に対応する発明は、発電設備を遮断器を介
して系統電源と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器と、前
記周波数検出器で検出した周波数の変化率を検出する周
波数変化率検出器と、前記周波数変化率検出器により検
出した周波数変化率から第１の電圧変動基準を演算し、
この第１の電圧変動基準により周波数変化率が正である
とき前記発電設備の進み無効電力を増加または前記発電
設備の出力電圧を低下させ、周波数変化率が負であると
き遅れ無効電力を増加または前記出力電圧を上昇させる
よう前記発電設備を制御する第１の関数回路と、前記発
電設備の出力電圧を検出する電圧検出器と、前記電圧検
出器で検出した出力電圧から電圧変動を検出する電圧変
動検出手段と、前記電圧変動検出手段にて検出した電圧
変動または前記電圧検出器で検出した電圧に基づく電圧
変化率から第２の電圧変動基準を演算し、この第２の電
圧変動基準により電圧下降時は前記発電設備の進み無効
電力を増加または前記発電設備の出力電圧を低下させ、
電圧上昇時は遅れ無効電力を増加または前記出力電圧を
上昇させるよう前記発電設備を制御する第２の関数回路
と、前記発電設備の電圧変動に伴い助長される周波数変
動を検知し、前記遮断器にて系統母線から前記発電設備
を解列させる保護装置とからなる発電設備の系統連系保
護装置である。

【００１１】請求項１に対応する発明によれば、第１の
関数回路および第２の関数回路により、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検出すること
により、従来用いていた高価な転送遮断装置を用いなく
ても、単独運転を確実に検出保護できる。また、請求項
１に対応する発明によれば、第２の関数回路により周波
数変化率の検出結果に基いて発電設備の無効電力または
出力電圧を制御することにより、系統連系中の自家発電
設備の単独運転を確実に検出保護できる。

【００１２】前記目的を達成するため、請求項２に対応
する発明は、請求項１記載の第２の関数回路を、検出し
た前記周波数変化率が設定されたしきい値を超えたとき
に動作させるようにしたことを特徴とする発電設備の系
統連系保護装置である。

【００１３】前記目的を達成するため、請求項３に対応
する発明は、請求項１記載の第２の関数回路を、検出し
た前記周波数変化率が設定されたしきい値を超え、かつ
前記周波数変化率が正であり前記電圧変動が下降であ
る、または前記周波数変化率が負であり前記電圧変動が
上昇であるときに動作させるようにしたことを特徴とす
る発電設備の系統連系保護装置である。

【００１４】前記目的を達成するため、請求項４に対応
する発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載
の前記第２の関数回路を、前記電圧変動検出手段から得
られる電圧変動が一定値以内では感知しない不感帯を有
するようにしたことを特徴とする発電設備の系統連系保
護装置である。

【００１５】請求項２〜請求項４にいずれかに対応する
発明によれば、第２の関数回路により周波数変化率の検
出結果に基いて発電設備の無効電力または出力電圧を制
御することにより、系統連系中の自家発電設備の単独運
転を確実に検出保護できる。

【００１６】前記目的を達成するため、請求項５に対応
する発明は、発電設備を遮断器を介して系統電源と連系
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器と、前記周波数検出器で検
出した周波数の変化率を検出する周波数変化率検出器
と、複数の電力用コンデンサからなるコンデンサ群と、
前記周波数変化率検出器により検出した周波数変化率が
正であるとき前記電力用コンデンサを前記発電設備から
遮断し、周波数変化率が負であるとき前記電力用コンデ
ンサを前記発電設備に投入する投入遮断手段と、前記電
力用コンデンサの投入あるいは遮断により生じる無効電
力変化で助長される周波数変動を検知し、前記遮断器に
て系統母線から前記発電設備を解列させる保護装置とか
らなることを特徴とする発電設備の系統連系保護装置で
ある。

【００１７】請求項５に対応する発明によれば、周波数
変化率の極性に応じて、電力用コンデンサを投入あるい
は遮断することで、周波数変動を拡大し単独運転を容易
に検出することができる。

【００１８】前記目的を達成するため、請求項６に対応
する発明は、発電設備を遮断器を介して系統電源と連系
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器と、前記周波数検出器で検
出した周波数の変化率を検出する周波数変化率検出器
と、前記周波数変化率検出器により検出した周波数の変
化率から電圧変動基準を演算し、この電圧変動基準によ
り周波数変化率が正であるとき前記発電設備の進み無効
電力を増加または前記発電設備の出力電圧を低下させ、
前記周波数変化率が負であるとき遅れ無効電力を増加ま
たは前記出力電圧を上昇させるよう前記発電設備を制御
する関数回路と、複数の電力用コンデンサからなるコン
デンサ群と、前記周波数変化率検出器により検出した周
波数変化率が正であるとき前記電力用コンデンサを前記
発電設備から遮断し、周波数変化率が負であるとき前記
電力用コンデンサを前記発電設備に投入する投入遮断手
段と、前記電力用コンデンサの投入あるいは遮断により
生じる無効電力変化および前記発電設備の電圧変動に伴
い助長される周波数変動を検知し、前記遮断器にて系統
母線から前記発電設備を解列させる保護装置とからなる
発電設備の系統連系保護装置である。

【００１９】前記目的を達成するため、請求項７に対応
する発明は、請求項６記載の電力用コンデンサを、前記
周波数変化率が正であり、かつ前記周波数変化率が設定
された正のしきい値を超えたときに前記発電設備から遮
断し、また、前記周波数変化率が負であり、かつ前記周
波数変化率が設定された負のしきい値を超えたときに前
記発電設備に投入するようにした発電設備の系統連系保
護装置である。

【００２０】請求項６または請求項７に対応する発明に
よれば、関数回路の出力する電圧変動基準は、周波数の
変化を助長する作用を有し、もう一方コンデンサ群の投
入遮断も周波数の変化を助長する作用がある。従って、
双方の作用を合わせることで、単独運転時の周波数変動
を拡大して周波数や周波数変化率異常を検出することに
より単独運転を検出することが容易になる。

【００２１】前記目的を達成するため、請求項８に対応
する発明は、発電設備を遮断器を介して系統電源と連系
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器と、前記周波数検出器で検
出した周波数の変化率を検出する周波数変化率検出器
と、前記周波数変化率検出器により検出した周波数の変
化率から電圧変動基準を演算し、この電圧変動基準によ
り周波数変化率が正であるとき前記発電設備の進み無効
電力を増加または前記発電設備の出力電圧を低下させ、
周波数変化率が負であるとき遅れ無効電力を増加または
前記出力電圧を上昇させるよう前記発電設備を制御する
関数回路と、複数の電力用コンデンサからなるコンデン
サ群と、前記周波数変化率検出器により検出した周波数
変化率が正であるとき前記電力用コンデンサを前記発電
設備から遮断し、周波数変化率が負であるとき前記電力
用コンデンサを前記発電設備に投入する投入遮断手段
と、周波数変化率のしきい値を設定するしきい値設定器
と、前記発電設備の出力電圧を検出する電圧検出器と、
前記電圧検出器で検出した出力電圧から電圧変動を検出
する電圧変動検出手段とを備え、前記電力用コンデンサ
は、前記周波数変化率が正であり、かつ前記周波数変化
率が設定された正のしきい値を超え、さらに前記電圧変
動が下降であるときに前記発電設備から遮断し、また、
前記周波数変化率が負であり、かつ前記周波数変化率が
設定された負のしきい値を超え、さらに前記電圧変動が
上昇であるときに前記発電設備に投入することとし、前
記電力用コンデンサの投入あるいは遮断により生じる無
効電力変化および前記発電設備の電圧変動に伴い助長さ
れる周波数変動を検知し、前記遮断器にて系統母線から
前記発電設備を解列させる保護装置とからなる発電設備
の系統連系保護装置である。

【００２２】請求項７、請求項８のいずれかに対応する
発明によれば、無効電力を頻繁に変動させずに、単独運
転時の周波数変動を所定の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検出する
ことが容易になる。

【００２３】前記目的を達成するため、請求項９に対応
する発明は、請求項５ないし請求項８のいずれかに記載
の発明において、前記投入あるいは遮断した電力用コン
デンサは、投入あるいは遮断による周波数変動が現れな
かった場合、投入あるいは遮断前の状態に復帰させるよ
うにした発電設備の系統連系保護装置である。

【００２４】前記目的を達成するため、請求項１０に対
応する発明は、請求項１ないし請求項９のいずれかに記
載の発明において、前記発電設備は静止形の直流電源お
よび電力変換器または無効電力補償装置である発電設備
の系統連系保護装置である。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の発電設備の系統連
系保護装置の実施の形態を図を参照して説明するが、図
１５の従来例と異なる点を中心に説明する。 ＜第１の実施の形態＞（請求項１に対応） （構成）図１は本発明の第１の実施の形態を示す構成図
であり、図１５の従来の系統連系保護装置と相違する点
は、従来の高価な転送遮断装置３８を設ける代わりに、
以下のように構成したものである。

【００２６】すなわち、図１に示すように交流発電機７
の出力電圧から周波数（ｆ）検出器２１により周波数を
検出し、この検出周波数から周波数変化率（ｄｆ／ｄ
ｔ）検出器３０により周波数変化率Ｖ30を検出する。

【００２７】周波数変化率（ｄｆ／ｄｔ）過大検出器３
１は、周波数変化率Ｖ30が設定値以上になるかどうかを
検出し、設定値以上になったとき異常出力信号Ｖ31を出
力し、故障トリップ回路２０に与える。故障トリップ回
路２０は、遮断器６に対してトリップ信号を与えて電路
を開放する。

【００２８】無効電力検出器２３は、変流器１２により
検出された発電機７の出力電流と、発電機７の出力電圧
を入力して無効電力を検出する。有効電力検出器２６は
変流器１２により検出された発電機７の出力電流と、発
電機７の出力電圧を入力して有効電力を検出する。

【００２９】一方、有効電力制御回路（ＡＰＲ）２７
は、有効電力基準（Ｐ^* ）設定器２５からの有効電力基
準Ｐ^* と、有効電力検出器２６からの有効電力Ｐを比較
し、この偏差を調速機１１に与えてエンジン１０の速度
制御を行う。

【００３０】第１の関数回路３２は、周波数変化率検出
器３０からの周波数変化率Ｖ30を入力し、第１の電圧変
動基準ΔＶ^* を出力するものであり、周波数変化率が正
または周波数が上昇中には発電機７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また
は周波数が下降中には発電機７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第１の電圧変動基準ΔＶ
^* を自動電圧調整回路９へ出力する。

【００３１】第２の関数回路３３は、電圧検出器３４に
て検出した発電機７の出力電圧Ｖをもとに電圧変動検出
手段３５により検出した電圧変動量から第２の電圧変動
基準ΔＶ2 ^* を演算し出力するものであり、電圧が下降
時には発電機７の出力電圧をさらに低下させて周波数上
昇を助長させ、また電圧が上昇時には発電機７の出力電
圧をさらに上昇させて周波数下降を助長させるような第
２の電圧変動基準ΔＶ2 ^* を出力する。電圧変動検出手
段３５で検出し第２の関数回路の入力となる信号は、電
圧変動量ΔＶでも電圧変化率ｄＶ／ｄｔでもよい。

【００３２】無効電力制御回路（ＡＱＲ）２４は、無効
電力基準（Ｑ^* ）設定器２８からの無効電力基準Ｑ^*
と、無効電力検出器２３で検出した無効電力を一致させ
るための電圧基準ΔＶQ ^* を出力する。

【００３３】自動電圧調整回路（ＡＶＲ）９は、電圧基
準（Ｖ^* ）設定器（９０Ｒ）２９からの電圧基準Ｖ^*
と、無効電力制御回路２４からの電圧基準ΔＶQ ^* と、
第１の関数回路３２からの電圧変動基準ΔＶ^* と、第２
の関数回路３３からの電圧変動基準ΔＶ2 ^* を用いて、
発電機７の出力電圧を制御するために界磁巻線８の界磁
を調整する。

【００３４】なお、有効電力基準（Ｐ^* ）設定器２５
と、有効電力制御回路２７と、調速機１１と、エンジン
１０により速度制御ループを構成している。無効電力基
準設定器２８と、無効電力検出器２３と、無効電力制御
回路２４により無効電力制御ループを構成している。電
圧基準（Ｖ_* ）設定器（９０Ｒ）２９と、無効電力制御
回路２４の出力である電圧基準ΔＶQ ^* と、関数回路３
２からの電圧変動基準ΔＶ^* と、第２の関数回路３３か
らの電圧変動基準ΔＶ2 ^* と、自動電圧調整回路９によ
り電圧制御ループを構成している。

【００３５】（作用）次に、以上述べた第１の実施の形
態の作用について図２〜図５を参照して説明する。今、
図２において、発電機７の出力の出力有効電力をＰ、出
力無効電力をＱ、負荷５が必要とする負荷有効電力をＰ
L 、負荷無効電力を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はそれぞれ次のよう
に表される。

【００３６】ΔＰ＝Ｐ−ＰL ΔＱ＝Ｑ−ＱL ここで、発電機７と系統間のインダクタンス分をｌと
し、負荷５の電圧をＶ、周波数をｆとする。

【００３７】そうすると、通常の場合はΔＰ ０、ΔＱ
０に近い状態で遮断器３が開となっても、負荷５の電
圧Ｖ、周波数ｆはほとんど変化しないため、継電器１５
〜１９で検出できず単独運転を継続することになる。

【００３８】しかし、系統電源１と負荷５の位相はゆっ
くりとずれてくるので、遮断器３の再投入は事故拡大に
つながり危険なため行えない状態が発生し、配電系統の
安定性を低下させることになる。

【００３９】単独運転中の電圧はＰ＝Ｖ² ／Ｒで決ま
る。一方、単独運転中の周波数ｆはＱ＝（Ｖ² ωＣ）−
（Ｖ² ／ωＬ）で決まる。特に、周波数ｆに着目する
と、負荷５が要求する負荷無効電力ＱL より発電機７が
供給する無効電力が進み方向にずれている時は、周波数
ｆが上昇しコンデンサＣの電流ｉC が増加し、インダク
タンス電流ｉL が減少して無効電力がバランスする方向
に変化する。

【００４０】また、発電機７が供給する無効電力が負荷
５の要求する負荷無効電力ＱL より遅れ方向にずれてい
る場合は、周波数ｆが下降しインダクタンス電流ｉL が
増加し、コンデンサ電流ｉC が減少して無効電力がバラ
ンスする方向に変化する。

【００４１】次に、ΔＱ≒０でΔＱ≠０状態で単独運転
になった場合の周波数変動は、図３に示すように系統遮
断（ｔ０）後、周波数ｆが変動しながら安定点ｆ１，ｆ
２に接近する。図３において、ｆ１はΔＱがわずかに進
みの場合であり、ｆ２はΔＱがわずかに遅れた場合であ
る。図４に示す＋Δｆ、−Δｆは継電器１５〜１９で単
独運転が検出できるレベルである。

【００４２】図４は図１に示す実施の形態の作用効果を
説明するための図であり、ｆは周波数検出器２１に検出
された周波数ｆであり、ｄｆ／ｄｔは周波数変化率検出
器３０により検出された周波数変化率であり、電圧変動
基準ΔＶ^* は第１の関数回路３２の出力を示している。

【００４３】いま、ｆが図４のように変化すると、ｄｆ
／ｄｔはこれより９０°位相の進んだ波形となる。ｄｆ
／ｄｔ＞０の場合は周波数が上昇中であるので、この間
に関数回路３２から電圧低下指令（進み無効電力指令）
が出力され、周波数ｆは更に上昇するように作用する。
また、ｄｆ／ｄｔ＜０の場合は周波数ｆが下降中なの
で、この間に関数回路３２から電圧上昇指令（遅れ無効
電力指令）が出力され、周波数ｆは更に下降するように
作用する。このように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
過大検出器３１により検出することにより、従来用いて
いた高価な転送遮断装置３８を用いなくても、単独運転
を検出することが可能となる。

【００４４】また、第２の関数回路３３は、電圧が下降
時にはさらに下降させ、電圧が上昇時にはさらに上昇さ
せると言う電圧変動を増幅する正帰還作用を有している
ため、第１の関数回路３２の働きと合わせて周波数変動
を助長することが可能である。

【００４５】このような回路を付加することにより、単
独運転時の周波数変動を図３に示す様な特性から図５に
示す様な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検出することが容易にな
る。

【００４６】（効果）以上述べた第１の実施の形態によ
れば、ｄｆ／ｄｔを検出しｄｆ／ｄｔ＞０の場合は電圧
低下指令を、ｄｆ／ｄｔ＜０の場合は電圧上昇指令を自
動電圧調整回路９に与え、さらに電圧変動を増幅させる
電圧指令も自動電圧調整回路９に与えることで、発電機
７の出力電圧を変化させることにより、周波数変動を拡
大し単独運転を容易に検出することができる。

【００４７】＜第２の実施の形態＞（請求項２に対応） （構成）図６は本発明の第２の実施の形態を示す構成図
であり、図１の第１の実施の形態を示す図と異なるとこ
ろは、第２の関数回路３３の出力を自動電圧調整回路９
に入力するか否かを周波数変化率しきい値設定器３７に
設定された周波数変化率のしきい値により決定する判定
回路３６を有するところである。

【００４８】周波数変化率しきい値設定器３７は、周波
数上昇時の周波数変化率の極性が正の場合のしきい値
と、周波数下降時の周波数変化率の極性が負の場合のし
きい値の両方を設定する。

【００４９】（作用）本発明は第１の実施の形態をベー
スとしており、第１の実施の形態で述べたように、電圧
変動を起こし周波数変動を助長することは同じである。
しかしながら、電圧変動を増幅させる第２の関数回路３
３の働きは、系統が健全で連系が保たれていても系統の
電圧変動に基づきその電圧変動を増幅すべく電圧変動基
準ΔＶ2 ^* を出力し、発電設備と系統電源の間で要らぬ
無効電力変動を招くことがある。そこで、まず第１の関
数回路３２のみの働きで周波数を変動させることとし、
周波数変化率があるしきい値レベルを超えると系統解列
らしいと考え、その上で第２の関数回路３３を働かせ
る。

【００５０】こうすることで、系統連系状態における電
圧変動基準をいたずらに大きくすることを防ぎ、無効電
力変動の行き過ぎを抑えつつ、単独運転時の周波数変動
を図３に示す様な特性から図５に示す様な特性に拡大し
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
運転を検出することが容易になる。

【００５１】（効果）以上述べた第２の実施の形態によ
れば、ｄｆ／ｄｔを検出しｄｆ／ｄｔ＞０の場合は電圧
低下指令を、ｄｆ／ｄｔ＜０の場合は電圧上昇指令を自
動電圧調整回路９に与え、さらに電圧変動を増幅させる
電圧指令も自動電圧調整回路９に与えることで、発電機
７の出力電圧を変化させることにより、周波数変動を拡
大し単独運転を容易に検出することができる。

【００５２】＜第３の実施の形態＞（請求項３に対応） （構成）図７は本発明の第３の実施の形態を示す構成図
であり、図６の第２の実施の形態を示す図と異なるとこ
ろは、判定回路３６による第２の関数回路３３の出力を
自動電圧調整回路９に入力するか否かの決定は、周波数
変化率と周波数変化率しきい値設定器３７からのしきい
値との比較だけでなく、周波数変化率による周波数の変
動方向と電圧変動検出手段３５の出力信号による電圧の
変動方向の組み合わせを用いることである。

【００５３】（作用）本発明は第１の実施の形態をベー
スとしており、第１の実施の形態で述べたように、電圧
変動を起こし周波数変動を助長することは同じである。

【００５４】常時は第１の関数回路３２のみ動作させて
おき、周波数変化率にしきい値を設け、しきい値レベル
を超えると第２の関数回路３３を働かせることは第２の
実施の形態で述べた。

【００５５】常時動作している第１の関数回路３２の電
圧変動を起こし周波数変動を助長させるという働きにお
いて、系統解列後の電圧変動の方向と周波数変動の方向
は、電圧が下降時は周波数上昇、電圧が上昇時は周波数
が下降となっており、この通りの変化の方向の組み合わ
せが現れ、かつ周波数変化率がしきい値を超えた場合に
系統解列らしいと考え、第２の関数回路３３を働かせ
る。こうすることで、系統連系状態における電圧変動基
準をいたずらに大きくすることを防ぎ、無効電力変動の
行き過ぎを抑えつつ、単独運転時の周波数変動を図３に
示す様な特性から図５に示す様な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検
出することが容易になる。

【００５６】（効果）以上述べた第３の実施の形態によ
れば、ｄｆ／ｄｔを検出しｄｆ／ｄｔ＞０の場合は電圧
低下指令を、ｄｆ／ｄｔ＜０の場合は電圧上昇指令を自
動電圧調整装置９に与え、さらに電圧変動を増幅させる
電圧指令も自動電圧調整回路９に与えることで、発電機
７の出力電圧を変化させることにより、周波数変動を拡
大し単独運転を容易に検出することができる。

【００５７】＜第４の実施の形態＞（請求項４に対応） （構成）第２の関数回路３３は、電圧検出器３４にて検
出した発電機７の出力電圧Ｖをもとに電圧変動検出手段
３５により検出した電圧変動量から第２の電圧変動基準
ΔＶ2 ^* を演算し出力するものであることは第１の実施
の形態の説明で既に述べた。この第２の関数回路３３の
関数において、例えば図８に示すように電圧変動ｄｖ／
ｄｔが一定値以内では感知しない不感帯を設けるもので
ある。

【００５８】（作用）系統連系中では、発電機７の出力
電圧として検出する電圧は系統電圧により支配的であ
る。つまり、系統電圧の変動により発電機７の出力電圧
として検出する電圧も変動する。健全な連系中であって
も、同一配電系統の負荷変動や変電所のタップ切り替え
等で電圧は常に変動している。このことは、電圧変動に
基づき第２の電圧変動基準ΔＶ2 ^* を常に出力すること
になるため、発電設備と系統電源の間で要らぬ無効電力
変動を招くことになる。そこで、第２の関数回路３３を
電圧変動が一定値以内では感知しない構成にすること
で、ある範囲においては第２の関数回路３３による無効
電力変動を防ぎつつ、単独運転移行時は第１の関数回路
３２が優先的に働き、十分な電圧変動が生ずると第２の
関数回路３３も働くことで、単独運転時の周波数変動を
図３に示す様な特性から図５に示す様な特性に拡大して
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
転を検出することが容易になる。

【００５９】（効果）以上述べた第４の実施の形態によ
れば、ｄｆ／ｄｔを検出しｄｆ／ｄｔ＞０の場合は電圧
低下指令を、ｄｆ／ｄｔ＜０の場合は電圧上昇指令を自
動電圧調整装置９に与え、さらに電圧変動を増幅させる
電圧指令も自動電圧調整装置９に与えることで、発電機
７の出力電圧を変化させることにより、周波数変動を拡
大し単独運転を容易に検出することができる。

【００６０】＜第５の実施の形態＞（請求項５に対応） （構成）図９は本発明の第４の実施の形態を示す構成図
であり、図１の第１の実施の形態を示す図と異なるとこ
ろは、電圧変動基準を出力する関数回路３２および第二
の関数回路３３と電圧検出器３４と電圧変動検出手段３
５を有せず、コンデンサ群４１と投入遮断手段４２を有
するところである。

【００６１】コンデンサ群４１は、例えば図１０に示す
ように、複数の電力用コンデンサ４１１ａ，４１１ｂ，
…からなり、投入遮断装置４２を介して母線に接続され
ている。投入遮断装置４２は、コンデンサ毎に設けたス
イッチ４２１ａ，４２１ｂ，…と、周波数変化率（ｄｆ
／ｄｔ）信号に応じてスイッチの開閉を制御するコント
ローラ４２２とから構成される。

【００６２】（作用）第１の実施の形態の説明において
図２を用いて述べたように、単独運転になると、負荷５
の要求する負荷無効電力ＱL より発電機７が供給する無
効電力が進み方向にずれている時は、周波数ｆが上昇し
コンデンサＣの電流ｉC が増加し、インダクタンス電流
ｉL が減少して無効電力がバランスする方向に変化し、
また発電機７が供給する無効電力が負荷５の要求する無
効電力ＱL より遅れ方向にずれている場合は、周波数ｆ
が下降しインダクタンス電流ｉL が増加し、コンデンサ
電流ｉC が減少して無効電力がバランスする方向に変化
する。

【００６３】つまり、発電機７の供給する無効電力と負
荷の要求する無効電力のバランスが大きく崩れていれ
ば、無効電力がバランスするように周波数ｆは大きく変
化する。そこで、単独運転に移行し無効電力のバランス
から周波数ｆが変化すると、この周波数ｆの変化を助長
するように無効電力のバランスを崩すべくコンデンサ
（４１１ａ，４１１ｂ，…）を投入あるいは遮断すれば
よい。

【００６４】コンデンサ群４１を負荷力率を改善すべく
設置されている力率改善コンデンサと考え、負荷の誘導
性リアクタンスを相殺するようにコンデンサ群の内いく
つかのコンデンサは母線に投入されている状態を想定す
る。ｄｆ／ｄｔ＞０の場合は周波数が上昇中であるの
で、この間は既に投入されているコンデンサを遮断する
ことで、周波数ｆは更に上昇するように作用する。ま
た、ｄｆ／ｄｔ＜０の場合は周波数が下降中なので、こ
の間は遮断状態にあるコンデンサを投入することで、周
波数ｆは更に下降するように作用する。周波数変動を助
長増大させ、周波数異常や周波数変化率過大を周波数変
化率過大検出器３１により検出することにより、従来用
いていた高価な転送遮断装置を用いなくても、単独運転
を検出することが可能となる。

【００６５】このような回路を付加することにより、単
独運転時の周波数変動を図３に示す様な特性から図５に
示す様な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検出することが容易にな
る。

【００６６】（効果）以上述べた第５の実施の形態によ
れば、ｄｆ／ｄｔを検出しｄｆ／ｄｔの極性に応じて、
電力用コンデンサを投入あるいは遮断することで、周波
数変動を拡大し単独運転を容易に検出することができ
る。

【００６７】＜第６の実施の形態＞（請求項６に対応） （構成）図１１は本発明の第６の実施の形態を示す構成
図であり、図１の第１の実施の形態を示す図と異なると
ころは、第２の関数回路３３と電圧検出器３４と電圧変
動検出手段３５を有せず、コンデンサ群４１と投入遮断
手段４２を有するところである。

【００６８】コンデンサ群４１および投入遮断装置４２
は、図１０の様な構成である。 （作用、効果）既に第１の実施の形態の説明および第５
の実施の形態で述べたように、関数回路３２の出力する
電圧変動基準ΔＶ^* は、周波数の変化を助長する作用を
有し、もう一方コンデンサ群４１の投入遮断も周波数の
変化を助長する作用がある。

【００６９】双方の作用を合わせることで、単独運転時
の周波数変動を図３に示す様な特性から図５に示す様な
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検出することが容易になる。

【００７０】＜第７の実施の形態＞（請求項７に対応） （構成）図１０および図１１にて示す第６の実施の形態
に対し、図１２に示すように投入遮断装置４２内のコン
トローラ４２２に周波数変化率のしきい値となる信号を
入力する周波数変化率しきい値設定器３７を設けたも
の。

【００７１】周波数変化率しきい値設定器３７は、周波
数上昇時の周波数変化率の極性が正の場合のしきい値
と、周波数下降時の周波数変化率の極性が負の場合のし
きい値の両方を設定する。

【００７２】こうすることで、周波数変化率の極性だけ
でなく設定したしきい値を超えることにより電力用コン
デンサを投入あるいは遮断の制御を行うように構成して
いる。

【００７３】（作用、効果）既に第１の実施の形態の説
明および第５の実施の形態で述べたように、関数回路３
２の出力する電圧変動基準ΔＶ^* は、周波数の変化を助
長する作用を有し、もう一方コンデンサ群４１の投入遮
断も周波数の変化を助長する作用がある。

【００７４】双方の作用を合わせる点では、第６の実施
の形態と同じであるが、頻繁に電力用コンデンサを投入
あるいは遮断することを避け、まずは関数回路のみの働
きで周波数を変動させることとし、周波数変化率がある
しきい値レベルを超えると系統解列らしいと考え、その
上で電力用コンデンサの投入あるいは遮断を行う。こう
することで、無効電力を頻繁に変動させずに、単独運転
時の周波数変動を図３に示す様な特性から図５に示す様
に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検出することが容易になる。

【００７５】＜第８の実施の形態＞（請求項８に対応） （構成）図１３は本発明の第８の実施の形態を示す構成
図であり、図１の第１の実施の形態を示す図と異なると
ころは、第２の関数回路３３を有せず、コンデンサ群４
１と投入遮断装置４２を有し、第７の実施の形態と同様
に周波数変化率しきい値設定器３７を有するところであ
る。

【００７６】周波数変化率しきい値設定器３７は、設定
したしきい値を第７の実施の形態を同様に図１４のよう
に投入遮断装置４２の中のコントローラ４２２に入力
し、周波数変化率と比較して電力用コンデンサの投入遮
断の判定に用いる。さらに、電圧検出器３４と電圧変動
検出手段３５により得られる電圧変動信号も図１４に示
すようにコントローラ４２２に入力し、電力用コンデン
サの投入遮断の判定に用いる。

【００７７】（作用、効果）既に第１の実施の形態の説
明および第５の実施の形態で述べたように、関数回路３
２の出力する電圧変動基準ΔＶ^* は、周波数の変化を助
長する作用を有し、もう一方コンデンサ群４１の投入遮
断も周波数の変化を助長する作用がある。

【００７８】双方の作用を合わせる点では、第６の実施
の形態と同じであるが、頻繁に電力用コンデンサを投入
あるいは遮断することを避け、まずは常時動作している
関数回路のみの働きで周波数を変動させることとする。
回数回路の働きにおいて、系統解列後の電圧変動の方向
と周波数変動の方向は、電圧が下降時は周波数上昇、電
圧が上昇時は周波数が下降となっており、この通りの変
化の方向の組み合わせが現れ、かつ周波数変化率がしき
い値を超えた場合に系統解列らしいと考え、電力用コン
デンサの投入あるいは遮断を行う。

【００７９】こうすることで、無効電力を頻繁に変動さ
せずに、単独運転時の周波数変動を図３に示す様な特性
から図５に示す様な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検出することが
容易になる。

【００８０】＜第９の実施の形態＞（請求項９に対応） 電力用コンデンサを投入あるいは遮断することで周波数
変動を助長しようとしても連系状態にあると周波数変動
は現れない。電力用コンデンサの投入あるいは遮断は無
効電力の変動を招くわけで、これら電力用コンデンサの
作用が力率改善コンデンサにも適用できることから、こ
れら電力用コンデンサの周波数変化率に基づく投入ある
いは遮断前に適切に力率が調整されているならば、望ま
しくない力率になることが考えられる。周波数変動を助
長できなかった場合、単独運転状態とは考えられず連系
状態にあるとして、投入あるいは遮断した電力用コンデ
ンサの影響を解除し適切な力率に復帰させる。

【００８１】＜第１０の実施の形態＞（請求項１０に対
応） 上記第１から第９までの実施の形態では、主として交流
発電機７とエンジン１０からなる回転発電機について説
明したが、発電設備が直流電源とインバータの場合や無
効電力発電設備の場合にも、周波数変化率が正の場合進
み無効電力を増加し、周波数変化率が負の場合遅れ無効
電力を増加させるよう制御することにより同じ様な作用
がある。

【００８２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、高
価な転送遮断装置を設けることなく、系統連系中の自家
発電設備の単独運転を自家発電設備側で確実に検出でき
る系統連系保護装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による系統連系保護装置の第１の実施の
形態を示すブロック図。

【図２】図１の実施の形態の動作説明図。

【図３】図１の実施の形態の動作説明図。

【図４】図１の実施の形態の動作説明図。

【図５】図１の実施の形態の動作説明図。

【図６】本発明による系統連系保護装置の第２の実施の
形態を示すブロック図。

【図７】本発明による系統連系保護装置の第３の実施の
形態を示すブロック図。

【図８】本発明による系統連系保護装置の第４の実施の
形態を示すべく補足する図。

【図９】本発明による系統連系保護装置の第５の実施の
形態を示すブロック図。

【図１０】本発明による系統連系保護装置の第５の実施
の形態を示すブロック図の一部を補足する図。

【図１１】本発明による系統連系保護装置の第６の実施
の形態を示すブロック図。

【図１２】本発明による系統連系保護装置の第７の実施
の形態を示すべく補足する図。

【図１３】本発明による系統連系保護装置の第８の実施
の形態を示すブロック図。

【図１４】本発明による系統連系保護装置の第８の実施
の形態を示すブロック図の一部を補足する図。

【図１５】従来の発電設備の系統連系保護装置の一例を
示すブロック図。

【符号の説明】

１…系統電源、２…変圧器、３，４，６…遮断器、５…
負荷、７…交流発電機、８…界磁巻線、９…自動電圧調
整回路（ＡＶＲ）、１０…エンジン、１１…調速機、１
２，１４…変流器、１３…発電機異常検出器、１５…周
波数低下継電器（ＵＦ）、１６…周波数上昇継電器（Ｏ
Ｆ）、１７…過電圧継電器（ＯＶ）、１８…不足電圧継
電器（ＵＶ）、１９…過電流継電器（ＯＣ）、２０…故
障トリップ回路、２１…周波数検出器、２３…無効電力
検出器、２４…無効電力制御回路（ＡＱＲ）、２５…有
効電力基準設定器、２６…有効電力検出器、２７…有効
電力制御回路（ＡＰＲ）、２８…無効電力基準設定器、
２９…電圧基準設定器（９０Ｒ）、３０…周波数変化率
検出器、３１…周波数変化率過大検出器、３２…第１の
関数回路、３３…第２の関数回路、３４…電圧検出器、
３５…電圧変動検出手段、３６…判定回路、３７…周波
数変化率しきい値設定器、４１…コンデンサ群、４１１
ａ，４１１ｂ，４１１ｃ…電力用コンデンサ、４２…投
入遮断装置、４２１ａ，４２１ｂ，４２１ｃ…スイッ
チ、４２２…コントローラ。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成９年１月１０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３７】そうすると、通常の場合はΔＰ≒０、ΔＱ
≒０に近い状態で遮断器３が開となっても、負荷５の電
圧Ｖ、周波数ｆはほとんど変化しないため、継電器１５
〜１９で検出できず単独運転を継続することになる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 豊邦 兵庫県姫路市網干区浜田1000番地 西芝電 機株式会社内 (72)発明者 岡土 千尋 東京都府中市晴見町２丁目24番地の１ 東 芝エフエーシステムエンジニアリング株式 会社内 (72)発明者 野宮 成生 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発電設備を遮断器を介して系統電源と連
   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器と、 前記周波数検出器で検出した周波数の変化率を検出する
   周波数変化率検出器と、 前記周波数変化率検出器により検出した周波数変化率か
   ら第１の電圧変動基準を演算し、この第１の電圧変動基
   準により周波数変化率が正であるとき前記発電設備の進
   み無効電力を増加または前記発電設備の出力電圧を低下
   させ、周波数変化率が負であるとき遅れ無効電力を増加
   または前記出力電圧を上昇させるよう前記発電設備を制
   御する第１の関数回路と、 前記発電設備の出力電圧を検出する電圧検出器と、 前記電圧検出器で検出した出力電圧から電圧変動を検出
   する電圧変動検出手段と、 前記電圧変動検出手段にて検出した電圧変動または前記
   電圧検出器で検出した電圧に基づく電圧変化率から第２
   の電圧変動基準を演算し、この第２の電圧変動基準によ
   り電圧下降時は前記発電設備の進み無効電力を増加また
   は前記発電設備の出力電圧を低下させ、電圧上昇時は遅
   れ無効電力を増加または前記出力電圧を上昇させるよう
   前記発電設備を制御する第２の関数回路と、 前記発電設備の電圧変動に伴い助長される周波数変動を
   検知し、前記遮断器にて系統母線から前記発電設備を解
   列させる保護装置とからなることを特徴とする発電設備
   の系統連系保護装置。
2. 【請求項２】 前記第２の関数回路は、検出した前記周
   波数変化率が設定されたしきい値を超えたときに動作さ
   せることを特徴とする請求項１記載の発電設備の系統連
   系保護装置。
3. 【請求項３】 前記第２の関数回路は、検出した前記周
   波数変化率が設定されたしきい値を超え、かつ前記周波
   数変化率が正であり前記電圧変動が下降である、または
   前記周波数変化率が負であり前記電圧変動が上昇である
   ときに動作させることを特徴とする請求項１記載の発電
   設備の系統連系保護装置。
4. 【請求項４】 前記第２の関数回路は、前記電圧変動検
   出手段から得られる電圧変動が一定値以内では感知しな
   い不感帯を有することを特徴とする請求項１ないし請求
   項３のいずれかに記載の発電設備の系統連系保護装置。
5. 【請求項５】 発電設備を遮断器を介して系統電源と連
   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器と、 前記周波数検出器で検出した周波数の変化率を検出する
   周波数変化率検出器と、 複数の電力用コンデンサからなるコンデンサ群と、 前記周波数変化率検出器により検出した周波数変化率が
   正であるとき前記電力用コンデンサを前記発電設備から
   遮断し、周波数変化率が負であるとき前記電力用コンデ
   ンサを前記発電設備に投入する投入遮断手段と、 前記電力用コンデンサの投入あるいは遮断により生じる
   無効電力変化で助長される周波数変動を検知し、前記遮
   断器にて系統母線から前記発電設備を解列させる保護装
   置とからなることを特徴とする発電設備の系統連系保護
   装置。
6. 【請求項６】 発電設備を遮断器を介して系統電源と連
   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器と、 前記周波数検出器で検出した周波数の変化率を検出する
   周波数変化率検出器と、 前記周波数変化率検出器により検出した周波数の変化率
   から電圧変動基準を演算し、この電圧変動基準により周
   波数変化率が正であるとき前記発電設備の進み無効電力
   を増加または前記発電設備の出力電圧を低下させ、前記
   周波数変化率が負であるとき遅れ無効電力を増加または
   前記出力電圧を上昇させるよう前記発電設備を制御する
   関数回路と、 複数の電力用コンデンサからなるコンデンサ群と、 前記周波数変化率検出器により検出した周波数変化率が
   正であるとき前記電力用コンデンサを前記発電設備から
   遮断し、周波数変化率が負であるとき前記電力用コンデ
   ンサを前記発電設備に投入する投入遮断手段と、 前記電力用コンデンサの投入あるいは遮断により生じる
   無効電力変化および前記発電設備の電圧変動に伴い助長
   される周波数変動を検知し、前記遮断器にて系統母線か
   ら前記発電設備を解列させる保護装置とからなることを
   特徴とする発電設備の系統連系保護装置。
7. 【請求項７】 前記電力用コンデンサは、前記周波数変
   化率が正であり、かつ前記周波数変化率が設定された正
   のしきい値を超えたときに前記発電設備から遮断し、ま
   た、前記周波数変化率が負であり、かつ前記周波数変化
   率が設定された負のしきい値を超えたときに前記発電設
   備に投入することを特徴とする請求項６記載の発電設備
   の系統連系保護装置。
8. 【請求項８】 発電設備を遮断器を介して系統電源と連
   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器と、 前記周波数検出器で検出した周波数の変化率を検出する
   周波数変化率検出器と、 前記周波数変化率検出器により検出した周波数の変化率
   から電圧変動基準を演算し、この電圧変動基準により周
   波数変化率が正であるとき前記発電設備の進み無効電力
   を増加または前記発電設備の出力電圧を低下させ、周波
   数変化率が負であるとき遅れ無効電力を増加または前記
   出力電圧を上昇させるよう前記発電設備を制御する関数
   回路と、 複数の電力用コンデンサからなるコンデンサ群と、 前記周波数変化率検出器により検出した周波数変化率が
   正であるとき前記電力用コンデンサを前記発電設備から
   遮断し、周波数変化率が負であるとき前記電力用コンデ
   ンサを前記発電設備に投入する投入遮断手段と、 周波数変化率のしきい値を設定するしきい値設定器と、 前記発電設備の出力電圧を検出する電圧検出器と、 前記電圧検出器で検出した出力電圧から電圧変動を検出
   する電圧変動検出手段とを備え、 前記電力用コンデンサは、前記周波数変化率が正であ
   り、かつ前記周波数変化率が設定された正のしきい値を
   超え、さらに前記電圧変動が下降であるときに前記発電
   設備から遮断し、また、前記周波数変化率が負であり、
   かつ前記周波数変化率が設定された負のしきい値を超
   え、さらに前記電圧変動が上昇であるときに前記発電設
   備に投入することとし、 前記電力用コンデンサの投入あるいは遮断により生じる
   無効電力変化および前記発電設備の電圧変動に伴い助長
   される周波数変動を検知し、前記遮断器にて系統母線か
   ら前記発電設備を解列させる保護装置とからなることを
   特徴とする発電設備の系統連系保護装置。
9. 【請求項９】 前記投入あるいは遮断した電力用コンデ
   ンサは、投入あるいは遮断による周波数変動が現れなか
   った場合、投入あるいは遮断前の状態に復帰させること
   を特徴とする請求項５ないし請求項８のいずれかに記載
   の発電設備の系統連系保護装置。
10. 【請求項１０】 前記発電設備は静止形の直流電源およ
    び電力変換器または無効電力補償装置であることを特徴
    とする請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の発電
    設備の系統連系保護装置。