JPH04295233A - 回転形系統連系装置 - 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】

【０００１】［発明の目的］

【産業上の利用分野】本発明は、電力系統間を連系させ
るための回転形系統連系装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】連系された電力系統間において、互いに
電力を融通するものとして、同期周波数変換装置が知ら
れている。この同期周波数変換装置は極数の異なる同期
機を直結して周波数変換を行い、電力を融通するもので
ある。

【０００３】図４は、この種の同期周波数変換装置を示
すシステムブロック構成図である。Ａ系統側の同期機１
の回転子１ａとＢ系統側の同期機１の回転子１ａとは直
結軸２により連結され、各同期機１の各固定子１ｂはＡ
系統またはＢ系統に接続されている。また、両同期機１
の回転子１ａは各々励磁巻線３を備え、この各励磁巻線
３はＡ系統またはＢ系統からの電源によって自動電圧制
御装置４を介して一定に直流励磁されている。また、Ｂ
系統側の同期機１には電機子移動装置５を備えている。 このＡ系統側の同期機１とＢ系統側との同期機１の各々
の極数は、両者の極数の比が各系統の周波数の比に等し
くなるようにしている。

【０００４】上記構成で、Ａ系統からＢ系統に電力を融
通する場合は、Ａ系統の電力の供給を受けた同期機１が
電動機として回転子１ａを回転させ、融通する電力を機
械エネルギーに変換する。そして、直結軸２によってＢ
系統側の同期機１の回転子１ａを回転させる。Ｂ系統側
の同期機１は、発電機として電気エネルギーに変換して
Ｂ系統へ電力の融通をする。このとき電機子移動装置５
が電機子を移動させて負荷角の調整をする。なお、６は
同期機１の励磁用の変圧器を示す。

【０００５】ところで、上記従来例では、１ユニットの
同期周波数変換装置について説明したが、通過電力容量
に応じて複数ユニットが電力系統間に備えられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た同期周波数変換装置では次の問題がある。まず、同期
周波数変換装置は、負荷角の調整のためにいずれか一方
の同期機１に電機子移動装置５を備えることが必要不可
欠である。この電機子移動装置５は、機械的に動作する
ため高速に負荷角の調整をすることは困難である。従っ
て、連系した電力系統の緊急の電力融通時には効果を発
揮することができない。さらに、図４に示すＡ系統およ
びＢ系統で地絡事故等の系統事故が生じると、同期機１
のみでは動態不安定または最悪の場合には脱調現象に至
るおそれがあり、このため回転形系統連系装置のシステ
ム全体がダウンする可能性が大きい。

【０００７】一方、回転形系統連系装置に求められる通
過電力容量によっては複数ユニットの装置が必要となる
ことが多い。即ち、１ユニットの回転機では製作限界等
の制約条件や将来増設が必要となる場合がある。また、
上記の場合でなくても複数ユニットとして、いずれかの
１ユニットがメンテナンス中でも５０％以上の稼動率を
確保する場合では、必然的に２ユニット以上必要となる
。かかる複数ユニットによる場合、一方の系統で地絡事
故等のようなトラブルが発生すると、１ユニットによる
場合と同様に前記した脱調現象等によりいずれの同期機
１の運転もできなくなり系統故障時の安定度の維持が困
難となる。

【０００８】以上のように、１ユニットおよび複数ユニ
ットのいずれの場合でも、回転形系統連系装置では、第
一に、連系された一方の電力系統において需給不平衡が
生じ、系統安定度や、周波数変動の問題で他方の電力系
統からの緊急融通が必要な時には、通過電力を高速制御
することが欠かせられない。さらに、第二に、電力系統
運用上システム全体において安定度や信頼性、また、稼
動率を向上させることが必要である。

【０００９】そこで、本発明は、電力系統間の高速制御
を可能とする一方、システム全体の安定度、信頼性や稼
動率を向上することができる回転形系統連系装置を提供
することを目的とする。

【００１０】［発明の構成］

【課題を解決するための手段】本発明は、一方の電力系
統に連系された回転機と他方の電力系統に連系された回
転機とが直結軸で連結して１ユニットを構成するｎ（２
以上の自然数）ユニットからなる回転形系統連系装置に
おいて、１ユニットを構成する回転機を同期機と巻線形
誘導機とし、この巻線形誘導機に設けた交流励磁巻線の
励磁電流を制御するための周波数変換装置とその制御装
置とを備え、かつｎユニットの内でｍ（１以上の自然数
で、ｍ＜ｎ）個の巻線形誘導機を一方の電力系統に連系
する一方、残りのｎ−ｍ個の巻線形誘導機を他方の電力
系統に連系させるようにしている。

【００１１】

【作用】上記構成によって、少なくとも１以上の巻線形
誘導機に設けた交流励磁巻線の励磁電流が周波数変換装
置と制御装置により制御される。従って、電力系統間に
おける高速制御ができると共に、回転形系統連系装置の
システム全体の安定度や信頼性が向上し、稼動率が高ま
る。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１３】図１は、本発明の一実施例を示す回転形系
統連系装置のシステムブロック構成図である。図４と異
なる点は、１ユニットの一方の回転機が巻線形誘導機８
で、しかも、２ユニットで構成されている点である。本
実施例では、ユニットＮｏ．１とユニットＮｏ．２の同
期機１と巻線形誘導機８とは逆に配置されている。即ち
、ユニットＮｏ．１では、Ａ系統側に同期機１の固定子
１ｂが接続されて連系する一方、Ｂ系統側に巻線形誘導
機８の固定子８ｂが接続され連系している。また、同期
機１の回転子１ａと巻線形誘導機８の回転子８ａは直結
軸２により連絡し、両者が同時に回転するようにしてい
る。これに対して、ユニットＮｏ．２では、ユニットＮ
ｏ．１とは、逆に、Ａ系統側に巻線形誘導機８の固定子
８ｂが接続されて連系し、Ｂ系統側に同期機１の固定子
１ｂが接続され連系している。巻線形誘導機８の回転子
８ｂと同期機１の回転子１ａとが連絡軸２により連結し
ている。

【００１４】ここで、ユニットＮｏ．１とユニットＮｏ
．２に配置された同期機１と巻線形誘導機８およびこれ
らを制御する制御系も同一の構成のものである。ユニッ
トＮｏ．１について説明すると、同期機１の制御系とし
ては、同期機１の固定子１ｂの端子がＡ系統と電圧およ
び周波数が同じとしてＡ系統に同期している。また、励
磁用変圧器６を介して自動電圧制御装置４により一定励
磁電圧を回転子１ａに設けた界磁巻線３に与えるように
している。

【００１５】一方、巻線形誘導機８の制御系としては、
制御部１０によって回転子８ａに備えた交流励磁巻線１
１に流れる交流励磁電流の大きさ、位相および周波数の
制御をするようにしている。制御部１０は、電力検出器
１２，電圧検出器１３，電圧制御装置１４，電力制御装
置１５，周波数変換装置１６およびレゾルバ１７で構成
される。ここで、電力検出器１２は、電流検出器１８お
よび電圧検出器１３の各々の検出信号を入力して固定子
８ｂ側の電力を検出し、これを電力検出信号１９として
電力制御装置１５に出力する。電圧検出器１３は、固定
子８ｂ側の電圧を検出して電圧検出信号２０として電圧
制御装置１４と周波数変換装置１６に出力する。電圧制
御装置１４は、上記電圧検出信号（Ｖ）２０と目標電圧
信号２１とを入力して、電圧制御信号２２として周波数
変換装置１６に出力する。電力制御装置１５は、目標電
力信号（Ｐ）２３と電力検出信号１９とに基づいて演算
処理して、これを電力制御信号２４として周波数変換装
置１６に出力する。周波数変換装置１６は、サイクロコ
ンバータで構成され、上記電圧制御信号２２と電力制御
信号２４とに基づいて巻線形誘導機８の固定子８ｂ側の
電力と端子電圧の制御をする。レゾルバ１７は、巻線形
誘導機８の回転子８ａの回転数を検出し、その回転数検
出信号を上記周波数変換装置１６に出力する。なお、周
波数変換装置１６が必要とする電力は、変圧器２５を介
して巻線形誘導機８の固定子８ｂ側から供給される。

【００１６】上記構成で、同期機１の固定子１ｂにはＡ
系統から電力が供給され、同期機１の回転子１ａは同期
速度で回転する。一方、制御部１０は巻線形誘導機８の
回転子８ａに備えられた交流励磁巻線１１に流れる交流
励磁電流の大きさ、位相および周波数を制御して巻線形
誘導機８の固定子８ｂ側の電圧制御および電力制御をす
る。

【００１７】まず、周波数変換装置１６において、巻線
形誘導機８の固定子８ｂ側から見た回転磁界の速度、つ
まり、同期速度Ｎ１　が電圧検出器１３の電圧検出信号
２０から求められる。一方、巻線形誘導機８の回転子８
ａの機械的な回転速度Ｎｒがレゾルバ１７によって求め
られる。そして、周波数変換装置１６において、同期速
度Ｎ１　と回転速度Ｎｒとの差を算出し、このＮ１　−
Ｎｒ＝Ｎ２　に相当する低いすべり周波数ｆｅにより交
流励磁巻線１１を励磁する。このようにして巻線形誘導
機８の固定子８ｂ側の同期速度Ｎ１　と巻線形誘導機８
の回転子８ａ側の磁界速度Ｎｒ＋Ｎ２　とを一致させ、
常にＢ系統に追従して同期するようにする。即ち、固定
子８ｂの同期速度Ｎ１　より回転子８ａの回転速度Ｎｒ
が遅いときはＮ２　＝Ｎ１　−Ｎｒに相当するすべり周
波数ｆｅで交流励磁巻線１１を励磁すると回転子８ａ側
の回転磁界速度Ｎ２　＋Ｎｒとなり同期速度Ｎ１　と一
致し、Ｂ系統と同じ周波数の交流電力を発生できる。ま
た、逆に、同期速度Ｎ１　より回転速度Ｎｒが速いとき
も、交流励磁巻線１１に付与するすべり周波数ｆｅによ
って磁界速度と方向を変え同期速度Ｎ１　と回転子８ａ
の回転磁界の速度Ｎ２　＋Ｎｒを一致するようにしてＢ
系統に同期させる。

【００１８】また、電圧制御装置１４では、電圧検出器
１３で検出された電圧検出信号２０と目標電圧信号（Ｖ
）２１とが比較され、電圧制御信号２２として周波数変
換装置１６に出力する。周波数変換装置１６は、電圧制
御信号２２に基づいて前記したすべり周波数ｆｅの励磁
電流の大きさを変えて交流励磁巻線１１へ付与する。

【００１９】これによりＢ系統の電圧が目標電圧信号（
Ｖ）２１に一致するように制御がされる。

【００２０】一方、Ｂ系統への通過電力は、電力検出器
１２にて検出され、電力検出信号１９として電力制御装
置１５へ出力される。電力制御装置１５では、目標電力
信号（Ｐ）２３と電力検出信号１９とに基づいて演算処
理し、電力制御信号２４として周波数変換装置１６へ出
力する。周波数変換装置１６では、電圧検出信号２０に
より固定子８ｂの端子電圧に対する位相検出をして前記
すべり周波数ｆｅ、励磁電流の大きさに加えて、固定子
８ｂの端子電圧に対する位相を制御する。この結果、固
定子８ｂからＢ系統への通過電力は目標電力信号（Ｐ）
２３に追従するように制御される。

【００２１】以上のようにして、交流励磁巻線１１の磁
束で作られる内部誘導電圧の大きさと位相が制御され、
これによりその大きさの変化で固定子８ｂで電圧が制御
される。また、その位相の変化で電力の制御がされる。 従って、巻線形誘導機８の回転子８ａの回転数Ｎｒが変
化しても周波数変換装置１６からの交流励磁電流の周波
数を常にすべり周波数ｆｅとして追従させると共に、必
要に応じて交流励磁電流の大きさと位相が高速制御でき
る。そして、交流励磁巻線１１の磁束の大きさと固定子
８ｂ側に対する位相角を高速で調整できる。この結果、
各電力系統間の電力を瞬時に制御できる。

【００２２】ところで、このような機能を備えた巻線形
誘導機とサイクロコンバ−タなどの周波数変換装置とそ
の制御装置とから構成されるシステムは、一般に、交流
可変速機と称されている。本実施例では、この交流可変
速機により従来の同期周波数変換装置の電機子移動装置
と同様の機能を実現している。

【００２３】次に、巻線形誘導機８の固定子８ｂ側の電
力の変化は直結軸２を介して同期機１に伝達され、同期
機の電力変化となってＡ系統に伝達される。目標電力信
号（Ｐ）２３が一定な値に維持されているとき、前記し
たように電力制御がされ、巻線形誘導機８の通過電力を
一定に保つ。この場合、Ａ系統とＢ系統との間の融通電
力は変化しない。ところが、仮に目標電力信号（Ｐ）２
３を変化させれば、巻線形誘導機８の電力は制御部１０
の制御動作により上記目標電力信号（Ｐ）２３に追求す
るように変化する。上記したユニットＮｏ．１の動作は
、ユニットＮｏ．２においても同様である。ユニットＮ
ｏ．２の場合では、Ｂ系統に設けられた巻線形誘導機８
が制御部１０によって電力制御および電圧制御をする。 即ち、Ａ系統からＢ系統へ通過電力を付与する定常状態
では、ユニットＮｏ．２の巻線形誘導機８は電動機とし
て機械エネルギーを同期機１に供給する。同期機１は発
電機としてＢ系統へ電力を供給する。そして、ユニット
Ｎｏ．１と同様に巻線形誘導機８の交流励磁巻線１１を
すべり周波数ｆｅで励磁してＡ系統に同期している。

【００２４】ところで、本実施例では、図示する如く、
ユニットＮｏ．１とユニットＮｏ．２とは同期機１と巻
線形誘導機８と交互に配置して、いずれかの巻線形誘導
機８がＡ系統またはＢ系統に接続して連系する構成とし
ている。このような構成による作用について図２（Ａ）
，（Ｂ）および図３（Ａ），（Ｂ）を参照して説明する
。例えば、Ｂ系統側に地絡事故等の系統事故があった場
合、Ｂ系統事故除去後に、図３（Ａ）に示す如く、Ｂ系
統側が同期機１だけの構成では、図３（Ｂ）に示す如く
、ユニットＮｏ．１およびユニットＮｏ．２共に、有効
電力が大きく変動して、動態不安定または最悪の場合脱
調に至るケースがある。ところが、図２（Ａ）の如く、
巻線形誘導機８を交互に配置することにより安定度が継
持されることが、シミュレーション解析で確認されてい
る。即ち、図２（Ｂ）に示す如く、ユニットＮｏ．２の
有効電力は大きく変動するが、巻線形誘導機８のシステ
ムはそれ自身に脱調現象がないばかりでなく、同一系統
に接続されている同期機の安定度向上にも寄与すること
が確認されている。これは巻線形誘導機８による継持効
果や、巻線形誘導機８と同期機１との間での電力の授受
の効果によるものである。以上のことは図２（Ａ）に示
すＡ系統側にも適用され、回転形系統連系装置全体のシ
ステムダウンが回避される。ところが、図３（Ａ）のよ
うにＢ系統に同期機１のみで構成した回転形系統連系シ
ステムでは、系統事故時の安定度が、維持され難い。こ
のことは回転形系統連系装置全体のシステムダウンにな
る可能性のあることを意味する。

【００２５】以上のように本実施例では、巻線形誘導機
と周波数変換装置等で構成される交流励磁機をユニット
の一方に備えている。従って、系統の電力制御と電圧制
御とが高速に制御できる。特に、複数ユニットの場合は
、同期機と巻線形誘導機とを交互に配置することで回転
形系統連系装置全体システムの安定度の向上が図れる。

【００２６】従って、システム全体の信頼性が向上しシ
ステム全体の稼動率が高まる。なお、図３（Ａ）に示す
構成では、本実施例の効果が得られないが、次の増設時
、つまり、ユニットＮｏ．３の増設時には、Ｂ系統側に
連系してユニットＮｏ．３の巻線形誘導機を配置するこ
とで同様の効果が得られる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
力系統の高速の制御が可能な回転形系統連系装置が実現
できる。その上、少なくとも１以上の巻線形誘導機が各
電力系統に連系するからシステム全体の安定度や信頼性
、さらに稼動率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回転形系統連系装置の
システムブロック構成図である。

【図２】同装置の構成による作用を示す説明図および同
装置の安定度を示す説明図である。

【図３】回転形系統連系装置の他の構成による作用を示
す説明図および同装置の安定度を示す説明図である。

【図４】従来例を示す回転形系統連系装置のシステムブ
ロック構成図である。

【符号の説明】

１　　　　同期機 １ａ　　　　同期機の回転子 １ｂ　　　　同期機の固定子 ２　　　　直結軸 ３　　　　励磁巻線 ８　　　　巻線形誘導機 ８ａ　　　　巻線形誘導機の回転子 ８ｂ　　　　巻線形誘導機の固定子 １０　　　　制御部 １１　　　　交流励磁巻線 １２　　　　電力検出器 １３　　　　電圧検出器 １４　　　　電圧制御装置 １５　　　　電力制御装置 １６　　　　周波数変換装置 １７　　　　レゾルバ １８　　　　電流検出器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一方の電力系統に連系された回転機と
   他方の電力系統に連系された回転機とが直結軸で連結し
   て１ユニットを構成するｎ（２以上の自然数）ユニット
   からなる回転形系統連系装置において、前記１ユニット
   を構成する回転機を同期機と巻線形誘導機とし、この巻
   線形誘導機に設けた交流励磁巻線の励磁電流を制御する
   ための周波数変換装置とその制御装置とを備え、かつ、
   前記ｎユニットの内でｍ（１以上の自然数で、ｍ＜ｎ）
   個の前記巻線形誘導機を前記一方の電力系統に連系する
   一方、残りのｎ−ｍ個の前記巻線形誘導機を前記他方の
   電力系統に連系させたことを特徴とする回転形系統連系
   装置。