JPH11187574A - 発電所の力率制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成により発電機の運転力率設定値を
一定に維持することができる、発電所の力率制御装置を
実現すること。 【解決手段】 負荷時タップ切換手段を有する昇圧用の
主変圧器３を介して発電機１が送電系統Ｌに連繋される
発電所において、前記発電機１の運転力率が予め設定さ
れた設定値を維持するように該発電機１の発電機電圧を
調整する発電機電圧制御手段４，５と、前記発電機１の
発電機電圧を監視し、前記発電機電圧制御手段による発
電機電圧が予め設定された範囲を外れて所定時間経過し
たときに、発電機電圧が前記発電機１の発電機電圧調整
許容範囲に収まるように前記負荷時タップ切換手段にタ
ップ切換指令を与える主変圧器タップ切換制御手段６と
を備えた発電所の力率制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、製鉄所，セメント
工場，製練所などに備えられた自家用発電所において簡
単な構成により発電機の運転力率を一定に維持できるよ
うにした、発電所の力率制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように発電所は昇圧用の主変圧器
を介して発電機が送電系統に連繋されており、電力会社
による事業用発電所では、主変圧器の送電系統側の電圧
（送電系統側電圧）を規定値に維持するために、発電機
の界磁電流を操作して発電機電圧を調整する発電機電圧
制御と、主変圧器のタップを操作して主変圧器の変圧比
を調整するタップ切換制御とを併用して送電系統側電圧
制御が行われている。

【０００３】例えば、特開昭６３−４３５９７号公報に
は発電所の電圧制御装置が提案されている。この発電所
の電圧制御装置は、負荷時タップ切換手段を有する主変
圧器を介して発電機が送電系統に連繋される事業用の発
電所において、送電系統側電圧を指令する制御指令によ
り所定の許容変動範囲の発電機電圧を演算するとともに
該発電機電圧に対応する主変圧器のタップ位置を決定す
る演算制御手段と、主変圧器の送電系統側より検出され
た送電系統側電圧と、前記制御指令の内容とが等しくな
るように発電機電圧を設定するとともに、該設定に基づ
く発電機電圧が所定の許容範囲に納まるように負荷時タ
ップ切換手段にタップ切換指令を与える実行制御手段と
を備え、これにより発電機電圧制御に連動させて主変圧
器のタップ切換による送電系統側電圧制御を行い、タッ
プ切換操作を従来の手動に代えて自動化し、送電系統側
電圧制御の速応性、確実性を確保するようにしている。

【０００４】すなわち、この電圧制御装置では、主変圧
器のタップ切換操作を自動化し、かつ、発電機電圧制御
と干渉しないようにするために複雑な一連の制御ロジッ
クを構築し、まず、主変圧器のタップ切換制御を実施
し、次いで発電機電圧の調整制御を実施することで両制
御が干渉しないようにしている。なお、両制御が同時に
なされて干渉すると、制御目標値に対する制御が振動的
となって制御精度が低下するなどの不具合が発生する。

【０００５】ところで、製鉄所などの大規模な需要家
は、負荷時タップ切換手段付きの主変圧器を介して発電
機が工場内の送電系統に連繋される自家用発電所を備え
ている。このような自家用発電所では、不足分を受電用
電力として電力会社から前記送電系統に受電しており、
電力会社からの受電力率を１００％に近い値に維持する
ことで電力料金の割引を受けられる制度を利用すべく、
受電力率の維持のため、発電機の運転力率が予め設定し
た一定値を維持するようにしている。

【０００６】そして、自家用発電所において発電機の運
転力率を設定値（例えば８５％）に維持することは、制
御対象が異なるものの前述した事業用発電所と同様に、
発電機電圧制御と主変圧器のタップ切換制御とを併用す
ることで可能である。この場合、併用するこの２つの制
御を両者が干渉することなく行うために、前記公報で提
案された制御手段を採用しようとすると、この従来の制
御手段は一連の制御ロジックが複雑であるため、装置が
複雑で高価になってしまう。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の目的
は、簡単な構成により発電機の運転力率設定値を一定に
維持することができる、発電所の力率制御装置を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、請求項１の本発明は、負荷時タップ切換手段を有
する昇圧用の主変圧器を介して発電機が送電系統に連繋
される発電所において、前記発電機の運転力率が予め設
定された設定値を維持するように該発電機の発電機電圧
を調整する発電機電圧制御手段と、前記発電機の発電機
電圧を監視し、前記発電機電圧制御手段による発電機電
圧が予め設定された範囲を外れて所定時間経過したとき
に、発電機電圧が前記発電機の発電機電圧調整許容範囲
に収まるように前記負荷時タップ切換手段にタップ切換
指令を与える主変圧器タップ切換制御手段とを備えた発
電所の力率制御装置である。

【０００９】本発明による発電所の力率制御装置におい
ては、発電機電圧制御手段は、発電機の運転力率が予め
設定された設定値PFgrを保つように該発電機の発電機電
圧Vgを調整する。例えば、負荷に応じて発電機出力を増
加させた場合、発電機電圧Vgが固定では力率がその設定
値PFgrより大きくなるので、発電機電圧Vgを高くして運
転力率が設定値PFgrを維持するようにする。ところが、
発電機の発電機電圧Vgには調整許容範囲があり、一般に
この範囲を外れると電圧調整が困難になる。

【００１０】そのため、主変圧器タップ切換制御手段
は、発電機電圧Vgを検出し、発電機電圧制御手段による
発電機電圧Vgが、予め発電機電圧調整許容範囲に基づき
設定された発電機電圧範囲Ｒを外れて所定時間t₀（数秒
程度）経過したときに、発電機電圧Vgをその調整許容範
囲に収まるようにすべく主変圧器の負荷時タップ切換え
手段にタップ切換え指令を与える。例えば、前記のよう
に発電機出力を増加させた場合、タップ切換制御手段
は、発電機電圧Vgが前記範囲Ｒの上限値RHを超えて時間
t₀経過したとき、主変圧器のタップを変圧比が現在より
大となるように（送電系統側電圧が高くなるように）切
換える指令をタップ切換手段に与える。タップが切換わ
ると、発電機電圧Vgが下がって調整許容範囲に収まり、
再び発電機電圧制御による力率を一定にする調整が行わ
れることになる。

【００１１】このように、発電機の運転力率を一定に維
持するように発電機電圧Vgを自動調整する制御と、この
発電機電圧制御による発電機電圧Vgが発電機の電圧調整
許容範囲に収まるように主変圧器のタップを自動切換す
る主変圧器タップ切換制御とを、両制御が干渉しないよ
うに主変圧器タップ切換制御手段に時限要素（時間遅れ
要素）を設け、タップ切換制御の応答を発電機電圧制御
に比べて遅くするようにして組み合わせるという簡単な
構成により、両制御が干渉することなく安定に動作して
発電機の運転力率を一定に維持することができる。

【００１２】

【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。図１は本発明に係る自家用
発電所の力率制御装置の概要図、図２は図１の自動電圧
調整装置（ＡＶＲ装置）の構成を示すブロック図、図３
は図１のタップ切換制御装置の構成を示すブロック図で
ある。

【００１３】図１において、１は発電機（タービン発電
機）、２は発電機１に設置され、発電機１の界磁巻線に
界磁電流を供給するための励磁装置であり、この発電機
１は昇圧用の主変圧器３を介して送電系統Ｌに連繋され
ている。主変圧器３は、基準の変圧比の他にいくつかの
変圧比に対応したタップ（例えば２０個程度）持ち、タ
ップ切換指令に基づき通電状態で変圧比を変えられる負
荷時タップ切換手段付きのいわゆる負荷時電圧調整変圧
器（ＬＲＴ）である。

【００１４】４は発電機１の運転力率を設定値PFgrに維
持するために必要な発電機電圧Vgの値を自動的に設定す
る応答時間の短い力率調整装置である。この力率調整装
置４は、設定値として発電機１の運転力率設定値PFgr
（例えば８５％）が与えられる一方、力率検出入力とし
て計器用変流器ＣＴからの発電機電流検出信号と計器用
変圧器ＰＴからの発電機電圧検出信号とが入力され、出
力として発電機電圧設定信号が自動電圧調整装置５に与
えられるようになっている。

【００１５】５は発電機１の界磁電流を操作して発電機
電圧が力率調整装置４で設定された値になるよう自動制
御する自動電圧調整装置である。この自動電圧調整装置
５は、計器用変圧器ＰＴからの発電機電圧検出信号をフ
ィードバックすることにより発電機電圧Vgが力率調整装
置４で設定された設定電圧になるように発電機１の励磁
装置２に界磁電流指令を与えるようになっている。自動
電圧調整装置５は、この例では図２に示すように、発電
機電圧設定値と発電機電圧検出値との差から界磁電流指
令を決めるときに比例・積分制御（ＰＩ制御）を行うＰ
Ｉコントローラ５ａを有しており、応答時間は通常１秒
以下である。

【００１６】前記の力率調整装置４及び自動電圧調整装
置５は、発電機１の運転力率が予め設定された設定値PF
grを維持するように発電機電圧Vgを調整する発電機電圧
制御手段を構成している。

【００１７】６は、計器用変圧器ＰＴからの発電機電圧
検出信号により発電機１の発電機電圧Vgを検出し、該発
電機電圧Vgが予め設定された後述する発電機電圧範囲Ｒ
を外れて所定時間t₀経過したときに、発電機電圧Vgをそ
の調整許容範囲に収まるようにすべく主変圧器３のタッ
プ切換手段にタップ切換指令を与える主変圧器タップ切
換制御装置（主変圧器タップ切換制御手段）である。こ
の例では、発電機電圧Vgの調整許容範囲が基準電圧±５
％であり、基準電圧プラス４．５％の電圧値を上限値RH
とし、基準電圧マイナス４．５％の電圧値を下限値RLと
する発電機電圧範囲Ｒを設定している（図４参照）。

【００１８】主変圧器タップ切換制御装置６は、この例
では図３に示すように、不感帯と比較とを組み合わせて
なる上限・下限信号発生回路６ａと２個のタイマー６
ｂ，６ｃを有している。上限・下限信号発生回路６ａ
は、計器用変圧器ＰＴからの発電機電圧検出信号が入力
され、発電機電圧Vgが前記上限値RHに達すると上限信号
をタイマー６ｂへ出力し、発電機電圧Vgが前記下限値RL
に達すると下限信号をタイマー６ｃへ出力する回路であ
る。前記上限信号を受けてタイマー６ｂは、所定時間t₀
（例えば２秒程度）経過したときに、主変圧器３のタッ
プ切換手段に、主変圧器３の変圧比が現在より大となる
ように（送電系統側電圧が高くなるように）タップを切
換えるタップ上げ指令を与えるようになっている。ま
た、前記下限信号を受けてタイマー６ｃは、前記所定時
間t₀経過したときに、主変圧器３のタップ切換手段に、
主変圧器３の変圧比が現在より小となるようにタップを
切換えるタップ下げ指令を与えるようになっている。こ
の遅れ時間t₀は、タップ切換制御の応答を発電機電圧制
御に比べて遅くすることにより、両制御が干渉すること
なく安定に動作するために設けている。

【００１９】次に、前記力率調整装置４、自動電圧調整
装置５及び主変圧器タップ切換制御装置６により構成さ
れる本例の力率制御装置の動作を、図４を参照しながら
説明する。ここでは、負荷変動に伴う発電機出力変更時
における発電機力率の制御について説明する。

【００２０】図４（ａ）の立上がりのように負荷が増え
て発電機出力を増加させた場合、発電機１の発電機電圧
Vgが固定では力率がその設定値PFgrより大きくなるの
で、力率調整装置４からの発電機電圧設定信号を受けて
自動電圧調整装置５は界磁電流を操作して発電機電圧Vg
を高くする。これにより発電機１の運転力率は設定値PF
grが一定に維持される。ところが、発電機電圧Vgには前
記の調整許容範囲があり、この範囲を外れると電圧調整
が困難になる。

【００２１】そのため、主変圧器タップ切換制御装置６
は、計器用変圧器ＰＴからの発電機電圧検出信号により
発電機電圧Vgを常時監視し、図４（ｂ）に示すように発
電機電圧Vgが前述した発電機電圧範囲Ｒの上限値RHを超
えて時間t₀経過したときに、負荷時タップ切換手段付き
主変圧器３にタップ上げ指令を与える。この指令によ
り、図４（ｃ）に示すように変圧比が現在より大となる
ように（送電系統側電圧が高くなるように）主変圧器３
のタップが切換わると、発電機電圧Vgが下がって調整許
容範囲に収まり、再び発電機電圧制御による力率を一定
にする調整が行われることになる。

【００２２】次に、負荷が減って発電機出力を減少させ
た場合、発電機１の運転力率を一定に保つために、力率
調整装置４からの発電機電圧設定信号を受けて自動電圧
調整装置５は発電機電圧Vgを低下させる。この発電機電
圧制御により発電機電圧Vgが負荷（発電機出力）の減少
に応じて次第に低下し、発電機電圧Vgが発電機電圧範囲
Ｒの下限値RLを超えて時間t₀経過したときに、タップ切
換制御装置６から主変圧器３へタップ下げ指令が与えら
れる。この指令により、変圧比が現在より小となるよう
に（送電系統側電圧が低くなるように）主変圧器３のタ
ップが切換わると、発電機電圧Vgが上昇して調整許容範
囲に収まり、再び発電機電圧制御による力率を一定にす
る調整が行われることになる。

【００２３】このように発電機電圧制御と、この発電機
電圧制御による発電機電圧の値を監視して発電機電圧Vg
が発電機１の電圧調整許容範囲に収まるように主変圧器
３のタップを自動切換する主変圧器タップ切換制御と
を、両制御が干渉しないようにタップ切換制御装置６に
発電機電圧Vgの短時間の電圧変化に対する時間遅れ要素
（時限要素）を設け、タップ切換制御の応答を発電機電
圧制御に比べて遅くするようにして組み合わせるという
簡単な構成により、両制御が干渉することなく安定に動
作して発電機１の運転力率を一定に維持することが実現
できる。なお、タップ切換制御の応答を遅くしているの
で、過剰にタップ切換が発生することがなくてタップ切
換手段付き主変圧器３の劣化が少なく、ひいてはその寿
命の延長を図れるという利点もある。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、発
電機の運転力率を一定に維持するように発電機電圧を自
動調整する制御と、この発電機電圧制御による発電機電
圧が発電機の電圧調整許容範囲に収まるようにすべく主
変圧器のタップを自動切換する主変圧器タップ切換制御
とを、両制御が干渉しないように主変圧器タップ切換制
御手段に時限要素を設け、主変圧器タップ切換制御の応
答を発電機電圧制御に比べて遅くするようにして組み合
わせるという簡単な構成により、両制御が干渉すること
なく安定に動作して発電機の運転力率を一定に維持する
ことができ、これにより構成が簡単で安価な、発電所の
力率制御装置を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自家用発電所の力率制御装置の概
要図である。

【図２】図１の自動電圧調整装置（ＡＶＲ装置）の構成
を示すブロック図である。

【図３】図１のタップ切換制御装置の構成を示すブロッ
ク図である。

【図４】本発明による力率制御装置の動作を説明するた
めの図である。

【符号の説明】

１…発電機 ２…発電機の励磁装置 ３…主変圧器 ４
…力率調整装置 ５…自動電圧調整装置 ５ａ…ＰＩコ
ントローラ ６…主変圧器タップ切換制御装置 ６ａ…上限・下限信号発生回路 ６ｂ，６ｃ…タイマー
ＣＴ…計器用変流器 ＰＴ…計器用変圧器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 負荷時タップ切換手段を有する昇圧用の
   主変圧器を介して発電機が送電系統に連繋される発電所
   において、 前記発電機の運転力率が予め設定された設定値を維持す
   るように該発電機の発電機電圧を調整する発電機電圧制
   御手段と、前記発電機の発電機電圧を監視し、前記発電
   機電圧制御手段による発電機電圧が予め設定された範囲
   を外れて所定時間経過したときに、発電機電圧が前記発
   電機の発電機電圧調整許容範囲に収まるように前記負荷
   時タップ切換手段にタップ切換指令を与える主変圧器タ
   ップ切換制御手段とを備えたことを特徴とする発電所の
   力率制御装置。