JPWO2005101607A1 - 周波数低下時負荷遮断装置 - Google Patents
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Abstract
電力系統の系統周波数が低下したとき系統周波数を所定範囲内に戻して電力系統を安定に運用するための周波数低下時負荷遮断装置である。周波数低下レベル判定部は、電力系統の発電電力不足に伴う系統周波数の低下時に系統周波数の周波数低下レベルを判定し、負荷遮断部は、周波数低下レベル判定部で判定された周波数低下レベルのいずれかに系統周波数が滞留するときはその滞留時間に基づいて予め定められた負荷を順次遮断し、その際に系統周波数が滞留する周波数低下レベルが大きいときは多くの負荷を早く遮断する。
Description
本発明は、電力系統の系統周波数が低下したとき系統周波数を所定範囲内に戻して電力系統を安定に運用するための周波数低下時負荷遮断装置に関する。
一般に、電力系統には複数の発電機が接続され、発電機で発電した電力を送電線を経由して負荷に供給するようにしている。電力系統の系統電圧は送電線の電圧階級によりそれぞれ所定範囲内になるように運用され、また、系統周波数も所定範囲になるように運用されている。電力系統に接続される発電機は系統周波数と同期して端子電圧が所定電圧になるように運転される。
このような電力系統において、負荷が増減した場合は系統電圧や系統周波数が変動するので、発電機の出力を増減して系統電圧や系統周波数を所定範囲になるように調整している。また、発電機の出力の調整だけでは系統周波数を所定範囲内に維持できない場合、例えば、系統周波数が大幅に低下した場合には予め定められた一部の負荷を遮断し、逆に、系統周波数が大幅に上昇した場合には発電機を電力系統から解列して、電力系統全体の系統周波数を所定範囲に維持するようにしている。
ここで、系統周波数の低下時の負荷遮断は、予め複数段の制限値を設けておき、系統周波数が第１段の制限値未満となったときに予め定めた一部の負荷を遮断し、それでも系統周波数がさらに低下したときは、順次、各段の制限値未満となる度に負荷をさらに追加して遮断していくようにしている。
ところが、負荷を順次遮断したとしても系統周波数が所定の許容範囲まで回復しないことがある。これは、負荷遮断する負荷量が電力系統全体として不足している発電量と一致しない場合に発生する。ある電力系統が連繋から切り離されて単独系統となった場合に、その単独系統の電力系統でこのような現象が発生し易い。例えば、所定の系統周波数が５０Ｈｚの電力系統において、第１段の制限値が４８．８Ｈｚ、第２段の制限値が４８．５Ｈｚ、第３の制限値が４８．０Ｈｚであり、各段毎にその電力系統全体負荷の１０％遮断するものとする。この場合、系統周波数が各段の制限値４８．８Ｈｚ、４８．５Ｈｚ、４８．０Ｈｚ未満となる度に１０％負荷が順次遮断されることになる。
例えば、電力系統全体として不足している発電電力が全体負荷の２７％であり、系統周波数が第２段の制限値未満となったが第３段の制限値以上である場合には、２０％負荷が遮断された状態で負荷遮断は行われなくなるので、７％の負荷が多く接続された状態である。そのため、所定の系統周波数である５０Ｈｚまでは回復しないことがある。
本発明の目的は、発電電力不足に伴う系統周波数の低下時に系統周波数の回復度合に応じて負荷を遮断し、系統周波数を所定の範囲内に回復させることができる周波数低下時負荷遮断装置を提供することである。
このような電力系統において、負荷が増減した場合は系統電圧や系統周波数が変動するので、発電機の出力を増減して系統電圧や系統周波数を所定範囲になるように調整している。また、発電機の出力の調整だけでは系統周波数を所定範囲内に維持できない場合、例えば、系統周波数が大幅に低下した場合には予め定められた一部の負荷を遮断し、逆に、系統周波数が大幅に上昇した場合には発電機を電力系統から解列して、電力系統全体の系統周波数を所定範囲に維持するようにしている。
ここで、系統周波数の低下時の負荷遮断は、予め複数段の制限値を設けておき、系統周波数が第１段の制限値未満となったときに予め定めた一部の負荷を遮断し、それでも系統周波数がさらに低下したときは、順次、各段の制限値未満となる度に負荷をさらに追加して遮断していくようにしている。
ところが、負荷を順次遮断したとしても系統周波数が所定の許容範囲まで回復しないことがある。これは、負荷遮断する負荷量が電力系統全体として不足している発電量と一致しない場合に発生する。ある電力系統が連繋から切り離されて単独系統となった場合に、その単独系統の電力系統でこのような現象が発生し易い。例えば、所定の系統周波数が５０Ｈｚの電力系統において、第１段の制限値が４８．８Ｈｚ、第２段の制限値が４８．５Ｈｚ、第３の制限値が４８．０Ｈｚであり、各段毎にその電力系統全体負荷の１０％遮断するものとする。この場合、系統周波数が各段の制限値４８．８Ｈｚ、４８．５Ｈｚ、４８．０Ｈｚ未満となる度に１０％負荷が順次遮断されることになる。
例えば、電力系統全体として不足している発電電力が全体負荷の２７％であり、系統周波数が第２段の制限値未満となったが第３段の制限値以上である場合には、２０％負荷が遮断された状態で負荷遮断は行われなくなるので、７％の負荷が多く接続された状態である。そのため、所定の系統周波数である５０Ｈｚまでは回復しないことがある。
本発明の目的は、発電電力不足に伴う系統周波数の低下時に系統周波数の回復度合に応じて負荷を遮断し、系統周波数を所定の範囲内に回復させることができる周波数低下時負荷遮断装置を提供することである。
本発明の周波数低下時負荷遮断装置は、電力系統の系統周波数が低下したとき系統周波数を所定範囲内に戻して電力系統を安定に運用するための周波数低下時負荷遮断装置において、電力系統の発電電力不足に伴う系統周波数の低下時に系統周波数の周波数低下レベルを判定する周波数低下レベル判定部と、周波数低下レベル判定部で判定された周波数低下レベルのいずれかに系統周波数が滞留するときはその滞留時間に基づいて予め定められた負荷を順次遮断し、その際に系統周波数が滞留する周波数低下レベルが大きいときは多くの負荷を早く遮断する負荷遮断部とを備えたことを特徴とする。
好ましくは、系統周波数が所定値以下となったときは、その所定値以下の所定範囲内における系統周波数の低下率を判定する周波数低下率判定部を設け、負荷遮断部は周波数低下率判定部で判定された所定範囲内での系統周波数の低下率が大きいほど多くの負荷を遮断するように構成する。
また、周波数低下率判定部の所定値以下の所定範囲として複数の所定範囲を用意し、周波数低下率判定部は、各々の所定範囲内における系統周波数の低下率を判定し、負荷遮断部は周波数低下率判定部で判定された各々の所定範囲内の系統周波数の低下率が大きいほど多くの負荷を遮断するように構成する。
好ましくは、系統周波数が所定値以下となったときは、その所定値以下の所定範囲内における系統周波数の低下率を判定する周波数低下率判定部を設け、負荷遮断部は周波数低下率判定部で判定された所定範囲内での系統周波数の低下率が大きいほど多くの負荷を遮断するように構成する。
また、周波数低下率判定部の所定値以下の所定範囲として複数の所定範囲を用意し、周波数低下率判定部は、各々の所定範囲内における系統周波数の低下率を判定し、負荷遮断部は周波数低下率判定部で判定された各々の所定範囲内の系統周波数の低下率が大きいほど多くの負荷を遮断するように構成する。
第１図は、本発明の実施の形態に係わる周波数低下時負荷遮断装置を電力系統に適用した場合のシステム構成図である。
第２図は、本発明の第１の実施の形態に係わるＡ変電所用周波数低下時負荷遮断装置のブロック構成図である。
第３図は、本発明の第１の実施の形態に係わるＡ変電所用周波数低下時負荷遮断装置により、発電電力不足に伴う系統周波数の低下時に系統周波数が滞留する周波数低下レベルおよび滞留時間に応じて負荷遮断する負荷量の説明図である。
第４図は、本発明の第１の実施の形態に係わる周波数低下時負荷遮断装置での負荷遮断対象となる負荷への負荷遮断指令の割り付けの説明図である。
第５図は、本発明の第１の実施の形態における負荷遮断部のＡ変電所用負荷遮断部の回路構成図である。
第６図は、本発明の第２の実施の形態に係わるＡ変電所用周波数低下時負荷遮断装置のブロック構成図である。
第７図は、本発明の第１の実施の形態に係わる周波数低下時負荷遮断装置により、発電電力不足に伴う系統周波数の低下時に系統周波数の低下率に応じて負荷遮断する負荷量の説明図である。
第８図は、本発明の第２の実施の形態に係わる周波数低下時負荷遮断装置での負荷遮断対象となる負荷への負荷遮断指令の割り付けの説明図である。
第９図は、本発明の第２の実施の形態における負荷遮断部のＡ変電所用負荷遮断部の回路構成図である。
第１０図は、本発明の第３の実施の形態に係わるＡ変電所用周波数低下時負荷遮断装置のブロック構成図である。
第１１図は、本発明の第３の実施の形態における発電電力不足に伴う系統周波数の低下時に系統周波数の低下率に応じて負荷遮断する負荷量の説明図である。
第１２図は、本発明の第３の実施の形態における負荷遮断対象となる負荷への負荷遮断指令の割り付けの説明図である。
第１３図は、本発明の第３の実施の形態における負荷遮断部のＡ変電所用負荷遮断部２７の回路構成図である。
第２図は、本発明の第１の実施の形態に係わるＡ変電所用周波数低下時負荷遮断装置のブロック構成図である。
第３図は、本発明の第１の実施の形態に係わるＡ変電所用周波数低下時負荷遮断装置により、発電電力不足に伴う系統周波数の低下時に系統周波数が滞留する周波数低下レベルおよび滞留時間に応じて負荷遮断する負荷量の説明図である。
第４図は、本発明の第１の実施の形態に係わる周波数低下時負荷遮断装置での負荷遮断対象となる負荷への負荷遮断指令の割り付けの説明図である。
第５図は、本発明の第１の実施の形態における負荷遮断部のＡ変電所用負荷遮断部の回路構成図である。
第６図は、本発明の第２の実施の形態に係わるＡ変電所用周波数低下時負荷遮断装置のブロック構成図である。
第７図は、本発明の第１の実施の形態に係わる周波数低下時負荷遮断装置により、発電電力不足に伴う系統周波数の低下時に系統周波数の低下率に応じて負荷遮断する負荷量の説明図である。
第８図は、本発明の第２の実施の形態に係わる周波数低下時負荷遮断装置での負荷遮断対象となる負荷への負荷遮断指令の割り付けの説明図である。
第９図は、本発明の第２の実施の形態における負荷遮断部のＡ変電所用負荷遮断部の回路構成図である。
第１０図は、本発明の第３の実施の形態に係わるＡ変電所用周波数低下時負荷遮断装置のブロック構成図である。
第１１図は、本発明の第３の実施の形態における発電電力不足に伴う系統周波数の低下時に系統周波数の低下率に応じて負荷遮断する負荷量の説明図である。
第１２図は、本発明の第３の実施の形態における負荷遮断対象となる負荷への負荷遮断指令の割り付けの説明図である。
第１３図は、本発明の第３の実施の形態における負荷遮断部のＡ変電所用負荷遮断部２７の回路構成図である。
以下、本発明の実施の形態を説明する。第１図は、本発明の実施の形態に係わる周波数低下時負荷遮断装置を電力系統に適用した場合のシステム構成図である。本発明の周波数低下時負荷遮断装置１１ａ〜１１ｄは、複数の系統母線が複数のネットワーク送電線で連繋された電力系統に適用される。第１図ではある電力系統１２を示しており、電力系統１２はネットワーク送電線１３ａ〜１３ｃにより他の電力系統に接続され、全体としてネットワーク状の電力系統が形成されている。
電力系統１２には複数の発電機および複数の変電所が接続されており、複数の発電機で発電された電力は、複数の変電所内の１台または複数台の変圧器を介して負荷に供給される。第１図では、発電機の図示は省略しており、また、４個の変電所１４ａ〜１４ｄが接続され、各々の変電所１４ａ〜１４ｄにはそれぞれ１台の変圧器１５ａ〜１５ｄが設けられた場合を示している。
変電所１４ａの変圧器１５ａは、母線１８ａに接続されるフィーダ線１６ａ１〜１６ａｉから遮断器１７ａ１〜１７ａｉを介して各々の負荷Ａ１〜Ａｉに電力を供給する。同様に、変電所１４ｂの変圧器１５ｂは、母線１８ｂに接続されるフィーダ線１６ｂ１〜１６ｂｊから遮断器１７ｂ１〜１７ｂｊを介して各々の負荷Ｂ１〜Ｂｊに電力を供給し、変電所１４ｃの変圧器１５ｃは、母線１８ｃに接続されるフィーダ線１６ｃ１〜１６ｃｋから遮断器１７ｃ１〜１７ｃｋを介して各々の負荷Ｃ１〜Ｃｋに電力を供給し、変電所１４ｄの変圧器１５ｄは、母線１８ｄに接続されるフィーダ線１６ｄ１〜１６ｄｍから遮断器１７ｄ１〜１７ｄｍを介して各々の負荷Ｄ１〜Ｄｍに電力を供給する。
また、母線１８ａ〜１８ｄにはそれぞれ電圧変成器３８ａ〜３８ｄが設けられ電圧変成器３８ａ〜３８ｄにより母線１８ａ〜１８ｄの電圧Ｖ１ａ〜Ｖ１ｄが検出される。電圧変成器３８ａ〜３８ｄで検出された電圧Ｖ１ａ〜Ｖ１ｄはそれぞれ周波数低下時負荷遮断装置１１ａ〜１１ｄに入力される。
周波数低下時負荷遮断装置１１ａ〜１１ｄは、電力系統１２の発電電力不足に伴う系統周波数の低下時に負荷を遮断して系統周波数を所定範囲内に戻し電力系統を安定に運用するものである。各々の変電所１４ａ〜１４ｄの周波数低下時負荷遮断装置１１ａ〜１１ｄは同一の構成であるので、以下、変電所１４ａの周波数低下時負荷遮断装置１１ａについて説明する。周波数低下時負荷遮断装置１１ａは、電圧変成器３８ａで検出された電圧Ｖ１ａを入力し系統周波数を求める入力処理部１９ａと、入力処理部１９ａで得られた系統周波数に基づいて系統周波数の周波数低下レベルを判定する周波数低下レベル判定部２０ａと、変電所１４ａの各々の遮断器１７ａ１〜１７ａｉを選択して負荷遮断指令ａを出力する負荷遮断部２１ａとから構成されている。
第２図は、本発明の第１の実施の形態に係わる周波数低下時負荷遮断装置１１ａのブロック構成図である。入力処理部１９ａは電圧変成器３８ａで検出された電圧Ｖ１ａを入力し、その電圧Ｖ１ａの周波数ｆを求めるとともに電圧値Ｖａを求め周波数低下レベル判定部２０ａに出力する。
周波数低下レベル判定部２０ａは、系統周波数ｆが第１のレベル範囲内にあるか否かを判定し第１のレベル範囲内にあるとき論理値「１」を出力する第１のレベル判定部２２ａと、系統周波数ｆが第２のレベル範囲内にあるか否かを判定し第２のレベル範囲内にあるとき論理値「１」を出力する第２のレベル判定部２３ａと、電圧Ｖ１ａの電圧値Ｖａが所定値以下であるとき論理値「１」を出力する不足電圧継電装置２４ａと、第１のレベル判定部２２ａの出力が論理値「１」かつ不足電圧継電装置２４ａの出力が論理値「０」のとき論理値「１」を出力する第１のアンド回路２５ａと、第２のレベル判定部２３ａの出力が論理値「１」かつ不足電圧継電装置２４ａの出力が論理値「０」のとき論理値「１」を出力する第２のアンド回路２６ａとから構成されている。
周波数低下レベル判定部２０ａの第１のレベル判定部２２ａは、入力処理部１９ａから系統周波数ｆを入力すると、系統周波数ｆが第１のレベル範囲内にあるか否かを判定する。同様に、周波数低下レベル判定部２０ａの第２のレベル判定部２３ａは、入力処理部１９ａから系統周波数ｆを入力すると、系統周波数ｆが第２のレベル範囲内にあるか否かを判定する。
例えば、所定の系統周波数が５０Ｈｚの電力系統において、第１のレベル範囲として、４８．５Ｈｚ未満が設定され、第２のレベル範囲として、４８．０Ｈｚ未満が設定され、入力した系統周波数ｆが４８．４Ｈｚであったとすると、入力した系統周波数ｆ（ｆ＝４８．４Ｈｚ）は第１のレベル範囲内であるので、第１のレベル判定部２２ａは論理値「１」を出力し、第２のレベル判定部２３ａは論理値「０」を出力することになる。また、入力した系統周波数ｆが４７．８Ｈｚであったとすると、入力した系統周波数ｆ（ｆ＝４７．８Ｈｚ）は第１のレベル範囲および第２のレベル範囲内であるので、第１のレベル判定部２２ａおよび第２のレベル判定部２３ａは論理値「１」を出力することになる。
不足電圧継電装置２４ａは、電圧Ｖ１ａの電圧値Ｖａが所定値以下であるとき論理値「１」を出力するものである。不足電圧継電装置２４ａを設けているのは、脱調による系統周波数ｆの低下現象と、電力系統１２の発電電力不足による系統周波数ｆの低下現象とを識別するためであり、脱調による系統周波数ｆの低下現象のときには負荷遮断を行わないようにするためである。
第１のアンド回路２５ａは、第１のレベル判定部２２ａの出力が論理値「１」かつ不足電圧継電装置２４ａの出力が論理値「０」のとき論理値「１」を出力するものである。すなわち、脱調による系統周波数ｆの低下現象ではなく、系統周波数ｆが第１のレベル範囲内にある場合に論理値「１」を出力する。同様に、第２のアンド回路２６ａは、第２のレベル判定部２３ａの出力が論理値「１」かつ不足電圧継電装置２４ａの出力が論理値「０」のとき論理値「１」を出力するものである。すなわち、脱調による系統周波数ｆの低下現象ではなく、系統周波数ｆが第２のレベル範囲内にある場合に論理値「１」を出力する。
第１のアンド回路２５ａの出力信号は第１のレベル判定信号Ｌ１ａとして、また、第２のアンド回路２６ａの出力信号は第２のレベル判定信号Ｌ２ａとして負荷遮断部２１ａに出力される。負荷遮断部２１ａは、変電所１４ａの各々の遮断器１７ａ１〜１７ａｉを選択して負荷遮断指令ａを出力するものである。負荷遮断部２１ａは、変電所１４ａの負荷Ａ１〜Ａ４に負荷遮断指令ａ１〜ａ４を出力するＡ変電所用負荷遮断部２７ａから構成されている。
Ａ変電所用負荷遮断部２７ａは、第１のレベル判定信号Ｌ１ａおよび第２のレベル判定信号Ｌ２ａを入力し、第１のレベル判定信号Ｌ１ａの論理値「１」が所定時間継続したとき、または第２のレベル判定信号Ｌ２ａの論理値「１」が所定時間継続したときに、負荷Ａ１〜Ａ４のうち予め定められた負荷を選択して遮断器１７ａ１〜１７ａ４に負荷遮断指令ａ１〜ａ４を出力する。
図示は省略するが変電所１４ｂの負荷遮断部２１ｂにおけるＢ変電所用負荷遮断部２７ｂ、変電所１４ｃの負荷遮断部２１ｃにおけるＣ変電所用負荷遮断部２７ｃ、変電所１４ｄの負荷遮断部２１ｄにおけるＤ変電所用負荷遮断部２７ｄについても同様に、第１のレベル判定信号Ｌ１ｂ〜Ｌ１ｄおよび第２のレベル判定信号Ｌ２ｂ〜Ｌ２ｄを入力し、第１のレベル判定信号Ｌ１ｂ〜Ｌ１ｄの論理値「１」が所定時間継続したとき、または第２のレベル判定信号Ｌ２ｂ〜Ｌ２ｄの論理値「１」が所定時間継続したときに、負荷Ｂ１〜Ｂ４、負荷Ｃ１〜Ｃ４、負荷Ｄ１〜Ｄ４のうち予め定められた負荷を選択して、遮断器１７ｂ１〜１７ｂ４、遮断器１７ｃ１〜１７ｃ４、遮断器１７ｄ１〜１７ｄ４に、負荷遮断指令ｂ１〜ｂ４、負荷遮断指令ｃ１〜ｃ４、負荷遮断指令ｄ１〜ｄ４を出力する。
ここで、電力系統１２の発電電力不足に伴う系統周波数の低下時に、系統周波数の回復のために遮断する最大負荷量は、電力系統の運用条件や系統分離点に応じて変化する電力系統１２の発電電力不足率が最大３２％程度と想定される場合に、電力系統の全負荷の３２％を遮断すれば必ず回復するとの想定に基づくものである。また、１回の負荷遮断は電力系統の全体負荷の４％ずつ遮断していくものする。
さらに、説明の便宜上、変電所１４ａ〜１４ｄの負荷遮断対象となる負荷は、負荷Ａ１〜Ａ４、負荷Ｂ１〜Ｂ４、負荷Ｃ１〜Ｃ４、負荷Ｄ１〜Ｄ４とし、それぞれフィーダ１６ａ１〜１６ａ４、フィーダ１６ｂ１〜１６ｂ４、フィーダ１６ｃ１〜１６ｃ４、フィーダ１６ｄ１〜１６ｄ４に接続された負荷であり、それぞれ２％負荷であるとする。従って、これらの合計は電力系統の全負荷の３２％となる。
第３図は、以上の条件下で系統周波数の低下時に系統周波数が滞留する周波数低下レベルおよび滞留時間に応じて負荷遮断する負荷量の説明図である。第３図では、第１のレベル判定部２２ａ〜２２ｄにおける第１のレベル範囲として、４８．５Ｈｚ未満が設定され、第２のレベル判定部２３ａ〜２３ｄにおける第２のレベル範囲として、４８．０Ｈｚ未満が設定されている場合を示している。
系統周波数ｆが第１のレベル範囲（４８．５Ｈｚ未満）に入ると、第１のレベル信号Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄが論理値「１」となり、系統周波数ｆが第２のレベル範囲（４８．０Ｈｚ未満）に入ると、第２のレベル信号Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄも論理値「１」となる。そして、系統周波数ｆが第１のレベル範囲または第２のレベル範囲で所定時限以上に亘って滞留するときはその滞留時間に基づいて予め定められた負荷を順次遮断する。
例えば、系統周波数ｆが第１のレベル範囲（４８．５Ｈｚ未満）かつ第２のレベル範囲（４８．０Ｈｚ未満）超の場合で０．５秒以上滞留すると４％の負荷を遮断する。そして、４％の負荷を遮断しても系統周波数ｆが依然として第１のレベル範囲（４８．５Ｈｚ未満）かつ第２のレベル範囲（４８．０Ｈｚ未満）超に滞留しているときは、１．０秒後に４％の負荷を追加して遮断する。以下同様に、系統周波数ｆが依然として第１のレベル範囲（４８．５Ｈｚ未満）かつ第２のレベル範囲（４８．０Ｈｚ未満）超に滞留しているときは、１秒おきに４％の負荷を追加遮断していく。最終的には、系統周波数ｆが第１のレベル範囲（４８．５Ｈｚ未満）かつ第２のレベル範囲（４８．０Ｈｚ未満）超に７秒間に亘って滞留したときに電力系統の全負荷の３２％を遮断することになる。
前述したように、以上の説明の一例では電力系統の発電電力不足率を３２％と想定し系統周波数の低下は、電力系統の全負荷の３２％を遮断すれば必ず回復すると想定しているので、遮断する負荷は電力系統の全負荷の３２％としている。万一、発電電力不足率が３２％以上となった場合には電力系統の全負荷の３２％の負荷を遮断しても系統周波数が回復できなくなるので、電力系統１２の発電電力不足率の最大値の想定は、電力系統の安定した運転状態の維持を図る上で重要である。
系統周波数ｆが第２のレベル範囲（４８．０Ｈｚ未満）となったときは、最初は短い所定時限０．２秒以上滞留すると、一挙に８％の負荷を遮断する。そして、８％の負荷を遮断しても系統周波数ｆが依然として第２のレベル範囲（４８．０Ｈｚ未満）に滞留しているときは、０．５秒後に８％の負荷を追加して遮断する。さらに、系統周波数ｆが依然として第２のレベル範囲（４８．０Ｈｚ未満）に滞留しているときは、１秒おきに４％の負荷を追加遮断していく。最終的には、系統周波数ｆが第２のレベル範囲（４８．０Ｈｚ未満）に４秒間に亘って滞留したときに電力系統の全負荷の３２％を遮断することになる。このように、系統周波数ｆが滞留する周波数低下レベルが大きいとき（第２のレベル範囲のとき）は系統周波数ｆが滞留する初期の時間帯では多くの負荷（８％負荷）を早く（０．２秒で）遮断する。
なお、系統周波数ｆが第２のレベル範囲（４８．０Ｈｚ未満）となり、その後、第１のレベル範囲（４８．５Ｈｚ未満）かつ第２のレベル範囲（４８．０Ｈｚ未満）超になったときは、第１のレベル範囲（４８．５Ｈｚ未満）で順次負荷遮断を行うことになる。そして、第１のレベル範囲（４８．５Ｈｚ未満）超になったときは、負荷遮断は終了する。
第４図は、負荷遮断対象となる負荷への負荷遮断指令の割り付けの説明図である。すなわち、変電所１４ａ〜１４ｄの負荷遮断対象となる負荷Ａ１〜Ａ４、負荷Ｂ１〜Ｂ４、負荷Ｃ１〜Ｃ４、負荷Ｄ１〜Ｄ４に対し、時限を加味した第１のレベル信号Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄおよび第２のレベル信号Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの割り付けの説明図である。第４図中の例えばＬ１ａ（０．５）は、第１のレベル信号Ｌ１ａが０．５秒以上継続したときに遮断指令が出力されることを意味し、Ｌ２ａ（０．２）は第２のレベル信号Ｌ２ａが０．２秒以上継続したときに遮断指令が出力されることを意味している。従って、変電所１４ａの負荷Ａ１は、第１のレベル信号Ｌ１ａが０．５秒以上継続したとき、または第２のレベル信号Ｌ２ａが０．２秒以上継続したときに遮断される。
以下、同様に、変電所１４ａ〜１４ｄの負荷遮断対象となる負荷Ａ１〜Ａ４、負荷Ｂ１〜Ｂ４、負荷Ｃ１〜Ｃ４、負荷Ｄ１〜Ｄ４に対して、時限を加味した第１のレベル信号Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄおよび第２のレベル信号Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが割り付けられる。前述したように、各々のフィーダ１６ａ１〜１６ａ４、フィーダ１６ｂ１〜１６ｂ４、フィーダ１６ｃ１〜１６ｃ４、フィーダ１６ｄ１〜１６ｄ４には、それぞれ２％負荷が接続されているので、系統周波数ｆの回復のために遮断される最大負荷量は３２％となる。
次に、第５図は第１の実施の形態における負荷遮断部のＡ変電所用負荷遮断部２７ａの回路構成図である。Ａ変電所用負荷遮断部２７ａは、それぞれ所定の時限を有するタイマＴ１〜Ｔ８と、タイマＴ１〜Ｔ８のうちの二つの出力の論理和を演算するオア回路ＯＲ１〜ＯＲ４とから構成されている。タイマＴ１〜Ｔ８およびオア回路ＯＲ１〜ＯＲ４により、第４図に示した負荷遮断対象となる負荷への負荷遮断指令ａ１〜ａ４の割り付けを実現している。
例えば、系統周波数ｆが第１のレベル範囲（４８．５Ｈｚ未満）かつ第２のレベル範囲（４８．０Ｈｚ未満）超に入り、第１のレベル信号Ｌ１ａが論理値「１」になったとする。そうすると、タイマＴ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ７がそれぞれ自己の時限をカウントし始め、第１のレベル信号Ｌ１ａが論理値「１」を０．５秒継続したとすると、タイマＴ１が論理値「１」をオア回路ＯＲ１に出力する。これにより、オア回路ＯＲ１から負荷遮断指令ａ１が遮断器１７ａ１に出力され負荷Ａ１が遮断される。
負荷Ａ１を遮断しても系統周波数ｆが依然として第１のレベル範囲（４８．５Ｈｚ未満）かつ第２のレベル範囲（４８．０Ｈｚ未満）超に滞留しており、第１のレベル信号Ｌ１ａが論理値「１」を２．０秒継続したとすると、タイマＴ３が論理値「１」をオア回路ＯＲ２に出力する。これにより、オア回路ＯＲ２から負荷遮断指令ａ２が遮断器１７ａ２に出力され負荷Ａ２が遮断される。以下、同様に、第１のレベル信号Ｌ１ａが論理値「１」を４．０秒継続したとすると、タイマＴ５が論理値「１」をオア回路ＯＲ３に出力し、オア回路ＯＲ３から負荷遮断指令ａ３が遮断器１７ａ３に出力され負荷Ａ３が遮断される。さらに、第１のレベル信号Ｌ１ａが論理値「１」を６．０秒継続したとすると、タイマＴ７が論理値「１」をオア回路ＯＲ４に出力し、オア回路ＯＲ４から負荷遮断指令ａ４が遮断器１７ａ４に出力され負荷Ａ４が遮断される。
系統周波数ｆが第２のレベル範囲（４８．０Ｈｚ未満）に入り、第２のレベル信号Ｌ２ａが論理値「１」になった場合も同様に、系統周波数ｆが第２のレベル範囲（４８．０Ｈｚ未満）を維持する限りは、順次タイマＴ２、Ｔ４、Ｔ６、Ｔ８が論理値「１」をオア回路ＯＲ１〜ＯＲ４に出力し、オア回路ＯＲ１〜ＯＲ４から負荷遮断指令ａ１〜ａ４が遮断器１７ａ１〜１７ａ４に出力され負荷Ａ１〜Ａ４が遮断される。
Ｂ変電所用負荷遮断部２７ｂ、Ｃ変電所用負荷遮断部２７ｃ、Ｄ変電所用負荷遮断部２７ｄについても同様に、それぞれ所定の時限を有する８個のタイマと、８個のタイマのうちの二つの出力の論理和を演算する４個のオア回路とから構成され、８個のタイマおよび４個のオア回路により、第４図に示した負荷遮断対象となる負荷Ｂ１〜Ｂ４、負荷Ｃ１〜Ｃ４、負荷Ｄ１〜Ｄ４への負荷遮断指令ｂ１〜ｂ４、負荷遮断指令ｃ１〜ｃ４、負荷遮断指令ｄ１〜ｄ４の割り付けを実現している。
以上の説明では、電力系統の全負荷の３２％を遮断すれば系統周波数ｆは回復すると想定し、発電電力不足に伴う系統周波数低下の際には最大で電力系統の全負荷の３２％を遮断するようにしたが、電力系統の全負荷の３２％以上としてもよいし３２％以下としてもよい。電力系統の運用条件や系統分離点に応じて変化する発電電力不足率の最大値の想定に応じて設定することになる。また、１回あたりに遮断する負荷量は４％負荷としたが、さらに細かく３％負荷や２％負荷としてもよい。また、周波数レベル範囲を第１のレベル範囲、第２のレベル範囲の２段階としたが、さらに多数のレベル範囲を設けてもよい。その場合には、さらにきめ細かく系統周波数を回復させることができる。
第１の実施の形態によれば、周波数低下レベル判定部２０ａ〜２０ｄで判定された周波数低下レベルのいずれかに系統周波数が滞留するときは、負荷遮断部２１ａ〜２１ｄは、その滞留時間に基づいて予め定められた負荷を順次遮断するので、系統周波数の回復度合に応じて負荷を遮断することになり、系統周波数を所定の範囲内に回復させることができる。また、系統周波数が滞留する周波数低下レベルが大きいときは、系統周波数が滞留する初期の時間帯では多くの負荷を早く遮断するので、系統周波数の回復が迅速に行える。
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。第６図は、本発明の第２の実施の形態に係わる周波数低下時負荷遮断装置１１ａのブロック構成図である。この第２の実施の形態は、図２に示した第１の実施の形態に対し、周波数低下率判定部３１ａを追加して設けたものである。図２と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
周波数低下率判定部３１ａは、発電電力不足に伴う系統周波数の低下時に系統周波数ｆが所定値以下となったときはその所定値以下の所定範囲内における系統周波数の低下率を判定するものであり、所定値以下の所定範囲内における系統周波数の低下率を判定する低下率判定部３２ａと、電圧が所定値以下であるとき論理値「１」を出力する不足電圧継電装置３３ａと、低下率判定部３２ａの出力が論理値「１」かつ不足電圧継電装置３３ａの出力が論理値「０」のとき論理値「１」を出力する第３のアンド回路３４ａとから構成されている。
低下率判定部３２ａは、入力した系統周波数ｆが所定範囲の上限値以下となってから所定範囲の下限値まで低下する時間を測定し、その時間が予め定めた複数個の制限値のいずれかの制限値以下となったときは、その制限値に対応する出力信号を論理値「１」として出力する。すなわち、低下率判定部３２ａは複数個の制限値に対応して低下率に応じた複数種類の出力信号を出力する。
例えば、所定の系統周波数が５０Ｈｚの電力系統において、所定範囲の上限値として４８．８Ｈｚが設定され、所定範囲の下限値として４８．０Ｈｚが設定され、また、複数個の制限値として、第１の制限値０．４ｓ、第２の制限値０．５ｓ、第３の制限値１．０ｓ、第４の制限値２．０ｓが設定されているとし、入力した系統周波数ｆが所定範囲の上限値（４８．８Ｈｚ）以下となってから所定範囲の下限値（４８．０Ｈｚ）まで低下する時間が０．６ｓであったとすると、第３の制限値１．０ｓ以下であり第２の制限値０．５ｓを越えているので、第３の制限値１．０ｓに対応する出力信号を論理値「１」として出力する。
不足電圧継電装置３３ａは、電圧Ｖ１ａの電圧値Ｖａが所定値以下であるとき論理値「１」を出力するものである。不足電圧継電装置３３ａを設けているのは、脱調による系統周波数ｆの低下現象と、電力系統１２の発電電力不足による系統周波数ｆの低下現象とを識別するためであり、脱調による系統周波数ｆの低下現象のときには負荷遮断を行わないようにするためである。
第３のアンド回路３４ａは、低下率判定部３２ａの出力が論理値「１」かつ不足電圧継電装置３３ａの出力が論理値「０」のとき論理値「１」を出力するものである。すなわち、脱調による系統周波数ｆの低下現象ではなく、系統周波数ｆの低下率が複数個の制限値のいずれかの制限値以下となったときに、その制限値に対応する出力信号を論理値「１」として出力する。
第１のアンド回路２５ａの出力信号は第１のレベル判定信号Ｌ１ａとして、第２のアンド回路２６ａの出力信号は第２のレベル判定信号Ｌ２ａとして、また、第３のアンド回路３４ａの出力信号は低下率判定信号Ｍａ（Ｔ）として負荷遮断部２１ａに出力される。
負荷遮断部２１ａのＡ変電所用負荷遮断部２７ａは、第１のレベル判定信号Ｌ１ａ、第２のレベル判定信号Ｌ２ａおよび低下率判定信号Ｍａ（Ｔ）を入力し、第１のレベル判定信号Ｌ１ａの論理値「１」が所定期間継続したとき、または第２のレベル判定信号Ｌ２ａの論理値「１」が所定時間継続したとき、または低下率判定信号Ｍａ（Ｔ）の論理値「１」を入力したときに、負荷Ａ１〜Ａ４のうち予め定められた負荷を選択して遮断器１７ａ１〜１７ａ４に負荷遮断指令ａ１〜ａ４を出力する。
Ｂ変電所用負荷遮断部２７ｂ、Ｃ変電所用負荷遮断部２７ｃ、Ｄ変電所用負荷遮断部２７ｄについても同様に、第１のレベル判定信号Ｌ１ｂ〜Ｌ１ｄ、第２のレベル判定信号Ｌ２ｂ〜Ｌ２ｄおよび低下率判定信号Ｍｂ（Ｔ）〜Ｍｄ（Ｔ）を入力し、第１のレベル判定信号Ｌ１ｂ〜Ｌ１ｄ、第２のレベル判定信号Ｌ２ｂ〜Ｌ２ｄおよび低下率判定信号Ｍｂ（Ｔ）〜Ｍｄ（Ｔ）のいずれかが論理値「１」となり、第１のレベル判定信号Ｌ１ｂ〜Ｌ１ｄの論理値「１」が所定時間継続したとき、または第２のレベル判定信号Ｌ２ｂ〜Ｌ２ｄの論理値「１」が所定時間継続したとき、または低下率判定信号Ｍｂ（Ｔ）〜Ｍｄ（Ｔ）の論理値「１」を入力したときに、負荷Ｂ１〜Ｂ４、負荷Ｃ１〜Ｃ４、負荷Ｄ１〜Ｄ４のうち予め定められた負荷を選択して、遮断器１７ｂ１〜１７ｂ４、遮断器１７ｃ１〜１７ｃ４、遮断器１７ｄ１〜１７ｄ４に、負荷遮断指令ｂ１〜ｂ４、負荷遮断指令ｃ１〜ｃ４、負荷遮断指令ｄ１〜ｄ４を出力する。
第７図は、発電電力不足に伴う系統周波数の低下時に系統周波数の低下率に応じて負荷遮断する負荷量の説明図である。第７図では、系統周波数が所定値以下となったことを検出する所定範囲の上限値として４８．８Ｈｚが設定され、所定範囲の下限値として４８．０Ｈｚが設定された場合を示している。また、所定範囲の上限値と所定範囲の下限値との間を系統周波数が低下する時間の複数個の制限値として、４個の制限値が設定され、第１の制限値として０．４ｓ、第２の制限値として０．５ｓ、第３の制限値として１．０ｓ、第４の制限値として２．０ｓが設定されている場合を示している。
系統周波数ｆが所定範囲の上限値（４８．８Ｈｚ）以下となったときは、低下率判定部３２ａは時間をカウント開始するとともに系統周波数ｆが所定範囲の下限値（４８．０Ｈｚ）になったか否かを監視する。そして、系統周波数ｆが所定範囲の上限値（４８．８Ｈｚ）から所定範囲の下限値（４８．０Ｈｚ）になるまでの所要時間を測定し、その測定した所要時間が第１の制限値０．４ｓ、第２の制限値０．５ｓ、第３の制限値１．０ｓ、第４の制限値２．０ｓのうちのいずれかの制限値以下となっているか否かを判定する。そして、いずれかの制限値以下となっているときは、その制限値に対応する出力信号を論理値「１」として出力する。
例えば、不足電圧継電装置３３ａ〜３３ｄが不足電圧を検出していない状態のときに、所要時間が第１の制限値０．４ｓ以下であるときは、周波数低下率判定部３１ａ〜３３ｄから低下率判定信号Ｍａ（０．４）〜Ｍｄ（０．４）が出力され、負荷遮断部２１ａ〜２１ｄにより電力系統の全負荷の３２％が遮断される。これは、系統周波数の低下率が大きいので早期に系統周波数ｆを回復させるためである。また、第２の制限値０．５ｓ以下であるときは、周波数低下率判定部３１ａ〜３１ｄから低下率判定信号Ｍａ（０．５）〜Ｍｄ（０．５）が出力され、負荷遮断部２１ａ〜２１ｄにより電力系統の全負荷の２４％が遮断される。
以下同様に、第３の制限値１．０ｓ以下であるときは、周波数低下率判定部３１ａ〜３１ｄから低下率判定信号Ｍａ（１．０）〜Ｍｄ（１．０）が出力され、負荷遮断部２１ａ〜２１ｄにより電力系統の全負荷の１６％が遮断され、第４の制限値２．０ｓ以下であるときは、周波数低下率判定部３１ａ〜３１ｄから低下率判定信号Ｍａ（２．０）〜Ｍｄ（２．０）が出力され、負荷遮断部２１ａ〜２１ｄにより電力系統の全負荷の８％が遮断される。なお、測定した時間が第４の制限値２．０ｓを越えるとき（低下率が小さいとき）は、低下率判定信号Ｍａ（Ｔ）〜Ｍｄ（Ｔ）は出力されないので低下率判定信号によって負荷遮断は行われない。このように、負荷遮断部２１ａは周波数低下率判定部３１ａで判定された所定範囲内での系統周波数の低下率が大きいほど多くの負荷を遮断し、系統周波数ｆの低下率が小さいときは負荷遮断はされない。
第８図は、第２の実施の形態における負荷遮断対象となる負荷への負荷遮断指令の割り付けの説明図である。第４図に示した第１の実施の形態に対し、低下率判定信号Ｍａ（Ｔ）〜Ｍｄ（Ｔ）が追加して割り付けられている。
変電所１４ａの負荷Ａ１は、第１のレベル信号Ｌ１ａが０．５秒以上継続したとき、または第２のレベル信号Ｌ２ａが０．２秒以上継続したときに遮断される。さらに、低下率判定信号Ｍａ（０．４）、Ｍａ（０．５）、Ｍａ（１．０）、Ｍａ（２．０）により遮断される。
以下、同様に、変電所１４ａ〜１４ｄの負荷遮断対象となる負荷Ａ１〜Ａ４、負荷Ｂ１〜Ｂ４、負荷Ｃ１〜Ｃ４、負荷Ｄ１〜Ｄ４に対して、時限を加味した第１のレベル信号Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄおよび第２のレベル信号Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄ、さらに低下率判定信号Ｍａ（Ｔ）〜Ｍｄ（Ｔ）が割り付けられる。前述したように、各々のフィーダ１６ａ１〜１６ａ４、フィーダ１６ｂ１〜１６ｂ４、フィーダ１６ｃ１〜１６ｃ４、フィーダ１６ｄ１〜１６ｄ４には、それぞれ２％負荷が接続されているので、系統周波数の回復のために遮断される最大負荷量は３２％となる。
次に、第９図は第２の実施の形態における負荷遮断部２１ａのＡ変電所用負荷遮断部２７ａの回路構成図である。Ａ変電所用負荷遮断部２７ａは、それぞれ所定の時限を有するタイマＴ１〜Ｔ８と、タイマＴ１〜Ｔ８のうちの二つの出力および低下率判定信号Ｍａ（０．４）、Ｍａ（０．５）、Ｍａ（１．０）、Ｍａ（２．０）の組み合わせの論理和を演算するオア回路ＯＲ１〜ＯＲ４とから構成されている。タイマＴ１〜Ｔ８およびオア回路ＯＲ１〜ＯＲ４により、第８図に示した負荷遮断対象となる負荷への負荷遮断指令ａ１〜ａ４の割り付けを実現している。
例えば、オア回路ＯＲ１からの負荷遮断指令ａ１は、タイマＴ１、Ｔ２からの出力信号、Ｍａ（０．４）、Ｍａ（０．５）、Ｍａ（１．０）、Ｍａ（２．０）のいずれかによって論理値「１」が入力されたときに、遮断器１７ａ１に出力され、負荷Ａ１が遮断される。同様に、オア回路ＯＲ２からの負荷遮断指令ａ２は、タイマＴ３、Ｔ４からの出力信号、Ｍａ（０．４）、Ｍａ（０．５）、Ｍａ（１．０）のいずれかによって論理値「１」が入力されたときに、遮断器１７ａ２に出力され負荷Ａ２が遮断される。また、オア回路ＯＲ３からの負荷遮断指令ａ３は、タイマＴ５、Ｔ６からの出力信号、Ｍａ（０．４）、Ｍａ（０．５）のいずれかによって論理値「１」が入力されたときに、遮断器１７ａ３に出力され負荷Ａ３が遮断される。さらに、オア回路ＯＲ４からの負荷遮断指令ａ４は、タイマＴ７、Ｔ８からの出力信号、Ｍａ（０．４）のいずれかによって論理値「１」が入力されたときに、遮断器１７ａ４に出力され負荷Ａ４が遮断される。
Ｂ変電所用負荷遮断部２７ｂ、Ｃ変電所用負荷遮断部２７ｃ、Ｄ変電所用負荷遮断部２７ｄについても同様に、それぞれ所定の時限を有する８個のタイマと、８個のタイマのうちの二つの出力および低下率判定信号Ｍｂ（０．４）〜Ｍｂ（２．０）、Ｍｃ（０．４）〜Ｍｃ（２．０）、Ｍｄ（０．４）〜Ｍｄ（２．０）の組み合わせの論理和を演算するそれぞれ４個のオア回路とから構成され、８個のタイマおよび４個のオア回路により、第８図に示した負荷遮断対象となる負荷Ｂ１〜Ｂ４、負荷Ｃ１〜Ｃ４、負荷Ｄ１〜Ｄ４への負荷遮断指令ｂ１〜ｂ４、負荷遮断指令ｃ１〜ｃ４、負荷遮断指令ｄ１〜ｄ４の割り付けを実現している。
以上の説明では、周波数低下率判定部に３１ａ〜３１ｄに不足電圧継電装置３３ａ〜３３ｄを設けたが、周波数低下レベル判定部２０ａ〜２０ｄの不足電圧継電装置２４ａ〜２４ｄを共用するようにしてもよい。すなわち、周波数低下率判定部３１ａ〜３１ｄの不足電圧継電装置３３ａ〜３３ｄを省略し、周波数低下率判定部３１ａ〜３１ｄの第３のアンド回路３４ａ〜３４ｄに対して周波数低下レベル判定部２０ａ〜２０ｄの不足電圧継電装置２４ａ〜２４ｄの出力信号を入力するようにしてもよい。
第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加え、発電電力不足に伴う系統周波数の低下時に系統周波数の低下率が大きいときは、系統周波数の低下率が大きいほど多くの負荷を早く遮断するので、より迅速に系統周波数の回復を図ることができる。すなわち、系統周波数の低下幅が大きな状態で滞留することを防止できる。
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。第１０図は、本発明の第３の実施の形態に係わる周波数低下時負荷遮断装置１１ａのブロック構成図である。この第３の実施の形態は、図６に示した第２の実施の形態に対し、周波数低下率判定部３１ａに、２個の低下率判定部（第１の低下率判定部３５ａと第２の低下率判定部３６ａ）を設け、それに伴い２個のアンド回路（第３のアンド回路３４ａと第４のアンド回路３７ａ）とを設けたものである。これにより、発電電力不足に伴う系統周波数の低下時に系統周波数の低下率が大きいときは、２段階に分けて負荷遮断し、負荷遮断に伴う系統電圧の上昇を抑制するようにしている。図２と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
第３の実施の形態の周波数低下率判定部３１ａは、系統周波数の所定値以下の所定範囲として、２個の所定範囲（第１の所定範囲と第２の所定範囲）を備えている。第１の低下率判定部３５ａは第１の所定範囲を備え、第２の低下率判定部３６ａは第２の所定範囲を備えている。そして、第１の低下率判定部３５ａは第１の所定範囲内における系統周波数の低下率を判定し、第２の低下率判定部３６ａは第２の所定範囲内における系統周波数の低下率を判定する。
第１の低下率判定部３５ａは、入力した系統周波数ｆが第１の所定範囲を低下する時間を測定し、その時間が予め定めた複数個の制限値のいずれかの制限値以下となったときは、その制限値に対応する出力信号を論理値「１」として出力する。同様に、第２の低下率判定部３６ａは、入力した系統周波数ｆが第２の所定範囲を低下する時間を測定し、その時間が予め定めた複数個の制限値のいずれかの制限値以下となったときは、その制限値に対応する出力信号を論理値「１」として出力する。すなわち、第１の低下率判定部３５ａおよび第２の低下率判定部３６ａは、複数個の制限値に対応して低下率に応じた複数種類の出力信号を出力する。
不足電圧継電装置３３ａは系統電圧が所定値以下であるとき論理値「１」を出力する。第３のアンド回路３４ａは、第１の低下率判定部３５ａの出力が論理値「１」かつ不足電圧継電装置３３ａの出力が論理値「０」のとき論理値「１」を出力し、第４のアンド回路３７ａは、第２の低下率判定部３６ａの出力が論理値「１」かつ不足電圧継電装置３３ａの出力が論理値「０」のとき論理値「１」を出力する。
例えば、所定の系統周波数が５０Ｈｚの電力系統において、第１１図に示すように、第１の所定範囲として４８．８Ｈｚ〜４８．５Ｈｚが設定され、第２の所定範囲として４８．８Ｈｚ〜４８．０Ｈｚが設定されているとする。また、第１の所定範囲内の複数個の制限値として、第１の制限値０．５ｓ、第２の制限値０．６ｓ、第３の制限値０．９ｓ、第４の制限値１．２ｓ、第５の制限値１．６ｓ、第６の制限値２．０ｓが設定されているとし、第２の所定範囲内の複数個の制限値として、第１の制限値０．３ｓ、第２の制限値０．４ｓ、第３の制限値０．５ｓ、第４の制限値０．６ｓ、第５の制限値０．９ｓ、第６の制限値１．３ｓが設定されているとする。
いま、系統周波数ｆが第１の所定範囲（４８．８Ｈｚ〜４８．５Ｈｚ）を低下した時間が０．８ｓであり、第２の所定範囲（４８．８Ｈｚ〜４８．０Ｈｚ）を低下した時間が１．１ｓであったとすると、第１の所定範囲（４８．８Ｈｚ〜４８．５Ｈｚ）を低下した時間は、第１の所定範囲の第３の制限値０．９ｓ以下であり第２の制限値０．６ｓを越えているので、第１の低下率判定部３５ａ〜３５ｄは第３の制限値０．９ｓに対応する出力信号を論理値「１」として出力する。そして、発電電力不足による系統周波数ｆの低下現象であるときは不足電圧継電装置３３ａ〜３３ｄの出力は論理値「０」であるので、第１のアンド回路３４ａ〜３４ｄは第３の制限値０．９ｓに対応する第１の低下率判定信号Ｍ１ａ（Ｔ）〜Ｍ１ｄ（Ｔ）としてＭ１ａ（０．９）〜Ｍ１ｄ（０．９）を出力することになる。
一方、第２の所定範囲（４８．８Ｈｚ〜４８．０Ｈｚ）を低下した時間は、第２の所定範囲の第６の制限値１．３ｓ以下であり第５の制限値０．９ｓを越えているので、第２の低下率判定部３６ａ〜３６ｄは第６の制限値１．３ｓに対応する出力信号を論理値「１」として出力する。そして、発電電力不足による系統周波数ｆの低下現象であるときは不足電圧継電装置３３ａ〜３３ｄの出力は論理値「０」であるので、第２のアンド回路３７ａ〜３７ｄは第６の制限値１．３ｓに対応する第２の低下率判定信号Ｍ２ａ（Ｔ）〜Ｍ２ｄ（Ｔ）としてＭ２ａ（１．３）〜Ｍ２ｄ（１．３）を出力することになる。
いま、系統周波数ｆが第１の所定範囲（４８．８Ｈｚ〜４８．５Ｈｚ）内に入ったとすると、第１の低下率判定部３５ａ〜３５ｄは時間をカウント開始するとともに系統周波数ｆが第１の所定範囲（４８．８Ｈｚ〜４８．５Ｈｚ）の下限値４８．５Ｈｚになったか否かを監視する。そして、系統周波数ｆが第１の所定範囲の下限値（４８．５Ｈｚ）まで低下する所要時間を測定し、その測定した時間が第１の所定範囲の第１の制限値０．５ｓ、第２の制限値０．６ｓ、第３の制限値０．９ｓ、第４の制限値１．２ｓ、第５の制限値１．６ｓ、第６の制限値２．０ｓのうちのいずれかの制限値以下となっているか否かを判定する。そして、いずれかの制限値以下となっているときは、その制限値に対応する出力信号を論理値「１」として出力する。
同様に、系統周波数ｆが第２の所定範囲（４８．８Ｈｚ〜４８．０Ｈｚ）内に入ったときは、第２の低下率判定部３６ａ〜３６ｄは時間をカウント開始するとともに系統周波数ｆが第２の所定範囲（４８．８Ｈｚ〜４８．０Ｈｚ）の下限値４８．０Ｈｚになったか否かを監視する。そして、系統周波数ｆが第２の所定範囲の下限値（４８．０Ｈｚ）まで低下する所要時間を測定し、その測定した時間が第２の所定範囲の第１の制限値０．３ｓ、第２の制限値０．４ｓ、第３の制限値０．５ｓ、第４の制限値０．６ｓ、第５の制限値０．９ｓ、第６の制限値１．３ｓのうちのいずれかの制限値以下となっているか否かを判定する。そして、いずれかの制限値以下となっているときは、その制限値に対応する出力信号を論理値「１」として出力する。
例えば、不足電圧継電装置３３ａ〜３３ｄが不足電圧を検出していない状態のときに、系統周波数が第１の所定範囲（４８．８Ｈｚ〜４８．５Ｈｚ）を０．５ｓで低下し、第２の所定範囲（４８．８Ｈｚ〜４８．０Ｈｚ）を０．７ｓで低下したとすると、周波数低下率判定部３１ａ〜３１ｄの第１の低下率判定部３５ａ〜３５ｄから第１の低下率判定信号Ｍ１ａ（０．６）〜Ｍ１ｄ（０．６）が出力され、第２の低下率判定部３６ａ〜３６ｄから第２の低下率判定信号Ｍ２ａ（０．９）〜Ｍ２ｄ（０．９）が出力される。負荷遮断部２１ａ〜２１ｄは、周波数低下率判定部３１ａ〜３１ｄの第１の低下率判定部３５ａ〜３５ｄから第１の低下率判定信号Ｍ１ａ（０．６）〜Ｍ１ｄ（０．６）が出力されたときは、電力系統の全負荷の１６％を遮断し、周波数低下率判定部３１ａ〜３１ｄの第２の低下率判定部３６ａ〜３６ｄから第２の低下率判定信号Ｍ２ａ（０．９）〜Ｍ２ｄ（０．９）が出力されたときは、電力系統の全負荷の６％を遮断する。
このように、系統周波数の低下率が大きく早期に系統周波数ｆを回復させるにあたって、結果的に電力系統の全負荷の２２％を遮断する場合には、まず、第１段階で電力系統の全負荷の１６％を遮断し、その後に第２段階で電力系統の全負荷の６％を遮断する。これにより、負荷遮断に伴って発生する系統電圧の上昇の幅を抑制することが可能となる。
すなわち、電力系統の負荷を遮断すると、その遮断した負荷量に応じて一時的に系統電圧が上昇する。従って、一度に大量の負荷を遮断すると、系統電圧の上昇も大きくなり、系統電圧を所定値に保持する観点からも好ましくない。また、系統周波数ｆが低下した状態で系統電圧が上昇することになるので、例えば、電力系統に接続されている発電機の過励磁保護リレーが動作することがある。
一般に、発電機には過励磁保護リレーとして、発電機端子電圧と系統周波数との比（Ｖ／Ｆ）が所定値を越えた場合に動作するＶ／Ｆリレーが設置されており、系統周波数ｆが低下した状態で系統電圧が上昇すると、このＶ／Ｆリレーが動作し発電機が電力系統から解列してしまうことがある。電力系統全体の発電電力不足に伴う系統周波数の低下時に、系統周波数を回復させるために負荷遮断を行ったにもかかわらず、発電機が電力系統から解列すると、却って電力系統全体の発電電力が不足してしまい、電力系統の安定した運転状態の維持が図りにくくなる。
そこで、負荷遮断に伴う系統電圧の上昇は極力抑制する必要があるので、系統周波数の低下率が大きく早期に系統周波数ｆを回復させるにあたって、２段階で電力系統の負荷を遮断する。例えば、発電電力不足に伴う系統周波数の低下時に、結果として電力系統全体の全負荷の２２％を遮断する場合に、前述したように、第１段階で１６％の負荷を遮断し第２段階で６％の負荷を遮断する。まず、第１段階で１６％の負荷を遮断すると、系統電圧は一時的に上昇するが、電力系統全体の全負荷の２２％を一度に遮断した場合に比較して系統電圧の上昇は抑制される。
また、一時的に上昇した系統電圧は、発電機の端子電圧を調整する自動電圧調整装置ＡＶＲで発電機の端子電圧が所定値になるように調整されるので、第２段階での負荷遮断時には系統電圧は回復傾向を示すことになる。この状態で、第２段階で電力系統全体の全負荷の６％の負荷を遮断するので、その負荷遮断に伴う系統電圧の上昇も抑制される。
第１２図は、第３の実施の形態における負荷遮断対象となる負荷への負荷遮断指令の割り付けの説明図である。第８図に示した第２の実施の形態に対し、低下率判定信号Ｍａ（Ｔ）〜Ｍｄ（Ｔ）に代えて、第１の低下率判定信号Ｍ１ａ（Ｔ）〜Ｍ１ｄ（Ｔ）および第２の低下率判定信号Ｍ２ａ（Ｔ）〜Ｍ２ｄ（Ｔ）が追加して割り付けられている。
変電所１４ａの負荷Ａ１は、第１のレベル信号Ｌ１ａが０．５秒以上継続したとき、または第２のレベル信号Ｌ２ａが０．２秒以上継続したときに遮断される。さらに、第１の低下率判定信号Ｍ１ａ（０．５）、Ｍ１ａ（０．６）、Ｍ１ａ（０．９）、Ｍ１ａ（１．２）、Ｍ１ａ（１．６）、Ｍ１ａ（２．０）によっても遮断される。
以下、同様に、変電所１４ａ〜１４ｄの負荷遮断対象となる負荷Ａ１〜Ａ４、負荷Ｂ１〜Ｂ４、負荷Ｃ１〜Ｃ４、負荷Ｄ１〜Ｄ４に対して、時限を加味した第１のレベル信号Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄおよび第２のレベル信号Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄ、さらに第１の低下率判定信号Ｍ１ａ（Ｔ）〜Ｍ１ｄ（Ｔ）および第２の低下率判定信号Ｍ２ａ（Ｔ）〜Ｍ２ｄ（Ｔ）が割り付けられる。前述したように、各々のフィーダ１６ａ１〜１６ａ４、フィーダ１６ｂ１〜１６ｂ４、フィーダ１６ｃ１〜１６ｃ４、フィーダ１６ｄ１〜１６ｄ４には、それぞれ２％負荷が接続されているので、系統周波数の回復のために遮断される最大負荷量は３２％となる。
次に、第１３図は、第３の実施の形態における負荷遮断部のＡ変電所用負荷遮断部２７ａの回路構成図である。Ａ変電所用負荷遮断部２７ａは、それぞれ所定の時限を有するタイマＴ１〜Ｔ８と、タイマＴ１〜Ｔ８のうちの二つの出力および第１の低下率判定信号Ｍ１ａ（０．５）、Ｍ１ａ（０．６）、Ｍ１ａ（０．９）、Ｍ１ａ（１．２）、Ｍ１ａ（１．６）、Ｍ１ａ（２．０）および第２の低下率判定信号Ｍ２ａ（０．３）、Ｍ２ａ（０．４）、Ｍ２ａ（０．５）、Ｍ２ａ（０．６）、Ｍ２ａ（０．９）、Ｍ２ａ（１．３）の組み合わせの論理和を演算するオア回路ＯＲ１〜ＯＲ４とから構成されている。タイマＴ１〜Ｔ８およびオア回路ＯＲ１〜ＯＲ４により、第１２図に示した負荷遮断対象となる負荷への負荷遮断指令ａ１〜ａ４の割り付けを実現している。
例えば、オア回路ＯＲ１からの負荷遮断指令ａ１は、タイマＴ１、Ｔ２からの出力信号、Ｍ１ａ（０．５）、Ｍ１ａ（０．６）、Ｍ１ａ（０．９）、Ｍ１ａ（１．２）、Ｍ１ａ（１．６）、Ｍ１ａ（２．０）のいずれかによって論理値「１」が入力されたときに、遮断器１７ａ１に出力され負荷Ａ１が遮断される。同様に、オア回路ＯＲ２からの負荷遮断指令ａ２は、タイマＴ３、Ｔ４からの出力信号、Ｍ１ａ（０．５）、Ｍ１ａ（０．６）、Ｍ１ａ（０．９）、Ｍ１ａ（１．２）、Ｍ１ａ（１．６）のいずれかによって論理値「１」が入力されたときに、遮断器１７ａ２に出力され負荷Ａ２が遮断される。また、オア回路ＯＲ３からの負荷遮断指令ａ３は、タイマＴ５、Ｔ６からの出力信号、Ｍ１ａ（０．５）のいずれかによって論理値「１」が入力されたときに、遮断器１７ａ３に出力され負荷Ａ３が遮断される。さらに、オア回路ＯＲ４からの負荷遮断指令ａ４は、タイマＴ７、Ｔ８からの出力信号、Ｍ２ａ（０．３）、Ｍ２ａ（０．４）、Ｍ２ａ（０．５）、Ｍ２ａ（０．６）、Ｍ２ａ（０．９）、Ｍ２ａ（１．３）のいずれかによって論理値「１」が入力されたときに、遮断器１７ａ４に出力され負荷Ａ４が遮断される。
Ｂ変電所用負荷遮断部２７ｂ、Ｃ変電所用負荷遮断部２７ｃ、Ｄ変電所用負荷遮断部２７ｄについても同様に、それぞれ所定の時限を有する８個のタイマと、８個のタイマのうちの二つの出力、第１の低下率判定信号Ｍ１ｂ（Ｔ）〜Ｍ１ｄ（Ｔ）、および第２の低下率判定信号Ｍ２ｂ（Ｔ）〜Ｍ２ｄ（Ｔ）の組み合わせの論理和を演算するそれぞれ４個のオア回路とから構成され、各変電所毎に８個のタイマおよび４個のオア回路により、第１２図に示した負荷遮断対象となる負荷Ｂ１〜Ｂ４、負荷Ｃ１〜Ｃ４、負荷Ｄ１〜Ｄ４への負荷遮断指令ｂ１〜ｂ４、負荷遮断指令ｃ１〜ｃ４、負荷遮断指令ｄ１〜ｄ４の割り付けを実現している。
以上の説明では、２個の低下率判定部を設けた場合について説明したが、複数個の低下率判定部を設けるようにしてもよい。その場合には、複数段階で負荷遮断を行うので、きめ細かく負荷遮断に伴う系統電圧の上昇を抑制できる。
第３の実施の形態によれば、第２の実施の形態の効果に加え、発電電力不足に伴う系統周波数の低下時に系統周波数の低下率が大きいときは、複数段階で負荷遮断を行うので、その負荷遮断に伴う系統電圧の上昇が抑制される。従って、過励磁保護リレーの動作を防止でき、発電機が電力系統から解列されることを防止できる。
電力系統１２には複数の発電機および複数の変電所が接続されており、複数の発電機で発電された電力は、複数の変電所内の１台または複数台の変圧器を介して負荷に供給される。第１図では、発電機の図示は省略しており、また、４個の変電所１４ａ〜１４ｄが接続され、各々の変電所１４ａ〜１４ｄにはそれぞれ１台の変圧器１５ａ〜１５ｄが設けられた場合を示している。
変電所１４ａの変圧器１５ａは、母線１８ａに接続されるフィーダ線１６ａ１〜１６ａｉから遮断器１７ａ１〜１７ａｉを介して各々の負荷Ａ１〜Ａｉに電力を供給する。同様に、変電所１４ｂの変圧器１５ｂは、母線１８ｂに接続されるフィーダ線１６ｂ１〜１６ｂｊから遮断器１７ｂ１〜１７ｂｊを介して各々の負荷Ｂ１〜Ｂｊに電力を供給し、変電所１４ｃの変圧器１５ｃは、母線１８ｃに接続されるフィーダ線１６ｃ１〜１６ｃｋから遮断器１７ｃ１〜１７ｃｋを介して各々の負荷Ｃ１〜Ｃｋに電力を供給し、変電所１４ｄの変圧器１５ｄは、母線１８ｄに接続されるフィーダ線１６ｄ１〜１６ｄｍから遮断器１７ｄ１〜１７ｄｍを介して各々の負荷Ｄ１〜Ｄｍに電力を供給する。
また、母線１８ａ〜１８ｄにはそれぞれ電圧変成器３８ａ〜３８ｄが設けられ電圧変成器３８ａ〜３８ｄにより母線１８ａ〜１８ｄの電圧Ｖ１ａ〜Ｖ１ｄが検出される。電圧変成器３８ａ〜３８ｄで検出された電圧Ｖ１ａ〜Ｖ１ｄはそれぞれ周波数低下時負荷遮断装置１１ａ〜１１ｄに入力される。
周波数低下時負荷遮断装置１１ａ〜１１ｄは、電力系統１２の発電電力不足に伴う系統周波数の低下時に負荷を遮断して系統周波数を所定範囲内に戻し電力系統を安定に運用するものである。各々の変電所１４ａ〜１４ｄの周波数低下時負荷遮断装置１１ａ〜１１ｄは同一の構成であるので、以下、変電所１４ａの周波数低下時負荷遮断装置１１ａについて説明する。周波数低下時負荷遮断装置１１ａは、電圧変成器３８ａで検出された電圧Ｖ１ａを入力し系統周波数を求める入力処理部１９ａと、入力処理部１９ａで得られた系統周波数に基づいて系統周波数の周波数低下レベルを判定する周波数低下レベル判定部２０ａと、変電所１４ａの各々の遮断器１７ａ１〜１７ａｉを選択して負荷遮断指令ａを出力する負荷遮断部２１ａとから構成されている。
第２図は、本発明の第１の実施の形態に係わる周波数低下時負荷遮断装置１１ａのブロック構成図である。入力処理部１９ａは電圧変成器３８ａで検出された電圧Ｖ１ａを入力し、その電圧Ｖ１ａの周波数ｆを求めるとともに電圧値Ｖａを求め周波数低下レベル判定部２０ａに出力する。
周波数低下レベル判定部２０ａは、系統周波数ｆが第１のレベル範囲内にあるか否かを判定し第１のレベル範囲内にあるとき論理値「１」を出力する第１のレベル判定部２２ａと、系統周波数ｆが第２のレベル範囲内にあるか否かを判定し第２のレベル範囲内にあるとき論理値「１」を出力する第２のレベル判定部２３ａと、電圧Ｖ１ａの電圧値Ｖａが所定値以下であるとき論理値「１」を出力する不足電圧継電装置２４ａと、第１のレベル判定部２２ａの出力が論理値「１」かつ不足電圧継電装置２４ａの出力が論理値「０」のとき論理値「１」を出力する第１のアンド回路２５ａと、第２のレベル判定部２３ａの出力が論理値「１」かつ不足電圧継電装置２４ａの出力が論理値「０」のとき論理値「１」を出力する第２のアンド回路２６ａとから構成されている。
周波数低下レベル判定部２０ａの第１のレベル判定部２２ａは、入力処理部１９ａから系統周波数ｆを入力すると、系統周波数ｆが第１のレベル範囲内にあるか否かを判定する。同様に、周波数低下レベル判定部２０ａの第２のレベル判定部２３ａは、入力処理部１９ａから系統周波数ｆを入力すると、系統周波数ｆが第２のレベル範囲内にあるか否かを判定する。
例えば、所定の系統周波数が５０Ｈｚの電力系統において、第１のレベル範囲として、４８．５Ｈｚ未満が設定され、第２のレベル範囲として、４８．０Ｈｚ未満が設定され、入力した系統周波数ｆが４８．４Ｈｚであったとすると、入力した系統周波数ｆ（ｆ＝４８．４Ｈｚ）は第１のレベル範囲内であるので、第１のレベル判定部２２ａは論理値「１」を出力し、第２のレベル判定部２３ａは論理値「０」を出力することになる。また、入力した系統周波数ｆが４７．８Ｈｚであったとすると、入力した系統周波数ｆ（ｆ＝４７．８Ｈｚ）は第１のレベル範囲および第２のレベル範囲内であるので、第１のレベル判定部２２ａおよび第２のレベル判定部２３ａは論理値「１」を出力することになる。
不足電圧継電装置２４ａは、電圧Ｖ１ａの電圧値Ｖａが所定値以下であるとき論理値「１」を出力するものである。不足電圧継電装置２４ａを設けているのは、脱調による系統周波数ｆの低下現象と、電力系統１２の発電電力不足による系統周波数ｆの低下現象とを識別するためであり、脱調による系統周波数ｆの低下現象のときには負荷遮断を行わないようにするためである。
第１のアンド回路２５ａは、第１のレベル判定部２２ａの出力が論理値「１」かつ不足電圧継電装置２４ａの出力が論理値「０」のとき論理値「１」を出力するものである。すなわち、脱調による系統周波数ｆの低下現象ではなく、系統周波数ｆが第１のレベル範囲内にある場合に論理値「１」を出力する。同様に、第２のアンド回路２６ａは、第２のレベル判定部２３ａの出力が論理値「１」かつ不足電圧継電装置２４ａの出力が論理値「０」のとき論理値「１」を出力するものである。すなわち、脱調による系統周波数ｆの低下現象ではなく、系統周波数ｆが第２のレベル範囲内にある場合に論理値「１」を出力する。
第１のアンド回路２５ａの出力信号は第１のレベル判定信号Ｌ１ａとして、また、第２のアンド回路２６ａの出力信号は第２のレベル判定信号Ｌ２ａとして負荷遮断部２１ａに出力される。負荷遮断部２１ａは、変電所１４ａの各々の遮断器１７ａ１〜１７ａｉを選択して負荷遮断指令ａを出力するものである。負荷遮断部２１ａは、変電所１４ａの負荷Ａ１〜Ａ４に負荷遮断指令ａ１〜ａ４を出力するＡ変電所用負荷遮断部２７ａから構成されている。
Ａ変電所用負荷遮断部２７ａは、第１のレベル判定信号Ｌ１ａおよび第２のレベル判定信号Ｌ２ａを入力し、第１のレベル判定信号Ｌ１ａの論理値「１」が所定時間継続したとき、または第２のレベル判定信号Ｌ２ａの論理値「１」が所定時間継続したときに、負荷Ａ１〜Ａ４のうち予め定められた負荷を選択して遮断器１７ａ１〜１７ａ４に負荷遮断指令ａ１〜ａ４を出力する。
図示は省略するが変電所１４ｂの負荷遮断部２１ｂにおけるＢ変電所用負荷遮断部２７ｂ、変電所１４ｃの負荷遮断部２１ｃにおけるＣ変電所用負荷遮断部２７ｃ、変電所１４ｄの負荷遮断部２１ｄにおけるＤ変電所用負荷遮断部２７ｄについても同様に、第１のレベル判定信号Ｌ１ｂ〜Ｌ１ｄおよび第２のレベル判定信号Ｌ２ｂ〜Ｌ２ｄを入力し、第１のレベル判定信号Ｌ１ｂ〜Ｌ１ｄの論理値「１」が所定時間継続したとき、または第２のレベル判定信号Ｌ２ｂ〜Ｌ２ｄの論理値「１」が所定時間継続したときに、負荷Ｂ１〜Ｂ４、負荷Ｃ１〜Ｃ４、負荷Ｄ１〜Ｄ４のうち予め定められた負荷を選択して、遮断器１７ｂ１〜１７ｂ４、遮断器１７ｃ１〜１７ｃ４、遮断器１７ｄ１〜１７ｄ４に、負荷遮断指令ｂ１〜ｂ４、負荷遮断指令ｃ１〜ｃ４、負荷遮断指令ｄ１〜ｄ４を出力する。
ここで、電力系統１２の発電電力不足に伴う系統周波数の低下時に、系統周波数の回復のために遮断する最大負荷量は、電力系統の運用条件や系統分離点に応じて変化する電力系統１２の発電電力不足率が最大３２％程度と想定される場合に、電力系統の全負荷の３２％を遮断すれば必ず回復するとの想定に基づくものである。また、１回の負荷遮断は電力系統の全体負荷の４％ずつ遮断していくものする。
さらに、説明の便宜上、変電所１４ａ〜１４ｄの負荷遮断対象となる負荷は、負荷Ａ１〜Ａ４、負荷Ｂ１〜Ｂ４、負荷Ｃ１〜Ｃ４、負荷Ｄ１〜Ｄ４とし、それぞれフィーダ１６ａ１〜１６ａ４、フィーダ１６ｂ１〜１６ｂ４、フィーダ１６ｃ１〜１６ｃ４、フィーダ１６ｄ１〜１６ｄ４に接続された負荷であり、それぞれ２％負荷であるとする。従って、これらの合計は電力系統の全負荷の３２％となる。
第３図は、以上の条件下で系統周波数の低下時に系統周波数が滞留する周波数低下レベルおよび滞留時間に応じて負荷遮断する負荷量の説明図である。第３図では、第１のレベル判定部２２ａ〜２２ｄにおける第１のレベル範囲として、４８．５Ｈｚ未満が設定され、第２のレベル判定部２３ａ〜２３ｄにおける第２のレベル範囲として、４８．０Ｈｚ未満が設定されている場合を示している。
系統周波数ｆが第１のレベル範囲（４８．５Ｈｚ未満）に入ると、第１のレベル信号Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄが論理値「１」となり、系統周波数ｆが第２のレベル範囲（４８．０Ｈｚ未満）に入ると、第２のレベル信号Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄも論理値「１」となる。そして、系統周波数ｆが第１のレベル範囲または第２のレベル範囲で所定時限以上に亘って滞留するときはその滞留時間に基づいて予め定められた負荷を順次遮断する。
例えば、系統周波数ｆが第１のレベル範囲（４８．５Ｈｚ未満）かつ第２のレベル範囲（４８．０Ｈｚ未満）超の場合で０．５秒以上滞留すると４％の負荷を遮断する。そして、４％の負荷を遮断しても系統周波数ｆが依然として第１のレベル範囲（４８．５Ｈｚ未満）かつ第２のレベル範囲（４８．０Ｈｚ未満）超に滞留しているときは、１．０秒後に４％の負荷を追加して遮断する。以下同様に、系統周波数ｆが依然として第１のレベル範囲（４８．５Ｈｚ未満）かつ第２のレベル範囲（４８．０Ｈｚ未満）超に滞留しているときは、１秒おきに４％の負荷を追加遮断していく。最終的には、系統周波数ｆが第１のレベル範囲（４８．５Ｈｚ未満）かつ第２のレベル範囲（４８．０Ｈｚ未満）超に７秒間に亘って滞留したときに電力系統の全負荷の３２％を遮断することになる。
前述したように、以上の説明の一例では電力系統の発電電力不足率を３２％と想定し系統周波数の低下は、電力系統の全負荷の３２％を遮断すれば必ず回復すると想定しているので、遮断する負荷は電力系統の全負荷の３２％としている。万一、発電電力不足率が３２％以上となった場合には電力系統の全負荷の３２％の負荷を遮断しても系統周波数が回復できなくなるので、電力系統１２の発電電力不足率の最大値の想定は、電力系統の安定した運転状態の維持を図る上で重要である。
系統周波数ｆが第２のレベル範囲（４８．０Ｈｚ未満）となったときは、最初は短い所定時限０．２秒以上滞留すると、一挙に８％の負荷を遮断する。そして、８％の負荷を遮断しても系統周波数ｆが依然として第２のレベル範囲（４８．０Ｈｚ未満）に滞留しているときは、０．５秒後に８％の負荷を追加して遮断する。さらに、系統周波数ｆが依然として第２のレベル範囲（４８．０Ｈｚ未満）に滞留しているときは、１秒おきに４％の負荷を追加遮断していく。最終的には、系統周波数ｆが第２のレベル範囲（４８．０Ｈｚ未満）に４秒間に亘って滞留したときに電力系統の全負荷の３２％を遮断することになる。このように、系統周波数ｆが滞留する周波数低下レベルが大きいとき（第２のレベル範囲のとき）は系統周波数ｆが滞留する初期の時間帯では多くの負荷（８％負荷）を早く（０．２秒で）遮断する。
なお、系統周波数ｆが第２のレベル範囲（４８．０Ｈｚ未満）となり、その後、第１のレベル範囲（４８．５Ｈｚ未満）かつ第２のレベル範囲（４８．０Ｈｚ未満）超になったときは、第１のレベル範囲（４８．５Ｈｚ未満）で順次負荷遮断を行うことになる。そして、第１のレベル範囲（４８．５Ｈｚ未満）超になったときは、負荷遮断は終了する。
第４図は、負荷遮断対象となる負荷への負荷遮断指令の割り付けの説明図である。すなわち、変電所１４ａ〜１４ｄの負荷遮断対象となる負荷Ａ１〜Ａ４、負荷Ｂ１〜Ｂ４、負荷Ｃ１〜Ｃ４、負荷Ｄ１〜Ｄ４に対し、時限を加味した第１のレベル信号Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄおよび第２のレベル信号Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄの割り付けの説明図である。第４図中の例えばＬ１ａ（０．５）は、第１のレベル信号Ｌ１ａが０．５秒以上継続したときに遮断指令が出力されることを意味し、Ｌ２ａ（０．２）は第２のレベル信号Ｌ２ａが０．２秒以上継続したときに遮断指令が出力されることを意味している。従って、変電所１４ａの負荷Ａ１は、第１のレベル信号Ｌ１ａが０．５秒以上継続したとき、または第２のレベル信号Ｌ２ａが０．２秒以上継続したときに遮断される。
以下、同様に、変電所１４ａ〜１４ｄの負荷遮断対象となる負荷Ａ１〜Ａ４、負荷Ｂ１〜Ｂ４、負荷Ｃ１〜Ｃ４、負荷Ｄ１〜Ｄ４に対して、時限を加味した第１のレベル信号Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄおよび第２のレベル信号Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄが割り付けられる。前述したように、各々のフィーダ１６ａ１〜１６ａ４、フィーダ１６ｂ１〜１６ｂ４、フィーダ１６ｃ１〜１６ｃ４、フィーダ１６ｄ１〜１６ｄ４には、それぞれ２％負荷が接続されているので、系統周波数ｆの回復のために遮断される最大負荷量は３２％となる。
次に、第５図は第１の実施の形態における負荷遮断部のＡ変電所用負荷遮断部２７ａの回路構成図である。Ａ変電所用負荷遮断部２７ａは、それぞれ所定の時限を有するタイマＴ１〜Ｔ８と、タイマＴ１〜Ｔ８のうちの二つの出力の論理和を演算するオア回路ＯＲ１〜ＯＲ４とから構成されている。タイマＴ１〜Ｔ８およびオア回路ＯＲ１〜ＯＲ４により、第４図に示した負荷遮断対象となる負荷への負荷遮断指令ａ１〜ａ４の割り付けを実現している。
例えば、系統周波数ｆが第１のレベル範囲（４８．５Ｈｚ未満）かつ第２のレベル範囲（４８．０Ｈｚ未満）超に入り、第１のレベル信号Ｌ１ａが論理値「１」になったとする。そうすると、タイマＴ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ７がそれぞれ自己の時限をカウントし始め、第１のレベル信号Ｌ１ａが論理値「１」を０．５秒継続したとすると、タイマＴ１が論理値「１」をオア回路ＯＲ１に出力する。これにより、オア回路ＯＲ１から負荷遮断指令ａ１が遮断器１７ａ１に出力され負荷Ａ１が遮断される。
負荷Ａ１を遮断しても系統周波数ｆが依然として第１のレベル範囲（４８．５Ｈｚ未満）かつ第２のレベル範囲（４８．０Ｈｚ未満）超に滞留しており、第１のレベル信号Ｌ１ａが論理値「１」を２．０秒継続したとすると、タイマＴ３が論理値「１」をオア回路ＯＲ２に出力する。これにより、オア回路ＯＲ２から負荷遮断指令ａ２が遮断器１７ａ２に出力され負荷Ａ２が遮断される。以下、同様に、第１のレベル信号Ｌ１ａが論理値「１」を４．０秒継続したとすると、タイマＴ５が論理値「１」をオア回路ＯＲ３に出力し、オア回路ＯＲ３から負荷遮断指令ａ３が遮断器１７ａ３に出力され負荷Ａ３が遮断される。さらに、第１のレベル信号Ｌ１ａが論理値「１」を６．０秒継続したとすると、タイマＴ７が論理値「１」をオア回路ＯＲ４に出力し、オア回路ＯＲ４から負荷遮断指令ａ４が遮断器１７ａ４に出力され負荷Ａ４が遮断される。
系統周波数ｆが第２のレベル範囲（４８．０Ｈｚ未満）に入り、第２のレベル信号Ｌ２ａが論理値「１」になった場合も同様に、系統周波数ｆが第２のレベル範囲（４８．０Ｈｚ未満）を維持する限りは、順次タイマＴ２、Ｔ４、Ｔ６、Ｔ８が論理値「１」をオア回路ＯＲ１〜ＯＲ４に出力し、オア回路ＯＲ１〜ＯＲ４から負荷遮断指令ａ１〜ａ４が遮断器１７ａ１〜１７ａ４に出力され負荷Ａ１〜Ａ４が遮断される。
Ｂ変電所用負荷遮断部２７ｂ、Ｃ変電所用負荷遮断部２７ｃ、Ｄ変電所用負荷遮断部２７ｄについても同様に、それぞれ所定の時限を有する８個のタイマと、８個のタイマのうちの二つの出力の論理和を演算する４個のオア回路とから構成され、８個のタイマおよび４個のオア回路により、第４図に示した負荷遮断対象となる負荷Ｂ１〜Ｂ４、負荷Ｃ１〜Ｃ４、負荷Ｄ１〜Ｄ４への負荷遮断指令ｂ１〜ｂ４、負荷遮断指令ｃ１〜ｃ４、負荷遮断指令ｄ１〜ｄ４の割り付けを実現している。
以上の説明では、電力系統の全負荷の３２％を遮断すれば系統周波数ｆは回復すると想定し、発電電力不足に伴う系統周波数低下の際には最大で電力系統の全負荷の３２％を遮断するようにしたが、電力系統の全負荷の３２％以上としてもよいし３２％以下としてもよい。電力系統の運用条件や系統分離点に応じて変化する発電電力不足率の最大値の想定に応じて設定することになる。また、１回あたりに遮断する負荷量は４％負荷としたが、さらに細かく３％負荷や２％負荷としてもよい。また、周波数レベル範囲を第１のレベル範囲、第２のレベル範囲の２段階としたが、さらに多数のレベル範囲を設けてもよい。その場合には、さらにきめ細かく系統周波数を回復させることができる。
第１の実施の形態によれば、周波数低下レベル判定部２０ａ〜２０ｄで判定された周波数低下レベルのいずれかに系統周波数が滞留するときは、負荷遮断部２１ａ〜２１ｄは、その滞留時間に基づいて予め定められた負荷を順次遮断するので、系統周波数の回復度合に応じて負荷を遮断することになり、系統周波数を所定の範囲内に回復させることができる。また、系統周波数が滞留する周波数低下レベルが大きいときは、系統周波数が滞留する初期の時間帯では多くの負荷を早く遮断するので、系統周波数の回復が迅速に行える。
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。第６図は、本発明の第２の実施の形態に係わる周波数低下時負荷遮断装置１１ａのブロック構成図である。この第２の実施の形態は、図２に示した第１の実施の形態に対し、周波数低下率判定部３１ａを追加して設けたものである。図２と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
周波数低下率判定部３１ａは、発電電力不足に伴う系統周波数の低下時に系統周波数ｆが所定値以下となったときはその所定値以下の所定範囲内における系統周波数の低下率を判定するものであり、所定値以下の所定範囲内における系統周波数の低下率を判定する低下率判定部３２ａと、電圧が所定値以下であるとき論理値「１」を出力する不足電圧継電装置３３ａと、低下率判定部３２ａの出力が論理値「１」かつ不足電圧継電装置３３ａの出力が論理値「０」のとき論理値「１」を出力する第３のアンド回路３４ａとから構成されている。
低下率判定部３２ａは、入力した系統周波数ｆが所定範囲の上限値以下となってから所定範囲の下限値まで低下する時間を測定し、その時間が予め定めた複数個の制限値のいずれかの制限値以下となったときは、その制限値に対応する出力信号を論理値「１」として出力する。すなわち、低下率判定部３２ａは複数個の制限値に対応して低下率に応じた複数種類の出力信号を出力する。
例えば、所定の系統周波数が５０Ｈｚの電力系統において、所定範囲の上限値として４８．８Ｈｚが設定され、所定範囲の下限値として４８．０Ｈｚが設定され、また、複数個の制限値として、第１の制限値０．４ｓ、第２の制限値０．５ｓ、第３の制限値１．０ｓ、第４の制限値２．０ｓが設定されているとし、入力した系統周波数ｆが所定範囲の上限値（４８．８Ｈｚ）以下となってから所定範囲の下限値（４８．０Ｈｚ）まで低下する時間が０．６ｓであったとすると、第３の制限値１．０ｓ以下であり第２の制限値０．５ｓを越えているので、第３の制限値１．０ｓに対応する出力信号を論理値「１」として出力する。
不足電圧継電装置３３ａは、電圧Ｖ１ａの電圧値Ｖａが所定値以下であるとき論理値「１」を出力するものである。不足電圧継電装置３３ａを設けているのは、脱調による系統周波数ｆの低下現象と、電力系統１２の発電電力不足による系統周波数ｆの低下現象とを識別するためであり、脱調による系統周波数ｆの低下現象のときには負荷遮断を行わないようにするためである。
第３のアンド回路３４ａは、低下率判定部３２ａの出力が論理値「１」かつ不足電圧継電装置３３ａの出力が論理値「０」のとき論理値「１」を出力するものである。すなわち、脱調による系統周波数ｆの低下現象ではなく、系統周波数ｆの低下率が複数個の制限値のいずれかの制限値以下となったときに、その制限値に対応する出力信号を論理値「１」として出力する。
第１のアンド回路２５ａの出力信号は第１のレベル判定信号Ｌ１ａとして、第２のアンド回路２６ａの出力信号は第２のレベル判定信号Ｌ２ａとして、また、第３のアンド回路３４ａの出力信号は低下率判定信号Ｍａ（Ｔ）として負荷遮断部２１ａに出力される。
負荷遮断部２１ａのＡ変電所用負荷遮断部２７ａは、第１のレベル判定信号Ｌ１ａ、第２のレベル判定信号Ｌ２ａおよび低下率判定信号Ｍａ（Ｔ）を入力し、第１のレベル判定信号Ｌ１ａの論理値「１」が所定期間継続したとき、または第２のレベル判定信号Ｌ２ａの論理値「１」が所定時間継続したとき、または低下率判定信号Ｍａ（Ｔ）の論理値「１」を入力したときに、負荷Ａ１〜Ａ４のうち予め定められた負荷を選択して遮断器１７ａ１〜１７ａ４に負荷遮断指令ａ１〜ａ４を出力する。
Ｂ変電所用負荷遮断部２７ｂ、Ｃ変電所用負荷遮断部２７ｃ、Ｄ変電所用負荷遮断部２７ｄについても同様に、第１のレベル判定信号Ｌ１ｂ〜Ｌ１ｄ、第２のレベル判定信号Ｌ２ｂ〜Ｌ２ｄおよび低下率判定信号Ｍｂ（Ｔ）〜Ｍｄ（Ｔ）を入力し、第１のレベル判定信号Ｌ１ｂ〜Ｌ１ｄ、第２のレベル判定信号Ｌ２ｂ〜Ｌ２ｄおよび低下率判定信号Ｍｂ（Ｔ）〜Ｍｄ（Ｔ）のいずれかが論理値「１」となり、第１のレベル判定信号Ｌ１ｂ〜Ｌ１ｄの論理値「１」が所定時間継続したとき、または第２のレベル判定信号Ｌ２ｂ〜Ｌ２ｄの論理値「１」が所定時間継続したとき、または低下率判定信号Ｍｂ（Ｔ）〜Ｍｄ（Ｔ）の論理値「１」を入力したときに、負荷Ｂ１〜Ｂ４、負荷Ｃ１〜Ｃ４、負荷Ｄ１〜Ｄ４のうち予め定められた負荷を選択して、遮断器１７ｂ１〜１７ｂ４、遮断器１７ｃ１〜１７ｃ４、遮断器１７ｄ１〜１７ｄ４に、負荷遮断指令ｂ１〜ｂ４、負荷遮断指令ｃ１〜ｃ４、負荷遮断指令ｄ１〜ｄ４を出力する。
第７図は、発電電力不足に伴う系統周波数の低下時に系統周波数の低下率に応じて負荷遮断する負荷量の説明図である。第７図では、系統周波数が所定値以下となったことを検出する所定範囲の上限値として４８．８Ｈｚが設定され、所定範囲の下限値として４８．０Ｈｚが設定された場合を示している。また、所定範囲の上限値と所定範囲の下限値との間を系統周波数が低下する時間の複数個の制限値として、４個の制限値が設定され、第１の制限値として０．４ｓ、第２の制限値として０．５ｓ、第３の制限値として１．０ｓ、第４の制限値として２．０ｓが設定されている場合を示している。
系統周波数ｆが所定範囲の上限値（４８．８Ｈｚ）以下となったときは、低下率判定部３２ａは時間をカウント開始するとともに系統周波数ｆが所定範囲の下限値（４８．０Ｈｚ）になったか否かを監視する。そして、系統周波数ｆが所定範囲の上限値（４８．８Ｈｚ）から所定範囲の下限値（４８．０Ｈｚ）になるまでの所要時間を測定し、その測定した所要時間が第１の制限値０．４ｓ、第２の制限値０．５ｓ、第３の制限値１．０ｓ、第４の制限値２．０ｓのうちのいずれかの制限値以下となっているか否かを判定する。そして、いずれかの制限値以下となっているときは、その制限値に対応する出力信号を論理値「１」として出力する。
例えば、不足電圧継電装置３３ａ〜３３ｄが不足電圧を検出していない状態のときに、所要時間が第１の制限値０．４ｓ以下であるときは、周波数低下率判定部３１ａ〜３３ｄから低下率判定信号Ｍａ（０．４）〜Ｍｄ（０．４）が出力され、負荷遮断部２１ａ〜２１ｄにより電力系統の全負荷の３２％が遮断される。これは、系統周波数の低下率が大きいので早期に系統周波数ｆを回復させるためである。また、第２の制限値０．５ｓ以下であるときは、周波数低下率判定部３１ａ〜３１ｄから低下率判定信号Ｍａ（０．５）〜Ｍｄ（０．５）が出力され、負荷遮断部２１ａ〜２１ｄにより電力系統の全負荷の２４％が遮断される。
以下同様に、第３の制限値１．０ｓ以下であるときは、周波数低下率判定部３１ａ〜３１ｄから低下率判定信号Ｍａ（１．０）〜Ｍｄ（１．０）が出力され、負荷遮断部２１ａ〜２１ｄにより電力系統の全負荷の１６％が遮断され、第４の制限値２．０ｓ以下であるときは、周波数低下率判定部３１ａ〜３１ｄから低下率判定信号Ｍａ（２．０）〜Ｍｄ（２．０）が出力され、負荷遮断部２１ａ〜２１ｄにより電力系統の全負荷の８％が遮断される。なお、測定した時間が第４の制限値２．０ｓを越えるとき（低下率が小さいとき）は、低下率判定信号Ｍａ（Ｔ）〜Ｍｄ（Ｔ）は出力されないので低下率判定信号によって負荷遮断は行われない。このように、負荷遮断部２１ａは周波数低下率判定部３１ａで判定された所定範囲内での系統周波数の低下率が大きいほど多くの負荷を遮断し、系統周波数ｆの低下率が小さいときは負荷遮断はされない。
第８図は、第２の実施の形態における負荷遮断対象となる負荷への負荷遮断指令の割り付けの説明図である。第４図に示した第１の実施の形態に対し、低下率判定信号Ｍａ（Ｔ）〜Ｍｄ（Ｔ）が追加して割り付けられている。
変電所１４ａの負荷Ａ１は、第１のレベル信号Ｌ１ａが０．５秒以上継続したとき、または第２のレベル信号Ｌ２ａが０．２秒以上継続したときに遮断される。さらに、低下率判定信号Ｍａ（０．４）、Ｍａ（０．５）、Ｍａ（１．０）、Ｍａ（２．０）により遮断される。
以下、同様に、変電所１４ａ〜１４ｄの負荷遮断対象となる負荷Ａ１〜Ａ４、負荷Ｂ１〜Ｂ４、負荷Ｃ１〜Ｃ４、負荷Ｄ１〜Ｄ４に対して、時限を加味した第１のレベル信号Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄおよび第２のレベル信号Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄ、さらに低下率判定信号Ｍａ（Ｔ）〜Ｍｄ（Ｔ）が割り付けられる。前述したように、各々のフィーダ１６ａ１〜１６ａ４、フィーダ１６ｂ１〜１６ｂ４、フィーダ１６ｃ１〜１６ｃ４、フィーダ１６ｄ１〜１６ｄ４には、それぞれ２％負荷が接続されているので、系統周波数の回復のために遮断される最大負荷量は３２％となる。
次に、第９図は第２の実施の形態における負荷遮断部２１ａのＡ変電所用負荷遮断部２７ａの回路構成図である。Ａ変電所用負荷遮断部２７ａは、それぞれ所定の時限を有するタイマＴ１〜Ｔ８と、タイマＴ１〜Ｔ８のうちの二つの出力および低下率判定信号Ｍａ（０．４）、Ｍａ（０．５）、Ｍａ（１．０）、Ｍａ（２．０）の組み合わせの論理和を演算するオア回路ＯＲ１〜ＯＲ４とから構成されている。タイマＴ１〜Ｔ８およびオア回路ＯＲ１〜ＯＲ４により、第８図に示した負荷遮断対象となる負荷への負荷遮断指令ａ１〜ａ４の割り付けを実現している。
例えば、オア回路ＯＲ１からの負荷遮断指令ａ１は、タイマＴ１、Ｔ２からの出力信号、Ｍａ（０．４）、Ｍａ（０．５）、Ｍａ（１．０）、Ｍａ（２．０）のいずれかによって論理値「１」が入力されたときに、遮断器１７ａ１に出力され、負荷Ａ１が遮断される。同様に、オア回路ＯＲ２からの負荷遮断指令ａ２は、タイマＴ３、Ｔ４からの出力信号、Ｍａ（０．４）、Ｍａ（０．５）、Ｍａ（１．０）のいずれかによって論理値「１」が入力されたときに、遮断器１７ａ２に出力され負荷Ａ２が遮断される。また、オア回路ＯＲ３からの負荷遮断指令ａ３は、タイマＴ５、Ｔ６からの出力信号、Ｍａ（０．４）、Ｍａ（０．５）のいずれかによって論理値「１」が入力されたときに、遮断器１７ａ３に出力され負荷Ａ３が遮断される。さらに、オア回路ＯＲ４からの負荷遮断指令ａ４は、タイマＴ７、Ｔ８からの出力信号、Ｍａ（０．４）のいずれかによって論理値「１」が入力されたときに、遮断器１７ａ４に出力され負荷Ａ４が遮断される。
Ｂ変電所用負荷遮断部２７ｂ、Ｃ変電所用負荷遮断部２７ｃ、Ｄ変電所用負荷遮断部２７ｄについても同様に、それぞれ所定の時限を有する８個のタイマと、８個のタイマのうちの二つの出力および低下率判定信号Ｍｂ（０．４）〜Ｍｂ（２．０）、Ｍｃ（０．４）〜Ｍｃ（２．０）、Ｍｄ（０．４）〜Ｍｄ（２．０）の組み合わせの論理和を演算するそれぞれ４個のオア回路とから構成され、８個のタイマおよび４個のオア回路により、第８図に示した負荷遮断対象となる負荷Ｂ１〜Ｂ４、負荷Ｃ１〜Ｃ４、負荷Ｄ１〜Ｄ４への負荷遮断指令ｂ１〜ｂ４、負荷遮断指令ｃ１〜ｃ４、負荷遮断指令ｄ１〜ｄ４の割り付けを実現している。
以上の説明では、周波数低下率判定部に３１ａ〜３１ｄに不足電圧継電装置３３ａ〜３３ｄを設けたが、周波数低下レベル判定部２０ａ〜２０ｄの不足電圧継電装置２４ａ〜２４ｄを共用するようにしてもよい。すなわち、周波数低下率判定部３１ａ〜３１ｄの不足電圧継電装置３３ａ〜３３ｄを省略し、周波数低下率判定部３１ａ〜３１ｄの第３のアンド回路３４ａ〜３４ｄに対して周波数低下レベル判定部２０ａ〜２０ｄの不足電圧継電装置２４ａ〜２４ｄの出力信号を入力するようにしてもよい。
第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態の効果に加え、発電電力不足に伴う系統周波数の低下時に系統周波数の低下率が大きいときは、系統周波数の低下率が大きいほど多くの負荷を早く遮断するので、より迅速に系統周波数の回復を図ることができる。すなわち、系統周波数の低下幅が大きな状態で滞留することを防止できる。
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。第１０図は、本発明の第３の実施の形態に係わる周波数低下時負荷遮断装置１１ａのブロック構成図である。この第３の実施の形態は、図６に示した第２の実施の形態に対し、周波数低下率判定部３１ａに、２個の低下率判定部（第１の低下率判定部３５ａと第２の低下率判定部３６ａ）を設け、それに伴い２個のアンド回路（第３のアンド回路３４ａと第４のアンド回路３７ａ）とを設けたものである。これにより、発電電力不足に伴う系統周波数の低下時に系統周波数の低下率が大きいときは、２段階に分けて負荷遮断し、負荷遮断に伴う系統電圧の上昇を抑制するようにしている。図２と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
第３の実施の形態の周波数低下率判定部３１ａは、系統周波数の所定値以下の所定範囲として、２個の所定範囲（第１の所定範囲と第２の所定範囲）を備えている。第１の低下率判定部３５ａは第１の所定範囲を備え、第２の低下率判定部３６ａは第２の所定範囲を備えている。そして、第１の低下率判定部３５ａは第１の所定範囲内における系統周波数の低下率を判定し、第２の低下率判定部３６ａは第２の所定範囲内における系統周波数の低下率を判定する。
第１の低下率判定部３５ａは、入力した系統周波数ｆが第１の所定範囲を低下する時間を測定し、その時間が予め定めた複数個の制限値のいずれかの制限値以下となったときは、その制限値に対応する出力信号を論理値「１」として出力する。同様に、第２の低下率判定部３６ａは、入力した系統周波数ｆが第２の所定範囲を低下する時間を測定し、その時間が予め定めた複数個の制限値のいずれかの制限値以下となったときは、その制限値に対応する出力信号を論理値「１」として出力する。すなわち、第１の低下率判定部３５ａおよび第２の低下率判定部３６ａは、複数個の制限値に対応して低下率に応じた複数種類の出力信号を出力する。
不足電圧継電装置３３ａは系統電圧が所定値以下であるとき論理値「１」を出力する。第３のアンド回路３４ａは、第１の低下率判定部３５ａの出力が論理値「１」かつ不足電圧継電装置３３ａの出力が論理値「０」のとき論理値「１」を出力し、第４のアンド回路３７ａは、第２の低下率判定部３６ａの出力が論理値「１」かつ不足電圧継電装置３３ａの出力が論理値「０」のとき論理値「１」を出力する。
例えば、所定の系統周波数が５０Ｈｚの電力系統において、第１１図に示すように、第１の所定範囲として４８．８Ｈｚ〜４８．５Ｈｚが設定され、第２の所定範囲として４８．８Ｈｚ〜４８．０Ｈｚが設定されているとする。また、第１の所定範囲内の複数個の制限値として、第１の制限値０．５ｓ、第２の制限値０．６ｓ、第３の制限値０．９ｓ、第４の制限値１．２ｓ、第５の制限値１．６ｓ、第６の制限値２．０ｓが設定されているとし、第２の所定範囲内の複数個の制限値として、第１の制限値０．３ｓ、第２の制限値０．４ｓ、第３の制限値０．５ｓ、第４の制限値０．６ｓ、第５の制限値０．９ｓ、第６の制限値１．３ｓが設定されているとする。
いま、系統周波数ｆが第１の所定範囲（４８．８Ｈｚ〜４８．５Ｈｚ）を低下した時間が０．８ｓであり、第２の所定範囲（４８．８Ｈｚ〜４８．０Ｈｚ）を低下した時間が１．１ｓであったとすると、第１の所定範囲（４８．８Ｈｚ〜４８．５Ｈｚ）を低下した時間は、第１の所定範囲の第３の制限値０．９ｓ以下であり第２の制限値０．６ｓを越えているので、第１の低下率判定部３５ａ〜３５ｄは第３の制限値０．９ｓに対応する出力信号を論理値「１」として出力する。そして、発電電力不足による系統周波数ｆの低下現象であるときは不足電圧継電装置３３ａ〜３３ｄの出力は論理値「０」であるので、第１のアンド回路３４ａ〜３４ｄは第３の制限値０．９ｓに対応する第１の低下率判定信号Ｍ１ａ（Ｔ）〜Ｍ１ｄ（Ｔ）としてＭ１ａ（０．９）〜Ｍ１ｄ（０．９）を出力することになる。
一方、第２の所定範囲（４８．８Ｈｚ〜４８．０Ｈｚ）を低下した時間は、第２の所定範囲の第６の制限値１．３ｓ以下であり第５の制限値０．９ｓを越えているので、第２の低下率判定部３６ａ〜３６ｄは第６の制限値１．３ｓに対応する出力信号を論理値「１」として出力する。そして、発電電力不足による系統周波数ｆの低下現象であるときは不足電圧継電装置３３ａ〜３３ｄの出力は論理値「０」であるので、第２のアンド回路３７ａ〜３７ｄは第６の制限値１．３ｓに対応する第２の低下率判定信号Ｍ２ａ（Ｔ）〜Ｍ２ｄ（Ｔ）としてＭ２ａ（１．３）〜Ｍ２ｄ（１．３）を出力することになる。
いま、系統周波数ｆが第１の所定範囲（４８．８Ｈｚ〜４８．５Ｈｚ）内に入ったとすると、第１の低下率判定部３５ａ〜３５ｄは時間をカウント開始するとともに系統周波数ｆが第１の所定範囲（４８．８Ｈｚ〜４８．５Ｈｚ）の下限値４８．５Ｈｚになったか否かを監視する。そして、系統周波数ｆが第１の所定範囲の下限値（４８．５Ｈｚ）まで低下する所要時間を測定し、その測定した時間が第１の所定範囲の第１の制限値０．５ｓ、第２の制限値０．６ｓ、第３の制限値０．９ｓ、第４の制限値１．２ｓ、第５の制限値１．６ｓ、第６の制限値２．０ｓのうちのいずれかの制限値以下となっているか否かを判定する。そして、いずれかの制限値以下となっているときは、その制限値に対応する出力信号を論理値「１」として出力する。
同様に、系統周波数ｆが第２の所定範囲（４８．８Ｈｚ〜４８．０Ｈｚ）内に入ったときは、第２の低下率判定部３６ａ〜３６ｄは時間をカウント開始するとともに系統周波数ｆが第２の所定範囲（４８．８Ｈｚ〜４８．０Ｈｚ）の下限値４８．０Ｈｚになったか否かを監視する。そして、系統周波数ｆが第２の所定範囲の下限値（４８．０Ｈｚ）まで低下する所要時間を測定し、その測定した時間が第２の所定範囲の第１の制限値０．３ｓ、第２の制限値０．４ｓ、第３の制限値０．５ｓ、第４の制限値０．６ｓ、第５の制限値０．９ｓ、第６の制限値１．３ｓのうちのいずれかの制限値以下となっているか否かを判定する。そして、いずれかの制限値以下となっているときは、その制限値に対応する出力信号を論理値「１」として出力する。
例えば、不足電圧継電装置３３ａ〜３３ｄが不足電圧を検出していない状態のときに、系統周波数が第１の所定範囲（４８．８Ｈｚ〜４８．５Ｈｚ）を０．５ｓで低下し、第２の所定範囲（４８．８Ｈｚ〜４８．０Ｈｚ）を０．７ｓで低下したとすると、周波数低下率判定部３１ａ〜３１ｄの第１の低下率判定部３５ａ〜３５ｄから第１の低下率判定信号Ｍ１ａ（０．６）〜Ｍ１ｄ（０．６）が出力され、第２の低下率判定部３６ａ〜３６ｄから第２の低下率判定信号Ｍ２ａ（０．９）〜Ｍ２ｄ（０．９）が出力される。負荷遮断部２１ａ〜２１ｄは、周波数低下率判定部３１ａ〜３１ｄの第１の低下率判定部３５ａ〜３５ｄから第１の低下率判定信号Ｍ１ａ（０．６）〜Ｍ１ｄ（０．６）が出力されたときは、電力系統の全負荷の１６％を遮断し、周波数低下率判定部３１ａ〜３１ｄの第２の低下率判定部３６ａ〜３６ｄから第２の低下率判定信号Ｍ２ａ（０．９）〜Ｍ２ｄ（０．９）が出力されたときは、電力系統の全負荷の６％を遮断する。
このように、系統周波数の低下率が大きく早期に系統周波数ｆを回復させるにあたって、結果的に電力系統の全負荷の２２％を遮断する場合には、まず、第１段階で電力系統の全負荷の１６％を遮断し、その後に第２段階で電力系統の全負荷の６％を遮断する。これにより、負荷遮断に伴って発生する系統電圧の上昇の幅を抑制することが可能となる。
すなわち、電力系統の負荷を遮断すると、その遮断した負荷量に応じて一時的に系統電圧が上昇する。従って、一度に大量の負荷を遮断すると、系統電圧の上昇も大きくなり、系統電圧を所定値に保持する観点からも好ましくない。また、系統周波数ｆが低下した状態で系統電圧が上昇することになるので、例えば、電力系統に接続されている発電機の過励磁保護リレーが動作することがある。
一般に、発電機には過励磁保護リレーとして、発電機端子電圧と系統周波数との比（Ｖ／Ｆ）が所定値を越えた場合に動作するＶ／Ｆリレーが設置されており、系統周波数ｆが低下した状態で系統電圧が上昇すると、このＶ／Ｆリレーが動作し発電機が電力系統から解列してしまうことがある。電力系統全体の発電電力不足に伴う系統周波数の低下時に、系統周波数を回復させるために負荷遮断を行ったにもかかわらず、発電機が電力系統から解列すると、却って電力系統全体の発電電力が不足してしまい、電力系統の安定した運転状態の維持が図りにくくなる。
そこで、負荷遮断に伴う系統電圧の上昇は極力抑制する必要があるので、系統周波数の低下率が大きく早期に系統周波数ｆを回復させるにあたって、２段階で電力系統の負荷を遮断する。例えば、発電電力不足に伴う系統周波数の低下時に、結果として電力系統全体の全負荷の２２％を遮断する場合に、前述したように、第１段階で１６％の負荷を遮断し第２段階で６％の負荷を遮断する。まず、第１段階で１６％の負荷を遮断すると、系統電圧は一時的に上昇するが、電力系統全体の全負荷の２２％を一度に遮断した場合に比較して系統電圧の上昇は抑制される。
また、一時的に上昇した系統電圧は、発電機の端子電圧を調整する自動電圧調整装置ＡＶＲで発電機の端子電圧が所定値になるように調整されるので、第２段階での負荷遮断時には系統電圧は回復傾向を示すことになる。この状態で、第２段階で電力系統全体の全負荷の６％の負荷を遮断するので、その負荷遮断に伴う系統電圧の上昇も抑制される。
第１２図は、第３の実施の形態における負荷遮断対象となる負荷への負荷遮断指令の割り付けの説明図である。第８図に示した第２の実施の形態に対し、低下率判定信号Ｍａ（Ｔ）〜Ｍｄ（Ｔ）に代えて、第１の低下率判定信号Ｍ１ａ（Ｔ）〜Ｍ１ｄ（Ｔ）および第２の低下率判定信号Ｍ２ａ（Ｔ）〜Ｍ２ｄ（Ｔ）が追加して割り付けられている。
変電所１４ａの負荷Ａ１は、第１のレベル信号Ｌ１ａが０．５秒以上継続したとき、または第２のレベル信号Ｌ２ａが０．２秒以上継続したときに遮断される。さらに、第１の低下率判定信号Ｍ１ａ（０．５）、Ｍ１ａ（０．６）、Ｍ１ａ（０．９）、Ｍ１ａ（１．２）、Ｍ１ａ（１．６）、Ｍ１ａ（２．０）によっても遮断される。
以下、同様に、変電所１４ａ〜１４ｄの負荷遮断対象となる負荷Ａ１〜Ａ４、負荷Ｂ１〜Ｂ４、負荷Ｃ１〜Ｃ４、負荷Ｄ１〜Ｄ４に対して、時限を加味した第１のレベル信号Ｌ１ａ〜Ｌ１ｄおよび第２のレベル信号Ｌ２ａ〜Ｌ２ｄ、さらに第１の低下率判定信号Ｍ１ａ（Ｔ）〜Ｍ１ｄ（Ｔ）および第２の低下率判定信号Ｍ２ａ（Ｔ）〜Ｍ２ｄ（Ｔ）が割り付けられる。前述したように、各々のフィーダ１６ａ１〜１６ａ４、フィーダ１６ｂ１〜１６ｂ４、フィーダ１６ｃ１〜１６ｃ４、フィーダ１６ｄ１〜１６ｄ４には、それぞれ２％負荷が接続されているので、系統周波数の回復のために遮断される最大負荷量は３２％となる。
次に、第１３図は、第３の実施の形態における負荷遮断部のＡ変電所用負荷遮断部２７ａの回路構成図である。Ａ変電所用負荷遮断部２７ａは、それぞれ所定の時限を有するタイマＴ１〜Ｔ８と、タイマＴ１〜Ｔ８のうちの二つの出力および第１の低下率判定信号Ｍ１ａ（０．５）、Ｍ１ａ（０．６）、Ｍ１ａ（０．９）、Ｍ１ａ（１．２）、Ｍ１ａ（１．６）、Ｍ１ａ（２．０）および第２の低下率判定信号Ｍ２ａ（０．３）、Ｍ２ａ（０．４）、Ｍ２ａ（０．５）、Ｍ２ａ（０．６）、Ｍ２ａ（０．９）、Ｍ２ａ（１．３）の組み合わせの論理和を演算するオア回路ＯＲ１〜ＯＲ４とから構成されている。タイマＴ１〜Ｔ８およびオア回路ＯＲ１〜ＯＲ４により、第１２図に示した負荷遮断対象となる負荷への負荷遮断指令ａ１〜ａ４の割り付けを実現している。
例えば、オア回路ＯＲ１からの負荷遮断指令ａ１は、タイマＴ１、Ｔ２からの出力信号、Ｍ１ａ（０．５）、Ｍ１ａ（０．６）、Ｍ１ａ（０．９）、Ｍ１ａ（１．２）、Ｍ１ａ（１．６）、Ｍ１ａ（２．０）のいずれかによって論理値「１」が入力されたときに、遮断器１７ａ１に出力され負荷Ａ１が遮断される。同様に、オア回路ＯＲ２からの負荷遮断指令ａ２は、タイマＴ３、Ｔ４からの出力信号、Ｍ１ａ（０．５）、Ｍ１ａ（０．６）、Ｍ１ａ（０．９）、Ｍ１ａ（１．２）、Ｍ１ａ（１．６）のいずれかによって論理値「１」が入力されたときに、遮断器１７ａ２に出力され負荷Ａ２が遮断される。また、オア回路ＯＲ３からの負荷遮断指令ａ３は、タイマＴ５、Ｔ６からの出力信号、Ｍ１ａ（０．５）のいずれかによって論理値「１」が入力されたときに、遮断器１７ａ３に出力され負荷Ａ３が遮断される。さらに、オア回路ＯＲ４からの負荷遮断指令ａ４は、タイマＴ７、Ｔ８からの出力信号、Ｍ２ａ（０．３）、Ｍ２ａ（０．４）、Ｍ２ａ（０．５）、Ｍ２ａ（０．６）、Ｍ２ａ（０．９）、Ｍ２ａ（１．３）のいずれかによって論理値「１」が入力されたときに、遮断器１７ａ４に出力され負荷Ａ４が遮断される。
Ｂ変電所用負荷遮断部２７ｂ、Ｃ変電所用負荷遮断部２７ｃ、Ｄ変電所用負荷遮断部２７ｄについても同様に、それぞれ所定の時限を有する８個のタイマと、８個のタイマのうちの二つの出力、第１の低下率判定信号Ｍ１ｂ（Ｔ）〜Ｍ１ｄ（Ｔ）、および第２の低下率判定信号Ｍ２ｂ（Ｔ）〜Ｍ２ｄ（Ｔ）の組み合わせの論理和を演算するそれぞれ４個のオア回路とから構成され、各変電所毎に８個のタイマおよび４個のオア回路により、第１２図に示した負荷遮断対象となる負荷Ｂ１〜Ｂ４、負荷Ｃ１〜Ｃ４、負荷Ｄ１〜Ｄ４への負荷遮断指令ｂ１〜ｂ４、負荷遮断指令ｃ１〜ｃ４、負荷遮断指令ｄ１〜ｄ４の割り付けを実現している。
以上の説明では、２個の低下率判定部を設けた場合について説明したが、複数個の低下率判定部を設けるようにしてもよい。その場合には、複数段階で負荷遮断を行うので、きめ細かく負荷遮断に伴う系統電圧の上昇を抑制できる。
第３の実施の形態によれば、第２の実施の形態の効果に加え、発電電力不足に伴う系統周波数の低下時に系統周波数の低下率が大きいときは、複数段階で負荷遮断を行うので、その負荷遮断に伴う系統電圧の上昇が抑制される。従って、過励磁保護リレーの動作を防止でき、発電機が電力系統から解列されることを防止できる。
以上のように、本発明の周波数低下時負荷遮断装置は、電力系統の発電電力不足に伴う周波数低下を回復させる場合に適用できる。すなわち、系統周波数の回復度合に応じて負荷を遮断するので、系統周波数を所定の範囲内に回復させることができる。また、系統周波数の低下率が大きいときは、系統周波数の低下率が大きいほど多くの負荷を早く遮断するので、より迅速に系統周波数の回復を図ることができる。その際には、必要に応じて、負荷遮断に伴う系統電圧の上昇を抑制するように負荷遮断を行うので、例えば過励磁保護リレーの動作を防止でき、発電機が電力系統から解列されることを防止できる。
Claims (3)
- 電力系統の系統周波数が低下したとき前記系統周波数を所定範囲内に戻して前記電力系統を安定に運用するための周波数低下時負荷遮断装置において、電力系統の発電電力不足に伴う系統周波数の低下時に系統周波数の周波数低下レベルを判定する周波数低下レベル判定部と、前記周波数低下レベル判定部で判定された周波数低下レベルのいずれかに前記系統周波数が滞留するときはその滞留時間に基づいて予め定められた負荷を順次遮断し、その際に前記系統周波数が滞留する前記周波数低下レベルが大きいときは多くの負荷を早く遮断する負荷遮断部とを備えたことを特徴とする周波数低下時負荷遮断装置。
- 電力系統の発電電力不足に伴う系統周波数の低下時に前記系統周波数が所定値以下となったときはその所定値以下の所定範囲内における前記系統周波数の低下率を判定する周波数低下率判定部を設け、前記負荷遮断部は前記周波数低下率判定部で判定された前記所定範囲内での系統周波数の低下率が大きいほど多くの負荷を遮断することを特徴とする請求項１記載の周波数低下時負荷遮断装置。
- 前記周波数低下率判定部は前記所定値以下の所定範囲として複数個の所定範囲を備え、各々の所定範囲内における前記系統周波数の低下率を判定し、前記負荷遮断部は前記周波数低下率判定部で判定された各々の所定範囲内の系統周波数の低下率が大きいほど多くの負荷を遮断することを特徴とする請求項２記載の周波数低下時負荷遮断装置。
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