JP2007336661A - 発電機の電圧調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発電機の異常発生前後の電気量を記録する電圧調整装置を提供する。
【解決手段】発電機の出力電圧を出力する電圧検出器７と、発電機の出力電圧を制御する電圧指令発生器８と、前記電圧指令信号から前記電圧検出信号を減じる減算器９と、前記誤差信号より界磁制御信号を出力する演算増幅器１０と、界磁電源３の電圧・電流を前記界磁制御信号に基づいて出力する界磁調節器１１と、計時手段２１と、この計時手段２１による時刻ごとに、出力電圧、周波数、電流の検出値および前記界磁制御信号等の電気量を蓄積し、出力電圧あるいは周波数あるいは電流等の異常時のトリップ信号に基づき、トリップ信号発生前後の所定時間の蓄積データを出力するメモリ制御器２２と、前記蓄積データのメモリ２３と、メモリ２３のデータを出力する出力器とを備え、異常発生前後にわたる所定時間の時刻と、出力電圧、周波数、電流の検出値、界磁制御信号等の情報を表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、同期発電機またはブラシレス同期発電機の出力電圧を所期の電圧に自動制御する発電機の電圧調整装置に関する。

同期発電機またはブラシレス同期発電機によって発電する発電装置には一般に、発電機の出力電圧を所期の値に自動制御するために自動電圧調整器が設けられている（特許文献１、２参照）。

図１０は、従来の自動電圧調整器を備えた発電装置の一例である。同図において１は同期発電機またはブラシレス同期発電機、２は自動電圧調整器、３は界磁電源、４は変圧器、５は負荷、６は保護回路を示す。自動電圧調整器２は、電圧検出器７、電圧指令発生器８、減算器９、演算増幅器１０、界磁調節器１１により構成される。保護回路６は変圧器６１、過電圧継電器６２、不足電圧継電器６３、周波数上昇継電器６４、周波数低下継電器６５、変流器６６、過電流継電器６７、故障トリップ回路６８、遮断器６９により構成される。発電機１は、遮断器６９を介して負荷５に電力を供給し、系統と連系運転を行なう。

自動電圧調整器２は次のように動作する。電圧検出器７は、変圧器４を介して発電機１の出力電圧を検出し電圧検出信号Ｖｇを出力する。電圧指令発生器８は、発電機１の電圧を所期の電圧に制御するための電圧指令信号Ｖｇ*を出力する。減算器９は電圧指令信号Ｖｇ*から電圧検出信号Ｖｇを減算し誤差信号ΔＶｇを出力する。演算増幅器１０は誤差信号ΔＶｇを入力として例えばＰＩＤ制御演算を行い、負荷のインピーダンスが変化した場合でも発電機１の出力電圧を所期の電圧に保つための界磁制御信号Ｖａを出力する。界磁電源３は界磁調節器１１に界磁電力を供給する。界磁調節器１１は界磁電源３の電圧・電流を界磁制御信号Ｖａに基づいて調節して発電機１の励磁機の界磁巻線に出力する。以上の動作により発電機１の出力電圧は定格電圧に保たれる。

過電圧継電器６２および不足電圧継電器６３は、変圧器６１を介して発電機１の出力電圧の異常を検出する。周波数上昇継電器６４および周波数低下継電器６５は、変圧器６１を介して発電機１の周波数の異常を検出する。過電流継電器６７は変流器６６を介して発電機１の過電流を検出する。故障トリップ回路６８はこれら各継電器の検出信号に基づいてトリップ信号を出力する。遮断器６９はトリップ信号が入力されることで開路される。
実開平６−４８３９９号公報 特開平５−２８４７９９号公報

自動電圧調整器は発電機電圧を所期の電圧となるように制御しようとする。そして、過電圧、不足電圧、周波数上昇、周波数低下または過電流の異常状態になった場合には事故を防ぐために保護回路が動作する。しかし、従来は保護回路の動作タイミング前後の電圧、周波数、電流等の電気量が記録に残っていないので原因の究明ができなかった。

そこで本発明は、発電機の出力電圧、周波数、電流等の電気量に異常が発生したときに異常発生前後の電気量を記録することのできる発電機の電圧調整装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の発電機の電圧調整装置は、発電機の出力電圧を検出し電圧検出信号として出力する電圧検出器と、発電機の出力電圧を所期の電圧に制御するための電圧指令信号を出力する電圧指令発生器と、前記電圧指令信号から前記電圧検出信号を減じた誤差信号を出力する減算器と、前記誤差信号を演算増幅して界磁制御信号を出力する演算増幅器と、界磁電力を供給する界磁電源の電圧・電流を前記界磁制御信号に基づいて調節して発電機の界磁巻線に出力する界磁調節器と、時刻を測定する計時手段と、この計時手段によって測定される時刻ごとに、その時の発電機出力電圧、周波数、電流の検出値および前記界磁制御信号等の電気量をデータとして蓄積し、発電機の出力電圧あるいは周波数あるいは電流等の異常時に入力されるトリップ信号に基づき、トリップ信号発生前後の所定時間の蓄積データを出力するメモリ制御器と、前記蓄積データを記憶するメモリと、前記メモリに記憶されているデータを外部に出力する出力器とを備え、異常発生前から発生後にわたる所定時間の時刻と、その時刻ごとの発電機の出力電圧、周波数、電流の検出値、界磁制御信号等の情報を表示するようにした構成とする。

また本発明の発電機の電圧調整装置は、前記発電機の出力電圧または周波数または電流の検出値または前記界磁制御信号から異常を検知して前記トリップ信号を出力する異常検出器を備え、前記メモリ制御器は前記トリップ信号に基づいて異常発生前後の所定時間の時刻と、その時の発電機出力電圧、周波数、電流の検出値および界磁制御信号等の情報を前記メモリに記憶させ、記憶データを外部の表示器に出力するようにした構成とする。

また本発明の発電機の電圧調整装置は、前記メモリは容易に取り外せるメモリである構成とする。
また本発明の発電機の電圧調整装置は、前記出力器の代わりに、前記メモリに記憶されているデータの再生を行なうための指令を出力する再生指令器と、前記再生指令器からの指令を受け前記メモリに記憶されているデータを読込み出力するデータ再生器と、前記データ再生器からのデータをアナログ電圧出力するＤ／Ａコンバータとを備え、前記メモリの記憶データを時間的に変化する電圧信号として出力するようにした構成とする。

本発明によれば、発電機の出力電圧、周波数、電流等の電気量に異常が発生したときに異常発生前後の電気量を記録することのできる発電機の電圧調整装置を提供することができる。

以下、本発明の第１ないし第３の実施の形態を図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
（構成）
図１は、本発明の第１の実施の形態の発電機の電圧調整装置の構成および信号の流れを示すブロック図である。

本実施の形態の発電機の電圧調整装置は、同期発電機またはブラシレス同期発電機１の出力電圧を変圧器４を介して検出し電圧検出信号Ｖｇとして出力する電圧検出器７と、発電機１の出力電圧を所期の電圧に制御するための電圧指令信号Ｖｇ*を出力する電圧指令発生器８と、前記電圧指令信号Ｖｇ*から前記電圧検出信号Ｖｇを減じた誤差信号ΔＶｇを出力する減算器９と、前記誤差信号ΔＶｇを演算増幅して界磁制御信号Ｖａを出力する演算増幅器１０と、界磁電力を供給する界磁電源３の電圧・電流を界磁制御信号Ｖａに基づいて調節して発電機１の界磁巻線に出力する界磁調節器１１と、時刻を測定する計時手段２１と、この計時手段２１の測定時刻と、その時刻ごとの電圧検出信号Ｖｇと界磁制御信号Ｖａを蓄積データとして蓄積し、故障トリップ回路６８からのトリップ信号に基づいてトリップ信号発生前後の所定時間の蓄積データを出力するメモリ制御器２２と、蓄積データを記憶するメモリ２３と、読込み指令をメモリ２３に出力し記憶されているデータを出力する出力器２４を備え、出力されたデータを外部表示器２５により見ることができる構成である。

計時手段２１は自動電圧調整器２の電源が切れても時刻を測ることが可能な例えばバックアップ電源を備えた時計ＩＣによって実現される。メモリ制御器２２および出力器２４は例えばマイクロコンピュータとソフトウェアによって実現される。メモリ２３は自動電圧調整器２の電源が切れてもデータを保持することが可能な例えばバックアップ電源を備えたＳＲＡＭによって実現される。外部表示器２５は例えばパソコンによって実現される。

（作用）
計時手段２１は時刻を測定する。メモリ制御器２２は計時手段２１の測定時刻と、その時刻ごとの電圧検出信号Ｖｇと界磁制御信号Ｖａを蓄積すると共に、故障トリップ回路６８からのトリップ信号に基づいてトリップ信号発生前後の所定時間の蓄積データを記憶データとして出力する。この記憶データを参照することで、電圧検出値や界磁制御信号の時間的な変化を知ることが可能となる。メモリ２３は蓄積データを記憶する。

メモリ２３は、下記のようにしてトリップ信号受信前後Ｔａ秒間のデータを記憶する。図２にメモリ２３のメモリマップを示す。図２に示すように、メモリ２３のデータ記憶領域をデータ記憶領域１とデータ記憶領域２の２個の領域に分けておく。２つのデータ記憶領域のうち、どちらか一方に常にデータが書き込まれ、もうひとつのデータ記憶領域に過去のデータが保存される。なお、このデータ記憶領域１つあたり（２×Ｔａ）秒間のデータを記憶できる大きさとする。また、同図において、ｔ（i）（ｊ）はデータ記憶領域iのｊ番目の時刻データ、ｔｒｉｐ（i）（ｊ）はデータ記憶領域iのｊ番目のトリップ信号データ、Ｖｇ（i）（ｊ）はデータ記憶領域iのｊ番目の電圧検出信号データ、Ｖａ（i）（ｊ）はデータ記憶領域iのｊ番目の界磁制御信号データをあらわす。iは１もしくは２、ｊは１〜Ｎの範囲をとる。Ｎはデータの個数である。

図３にメモリ制御器２２の動作フローを示す。なお、同図の記号は図２の記号と一致する。ステップａ１では、iとｊにそれぞれ１を代入し、ロギング中フラグをＯＦＦにする。ステップａ２では、トリップ信号がＯＮからＯＦＦに変化したか、もしくは、ロギング中フラグがＯＮであるかを判定し、「ＹＥＳ」ならばステップａ３へ、「ＮＯ」ならばステップａ７へ移行する。ステップａ３では、ロギング中フラグをＯＮにする。ステップａ４では、トリップ信号が入力されてからＴａ秒経過したかどうかを判定し、「ＹＥＳ」ならばステップａ５へ、「ＮＯ」ならばステップａ７へ移行する。ステップａ５では、ロギング中フラグをＯＦＦにする。ステップａ６では、iが１ならばiに２を代入し、iが１でないならばiに１を代入する。ステップａ７では、メモリ２３にデータを上書きして保存する。ステップａ８では、ｊがＮならばｊに１を代入し、ｊがＮでないならばｊに１を加算する。

出力器２４は読出し指令をメモリ２３に出力し、メモリ２３から記憶されているデータを受け取り、外部表示器２５に出力する。外部表示器２５は受信したデータをたとえば図４（ａ）、（ｂ）のように表示する。図４（ａ）は発電機電圧を表示しており、横軸が時間、縦軸が電圧を示す。また、図４（ｂ）は異常がいつ検出されたかを示しており、横軸が時間、縦軸がトリップ信号のＯＮ／ＯＦＦを示している。図４（ａ）、（ｂ）よりトリップ信号がＯＦＦからＯＮになった瞬間における発電機電圧Ｖｔｒｉｐを読み取ることが可能となる。図４の場合、発電機電圧が上昇しＶｔｒｉｐとなった時にトリップ信号が入力されていることから、保護回路６が動作した原因は、過電圧継電器６２が過電圧を検知し故障トリップ回路６８が動作したと判断できる。このように図４（ａ）、（ｂ）の波形を見ることで、異常の発生時刻と、保護回路動作の原因を知ることができる。

（効果）
以上説明したように、本実施の形態の発電機の電圧調整装置では、異常発生前後の所定時間の時刻、発電機電圧の検出値、界磁制御信号の情報を記憶し、記憶データを外部の表示器に出力する機能を備えているので、異常の発生時刻と、保護回路６の動作の原因を知ることができる。

なお、メモリ２３をＵＳＢメモリやメモリカード等の容易に取り外すことが可能なメディアにて実現してもよい。その場合、発電装置の設置場所にパソコン等の表示器を持参しなくても、記憶したデータを持ち帰ることができる。

（第２の実施の形態）
（構成）
図５は、本発明の第２の実施の形態の発電機の電圧調整装置の構成および信号の流れを示すブロック図である。図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。

図５において、図１に示した第１の実施の形態と異なる点は、電圧検出信号Ｖｇと界磁制御信号Ｖａから異常を検知する異常検出器３１を備え、メモリ制御器２２が保護回路６からのトリップ信号を受信する代わりに、異常検出器３１からのトリップ信号を受信することである。異常検出器３１はマイクロコンピュータとソフトウェアによって実現される。

（作用）
異常検出器３１は電圧検出信号Ｖｇと界磁制御信号Ｖａから異常を検知し、トリップ信号を出力する。図６に異常検出器３１の動作フローを示す。図６において、ステップｂ１では、計測時間ｔを０に初期化する。ステップｂ２では、界磁制御信号Ｖａとあらかじめ設定しておいたＶａの判定値を比較し、「Ｖａ＞Ｖａ判定値」ならばステップｂ３へ、そうでないならばステップｂ７へ移行する。ステップｂ３では、電圧検出信号Ｖｇとあらかじめ設定しておいたＶｇの判定値を比較し、「Ｖｇ＜Ｖｇ判定値」ならばステップｂ４へ、そうでないならばステップｂ７へ移行する。ステップｂ４では、ステップｂ２とステップｂ３の条件を初めて満たしてからの経過時間を変数ｔに保存する。ステップｂ５では、計測時間ｔと異常状態であると判断するまでの時間Ｔｓｅｔを比較し、「ｔ＞Ｔｓｅｔ」であればステップｂ６へ、そうでないならばステップｂ２へ移行する。ステップｂ６では、内部トリップ信号をＯＮにする。ステップｂ７では、内部トリップ信号をＯＦＦにし、計測時間ｔを０に初期化する。

このような動作によって、界磁電流が最大になるように調節している（Ｖａ＞Ｖａ判定値）にもかかわらず、発電機電圧が定格電圧にならない（Ｖｇ＜Ｖｇ判定値）異常状態が一定時間（Ｔｓｅｔ）経過（ｔ＞Ｔｓｅｔ）した場合にトリップ信号が出力される。

（効果）
以上説明したように、本実施の形態の発電機の電圧調整装置では、故障トリップ回路６８からの（外部）トリップ信号がなくとも、異常検出器３１が異常を検知することで、異常発生前後の一定時間の時刻、発電機電圧の検出値、界磁制御信号の情報を記憶することが可能となり、記憶データを外部表示器２５に出力することで、異常の発生時刻と、保護回路動作の原因を知ることができる。

なお、メモリ２３をＵＳＢメモリやメモリカード等の容易に取り外すことが可能なメディアにて実現してもよい。その場合、発電装置の設置場所にパソコン等の表示器を持参しなくても、記憶したデータを持ち帰ることができる。

（第３の実施の形態）
（構成）
図７は、本発明の第３の実施の形態の発電機の電圧調整装置の構成および信号の流れを示すブロック図である。図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。

図７において、図１に示した第１の実施の形態と異なる点は、出力器２４の代わりに、メモリ２３に記憶されているデータの再生を行なうための指令を出力する再生指令器４１と、再生指令器４１からの指令を受けメモリ２３に記憶されているデータを読込み出力するデータ再生器４２と、データ再生器４２からのデータをアナログ電圧出力するＤ／Ａコンバータ４３を備え、外部表示器２５の代わりに時間的な電圧の変化を表示することができる外部表示器４４を備えていることである。

再生指令器４１は例えば押下ボタンやＤIPスイッチによって実現される。データ再生器４２は例えばマイクロコンピュータとソフトウェアによって実現される。外部表示器４４は例えばオシロスコープやメモリレコーダによって実現される。

（作用）
再生指令器４１は、ＯＮ／ＯＦＦを切り替えられることにより、メモリ２３に記憶されているデータの再生を行なうための再生指令信号を出力する。データ再生器４２は、再生指令器４１の指令を受け、メモリ２３に記憶されているデータを読込み出力する。図８は、図２に示したデータ記憶領域１に保存されている電圧検出信号Ｖｇのデータを読み込む場合のデータ再生器４２のフロー図である。同図において、ｔｂは再生指令信号が入力されてからの時間であり、その他の記号については図２の記号と同じである。なお、ステップｃ２からｃ９までの実行時間が、図２の時刻データｔ（i）（ｊ）とｔ（i）（ｊ−１）の差である{ｔ（i）（ｊ）−ｔ（i）（ｊ−１）}よりも十分小さいこととする。

ステップｃ１では、ｊ=１とし、Ｄ／Ａ出力フラグをＯＦＦにする。ステップｃ２では、再生指令信号がＯＮからＯＦＦに変化したか、もしくは、Ｄ／Ａ出力フラグがＯＮであるかを判定し、「ＹＥＳ」ならばステップｃ３へ、「ＮＯ」ならばステップｃ１０へ移行する。ステップｃ３ではＤ／Ａ出力フラグをＯＮにする。ステップｃ４では再生指令信号がＯＮからＯＦＦに変化してからの時間ｔｂを計測する。ステップｃ５ではｔｂとメモリ２３に記憶している時刻データｔ（１）（ｊ）を比較し、ｔｂがｔ（１）（ｊ）以上ならばステップｃ６へ、ｔｂがｔ（１）（ｊ）より小さいならばステップｃ８へ移行する。ステップｃ６ではＶｇ（１）（ｊ）をＤ／Ａコンバータで出力可能な電圧レベルにしデータ信号を出力する。ステップｃ７ではｊに１を加算する。ステップｃ８ではｊとＮを比較し、ｊとＮが等しいならばステップｃ９へ、等しくないならばステップｃ２へ移行する。ステップｃ９ではｊ=１とし、Ｄ／Ａ出力フラグをＯＦＦにする。ステップｃ１０では、Ｄ／Ａコンバータの出力電圧が０Ｖとなるデータを出力する。

Ｄ／Ａコンバータ４３はメモリ２３に記憶されているデータを例えば図９（ａ）、（ｂ）のように電圧として出力する。なお、データの再生を行なわない場合の出力電圧は０Ｖとする。図９（ａ）は発電機電圧を示しており、横軸が時間、縦軸が電圧を示す。ただし、発電機電圧の定格値を３Ｖで出力するようにＤ／Ａコンバータにて再現可能な電圧レベルにしている。また、図９（ｂ）は異常がいつ検出されたかを示しており、横軸が時間を、縦軸がトリップ信号のＯＮ／ＯＦＦを示す。ただし、トリップ信号のＯＮを３Ｖ、ＯＦＦを１Ｖと出力している。このようなデータを外部表示器４４に表示することで保護動作の原因を知ることが可能となる。

（効果）
本実施の形態の発電機の電圧調整装置では、異常発生前後の発電機電圧の検出値や界磁制御信号等のメモリに記憶されているデータを、時間的に変化する電圧信号として出力する。時間的な電圧変化を表示することが可能な外部表示器４４にて前記電圧信号の波形を視認することで、異常の発生時刻と、保護回路６の動作の原因を知ることができる。

本発明の第１の実施の形態の発電機の電圧調整装置の構成および信号の流れを示すブロック図。 本発明の第１の実施の形態の発電機の電圧調整装置に備えられるメモリ２３のメモリマップを示す図。 本発明の第１の実施の形態の発電機の電圧調整装置に備えられるメモリ制御器２２の動作の流れを示す図。 本発明の第１の実施の形態の発電機の電圧調整装置に備えられる外部表示器２５の画面表示イメージ図。 本発明の第２の実施の形態の発電機の電圧調整装置の構成および信号の流れを示すブロック図。 本発明の第２の実施の形態の発電機の電圧調整装置に備えられる異常検出器３１の動作の流れを示す図。 本発明の第３の実施の形態の発電機の電圧調整装置の構成および信号の流れを示すブロック図。 本発明の第３の実施の形態の発電機の電圧調整装置に備えられるデータ再生器４２の動作の流れを示す図。 本発明の第３の実施の形態の発電機の電圧調整装置に備えられるＤ／Ａコンバータ４３の出力イメージ図。 従来の自動電圧調整器を備えた発電装置を示す図。

符号の説明

１…同期発電機またはブラシレス同期発電機、２…自動電圧調整器、３…界磁電源、４…変圧器、５…負荷、６…保護回路、７…電圧検出器、８…電圧指令発生器、９…減算器、１０…演算増幅器、１１…界磁調節器、２１…計時手段、２２…メモリ制御器、２３…メモリ、２４…出力器、２５…外部表示器、３１…異常検出器、４１…再生指令器、４２…データ再生器、４３…Ｄ／Ａコンバータ、４４…外部表示器、６１…変圧器、６２…過電圧継電器、６３…不足電圧継電器、６４…周波数上昇継電器、６５…周波数低下継電器、６６…変流器、６７…過電流継電器、６８…故障トリップ回路、６９…遮断器、Ｖｇ…電圧検出信号、Ｖｇ*…電圧指令信号、ΔＶｇ…誤差信号、Ｖａ…界磁制御信号。

Claims (4)

1. 発電機の出力電圧を検出し電圧検出信号として出力する電圧検出器と、発電機の出力電圧を所期の電圧に制御するための電圧指令信号を出力する電圧指令発生器と、前記電圧指令信号から前記電圧検出信号を減じた誤差信号を出力する減算器と、前記誤差信号を演算増幅して界磁制御信号を出力する演算増幅器と、界磁電力を供給する界磁電源の電圧・電流を前記界磁制御信号に基づいて調節して発電機の界磁巻線に出力する界磁調節器と、時刻を測定する計時手段と、この計時手段によって測定される時刻ごとに、その時の発電機出力電圧、周波数、電流の検出値および前記界磁制御信号等の電気量をデータとして蓄積し、発電機の出力電圧あるいは周波数あるいは電流等の異常時に入力されるトリップ信号に基づき、トリップ信号発生前後の所定時間の蓄積データを出力するメモリ制御器と、前記蓄積データを記憶するメモリと、前記メモリに記憶されているデータを外部に出力する出力器とを備え、異常発生前から発生後にわたる所定時間の時刻と、その時刻ごとの発電機の出力電圧、周波数、電流の検出値、界磁制御信号等の情報を表示するようにしたことを特徴とする発電機の電圧調整装置。
2. 前記発電機の出力電圧または周波数または電流の検出値または前記界磁制御信号から異常を検知して前記トリップ信号を出力する異常検出器を備え、前記メモリ制御器は前記トリップ信号に基づいて異常発生前後の所定時間の時刻と、その時の発電機出力電圧、周波数、電流の検出値および界磁制御信号等の情報を前記メモリに記憶させ、記憶データを外部の表示器に出力するようにしたことを特徴とする請求項１記載の発電機の電圧調整装置。
3. 前記メモリは容易に取り外せるメモリであることを特徴とする請求項１または２記載の発電機の電圧調整装置。
4. 前記出力器の代わりに、前記メモリに記憶されているデータの再生を行なうための指令を出力する再生指令器と、前記再生指令器からの指令を受け前記メモリに記憶されているデータを読込み出力するデータ再生器と、前記データ再生器からのデータをアナログ電圧出力するＤ／Ａコンバータとを備え、前記メモリの記憶データを時間的に変化する電圧信号として出力するようにしたことを特徴とする請求項１または２記載の発電機の電圧調整装置。
   
   

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