JP2000354399A - 交流励磁同期機の２次励磁制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 負荷遮断時に交流励磁同期機を停止すること
なく運転を長時間継続することができる交流励磁同期機
の２次励磁制御方法を提供すること。 【解決手段】 負荷遮断時に、励磁用変換器５の励磁
を、交流励磁同期機１００の可変速幅に比例した周波数
の交流励磁から、低周波励磁に切り替えるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、交流励磁同期機
の２次励磁制御方法に関し、特に揚水発電に使用する可
変速運転される交流励磁同期機の２次励磁制御方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２は例えば、電気学会電力技術研究会
（昭和62年7月27〜28日、於名古屋）発表論文「可変速
揚水発電システムによる系統安定化効果のシミュレーシ
ョン解析」や、日本電気協会誌昭和62年12月号「世界初
の可変速発電システムについて」等に示された従来の可
変速運転される交流励磁同期機の２次励磁制御方法の原
理を説明するための２次励磁制御装置を示す構成図であ
る。図２において、１００は発電を行う交流励磁同期
機、１は交流励磁同期機１００の電機子、２は交流励磁
同期機１００の回転子（２次コイル）、３は交流励磁同
期機１００のシャフト、４は励磁用変圧器、５は交流励
磁同期機１００の２次側出力を制御する励磁用変換器、
６は交流励磁同期機１００の回転位置及び回転数を検出
する検出器、７は励磁用変換器５を制御する制御器、８
は交流励磁同期機１００の出力電流の変化を検出する変
流器、９は交流励磁同期機１００の出力電圧を検出する
計器用変圧器、４１は交流励磁同期機１００の界磁遮断
器、５０は交流励磁同期機１００の出力に応じた電力を
電力系統Ｌに供給する主変圧器、５２は交流励磁同期機
１００の出力を遮断する発電遮断器、１５２は主変圧器
５０から電力系統Ｌに出力される電力を遮断する高圧側
遮断器である。

【０００３】従来の交流励磁同期機１００を可変速で運
転するための２次励磁制御方法によれば、交流励磁同期
機１００の回転数が変わっても、電力系統周波数と一致
するようにすべり分だけ２次励磁により周波数を補正し
てやることにより、電力系統Ｌとの並列運転が可能であ
る。交流励磁同期機１００を２次励磁するには、与えら
れた交流から直接に所望する交流を作るサイクロコンバ
ータや、与えられた交流から一度直流に変換し更に交流
を作るコンバータとインバータとを用いる方法等があ
る。制御器７は、計器用変圧器９で検出された電圧、変
流器８で検出された電流、及び検出器６で検出された回
転位置及び回転数を入力し、交流励磁同期機１００が予
め設定された電圧、回転数、及び電力を得る事が出来る
ように励磁用変換器５を制御して交流励磁同期機１００
を運転する。

【０００４】しかし、従来の交流励磁同期機の２次励磁
制御方法では、発電運転時の負荷遮断時には交流励磁同
期機１００が電力系統Ｌから切り離された無負荷有効励
磁で回転することになるが、この時、回転速度の変動に
より可変速幅を逸脱してしまった場合、励磁用変換器５
の出力電圧が過電圧となり、交流励磁同期機１００を事
故停止しなければならず、交流励磁同期機１００が事故
停止すると、故障が復帰してから交流励磁同期機１００
の運転を再開しなければならず、無負荷有効励磁で運転
を継続する場合に比べ、電力系統Ｌへの再並列運転に時
間がかかる問題があった。

【０００５】このような問題を解決するための交流励磁
同期機の２次励磁制御方法が特開平８−９６９３号公報
に開示されている。この従来の交流励磁同期機の２次励
磁制御同期機の２次励磁制御方法では、発電運転中の負
荷遮断時に、回転速度の変動により可変速幅を逸脱した
場合、励磁用変換器５の出力を直流励磁に切り替えるこ
とにより、交流励磁同期機の出力電圧は交流励磁同期機
の回転速度の上昇に比例するが、励磁用変換器の出力電
圧は過電圧に至らず、交流励磁同期機の運転を継続させ
ることができるものとなっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、励磁用
変換器の出力を直流にした場合、励磁用変換器のサイク
ロコンバータ等を構成する素子の中の同一素子のみに電
流が流れるためジュール熱が特に上昇し、長時間の運転
になると励磁用変換器を事故停止させなければならず、
交流励磁同期機は運転継続できなくなる。交流励磁同期
機が事故停止すると、故障が復帰してから交流励磁同期
機１００の運転を再開しなければならず、無負荷有効励
磁で運転を長時間継続する場合に比べ、電力系統Ｌへの
再並列運転に時間がかかる問題があった。

【０００７】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたものであり、負荷遮断時に交流励磁同期機
を停止することなく運転を長時間継続することができる
交流励磁同期機の２次励磁制御方法を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る交流励磁
同期機の２次励磁制御方法は、ポンプ水車に連動されて
発電及び揚水を行う交流励磁同期機の２次側出力を励磁
用変換器によって制御することにより、交流励磁同期機
を可変速で運転する２次励磁制御方法において、上記交
流励磁同期機の発電運転中の負荷遮断時に、上記励磁用
変換器の励磁を、上記交流励磁同期機の可変速幅に比例
した周波数の交流励磁から低周波励磁に切り替えること
により、負荷遮断によって上記交流励磁同期機及び上記
ポンプ水車の回転速度が上昇しても励磁用変換器を停止
させることなく運転を継続させるようにしたものであ
る。

【０００９】また、この発明に係る交流励磁同期機の２
次励磁制御方法は、ポンプ水車に連動されて発電及び揚
水を行う交流励磁同期機の２次側出力を励磁用変換器に
よって制御することにより、交流励磁同期機を可変速で
運転する２次励磁制御方法において、上記交流励磁同期
機の発電運転中の負荷遮断時に、上記交流励磁同期機の
２次側出力の制御を、上記励磁用変換器の出力による制
御から直流電源装置の出力による制御に切り替えること
により、負荷遮断によって上記交流励磁同期機及び上記
ポンプ水車の回転速度が上昇しても励磁用変換器を停止
させることなく運転を継続させるようにしたものであ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１における交流励磁同期機を可変速で運転す
るための２次励磁制御方法に使用する２次励磁制御装置
を示す構成図である。

【００１１】図１において、１は交流励磁同期機１００
の電機子、２は交流励磁同期機１００の回転子、３は交
流励磁同期機１００のシャフト、１０はシャフト３を介
して交流励磁同期機１００に運動されたポンプ水車、４
は励磁用変圧器、５は励磁用変換器、１２は励磁用変換
器５のインバータ、１３は励磁用変換器５のコンバー
タ、６は交流励磁同期機１００の回転位置及び回転数を
検出する検出器、８１は電圧制御回路、１１はインバー
タ１２を制御するインバータ制御器、８は交流器、９は
計器用変圧器、１５は入力電圧を基準電圧と比較する電
圧比較器、１７は入力電力を検出する電力検出器、１８
は入力電力を基準電力とする電力比較器、１９は上記入
力電力の偏差を補正する電力偏差補正回路、２０は両入
力を加算する加算器、２１は交流励磁同期機１００の回
転数を目標回転数と比較する回転数比較器、２２は上記
回転数の偏差を補正する回転数偏差補正回路、１４は交
流励磁から低周波励磁に切り替えるスイッチ、２３はス
イッチ１４の動作により低周波励磁を励磁用変換器５に
指令する低周波励磁指令器、２４は交流励磁同期機１０
０の可変速逸脱を検出し励磁用変換器５の出力を切り替
えるための可変速逸脱検出回路、２５は電力急変制御目
標回転速度演算器、２６は通常運転目標回転速度演算
器、３１は周波数検出器、３２は電力変化量演算器、３
３は電力急変制御を行うための切り替えスイッチ、３４
は電力急変制御用目標回転速度演算器２５から出力され
る目標回転数又は通常運転目標回転速度演算器２６から
出力される目標回転数のうちいずれかを回転比較器２１
に出力するためのスイッチである。

【００１２】次に動作について説明する。負荷遮断が発
生すると、その直後にスイッチ１４が動作し、検出器６
から励磁用変換器５への信号経路が開放されると共に低
周波励磁指令器２３から励磁用変換器５へ信号経路が閉
止される。

【００１３】図３は負荷遮断時における交流励磁同期機
１００の回転速度Ｎと励磁用変換器出力電圧Ｖ２及び交
流励磁同期機出力電圧Ｖ１との関係を示す図であり、横
軸は時間を示している。

【００１４】負荷遮断時に、スイッチ１４の切り替え動
作によって、励磁用変換器５の励磁を、交流励磁同期機
１００の可変速幅に比例した周波数の交流励磁から、低
周波励磁指令器２３の出力に基づいた、励磁用変換器５
の許容できる低周波励磁に切り替えることにより、図３
に示すように、交流励磁同期機１００の出力電圧Ｖ１は
交流励磁同期機１００の回転速度Ｎに比例して増加する
が、励磁用変換器５の出力Ｖ２は過電圧に至らず、交流
励磁同期器１００は運転を継続することができる。

【００１５】さらに、負荷遮断時における励磁用変換器
５の励磁を、低周波励磁に切りかえるようにしたので、
励磁用変換器５内のインバータ１２やコンバータ１３を
構成する素子のうちの同一の素子のみに電流が流れるこ
とを防いで、上述した従来の技術のように直流励磁とし
た場合に対して、励磁用変換器５の発熱を抑えることが
でき、事故停止させることなく励磁用変換器５を長時間
運転させることができ、負荷遮断時においても交流励磁
同期機１００を停止させることなく長時間継続運転させ
ることができる。

【００１６】このように、本実施の形態１によれば、負
荷遮断時に、励磁用変換器５の励磁を、交流励磁同期機
１００の可変速幅に比例した周波数の交流励磁から、低
周波励磁に切り替えるようにしたから、負荷遮断時にお
いても交流励磁同期機１００を停止させることなく長時
間継続運転させることができる効果が得られる。

【００１７】実施の形態２．図４は本発明の実施の形態
２に係る交流励磁同期機を可変速で運転するための２次
励磁制御方法に使用する２次励磁制御装置を示す構成図
であり、図において、図１と同一符号は同一または相当
する部分を示しており、８９は負荷遮断時に閉止する界
磁遮断器、９０は交流励磁同期機１００の２次側に励磁
出力を発生する直流電源装置、９１は直流電源装置９０
を制御する制御器である。

【００１８】本実施の形態２に係る交流励磁同期機は、
発電運転時の負荷遮断実施時に、励磁用変換器５からの
出力を直流電源装置９０の出力に切り替えて、交流励磁
同期機１００の２次側の出力を制御するようにしたもの
である。

【００１９】また、図５は負荷遮断時における交流励磁
同期機１００の回転速度Ｎと交流励磁同期機２次側電圧
Ｖ２及び交流励磁同期機出力電圧Ｖ１との関係を示す図
であり、横軸は時間を示している。

【００２０】次に動作について説明する。負荷遮断が発
生すると、その直後に界磁遮断器４１を開放して交流励
磁同期機１００への励磁用変換器５の出力を停止させ
る。これと同時に、界磁遮断器８９を閉止し、直流電源
装置９０を制御器９１により制御して、直流電源装置９
０の出力を交流励磁同期機１００へ供給する。これによ
り、励磁用変換器５の出力を交流励磁から直流励磁に変
換した場合と同じ結果となり、図５に示すように、交流
励磁同期機１００の出力電圧Ｖ１は交流励磁同期機１０
０の回転速度Ｎに比例して増加するが、直流電源装置９
０の出力によって交流励磁同期機１００は運転を継続す
ることができる。

【００２１】このとき、直流電源装置９０から直流電流
を出力するため、上述した従来の技術のように、励磁用
変換器５の出力を直流にする必要がなく、励磁用変換器
５の発熱の問題がなくなり、交流励磁同期器１００を事
故停止させることなく長時間継続運転させることができ
る。

【００２２】このように、本実施の形態２によれば、負
荷遮断時に、励磁用変換器５からの出力を直流電源装置
９０の出力に切り替えて、交流励磁同期機１００の２次
側出力を制御するようにしたから、負荷遮断時において
も交流励磁同期機１００を停止させることなく長時間継
続運転させることができる効果が得られる。

【００２３】なお、この実施の形態２においては、直流
電源装置９０及び制御器９１の設備を追加しているた
め、電力系統Ｌの電源がない場合に、所内負荷を起動す
るためのブラックスタートを可能とすることができる効
果がある。上記実施の形態１においても、励磁用変換器
５を使用することでブラックスタートは可能であるが、
この場合は励磁電源が大容量になる。このため、この実
施の形態２においては、ブラックスタート機能を持たせ
る場合には、上記実施の形態１に対して経済的に優れた
効果が得られる。

【００２４】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、ポンプ
水車に連動されて発電及び揚水を行う交流励磁同期機の
２次側出力を励磁用変換器によって制御することによ
り、交流励磁同期機を可変速で運転する２次励磁制御方
法において、上記交流励磁同期機の発電運転中の負荷遮
断時に、上記励磁用変換器の励磁を、上記交流励磁同期
機の可変速幅に比例した周波数の交流励磁から低周波励
磁に切り替えることにより、負荷遮断によって上記交流
励磁同期機及び上記ポンプ水車の回転速度が上昇しても
励磁用変換器を停止させることなく運転を継続させるよ
うにしたから、負荷遮断時においても、励磁用変換器５
の発熱を抑えることができ、交流励磁同期機１００を停
止させることなく長時間継続運転させることができる交
流励磁同期機の２次励磁制御方法を提供できる効果があ
る。

【００２５】また、この発明によれば、ポンプ水車に連
動されて発電及び揚水を行う交流励磁同期機の２次側出
力を、励磁用変換器によって制御することにより、交流
励磁同期機を可変速で運転する２次励磁制御方法におい
て、上記交流励磁同期機の発電運転中の負荷遮断時に、
上記交流励磁同期機の２次側出力の制御を、上記励磁用
変換器の出力による制御から直流電源装置の出力による
制御に切り替えることにより、負荷遮断によって上記交
流励磁同期機及び上記ポンプ水車の回転速度が上昇して
も励磁用変換器を停止させることなく運転を継続させる
ようにしたから、負荷遮断時に励磁用変換器５出力を使
用しないようにして、交流励磁同期機１００を停止させ
ることなく長時間継続運転させることができる交流励磁
同期機の２次励磁制御方法を提供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係る交流励磁同期
機の２次励磁制御方法を説明するための２次励磁制御装
置の構成を示す図である。

【図２】 従来の交流励磁同期機の２次励磁制御方法を
説明するための２次励磁制御装置の構成を示す図であ
る。

【図３】 この発明の実施の形態１に係る交流励磁同期
機の２次励磁制御方法を説明するための図である。

【図４】 この発明の実施の形態２に係る交流励磁同期
機の２次励磁制御方法を説明するための２次励磁制御装
置の構成を示す図である。

【図５】 この発明の実施の形態２に係る交流励磁同期
機の２次励磁制御方法を説明するための図である。

【符号の説明】

１ 電機子、２ 回転子、３ シャフト、４ 励磁用変
圧器、５ 励磁用変換器、６ 検出器、８ 変流器、９
計器用変圧器、１０ ポンプ水車、１１ インバータ
制御器、１２ インバータ、１３ コンバータ、１４
スイッチ、１５電圧比較器、１７ 電力検出器、１８
電力比較器、１９ 電力偏差補正回路、２０ 加算器、
２２ 回転数偏差補正回路、２３ 低周波励磁指令器、
２４可変速幅逸脱検出回路、２５ 電力急変制御用目標
回転速度演算器、２６ 通常運転目標回転速度演算器、
３２ 電力変化量演算器、３３ 切り替えスイッチ、４
１ 界磁遮断器、５０主変圧器、５２ 発電機遮断器、
８１ 電圧制御回路、８９ 界磁用遮断器、９０ 直流
電源装置、９１ 制御器、１００ 交流励磁同期機、１
５２ 高圧側遮断器、Ｌ 電力系統。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5G044 AA11 AC09 BA04 BA06 5H590 AA00 AA01 AB03 CA12 CC01 CC10 CC18 CC24 CD01 CD03 CE01 DD23 DD43 EA01 EA05 EA07 EB02 EB07 EB11 EB21 FA08 FC26 GA02 GA05 GA06 GA10 HA02 HA04 HA06 HA09 HA11 HA27 HB02 HB03 JB06

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンプ水車に連動されて発電及び揚水を
   行う交流励磁同期機の２次側出力を励磁用変換器によっ
   て制御することにより、交流励磁同期機を可変速で運転
   する２次励磁制御方法において、 上記交流励磁同期機の発電運転中の負荷遮断時に、上記
   励磁用変換器の励磁を、上記交流励磁同期機の可変速幅
   に比例した周波数の交流励磁から低周波励磁に切り替え
   ることにより、負荷遮断によって上記交流励磁同期機及
   び上記ポンプ水車の回転速度が上昇しても励磁用変換器
   を停止させることなく運転を継続させることを特徴とす
   る交流励磁同期機の２次励磁制御方法。
2. 【請求項２】 ポンプ水車に連動されて発電及び揚水を
   行う交流励磁同期機の２次側出力を励磁用変換器によっ
   て制御することにより、交流励磁同期機を可変速で運転
   する２次励磁制御方法において、 上記交流励磁同期機の発電運転中の負荷遮断時に、上記
   交流励磁同期機の２次側出力の制御を、上記励磁用変換
   器の出力による制御から直流電源装置の出力による制御
   に切り替えることにより、負荷遮断によって上記交流励
   磁同期機及び上記ポンプ水車の回転速度が上昇しても励
   磁用変換器を停止させることなく運転を継続させること
   を特徴とする交流励磁同期機の２次励磁制御方法。