JPS63140697A

JPS63140697A - 可変速同期発電電動装置の過電圧抑制装置

Info

Publication number: JPS63140697A
Application number: JP61286283A
Authority: JP
Inventors: Shusuke Sawa; 澤　秀典; Hiroshi Sugisaka; 弘志杉坂; Akio Ito; 明男伊藤; Eiji Haraguchi; 原口　英二; Hiroto Nakagawa; 博人中川
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Priority date: 1986-12-01
Filing date: 1986-12-01
Publication date: 1988-06-13
Anticipated expiration: 2009-10-12
Also published as: JPH0681559B2

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、同期機の２次巻線をサイクロコンバータを用
いて交流２次励磁する可変速同期発［ｆｌ！ｌ装動に係
り、特に系統事故時等に発生する２次過電圧を抑制し安
定な運転を継続するに好適な過電圧抑制装置に関する。

〔従来の技術〕

従来のサイリスタを用いた電力変換器の過電圧保護装置
は、特開昭５８−１２５３０号公報に示されるように、
サイリスタの素子にががる過電圧を検出して保護用サイ
リスタを点弧するように構成されてはいるが、サイリス
タ素子の保護を目的としてシステム全体の運転継続を可
能とする点についてまでは配慮されていなかった。また
、特開昭５６−１６６７９６号公報に示されるサイリス
タセルビウス装置の保護装置は、同期速度以下の電動機
運転時の過電圧発生時にサイリスタ・スイッチを点弧す
ることによりサイリスタ素子の保護を図るとともにサイ
リスタ・スイッチの多重化によるサイリスタ・スイッチ
点弧時のトルク変動を小さくしようとするものである。

しかし、同期機の２次巻線を励磁して同期速度以上の運
転笥囲を持つような可変速同期発電電動機の運転の点に
ついては配慮されていなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、サイリスタ素子の保護、または、同期
速度以下の電動機運転に関するものである。ところが、
可変速同期発電電動装置では、系統事故時に３相に同時
に過電圧が発生するのではなく、各相個別に発生する。

過電圧が発生したと同時に同期機の２次巻線を短絡する
と、同期速度以下の発電時には瞬時に電動機運転となり
、また、同期速度以上の電動機運転時には瞬時に発電機
運転となる。このことはトルク変動の増大を招き、運転
継続が困難となる。

本発明は、系統事故時等に発生する可変速同期発電電動
機の２次側過電圧を抑制し、サイリスタ素子を破損する
ことなく、また、系統事故復帰時まで運転を継続して定
常運転へ移行することができる可変速同期発電電動装置
の過電圧抑制装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために、本発明は、電力系統に接
続された同期機の２次巻線をサイクロコンバータにより
励磁して可変速度の発電において、前記同期機の２次巻
線に並列に接続された限流抵抗および半導体スイッチか
らなる直列回路と、前記２次巻線の端子電圧を検出する
電圧検出器と。

この検出信号を受けて過電圧である場合に前記半導体ス
イッチに導通信号を出力し、かつ前記サイクロコンバー
タにその電力変換素子のゲートブロック信号を出力する
ゲート回路と、を備えたことを特徴とするものである。

すなわち、具体的には、可変速同期発電電動機の２次側
の各相に、（サイクロコンバータの出力）逆並列に接続
した半導体スイッチ（例えば、サイリスタ・スイッチ）
およびこれと直列な限流抵抗を挿入し、同期機の２次側
に過電圧が発生した時に半導体スイッチを点弧すること
により２次巻線を短絡できるようにしたものである。そ
して、２次側の各相間には、前記サイリスタ・スイッチ
と限流抵抗と並列に電圧検出器を設置し、前記検出器の
信号により過電圧であるかどうかを判断する比較器と、
サイリスタ・スイッチを点弧するゲートパルス発生器を
各相ごとに設置したものである。

さらに、具体的な実施態様において、過電圧を検出する
比較器は、過電圧レベルを高レベルと低レベルの２段と
して、■高レベルは、全相のサイリスタスイッチを設定
時間だけ点弧できるタイマと、電力制御を抑制する信号
を設ける。■低いレベルの過電圧は、過電圧発生相のみ
サイリスタ・スイッチを点弧して、過電圧解消とともに
オフする。また、サイリスタスイッチ点弧とともに、サ
イクロコンバータをゲートブロックする信号を持つ。

〔作用〕

可変速同期発電電動装置において、特に、大容量の設備
とする場合、可変速同期機の２次巻線を励磁する電力変
換器も大容量となるが、電力変換装置にサイクロコンバ
ータを使用する場合は非循環電流方式サイクロコンバー
タがサイリスタ容量や他の設備容量の低減に好適である
。このサイクロコンバータを可変速同期発電電動装置に
使用した場合系統事故等の理由により発電電動機の１次
電圧が変動すると、１次側の直流過渡成分で２次側に誘
起される回転周波数成分が２次側のすべり周波数に重畳
され、従って、２次側には、回転周波数成分の２次電流
が流れる。この２次電流が。

現在導通中のコンバータ群と逆方向の電流極性となった
場合、サイクロコンバータは開放状態となり、２次巻線
に誘起される過電圧がサイクロコンバータのサイリスタ
素子に印加され素子破損となる。以上の様に、サイクロ
コンバータに発生する過電圧は、サイクロコンバータの
開放によって発生するものであり、２次巻線を励磁する
サイクロコンバータ位相差を持っているため、同時に過
電圧発生とはならない。また、系統事故による原因とし
た場合、系統事故の地理的位置や規模、または、事故除
去後の過渡現象を考慮する過電圧の大きさを２段に分け
て、高いレベルの過電圧発生時は、他相でも高いレベル
の過電圧が発生しサイリスタ素子破損を生じる可能性が
あるのですべての相の半導体スイッチを点弧する０点弧
している時間はタイマで設定できるようにする。タイマ
の設定時間は、過電圧の発生時間やシステム的なつり合
いより設定する。全相サイリスタ・スイッチが点弧して
いる場合は、サイクロコンバータもゲートオフしており
、休止状態にあるため、有効電力と無効電力を抑制する
ことにより、サイクロコンバータ復帰時の偏差を小さく
する効果がある。

過電圧が低いレベルの場合は、過電圧発生相のみ半導体
スイッチを点弧し、発生相のサイリスタを保護する。過
電圧解消と同時にサイリスタスイッチはオフし、サイク
ロコンバータによる運転に移行し、定常状態への復帰を
すみやかに行える効果がある。

以上のように、サイクロコンバータの保護および運転の
継続が可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例の主回路・機能を第２図より説
明する。可変速同期発電電動機３の１次側は、交流しゃ
断器５２を通り主変圧器２により系統１に接続している
。前記同期機３の２次側はサイクロコンバータより構成
される電力変換装置４に接続しており、低周波数励磁を
行う。前記電力変換装置４は、変圧器５により主変圧器
２に接続する。前記同期機３の２次巻線は、中性点Ｎを
持つ４線式であり、中性点Ｎと各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）間は
、電圧検出器６と、逆並列に接続した一対のサイリスタ
・スイッチ８と限流抵抗７を持つ。電力変換装置４から
前記同期機３の２次巻線をすべり周波数にて正弦波電流
の基準信号は、前記同期機３に直結した位置検出器１１
の出力を基準信号検出回路により、電力変換器ｃ４に分
配され、また、前記同期機３より系統へ供給する有効電
力Ｐおよび無効電力Ｑを変換器２２により検出し、電力
制御演算器１ｏによって電流指令Ｉ串を求め、前記基準
信号Ｕ　１（Ｖ　１．　Ｗ　ｔ　）との合成により交流
電流指令ｉ傘を得る。過電圧抑制装置９は、電圧検出器
６の検出値に基づいてサイリスタ・スイッチのゲートト
リガを発生する。

第３図に、前記電力変換装置４の回路構成を示す。電力
変換器１３は、順方向変換器１３Ｐと逆方向変換器１３
Ｎによる非循環電流方式サイクロコンバータ１３を構成
する。サイクロコンバータ１３のゲートパルスは自動パ
ルス位相器１４から与えるが、その制御位相角ａは電力
制御演算器１０の電流指令Ｉｓ（直流量）と位置検出器
１１．１２の基準信号Ｕ　ｓ　（Ｖ　ｓ　、　Ｗ　ｔ　
）より合成され、すベリ周波数を持つ低周波数電流指令
ｉ拳を電流パターン演算器１６により求め、サイクロコ
ンバータ１３の出力電流検出値ｉαと前記指令パターン
ｉ傘との偏差による電流制御演算器１５により求める。

電流制御演算器１５の他の機能として、前記電流パター
ンｉ−と電流検出値Ｉｄから、サイクロコンバータ１３
の運転が順方向変換器１３Ｐか、逆方向変換器１３Ｎか
を判定しゲート操作情報１３−ＯＢ（１３Ｐ−ＱＢ、１
３Ｎ−ＧＢ）を自動パルス移相器１４へ与える。また前
記自動パルス移相器１４は、外部より与えられるゲート
ブロック信号（ＱＢ）により、変換器１３Ｐ、１３Ｎと
も瞬時にゲートブロックする機能を有する。

電力制御演算器１０は、変換器２２で実有効電力Ｐおよ
び実無効電力Ｑを検出値を用いて有効電力調整演算、無
効電力調整演算を実行し電流指令Ｉ申　（直流量）を算
出する。当該演算器１０は、外部からの演算サプレス信
号Ｃ３により、第４図に示すような電力制御演算を実行
せず、前回の演算結果を出力する機能を持つ。

第１図と、第５図を用いて第１段の過電圧レベル発生の
場合の動作を説明する。サイクロコンバータ１３の順方
向１３Ｐで運転（ゲート操作１３Ｐ−ＯＢがＨ）中とす
る０時刻Ａで系統１で事故発生したとすると、同期機３
の２次巻線には商用周波数相当の同期電流ｉｄが流れ、
時刻Ｂにて逆方向１３Ｎを電流が流れようとするが、ゲ
ートブロック状態（１３Ｎ−ＧＢがＬ）にあるため、電
流は流れずサイクロコンバータ１３は開放状態となり、
同期機３の２次誘起電圧がサイクロコンバータ１３に印
加される。その電圧は、電圧検出器６により検出して、
過電圧検出器１８における比較器１８Ａ、１８Ｂの信号
となる。比較器１８Ａ、１８Ｂは、それぞれ過電圧レベ
ルの第１段と第２段を検出する。過電圧レベル第１段の
場合、比較器１８Ａの信号ＤＶ−１がＨとなり、論理和
（ＯＲ）１９を通してサイリスタ・スイッチトリガ信号
（Ｔｈｙ−ｓｗ　−Ｔ　）はＨとして、パルス発生回路
によりサイリスタ・スイッチ８を点弧する。

サイクロコンバータ１３は、ゲートブロック信号ＧＢを
電力変換装置４の自動パルス移相器１４へ与え瞬時にゲ
ートブロックする。上記動作は、過電圧発生相のみ実行
される。

次にサイリスタ・スイッチ点弧により、同期機３の２次
側は限流抵抗７を含む短絡回路ができてサイリスタ・ス
イッチに２次電流Ｉｔが流れると同時に過電圧は解消さ
れ、サイリスタ・スイッチ８はゲート・オフとなり、サ
イクロコンバータ１３のゲート操作も復帰する。ゲート
復帰時点から時刻Ｃまでのサイクロコンバータ１３の動
きは、同期機３の２次電圧に対抗する電圧を発生し、サ
イリスタ・スイッチ電流Ｉｔを消す方向の電圧となる０
時刻Ｃでサイリスタ・スイッチ電流は零となり、変換器
１３Ｐにより電流制御を実行する。

時刻Ｅは、電流制御装置の機能に従って変換器を１３Ｐ
から１３Ｎへ切換えている。

次に、第２段に達する過電圧が発生した場合の動作を第
１図と第６図により説明する。第１段の過電圧の場合と
同様に、順方向変換１３Ｐで運転中に、時刻Ａで系統１
で事故が発生したとする。

時刻Ｂで、サイクロコンバータ１３が開放となり過電圧
が発生する。電圧検出器６で検出した電圧は、過電圧検
出器１８の比較器１８Ａ、１８Ｂにて第２段と過電圧と
なった場合、０Ｖ−２がＨとなり論理和１９と瞬時動作
限時復帰のタイマ２０によりＵ相、■相、Ｗ相伴に、サ
イリスタ・スイッチ信号（Ｔｈｙ−ｓｗ−Ｔ）がＨとな
り、サイリスタ・スイッチ８を点弧する。それと同時に
、３相のサイクロコンバータ１３をゲートブロックする
。

更に、電力制御サプレス信号Ｃ３ｔｔＨとして、電力制
御演算器１ｏへ渡し、電力制御をサプレスする。タイマ
２０の設定時間後、サイリスタ・スイッチ信号（Ｔｈｙ
−ｓｖ−Ｔ）はＬとなり、サイクロコンバータ１３のゲ
ートブロックおよび電力制御サプレス信号をＬとして１
通常機能に復帰する６本発明を過電圧レベルを第１段と
、第２段に分けて説明したが、実際の系統事故時には、
可変速同期発電電動機の２次巻線に発生する電圧も過渡
的に、過電圧が第２段から第１段へそして、過電圧レベ
ル以下へと変化して行き、それに応じて、サイリスタ・
スイッチを３相一括に点弧して抵抗による２次側短絡、
過電圧発生相のみサイリスタ・スイッチを点弧して抵抗
で短絡し、健全相を生かして運転し、より速く定常運転
へ移行できる効果と共に、サイリスタの素子故障を防ぐ
に大きな効果を持つ。

第７図は、サイリスタ・スイッチ点弧からサイクロコン
バータのゲートブロック復帰する場合に、サイリスタ・
スイッチ電流ｒｔを検出する電流検出器を設け、前記電
流値が零になったのを検出し、かつ、過電圧抑制装置９
からのゲートブロック信号ＧＢがＬになった条件により
、自動パルス位相器へ与えるゲートブロックを解除する
機能を追加する。本発明のようにすると、サイクロコン
バータ１３が復帰した場合に、サイリスタ・スイッチへ
サイクロコンバータへ流し込む電流を防ぐことができる
。また、限流抵抗７が小さい場合など、サイクロコンバ
ータ１３が復帰した状態は、サイクロコンバータ１３の
出力端の短絡となり過電流となることが防止できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、簡単な構成により、サイリスタ素子故
障を防げるだけでなく、系統事故時の発生しても、すみ
やかに定常運転に復帰できるので。

可変速同期発電電動装置の性能向上となる。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の過電圧抑制装置の実施例を示すブロッ
ク図、第２図は可変速同期発電電動装置の構成を示すブ
ロック図、第３図は電力変換装置図、第４図は電力制御
サプレスフローチャート、第５図は過電圧レベル第１段
における動作を示すタイムチャート、第６図は過電圧レ
ベル第２段における動作を示すフローチャート、第７図
は電力変換装置を示すブロック図である。ｌ・・・電力系統、２・・・主変圧器、３・・・可変速
同期発電電動機、４・・・電力変換装置、５・・・変圧
器、６・・・電圧検出器、７・・・限流抵抗、８・・・
サイリスタ・スイッチ、９・・・過電圧抑制装置、１０
・・・電力制御演算器、１１・・・位置検出器、１２・
・・基順信号検出鼎、１３・・・サイクロコンバータ、
１３Ｐ・・・順方向変換器、１３Ｎ・・・逆方向変換器
、１４・・・自動パルス位相器、１５・・・電流制御演
算器、１６・・・電流パターン演算器、１７・・・論理
回路、１８・・・過電圧検出器、１８Ａ、１８Ｂ・・・
比較器、１９・・・論理和、２０・・・タイマ、２１・
・・パルス発生量、２２・・・変換器、５２．５２Ｃ・
・・しゃ断器、ＱＢ・・・ゲートブロック信号、Ｔ　ｈ
ｙ　−ｓｗ　−Ｔ・・・サイリスタ・スイッチトリガ信
号、○Ｖ−１，０Ｖ−２・・・過電圧検出信号。Ｃ８・・・電力制御サプレス信号、Ｖｏ・・・電圧検出
値、工ｍ・・・電流指令（直流量）、ｉｓ・・・電流パ
ターン（交流）、ｉｄ・・・検出値、Ｉｔ・・・サイリ
スタ・スイッチ電流、１３−ＯＢ、１３Ｐ−ＧＢ、１３
Ｎ−ＧＢ・・・サイクロコンバータのゲートブロック信
号。

Claims

【特許請求の範囲】１、電力系統に接続された同期機の２次巻線をサイクロ
コンバータにより交流励磁して可変速度の発電および電
動運転させる可変速同期発電電動装置において、前記同期機の２次巻線に並列に接続された限流抵抗およ
び半導体スイッチからなる直列回路と、前記２次巻線の
端子電圧を検出する電圧検出器と、この検出信号を受け
て過電圧である場合に前記半導体スイッチに導通信号を
出力し、かつ前記サイクロコンバータにその電力変換素
子のゲートブロック信号を出力するゲート回路と、を備
えたことを特徴とする可変速同期発電電動装置の過電圧
抑制装置。２、特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記直
列回路は前記２次巻線の各相にそれぞれ設けられており
、前記ゲート回路は過電圧検出回路は過電圧検出レベル
を高低の２段階とし、高い過高圧時には各相の半導体ス
イッチをすべて点弧し、低い過電圧時には過電圧発生相
のみの半導体スイッチを点弧することを特徴とする可変
速同期発電電動装置の過電圧抑制装置。