JPH0678598A - 巻線形誘導発電機の運転制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、発電機の容量を低減でき、かつ発電
時の電圧歪が少なく、しかも送電線系統時等の異常時に
おいても励磁手段の保護を確実に行ない安定に動作して
品質のよい電力を送電系統に供給することを主要な特徴
としている。 【構成】本発明は、一次巻線と二次巻線を備えた巻線形
誘導発電機の運転制御装置を、直流母線から電力供給を
受けて直流電力を交流電力に変換し二次巻線に供給する
インバータと、交流電力を直流電力に変換して直流母線
に直流電力を供給するコンバータと、直流母線に設置さ
れた直流コンデンサと、直流母線に設置されたチョッパ
と、送電系統の事故発生検出時に、直流母線電圧の上昇
を抑制するようにコンバータ、および必要に応じてイン
バータを制御する制御手段と、直流母線電圧の異常上昇
検出時に、直流電圧の上昇を抑制するようにチョッパを
制御するチョッパ制御手段とから構成することを特徴と
している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、巻線形誘導発電機の二
次巻線を励磁する励磁手段をインバータ、コンバータ、
チョッパ、直流コンデンサから構成した、巻線形誘導発
電機の運転制御装置に係り、特に送電系統の事故時にお
ける励磁手段の保護を確実に行ない得るようにした巻線
形誘導発電機の運転制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、水力発電においては、落差変化や
負荷変化に対して水車効率が最大になる回転速度で運転
する、いわゆる可変速発電方式の必要性が高まってきて
いる。以下、この可変速発電の一つの例について説明す
る。

【０００３】図７は、従来のサイクロコンバータを用い
た可変速発電システム（西独Ｂｕｎｄｅｓｍｉｎｉｓｔ
ｅｒｉｕｍ ｆｕｅｒ Ｆｏｒｓｃｈｕｎｇ ｕｎｄ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅの研究論文集ＢＭＦＴ−ＦＢ−
Ｔ８４−１５４（１）の第９６項、図３．２．１１に開
示された方式による）の構成例を示すブロック図であ
る。この図７の方式は、巻線形誘導発電機の二次電流
を、サイクロコンバータ等の周波数変換器により制御し
て、一次側の周波数を回転速度の変化に関わらず一定に
制御する、いわゆる二次励磁方式の可変速発電システム
であり、この方式は、変換器容量を小さくできる特徴が
あるため、特に大容量の発電プラントに適用している。

【０００４】図７において、巻線形誘導発電機（ＩＭ）
７００の一次巻線は送電線７０１に接続され、二次巻線
にはサイクロコンバータからなる周波数変換器７０２が
接続されて、二次電流制御が行なわれるようになってい
る。すなわち、周波数変換器７０２には、二次電流の三
相指令値ｉ_r1s 、ｉ_r2s 、ｉ_r3s が与えられ、二次電流
の検出値ｉ_rdと比較され、検出値が指令値に常に一致す
るように制御が行なわれる。また、一次電流は、一次電
圧Ｕ_s1と同相の電流成分Ｉ_sqと９０度遅れた電流成分Ｉ
_sdに分解して検出され、一次電圧Ｕｓの大きさ｜Ｕｓ｜
との積によって、一次側の有効電力Ｐ_sdおよび一次側の
無効電力Ｑ_sdが検出される。

【０００５】一方、有効電力の指令値Ｐ_ssおよび無効電
力の指令値Ｑ_ssが与えられ、各々検出値Ｐ_sdおよびＱ_sd
と比較され、その偏差が零となるように、有効電力調節
器ＰＲおよび無効電力調節器ＱＲ、並びに周波数変換器
７０２を介して、二次電流が制御される。

【０００６】ところで、サイクロコンバータによる二次
励磁で発電を行なう方式には、次のような性質がある。
すなわち、サイクロコンバータは、交流入力電源側に大
きな無効電力を発生し、この無効電力が発電機ＩＭの一
次側から供給されなければならないため、発電機の容量
が大きくなる。また、サイクロコンバータを用いたシス
テムは、交流入力電源側の高調波電流が大きく、この高
調波電流による電圧歪が生じ品質のよい発電を行なうこ
とができない。さらに、発電プラントは送電系統に並入
されて運転されるが、雷害で送電線に短絡事故等が発生
して送電線に逆相成分がのり、サイクロコンバータが運
転不能になって停止すると、この逆相分に起因する高電
圧が二次側に誘起され、この高電圧がサイクロコンバー
タを構成するサイリスタ素子に印加されるため、サイリ
スタの電圧破壊を引き起こすことがある。

【０００７】図７に示したサイクロコンバータによる可
変速発電システムは、以上のような性質があるため、送
電系統に並入して運転する場合には、これらの制約を慎
重に考慮して運用しなければならない。このため、電圧
歪が少なく、巻線形誘導発電機の容量を低減でき、しか
も送電系統事故時においても安定的に作用する巻線形誘
導発電機の二次励磁用の励磁手段の出現が求められてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
サイクロコンバータにより巻線形誘導発電機の二次側を
励磁して発電を行なうシステムにおいては、発電機の容
量が大きくなり、電圧歪が比較的大きく、また送電線系
統事故時における対策が考慮されておらず、送電系統に
並入して運用する場合に安定的に品質のよい電力を供給
することができないという問題があった。

【０００９】本発明の目的は、発電機の容量を低減で
き、かつ発電時の電圧歪が少なく、しかも送電線系統事
故時等の異常時においても励磁手段の保護を確実に行な
い安定に動作して品質のよい電力を送電系統に供給する
ことが可能な極めて信頼性の高い巻線形誘導発電機の運
転制御装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明では、一次巻線および二次巻線を備えた巻線
形誘導発電機の一次巻線を変圧器を介して送電系統に接
続し、その二次巻線を励磁手段により励磁して発電を行
ない、送電系統に電力を供給する巻線形誘導発電機の運
転を制御する装置において、巻線誘導発電機の二次巻線
に接続され、直流母線から電力供給を受けて直流電力を
交流電力に変換し二次巻線に供給するインバータと、交
流電力を直流電力に変換して直流母線に直流電力を供給
するコンバータと、直流母線に設置された直流コンデン
サと、直流母線に設置されたチョッパと、送電系統にお
ける事故発生を検出すると、直流母線電圧の上昇を抑制
するようにコンバータ、および必要に応じてインバータ
を制御する制御手段と、直流母線の電圧の異常上昇を検
出すると、当該直流電圧の上昇を抑制するようにチョッ
パを制御するチョッパ制御手段とを備えて構成してい
る。

【００１１】

【作用】本発明による巻線形誘導発電機の運転制御装置
において、定常状態の発電を行なう場合には、コンバー
タは直流母線の電圧を一定に維持するように制御される
ため、コンバータでは巻線誘導発電機の二次側に誘起さ
れる有効電力だけが交流線側に流れるようになる。これ
により、巻線形誘導発電機の一次巻線は、従来のサイク
ロコンバータによる方式で必要であった無効電力の供給
が、コンバータを用いた方式では不要となり、その結
果、巻線形誘導発電機の容量をサイクロコンバータ方式
に比べて小さくすることができる。また、コンバータ
は、通常ＰＷＭ制御方式で運転するため、交流線に流れ
る電流にはほとんど高調波成分が含まれなく、その結
果、発電電圧の電圧歪を格段に低減することができる。

【００１２】一方、送電系統等に事故が発生した場合に
は、コンバータへの通常のゲート信号により、直流母線
の電圧が上昇するのを、防止するよう制御する。また、
送電系統事故時における発電機の一次電圧が所定値より
小さい場合場合には、コンバータの通常のゲート信号を
停止するためにコンバータによる直流電圧維持機能が失
われて直流電圧が上昇しようとするが、この場合は、第
２段階として、チョッパをオンオフさせて直流電圧の上
昇を抑制するように制御する。さらに、チョッパによる
直流電圧上昇抑制にも関わらずさらに直流電圧が上昇し
ようとした場合には、第３段階として、インバータを構
成するスイッチ素子を同時にオンするように制御するこ
とにより、巻線形誘導発電機の二次巻線がインバータを
構成する素子を介して短絡される形となり、二次巻線の
電流は直流コンデンサに流れ込まなくなり、直流電圧の
上昇を防止することができる。

【００１３】以上により、送電系統事故等において、巻
線形誘導発電機の二次励磁用の励磁手段に、直流母線電
圧の上昇による高電圧が印加されようとした時にも、コ
ンバータによる直流電圧制御、チョッパ制御、そしてイ
ンバータの短絡モード制御等が複合作用して、直流電圧
の異常な上昇を確実に防止できることから、送電系統事
故等の異常時における励磁手段の保護を確実に行なえる
ことになり、定常状態、送電線事故の過渡現象時とも安
定に動作して信頼性の高い品質のよい電力を送電系統に
供給することができる。換言すれば、可変速発電システ
ムを系統に並入して運転する場合の信頼性を高めること
ができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例について詳細に説明
する。

【００１５】図１は、本発明による巻線形誘導発電機の
運転制御装置の全体構成例を示す図である。図１におい
て、１，２，３，４はインダクタンス，抵抗，浮遊容量
が分布する送電線、５は送電線１，２，３，４のさらに
先につながる電力系統、６，７，８，９は送電線事故時
に事故区間の送電線を切り離して送電線１，２，３，４
を保護するしゃ断器である。また、発電プラント１０
は、主変圧器１１を介して巻線形誘導発電機１２の一次
巻線を送電系統１３に接続して構成している。

【００１６】一方、運転制御装置は、基本的には、巻線
形誘導発電機１２の二次巻線に接続され、直流母線１３
Ｐ，１３Ｎから電力供給を受けて直流電力を交流電力に
変換し、巻線形誘導発電機１２の二次巻線に励磁電流を
供給するインバータ１４と、インバータ１４の直流母線
１３Ｐ，１３Ｎに設置された抵抗１５１とスイッチ素子
１５２で構成されるチョッパ回路１５と、上記直流母線
１３Ｐ，１３Ｎに設置された直流コンデンサ１６と、巻
線形誘導発電機１２の一次巻線側から変圧器１７を介し
て電力供給を受け、交流電力を直流電力に変換して直流
母線１３Ｐ，１３Ｎに直流電力を供給するコンバータ１
８とからなっている。

【００１７】さらに、本実施例では、以下の各要素を付
加してなっている。すなわち、１９Ｕ，１９Ｖ，１９Ｗ
は巻線形誘導発電機１２の二次電流を検出する二次電流
検出器、２０は直流母線１３Ｐ，１３Ｎの電圧を検出し
直流電圧検出信号Ｅ_dfを出力する直流電圧検出器、２１
Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗはコンバータ１８の電流を検出する
コンバータ電流検出器である。

【００１８】また、２２は巻線形誘導発電機１２の一次
電圧を絶縁して制御回路に導くための電圧検出用変圧
器、３０は巻線形誘導発電機１２の一次電圧位相Θ₁ を
検出する電圧位相検出器、３１は巻線形誘導発電機１２
の回転子の位相Θ_r を検出する回転子位相検出回路、３
２は一次電圧位相Θ₁ と回転子位相Θ_r とから、巻線形
誘導発電機１２の二次電圧位相Θ₂ を演算する演算器で
ある。

【００１９】一方、４０は巻線形誘導発電機１２の一次
巻線電圧を電圧検出用変圧器２２を介して導入し、送電
線等の事故時における一次巻線電圧の変化を監視して事
故時に第１の事故信号４０Ｓを出力する第１の事故検出
器であり、その詳細を図２に示す。すなわち、図２にお
いて、４１は演算器であり、巻線形誘導発電機１２の三
相交流の一次電圧を導入し、合成ベクトルの振幅値とし
て表わされる一次電圧信号Ｅ_1s´を出力する。４２はフ
ィルタであり、一次電圧信号Ｅ_1s´が交流成分を含む場
合に、この交流成分を必要レベルまで除去して第１の一
次電圧信号Ｅ_1sとして出力する。４３は設定器であり、
第１設定レベルＶ_1s ^＊を設定する。４４は比較器であ
り、第１の一次電圧信号Ｅ_1sと第１設定レベルＶ_1s ^＊と
を比較し、信号Ｅ_1sが信号Ｖ_1s ^＊より小さくなった時に
第１の事故信号４０Ｓを出力する。この第１の事故信号
４０Ｓは後述するコンバータ制御ロジックに作用し、事
故時におけるコンバータ１８の運転の可否を決定するの
に用いられる。

【００２０】また、５０は巻線形誘導発電機１２の一次
巻線電圧を電圧検出用変圧器２２を介して導入し、送電
線等の事故時における一次巻線電圧の変化を監視して事
故時に第２の事故信号５０Ｓを出力する第２の事故検出
器であり、その詳細を図３に示す。すなわち、図３にお
いて、５１は演算器であり、巻線形誘導発電機１２の三
相交流の一次電圧を導入し、合成ベクトルの振幅値とし
て表わされる第２の一次電圧信号Ｅ_2sを出力する。５２
は設定器であり、第２設定レベルＶ_2s ^＊を設定する。５
３は比較器であり、第２の一次電圧信号Ｅ_2sと第２設定
レベルＶ_2s ^＊とを比較し、信号Ｅ_2sが信号Ｖ_2s ^＊より小
さくなった時に第２の事故信号５０Ｓを出力する。この
第２の事故信号５０Ｓは後述するインバータ制御ロジッ
クに作用し、事故時におけるインバータ１４の運転の可
否を決定するのに用いられる。

【００２１】ここで、送電系統に雷害等による事故が発
生した時に第１の事故検出器４０がどのように動作する
か、図２を用いて説明する。すなわち、図１の送電線３
のＡ等において雷害が発生した場合、事故のほとんどは
三相送電線の総てが地絡（三相地絡：３ＬＧ）するか、
あるいは三相送電線の内の一相が地絡（一相地絡：１Ｌ
Ｇ）するか、等の事故である。図２（ａ）は送電線に三
相地絡事故が発生した場合の各個所の信号波形である。
時点ｔ₁ で送電線に三相地絡が発生すると三相間が総て
短絡されるため一次電圧信号Ｅ_1s´は急激に減少し事故
後の電圧は小さい値で検出される。図２（ｂ）は送電線
に一相地絡事故が発生した場合の各個所の信号波形であ
る。一相地絡では地絡をまぬがれた相の電圧が残るが、
電圧が強い不平衡になるため一次電圧信号Ｅ_1s´は図示
のように送電線周波数の２倍で振動する形で検出され、
事故後の電圧はある程度大きい値で検出される。図２の
第１の事故検出器４０では、三相地絡事故等の重事故で
図に示すように第１の一次電圧信号Ｅ_1sが極端に低下し
た場合には第１の事故信号４０Ｓを発生するが、一方一
相地絡事故等の軽事故で図に示すように第１の一次電圧
信号Ｅ_1sがある程度大きく検出される状態では第１の事
故信号４０Ｓを発生しないように第１の設定レベルＶ_1s
^＊が設定される。

【００２２】また、送電系統に雷害等による事故が発生
した時に第２の事故検出器５０がどのように動作する
か、図３を用いて説明する。図３（ａ）は送電線に三相
地絡事故が発生した場合の各個所の信号波形である。時
点ｔ₁ で送電線に三相地絡が発生すると三相間が全て短
絡されるため第２の一次電圧信号Ｅ_2sは急激に減少し事
故後の電圧は小さい値で検出される。図３（ｂ）は送電
線に一相地絡事故が発生した場合の各個所の信号波形で
ある。一相地絡では地絡をまぬがれた相の電圧が残る
が、電圧が強い不平衡になるため第２の一次電圧信号Ｅ
_2sは図示のように送電線周波数の２倍で振動する形で検
出され、事故後の電圧はある程度大きい値で検出され
る。図３の第２の事故検出器５０では、三相地絡事故等
の重事故で図２（ａ）に示すように第２の一次電圧信号
Ｅ_2sが極端に低下した場合、一相地絡事故等の軽事故で
図２（ｂ）に示すように第２の一次電圧信号Ｅ_2sがある
程度大きく検出される場合の両方とも、第２の事故信号
５０Ｓを発生するように第２の設定レベルＶ_2s ^＊が設定
される。

【００２３】一方、１００はインバータ１４が巻線形誘
導発電機１２の二次巻線に所定の二次電流を供給するよ
うにインバータ１４を制御するインバータ制御回路であ
り、巻線形誘導発電機１２の二次巻線に供給すべき二次
電流指令値Ｉ₂ ^＊が与えられる。このインバータ制御回
路１００において、１０２は演算器であり、巻線形誘導
発電機１２の交流量の二次電流を直流量の二次電流信号
Ｉ_2fに変換する。１０３は演算器であり、電流指令値Ｉ
₂ ^＊と二次電流信号Ｉ_2fとの誤差△Ｉ₂ を検出する。１
０４は増幅器であり、誤差△Ｉ₂ を増幅して電圧指令Ｖ
₂ ^＊を出力する。１１０はインバータゲート回路であ
り、電圧指令Ｖ₂ ^＊と巻線形誘導発電機１２の二次電圧
位相Θ₂ を受けて動作し、インバータ１４の出力電圧の
周波数が二次電圧位相Θ₂ で規定され、大きさが電圧指
令Ｖ₂ ^＊で指示された電圧を発生するようにインバータ
１４のスイッチ素子１４１Ｕ〜１４１Ｚの制御信号１１
０Ｕ〜１１０Ｚを発生する。

【００２４】１２０は第２の事故検出信号５０Ｓを受け
た時にインバータ１４への通常のゲート制御信号を抑制
し、短絡モード信号２０４Ｓを受けた時にインバータ１
４を構成するスイッチ素子１４１Ｕ，１４１Ｖ，１４１
Ｗ（あるいはスイッチ素子１４１Ｘ，１４１Ｙ，１４１
Ｚ）に、同時にオン指令を供給するように制御するイン
バータ制御ロジックであり、その詳細を図４に示す。図
４において、１２１Ｕ〜１２１Ｚはアンド回路であり、
一方の入力には前述のインバータゲート回路１１０から
発生される制御信号１１０Ｕ〜１１０Ｚが入力され、他
方の入力には前述の第２の事故検出信号５０Ｓが導入さ
れており、第２の事故信号５０Ｓが発生した時には制御
信号１１０Ｕ〜１１０Ｗがアンド回路を通過しないよう
に作用する。１２２Ｕ〜１２２Ｗはオア回路であり、ア
ンド回路１２１Ｕ，１２１Ｖ，１２１Ｗの出力と短絡モ
ード信号２０４Ｓを入力とし、短絡モード信号２０４Ｓ
が発生した時にゲート信号１００Ｕ，１００Ｖ，１００
Ｗに強制的にオン信号が出力されるように作用する。

【００２５】ここで、送電線事故時においては、時系列
的には最初に、第２の事故信号５０Ｓが発生され、その
後短絡モード信号２０４Ｓが発生されるようになってお
り、従って事故時には、まず第２の事故信号５０Ｓによ
り制御信号１１０Ｕ〜１１０Ｚの通過が禁止されインバ
ータは停止する。その後、短絡モード信号２０４Ｓが発
生された場合には、ゲート信号１００Ｕ，１００Ｖ，１
００Ｗには強制的にオン信号が出力され、ゲート信号１
００Ｘ，１００Ｙ，１００Ｚにはオフ信号が出力される
ようになっているので、短絡モード信号２０４Ｓ発生時
にはインバータ１４を構成するスイッチ素子の１４１
Ｕ，１４１Ｖ，１４１Ｗが同時にオンになり、これによ
り巻線形誘導発電機１２の二次巻線は素子１４１Ｕ，１
４１Ｖ，１４１Ｗと素子１４２Ｕ，１４２Ｖ，１４２Ｗ
を介して短絡される形となる。

【００２６】なお、図４の例では、オア回路１２２Ｕ，
１２２Ｖ，１２２Ｗをアンド回路１２１Ｕ，１２１Ｖ，
１２１Ｗの後ろに設けているが、これをアンド回路１２
１Ｘ，１２１Ｙ，１２１Ｚの後ろに設けることもでき
る。この場合には、短絡モード信号２０４Ｓの発生と同
時に、ゲート信号１００Ｘ，１００Ｙ，１００Ｚには強
制的にオン信号が出力され、ゲート信号１００Ｕ，１０
０Ｖ，１００Ｗにはオフ信号が出力される。

【００２７】一方、２００は直流母線１３Ｐ，１３Ｎの
電圧に応じてチョッパ１５をオンオフさせ、直流母線電
圧の上昇を抑制するようにチョッパ１５を制御するチョ
ッパ制御回路であり、直流電圧検出器２０で検出した直
流電圧検出値Ｅ_dfが入力される。このチョッパ制御回路
２００において、２０４は比較器であり、第１設定レベ
ルＶ_d1 ^＊、第２設定レベルＶ_d2 ^＊、第３設定レベルＶ_d3
^＊と、直流電圧検出値Ｅ_dfとを図５に示す如く比較し、
チョッパゲート信号２０５Ｓ、短絡モード信号２０４Ｓ
を発生する。図５は、時点ｔ₁ において送電線に事故が
発生し、インバータが停止したために巻線形誘導発電機
の二次電流が直流コンデンサを充電して電圧が上昇し、
チョッパが動作した時の比較器２０４の動作を説明した
ものであり、Ｖ_d1 ^＊，Ｖ_d2 ^＊，Ｖ_d3 ^＊はそれぞれ第１、
第２、第３の設定レベル、Ｅ_dfは直流電圧検出値、２０
５Ｓはチョッパゲート信号、２０４Ｓは短絡モード信号
の動きをそれぞれ表わしている。

【００２８】すなわち、時点ｔ₁ で送電線に事故が発生
して直流電圧Ｅ_dfが上昇を開始すると、時点ｔ₂ にて直
流電圧Ｅ_dfが第２の設定レベルＶ_d2 ^＊に達するのを検知
してチョッパ信号２０５Ｓを発生し、チョッパ１５をオ
ンする。チョッパ１５がオンすると、直流コンデンサ１
６の電荷がチョッパ１５を通して放電し直流電圧Ｅ_dfは
減少する。直流電圧Ｅ_dfが減少し、時点ｔ₃ で直流電圧
Ｅ_dfが第１の設定レベルＶ_d1 ^＊に達するのを検知してチ
ョッパ信号２０５Ｓを消滅させ、チョッパ１５をオフす
る。チョッパ１５がオフすると、再び直流電圧が上昇す
る。以上、巻線形誘導発電機１２の二次巻線から直流コ
ンデンサ１６に流れ込む電流が比較的小さい場合は、直
流電圧Ｅ_dfは、チョッパ信号２０５Ｓによるチョッパ１
５のオンオフの過程を通して、第１，第２の各設定レベ
ルＶ_d1 ^＊，Ｖ_d2 ^＊の間に維持される。

【００２９】また、送電線の重事故の場合等で、直流コ
ンデンサ１６に流れ込む電流が大きく、チョッパ１５を
オンしてもさらに直流電圧Ｅ_dfが上昇した場合について
説明する。すなわち、図５において、時点ｔ₄ でチョッ
パ１５がオンした後も、さらに直流電圧_dfが上昇した場
合には、時点ｔ_５において直流電圧Ｅ_dfが第３の設定レ
ベルＶ_d3 ^＊に一致するのを検知して短絡モード信号２０
４Ｓを発生する。短絡モード信号２０４Ｓが発生される
と、当該信号が図４のインバータ制御ロジック１２０の
中に導入され、インバータ１４のスイッチ素子１４１
Ｕ，１４１Ｖ，１４１Ｗが強制的にオンされる。これに
より、巻線形誘導発電機１２の二次巻線電流は直流コン
デンサ１６に流れ込まなくなり、従って図５の時点ｔ₅
以降、直流電圧は減少する。さらに、時点ｔ₆ におい
て、直流電圧Ｅ_dfが第１の設定レベルＶ_d1 ^＊に一致する
のを検知して、短絡モード信号２０４Ｓを消滅させ、イ
ンバータ１４のスイッチ素子１４１Ｕ，１４１Ｖ，１４
１Ｗのオンゲートを停止すると再び、巻線形誘導発電機
１２の二次巻線電流が直流コンデンサ１６に流れ込むよ
うになり、直流電圧が上昇する。以上、送電線の重事故
等で巻線形誘導発電機１２の二次巻線から直流コンデン
サ１６に流れ込む電流が大きく、チョッパ１５による直
流電圧上昇抑制にもかかわらず電圧が上昇する場合に
は、インバータ１４を構成する素子を選択して強制的に
オンにすることにより、直流コンデンサ１６への流入電
流をしゃ断できるため、直流電圧が第３の設定レベルＶ
_d3 ^＊を越えて上昇するのを防止できる。

【００３０】一方、３００はコンバータ１８が直流母線
１３Ｐ，１３Ｎの直流電圧を所定値に保つようにコンバ
ータ１８を制御するコンバータ制御回路であり、直流母
線１３Ｐ，１３Ｎの維持されるべき直流電圧の指令値Ｅ
_d ^＊が与えられる。このコンバータ制御回路３００にお
いて、３０２は演算器であり、直流電圧指令値Ｅ_d ^＊と
直流電圧検出値Ｅ_dfとの誤差△Ｅ_d を検出する。３０３
は増幅器であり、誤差△Ｅ_d を増幅してコンバータ電流
指令Ｉ_ｃ ^＊を出力する。３０５は演算器であり、コンバ
ータ１８の交流量のコンバータ電流を、直流量のコンバ
ータ電流検出信号Ｉ_cfに変換する。３０４は演算器であ
り、コンバータ電流指令Ｉ_ｃ ^＊とコンバータ電流検出信
号Ｉ_cfとの誤差△Ｉｃを検出する。３０６は増幅器であ
り、誤差△Ｉｃを増幅してコンバータ電圧指令Ｖ_ｃ ^＊を
出力する。３１０はコンバータゲート回路であり、コン
バータ電圧指令Ｖ_ｃ ^＊と巻線形誘導発電機１２の一次電
圧位相Θ₁ を受けて動作し、コンバータ１８の出力電圧
の周波数が一次電圧位相Θ₁ で規定され、大きさが電圧
指令Ｖ_ｃ ^＊で指示された電圧を発生するようにコンバー
タ１８のスイッチ素子１８１Ｕ〜１８１Ｚの制御信号３
１０Ｕ〜３１０Ｚを発生する。

【００３１】３２０は第１の事故検出信号４０Ｓを受け
た時にコンバータ１８への通常のゲート制御信号を抑制
するコンバータ制御ロジックであり、その詳細を図６に
示す。図６において、３２１Ｕ〜３２１Ｚはアンド回路
であり、一方の入力には前述のインバータゲート回路３
１０から発生される制御信号３１０Ｕ〜３１０Ｚが入力
され、他方の入力には前述の第１の事故検出信号４０Ｓ
が導入されており、第１の事故信号４０Ｓが発生した時
には制御信号３１０Ｕ〜３１０Ｚの通過を禁止してコン
バータ１８を停止するようになっている。

【００３２】次に、以上のように構成した本実施例の巻
線形誘導発電機の運転制御装置の全体的な作用について
説明する。

【００３３】まず、巻線形誘導発電機１２が送電系統１
３に並入され、電力系統に発電電力を送出している定常
状態での作用は次のようになる。

【００３４】図１において、巻線形誘導発電機１２の二
次巻線が、電流指令値Ｉ₂ ^＊に基づいて制御されるイン
バータ１４により二次励磁され、インバータ１４の直流
母線１３Ｐ，１３Ｎには直流コンデンサ１６が接続さ
れ、さらに巻線形誘導発電機１２の一次巻線から交流電
力を受けて直流電力に変換するコンバータ１８が接続さ
れ、コンバータ１８が直流母線電圧を直流電圧指令値Ｅ
_d ^＊に一致するように制御しているので、巻線形誘導発
電機１２の一次巻線には周波数が送電線周波数に等しい
電圧が発生され、電力が主変圧器１１を介して送電系統
１３に供給される。

【００３５】ところで、前述した従来のサイクロコンバ
ータを二次励磁源に用いた可変速発電システムでは、サ
イクロコンバータが入力電源側に大きな無効電力を発生
し、この無効電力が巻線形誘導発電機１２の一次巻線か
ら供給されねばならないため、巻線形誘導発電機１２の
容量が大きくなること、およびサイクロコンバータの入
力電流には多くの高調波が含まれるため、これが原因し
て発電電圧を歪ませる原因になっている。これに対し
て、本実施例では、コンバータ１８は直流母線１３Ｐ，
１３Ｎの電圧を一定に維持するように制御されているの
で、コンバータ１８では巻線誘導発電機１５の二次側に
誘起される有効電力だけが交流線２１Ｕ〜２１Ｗ側に流
れるようになり、従って、巻線形誘導発電機１２の一次
巻線は従来のサイクロコンバータによる方式で必要であ
った無効電力の供給が、コンバータ１８を用いた方式で
は不要となり、その結果、巻線形誘導発電機１２の容量
をサイクロコンバータ方式に比べて小さくできる。ま
た、コンバータ１８は通常、ＰＷＭ制御方式で運転する
ため、交流線２１〜２１Ｗに流れる電流にはほとんど高
調波成分が含まれず、その結果、発電電圧の電圧歪を格
段に低減できる。

【００３６】次に、送電系統１１等に事故が発生した場
合の作用は次のようになる。

【００３７】すなわち、インバータ１４とコンバータ１
８を結ぶ直流母線１３Ｐ，１３Ｎにはチョッパ１５が設
置され、チョッパ制御回路２００の中には、直流母線１
３Ｐ，１３Ｎの電圧に応じてチョッパ１５のオンオフを
制御し直流電圧の上昇を抑制するためのチョッパ１５の
ゲート信号２０５Ｓと、チョッパ１５による直流電圧上
昇抑制手段にもかかわらず、さらに直流電圧が上昇した
場合には、これを検知して短絡モード信号２０４Ｓを発
生する比較器２０４が設置され、さらに送電系統１１等
における事故発生を検出する第１、第２の事故検出器４
０、５０が設置されて第１の事故信号４０Ｓと第２の事
故信号５０Ｓが得られ、これらの信号がそれぞれコンバ
ータ制御ロジック３２０とインバータ制御ロジック１２
０に作用するようになっている。

【００３８】ところで、前述した従来のサイクロコンバ
ータによる二次励磁を行なう可変速発電システムでは、
送電系統に雷害等による事故が発生した時に次のような
不具合が起こる。すなわち、雷害で送電線に短絡事故等
が発生して送電線に逆相成分がのり、サイクロコンバー
タが運転不能になって停止すると、この逆相分に起因す
る高電圧が二次巻線に誘起され、この高電圧がサイクロ
コンバータを構成するサイリスタ素子に印加されるた
め、サイリスタの電圧破壊を引き起こす場合がある。従
って、図７に示したシステムでは、雷害等がひんぱんに
発生する電力系統に並入して運転する場合には、この点
を十分注意して運用しなければならない。これに対し
て、本実施例では、送電線等に事故が発生した時に次の
ように作用する。まず、第２の事故検出器５０が送電線
事故を検出した時は、第２の事故信号５０Ｓによりイン
バータ１４への通常のゲート信号を停止する。この状態
では、巻線形誘導発電機１２の二次巻線電流は、インバ
ータ１４を構成するダイオード１４２Ｕ〜１４２Ｚを通
して流れて直流コンデンサ１６を充電し、直流コンデン
サ電圧が上昇しようとする。このような状態では、もし
コンバータ１８が停止されると、直流コンデンサ電圧を
一定値に維持する機能が失われ、直流電圧はインバータ
１４、コンバータ１８を構成するスイッチ素子を破壊す
る値にまで上昇する。そこで、このような事態を避ける
ために、本実施例では次のように作用して直流電圧の上
昇が防止される。

【００３９】すなわち、送電線事故時には、前述の第２
の事故検出器５０と同時に、第１の事故検出器４０が送
電線事故を検出しており、第１の事故検出器４０では発
電機の一次電圧が所定値よりも小さくなった場合には第
１の事故信号４０Ｓを発生するが、発電機の一次電圧が
所定値より大きい場合には第１の事故信号４０Ｓを発生
しないように構成され、この第１の事故信号４０Ｓが発
生した場合にコンバータ１８への通常のゲート信号を停
止するようになっている。従って、送電線事故時におい
て、発電機の一次電圧が所定値より大きい場合で第１の
事故信号４０Ｓが発生しない場合には、第１段階とし
て、直流母線の電圧が上昇しようとするのを通常のコン
バータによる電圧制御により電圧上昇を防止するように
制御される。

【００４０】次に、送電線事故時における発電機の一次
電圧が所定値より小さい場合で、第１の事故信号４０Ｓ
が発生した場合には、コンバータ１８の通常のゲート信
号を停止するためにコンバータ１８による直流電圧維持
機能が失われて直流電圧が上昇しようとするが、この場
合は、第２段階として、チョッパ制御回路２００の比較
器２０４が直流電圧の上昇を検知し、チョッパ１５をオ
ンオフさせて直流電圧の上昇を抑制するように制御され
る。

【００４１】次に、チョッパ１５による直流電圧上昇の
抑制にも関わらず、さらに直流電圧が上昇しようとした
場合には、第３段階として、この直流電圧の上昇をチョ
ッパ制御回路２００の中の比較器２０４で検知して短絡
モード信号２０４Ｓを発生し、この信号によりインバー
タ１４を構成するスイッチ素子１４１Ｕ，１４１Ｖ，１
４１Ｗ（またはスイッチ素子１４１Ｘ，１４１Ｙ，１４
１Ｚ）を、同時にオンするように制御される。このよう
な状態では、巻線形誘導発電機１２の二次巻線がインバ
ータ１４を構成する素子１４１Ｕ，１４１Ｖ，１４１
Ｗ，１４２Ｕ，１４２Ｖ，１４２Ｗ（あるいは素子１４
１Ｘ，１４１Ｙ，１４１Ｚ，１４２Ｘ，１４２Ｙ，１４
２Ｚ）を介して短絡される形となり、従って、二次巻線
の電流は直流コンデンサ１６に流れ込まなくなり、直流
電圧の上昇を防止できる。

【００４２】このことから、本実施例による巻線形誘導
発電機の運転制御装置では、送電系統事故等において巻
線形誘導発電機１２の二次励磁用の励磁手段に直流母線
電圧の上昇による高電圧が印加されようとした時にも、
コンバータ１８による直流電圧制御、チョッパ制御、そ
してインバータ１４の短絡モード制御等が複合作用し
て、直流電圧の異常な上昇を確実に防止できることか
ら、送電系統事故等の異常時における励磁手段の保護が
確実に行なわれ、可変速発電システムを系統に並入して
運転する場合の信頼性を高めることができる。すなわ
ち、送電系統事故時等における励磁手段の保護が確実に
行なえることから、定常状態、送電線事故の過渡現象時
とも安定に動作して、信頼性の高い品質のよい電力を送
電系統１３に供給できる。

【００４３】上述したように、本実施例では、巻線形誘
導発電機１２の二次巻線に接続され直流母線１３Ｐから
電力供給を受けて直流電力を交流電力に変換して巻線形
誘導発電機１２の二次巻線に励磁電流を供給するインバ
ータ１４と、インバータ１４の直流母線に設置されたチ
ョッパ回路１５と、直流母線に設置された直流コンデン
サ１６と、巻線形誘導発電機１２の一次巻線側から変圧
器１１を介して電力供給を受け交流電力を直流電力に変
換して直流母線１３Ｐに直流電力を供給するコンバータ
１８と、インバータ１４が巻線形誘導発電機１２の二次
巻線に所定の二次電流を供給するようにインバータ１４
を制御するインバータ制御回路１００と、コンバータ１
８が直流母線１３Ｐの直流電圧を所定値に保つようにコ
ンバータを制御するコンバータ制御回路３００と、直流
母線１３Ｐの電圧に応じてチョッパ１５をオンオフさせ
て直流母線電圧の上昇を抑制するようにチョッパを制御
するチョッパ制御回路２００とチョッパ制御回路２００
内においてチョッパによる直流電圧上昇抑制手段にもか
かわらずさらに直流電圧が上昇したことを検知してイン
バータに短絡モード信号２０４Ｓを発生する比較器２０
４と、巻線形誘導発電機１２の一次巻線電圧を電圧検出
変圧器２２を介して導入し送電線等の事故時における一
次巻線電圧の変化を監視して事故時に第１の事故信号４
０Ｓを出力する第１の事故検出器４０と、巻線形誘導発
電機１２の一次巻線電圧を電圧検出変圧器２２を介して
導入し送電線等の事故時における一次巻線電圧の変化を
監視して事故時に第２の事故信号５０Ｓを出力する第２
の事故検出器５０と、インバータ制御回路１００内にお
いて第２の事故検出信号５０Ｓを受けた時にインバータ
への通常のゲート制御信号を抑制し、短絡モード信号２
０４Ｓを受けた時にインバータ１４を構成するスイッチ
素子１４１Ｕ、１４１Ｖ、１４１Ｗ（あるいはスイッチ
素子１４１Ｘ，１４１Ｙ，１４１Ｚ）に同時にオン指令
を供給するよう制御するインバータ制御ロジック１２０
と、コンバータ制御回路３００内において第１の事故検
出信号４０Ｓを受けた時にコンバータ１８への通常のゲ
ート制御信号を抑制するコンバータ制御ロジック３２０
とから構成するようにしたものである。

【００４４】従って、巻線誘導発電機１２の容量を低減
でき、かつ発電時の電圧歪が少なく、しかも送電線系統
事故時等の異常時においても励磁手段の保護を確実に行
ない、定常状態時、過渡現象時とも安定に動作して品質
のよい電力を送電系統１３に供給することが可能とな
る。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、巻
線誘導発電機の二次巻線を励磁する励磁手段を、直流母
線から電力供給を受けて直流電力を交流電力に変換し二
次巻線に供給するインバータと、巻線誘導発電機の一次
巻線側から変圧器を介して電力供給を受け交流電力を直
流電力に変換して直流母線に直流電力を供給するコンバ
ータと、直流母線に設置された直流コンデンサと、抵抗
とスイッチング素子からなり、直流母線に設置されたチ
ョッパとから構成するようにしたので、発電機の容量を
低減でき、かつ発電時の電圧歪が少なく、しかも送電線
系統事故時等の異常時においても励磁手段の保護を確実
に行ない安定に動作して品質のよい電力を送電系統に供
給することが可能な極めて信頼性の高い巻線形誘導発電
機の運転制御装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による巻線形誘導発電機の運転制御装置
の一実施例を示す構成図。

【図２】同実施例における第１の事故検出器の機能を説
明するための図。

【図３】同実施例における第２の事故検出器の機能を説
明するための図。

【図４】同実施例におけるインバータ制御ロジックの機
能を説明するための図。

【図５】同実施例におけるチョッパ制御回路の機能を説
明するための図。

【図６】同実施例におけるコンバータ制御ロジックの機
能を説明するための図。

【図７】従来のサイクロコンバータを用いた可変速発電
システムの構成例を示すブロック図。

【符号の説明】

１，２，３，４…送電線、５…電力系統、６，７，８，
９…しゃ断器、１０…発電プラント、１１…主変圧器、
１２…巻線形誘導発電機、１３…送電系統、１３Ｐ，１
３Ｎ…直流母線、１４…インバータ、１５…チョッパ回
路、１５１…抵抗、１５２…スイッチ素子、１６…直流
コンデンサ、１７…変圧器、１８…コンバータ、１９
Ｕ，１９Ｖ，１９Ｗ…二次電流検出器、２０…直流電圧
検出器、２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗ…コンバータ電流検出
器、２２…電圧検出用変圧器、３０…電圧位相検出器、
３１…回転子位相検出回路、３２…演算器、４０…第１
の事故検出器、５０…第２の事故検出器、１００…イン
バータ制御回路、１２０…インバータ制御ロジック、２
００…チョッパ制御回路、２０４…比較器、３００…コ
ンバータ制御回路、３２０…コンバータ制御ロジック。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阿部 充幸 東京都千代田区内幸町一丁目１番３号 東 京電力株式会社内 (72)発明者 金子 寛和 東京都千代田区内幸町一丁目１番３号 東 京電力株式会社内 (72)発明者 菅原 良二 東京都中央区銀座六丁目15番１号 電源開 発株式会社内 (72)発明者 小田 誠司 東京都中央区銀座六丁目15番１号 電源開 発株式会社内 (72)発明者 小林 雅一 東京都中央区銀座六丁目15番１号 電源開 発株式会社内 (72)発明者 嶋村 武夫 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一次巻線および二次巻線を備えた巻線形
   誘導発電機の一次巻線を変圧器を介して送電系統に接続
   し、その二次巻線を励磁手段により励磁して発電を行な
   い、前記送電系統に電力を供給する巻線形誘導発電機の
   運転を制御する装置において、 前記巻線形誘導発電機の二次巻線に接続され、直流母線
   から電力供給を受けて直流電力を交流電力に変換し前記
   二次巻線に供給するインバータと、 交流電力を直流電力に変換して前記直流母線に直流電力
   を供給するコンバータと、 前記直流母線に設置された直流コンデンサと、 前記直流母線に設置されたチョッパと、 前記送電系統における事故発生を検出すると、前記直流
   母線電圧の上昇を抑制するように前記コンバータ、およ
   び必要に応じてインバータを制御する制御手段と、 前記直流母線の電圧の異常上昇を検出すると、当該直流
   電圧の上昇を抑制するように前記チョッパを制御するチ
   ョッパ制御手段とを備えて構成したことを特徴とする巻
   線形誘導発電機の運転制御装置。