【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、巻線形誘導機の二次励磁装置に係わり、特に回転速度またはすべり周波数が規定値から逸脱しないように周波数変換器を制御するようにした巻線形誘導機の二次励磁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
巻線形誘導機の二次巻線に周波数変換器から任意周波数の交流電流を供給して速度を制御するようにした二次励磁装置としては、特許文献１等に記載の回転速度を一定にする制御系（速度制御系という）と、特許文献２等に記載のすべり周波数を一定にする制御系（すべり周波数制御系という）の２種類があり、以下これらの制御系の概要について説明する。
【０００３】
最初に、両制御系に共通する事柄として、回転速度、すべり周波数および系統周波数の関係について説明する。
図１２（ａ）および（ｂ）は、回転速度、すべり周波数および系統周波数の関係をブロック図化した図であり、一方、図１３は回転速度、すべり周波数および系統周波数の関係をグラフ化した図である。
【０００４】
図１２（ａ）、（ｂ）および図１３において、回転速度をＮ、すべり周波数をω、系統周波数をｆとすると、下記（１）式、（２）式の関係式が成り立つ。 ただし、Ｎ、ω、ｆはｐｕ換算した値とする。
ω＝Ｎ−ｆ ・・・ （１）
Ｎ＝ω＋ｆ ・・・ （２）
【０００５】
また、回転速度Ｎから定格回転速度１ｐｕを減じた値をΔＮ、系統周波数ｆから定格系統周波数１ｐｕを減じた値をΔｆと定義すると、ΔＮ、Δｆ、ωの関係は、下記（３）式、（４）式の通りになる。
ω＝ΔＮ−Δｆ ・・・ （３）
ΔＮ＝ω＋Δｆ ・・・ （４）
【０００６】
よって、回転速度Ｎと系統周波数ｆとが既知である場合、すべり周波数ωを求めるには式（１）もしくは式（３）を用いればよいことがわかる。
また、すべり周波数ωと系統周波数ｆとが既知である場合、回転速度Ｎを求めるには式（２）もしくは式（４）を用いればよいことがわかる。なお、この明細書ではΔＮを回転速度、Δｆを系統周波数と呼ぶこととする。
【０００７】
次に、図１４および図１５を参照して速度制御系を採用した巻線形誘導機の二次励磁装置の従来例について説明する。
図１４は速度制御系のシステム構成図、図１５は回転速度制限器の詳細構成図である。図１４において、巻線形誘導機１は回転軸に図示しない原動機または負荷を結合しており、一次側巻線を主変圧器４を介して電力系統に接続し、二次側巻線を周波数変換器２の出力段に接続している。この周波数変換器２の入力段は、励磁用変圧器３を介して巻線形誘導機１の一次側巻線に接続されている。図中、５は二次側に設けた電流検出器、６は巻線形誘導機１の回転子に設けた速度検出器である。８は電流制御器、９は電圧制御器、１０は電圧設定器、１１は電圧検出器、１２は速度制御器、１３はシステム制御器そして５０は詳細を図１５で表した回転速度制限器である。
【０００８】
このような構成の巻線形誘導機の速度制御系において、中央給電指令所（中給）から伝送されてくる入出力指令Ｐｏはシステム制御器１３に入力され、ここで入出力指令Ｐｏに対応した第１の回転速度指令ＳＰ１を生成し、回転速度制限器５０に出力する。この回転速度制限器５０は、この第１の回転速度指令ＳＰ１をリミッタに入力することによって第２の回転速度指令ＳＰ２を出力する。
【０００９】
この回転速度制限器５０は、詳細を図１５の構成図で示すように、第１の回転速度指令Ｓｐ１を入力するリミッタ５１と、すべり周波数上限値を設定する設定器５２ａと、すべり周波数下限値を設定する設定器５２ｂとから構成したものである。
【００１０】
第１の回転速度指令ＳＰ１はリミッタ５１を通過する際、設定器５２ａの出力による上限値および設定器５２ｂの出力による下限値を超える入力分については上限値、下限値で制限されて第２の回転速度指令ＳＰ２として出力される。
【００１１】
そして速度制御器（図中、ＡＳＰＲ）１２は、前記速度検出器６で検出した回転速度Ｎおよび第２の回転速度指令ＳＰ２を入力し、回転速度Ｎが第２の回転速度指令ＳＰ２の通りになるようにトルク成分電流指令ｉτを調整する。一方、電圧制御器（図中、ＡＶＲ）９は電圧検出器（図中、９０Ｒ）１１で検出した巻線形誘導機一次電圧および電圧設定器１０の出力である電圧設定値を入力し、巻線形誘導機一次電圧が電圧設定通りになるよう励磁成分電流指令ｉｅを調整する。
【００１２】
電流制御器８は、前記電流検出器５で検出した周波数変換器２の出力電流、トルク成分電流指令ｉτおよび励磁成分電流指令ｉｅを入力し、周波数変換器２の出力電流が、トルク成分電流指令ｉτおよび励磁成分電流指令ｉｅの通りになるよう周波数変換器２を制御する。
【００１３】
次に、図１６および図１７を参照して、すべり周波数制御系を適用した巻線形誘導機の二次励磁装置の従来例について説明する。なお、図１６中図１４に対応する要素には同一符号を付けて説明は省略する。
【００１４】
図１６はすべり周波数制御系のシステム構成図であり、図１４と異なるところは、回転速度制限器５０に代えてすべり周波数制限器６０を設け、速度制御器１２に代えてすべり周波数制御器（図中、ＡＷＲ）１４を設け、そして新たにすべり周波数検出器１５を設けことにある。
【００１５】
中給から入出力指令Ｐｏがシステム制御器１３に伝送されてくると、システム制御器１３はこの入出力指令Ｐｏに対応した第１のすべり周波数指令ω０１を生成してすべり周波数制限器６０に入力する。すべり周波数制限器６０は入力した第１のすべり周波数指令ω０１をリミッタに入力することによって第２のすべり周波数指令ω０２を出力する。
【００１６】
このすべり周波数制限器６０は詳細構成を図１７で示すように、リミッタ６１と、このリミッタ６１のすべり周波数上限値を設定する設定器６２ａと、すべり周波数下限値を設定する設定器６２ｂとから構成されている。この結果、すべり周波数制限器６０に入力された第１のすべり周波数指令ω０１は上限を超える入力分については上限で制限され、下限を超える入力分については下限で制限され第２のすべり周波数指令ω０２となって出力される。
【００１７】
前記すべり周波数検出器１５は巻線形誘導機１の一次電圧周波数と前記速度検出器６で検出した回転速度Ｎとからすべり周波数ωを検出する。すべり周波数制御器１４はすべり周波数ωと第２のすべり周波数指令ω０２とを入力し、すべり周波数ωが第２のすべり周波数指令ω０２の通りになるようにトルク成分電流指令ｉτを調整する。電圧制御器９は図１４の場合と同様にして、励磁成分電流指令ｉｅを調整する。
【００１８】
そして、電流制御器８は前記電流検出器５で検出した周波数変換器２の出力電流、トルク成分電流指令ｉτおよび励磁成分電流指令ｉｅを入力し、周波数変換器２の出力電流がトルク成分電流指令ｉτおよび励磁成分電流指令ｉｅ通りになるように周波数変換器２を制御する。
【００１９】
【特許文献１】
特許第２５５００８９号公報
【特許文献２】
特許第２５５３３１９号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように構成された速度制御系の場合、系統周波数の変動時には、すべり周波数も変動する。すべり周波数が大きくなった場合には、巻線形誘導機１の二次側に誘起される電圧が二次励磁装置の最大出力電圧よりも大きくなり、周波数変換器２の出力電流が制御できなくなる可能性がある。
【００２１】
一方、すべり周波数制御系の場合、系統周波数の変動時に回転速度も変動する。可変速揚水発電システムの発電電動機に巻線形誘導機のすべり周波数制御系を採用した場合、回転速度がポンプ水車の運転範囲を逸脱したとき、キャビテーション（水泡が発生し、ポンプ水車の表面を侵食する現象）が発生したり、逆流領域に突入しポンプ水車の振動が過大となる可能性がある。
【００２２】
そこで、本発明は上述した従来技術の課題を解決するために、系統周波数が変動しても、すべり周波数が周波数変換器の出力電圧能力を超えないように制限するようにした巻線形誘導機の二次励磁装置を得ることを目的とするものである。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に係わる巻線形誘導機の二次励磁装置の発明は、一次巻線が電力系統に接続され、二次巻線が交流励磁される巻線形誘導機と、この巻線形誘導機の二次巻線を交流励磁するために入力側を巻線形誘導機の一次巻線に接続し、出力側を前記巻線形誘導機の二次巻線に接続した周波数変換器と、前記巻線形誘導機の回転軸に設けられ回転速度を検出する速度検出器と、前記巻線形誘導機の一次側に接続され巻線形誘導機の一次電圧を検出する電圧検出器と、前記周波数変換器の出力側に設けられ周波数変換器出力電流を検出する電流検出器と、入出力指令に基づいた第１の回転速度指令を出力するシステム制御器と、このシステム制御器から入力した第１の回転速度指令を上限値および下限値により制限して第２の回転速度指令として出力する回転速度制限器と、前記速度検出器で検出した回転速度および第２の回転速度指令を入力し、回転速度を第２の回転速度指令通りに調整するためにトルク成分電流指令を出力する速度制御器と、前記電圧検出器で検出した巻線形誘導機一次電圧を電圧設定通りに調整するために励磁成分電流指令を出力する電圧制御器と、前記速度制御器から出力されるトルク成分電流指令と前記電圧制御器から出力される励磁成分電流指令に基づき前記電流検出で検出した周波数変換器出力電流を制御する電流制御器からなる巻線形誘導機の二次励磁装置において、前記巻線形誘導機の一次側に系統周波数を検出する周波数検出器を接続し、この周波数検出器により検出された系統周波数を前記回転速度制限器のすべり周波数指令上限値およびすべり周波数指令下限値にそれぞれ加算して第１の回転速度指令の上限値および下限値とし、これらの上限値および下限値で第１のすべり周波数指令を制限して第２の回転速度指令を出力することを特徴とする。
【００２４】
また、請求項４に係わる巻線形誘導機の二次励磁装置の発明は、一次巻線が電力系統に接続され、二次巻線が交流励磁される巻線形誘導電動機と、前記前記巻線形誘導機二次巻線を交流励磁するために入力側を巻線形誘導機の一次巻線に接続し、出力側を前記巻線形誘導機の二次巻線に接続した周波数変換器と、前記巻線形誘導機の回転軸に設けられ回転速度を検出する速度検出器と、前記速度検出器で検出した回転速度と前記巻線形誘導機の一次側電圧の周波数とからすべり周波数を検出するすべり周波数検出器と、前記巻線形誘導機の一次側に接続され巻線形誘導機一次電圧を検出する電圧検出器と、前記周波数変換器の出力側に設けられ周波数変換器出力電流を検出する電流検出器と、入出力指令に基づいた第１のすべり周波数指令を出力するシステム制御器と、このシステム制御器から入力した第１のすべり周波数指令を上限値および下限値により制限して第２のすべり周波数指令として出力するすべり周波数制限器と、前記すべり周波数検出器で検出したすべり周波数および第２のすべり周波数指令を入力し、すべり周波数を第２のすべり周波数指令通りに調整するためにトルク成分電流指令を出力するすべり周波数制御器と、前記電圧検出器で検出した巻線形誘導機一次電圧を電圧設定通りに調整するために励磁成分電流指令を出力する電圧制御器と、前記すべり周波数制御器から出力されるトルク成分電流指令と前記電圧制御器から出力される励磁成分電流指令に基づき前記電流検出で検出した周波数変換器出力電流を制御する電流制御器からなる巻線形誘導機の二次励磁装置において、前記巻線形誘導機の一次側に系統周波数を検出する周波数検出器を接続し、この周波数検出器により検出された系統周波数を前記すべり周波数制限器の回転速度上限値および回転速度下限値からそれぞれ減じて第１のすべり周波数指令の上限値および下限値とし、これらの上限値および下限値で第１のすべり周波数指令を制限して第２のすべり周波数指令を出力するようにしたことを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図を通じて共通する部分には同一符号を付けて説明を省略する。
【００２６】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係わる巻線形誘導機の二次励磁装置のシステム構成図である。本実施の形態は速度制御系に係わるもので、従来例である図１４に比べて構成上大きく相違するところは、巻線形誘導機１の一次側に系統周波数ｆを検出する周波数検出器７を設けるとともに、前記回転速度制限器５０に代えてリミッタの上限制限値および下限制限値に系統周波数ｆを加味することのできる回転速度制限器２０を設けたことにある。
【００２７】
この回転速度制限器２０は、図２の詳細構成図で示すように、第１の回転速度指令ＳＰ１を入力するリミッタ２１ａと、すべり周波数上限値を設定する設定器２２ａと、すべり周波数下限値を設定する設定器２２ｂと、すべり周波数上限値に系統周波数ｆを加算する加算器２３ａと、すべり周波数下限値に系統周波数ｆを加算する加算器２３ｂとを設け、これら加算器２３ａの出力をリミッタ２１ａの上限値とし、加算器２３ｂの出力をリミッタ２１ａの下限値とするように構成したものである。このように構成した結果、系統周波数ｆが変動すると、その周波数の変動に応じてすべり周波数上限値および下限値が同一方向にシフトするようになる。
【００２８】
中給から入出力指令Ｐｏがシステム制御器１３に伝送されてくると、システム制御器１３はこの入出力指令Ｐｏに対応した第１の回転速度指令ＳＰ１を生成して次段の回転速度制限器２０に入力する。この回転速度制限器２０は入力した第１の回転速度指令ＳＰ１をリミッタ２１ａに入力することによって第２の回転速度指令ＳＰ２を出力する。第１の回転速度指令ＳＰ１はリミッタ２１ａを通過する際、加算器２３ａの出力による上限値および加算器２３ｂの出力による下限値を超える入力分については上限値、下限値で制限されて出力される。
【００２９】
速度制御器１２は、前記速度検出器６で検出した回転速度Ｎと第２の回転速度指令ＳＰ２とを入力し、回転速度Ｎが第２の回転速度指令ＳＰ２の通りになるようにトルク成分電流指令ｉτを調整する。電圧制御器９は、電圧検出器１１で検出した巻線形誘導機一次電圧と電圧設定器１０の出力である電圧設定値とを入力し、巻線形誘導機一次電圧が電圧設定値の通りになるように励磁成分電流指令ｉｅを調整する。
【００３０】
電流制御器８は、電流検出器５で検出した周波数変換器２の出力電流と、トルク成分電流指令ｉτと、励磁成分電流指令ｉｅとを入力し、周波数変換器２の出力電流がトルク成分電流指令ｉτおよび励磁成分電流指令ｉｅ通りになるよう周波数変換器２を制御する。
【００３１】
以上述べたように、第１の実施の形態によれば、回転速度制限器の制限値に系統周波数の変動を加味するようにしたので、系統周波数が変動してもすべり周波数が規定値を逸脱しない巻線形誘導機の二次励磁装置を提供することができる。
【００３２】
（第２の実施の形態）
この第２の実施の形態は、システム構成図については第１の実施の形態の場合と同じ図１であるが、異なるのは図２の回転速度制限器２０に代えて図３の回転速度制限器２０１としたことにある。
【００３３】
図３を参照して回転速度制限器２０１の詳細について説明する。この回転速度制限器２０１は前記回転速度制限器２０におけるリミッタ２１ａを第２段とし、その前段に新たに第１段のリミッタ２１ｂを設け、しかもこの第１段のリミッタ２１ｂの上限値を設定器２２ｃによる回転速度上限値とし、かつ下限値を設定器２２ｄによる回転速度下限値として構成したものであり、その他は図２の回転速度制限器２０と同じなので説明を省略する。
【００３４】
本実施の形態の回転速度制限器２０１は、設定器２２ｃで設定した第１段の回転速度上限値で第１の回転速度指令の上限を制限し、設定器２２ｄで設定した第１段の回転速度下限値で第１の回転速度指令の下限を制限し、すべり周波数上限値を設定する設定器２２ａの出力と系統周波数とを加算器２３ａで加算した値を第２段のリミッタ２１ａの回転速度上限値とし、すべり周波数下限値を設定する設定器２２ｂの出力と系統周波数とを加算器２３ｂで加算した値を当該第２段のリミッタ２１ａの回転速度下限値とし、予め第１段の回転速度上限値、下限値で制限した値を、第２段の回転速度上限値で上限を制限し、第２段の回転速度下限値で下限を制限して第２の回転速度指令を出力する。
【００３５】
以上述べたように、本実施の形態によれば、前段に設けたリミッタで回転速度指令を制限するとともに、後段に設けたリミッタ２１ａで系統周波数変動を加味してすべり周波数が上下限を逸脱しないよう回転速度指令に制限をかけるようにしたので、系統周波数が変動してもすべり周波数が規定値を逸脱しないよう制御し、かつ回転速度が規定値を逸脱しないように制限することができる。
【００３６】
（第３の実施の形態）
この第３の実施の形態は、システム構成図については第１、第２の実施の形態の場合と同じ図１であるが、異なるのは図２の回転速度制限器２０に代えて図４の回転速度制限器２０２としたことにある。
【００３７】
図４を参照して回転速度制限器２０２の詳細について説明する。図４において、設定器２２ｃの回転速度上限値および加算器２３ａの出力を低値選択器２４ａに入力し、いずれか低い方の値を選択出力してリミッタ２１ａの上限値として設定する。一方、設定器２２ｄの回転速度下限値と、加算器２３ｂの出力とを高値選択器２４ｂに入力し、いずれか高い方の値を選択出力して前記リミッタ２１ａの下限値として設定する。
【００３８】
本実施の形態の回転速度制限器２０２は、すべり周波数上限値を設定する設定器２２ａの出力と系統周波数とを加算器２３ａで加算した値と、設定器２２ｃで設定した回転速度上限値とを比較して低い方の値で第１の回転速度指令値の上限を制限し、すべり周波数下限値を設定する設定器２２ｂの出力と系統周波数とを加算器２３ｂで加算した値と、設定器２２ｄで設定した回転速度下限値とを比較して高い方の値で第１の回転速度指令値の下限を制限して第２の回転速度指令を出力する。
【００３９】
以上述べたように、第３の実施の形態によれば、回転速度の上下限設定で回転速度指令を制限するとともに、系統周波数変動を加味してすべり周波数が上下限を逸脱しないよう回転速度指令に制限をかけるようにしたので、系統周波数が変動してもすべり周波数が規定値を逸脱しないよう制御し、かつ、回転速度が規定値を逸脱しないよう制限することができる。
また、最終的な回転速度指令値の上限値、および下限値をモニタすることができ、回転速度上下限値までの余裕を確認することができる。
【００４０】
（第４の実施の形態）
図５は本発明の第４の実施の形態に係わる巻線形誘導機の二次励磁装置のシステム構成図である。本実施の形態はすべり周波数制御系に係わるもので、対応する従来例の図１６に比べて構成上大きく相違するところは、巻線形誘導機１の一次側に系統周波数ｆを検出する周波数検出器７を設けるとともに、前記すべり周波数制限器６０に代えてリミッタの上限制限値および下限制限値に系統周波数ｆを加味するようにしたすべり周波数制限器３０を設けたことにある。その他については図１６と同じなので説明を省略する。
【００４１】
このすべり周波数制限器３０は、詳細を図６の構成図で示すように、前記システム制御器１３から出力された第１のすべり周波数指令値ω０１を入力するリミッタ３１ａと、このリミッタの回転速度上限値を設定する設定器３２ｃと、回転速度下限値を設定する設定器３２ｄと、設定器３２ｃから出力される回転速度上限値から系統周波数ｆを減算する減算器３３ａと、設定器３２ｄから出力される回転速度下限値から系統周波数ｆを減算する減算器３３ｂとを設け、この減算器３３ａの出力をリミッタ３１ａの上限値とし、減算器３３ｂの出力をリミッタ３１ａの下限値とするように構成したものである。このように構成した結果、系統周波数ｆが変動すると、その周波数の変動に応じて上限値および下限値が同一方向にシフトするようになる。
【００４２】
中給から入出力指令Ｐｏがシステム制御器１３に伝送されてくると、システム制御器１３は第１のすべり周波数指令ω０１を生成してすべり周波数制限器３０に入力する。すべり周波数制限器３０は入力した第１のすべり周波数指令ω０１をリミッタ３１ａを通過させることによって第２のすべり周波数指令ω０２を出力する。この第１のすべり周波数指令ω０１はリミッタ３１ａを通過する際、減算器３３ａの出力による上限値および減算器３３ｂによる下限値によって制限される。
【００４３】
すべり周波数検出器１５は、巻線形誘導機１の一次側電圧の周波数と巻線形誘導機１の回転子に接続された速度検出器６で検出した回転速度とからすべり周波数ωを検出する。すべり周波数制御器１４は、すべり周波数ωと第２のすべり周波数指令ω０２とを入力し、すべり周波数ωが第２のすべり周波数指令ω０２の通りになるようトルク成分電流指令ｉτを調整する。
【００４４】
電圧制御器９は、電圧検出器１１で検出した巻線形誘導機一次電圧と電圧設定器１０の出力である電圧設定値とを入力し、巻線形誘導機一次電圧が電圧設定値通りになるよう励磁成分電流指令ｉｅを調整する。電流制御器８は、電流検出器５で検出した周波数変換器２の出力電流とトルク成分電流指令ｉτと励磁成分電流指令ｉｅとを入力し、周波数変換器２の出力電流が、トルク成分電流指令ｉτおよび励磁成分電流指令ｉｅ通りになるよう周波数変換器２を制御する。
【００４５】
この実施の形態によれば、系統周波数の変動を加味して回転速度が上下限を逸脱しないようにすべり周波数に制限をかけるようにしたので、系統周波数が変動しても回転速度が規定値を逸脱しないように制限することができる。
【００４６】
（第５の実施の形態）
この第５の実施の形態は、システム構成図については第４の実施の形態の場合と同じ図５であるが、異なるのは図６のすべり周波数制限器３０に代えて図７のすべり周波数制限器３０１としたことにある。
【００４７】
図７を参照してすべり周波数制限器３０１の詳細について説明する。このすべり周波数制限器３０１は前記すべり周波数制限器３０のリミッタ３１ａを第２段とし、その前段に第１段のリミッタ３１ｂを設け、しかもこのリミッタ３１ｂのすべり周波数上限値を設定器３２ａで設定し、かつすべり周波数下限値を設定器３２ｂで設定するように構成したものである。
【００４８】
この結果、すべり周波数制限器３０１は、設定器３２ａで設定した第１段のすべり周波数上限値で第１のすべり周波数指令ω０１の上限を制限し、設定器３２ｂで設定した第１段のすべり周波数下限値で第１のすべり周波数指令ω０１の下限を制限し、回転速度上限値を設定する設定器３２ｃの出力から系統周波数ｆを加算器２３ａで減じた値を第２段のすべり周波数上限値とし、回転速度下限値を設定する設定器３２ｄの出力から系統周波数ｆを加算器３３ｂで減じた値を第２段のすべり周波数下限値とし、予め第１段のすべり周波数上限値、下限値で制限した値を第２段のすべり周波数上限値で上限を制限し、第２段のすべり周波数下限値で下限を制限して第２のすべり周波数指令ω０２を出力する。
【００４９】
この第５の実施の形態によれば、すべり周波数の上下限設定ですべり周波数指令を制限するとともに、系統周波数の変動を加味して回転速度が上下限を逸脱しないようすべり周波数指令に制限をかけるようにしたので、系統周波数が変動してもすべり周波数が規定値を逸脱しないよう制御し、かつ、回転速度が規定値を逸脱しないよう制限することができる。
【００５０】
（第６の実施の形態）
この第６の実施の形態は、システム構成図については第４の実施の形態の場合と同じ図５であるが、異なるのは図６のすべり周波数制限器３０に代えて図８のすべり周波数制限器３０２としたことにある。
【００５１】
図８を参照してすべり周波数制限器３０２の詳細について説明する。図８において、３１ａはリミッタ、３２ａはすべり周波数上限値を設定する設定器、３２ｂはすべり周波数下限値を設定する設定器、３２ｃは回転速度上限値を設定する設定器、３２ｄは、回転速度下限値を設定する設定器、３３ａ、３３ｂは加算器、３４ａは入力のうち最も低い値を出力する低値選択器、３４ｂは入力のうち最も高い値を高値選択器である。
【００５２】
すべり周波数制限器３０２は、回転速度上限値を設定する設定器３２ｃの出力から系統周波数ｆを加算器３３ａで減じた値と、設定器３２ａで設定したすべり周波数上限値とを比較していずれか低い方の値で第１のすべり周波数指令値ω０１の上限を制限し、回転速度下限値を設定する設定器３２ｄの出力から系統周波数ｆを加算器３３ｂで減じた値と、設定器３２ｄで設定したすべり周波数下限値とを比較していずれか高い方の値で第１のすべり周波数指令値ω０１の下限を制限して第２のすべり周波数指令ω０２を出力する。
【００５３】
この第６の実施の形態によれば、すべり周波数の上下限設定ですべり周波数指令を制限するとともに、系統周波数変動を加味して回転速度が上下限を逸脱しないようすべり周波数指令に制限をかけるので、系統周波数が変動してもすべり周波数が規定値を逸脱しないよう制御し、かつ、回転速度が規定値を逸脱しないよう制限することができる。
【００５４】
また、この第６の実施の形態によれば、最終的なすべり周波数指令値の上限値、および、下限値をモニタすることができ、すべり周波数上下限値までの余裕を確認することができる。
【００５５】
（第７の実施の形態）
本実施の形態は、図３、図４、図６、図７、図８における回転速度上限値設定器２２ｃ、３２ｃおよび回転速度下限値設定器２２ｄ、３２ｄのそれぞれの一例を図９および図１０で示すものである。
【００５６】
図９は回転速度上限値切替回路を示す。図９において、４０ａは発電時回転速度上限値を設定する設定器、４０ｂは揚水時回転速度上限値を設定する設定器、４１ａは巻線形誘導機１の運転状況に応じて発電運転か揚水運転かで切り替える切替器である。
【００５７】
図１０は回転速度下限値切替回路を示す。図１０において、４０ｃは発電時回転速度下限値を設定する設定器、４０ｄは揚水時回転速度下限値を設定する設定器、４１ｂは切替器である。
【００５８】
なお、図９の回転速度上限値切替回路と図１０の回転速度下限値切替回路は、同時に追加する必要はなく、回転速度上限値切替回路と回転速度下限値切替回路の少なくとも１つ以上を必要に応じて追加すればよい。
【００５９】
本実施の形態は、一例として図３の回転速度制限器２０１における第１段の回転速度上限値、第１段の回転速度下限値の設定を下記の通りにしたものである。
図９の設定器４０ａに発電時回転速度上限値を設定し、設定器４０ｂに揚水時回転速度上限値を設定し、切替器４１ａで発電方向が選択されている場合は発電時回転速度上限値が第１段の回転速度上限値として出力され、切替器４１ａで揚水方向が選択されている場合は揚水時回転速度上限値が第１段の回転速度上限値として出力される。
【００６０】
図１０の設定器４０ｃに発電時回転速度下限値を設定し、設定器４０ｄに揚水時回転速度下限値を設定し、切替器４１ｂで発電方向が選択されている場合は発電時回転速度下限値が第１段の回転速度下限値として出力され、切替器４１ｂで揚水方向が選択されている場合は揚水時回転速度下限値が第１段の回転速度下限値として出力される。
【００６１】
本実施の形態によれば、すべり周波数を規定値に制限し、かつ、回転速度を制限する機能の他に、回転速度上限値または回転速度下限値を発電と揚水で切り替える機能を付加している。この結果、二次励磁装置の出力電圧能力を超えないようすべり周波数を制限しながら、ポンプ水車の運転範囲を最大限に広げることができる。
【００６２】
例えば、
可変速幅（すべり周波数最大値）；０．０６ｐｕ
発電時回転速度下限値 ；０．９２ｐｕ
揚水時回転速度下限値 ；０．９４ｐｕ
すべり周波数下限値 ；−０．０６ｐｕ
で設定しているシステムが、
運転方向 ；発電
系統周波数 ；１ｐｕ
回転速度 ；０．９４ｐｕ
すべり周波数 ；−０．０６ｐｕ
の条件で運転していた場合、系統周波数が１ｐｕから０．９８ｐｕまで下がったとすると、
系統周波数 ；０．９８ｐｕ
回転速度 ；０．９２ｐｕ
すべり周波数 ；−０．０６ｐｕ
となり、すべり周波数を−０．０６ｐｕで維持しながら、回転速度を下げることができる。このように、系統周波数が下がった場合には、回転速度を下げながら発電電動機、ポンプ水車の慣性エネルギーを発電方向の電力として出力することができるので、系統周波数を上げる方向に作用し、系統安定度に寄与することができる。
【００６３】
一般的に、揚水方向の下限値は、ポンプ水車の逆流領域に入り込まないよう制限する必要があるため、発電方向の下限値より上側になる。
なお、図９の回転速度上限値切替回路、図１０の回転速度下限切替回路は、以上述べた図３の実施の形態以外に図４の実施の形態、図５の実施の形態、図６の実施の形態、図７の実施の形態のいずれに追加しても同じ効果を得ることができる。
【００６４】
（第８の実施の形態）
図１１を参照して第８の実施の形態について説明する。
図１１は図２、図３または図４におけるすべり周波数上限値およびすべり周波数下限値を補正する補正回路の詳細図である。
【００６５】
図１１において、３２ａはすべり周波数上限値を設定する設定器、３２ｂはすべり周波数下限値を設定する設定器、７０ａ、７０ｂは補正器、７０ｃはシステムの運転状態信号を出力するオア回路である。システムの運転状態としては、例えば、変換器出力電圧７０ｄ、変換器出力電圧指令７０ｅ、励磁成分電流７０ｆ、励磁成分電流指令７０ｇ、システム無効電力７０ｈあるいはシステム無効電力指令７０ｉがあり、本実施の形態はこれらのシステム運転状態信号によって回転速度制限器２０、２０１または２０２におけるすべり周波数上限値およびすべり周波数下限値補正したものである。
【００６６】
例えば、システムの運転状態信号として周波数変換器２の出力電圧７０ｄを用いた場合、周波数変換器２の出力電圧７０ｄが小さい場合には、すべり周波数上限値を高くし、かつ、すべり周波数下限値を低くすることにより、すべり周波数の制限値を広げるようにする。周波数変換器２の出力電圧が大きい場合には、すべり周波数上限値を低くし、かつ、すべり周波数下限値を高くすることにより、すべり周波数の制限値を狭めるようにする。因みに、巻線形誘導機１の二次巻線側に誘起される電圧より大きい電圧を周波数変換器２が出力すると無効電力を系統へ供給する運転、すなわち、強め励磁の運転となり、逆に、巻線形誘導機１の二次巻線側に誘起される電圧より小さい電圧を周波数変換器２が出力すると無効電力を系統から吸収する運転、すなわち、弱め励磁の運転となる。よって、強め励磁の場合には、周波数変換器２の出力電圧は、大きく、弱め励磁の場合には、周波数変換器２の出力電圧は、小さくなる。
【００６７】
周波数変換器２の出力電圧の能力は、強め励磁側の定格運転を想定して設計されるため、弱め励磁の場合には、すべり周波数上下限の運転状態であっても周波数変換器２の出力電圧には余裕ができる。そこで、定格運転ではないときには、周波数変換器２の出力電圧の余裕を見て、すべり周波数の絶対値が規定値より大きくなっても運転することができる。
【００６８】
以上述べたように、本実施の形態によれば、システムの運転状態信号を導入して、すべり周波数が周波数変換器出力電圧能力範囲に入るよう、すべり周波数上限値またはすべり周波数下限値を補正するようにしたので、周波数変換器出力電圧に余裕がある場合には、すべり周波数を規定値より大きくし、運転範囲を広くすることができる。また、周波数変換器出力電圧に余裕がない場合には、すべり周波数を規定値より小さくするよう制限し、周波数変換器の電流制御を安定にすることができる。
なお、他のシステム運転状態信号を用いてすべり周波数上限値、すべり周波数下限値を同様に補正することができる。
【００６９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、回転速度制限器あるいはすべり周波数制限器の上下限制限値に系統周波数の変動分を加味するようにしたので、系統周波数が変動してもすべり周波数あるいは回転速度が規定値を逸脱しない巻線形誘導機の二次励磁装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係わる巻線形誘導機の二次励磁装置のシステム構成図。
【図２】本発明の第１の実施形態における回転速度制限器の詳細構成図。
【図３】本発明の第２の実施形態における回転速度制限器の詳細構成図。
【図４】本発明の第３の実施形態における回転速度制限器の詳細構成図。
【図５】本発明の第４の実施形態に係わる巻線形誘導機の二次励磁装置のシステム構成図。
【図６】本発明の第４の実施形態におけるすべり周波数制限器の詳細構成図。
【図７】本発明の第５の実施形態におけるすべり周波数制限器の詳細構成図。
【図８】本発明の第６の実施形態におけるすべり周波数制限器の詳細構成図。
【図９】本発明の第７の実施形態における回転速度上限値切替回路の詳細構成図。
【図１０】本発明の第７の実施形態における回転速度下限値切替回路の詳細構成図。
【図１１】本発明の第８の実施形態に係わるすべり周波数上限値、すべり周波数下限値を補正する回路の詳細構成図。
【図１２】回転速度と系統周波数とすべり周波数の関係を表したブロック図。
【図１３】回転速度と系統周波数とすべり周波数の関係を表したグラフ。
【図１４】従来の速度制御系巻線形誘導機二次励磁装置のシステム構成を示す図。
【図１５】従来の速度制御系回転速度制限器の詳細構成図。
【図１６】従来のすべり周波数制御系巻線形誘導機二次励磁装置のシステム構成を示す図。
【図１７】従来のすべり周波数制御系すべり周波数制限器の詳細構成図。
【符号の説明】
１…巻線形誘導機（発電電動機）、２…周波数変換器、３…励磁用変圧器、４…主変圧器、５…電流検出器、６…速度検出器、７…周波数検出器、８…電流制御器、９…電圧制御器、１０…電圧設定器、１１…電圧検出器、１２…速度制御器、１３…システム制御器、１４…すべり周波数制限器、１５…すべり周波数検出器、２０、５０…回転速度制限器、２０ａ，２０ｂ，３１ａ，３１ｂ，５１，６１…リミッタ、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ…設定器、４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ，５２ａ，５２ｂ，６２ａ，６２ｂ…設定器、２３ａ，２３ｂ，３３ａ，３３ｂ…加算器、２４ａ，３４ａ…低値選択器、２４ｂ，３４ｂ…高値選択器、３０，６０…すべり周波数制限器、４１ａ，４１ｂ…切替器、７０ａ，７０ｂ…補正器、７０ｃ…オア回路、７０ｄ…変換器出力電圧、７０ｅ…変換器出力電圧指令、７０ｆ…励磁成分電流、７０ｇ…励磁成分電流指令、７０ｈ…システム無効電力、７０ｉ…システム無効電力指令。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a secondary excitation device for a wound induction machine, and more particularly to a secondary excitation device for a wound induction machine that controls a frequency converter so that a rotation speed or a slip frequency does not deviate from a specified value.
[0002]
[Prior art]
As a secondary excitation device in which an AC current of an arbitrary frequency is supplied from a frequency converter to a secondary winding of a spiral induction machine to control the speed, a rotational speed described in Patent Document 1 or the like is kept constant. There are two types, a control system (referred to as a speed control system) and a control system (referred to as a slip frequency control system) described in Patent Document 2 or the like that keeps the slip frequency constant. The outline of these control systems will be described below.
[0003]
First, the relationship between the rotation speed, the slip frequency, and the system frequency will be described as a matter common to both control systems.
FIGS. 12A and 12B are diagrams showing the relationship between the rotation speed, the slip frequency and the system frequency in a block diagram, while FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the rotation speed, the slip frequency and the system frequency in a graph. It is.
[0004]
In FIGS. 12A, 12B, and 13, when the rotation speed is N, the slip frequency is ω, and the system frequency is f, the following equations (1) and (2) are established. Here, N, ω, and f are pu-converted values.
ω = N−f (1)
N = ω + f (2)
[0005]
If the value obtained by subtracting the rated rotational speed 1pu from the rotational speed N is defined as ΔN, and the value obtained by subtracting the rated system frequency 1pu from the system frequency f is defined as Δf, the relationship between ΔN, Δf, and ω is expressed by the following equation (3). Equation (4) is obtained.
ω = ΔN−Δf (3)
ΔN = ω + Δf (4)
[0006]
Therefore, when the rotation speed N and the system frequency f are known, it can be seen that the slip frequency ω can be obtained by using the equation (1) or the equation (3).
In addition, when the slip frequency ω and the system frequency f are known, it can be seen that the rotation speed N can be obtained by using Expression (2) or Expression (4). In this specification, ΔN is called a rotation speed, and Δf is called a system frequency.
[0007]
Next, with reference to FIGS. 14 and 15, a description will be given of a conventional example of a secondary excitation device of a winding type induction machine employing a speed control system.
FIG. 14 is a system configuration diagram of a speed control system, and FIG. 15 is a detailed configuration diagram of a rotation speed limiter. In FIG. 14, a wound-type induction machine 1 has a prime mover or a load (not shown) coupled to a rotating shaft, a primary winding is connected to a power system via a main transformer 4, and a secondary winding is frequency-converted. Connected to the output stage of the vessel 2. The input stage of the frequency converter 2 is connected to the primary winding of the wound-type induction machine 1 via an exciting transformer 3. In the figure, 5 is a current detector provided on the secondary side, and 6 is a speed detector provided on the rotor of the wound induction machine 1. 8 is a current controller, 9 is a voltage controller, 10 is a voltage setter, 11 is a voltage detector, 12 is a speed controller, 13 is a system controller, and 50 is a rotation speed limiter whose details are shown in FIG. is there.
[0008]
In the speed control system of the winding type induction machine having such a configuration, the input / output command Po transmitted from the central power supply command center (middle feed) is input to the system controller 13, where the input / output command Po corresponds to the input / output command Po. The first rotation speed command SP1 is generated and output to the rotation speed limiter 50. The rotation speed limiter 50 outputs a second rotation speed command SP2 by inputting the first rotation speed command SP1 to a limiter.
[0009]
The rotation speed limiter 50 includes a limiter 51 for inputting a first rotation speed command Sp1, a setting device 52a for setting a slip frequency upper limit value, and a slip frequency lower limit value, as shown in detail in the configuration diagram of FIG. And a setting device 52b for setting the
[0010]
When the first rotational speed command SP1 passes through the limiter 51, the input exceeding the upper limit value by the output of the setting device 52a and the lower limit value by the output of the setting device 52b is restricted by the upper and lower limits, and It is output as the rotation speed command SP2.
[0011]
Then, a speed controller (ASPR in the figure) 12 receives the rotation speed N and the second rotation speed command SP2 detected by the speed detector 6, and the rotation speed N is set as the second rotation speed command SP2. The torque component current command iτ is adjusted so that On the other hand, a voltage controller (AVR in the figure) 9 receives the primary voltage of the wound-type induction machine detected by a voltage detector (90R in the figure) 11 and a voltage set value which is an output of the voltage setter 10 and inputs the voltage. The excitation component current command ie is adjusted so that the primary voltage of the induction machine is as set as the voltage setting.
[0012]
The current controller 8 receives the output current of the frequency converter 2, the torque component current command iτ, and the excitation component current command ie detected by the current detector 5, and outputs the torque component current command The frequency converter 2 is controlled so as to satisfy iτ and the excitation component current command ie.
[0013]
Next, with reference to FIGS. 16 and 17, a description will be given of a conventional example of a secondary excitation device of a wound-type induction machine to which a slip frequency control system is applied. Elements in FIG. 16 corresponding to those in FIG. 14 are given the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0014]
FIG. 16 is a system configuration diagram of a slip frequency control system. The difference from FIG. 14 is that a slip frequency limiter 60 is provided in place of the rotation speed limiter 50, and a slip frequency controller (FIG. , AWR) 14 and a new slip frequency detector 15.
[0015]
When the input / output command Po is transmitted from the middle supply to the system controller 13, the system controller 13 generates a first slip frequency command ω01 corresponding to the input / output command Po and inputs the first slip frequency command ω01 to the slip frequency limiter 60. I do. The slip frequency limiter 60 outputs the second slip frequency command ω02 by inputting the input first slip frequency command ω01 to the limiter.
[0016]
As shown in FIG. 17, the slip frequency limiter 60 includes a limiter 61, a setter 62a for setting the upper limit of the slip frequency of the limiter 61, and a setter 62b for setting the lower limit of the slip frequency. Have been. As a result, the first slip frequency command ω01 input to the slip frequency limiter 60 is limited by the upper limit for the input exceeding the upper limit, and is limited by the lower limit for the input exceeding the lower limit, and the second slip frequency command ω02 is set. Is output as
[0017]
The slip frequency detector 15 detects a slip frequency ω from the primary voltage frequency of the wound induction machine 1 and the rotation speed N detected by the speed detector 6. The slip frequency controller 14 receives the slip frequency ω and the second slip frequency command ω02, and adjusts the torque component current command iτ such that the slip frequency ω becomes the same as the second slip frequency command ω02. The voltage controller 9 adjusts the excitation component current command ie as in the case of FIG.
[0018]
Then, the current controller 8 inputs the output current of the frequency converter 2, the torque component current command iτ, and the excitation component current command ie detected by the current detector 5, and the output current of the frequency converter 2 changes the torque component current command. The frequency converter 2 is controlled so as to conform to iτ and the excitation component current command ie.
[0019]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 25550089
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 2553319
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of the speed control system configured as described above, when the system frequency changes, the slip frequency also changes. When the slip frequency increases, the voltage induced on the secondary side of the wound induction machine 1 becomes larger than the maximum output voltage of the secondary excitation device, and the output current of the frequency converter 2 may not be controlled. There is.
[0021]
On the other hand, in the case of the slip frequency control system, the rotation speed also changes when the system frequency changes. If a slip-frequency control system of a wound-type induction motor is adopted as the generator motor of the variable-speed pumped-storage power generation system, if the rotation speed deviates from the operating range of the pump turbine, cavitation occurs (water bubbles are generated, and the surface of the pump turbine is eroded. Phenomenon) may occur or the pump turbine may enter the backflow region and the vibration of the pump turbine may become excessive.
[0022]
Therefore, the present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, in order to solve the problem of the system frequency, even if the system frequency fluctuates, the slip frequency is limited so as not to exceed the output voltage capability of the frequency converter. It is intended to obtain a secondary excitation device.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention of a secondary excitation device for a wound-type induction machine according to claim 1 includes a winding-type induction machine in which a primary winding is connected to a power system and a secondary winding is AC-excited. A frequency converter in which the input side is connected to the primary winding of a wound-type induction machine and the output side is connected to the secondary winding of the wound-type induction machine in order to excite the secondary winding of the wound-type induction machine. Device, a speed detector provided on the rotating shaft of the wound induction machine to detect a rotation speed, a voltage detector connected to the primary side of the wound induction machine and detecting the primary voltage of the wound induction machine, A current detector provided on the output side of the frequency converter for detecting an output current of the frequency converter, a system controller for outputting a first rotational speed command based on an input / output command, and an input from the system controller. The first rotational speed command is limited by an upper limit value and a lower limit value. A rotation speed limiter that outputs the rotation speed command as a second rotation speed command, and a rotation speed detected by the speed detector and a second rotation speed command, and a torque for adjusting the rotation speed according to the second rotation speed command. A speed controller that outputs a component current command, a voltage controller that outputs an excitation component current command to adjust the primary voltage of the wound induction machine detected by the voltage detector according to a voltage setting, and A secondary excitation device for a wound induction machine comprising a current controller for controlling a frequency converter output current detected by the current detection based on a torque component current command output and an excitation component current command output from the voltage controller. , A frequency detector for detecting a system frequency is connected to a primary side of the wire-wound induction machine, and the system frequency detected by the frequency detector is connected to a slip frequency of the rotation speed limiter. The upper limit value and the lower limit value of the slip frequency command are added to the upper limit value and the lower limit value of the first rotational speed command, respectively, and the first slip frequency command is limited by the upper limit value and the lower limit value of the second rotational speed command. It is characterized by outputting a rotation speed command.
[0024]
Further, the invention of a secondary excitation device for a wound-type induction machine according to claim 4 is a winding-type induction motor in which a primary winding is connected to a power system and a secondary winding is AC-excited. A frequency converter in which the input side is connected to the primary winding of a wound-type induction machine and the output side is connected to the secondary winding of the wound-type induction machine in order to excite the secondary winding of the machine. A speed detector provided on the rotating shaft of the induction machine for detecting a rotation speed, and a slip frequency detector for detecting a slip frequency from the rotation speed detected by the speed detector and a frequency of a primary side voltage of the wire wound induction machine. A voltage detector connected to the primary side of the wound-type induction machine and detecting a primary voltage of the wound-type induction machine, and a current detector provided on an output side of the frequency converter and detecting an output current of the frequency converter, The first slip frequency command based on the input / output command A first slip frequency command input from the system controller by an upper limit value and a lower limit value, and outputting the second slip frequency command as a second slip frequency command; and the slip frequency detector. A slip frequency controller for inputting the slip frequency and the second slip frequency command detected in step S1 and outputting a torque component current command to adjust the slip frequency according to the second slip frequency command; A voltage controller that outputs an excitation component current command to adjust the primary voltage of the wound-type induction machine according to the voltage setting, a torque component current command that is output from the slip frequency controller, and an output that is output from the voltage controller. A winding type induction motor including a current controller for controlling an output current of the frequency converter detected by the current detection based on an excitation component current command; In the excitation device, a frequency detector for detecting a system frequency is connected to a primary side of the wound-type induction machine, and the system frequency detected by the frequency detector is used as a rotation speed upper limit value and a rotation speed lower limit of the slip frequency limiter. The upper and lower limits of the first slip frequency command are respectively subtracted from the values, and the first slip frequency command is limited by the upper and lower limits to output the second slip frequency command. It is characterized by.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the same reference numerals are given to the same parts throughout the drawings, and description thereof will be omitted.
[0026]
(First Embodiment)
FIG. 1 is a system configuration diagram of a secondary excitation device of a wire-wound induction machine according to a first embodiment of the present invention. The present embodiment relates to a speed control system. The difference from the conventional example shown in FIG. 14 is that the frequency detector 7 for detecting the system frequency f is provided on the primary side of the wound induction machine 1. In addition to the provision of the rotation speed limiter 50, the rotation speed limiter 20 capable of adding the system frequency f to the upper limit value and the lower limit value of the limiter is provided.
[0027]
As shown in the detailed configuration diagram of FIG. 2, the rotation speed limiter 20 includes a limiter 21a for inputting a first rotation speed command SP1, a setting device 22a for setting a slip frequency upper limit, and a slip frequency lower limit. A setter 22b for setting, an adder 23a for adding the system frequency f to the slip frequency upper limit, and an adder 23b for adding the system frequency f to the slip frequency lower limit are provided, and the output of the adder 23a is limited by a limiter 21a. And the output of the adder 23b is set as the lower limit of the limiter 21a. As a result of such a configuration, when the system frequency f changes, the slip frequency upper limit value and the slip frequency lower limit value shift in the same direction according to the change in the frequency.
[0028]
When the input / output command Po is transmitted from the middle supply to the system controller 13, the system controller 13 generates a first rotation speed command SP1 corresponding to the input / output command Po and generates a first-stage rotation speed limiter. Enter 20. The rotation speed limiter 20 outputs a second rotation speed command SP2 by inputting the input first rotation speed command SP1 to the limiter 21a. When the first rotational speed command SP1 passes through the limiter 21a, the input exceeding the upper limit value by the output of the adder 23a and the lower limit value by the output of the adder 23b is output after being limited by the upper and lower limits. .
[0029]
The speed controller 12 receives the rotation speed N detected by the speed detector 6 and the second rotation speed command SP2, and controls the torque component current so that the rotation speed N becomes as indicated by the second rotation speed command SP2. Adjust the command iτ. The voltage controller 9 inputs the winding-type induction machine primary voltage detected by the voltage detector 11 and the voltage set value that is the output of the voltage setting device 10, and the winding-type induction machine primary voltage becomes equal to the voltage set value. The excitation component current command ie is adjusted as described above.
[0030]
The current controller 8 receives the output current of the frequency converter 2 detected by the current detector 5, the torque component current command iτ, and the excitation component current command ie, and outputs the current of the frequency converter 2 as the torque component current. The frequency converter 2 is controlled so as to conform to the command iτ and the excitation component current command ie.
[0031]
As described above, according to the first embodiment, the fluctuation of the system frequency is added to the limit value of the rotation speed limiter, so that the slip frequency deviates from the specified value even if the system frequency changes. It is possible to provide a secondary exciter for a wound-type induction machine that does not need to be used.
[0032]
(Second embodiment)
The second embodiment is the same as the first embodiment in the system configuration diagram of FIG. 1 except that the rotation speed limiter 20 of FIG. That the container 201 is used.
[0033]
Details of the rotation speed limiter 201 will be described with reference to FIG. The rotation speed limiter 201 has a limiter 21a in the rotation speed limiter 20 as a second stage, a first stage limiter 21b is newly provided in front of the limiter 21a, and an upper limit value of the first stage limiter 21b is set. The rotation speed is set to the upper limit value of the rotation speed 22c, and the lower limit value is set to the lower limit value of the rotation speed by the setting device 22d.
[0034]
The rotation speed limiter 201 of the present embodiment limits the upper limit of the first rotation speed command by the rotation speed upper limit value of the first stage set by the setting device 22c, and controls the rotation speed of the first stage set by the setting device 22d. The lower limit of the first rotational speed command is limited by the lower speed limit, and the output of the setter 22a for setting the upper limit of the slip frequency and the system frequency are added by the adder 23a to the rotational speed of the second-stage limiter 21a. A value obtained by adding the output of the setting device 22b for setting the slip frequency lower limit value and the system frequency by the adder 23b to the upper limit value is set as the lower limit value of the rotation speed of the second-stage limiter 21a. A value restricted by the upper limit and the lower limit is limited to an upper limit by a rotational speed upper limit of the second stage, and a lower limit is restricted by a rotational speed lower limit of the second stage to output a second rotational speed command.
[0035]
As described above, according to the present embodiment, the rotational speed command is limited by the limiter provided in the preceding stage, and the slip frequency does not deviate from the upper and lower limits by taking into account the system frequency fluctuation in the limiter 21a provided in the subsequent stage. Since the rotation speed command is limited as described above, it is possible to control the slip frequency so as not to deviate from the specified value even when the system frequency fluctuates, and to limit the rotation speed so as not to deviate from the specified value.
[0036]
(Third embodiment)
This third embodiment is the same as the first and second embodiments in the system configuration diagram of FIG. 1 except that the rotational speed limiter 20 of FIG. The rotation speed limiter 202 is provided.
[0037]
Details of the rotation speed limiter 202 will be described with reference to FIG. In FIG. 4, the upper limit value of the rotation speed of the setting unit 22c and the output of the adder 23a are input to a low value selector 24a, and the lower value is selectively output and set as the upper limit value of the limiter 21a. On the other hand, the lower limit value of the rotation speed of the setting device 22d and the output of the adder 23b are input to the high value selector 24b, and the higher value is selectively output and set as the lower limit value of the limiter 21a.
[0038]
The rotation speed limiter 202 of the present embodiment calculates a value obtained by adding the output of the setting device 22a for setting the slip frequency upper limit value and the system frequency by the adder 23a, and the rotation speed upper limit value set by the setting device 22c. A value obtained by adding the output of the setting device 22b for setting the slip frequency lower limit value and the system frequency by the adder 23b to the upper limit of the first rotation speed command value with the lower value compared with the setting device 22d. The second rotation speed command is output by limiting the lower limit of the first rotation speed command value with a higher value as compared with the rotation speed lower limit value set in step (1).
[0039]
As described above, according to the third embodiment, the rotation speed command is limited by setting the upper and lower limits of the rotation speed, and the rotation speed command is set so that the slip frequency does not deviate from the upper and lower limits in consideration of the system frequency fluctuation. , The slip frequency does not deviate from the specified value even when the system frequency fluctuates, and the rotation speed can be restricted from deviating from the specified value.
Further, the upper limit value and the lower limit value of the final rotation speed command value can be monitored, and a margin to the rotation speed upper and lower limit values can be confirmed.
[0040]
(Fourth embodiment)
FIG. 5 is a system configuration diagram of a secondary excitation device of a wire-wound induction machine according to a fourth embodiment of the present invention. The present embodiment relates to a slip frequency control system, and is significantly different in configuration from the corresponding conventional example of FIG. 16 in that a frequency detector that detects a system frequency f on the primary side of the wound induction machine 1 is provided. 7 and a slip frequency limiter 30 in which the system frequency f is added to the upper limit value and the lower limit value of the limiter in place of the slip frequency limiter 60. Other details are the same as those in FIG.
[0041]
The slip frequency limiter 30 includes a limiter 31a for inputting a first slip frequency command value ω01 output from the system controller 13, and a rotational speed upper limit of the limiter, as shown in detail in a configuration diagram of FIG. A setter 32c for setting the value, a setter 32d for setting the lower limit of the rotational speed, a subtractor 33a for subtracting the system frequency f from the upper limit of the rotational speed output from the setter 32c, and an output from the setter 32d. And a subtractor 33b for subtracting the system frequency f from the lower limit value of the rotation speed. The output of the subtracter 33a is set as the upper limit value of the limiter 31a, and the output of the subtracter 33b is set as the lower limit value of the limiter 31a. Things. As a result of such a configuration, when the system frequency f changes, the upper limit value and the lower limit value shift in the same direction according to the change in the frequency.
[0042]
When the input / output command Po is transmitted to the system controller 13 from the middle supply, the system controller 13 generates a first slip frequency command ω01 and inputs the first slip frequency command ω01 to the slip frequency limiter 30. The slip frequency limiter 30 outputs the second slip frequency command ω02 by passing the input first slip frequency command ω01 through the limiter 31a. When passing through the limiter 31a, the first slip frequency command ω01 is limited by an upper limit value by an output of the subtractor 33a and a lower limit value by the subtracter 33b.
[0043]
The slip frequency detector 15 detects the slip frequency ω from the frequency of the primary side voltage of the wound induction machine 1 and the rotation speed detected by the speed detector 6 connected to the rotor of the wound induction machine 1. The slip frequency controller 14 receives the slip frequency ω and the second slip frequency command ω02, and adjusts the torque component current command iτ so that the slip frequency ω becomes the same as the second slip frequency command ω02.
[0044]
The voltage controller 9 inputs the primary voltage of the wound-type induction machine detected by the voltage detector 11 and the voltage set value that is the output of the voltage setting device 10 so that the primary voltage of the wound-type induction machine becomes equal to the voltage set value. The excitation component current command ie is adjusted. The current controller 8 receives the output current of the frequency converter 2 detected by the current detector 5, the torque component current command iτ, and the excitation component current command ie, and outputs the output current of the frequency converter 2 to the torque component current command The frequency converter 2 is controlled so as to conform to iτ and the excitation component current command ie.
[0045]
According to this embodiment, the slip frequency is limited so that the rotation speed does not deviate from the upper and lower limits in consideration of the fluctuation of the system frequency. It can be restricted so as not to deviate.
[0046]
(Fifth embodiment)
The fifth embodiment has the same system configuration diagram as that of the fourth embodiment shown in FIG. 5, except that the slip frequency limiter 30 of FIG. 6 is replaced with the slip frequency limiter 30 of FIG. That the container 301 is used.
[0047]
The details of the slip frequency limiter 301 will be described with reference to FIG. In the slip frequency limiter 301, the limiter 31a of the slip frequency limiter 30 is a second stage, and a first stage limiter 31b is provided in front of the limiter 31a, and the upper limit of the slip frequency of the limiter 31b is set by a setter 32a. , And the slip frequency lower limit is set by the setter 32b.
[0048]
As a result, the slip frequency limiter 301 limits the upper limit of the first slip frequency command ω01 with the first-stage slip frequency upper limit value set by the setting device 32a, and sets the first-stage slip frequency set by the setting device 32b. The lower limit of the first slip frequency command ω01 is limited by the lower limit, and the value obtained by subtracting the system frequency f from the output of the setting device 32c for setting the upper limit of the rotational speed by the adder 23a is defined as the upper limit of the slip frequency of the second stage. The value obtained by subtracting the system frequency f from the output of the setting device 32d for setting the lower limit value of the rotational speed by the adder 33b is set as the lower limit value of the slip frequency of the second stage, and limited in advance by the upper limit value and lower limit value of the first stage slip frequency. The upper limit is limited by the upper limit value of the slip frequency of the second stage, and the lower limit is limited by the lower limit value of the slip frequency of the second stage to output the second slip frequency command ω02.
[0049]
According to the fifth embodiment, the slip frequency command is limited by setting the upper and lower limits of the slip frequency, and the slip frequency command is limited so that the rotation speed does not deviate from the upper and lower limits in consideration of the fluctuation of the system frequency. Thus, even if the system frequency fluctuates, the slip frequency can be controlled so as not to deviate from the specified value, and the rotation speed can be restricted so as not to deviate from the specified value.
[0050]
(Sixth embodiment)
The sixth embodiment has the same system configuration diagram as that of the fourth embodiment in FIG. 5 except that the slip frequency limiter 30 in FIG. That is, the container 302.
[0051]
The details of the slip frequency limiter 302 will be described with reference to FIG. 8, 31a is a limiter, 32a is a setting device for setting a slip frequency upper limit, 32b is a setter for setting a slip frequency lower limit, 32c is a setter for setting a rotational speed upper limit, and 32d is a rotational speed lower limit. Setters for setting values, 33a and 33b are adders, 34a is a low value selector for outputting the lowest value among the inputs, and 34b is a high value selector for the highest value among the inputs.
[0052]
The slip frequency limiter 302 compares the value obtained by subtracting the system frequency f from the output of the setting device 32c for setting the rotational speed upper limit value by the adder 33a with the slip frequency upper limit value set by the setting device 32a. The upper limit of the first slip frequency command value ω01 is limited by the lower value, and the value obtained by subtracting the system frequency f from the output of the setting device 32d for setting the rotation speed lower limit value by the adder 33b and the setting value by the setting device 32d The second slip frequency command ω02 is output by comparing the lower limit value of the slip frequency with the lower limit value of the first slip frequency command value ω01 and limiting the lower limit of the first slip frequency command value ω01.
[0053]
According to the sixth embodiment, the slip frequency command is limited by setting the upper and lower limits of the slip frequency, and the slip frequency command is limited so that the rotation speed does not deviate from the upper and lower limits in consideration of the system frequency fluctuation. Even if the system frequency fluctuates, the slip frequency can be controlled so as not to deviate from a specified value, and the rotation speed can be restricted so as not to deviate from a specified value.
[0054]
Further, according to the sixth embodiment, the upper limit value and the lower limit value of the final slip frequency command value can be monitored, and the margin to the slip frequency upper and lower limit values can be confirmed.
[0055]
(Seventh embodiment)
In the present embodiment, an example of each of the rotational speed upper limit value setting devices 22c and 32c and the rotational speed lower limit value setting devices 22d and 32d in FIGS. 3, 4, 6, 7 and 8 is shown in FIGS. It is shown by.
[0056]
FIG. 9 shows a rotation speed upper limit switching circuit. In FIG. 9, reference numeral 40a denotes a setter for setting the upper limit value of the rotation speed during power generation, 40b denotes a setter for setting the upper limit value of the rotation speed during pumping, and 41a denotes a power generation operation or a pumping operation depending on the operation state of the wound induction machine 1. It is a switcher that switches between
[0057]
FIG. 10 shows a rotation speed lower limit switching circuit. In FIG. 10, reference numeral 40c denotes a setter for setting the lower limit of the rotation speed during power generation, 40d denotes a setter for setting the lower limit of the rotation speed during pumping, and 41b denotes a switch.
[0058]
It is not necessary to add the rotation speed upper limit switching circuit of FIG. 9 and the rotation speed lower limit switching circuit of FIG. 10 at the same time, and at least one of the rotation speed upper limit switching circuit and the rotation speed lower limit switching circuit is required. May be added according to
[0059]
In the present embodiment, as an example, the setting of the first-stage rotation speed upper limit and the first-stage rotation speed lower limit in the rotation speed limiter 201 in FIG. 3 is as follows.
The upper limit value during power generation is set in the setting unit 40a of FIG. 9, the upper limit value during pumping is set in the setter 40b, and the upper limit value during power generation when the power generation direction is selected by the switch 41a. Is output as the first-stage rotation speed upper limit value, and when the pumping direction is selected by the switch 41a, the pumping-time rotation speed upper limit value is output as the first-stage rotation speed upper limit value.
[0060]
The lower limit value during power generation is set in the setting unit 40c in FIG. 10, the lower limit value during pumping is set in the setter 40d, and the lower limit value during power generation when the power generation direction is selected by the switch 41b. Is output as the first-stage rotation speed lower limit, and when the pumping direction is selected by the switch 41b, the rotation speed lower limit during pumping is output as the first-stage rotation speed lower limit.
[0061]
According to the present embodiment, in addition to the function of limiting the slip frequency to the specified value and limiting the rotation speed, a function of switching the rotation speed upper limit or the rotation speed lower limit between power generation and pumping is added. . As a result, it is possible to maximize the operating range of the pump turbine while limiting the slip frequency so as not to exceed the output voltage capability of the secondary excitation device.
[0062]
For example,
Variable speed range (maximum slip frequency); 0.06 pu
Rotational speed lower limit during power generation: 0.92 pu
Rotational speed lower limit value during pumping; 0.94 pu
Slip frequency lower limit value: -0.06 pu
The system set in
Driving direction; power generation
System frequency; 1 pu
Rotation speed; 0.94 pu
Slip frequency: -0.06 pu
If the system frequency is reduced from 1 pu to 0.98 pu when operating under the conditions of
System frequency; 0.98 pu
Rotation speed: 0.92 pu
Slip frequency: -0.06 pu
The rotation speed can be reduced while maintaining the slip frequency at −0.06 pu. As described above, when the system frequency decreases, the inertia energy of the generator motor and the pump-turbine can be output as electric power in the power generation direction while lowering the rotation speed. Can contribute to the degree.
[0063]
Generally, the lower limit value in the pumping direction is higher than the lower limit value in the power generation direction because it is necessary to limit the pump turbine so as not to enter the reverse flow region.
The rotation speed upper limit value switching circuit of FIG. 9 and the rotation speed lower limit switching circuit of FIG. 10 are different from the embodiment of FIG. 3 described above in the embodiment of FIG. 4, the embodiment of FIG. The same effect can be obtained by adding to any of the embodiment and the embodiment of FIG.
[0064]
(Eighth embodiment)
The eighth embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 11 is a detailed diagram of a correction circuit for correcting the slip frequency upper limit value and the slip frequency lower limit value in FIG. 2, FIG. 3 or FIG.
[0065]
In FIG. 11, 32a is a setter for setting the slip frequency upper limit, 32b is a setter for setting the slip frequency lower limit, 70a and 70b are compensators, and 70c is an OR circuit for outputting an operation state signal of the system. The operating state of the system includes, for example, a converter output voltage 70d, a converter output voltage command 70e, an exciting component current 70f, an exciting component current command 70g, a system reactive power 70h, or a system reactive power command 70i. Are the slip frequency upper limit value and the slip frequency lower limit value corrected in the rotational speed limiters 20, 201 or 202 by these system operation state signals.
[0066]
For example, when the output voltage 70d of the frequency converter 2 is used as the operating state signal of the system, and when the output voltage 70d of the frequency converter 2 is small, the slip frequency upper limit is increased and the slip frequency lower limit is set. By lowering the value, the limit value of the slip frequency is increased. When the output voltage of the frequency converter 2 is large, the slip frequency upper limit value is lowered and the slip frequency lower limit value is increased, so that the slip frequency limit value is narrowed. Incidentally, when the frequency converter 2 outputs a voltage higher than the voltage induced on the secondary winding side of the wound-type induction machine 1, an operation of supplying reactive power to the system, that is, an operation of strong excitation, and conversely, an operation of strong excitation is performed. When the frequency converter 2 outputs a voltage smaller than the voltage induced on the secondary winding side of the linear induction machine 1, an operation of absorbing reactive power from the system, that is, an operation of weakening excitation is performed. Therefore, in the case of strong excitation, the output voltage of the frequency converter 2 is large, and in the case of weak excitation, the output voltage of the frequency converter 2 is small.
[0067]
Since the output voltage capability of the frequency converter 2 is designed on the assumption of the rated operation on the stronger excitation side, the output of the frequency converter 2 is weakened in the case of the weak excitation when the slip frequency is in the upper and lower limits. There is room for voltage. Therefore, when the operation is not the rated operation, the operation can be performed even if the absolute value of the slip frequency becomes larger than the specified value, by checking the margin of the output voltage of the frequency converter 2.
[0068]
As described above, according to the present embodiment, the upper limit value of the slip frequency or the lower limit value of the slip frequency is corrected by introducing the operation state signal of the system so that the slip frequency falls within the frequency converter output voltage capability range. Thus, when there is a margin in the output voltage of the frequency converter, the slip frequency can be made larger than the specified value, and the operation range can be widened. Further, when there is no margin in the output voltage of the frequency converter, the slip frequency is limited to be smaller than the specified value, and the current control of the frequency converter can be stabilized.
It should be noted that the slip frequency upper limit value and the slip frequency lower limit value can be similarly corrected using other system operation state signals.
[0069]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the upper limit value and the lower limit value of the rotational speed limiter or the slip frequency limiter are made to take into account the variation of the system frequency. It is possible to provide a secondary excitation device for a wound-type induction machine whose rotation speed does not deviate from a specified value.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram of a secondary excitation device of a wire-wound induction machine according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a detailed configuration diagram of a rotation speed limiter according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a detailed configuration diagram of a rotation speed limiter according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a detailed configuration diagram of a rotation speed limiter according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a system configuration diagram of a secondary excitation device of a wire-wound induction machine according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a detailed configuration diagram of a slip frequency limiter according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a detailed configuration diagram of a slip frequency limiter according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a detailed configuration diagram of a slip frequency limiter according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a detailed configuration diagram of a rotation speed upper limit switching circuit according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a detailed configuration diagram of a rotation speed lower limit value switching circuit according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a detailed configuration diagram of a circuit for correcting a slip frequency upper limit value and a slip frequency lower limit value according to the eighth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a block diagram showing a relationship among a rotation speed, a system frequency, and a slip frequency.
FIG. 13 is a graph showing a relationship between a rotation speed, a system frequency, and a slip frequency.
FIG. 14 is a diagram showing a system configuration of a conventional speed control system winding type induction motor secondary excitation device.
FIG. 15 is a detailed configuration diagram of a conventional speed control system rotational speed limiter.
FIG. 16 is a diagram showing a system configuration of a conventional slip frequency control winding type induction motor secondary excitation device.
FIG. 17 is a detailed configuration diagram of a conventional slip frequency control system slip frequency limiter.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wound induction machine (generator motor), 2 ... Frequency converter, 3 ... Exciting transformer, 4 ... Main transformer, 5 ... Current detector, 6 ... Speed detector, 7 ... Frequency detector, 8 ... Current controller, 9: voltage controller, 10: voltage setter, 11: voltage detector, 12: speed controller, 13: system controller, 14: slip frequency limiter, 15: slip frequency detector, 20, 50: rotational speed limiter, 20a, 20b, 31a, 31b, 51, 61: limiter, 22a, 22b, 22c, 22d, 32a, 32b, 32c, 32d: setting device, 40a, 40b, 40c, 40d, 52a, 52b, 62a, 62b: setting device, 23a, 23b, 33a, 33b: adder, 24a, 34a: low value selector, 24b, 34b: high value selector, 30, 60: slip frequency limiter, 41a, 41b ... switching 70a, 70b: Corrector, 70c: OR circuit, 70d: Converter output voltage, 70e: Converter output voltage command, 70f: Excitation component current, 70g: Excitation component current command, 70h: System reactive power, 70i: System Reactive power command.
