JPH0360400A - 可変速発電電動機の励磁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、周波数変換器を用いて、２次巻線を交流励磁
し、可変速運転する可変速発電電動機の励磁装置に係り
、特に、電力系績遮断時に発生する発電機電圧の上昇を
抑制するのに好適な励磁装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、揚水発電機としては、一般に同期機が用いられて
いた。この同期機は、一定回転速度での運転しかできな
いので、発電量、揚水量、落差に応じてポンプ水車の効
率が変動し、また、揚水時に負荷調整が困難であるなど
の問題があった。

そこで、ポンプ水車の回転速度を可変にすることにより
、上記問題点を解決する可変速揚水発電システムが提案
されている。このシステムは、大容量の巻線形の発電電
動機（以下、可変速機という）において、２次巻線をす
べり周波数で２次励磁する方式とし、この励磁電流をｍ
ｖｉｉシて可変速度で発電および揚水を実現するもので
ある。

このような可変速機と前述の同期機とが大きく異なる点
は、以下の通りである。すなわち、同期機においては、
内部相差角が変化することにより、負荷（有効電力）に
見合ったトルクが発生し、励磁電流はトルクに寄与する
ものではない。これに対し、可変速機においては、２次
励磁電流をトルク成分（有効電力成分またはｑ成分とも
いう）と磁束方向成分（無効電力成分、電圧成分、また
はｄ成分ともいう）とに分解して制御し、それぞれ独立
に有効電力と無効電力とを制御できる。（例えば、特願
昭６１−２３１６２号参照）。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、可変速機にあっては、その特徴に起因して１
次に述べるような問題が生ずるおそれがある。電力系績
の近端、遠端遮断時または可変速機の負荷遮断時（以下
、電力系績遮断時という）に発電Ｉａｆｆｉ圧が急上昇
してしまう現象が現れることがある。

同期機の場合は、系統の負荷がなくなると、内部相差角
が零に戻され１発電機電圧の上昇ΔＶの抑制に対しては
、直流電流（同期機の励磁は直流励磁である。）が電圧
一定制御器（以下、自動電圧調整器ＡＶＲという）で絞
られ１発電機電圧が指令値に保持される。

一方、可変速機においては、系統の負荷がなくなると、
トルク電流成分Ｉｑも電圧上昇分に寄与してしまい、出
力電圧の上昇分ΔＶが増大してしまうことになる。すな
わち、磁束は、遮断直前に磁束方向電流成分Ｉｄと一致
していたが、遮断と同時に遮断前の磁束方向成分１ｄと
トルク電流成分Ｉ（Ｉとをベクトル合成した方向および
大きさとなる６合成された励磁電流の振幅が、前記遮断
前の磁束方向電流成分Ｉｄよりも大きい場合、出力電圧
がΔＶだけ上昇することになる。この電圧上昇ΔＶによ
り１発電機に接続されている発電所内の補機等も破損し
てしまうおそれがあった。

さらに、従来の同期機と可変速機の違いについて既に述
べたように、同期機は直流励磁であるが、可変速機は交
流２次励磁である。換言すれば、電圧上昇時、同期機に
おいては、ＡＶＲは直流量を小さくするだけであるが、
可変速機は交流なので。

励磁電流の振幅と位相とを制御しなければならない。同
期機のＡＶＲは直流励磁でありその下限値は零であるが
、交流励磁では零よりも小さい負の下限値も有り得る。

電圧上昇ΔＶ発生峙に電圧を下げるためにＡＶＲ指令（
Ｉｄ）として小さくなるほうに動くが、Ｉｄ＝Ｏにおい
ても電圧上昇ΔＶが発生している場合、Ｉｄは更に小さ
くする方向として負の下限まで動く、すると、前述のよ
うに、遮断時の電圧はＩｄとＩｑとのベクトル合成の振
幅で決まるので、Ｉｄが負の下限へ動くことは、ベクト
ル合成の振幅を大きくさせ、結果として、電圧上昇ΔＶ
を抑制せず、逆に助長して増大させてしまう欠点があっ
た。

本発明の目的は、電力系績遮断時に発電機電圧上昇を抑
制できる可変連発ｆｆｉ電動機の励磁装置を提供するこ
とである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上記目的を達成するために、電力系績に接続
された巻線形発電電動機の出力有効電力の指令値と検出
値との偏差を零にするための自動有効電力調整器により
求められたトルク電流成分の電流指令と、発電電動機の
出力電圧の指令値と検出値との偏差を零にするための自
動電圧調整器により求められた磁束方向電流成分の電流
指令とをベクトル合成した交流励磁電流により、前記巻
線形発電電動機の２次巻線を励磁する可変速発電電動機
の励磁装置において、前記自動電圧調整器が、ｔカ系統
の遮断を検出する手段と、出力電圧指令と検出値との偏
差の極性を判定する手段と、磁束方向電流成分の電流指
令の極性を判定する手段と、前記遮断検出手段と偏差極
性判定手段と磁束方向電流指令極性判定手段との出力に
応じて出力電圧指令と検出値との極性を反転させる手段
とを備え、反転された偏差に基づいて自動電圧制御する
可変速発電電動機の励磁装置を提案するものである。

具体的には、電力系績遮断検出手段は、電圧検出値が規
定値以上に達したことにより電力系績の遮断を検知する
比較器からなり、出力電圧指令値と検出値の偏差極性判
定手段は、負極性を判定する比較器からなり、電流指令
極性判定手段は、負極性を判定する手段からなり、極性
反転手段は。

前記検出手段および両判定手段の出力の論理積を求める
手段を含む。

前記電力系績遮断検出手段と、出力電圧指令と検出値と
の偏差極性判定手段と、磁束方向電流指令極性判定手段
とは、ヒステリシス特性を示すようにもできる。

前記電力系績遮断検出手段と、出力電圧指令と検出値と
の偏差極性判定手段と、磁束方向電流指令極性判定手段
とは、前記ヒステリシス特性の設定値を運転状態により
変更する手段をおのおのに備えても良い。

〔作用〕

本発明においては、まず、電力系績が遮断されると、可
変速機が電力系績から開放されるので。

有効電力検出値が零となり、ＡＰＲはトルク電流成分子
ｑを増大させ、ＡＶＲは電圧上昇を抑制するため励磁方
向電流成分Ｉｄを小さくするようにそれぞれ作用する。

ＡＶＨによるｄ軸成分Ｉｄは減少を続け、極性が負とな
る。更には、電圧指令値Ｖ　ｒ　ｅ　ｆと発電電圧検出
値Ｖｇとの差ΔＶを求め、その極性を判定して、Ｉｄと
同様に負極性の場合に限り、前記ΔＶの値の極性を反転
してＡＶＲの入力とするように作用する。

この一連の動作により１発電機電圧が指令値より高い場
合、ＡＶＲによる電流指令Ｉｄは、常にＩｄ＝Ｏとなる
方向に作用して、電圧を抑制する。

〔実施例〕

次に、図面第１図〜第３図を参照して、本発明の一実施
例を説明する。

第１図は本発明による可変速発電電動機の励磁装置の自
動電圧調整器（ＡＶＲ）の要部の構成の一例を示すブロ
ック図、第２図は第１図自動電圧調整器を採用した可変
速揚水発電システムの全体構成の一例を示すブロック図
、第３図は第１図自動電圧調整器の動作を説明するタイ
ムチャートである。

可変速揚水発電システムの構成の一例を示す第２図にお
いて、ポンプ水車１に連結された可変速機２の１次巻線
は、遮断器３Ａ、３Ｂと主変圧器４とを介して、電力系
績５に接続されている。可変速機２の２次巻線は、中性
点を有する４線式となっており、周波数変換器としての
サイクロコンバータ６Ａ〜６Ｃから、３相の交流励磁電
流を供給される。各サイクロコンバータ６Ａ〜６Ｃは、
励磁用変圧器７Ａ〜７Ｃと遮断器８とを介して、主変圧
器４の１次側に接続されている。計器用変圧器９と変流
器１０と電力・電圧検出器１１とは。

可変速機２から流出する有効電力ＰＱと発電機電圧Ｖｇ
とを検出するために設けである。位相検出器１２および
基準信号演算器１３は、可変速機２の２次誘起電圧の位
相を検出し、２次励磁電流指令Ｉ２木を演算する基準と
なるｄ軸およびｑ軸の基準信号ｓｉｎ　ｓωｔおよびｃ
ｏｓ　ｓωｔを求める。

ここで、Ｓはすベリを表す。

励磁電流制御器１４は、自動有効電力調整器（ＡＰＲ）
１５からのトルク電流成分Ｉｑ指令と自動電圧調整器（
ＡＶＲ）１６からの励磁電流成分Ｉｄ指令と基準信号演
算器１３の信号とから、２次励磁電流指令Ｉ、＊　（＝
Ｉｄ−ｓｉｎｓωｔ＋Ｉ　ｑ　−ｃｏｓｓ　（１）　ｔ
）を求める演算器１７と、電流を一定に制御するための
Ｅｃ演算器１８と自動パルス移相器１９とからなる。

自動有効電力調整器（ＡＰＲ）１５は、有効電力指令Ｐ
０と前記検出値ＰＱとの偏差値ΔＰに応じて有効電カ一
定制御演算を行い、自動電圧ＩＩ整器（ＡＶＲ）１６は
、電圧指令ｖ０と前記検出値Ｖｇとの偏差ΔＶに応じて
電圧一定制御演算を実行する。

次に、第１図を参照して、本発明による自動電圧調整器
（ＡＶＲ）１６の構成を詳細に説明する。

自動電圧調整器（ＡＶＲ）１６は、ヒステリシス特性を
有し電圧指令値Ｖ０と電圧検出値Ｖｇとの偏差ΔＶｇを
求める減算器２０と、ヒステリシス特性を有し減算器２
０の出力ΔＶｇの極性を検出する比較器２１と、ヒステ
リシス特性を有し電圧検出値Ｖｇの上昇を検出する比較
器２２と、ヒステリシス特性を有し電圧制御演算結果の
極性を判定する比較器２３と、前記比較器２１，２２．
２３の出力の論理積を求めるＡＮＤ回路２４と、ＡＮＤ
回路２４の出力により前記電圧偏差ΔＶｇの極性を切換
えるスイッチ２５と、スイッチ２５の出力を比例演算す
る演算器２６と、前記スイッチ２５の出力を積分する積
分器２７と、前記比例演算器２６および積分器２７の出
力を加算し磁束方向成分電流１ｄを求める加算器２８と
を有する。

第３図のタイムチャートを参照して、第１図および第２
図に示した実施例の動作を説明する。第３図のタイムチ
ャートは、定常運転中に時刻ｔ１で遮断器３Ｂを切った
負荷遮断時の例である。

時刻ｔ１の負荷遮断と同時に発電機電圧Ｖｇが急上昇す
ると、電圧偏差ΔＶ　ｇ　”　Ｖ　ｏ　　Ｖ　ｇ　＜△
Ｖ　ｇ　ｌ　＜　Ｏとなり、比較器２１の出力はＨレベ
ルとなる。また、ＡＶＲ積分器２７の出カニは減少し始
めるが、初期の段階では比較器２３の■ルーベルまでは
達せず、本発明の実行条件は不成立である。自動電圧調
整器（ＡＶＲ）１６全体の比例＋積分演算結果Ｉｄは負
の値となる。

時刻ｔ２において、ＡＶＲ積分値工は負極性（比較器２
３のレベルエ、以下）となり、比較器２３の出力はＨレ
ベルになるが、発電機電圧が過電圧レベルＶｇ工に達し
ないので、定常時の制御を実行する。この時は、既に述
べたように、偏差ΔＶｇが負のため、ＡＶＲ積分の結果
は負の方向になり、励磁電流の振幅を増加させているの
で。

電圧上昇が続いている。

時刻ｔ、で発電機電圧Ｖｇが過電圧レベルＶｇ工に達す
ると、比較器２２および２３の出力がＨレベルとなるか
ら、ＡＮＤ回路２４の出力がＨレベルとなり、偏差ΔＶ
ｇの極性切換えスイッチ２５を動作させる。この時、自
動電圧調整器（ＡＶＲ）１６全体の演算結果Ｉｄは電圧
偏差ΔＶｇの極性が変わることにより、Ｉｄ＝（ＡＶＲ
積分演算値Ｉ）−（ＡＶＲ比例演算値Ｐ）の演算結果と
なり、減少する。ＡＶＲ積分器２７の出力は、時刻ｔ。

に、負の値から零の方向に増加し始め、結果としてＩｄ
の値を零に近付ける方向となり１発電機電圧の上昇が抑
制される。

なお、第３図において、破線は１本発明を適用しない場
合の特性を示している。この場合は、ＡＶＲ積分値工が
負の極限値まで下がるので、ＡＶＲ演算結果Ｉｄも負の
最大値となり、励磁電流の振幅を増大させ、電圧上昇が
大きくなる。また。

発電機電圧が飽和しているのは、発電機本体の飽和特性
による。

時刻ｔ４でＡＶＲ積分規定値工２まで増加すると、本発
明の電圧上昇抑制モードを終了し、定常時の制御に戻る
。

本実施例では、ＡＶＲ積分値が規定値に達したことによ
り、電圧上昇抑制モードを終了しているが、実際には電
圧偏差ΔＶｇが小さくなっているので、この復帰時のＩ
ｄの変化は小さく１問題とはならない。

以上述べたように、本実施例によれば、簡単な比較器と
論理回路と切換えスイッチとを自動電圧調整器（ＡＶＲ
）に付加することにより、電力系績の遮断検出手段を用
いることなく、安定な自動電圧制御運転を断続できる。

また第１図に示すように、発電機電圧Ｖｇの過電圧検出
レベルとしてＶｇ工ｔＶｇｚ、電圧偏差の極性検出レベ
ルとしてΔＶ　ｇ　ｘ　＊ΔＶ　ｇ　ｚ、ＡＶＲ積分演
算結果の極性検出レベルとして工□、工２のように、ヒ
ステリシス特性を持たせることにより。

各値のゆらぎに起因して電圧上昇抑制モードの切換えが
必要以上に頻繁になされるいわゆるバタツキが無くなり
、電圧上昇抑制モードを円滑に切換えできる。

さらに、本発明をマイクロコンピュータで実現する場合
、前記ヒステリシス特性の各規定値を有効電力や無効電
力等の運転状態によって設定変更する設定テーブルを設
けると、規定値に達するまでの待ち時間を短くでき、電
圧抑制の高速化が可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電力系績が遮断されたとき。

発電機電圧の過電圧レベルと、電圧指令値と電圧検出値
との偏差と、ＡＶＲ積分値とから、定常時の自動電圧制
御で、電圧上昇を抑制できるが否かを判断しており、そ
の遮断時は瞬時に電圧上昇を抑制し、一方、定常時には
不要動作をしないようなインターロックが得られ、高信
頼の可変速発電電動機の励磁装置が実現される。

【図面の簡単な説明】

第工図は本発明による自動電圧調整器（ＡＶＲ）のブロ
ック図、第２図は本発明を適用した可変速揚水発電シス
テムの一実施例の全体構成を示すブロック図、第３図は
第１図および第２図装置の動作を説明するタイムチャー
トである。 １・・・ポンプ水車、２・・・可変速機、３・・・遮断
器、４・・・主変圧器、５・・・電力系績、６・・・周
波数変換器（サイクロコンバータ）、７・・・変圧器、
８・・・遮断器、９・・・計器用変圧器、１０・・・計
器用変流器、１１・・・電力・電圧検出器、１２・・・
位相検出器、１３・・・基準信号演算器、１４・・・励
磁電流制御器。 １５・・・自動有効電力調整器（ＡＰＲ）、１６・・・
自動電圧調整器（ＡＶＲ）、１７・・・工２演算器、１
８・・・Ｅｃ演算器、１９・・・パルス移相器、２０・
・・減算器。 ２１．２２，２３・・・比較器、２４・・・ＡＮＤ回路
、２５・・・切換えスイッチ、２６・・・比例演算器、
２７・・・積分器、２８・・・加算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電力系績に接続された巻線形発電電動機の出力有効
   電力の指令値と検出値との偏差を零にするための自動有
   効電力調整器により求められたトルク電流成分の電流指
   令と、前記発電電動機の出力電圧の指令値と検出値との
   偏差を零にするための自動電圧調整器により求められた
   磁束方向電流成分の電流指令とをベクトル合成した交流
   励磁電流により、前記巻線形発電電動機の２次巻線を励
   磁する可変速発電電動機の励磁装置において、 前記自動電圧調整器が、前記電力系統の遮断を検出する
   手段と、前記出力電圧指令と検出値との偏差の極性を判
   定する手段と、前記磁束方向電流成分の電流指令の極性
   を判定する手段と、前記遮断検出手段と前記偏差極性判
   定手段と前記磁束方向電流指令極性判定手段との出力に
   応じて前記出力電圧指令と検出値との極性を反転させる
   手段とを備え、反転された偏差に基づいて自動電圧制御
   することを特徴とする可変速発電電動機の励磁装置。 ２、請求項１に記載の可変速発電電動機の励磁装置にお
   いて、 前記電力系統遮断検出手段が、前記電圧検出値が規定値
   以上に達したことにより前記電力系統の遮断を検知する
   比較器からなり、前記出力電圧指令値と検出値の偏差極
   性判定手段が、負極性を判定する比較器からなり、前記
   電流指令極性判定手段が、負極性を判定する手段からな
   り、前記極性反転手段が、前記検出手段および前記両判
   定手段の出力の論理積を求める手段を含むことを特徴と
   する可変速発電電動機の励磁装置。 ３、請求項２に記載の可変速発電電動機の励磁装置にお
   いて、 前記電力系統遮断検出手段と、前記出力電圧指令と検出
   値との偏差極性判定手段と、前記磁束方向電流指令極性
   判定手段とが、ヒステリシス特性を有することを特徴と
   する可変速発電電動機の励磁装置。 ４、請求項３に記載の可変速発電電動機の励磁装置にお
   いて、 前記電力系統遮断検出手段と、前記出力電圧指令と検出
   値との偏差極性判定手段と、前記磁束方向電流指令極性
   判定手段とが、前記ヒステリシス特性の設定値を運転状
   態により変更する手段をおのおのに備えたことを特徴と
   する可変速発電電動機の励磁装置。