JP2005160176A

JP2005160176A - 交流発電機の励磁装置

Info

Publication number: JP2005160176A
Application number: JP2003393307A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Sannomiya; 靖典三宮
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-11-25
Filing date: 2003-11-25
Publication date: 2005-06-16

Abstract

【課題】負荷投入にともなう出力電圧の低下を迅速に回復させることのできる交流発電機の励磁装置を得る。
【解決手段】負荷投入にともない発電機３の出力電圧Ｖｇが一時的に所定値以下に低下したとき、電圧低下検出器２５１が検出してこの低下した出力電圧Ｖｇを制限値演算手段２５２に出力する。制限値演算手段２５２は、低下した出力電圧Ｖｇに応じて所定の演算式により出力電圧／周波数（Ｖｇ／ｆｇ）の指令上限値Ｒｍａｘを演算してＡＶＲ２１に出力する。ＡＶＲ２１は、この出力電圧／周波数の指令上限値Ｒｍａｘを超えない範囲で発電機３を過励磁し、負荷投入により低下した出力電圧Ｖｇの迅速な回復を図る。また、過励磁が所定時間以上継続したときは、過励磁時限演算手段２５３により制限値演算手段２５２の動作を解除して、ＡＶＲ２１による通常の電圧制御に戻し、過励磁を解除する。
【選択図】図１

Description

本発明は、同期発電機の界磁電流を調節することにより、その出力電圧及び発生無効電力を制御する交流発電機の励磁装置に関する。

発電機の他、変圧器等の電力機器が過励磁状態のもとで運転を継続すると、機器の過熱を引き起こし、その結果機器に損傷を与えることになる。過励磁の程度を測る尺度として、従来より電圧Ｖに比例し、周波数ｆに反比例する量、すなわち、ｒ＝Ｖ／ｆなる値（以下、このｒを励磁指数と称する）が定義されている。定常連続運転の可能な励磁指数ｒの連続励磁許容最大値Ｒ１は、各機器毎に設計時に規定されている。また、定常連続運転の可能な励磁指数ｒの最大値である連続励磁許容最大値Ｒ１を超過した場合の機器の耐量時限（過励磁運転可能耐量時限）Ｔｅは、そのときの励磁指数ｒとの間に負の相関関係が成立する。なお、この状態を過励磁領域と称し、この領域における励磁指数ｒの値は上記連続励磁許容最大値Ｒ１を基準として表すと１．０を超える値になる。

上記過励磁領域において励磁指数ｒが連続励磁許容最大値Ｒ１を超える割合が大きい場合には耐量時限Ｔｅは短時限に規定され、励磁指数ｒが連続励磁許容最大値Ｒ１を超える割合が小さい場合には、比較的裕度があるため、耐量時限Ｔｅは長時限に規定される。励磁指数ｒの値が、耐量時限Ｔｅを超えた状態（この状態を「過励磁制限領域」と称する）が継続する場合には、励磁装置に設けた過励磁制限装置により、励磁指数ｒ（Ｖ／ｆ）の分子側、すなわち発電機であればその出力電圧Ｖｇを抑制する方法か、または、過励磁検出継電装置により運転続行不可能と判定して、当該発電機をトリップ（停止）させる方法のいずれかまたは双方が実際のプラントに採用されている。

上記の過励磁検出継電装置において、計器用変圧器（ＰＴ）を介して発電機が接続されている母線の電圧が導入され、導入された母線の電圧は、アナログ／デジタル変換部を介して一定周期でサンプリングされ、デジタル量に変換される。中央演算装置は、プログラムメモリに予め記憶されたプログラムに従い、上記デジタル量とデータメモリとを用いて過励磁検出演算を行い、その結果、過励磁状態が検出された場合には出力部より過励磁の程度、すなわち励磁指数ｒの大きさに応じて定められた時限後に発電機に対して保護指令が発せられる（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−１２３５７９号公報（段落番号００１６及び図２）

従来の交流発電機の励磁装置は以上のように構成され、上述の過励磁検出継電装置における過励磁制限機能は、発電機を保護する目的で設置されているが、単独運転時のような周波数が変動する場合には、次に示すような問題点が発生する。
単独運転時に負荷投入を行うと、原動機の発生軸トルクと負荷側の要求エネルギーのバランスが崩れ、発電機の回転速度Ｎが低下し、ひいては発電機の周波数ｆｇが低下する。周波数低下中に、自動電圧調整器（以下、ＡＶＲと称する）が電圧復帰制御を行うため発電機の出力電圧Ｖｇが上昇し、発電機の出力電圧Ｖｇに比例した値Ｖと発電機の周波数ｆｇに比例した値ｆとの比である励磁指数ｒの値が大きくなり、過励磁の状態（ｒ＞Ｒ１）となる。発電機が過励磁の領域に入ると、過励磁制限装置により、励磁指数ｒの分子、すなわち発電機の出力電圧Ｖｇを抑制するので、発電機の出力電圧Ｖｇの回復が遅れるという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、負荷投入にともなう出力電圧の低下を迅速に回復させることのできる交流発電機の励磁装置を得ることを目的とする。

この発明に係る交流発電機の励磁装置は、同期発電機の出力または励磁に関する電気的パラメータを検出する電気的パラメータ検出手段と、上記検出した電気的パラメータに基づいて上記同期発電機の過励磁の上限を制御する過励磁制御手段とを備えたものである。

この発明に係る交流発電機の励磁装置は、同期発電機の出力または励磁に関する電気的パラメータを検出する電気的パラメータ検出手段と、上記検出した電気的パラメータに基づいて上記同期発電機の過励磁の上限を制御する過励磁制御手段とを備えたので、負荷投入にともなう出力電圧の低下を迅速に回復させることができる。

実施の形態１．
図１及び図２は、この発明を実施するための実施の形態１を示すものであり、図１は交流発電機の励磁装置の構成を示す構成図、図２は動作を説明するための説明図である。図１において、原動機１は、その軸が交流発電機である発電機３の回転軸に直結され、発電機３を駆動する。発電機３は、界磁巻線３ａを有する。発電機３の図示しない出力巻線は、発電機母線４、変圧器５及び遮断器６を介して系統７に接続されている。

発電機母線４に計器用変圧器９が接続されており、発電機３すなわち発電機母線４の出力電圧Ｖｇ及び周波数ｆｇを検出する。励磁装置２０に計器用変圧器９の二次側の検出電圧Ｖｇ２が供給される。励磁装置２０は、ＡＶＲ２１、サイリスタ２２、過励磁制御装置２５を有する。また、過励磁制御装置２５は、電圧低下検出器２５１と制限値演算手段２５２と過励磁時限演算手段２５３を有する。ＡＶＲ２１、過励磁制御装置２５及び過励磁時限演算手段２５３には、計器用変圧器９の二次巻線が接続されている。ＡＶＲ２１は界磁巻線３ａの電流を制御するサイリスタ２２に接続されている。また、制限値演算手段２５２は、電圧低下検出器２５１に接続され、電圧低下検出器２５１から検出電圧Ｖｇ２の信号の供給を受ける。制限値演算手段２５２と過励磁時限演算手段２５３とは、ＡＶＲ２１に接続され、ＡＶＲ２１に信号を出力する。

次に動作について説明する。まず、定常的な動作は以下の通りである。
図１において、発電機３は、原動機１から軸トルクの伝達を受け、出力電圧Ｖｇを発生させ、発電機母線４、変圧器５、遮断器６を介して系統７に電力を送電する。発電機母線４には計器用変成器９が接続され、発電機の高電圧の出力電圧Ｖｇを、それと比例した検出電圧Ｖｇ２に降圧して二次巻線から出力する。この検出電圧Ｖｇ２は、制御や保護のための信号源として使用される。また、励磁装置２０にて、検出電圧Ｖｇ２に基づいて、発電機３の界磁巻線３ａに供給される発電機界磁電流Ｊｆを調節することにより、当該発電機３の出力電圧Ｖｇ及び発生無効電力Ｑが制御される。なお、検出電圧Ｖｇ２が定格電圧の例えば９０％より高い場合は、電圧低下検出器２５１から電圧低下信号が出されず、従ってＡＶＲ２１に対して制限値演算手段２５２から過励磁の上限値を制限する指令信号は出力されず（詳細後述）、ＡＶＲ２１は検出電圧Ｖｇ２に基づいて連続して許容されるＶｇ／ｆｇすなわち励磁指数ｒの連続励磁許容最大値Ｒ１を超えない範囲で電圧制御を行う。

次に、発電機３の単独運転時に負荷投入が行われた直後の現象は以下の通りである。原動機１の発生軸トルクと負荷側である発電機３の要求エネルギーのバランスが崩れ、発電機３の回転速度Ｎが低下し、ひいては発電機３の周波数ｆｇが回転速度Ｎに比例して低下する。また、発電機３の出力電圧Ｖｇは通常、発電機内部誘起電圧Ｅｇと回転速度Ｎとの積に比例するため、周波数ｆｇの低下にともなって、発電機の出力電圧Ｖｇも低下し、検出電圧Ｖｇ２も出力電圧Ｖｇに比例して低下する。

電圧低下検出器２５１は、負荷投入が行われた際の発電機３の出力電圧Ｖｇの低下を、検出電圧Ｖｇ２として検出し、検出電圧Ｖｇ２が所定値（例えば、定格電圧の９０％）以下に低下したとき、上記低下した検出電圧Ｖｇ２を制限値演算手段２５２に出力する。所定値以下に低下した検出電圧Ｖｇ２が入力された制限値演算手段２５２は、入力された検出電圧Ｖｇ２の値に応じて励磁指数ｒの指令上限値Ｒｍａｘを演算して、指令信号Ｓ１としてＡＶＲ２１に出力する。ＡＶＲ２１は、指令信号Ｓ１に基づき、そのときどきに指令された励磁指数ｒの指令上限値Ｒｍａｘを超えない範囲で発電機３を強め励磁し、出力電圧Ｖｇの迅速な回復を図る。上記指令上限値Ｒｍａｘの演算は、例えば次の式に従って行う。

Ｒｍａｘ＝（１＋ｋ・Ｖｄ）Ｒ１（ｋは比例係数、Ｒ１は上述の連続励磁許容最大値）（１）
Ｖｄ＝（０．９−Ｖｇ２／Ｖｇ２０）＝Ｖｒ／１００−０．１（２）
α＝（Ｒｍａｘ／Ｒ１）＝１＋ｋ・Ｖｒ（３）
ここに、Ｖｇ２０は、発電機３の出力電圧Ｖｇが定格電圧Ｖｇ０のときのＶｇ２の値であり、電圧降下率Ｖｒは（１−Ｖｇ２／Ｖｇ２０）×１００（％）で表される。

例えば、ｋ＝１として、定格電圧に対する電圧降下率を１５％とすれば指令上限値Ｒｍａｘは１．０５・Ｒ１、電圧降下率を２５％とすれば指令上限値Ｒｍａｘは１．１５・Ｒ１となる。つまり、電圧降下の程度に応じて指令上限値指令上限値Ｒｍａｘを決定する。なお、図示しないが過励磁率制限手段が設けられており、電圧降下率が所定値を超えて例えば３５％となっても、制限値演算手段２５２からは予め定められた許容最大値例えば１．２・Ｒ１を超えて過励磁を行うような指令信号Ｓ１が出力されることはない。また、過励磁時限演算手段２５３は過励磁が継続している間励磁指数ｒについて時間積分を行い過励磁時間積分値を算出し、この過励磁時間積分値が発電機３の熱容量から定められる許容値に達したとき、制限値演算手段２５２に解除信号Ｓ２を発信して上記指令信号Ｓ１を解除し、ＡＶＲ２１による通常の電圧制御動作に戻す。

励磁装置２０が以上のように動作することにより、発電機３の出力電圧Ｖｇ、周波数ｆｇ、指令上限値Ｒｍａｘは、図２に示すように変化する。単独運転されている発電機３の出力電圧Ｖｇは、負荷投入にともない図２（ａ）の曲線Ａのように一時的に低下する。出力電圧Ｖｇが時間Ｔ１において所定値以下例えば９０％に低下すると、電圧低下検出器２５１がこれを検出して制限値演算手段２５２に低下した出力電圧Ｖｇ（図２（ａ）の曲線Ａ１の部分）を出力し、制限値演算手段２５２が所定の演算式に従って指令上限値Ｒｍａｘを演算し、指令信号Ｓ１をＡＶＲ２１に出す。ＡＶＲ２１は、入力された指令信号Ｓ１に基づいて図２（ｃ）に示す指令上限値Ｒｍａｘを超えないようにサイリスタ２２を介して発電機３の界磁巻線３ａの励磁電流を増加させる。以上により発電機３の出力電圧Ｖｇは図２（ａ）に示すように急速に回復する。なお、図２に示したものは、過励磁時間積分値が許容値を超えず、指令信号Ｓ１が途中で解除されない場合のものである。

以上の動作により、発電機３の出力電圧Ｖｇが時間Ｔ２において定格電圧の９０％まで回復すると、電圧低下検出器２５１の動作が復帰し、制限値演算手段２５２へ検出電圧Ｖｇ２が出力されなくなるので、指令信号Ｓ１も解除され、ＡＶＲ２１は通常の自動電圧調整に復帰する。なお、以上の過程において、発電機３の周波数ｆｇは、図２（ｂ）に示すように出力電圧Ｖｇの回復よりも緩やかに回復する。前述したように、発電機３におけるＡＶＲ２１の制御応答に比較して、原動機１の調速機の応答は遅いので、発電機の出力電圧Ｖｇの低下からの復帰（図２（ａ）の曲線Ａ参照）に比べて、原動機１の回転速度Ｎすなわち発電機３の周波数ｆｇの低下からの復帰は、図２（ｂ）に示すように遅れることになる。

なお、上記では所定値以下に低下した検出電圧Ｖｇ２が入力された制限値演算手段２５２は、入力された検出電圧Ｖｇ２の値に応じて励磁指数ｒの指令上限値Ｒｍａｘを演算して、指令信号Ｓ１としてＡＶＲ２１に出力するものを示したが、制限値演算手段を、入力された検出電圧Ｖｇ２が所定以下のときに、励磁指数ｒの指令上限値Ｒｍａｘをステップ状に所定の値、例えば１．２・Ｒ１に変更して、指令信号としてＡＶＲ２１に出力するようにしてもよい。

以上のように、発電機３の出力電圧Ｖｇの回復過程において、励磁指数ｒが連続励磁許容最大値Ｒ１を超えて増加した際には、従来は過励磁制限領域に入らないように電圧の回復速度すなわち界磁電流Ｉｆの単位時間当たりの増加操作が制限され出力電圧Ｖｇの復帰が遅れていたが、この実施の形態では指令上限値Ｒｍａｘが連続励磁許容最大値Ｒ１を超えて一時的に過励磁を許容するようにしたので、発電機３の出力電圧Ｖｇの復帰が速くなる。単独運転時の負荷投入にともなう発電機の出力電圧Ｖｇと周波数ｆｇの低下は、ＡＶＲ２１と原動機１の調速機能が正常であれば、これらの制御機能により初期値に復帰する過渡的な現象である。このため、この過渡的な期間中は、発電機３の過励磁を許容して励磁指数ｒを大きくして強め側の励磁操作を可能とすることにより、負荷投入にともなう発電機３の出力電圧Ｖｇの低下を迅速に回復させ、負荷側への給電出力電圧を維持することができる。

実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２である交流発電機の励磁装置の構成を示す構成図である。単独運転時には、前述の通り、発電機の出力電圧Ｖｇと周波数ｆｇは同時に降下するため、周波数ｆｇの降下の検出を以ってＡＶＲの過励磁の上限値の制限を緩和させるようにしても、発電機の出力電圧Ｖｇの降下の検出をもつて過励磁を許容する実施の形態１と同様の効果を奏する。図３において、励磁装置３０は過励磁制御装置３５を有している。過励磁制御装置３５は、過励磁時限演算手段２５３、周波数低下検出器３５１、制限値演算手段３５２を有している。計器用変圧器９から周波数低下検出器３５１及び過励磁時限演算手段２５３に検出電圧Ｖｇ２が入力される。制限値演算手段３５２には周波数低下検出器３５１の出力が入力されるとともに過励磁時限演算手段２５３の出力信号が入力される。制限値演算手段３５２の指令信号Ｓ３はＡＶＲ２１に出力される。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。

次に動作について説明する。
定常的な動作と、単独運転時に負荷投入が行われた直後の現象は、実施の形態１と同様である。本実施の形態２では、周波数低下検出器３５１は、単独運転時に負荷投入が行われた際の発電機３の周波数ｆｇの低下を、検出電圧Ｖｇ２の周波数ｆｇとして検出し、周波数ｆｇが所定値（例えば、定格周波数の９０％）以下に低下したとき、上記低下した周波数ｆｇを制限値演算手段３５２に出力する。所定値以下に低下した周波数ｆｇが入力された制限値演算手段３５２は、入力された周波数ｆｇの値に応じて励磁指数ｒの指令上限値Ｒｍａｘｆを演算して、指令信号Ｓ３としてＡＶＲ２１に出力する。ＡＶＲ２１は、指令信号Ｓ３に基づき、そのときどきに指令された励磁指数ｒの上限値Ｒｍａｘｆを超えない範囲で発電機３を強め励磁し、周波数ｆｇの回復を図る。上記指令上限値Ｒｍａｘｆの演算は、実施の形態１におけるのと同様に、例えば次の式に従って行う。

Ｒｍａｘｆ＝（１＋ｋ２・ｆｄ）Ｒ１（ｋ２は比例係数、Ｒ１は上述の連続励磁許容最大値）（４）
ｆｄ＝（０．９５−ｆｇ／ｆｇ０）＝ｆｒ／１００−０．１（５）
α＝（Ｒｍａｘｆ／Ｒ１）＝１＋ｋ・ｆｒ（６）
ここに、ｆｇ０は、定格周波数であり、周波数低下率ｆｒは（１−ｆｇ／ｆｇ０）×１００（％）で表される。

例えば、ｋ１＝２として、定格周波数に対する周波数低下率を１０％とすれば指令上限値Ｒｍａｘｆは１．１・Ｒ１、周波数降下率を１５％とすれば指令上限値Ｒｍａｘｆは１．２・Ｒ１となる。つまり、周波数の低下の程度に応じて指令上限値Ｒｍａｘｆを決定する。なお、図示しないが過励磁率制限手段が設けられており、周波数低下率が所定値を超えて例えば２０％となっても、制限値演算手段３５２からは予め定められた許容最大値例えば１．２・Ｒ１を超えて過励磁を行うような指令信号Ｓ３が出力されることはない。また、過励磁時限演算手段２５３は、実施の形態１におけるのと同様に過励磁が継続している間励磁指数ｒについて時間積分を行い過励磁時間積分値を算出し、この過励磁時間積分値が発電機３の熱容量から定められる許容値に達したとき、制限値演算手段３５２に解除信号Ｓ２を発信して上記指令信号Ｓ３を解除し、ＡＶＲ２１を通常の電圧制御動作に戻す。

なお、上記では所定値以下に低下した周波数ｆｇが入力された制限値演算手段３５２は、入力された周波数ｆｇの値に応じて励磁指数ｒの指令上限値Ｒｍａｘｆを演算して、指令信号Ｓ３としてＡＶＲ２１に出力するものを示したが、制限値演算手段を、入力された周波数ｆｇが所定以下のときに、励磁指数ｒの指令上限値Ｒｍａｘをステップ状に所定の値、例えば１．２・Ｒ１に変更して、指令信号としてＡＶＲ２１に出力するようにしてもよい。

以上のように、本実施の形態においても、発電機３の周波数ｆｇが低下したことを検出して実施の形態１と同様に一時的に発電機３の過励磁を許容するようにしたため、発電機３の出力電圧Ｖｇの迅速な回復を図ることができる。

実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３である交流発電機の励磁装置の構成を示す構成図である。上記実施の形態１及び２は、負荷投入時の発電機３の出力電圧Ｖｇまたは周波数ｆｇの低下現象に着目して、発電機３の過励磁を許容し、出力電圧Ｖｇの負荷投入前の初期値への復帰を早める方式であった。本実施の形態３は、発電機３に新たに接続された負荷投入量を求め、求めた負荷投入量に応じて発電機３の過励磁を所定時間許容するようにしたものである。図４において、系統７にそれぞれ負荷遮断器１１を介して複数の負荷１２が接続されている。

励磁装置４０は過励磁制御装置４５を有している。過励磁制御装置４５は、過励磁時限演算手段２５３、負荷開閉検出器４５１、制限値演算手段４５２、負荷量算出器４５３を有している。各負荷遮断器１１の補助接点は負荷開閉検出器４５１に接続されている。負荷開閉検出器４５１の出力側は負荷量算出器４５３に接続され、負荷量算出器４５３は制限値演算手段４５２に接続されている。また、過励磁時限演算手段２５３は制限値演算手段４５２に接続されている。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。

次に動作について説明する。
励磁装置４０の負荷開閉検出器４５１は、各負荷遮断器１１の補助接点から各負荷遮断器１１の開閉状態に関する情報を得て、負荷遮断器１１の番号とその開閉状態に関するデータを負荷量算出器４５３に送信する。負荷量算出器４５３は、各負荷遮断器１１の番号に対応させて負荷１２の容量をテーブルとして記憶しており、新たに投入された負荷遮断器１１があるかどうかを常時監視しており、新たに閉路された負荷遮断器１１があれば、その負荷遮断器１１に対応する負荷１２の容量を求める。複数の負荷遮断器１１が同時に投入された場合は、投入された負荷遮断器１１に対応する負荷１２の合計の容量を求める。そして、新たに投入された負荷の容量のデータを制限値演算手段４５２に送信する。制限値演算手段４５２は、受け取った負荷の容量のデータに基づいて、所定の演算を行い、励磁指数ｒの指令上限値Ｒｍａｘｓｗを演算して、指令信号Ｓ５としてステップ状にＡＶＲ２１に出力する。ＡＶＲ２１は、指令信号Ｓ５に基づき、指令された励磁指数ｒの上限値Ｒｍａｘｓｗを超えない範囲で発電機３を強め励磁し、出力電圧Ｖｇの回復を図る。

以上のように、本実施の形態においては、発電機３に新たに投入された負荷の容量を求めて、その負荷の容量に見合う過励磁を許容するようにしたので、発電機３の出力電圧Ｖｇの回復時間を短縮することができる。

実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４である交流発電機の励磁装置の構成を示す構成図である。図５において、変流器１５が発電機母線４に設けられ、発電機母線４の電流を検出する。励磁装置５０は過励磁制御装置５５を有する。過励磁制御装置５５は、過励磁時限演算手段２５３、電力変換器５５１、制限値演算手段５５２、定格出力設定器５５３、減算器５５４を有する。変流器１５が検出した電流信号と計器用変圧器９の電圧信号が電力変換器５５１に入力され、発電機３の負荷電力が検出される。定格出力設定器５５３には、予め発電機３の定格出力Ｐ０が設定されており、減算器５５４に入力され、電力変換器５５１にて求めた発電機３の負荷電力Ｐとの差電力ΔＰ（＝Ｐ０−Ｐ）が、制限値演算手段５５２に出力される。制限値演算手段５５２は、差電力ΔＰに基づいて所定の演算を行い、励磁指数ｒの指令上限値Ｒｍａｘｒを演算して、指令信号Ｓ６としてステップ状にＡＶＲ２１に出力する。ＡＶＲ２１は、指令信号Ｓ６に基づき、指令された差電力ΔＰを超えない範囲で発電機３を強め励磁し、出力電圧Ｖｇの回復を図る。

例えば、発電機３が非常用発電機システムに用いられる場合、通常、無負荷状態から１００％負荷を投入しても、発電機３の出力電圧Ｖｇ及び周波数ｆｇの低下が許容範囲内に収まり、運転継続可能なように設計される。負荷投入時の発電機３の出力電圧Ｖｇ及び周波数ｆｇの過渡的な低下率は、当然ながら負荷投入量が大きくなるに従い増加する。この実施の形態では、これに着目し現在運転中の発電機の負荷電力Ｐを検出し、定格出力Ｐ０との差電力ΔＰを求め、今後差電力ΔＰ分が投入される負荷投入量であると見なして、この投入予定電力ΔＰに応じた励磁指数ｒの指令上限値Ｒｍａｘｒを設定する。これにより、発電機３の出力電圧Ｖｇの回復時間を短縮することができる。

実施の形態５．
図６は、この発明の実施の形態５である交流発電機の励磁装置の構成を示す構成図である。上記実施の形態４では、今後の負荷投入予定量を発電機３の現在運転中の出力と定格出力との差から計算していたが、この実施の形態においては、発電機３の定格出力時の界磁電流Ｊｆ０と現在の界磁電流Ｊｆとの差ΔＪｆ（＝Ｊｆ０−Ｊｆ）から、励磁指数ｒの指令上限値Ｒｍａｘｒを設定する。図６において、界磁電流検出器２６は、発電機３の界磁巻線３ａに電流を供給する界磁電流回路に設置され、発電機３の界磁電流信号を出力する。過励磁制御装置６５は、過励磁時限演算手段２５３、界磁電流変換器６５１、制限値演算手段６５２、定格界磁電流設定器６５３、減算器６５４を有する。

界磁電流検出器２６が検出した界磁電流信号が界磁電流変換器６５１に入力され、発電機３の界磁電流に変換され検出される。定格界磁電流設定器６５３には、予め発電機３の定格出力時の界磁電流Ｊｆ０が設定されており、この界磁電流Ｊｆ０が減算器６５４に入力され、界磁電流変換器６５１にて求めた発電機３の界磁電流Ｊｆとの差電流ΔＪｆが、制限値演算手段６５２に出力される。制限値演算手段６５２は、差電流ΔＪｆに基づいて所定の演算を行い、励磁指数ｒの指令上限値Ｒｍａｘｒｆを演算して、指令信号Ｓ７としてステップ状にＡＶＲ２１に出力する。ＡＶＲ２１は、指令信号Ｓ７に基づき、指令された指令上限値Ｒｍａｘｒｆを超えない範囲で発電機３を強め励磁し、出力電圧Ｖｇの回復を図る。

界磁電流Ｊｆは、発電機３の出力電圧Ｖｇが同じであっても、無負荷時に比べて負荷時は増加する。従って、この実施の形態においても、実施の形態４と同様の効果を奏し、現在の界磁電流と定格負荷時の定格界磁電流Ｊｆ０との差電流ΔＪｆを求めて、当該差電流ΔＪｆに見合う過励磁を許容するようにしたので、発電機３の出力電圧Ｖｇの回復時間を短縮することができる。

実施の形態６．
図７は、この発明の実施の形態６である交流発電機の励磁装置の構成を示す構成図である。上記実施の形態５では、発電機３の定格界磁電流Ｊｆ０と現在運転中の界磁電流Ｊｆとの差電流ΔＪｆから励磁指数ｒの指令上限値Ｒｍａｘｒｆを計算していたが、非常用発電プラントの発電機では、ブラシレス励磁方式が適用される場合が多い。この方式は、図７に示すように、発電機３の回転軸と同軸上に、発電機３と同様の交流発電機であるブラシレス励磁機２を設置し、当該ブラシレス励磁機２の固定子側に設けられた励磁巻線２ａにＡＶＲ２７から励磁電流Ｊｆｅを供給するものである。一方、ブラシレス励磁機２の回転子側の交流巻線は回転整流器を経て発電機３の界磁巻線３ａに供給されている。ブラシレス励磁機２の励磁電流Ｊｆｅは、発電機３の界磁電流Ｊｆと正の相関関係がある。

この実施の形態においては、励磁機２の定格出力・定格力率時のブラシレス励磁機２の励磁電流Ｊｆｅ０と現在の励磁電流Ｊｆｅとの差ΔＪｆｅ（Ｊｆｅ０−Ｊｆｅ）から、励磁指数ｒの指令上限値Ｒｍａｘｒｆｅを設定する。図７において、励磁電流検出器２８は、ブラシレス励磁機２の励磁巻線２ａに励磁電流を供給する励磁電流回路に設置され、ブラシレス励磁機２の励磁電流信号を出力する。過励磁制御装置７５は、過励磁時限演算手段２５３、励磁電流変換器７５１、制限値演算手段７５２、定格励磁電流設定器７５３、減算器７５４を有する。励磁電流検出器２８が検出した励磁電流信号が励磁電流変換器７５１に入力され、ブラシレス励磁機２の励磁電流Ｊｆｅとして検出される。

定格励磁電流設定器７５３には、予め励磁機２の定格出力・定格力率時の励磁電流Ｊｆｅ０が設定されており、この励磁電流Ｊｆｅ０が減算器７５４に入力され、励磁電流変換器７５１にて求めた励磁機２の励磁電流Ｊｆｅとの差電流ΔＪｆｅ（＝Ｊｆｅ０−Ｊｆｅ）が、制限値演算手段７５２に出力される。制限値演算手段７５２は、差電流ΔＪｆｅに基づいて所定の演算を行い、励磁指数ｒの指令上限値Ｒｍａｘｒｆｅを演算して、指令信号Ｓ８としてＡＶＲ２７にステップ状に出力する。ＡＶＲ２７は、指令信号Ｓ８に基づき、指令された指令上限値Ｒｍａｘｒｆｅを超えない範囲で励磁機２を介して発電機３を強め励磁し、発電機３の出力電圧Ｖｇの回復を図る。

この実施の形態においては、励磁機２を介して発電機３を過励磁するものであるが、実施の形態５と同様の効果を奏し、励磁機２の定格負荷・定格力率時の定格励磁電流Ｊｆｅ０と現在の励磁電流Ｊｆｅとの差電流ΔＪｆｅを求めて、当該差電流ΔＪｆｅに見合う発電機３の過励磁を許容するようにしたので、発電機３の出力電圧Ｖｇの回復時間を短縮することができる。

なお、以上では発電機は直流にて励磁される同期発電機について説明したが、回転子が交流にて励磁される交流励磁形の同期発電機であっても同様の効果を奏する。

以上のように、この発明に係る交流発電機の励磁装置は、同期発電機の出力または励磁に関する電気的パラメータを検出する電気的パラメータ検出手段と、上記検出した電気的パラメータに基づいて上記同期発電機の過励磁の上限を制御する過励磁制御手段とを備えたので、負荷投入にともなう出力電圧の低下を迅速に回復させることができる。

そして、上記電気的パラメータ検出手段は上記同期発電機の出力電圧または周波数の低下を検出するものであり、上記過励磁制御手段は上記出力電圧または周波数の値に応じて上記同期発電機の過励磁の上限を制御するものであることを特徴とするので、負荷投入にともなう出力電圧の低下を迅速に回復させることができる。

さらに、上記同期発電機は負荷開閉手段を介して接続される複数の負荷が接続されるものであって、上記電気的パラメータ検出手段は上記負荷開閉手段の開閉状態から上記負荷開閉手段の閉路により上記同期発電機に新たに投入される負荷の容量を求めるものであり、上記過励磁制御手段は上記負荷の容量に応じて上記同期発電機の過励磁の上限を制御するものであることを特徴とするので、負荷投入にともなう出力電圧の低下を迅速に回復させることができる。

また、上記電気的パラメータ検出手段は上記同期発電機の負荷電力を検出するものであり、上記過励磁制御手段は上記同期発電機の定格出力と上記負荷電力との電力差に応じて上記同期発電機の過励磁の上限を制御するものであることを特徴とするので、負荷投入にともなう出力電圧の低下を迅速に回復させることができる。

そして、上記電気的パラメータ検出手段は上記同期発電機の界磁電流を検出するものであり、上記過励磁制御手段は上記同期発電機の定格界磁電流と上記界磁電流との界磁電流差に応じて上記同期発電機の過励磁の上限を制御するものであることを特徴とするので、負荷投入にともなう出力電圧の低下を迅速に回復させることができる。

また、上記同期発電機はこの同期発電機に結合されたブラシレス励磁機により励磁されるブラシレス励磁方式のものであって、上記電気的パラメータ検出手段は上記ブラシレス励磁機の励磁電流を検出するものであり、上記過励磁制御手段は上記同期発電機の定格出力定格力率時の上記ブラシレス励磁機の定格励磁電流と上記励磁電流との励磁電流差に応じて上記同期発電機の過励磁の上限を制御するものであることを特徴とするので、負荷投入にともなう出力電圧の低下を迅速に回復させることができる。

そして、上記同期発電機の過励磁の時間を所定時間以内に制限する過励磁時限制限手段を設けたことことを特徴とするので、同期発電機の過励磁による損傷を防止することができる。

この発明の実施の形態１である交流発電機の励磁装置の構成を示す構成図である。図１の交流発電機の励磁装置の動作を説明するための説明図である。この発明の実施の形態２である交流発電機の励磁装置の構成を示す構成図である。この発明の実施の形態３である交流発電機の励磁装置の構成を示す構成図である。この発明の実施の形態４である交流発電機の励磁装置の構成を示す構成図である。この発明の実施の形態５である交流発電機の励磁装置の構成を示す構成図である。この発明の実施の形態６である交流発電機の励磁装置の構成を示す構成図である。

符号の説明

２励磁機、２ａ励磁巻線、３発電機、３ａ界磁巻線、
２０，３０，４０，５０，６０，７０励磁装置、２１，２７ＡＶＲ、
２５，３５，４５，５５，６５，７５過励磁制限装置、２５１電圧低下検出器、
２５２，３５２，４５２，５５２，６５２，７５２制限値演算手段、
２５３過励磁時限演算手段、３５１周波数低下検出器、４５１負荷開閉検出器、
４５２負荷量算出器、５５１電力変換器、５５２定格出力設定器、
５５４減算器、６５１界磁電流変換器、６５３定格界磁電流設定器、
６５４減算器、７５１励磁電流変換器、７５３定格励磁電流設定器、
７５４減算器。

Claims

同期発電機の出力または励磁に関する電気的パラメータを検出する電気的パラメータ検出手段と、上記検出した電気的パラメータに基づいて上記同期発電機の過励磁の上限を制御する過励磁制御手段とを備えた交流発電機の励磁装置。
上記電気的パラメータ検出手段は、上記同期発電機の出力電圧または周波数の低下を検出するものであり、上記過励磁制御手段は上記出力電圧または周波数の値に応じて上記同期発電機の過励磁の上限を制御するものであることを特徴とする請求項１に記載の交流発電機の励磁装置。
上記同期発電機は負荷開閉手段を介して接続される複数の負荷が接続されるものであって、上記電気的パラメータ検出手段は上記負荷開閉手段の開閉状態から上記負荷開閉手段の閉路により上記同期発電機に新たに投入される負荷の容量を求めるものであり、上記過励磁制御手段は上記負荷の容量に応じて上記同期発電機の過励磁の上限を制御するものであることを特徴とする請求項１に記載の交流発電機の励磁装置。
上記電気的パラメータ検出手段は、上記同期発電機の負荷電力を検出するものであり、上記過励磁制御手段は上記同期発電機の定格出力と上記負荷電力との電力差に応じて上記同期発電機の過励磁の上限を制御するものであることを特徴とする請求項１に記載の交流発電機の励磁装置。
上記電気的パラメータ検出手段は、上記同期発電機の界磁電流を検出するものであり、上記過励磁制御手段は上記同期発電機の定格界磁電流と上記界磁電流との界磁電流差に応じて上記同期発電機の過励磁の上限を制御するものであることを特徴とする請求項１に記載の交流発電機の励磁装置。
上記同期発電機はこの同期発電機に結合されたブラシレス励磁機により励磁されるブラシレス励磁方式のものであって、上記電気的パラメータ検出手段は上記ブラシレス励磁機の励磁電流を検出するものであり、上記過励磁制御手段は上記同期発電機の定格出力定格力率時の上記ブラシレス励磁機の定格励磁電流と上記励磁電流との励磁電流差に応じて上記同期発電機の過励磁の上限を制御するものであることを特徴とする請求項１に記載の交流発電機の励磁装置。
上記同期発電機の過励磁の時間を所定時間以内に制限する過励磁時限制限手段を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の交流発電機の励磁装置。