【電験一種過去問解説：法規<R4 問4改>】周波数調整の方法

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文中の　　に当てはまる最も適切な語句を答えよ。　

　同期発電機で機械的入力エネルギーが電気出力エネルギーを上回ると回転数は上昇し、周波数が上がる。その逆では周波数が下がる。機械的入力エネルギーを一定に保っていても、現実の系統の負荷は時々刻々変化するため、周波数が変動する。長周期変動分の負荷変動は、日負荷曲線からある程度予測できるため、 (1) として発電機出力値をあらかじめ指令しておく。それよりも短周期の変動分については (2) で対応する。 (2) は、時々刻々変化する需要と供給の差を周波数の変化としてとらえ、発電機出力を自動制御するものである。これらよりもさらに短周期の変動分については、 (3) と負荷の (4) によって吸収する。 (3) とは、発電機の調速機によって回転速度を一定に保つよう自動で応答させる運転をいう。また、負荷のうちかなりの部分を占める回転機負荷の場合、周波数が下がると (5) が下がるが、この特性を負荷の (4) と呼んでいる。

解答のポイント

周波数変動の仕組み

電気は原則貯蔵不可
　→ 常に需要量 ≒ 供給量 (発電量)　同時同量

電力のアンバランス
　有効電力　⇒　周波数の変動
　無効電力　⇒　電圧の変動

① 需要量＜供給量
　自転車でいう「下り坂」に突然変化
　　　　　⇓
　発電機回転子　加速
　　　　　⇓
　周波数　上昇　　\(\color{red}{N_s} = \displaystyle\frac{120\color{red}{f}}{p}\)
　　　　　⇓
　系統負荷の消費電力　増大　　 \(\color{red}{P} = ωT = 2π\color{red}{f}T\)
　　　(系統の自己制御性)

② 需要量＞供給量
　自転車でいう「上り坂」に突然変化
　　　　　⇓
　発電機回転子　減速
　　　　　⇓
　周波数　低下　　\(\color{red}{N_s} = \displaystyle\frac{120\color{red}{f}}{p}\)
　　　　　⇓
　系統負荷の消費電力　減少　　 \(\color{red}{P} = ωT = 2π\color{red}{f}T\)
　　　(系統の自己制御性)

周波数調整の方法

① 微小変動
　負荷の自己制御性

② 短周期変動
　発電機の調速機によるガバナーフリー運転

③ 長周期変動
　出力コンロールによる負荷周波数制御 (LFC)

④ 日負荷変動
　気象データを元に、出力配分を各発電所に送る経済負荷配分制御 (ELD)

解答

　同期発電機で機械的入力エネルギーが電気出力エネルギーを上回ると回転数は上昇し、周波数が上がる。その逆では周波数が下がる。機械的入力エネルギーを一定に保っていても、現実の系統の負荷は時々刻々変化するため、周波数が変動する。長周期変動分の負荷変動は、日負荷曲線からある程度予測できるため、 (1) 経済負荷配分 (ELD) として発電機出力値をあらかじめ指令しておく。それよりも短周期の変動分については (2) 負荷周波数制御 (LFC) で対応する。 (2) 負荷周波数制御 (LFC) は、時々刻々変化する需要と供給の差を周波数の変化としてとらえ、発電機出力を自動制御するものである。これらよりもさらに短周期の変動分については、 (3) ガバナーフリー運転と負荷の (4) 自己制御性によって吸収する。 (3) ガバナーフリー運転とは、発電機の調速機によって回転速度を一定に保つよう自動で応答させる運転をいう。また、負荷のうちかなりの部分を占める回転機負荷の場合、周波数が下がると (5) 消費電力が下がるが、この特性を負荷の (4) 自己制御性と呼んでいる。