JP2006271038A - 同期発電機起動装置の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】同期発電機4が起動時には界磁電流立上りで電機子に誘起される電圧から回転子位置を検出し、同期発電機4が低速領域では、同期化力によってインバータ出力周波数に自動的に同期発電機4が追従してくるような速度指令値と制御進み角指令値で運転し、
同期発電機4が中・高速領域では誘起電圧を推定して回転子位置(位相)を検出して運転させ、全域で分配器なとの位置検出器一切なしでの運転を可能にするものである。
【選択図】 図7
Description
「宮入庄太著・パワーエレクトロニクス・丸善、第9.4節」
前記同期発電機の電機子端子の電圧を検出する交流電圧検出器と、
前記同期発電機の起動時の界磁電流の立ち上げに伴って前記電機子端子に誘起される電圧を前記交流電圧検出器により検出し、この電圧検出値から、前記同期発電機の回転子位置を検出する回転子位置検出回路と、
速度指令値及び前記コンバータの他励素子の制御進み角指令値を演算する制御進み角演算回路と、
前記回転子位置検出回路によって検出された回転子位置と、前記制御進み角演算回路で演算された速度指令値を入力し、基準信号波を出力する基準信号波発生器と、
前記制御進み角演算回路で演算された制御進み角と前記基準信号波発生器からの基準信号波に基づき、前記速度パターンと前記制御進み角指令値を実現し、前記インバータの他励素子に与えるゲートパルスを生成すると共に、前記インバータの転流時に同期して前記コンバータが通流する直流電流をゼロにする指令を与えるゲートパルス発生器と、
を備えたことを特徴とする同期発電機起動装置の制御装置である。
前記同期発電機の電機子端子の電圧を検出する交流電圧検出器と、
前記インバータから前記同期発電機の電機子に流し込まれるインバータ出力電流を検出する交流電流検出器と、
前記出力電流検出器からの前記インバータの交流電流検出値と、第一の同期発電機回転速度推定値から、前記同期発電機の界磁電流により前記同期発電機の電機子巻線に誘起される誘起電圧の、第一の基準位相に対する同相成分と直交成分を演算する誘起電圧演算回路と、
前記誘起電圧演算回路からの誘起電圧の第一の基準位相の直交成分をゼロとするような第二の基準位相と第二の同期発電機回転速度推定値を出力するPLL回路と、
前記PLL回路の出力である第二の基準位相に基づき、所定の制御進み角のインバータのゲートパルスを生成するとともに、第二の基準位相を、前記誘起電圧演算回路の第一の基準位相に入力し、第二の同期発電機回転速度推定値を前記誘起電圧演算回路の第一の同期発電機回転速度推定値に入力することを特徴とする同期発電機起動装置の制御装置である。
前記同期発電機の電機子端子電圧を検出する交流電圧検出器と、
前記インバータから前記同期発電機の電機子に流し込まれるインバータ出力電流を検出する交流電流検出器と、
前記同期発電機の起動時の界磁電流の立ち上げに伴って前記電機子端子に誘起される電圧を前記交流電圧検出器により検出し、この電圧検出値から、前記同期発電機の回転子位置を検出する回転子位置検出回路と、
速度指令値及び前記コンバータの他励素子の制御進み角指令値を演算する制御進み角演算回路と、
前記回転子位置検出回路によって検出された回転子位置と、前記制御進み角演算回路で演算された速度指令値を入力し、基準信号波を出力する基準信号波発生器と、
前記制御進み角演算回路で演算された制御進み角指令値と前記基準信号波発生器からの基準信号波に基づき、前記速度指令値と前記制御進み角指令値を実現するインバータゲートパルスを生成すると共に、前記インバータの転流時に同期して前記コンバータが通流する直流電流をゼロにするゲートパルス発生器と、
前記交流電流検出器からのインバータ出力電流検出値と、第一の同期発電機回転速度推定値から、前記同期発電機の界磁電流により前記同期発電機の電機子巻線に誘起される誘起電圧の、第一の基準位相に対する同相成分と直交成分を演算する誘起電圧演算回路と、
前記誘起電圧演算回路からの誘起電圧の第一の基準位相の直交成分をゼロとするような第二の基準位相と第二の同期発電機回転速度推定値を出力するPLL回路と、
前記PLL回路の出力である第二の基準位相に基づき、所定の制御進み角のインバータゲートパルスを生成するとともに、第二の基準位相を、前記誘起電圧演算回路の第一の基準位相に入力し、第二の同期発電機回転速度推定値を前記誘起電圧演算回路の第一の同期発電機回転速度推定値に入力することを特徴とする同期発電機起動装置の制御装置である。
図1は、サイリスタなどの他励素子からなり、交流電源e1からの交流電力を直流電力に変換する他励式コンバータ(以下単にコンバータと称する)1と、コンバータ1により得られる直流電力を交流電力に変換するサイリスタなどの他励素子からなる他励式インバータ(以下単にコンバータと称する) 2と、インバータ2により得られる交流電力による同期発電機(以下単に発電機と称する)4を起動する同期発電機起動装置である。
図2において、図1と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。実施形態2は、図1の起動時回転子位置検出回路10を詳細に示した点のみが異なる。
Vb=Mf(φb)・dIf/dt・sinφb (2)
Vc=Mf(φc)・dIf/dt・sinφc (3)
ただし、φb=φa−2π/3 φc=φa−4π/3
発電機4が非突極構造の場合には、電機子と回転子の間の相互インダクタンスMfは、回転子の電気的位置(位相)φaには依存せず、一定値となる。この場合には、例えば(4)式でφaを求めることが可能になる。
図3において、図1と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。実施形態3は、図1の速度パターン・制御進み角演算回路11を詳細に示した点以外は図1と同一である。
図4において、図1と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
このPLL回路34からの基準位相φを、上記の三相二相変換回路31、32にフィードバックし、三相二相変換回路31、32は、以後、このPLL回路34からの基準位相φを使って変換するようにする。また、PLL回路34からの回転速度ωを誘起電圧演算回路33に与え、以後、PLL回路34からの回転速度ωによって、誘起電圧(同相成分)Zd及び誘起電圧(直交成分)Zqを演算するようにする。
図5において、図4と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。実施形態5は、実施形態4における制御進み角指令器(β指令回路)36の詳細に示した以外は図4と同じである。すなわち、二乗演算器37は三相二相変換器32からのd軸電流を二乗演算し、また二乗演算器38は三相二相変換器32からのq軸電流を二乗演算する。この二乗演算結果を、加算器39で加算し、この加算値を平方根演算器40により平方根を求める。乗算器41は、平方根演算器40により求めた平方根値及びPLL回路34からの回転速度ωを乗算する。除算器42は、乗算器41からの乗算値を誘起電圧演算回路33からのd軸電圧Zdで除算し、この除算結果に係数器43の係数を掛け算し、この係数結果と後述する必要な余裕角(γref)を減算器44により差し引く。減算器44により減算した結果に基づき余弦逆関数演算器45で制御進み角βを算出する。
図6において、図4と同一部分には同一符号を付し、その説明を省略する。実施形態6は、図4の誘起電圧演算回路33を詳細に示した点以外は図4と同一である。
実施形態7は、図7に示すように、図1の全てと、図4と組み合わせ、さらにω切換判定器68と、正弦波切換器69と、制御進み角切換器(β切換器)70を新たに追加し、次のように組み合わせたものである。
本発明は、前述した実施形態に限定されず、以下に述べるように種々変形して実施できる。
Claims (7)
- サイリスタなどの他励素子からなる他励式コンバータと、前記コンバータにより得られる直流電力を交流電力に変換するサイリスタなどの他励素子からなる他励式インバータと、前記インバータにより得られる交流電力による同期発電機を起動する同期発電機起動装置において、
前記同期発電機の電機子端子の電圧を検出する交流電圧検出器と、
前記同期発電機の起動時の界磁電流の立ち上げに伴って前記電機子端子に誘起される電圧を前記交流電圧検出器により検出し、この電圧検出値から、前記同期発電機の回転子位置を検出する回転子位置検出回路と、
速度指令値及び前記コンバータの他励素子の制御進み角指令値を演算する制御進み角演算回路と、
前記回転子位置検出回路によって検出された回転子位置と、前記制御進み角演算回路で演算された速度指令値を入力し、基準信号波を出力する基準信号波発生器と、
前記制御進み角演算回路で演算された制御進み角と前記基準信号波発生器からの基準信号波に基づき、前記速度パターンと前記制御進み角指令値を実現し、前記インバータの他励素子に与えるゲートパルスを生成すると共に、前記インバータの転流時に同期して前記コンバータが通流する直流電流をゼロにする指令を与えるゲートパルス発生器と、
を備えたことを特徴とする同期発電機起動装置の制御装置。 - 前記回転子位置検出回路は、
前記交流電圧検出器で検出される前記同期発電機の電機子端子電圧の二乗和を求める演算回路と、
前記演算回路により求められた二乗和と、前記電機子端子電圧の各相毎の電圧値に応じて、前記同期発電機の回転子位置を導出する回路と、
を具備したことを特徴とする請求項1記載の同期発電機起動装置の制御装置。 - 制御進み角演算回路は、
前記インバータの定格値、前記発電機の慣性モーメント、前記発電機の損失特性、前記発電機の損失の大きさに応じて、前記発電機の速度指令値、前記コンバータの他励素子への制御進み角指令値を演算することを特徴とする請求項1記載の同期発電機起動装置の制御装置。 - サイリスタなどの他励素子からなる他励式コンバータと、前記コンバータにより得られる直流電力を交流電力に変換するサイリスタなどの他励素子からなる他励式インバータと、前記インバータにより得られる交流電力による同期発電機を起動する同期発電機起動装置において、
前記同期発電機の電機子端子の電圧を検出する交流電圧検出器と、
前記インバータから前記同期発電機の電機子に流し込まれるインバータ出力電流を検出する交流電流検出器と、
前記出力電流検出器からの前記インバータの交流電流検出値と、第一の同期発電機回転速度推定値から、前記同期発電機の界磁電流により前記同期発電機の電機子巻線に誘起される誘起電圧の、第一の基準位相に対する同相成分と直交成分を演算する誘起電圧演算回路と、
前記誘起電圧演算回路からの誘起電圧の第一の基準位相の直交成分をゼロとするような第二の基準位相と第二の同期発電機回転速度推定値を出力するPLL回路と、
前記PLL回路の出力である第二の基準位相に基づき、所定の制御進み角のインバータのゲートパルスを生成するとともに、第二の基準位相を、前記誘起電圧演算回路の第一の基準位相に入力し、第二の同期発電機回転速度推定値を前記誘起電圧演算回路の第一の同期発電機回転速度推定値に入力することを特徴とする同期発電機起動装置の制御装置。 - 前記誘起電圧演算回路からの誘起電圧の同相成分と、前記PLL回路からの第二の同期発電機回転速度推定値と、前記インバータ出力電流検出値に応じて、前記他励素子に必要な余裕角を確保するような制御進み角を算出する制御進み角指令回路をさらに備えたことを特徴とする請求項4記載の同期発電機起動装置の制御装置。
- 前記誘起電圧演算回路は、前記電機子端子電圧検出値に所定の第一のゲインを乗じ、前記インバータ出力電流検出値に所定の第二のゲインを乗じ、第一の誘起電圧推定値に所定の第三のゲインを乗じ、これらを加算したものを積分し、この積分結果に、さらにインバータ出力電流検出値に所定の第四のゲインを乗じたものを加算し、この加算結果を第二の誘起電圧推定値とし、前記第一の誘起電圧推定値に前記第二の誘起電圧推定値を入力するとともに、この第二の誘起電圧推定値を最終的な誘起電圧演算結果とすることを特徴とする請求項4記載の同期発電機起動装置の制御装置。
- サイリスタなどの他励素子からなる他励式コンバータと、前記コンバータにより得られる直流電力を交流電力に変換するサイリスタなどの他励素子からなる他励式インバータと、前記インバータにより得られる交流電力による同期発電機を起動する同期発電機起動装置において、
前記同期発電機の電機子端子電圧を検出する交流電圧検出器と、
前記インバータから前記同期発電機の電機子に流し込まれるインバータ出力電流を検出する交流電流検出器と、
前記同期発電機の起動時の界磁電流の立ち上げに伴って前記電機子端子に誘起される電圧を前記交流電圧検出器により検出し、この電圧検出値から、前記同期発電機の回転子位置を検出する回転子位置検出回路と、
速度指令値及び前記コンバータの他励素子の制御進み角指令値を演算する制御進み角演算回路と、
前記回転子位置検出回路によって検出された回転子位置と、前記制御進み角演算回路で演算された速度指令値を入力し、基準信号波を出力する基準信号波発生器と、
前記制御進み角演算回路で演算された制御進み角指令値と前記基準信号波発生器からの基準信号波に基づき、前記速度指令値と前記制御進み角指令値を実現するインバータゲートパルスを生成すると共に、前記インバータの転流時に同期して前記コンバータが通流する直流電流をゼロにするゲートパルス発生器と、
前記交流電流検出器からのインバータ出力電流検出値と、第一の同期発電機回転速度推定値から、前記同期発電機の界磁電流により前記同期発電機の電機子巻線に誘起される誘起電圧の、第一の基準位相に対する同相成分と直交成分を演算する誘起電圧演算回路と、
前記誘起電圧演算回路からの誘起電圧の第一の基準位相の直交成分をゼロとするような第二の基準位相と第二の同期発電機回転速度推定値を出力するPLL回路と、
前記PLL回路の出力である第二の基準位相に基づき、所定の制御進み角のインバータゲートパルスを生成するとともに、第二の基準位相を、前記誘起電圧演算回路の第一の基準位相に入力し、第二の同期発電機回転速度推定値を前記誘起電圧演算回路の第一の同期発電機回転速度推定値に入力することを特徴とする同期発電機起動装置の制御装置。
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