JP2016093065A - 発電機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電機の投入または解放の操作に伴う電圧降下または電圧上昇を確実に補償することが出来る発電機制御装置を提供する。
【解決手段】遮断器２の投入または解放の操作実行を決定する遮断器投入解放決定手段８１と、遮断器２の操作により負荷４が投入または解放されたときに生じる発電機３の出力電圧の下降または上昇の電圧変動予測量を演算する電圧変動予測量演算手段８２と、遮断器投入解放決定手段８１により遮断器２の投入または解放の操作実行が決定された第一時点で、ＡＶＲ５の電圧指令値を電圧変動予測量だけ加算または減算した値に変更する電圧指令値変更手段８３と、発電機３の出力電圧の第一時点以降の電圧変動検出量が電圧変動予測量の１／２に達した第二時点で遮断器２に投入または解放の操作指令を出力するとともに、ＡＶＲ５の電圧指令値を電圧指令値変更手段８３により変更する前の値に復帰させる遮断器操作手段８４とを備えた。
【選択図】図２

Description

この発明は、原子力発電プラント等、遮断器を介して負荷に接続された発電機とこの発電機の出力電圧を制御する自動電圧調整器（ＡＶＲ）とを備えた発電設備における発電機制御装置に係り、特に、発電機の投入または解放時の発電電圧の変動を抑制する技術に関するものである。

例えば、特許文献１には、送電系統の事故により所内単独運転に移行する際、発電機Ｇの出力電圧を予め設定された電圧に昇圧するようにＡＶＲにより制御してユニット母線の電圧降下を抑制するとする、発電所の所内単独運転における母線電圧降下抑制方法が紹介されている。

特開２０００−６９６９２号公報（請求項１、図１、図２等参照）

上述の特許文献１では、発電所の所内単独運転への移行時に予想される電圧降下を補償するため、ＡＶＲにより発電機Ｇに昇圧の指令を出力するが、そのＡＶＲの起動は、発電機Ｇを所内負荷である共通補機Ｍに接続するための母線連絡用遮断器の投入操作を条件に実行される。
即ち、ＡＶＲにより発電機Ｇを昇圧させる動作は、母線連絡用遮断器の投入により生じる電圧降下の現象とほぼ同時に開始されることになる。
この結果、発電機Ｇの投入操作に伴う電圧降下の補償が十分になされないという課題があった。
逆に、発電機の解放操作時には、電圧上昇という現象となるが、従来の方法では、この電圧上昇の補償が十分になされないという同種の課題として現れることになる。

なお、発電所の管理形態によっては、系統の事故に応じて発電機投入用の遮断器を投入する場合だけでなく、全ての負荷の管理を行い、遮断器の投入を計画されたタイミングで行う場合もある。しかし、このような場合にも、従来の方法では、ＡＶＲによる電圧補償の動作は、当該遮断器の投入動作を条件に開始されるので、上述の特許文献１の場合と同様、発電機の投入操作に伴う電圧降下の補償が十分になされないという点では変わりがない。

この発明は、以上のような従来の課題を解決するためになされたもので、発電機の投入または解放の操作に伴う電圧降下または電圧上昇を確実に補償することが出来る発電機制御装置を提供することを目的とする。

この発明に係る発電機制御装置は、遮断器を介して負荷に接続された発電機と、この発電機の出力電圧が与えられた電圧指令値に追従するよう発電機の出力電圧を制御する電圧調整器と、遮断器および電圧調整器を制御する制御手段とを備えたもので、この制御手段は、遮断器の投入または解放の操作実行を決定する遮断器投入解放決定手段と、遮断器の操作により負荷が投入または解放されたときに生じる発電機の出力電圧の下降または上昇の電圧変動予測量を演算する電圧変動予測量演算手段と、遮断器投入解放決定手段により遮断器の投入または解放の操作実行が決定された第一時点で、電圧調整器の電圧指令値を電圧変動予測量演算手段により演算された電圧変動予測量だけ加算または減算した値に変更する電圧指令値変更手段と、発電機の出力電圧の第一時点以降の電圧変動検出量が電圧変動予測量のα（０＜α≦１）倍の値に達した第二時点で遮断器に投入または解放の操作指令を出力するとともに、電圧調整器の電圧指令値を電圧指令値変更手段により変更する前の値に復帰させる遮断器操作手段とを備えたものである。

この発明に係る発電機制御装置は、以上のように、遮断器の投入または解放の操作実行が決定されたタイミングである第一時点から電圧調整器による電圧補償のための動作を開始し、この動作を経た第二時点で遮断器の投入または解放の操作を行うようにしたので、発電機の投入または解放の操作に伴う電圧降下または電圧上昇を確実に補償することが出来る発電機制御装置を得ることができる。

この発明の実施の形態１における発電機制御装置が適用される発電設備の全体構成を示す図である。 図１の監視操作盤７に装備された制御手段８の内部構成図である。 この発明の実施の形態１における発電機制御装置の動作を説明するフローチャートである。 遮断器２の投入操作時における、この発明の電圧補償に係る一連の動作の経過を説明するためのタイミングチャートである。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における発電機制御装置が適用される発電設備の全体構成を示す図である。図において、電力系統１には、遮断器（ＣＢ）２を介して発電機（Ｇ）３が接続されている。また、電力系統１には、負荷４が接続され、この負荷４は、複数の単位負荷Ｌ１、Ｌ２、・・Ｌｎからなり、一般的には、この内、電力系統１に投入される負荷は、例えば、時間帯等によって変化する。

電圧調整器としてのＡＶＲ（自動電圧調整器）５は、電圧検出器（ＶＴ）６で検出される発電機３の出力電圧（以下、発電電圧とも称す）が、与えられた電圧指令値に追従するよう発電機３を制御する。
監視操作盤７は、負荷４の投入状態を管理しており、その情報等に基づき、遮断器２およびＡＶＲ５を制御する。
この実施の形態１では、この発明の要部を成す、即ち、発電機３の投入または解放の操作に伴う電圧降下または電圧上昇を補償する機能を担う制御手段８をこの監視操作盤７に装備している。

図２は、図１の監視操作盤７に装備された制御手段８の内部構成図である。図において、遮断器投入解放決定手段８１は、負荷４の投入状態の情報等に基づき遮断器２の投入または解放の操作実行を決定する。電圧変動予測量演算手段８２は、遮断器２の操作により、その時点で投入状態にある負荷４が発電機３に投入、または、同負荷４が発電機３から解放されたときに生じる発電機３の出力電圧の下降または上昇の電圧変動予測量を演算する。

電圧指令値変更手段８３は、遮断器投入解放決定手段８１により遮断器２の投入または解放の操作実行が決定された第一時点で、ＡＶＲ５の電圧指令値を電圧変動予測量演算手段８２により演算された電圧変動予測量だけ加算または減算した値に変更する。遮断器操作手段８４は、発電機３の出力電圧の第一時点以降の電圧変動検出量が電圧変動予測量のα（０＜α≦１）倍の値（この実施の形態１では、α＝１／２に設定するが、その他の場合については後述する）に達した第二時点で遮断器２に投入または解放の操作指令を出力するとともに、ＡＶＲ５の電圧指令値を電圧指令値変更手段８３により変更する前の値に復帰させる。

次に、制御手段８による、この発明の電圧補償に係る動作について、図３のフローチャートに基づき、また、図４のタイミングチャートを参考にして説明する。
図３において、運転がスタートすると（ステップＳ１）、ＡＶＲ５は通常運転を実行する（ステップＳ２）。
ここでは、説明の便宜上、遮断器２が解放されている状態として説明するものとする。従って、発電機３は無負荷の状態で、ＡＶＲ５は、発電機３の無負荷出力電圧を定格電圧に追従させる運転を継続している。

この状態で、電圧変動予測量演算手段８２は、仮に、その時点で投入状態にある負荷４が発電機３に投入されたとした場合に生じる発電機３の出力電圧の下降量である電圧変動予測量を演算している（ステップＳ３）。
ここで、遮断器投入解放決定手段８１が遮断器投入の操作を決定すると（ステップＳ４）、そのタイミング（第一時点）で、ＡＶＲ５をそれまでの通常運転から電圧事前調整運転に切り替える（ステップＳ５）。即ち、電圧指令値変更手段８３が、電圧変動予測量演算手段８２からの電圧変動予測量の演算値を固定し、この固定量をＡＶＲ５の通常指令値（ここでは、定格電圧）に加算する（ステップＳ６）。

この運転切り替えにより、図４に示すように、発電機３の無負荷出力電圧（発電電圧）は、変更後の指令値に追従すべく上昇を続けることになる。
この電圧上昇分が、電圧変動予測量の上述の固定値の１／２に達すると（ステップＳ７でＹＥＳ）、このタイミング（第二時点）で、遮断器２に投入指令を出力して実際に遮断器２が投入され、同時に、ＡＶＲ５をそれまでの電圧事前調整運転から元の通常運転に切り替える（ステップＳ９）。
以上のステップＳ７からＳ９に至る動作は、制御手段８の遮断器操作手段８４が担っている。

発電機３の運転が継続しておれば（ステップＳ１０でＹＥＳ）、ステップＳ２からの動作を繰り返すことになるが、ここでは、遮断器２は投入状態にあるので、発電機３はその時点に発電機３に接続されている負荷４に電力を供給しており、ＡＶＲ５は、発電機３のこの負荷状態での出力電圧を定格電圧に追従させる通常運転を継続することになる。
発電機３の運転が終了すれば（ステップＳ１０でＮＯ）、一連の制御動作も終了する（ステップＳ１１）。

ここで、ステップＳ７で説明したように、電圧事前調整運転を開始してからの電圧上昇分が、電圧変動予測量の固定値の１／２に達した時点で遮断器２を投入するとした理由およびその効果について、図４を参照して説明する。
即ち、遮断器２の投入のタイミング（第二時点）では、電圧変動予測量の固定値電圧だけ発電電圧が下降する。
従って、図４から分かるように、このタイミングでは、発電電圧が（定格電圧＋固定値電圧×１／２）から（定格電圧＋固定値電圧×１／２−固定値電圧）＝（定格電圧−固定値電圧×１／２）に下降する、即ち、定格電圧を中心に上下に等しい振幅の変動となる。
結果として、遮断器２の投入操作に基づく、発電電圧の定格電圧からの変動幅の絶対値が最小値に抑制されるという効果が得られるわけである。

以上の検討は、図４に示すように、第一時点直前における発電機３の出力電圧検出値が定格電圧と等しいという条件下で行ったもので、この条件が必ずしも成立しない場合も考慮に入れた場合は、以下のようにすればよい。
即ち、発電機３の出力電圧の第一時点以降の電圧変動検出量が電圧変動予測量のα（０＜α≦１）倍の値に達した第二時点で遮断器２に投入または解放の操作指令を出力するものとし、第一時点直前における発電機３の出力電圧検出値と電圧変動予測量とに基づき、第二時点における投入または解放操作に伴う発電機３の出力電圧の上限値および下限値をこのαの関数として演算し、αとして、この上限値および下限値の発電機３の定格電圧からの変動幅が互いに等しくなる値に設定すればよい。

以上により、第一時点直前の発電電圧の如何に拘わらず、第二時点における遮断器２の投入または解放の操作に基づく、発電電圧の定格電圧からの変動幅の絶対値が最小値に抑制される。

なお、既述したように、以上の説明では、遮断器２が解放されている状態から投入した場合の動作を対象としたが、反対に、遮断器２が投入された状態から解放した場合も、図４で説明した電圧上昇の特性が電圧下降の特性に反転するだけで、この発明は、全く同様の要領で適用でき同等の効果を奏することは明らかである。

以上のように、この発明の実施の形態１における発電機制御装置では、遮断器２の投入または解放の操作実行が決定されたタイミングである第一時点からＡＶＲ５による電圧補償のための動作、即ち、電圧指令値を電圧変動予測量だけ加算または減算した値に変更して運転する電圧事前調整運転を開始し、この動作を経た第二時点で遮断器２の投入または解放の操作を行うようにしたので、発電機３の投入または解放の操作に伴う電圧降下または電圧上昇を確実に補償することが出来る発電機制御装置を得ることができ、発電機３およびこれに接続された機器の耐久性が向上する。
また、電圧変動幅を同じとすると、発電機３の容量を実質的に低減することも可能となる。

実施の形態２．
先の実施の形態１では、遮断器操作に伴う電圧補償に係る一連の制御動作を担う制御手段８を、負荷４の状態を常時監視しその情報等に基づき、遮断器２およびＡＶＲ５を操作制御する監視操作盤７に装備した場合について説明した。しかし、例えば、発電機や遮断器、ＡＶＲ、負荷を備える設備が複数存在し、これら全体の設備機器を管理監視する中央制御盤が設置される場合は、各設備用の制御手段をこの中央制御盤にまとめて装備するようにすることにより、設備全体としての構成をより簡便なものとすることができるという利点がある。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 電力系統、２ 遮断器、３ 発電機、４ 負荷、５ ＡＶＲ、６ 電圧検出器、
７ 監視操作盤、８ 制御手段、８１ 遮断器投入解放決定手段、
８２ 電圧変動予測量演算手段、８３ 電圧指令値変更手段、８４ 遮断器操作手段。

Claims (4)

1. 遮断器を介して負荷に接続された発電機と、この発電機の出力電圧が与えられた電圧指令値に追従するよう前記発電機の出力電圧を制御する電圧調整器と、前記遮断器および前記電圧調整器を制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記遮断器の投入または解放の操作実行を決定する遮断器投入解放決定手段と、前記遮断器の操作により前記負荷が投入または解放されたときに生じる前記発電機の出力電圧の下降または上昇の電圧変動予測量を演算する電圧変動予測量演算手段と、前記遮断器投入解放決定手段により前記遮断器の投入または解放の操作実行が決定された第一時点で、前記電圧調整器の前記電圧指令値を前記電圧変動予測量演算手段により演算された前記電圧変動予測量だけ加算または減算した値に変更する電圧指令値変更手段と、前記発電機の出力電圧の前記第一時点以降の電圧変動検出量が前記電圧変動予測量のα（０＜α≦１）倍の値に達した第二時点で前記遮断器に投入または解放の操作指令を出力するとともに、前記電圧調整器の前記電圧指令値を前記電圧指令値変更手段により変更する前の値に復帰させる遮断器操作手段とを備えたことを特徴とする発電機制御装置。
2. 前記αを０．５に設定することを特徴とする請求項１記載の発電機制御装置。
3. 前記第一時点直前における前記発電機の出力電圧検出値と前記電圧変動予測量とに基づき、前記第二時点における投入または解放操作に伴う前記発電機の出力電圧の上限値および下限値を前記αの関数として演算し、前記αとして、前記上限値および前記下限値の前記発電機の定格電圧からの変動幅が互いに等しくなる値に設定するようにしたことを特徴とする請求項１記載の発電機制御装置。
4. 前記制御手段は、前記負荷の状態を常時監視しその情報に基づき前記遮断器および前記電圧調整器を操作する監視操作盤に装備したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の発電機制御装置。

Images