JP2014230405A - 二次励磁変換器保護装置および二次励磁変換器保護方法 - Google Patents

Abstract

【課題】巻線形誘導発電電動機の二次側での過電圧発生前に過電圧の予測検出を行うことにより二次励磁変換器を保護する。
【解決手段】二次励磁変換器保護装置１は、巻線形誘導発電電動機３の二次側および二次励磁変換器４の出力側間の電圧を検出し、検出した電圧を電圧値に換算する電圧検出手段２０と、検出された電圧値に基づいて出力側間の過電圧に至る直前の電圧異常を判定する二次側異常判定手段１０と、電圧異常の判定に基づいて二次側遮断器６および短絡遮断器７を動作させる制御指令を送信する遮断器制御手段３０とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、巻線形誘導発電電動機の二次側に用いられる二次励磁変換器保護装置および二次励磁変換器保護方法に関する。

変速可能な巻線形誘導発電電動機において、故障などの原因により二次側の電圧が増大して過電圧となった場合に、その過電圧により二次励磁変換器内のコンデンサが破損し、直流短絡が発生して二次励磁変換器内に過大な電流が流れる恐れがある。そのため、巻線形誘導発電電動機の二次側で、過電圧の異常などを検出し、発電設備運用の保護強化を図る保護装置が求められている。

なお、交流励磁同期機の二次励磁装置において、交流励磁同期機の一次側の系統事故にもとづく二次側に発生する過電圧に対してはアレスタ等の非直線抵抗素子で保護すると共に、系統事故または二次側過電圧を検出すると励磁変換器の周波数変換手段をオフし、系統事故が除去され一次側の電圧が回復すると周波数変換手段をオンして交流励磁同期機の運転を継続させる制御手段を備えたことが知られている。

特開平６−３１９２９９号公報

過電圧の検出は設定された電圧値を超えてからの検出となるので、何らかの理由で急峻な電圧上昇が発生した場合には、過電圧検出から保護装置動作までの時間遅れにより、二次励磁変換装置の直流短絡につながるだけではなく、巻線形誘導発電電動機二次側の絶縁破壊につながる可能性もある。

また、二次励磁変換装置に出力フィルタが取り付けてある場合に、巻線形誘導発電電動機と出力フィルタ間の共振による自己励磁現象が発生することがある。このような場合に、従来の二次励磁変換器保護装置では、共振による電圧上昇はコンバータとインバータ間の直流過電圧が検出されるまで抑えることができなかった。

本発明が解決しようとする課題は、巻線形誘導発電電動機の二次側で過電圧が発生する前に過電圧の予測検出を行い、二次励磁変換器を保護することができる二次励磁変換器保護装置および二次励磁変換器保護方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明に係る二次励磁変換器保護装置は、巻線形誘導発電電動機の二次側と当該二次側に接続された二次励磁変換器との間に設けられ、１または複数の遮断器の動作を制御する二次励磁変換器保護装置である。当該二次励磁変換器保護装置は、前記巻線形誘導発電電動機の二次側および前記二次励磁変換器の出力側間の電圧を検出し、検出した電圧を電圧値に換算する電圧検出手段と、検出された前記電圧値に基づいて、前記巻線形誘導発電電動機の二次側および前記二次励磁変換器の出力側間の過電圧に至る直前の電圧異常を判定する二次側異常判定手段と、前記電圧異常の判定に基づいて、前記遮断器を動作させる制御指令を送信する遮断器制御手段と、を備えることを特徴とする。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る二次励磁変換器保護方法は、巻線形誘導発電電動機の二次側と当該二次側に接続された二次励磁変換器との間に設けられ、１または複数の遮断器の動作を制御する二次励磁変換器保護装置の二次励磁変換器保護方法である。当該二次励磁変換器保護方法は、前記巻線形誘導発電電動機の二次側および前記二次励磁変換器の出力側間の電圧を検出し、検出した電圧を電圧値に換算する電圧検出ステップと、検出された前記電圧値に基づいて、前記巻線形誘導発電電動機の二次側および前記二次励磁変換器の出力側間の過電圧に至る直前の電圧異常を判定する二次側異常判定ステップと、前記二次側異常判定ステップによる前記電圧異常の判定に基づいて、前記遮断器を動作させる制御指令を送信する遮断器制御ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る二次励磁変換器保護装置および二次励磁変換器保護方法によれば、巻線形誘導発電電動機の二次側で過電圧が発生する前に過電圧の予測検出を行い、二次励磁変換器を保護することができる。

本発明に係る二次励磁変換器保護装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図。 本発明に係る二次励磁変換器保護装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図。 図２の二次励磁変換器保護装置の過電圧予測検出方法を示す図。 図２の二次励磁変換器保護装置の過電圧予測検出の処理フローを示すフロー図。 本発明に係る二次励磁変換器保護装置の第３の実施形態の構成を示すブロック図。 図５の二次励磁変換器保護装置の周波数異常検出方法を示す図。 図５の二次励磁変換器保護装置の周波数異常検出の処理フローを示すフロー図。 本発明に係る二次励磁変換器保護装置の第４の実施形態の構成を示すブロック図。

以下、本発明に係る実施形態の二次励磁変換器保護装置および二次励磁変換器保護方法について、図面を参照して具体的に説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。ここで説明する下記の実施形態はいずれも、巻線形誘導発電電動機の二次励磁変換器の一例をとりあげて説明する。

［第１の実施形態］
図１は、本発明に係る二次励磁変換器保護装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。

第１の実施形態の二次励磁変換器保護装置１は、図１に示すように、巻線形誘導発電電動機３と二次励磁変換器４との間に接続されている。詳細には、以下の構成からなる接続系統である。

巻線形誘導発電電動機３の一次側は、例えば一次側遮断器８を介して電力系統（図1の系統）に接続されている。二次励磁変換器４の一次側は電力系統に接続され、その二次側は出力フィルタ５、二次側遮断器６および短絡遮断器７を介して、巻線形誘導発電電動機３の二次側に接続されている。

二次励磁変換器４は、順変換器（コンバータ）４１と、逆変換器（インバータ）４２と、平滑化フィルタ４３とを備えている。順変換器４１は、交流から直流への電力変換を行う。逆変換器４２は、直流から設定された変換器周波数の交流に電力変換可能である。また、二次励磁変換器４において、逆変換器４２が交流から直流への電力変換を行い、順変換器４１が直流から交流への電力変換を行う動作機能を有してもよい。

巻線形誘導発電電動機３の二次側は、さらに、所定比で降圧する電圧変成器（ＶＴ）９を介して、二次励磁変換器保護装置１に接続されている。

二次励磁変換器保護装置１は、巻線形誘導発電電動機３の二次側と当該二次側に接続された二次励磁変換器４との間に接続され、遮断器（二次側遮断器６および短絡遮断器７）の動作を制御する。二次励磁変換器保護装置１は、図１に示すように、二次側異常判定手段１０と、電圧検出手段２０と、遮断器制御手段３０とを備えている。

電圧検出手段２０は、電圧変成器９を介して、巻線形誘導発電電動機３の二次側および二次励磁変換器４の出力側間の所定比で降圧された電圧を検出し、検出した電圧を電圧値に換算する。電圧検出手段２０は、例えば検出した電圧についてサンプリングしてアナログ値をデジタル値に変換し、所定の換算値に基づいて電圧値に換算する。

二次側異常判定手段１０は、検出された電圧値に基づいて、巻線形誘導発電電動機３の二次側および二次励磁変換器４の出力側間の過電圧に至る直前の電圧異常を判定する。二次側異常判定手段１０は、検出された電圧値から周波数解析または電圧予測などによって、過電圧に至る直前の電圧異常を判定する。

この際に、二次側異常判定手段１０では、遮断器制御手段３０から開放の制御指令が遮断器に送信されてから実際に遮断器が動作を完了する遅れ時間について考慮される。例えば、これらの遅れ時間は、遮断器の性能や、制御系の動作遅れが考慮されて、二次側異常判定手段１０に予め設定時間として記憶または設定されている。

遮断器制御手段３０は、電圧異常の判定に基づいて、遮断器を動作させる制御指令を送信する。具体的には、電圧異常が判定された場合に、遮断器制御手段３０は、二次側遮断器６に対して開放の制御指令を送信し、短絡遮断器７に対して短絡の制御指令を送信する。

また、遮断器制御部３０は、電圧異常が判定された場合に、二次励磁変換器４に過電圧予測警報を通知してもよい。この場合には、遮断器制御部３０は、二次励磁変換器４に過電圧予測警報を通知するインターフェース手段を有する。

二次側遮断器６は、遮断器制御手段３０から開放の制御指令を受信すると、過電圧に至る前に開放動作を完了する。同様に、短絡遮断器７は、遮断器制御手段３０から投入（短絡）の制御指令を受信すると、過電圧に至る前に短絡動作を完了する。

以上により、第１の実施形態の二次励磁変換器保護装置によれば、過電圧に至る直前の電圧異常を判定し、過電圧に至る前に遮断器を動作させて、二次励磁変換器を過電圧から保護することができる。

［第２の実施形態］
図２は、本発明に係る二次励磁変換器保護装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。図３は、図２の二次励磁変換器保護装置の過電圧予測検出方法を示す図である。図４は、図２の二次励磁変換器保護装置の過電圧予測検出の処理フローを示すフロー図である。

第２の実施形態の二次励磁変換器保護装置１ａは、図２に示すように、ＡＤ変換部１１と、過電圧予測時間演算部１２と、過電圧判定部１３と、遮断器動作時間設定部１４と、遮断器制御部１５とを備えている。

なお、ＡＤ変換部１１は図１に示す電圧検出手段２０に対応し、遮断器制御部１５は図１に示す遮断器制御手段３０に対応する。また、過電圧予測時間演算部１２、過電圧判定部１３および遮断器動作時間設定部１４は、図１に示す二次側異常判定手段１０に対応する。また、これらは対応関係を示すものであり、図１に示す構成がこれらの各機能部に限定されるものではない。

ＡＤ変換部１１は、電圧変成器９から検出された電圧をＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換し、検出された電圧値のデジタルデータを、逐次、過電圧予測時間演算部１２に出力する。

過電圧予測時間演算部１２は、ＡＤ変換部１１により検出された電圧値に基づいて過電圧に至る直前の予測電圧値を予測する。過電圧予測時間演算部１２は、所定の間隔ごとに当該予測電圧値に達するまでの過電圧予測時間を演算する。なお、所定の間隔は、例えばＡ／Ｄ変換のサンプリング間隔、または、その倍数などで定まる時間間隔である。

遮断器動作時間設定部１４は、二次側遮断器６および短絡遮断器７の動作について、二次側遮断器６および短絡遮断器７が制御指令を受けてから制御完了するまでの遅れ時間を含む設定時間Ｔｓを予め記憶し、または設定されている。なお、複数の遮断器を有する場合には、設定時間Ｔｓは少なくとも最も遅い制御動作の遮断器に基づいて定められる。

過電圧判定部１３は、予測電圧値および過電圧予測時間に基づいて、電圧異常を判定する。また、電圧異常であると判定した場合、過電圧判定部１３は、設定時間Ｔｓおよび過電圧予測時間に基づいて、二次側電圧が予測電圧値を超えないように遮断器を動作させる時間を決定する。

遮断器制御部１５は、電圧異常の判定に基づいて、遮断器を動作させる制御指令を送信する。具体的には、電圧異常と判定された場合に、遮断器制御部１５は、二次側遮断器６に対して開放の制御指令を送信し、短絡遮断器７に対して投入の制御指令を送信する。

また、遮断器制御部１５は、二次励磁変換器４に過電圧予測警報を通知してもよい。この場合には、遮断器制御部１５は、二次励磁変換器４に過電圧予測警報を通知するインターフェース手段を有する。

図３に、二次励磁変換器保護装置１ａの過電圧予測検出の例を示し、特に、パターンＬａ、パターンＬｂおよびパターンＬｃの異なる電圧変化の例を挙げている。例えば、パターンＬａでは緩やかな電圧変化（直線）、パターンＬｂではやや急な電圧変化（直線）、パターンＬｃでは急な電圧変化（曲線）を示す。なお、図３において、横軸に時間を示し、縦軸に電圧値を示す。

図３において、二次励磁変換器４の過電圧は過電圧設定値Ｖｔｈ以上として定義され、二次励磁変換器保護装置１ａの図示しない記憶部には予め過電圧設定値Ｖｔｈが記憶されている。

例えば、パターンＬａのように二次側電圧が検出されている場合、過電圧判定部１３は、過電圧に至る直前の予測電圧値を以下のように判断する。なお、パターンＬａにおいて、時間ｔ０（起点）〜ｔ５までは、過電圧となる電圧異常でないとされている区間である。

過電圧予測時間演算部１２は、時間ｔ５までの時点において、それまでのＡ／Ｄ変換部１１により検出された電圧値に基づいて、二次側電圧の変化を直線（パターンＬａ）で近似している。そして、現在のサンプリングにより時間ｔ５の時点において、過電圧予測時間演算部１２は、現在のサンプリングにより検出された電圧値（Ｉ）を取得しているとする。

過電圧予測時間演算部１２は、この電圧値（Ｉ）を含めてそれまでの直前に取得された複数の電圧値に基づいて、二次側電圧の変化を直線であると判断する。なお、過電圧予測時間演算部１２は、例えばいくつかのフィッティング関数を予め用意して、最適フィッティングを判断する。

この結果を、過電圧判定部１３が受けて、次回以降のサンプリング（現在のサンプリングの次以降）における予測電圧値をパターンＬａにあてはめて予測する。また、フィッティング関数による誤差が大きくなった場合には、適宜、過電圧判定部１３は、フィッティング関数を見直して、誤差が小さくなるように変更する。

例えば、図３のパターンＬａの例では、過電圧判定部１３が時間ｔ５で二次側遮断器６に対する開放指令を遮断器制御部１５に送信すると、少なくとも時間ｔ６に二次側遮断器６が開放される（短絡遮断器７は短絡される）。なお、過電圧判定部１３は、この際に、設定時間Ｔｓも考慮する。すなわち、時間ｔ６は、時間ｔ５から少なくとも設定時間Ｔｓが確保できる時間である。

一方、仮に過電圧判定部１３が次回のサンプリング時点で二次側遮断器６に対する開放指令を遮断器制御部１５に送信した場合に、過電圧判定部１３は二次側電圧が過電圧設定値Ｖｔｈ以上になると判定する。

したがって、過電圧判定部１３は、時間ｔ５において、電圧異常であると判定する。この判定後、過電圧判定部１３は、速やかに遮断器制御部１５に遮断器の動作制御を指令する。これを受けて、遮断器制御部１５は、二次側遮断器６に対して開放の制御指令を送信し、短絡遮断器７に対して投入の制御指令を送信する。これにより、過電圧に至る前の時間ｔ６までに遮断器動作が行われ、二次励磁変換器４は過電圧から保護される。

また、図３のパターンＬｂの例では、電圧値（ＩＩ）においてパターンＬａに比べて直線の傾きが大きいが、前述した二次側電圧の変化を直線で近似している場合と同様である。時間ｔ３において、過電圧判定部１３が二次側遮断器６に対する開放指令を遮断器制御部１５に送信すると、少なくとも時間ｔ４には二次側遮断器６が開放される。

次に、図のパターンＬｃの例では、過電圧予測時間演算部１２は、この電圧値（ＩＩＩ）を含めてそれまでの直前に取得された複数の電圧値に基づいて、二次側電圧の変化を所定のフィッティング関数の中から最適フィッティング（直線、複数の曲線など）を判断する。過電圧判定部１３が、この結果を受けて、次回以降のサンプリングにおける予測電圧値をパターンＬｃにあてはめて予測する。これより、過電圧判定部１３が時間ｔ１で二次側遮断器６に対する開放指令を遮断器制御部１５に送信すると、少なくとも時間ｔ２には二次側遮断器６が開放される。これにより、二次励磁変換器４は過電圧から保護される。

次に、図２を参照しながら、図４に示す二次励磁変換器保護装置１ａの過電圧予測検出の処理フローについて説明する。

二次励磁変換器保護装置１ａの過電圧予測検出処理が開始されると、ＡＤ変換部１１は、電圧変成器９より二次側電圧をサンプリングし、検出する（ステップＳ１１）。

次に、過電圧予測時間演算部１２は、ＡＤ変換部１１により検出された電圧値に基づいて、過電圧の直前に至る予測電圧値および過電圧予測時間を演算する（ステップＳ１２）。

次に、遮断器動作時間設定部１４は、設定時間Ｔｓを過電圧判定部１３に出力する（ステップＳ１３）。

次に、過電圧判定部１３は、過電圧予測時間および設定時間Ｔｓに基づいて、次回以降の所定の時間までに、過電圧を超えるか否か判定する（ステップＳ１４）。

判定後、次回以降の所定時間までに過電圧を超えると判定した場合（ステップＳ１４のＹｅｓ）、過電圧判定部１３は、遮断器制御部１５を介して過電圧に至る前に遮断器が動作するように制御指令を送信する（ステップＳ１５）。また、二次励磁変換器４に過電圧予測警報を送信する。その後、本処理ステップを終了する。

一方、次回以降の所定時間までに過電圧を超えないと判定した場合（ステップＳ１４のＮｏ）、過電圧判定部１３は遮断器に制御指令を送信せず、ステップＳ１１に処理を戻し、以降は処理を繰り返す。

以上説明したように、第２の実施形態によれば、過電圧に至る直前の電圧異常を判定し、過電圧に至る前に遮断器を動作させて、二次励磁変換器を過電圧から保護することができる。

［第３の実施形態］
図５は、本発明に係る二次励磁変換器保護装置の第３の実施形態の構成を示すブロック図である。図６は、図５の二次励磁変換器保護装置の周波数異常検出方法を示す図である。図７は、図５の二次励磁変換器保護装置の周波数異常検出の処理フローを示すフロー図である。

第３の実施形態の二次励磁変換器保護装置１ｂは、二次励磁変換器４から設定周波数を取得し、二次励磁変換器４の出力側と巻線形誘導発電電動機３の二次側間で検出される周波数成分と比較して、電圧異常を判定する。このために、二次励磁変換器保護装置１ｂは、図５に示すように、ＡＤ変換部２１と、周波数解析部２２と、周波数比較部２３と、変換器周波数取得部２４と、遮断器制御部２５とを備えている。

なお、ＡＤ変換部２１は図１に示す電圧検出手段２０に対応し、遮断器制御部２５は図１に示す遮断器制御手段３０に対応する。また、周波数解析部２２、周波数比較部２３および変換器周波数取得部２４は、図１に示す二次側異常判定手段１０に対応する。また、これらは対応関係を示すものであり、図１に示す構成がこれらの各機能部に限定されるものではない。

ＡＤ変換部２１は、電圧変成器９から検出された電圧をＡ／Ｄ変換し、検出された電圧値のデジタルデータを、逐次、周波数解析部２２に出力する。なお、ＡＤ変換部２１は、図２のＡＤ変換部１１と同様である。

周波数解析部２２は、ＡＤ変換部２１から出力された複数の時系列の電圧値（デジタルデータ）を、例えばＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）演算を用いて周波数解析する。周波数解析部２２は、適宜、解析範囲によりフィルタ処理（例えば窓関数）を行ってもよい。周波数解析部２２は、周波数解析の結果を、周波数比較部２３に逐次出力する。例えば、周波数解析の結果は、一または複数の周波数と当該周波数での電圧レベル（以降ではパワーとする）などが算出される。

なお、周波数解析部２２は図示しないメモリを有し、そのメモリには一時的に複数の検出された電圧値が保存され、逐次、ＡＤ変換部２１から検出された電圧値が更新されている。また、メモリは、少なくともＦＦＴ演算に必要なデータ量が確保できる容量である。

変換器周波数取得部２４は、二次励磁変換器４から交流出力の周波数設定値（変換器周波数ｆｉｎｖ）を取得する。変換器周波数取得部２４は、取得した変換器周波数ｆｉｎｖを周波数比較部２３に出力する。なお、二次励磁変換器４から変換器周波数ｆｉｎｖを取得しなくとも、二次励磁変換器４を電力制御する制御装置（図示しない）から取得してもよい。また、二次励磁変換器４から取得される変換器周波数ｆｉｎｖは、インバータの基本波周波数である。

周波数比較部２３は、周波数解析の結果から変換器周波数ｆｉｎｖに一致する周波数成分での基本周波数パワー（Ｐｉｎｖ）を求める。さらに、周波数比較部２３は、周波数解析の結果から変換器周波数ｆｉｎｖ以外の周波数成分のパワーを求める。

図６に、周波数比較部２３による周波数解析処理の一例を示す。図６に示すグラフには、横軸に周波数、縦軸にパワーが示され、周波数比較部２３により演算された結果が示されている。また、図６に示す周波数において、共振周波数ｆｋおよびそのパワーをＰｋとし、周波数異常を判定するためのパワー判定閾値Ｐｔｈとする。

以下に、周波数比較部２３による共振周波数ｆｋの判定方法を説明する。

周波数比較部２３は、パワー判定閾値Ｐｔｈを超える周波数成分について、共振周波数ｆｋとして判定する。具体的には、周波数比較部２３は、変換器周波数ｆｉｎｖで解析された基本周波数パワーＰｉｎｖに、所定の係数をかけた値をパワー判定閾値Ｐｔｈとする。

例えば、所定の係数が１．５倍として予め設定された場合、周波数比較部２３は、パワー判定閾値Ｐｔｈ＝基本周波数パワーＰｉｎｖ×１．５倍として定める。周波数比較部２３は、このパワー判定閾値Ｐｔｈを超えるパワーの周波数成分を共振周波数ｆｋと判定する。なお、パワー判定閾値Ｐｔｈを超える周波数成分について共振周波数ｆｋとして判定しているが、実際の共振周波数ｆｋでない場合にも何らかの異常周波数である可能性があり、これらも含めて共振周波数として判定している。

すなわち、周波数比較部２３は、周波数解析部２２から得られた周波数解析の結果に基づいて、パワー判定閾値Ｐｔｈを超える周波数成分について共振周波数ｆｋであるとする。一方、周波数比較部２３は、パワー判定閾値Ｐｔｈ以下のパワーを有する周波数成分について共振周波数ｆｋでないとする。

これにより、周波数比較部２３は、解析された周波数成分から変換器周波数ｆｉｎｖ以外の周波数で変換器周波数ｆｉｎｖのパワーとの比が所定比を超えた場合に電圧異常と判定し、変換器周波数ｆｉｎｖ以外の周波数で変換器周波数ｆｉｎｖのパワーとの比が所定比以下の場合に電圧異常でないと判定することができる。

なお、便宜的に、パワー判定閾値Ｐｔｈを超える周波数成分としたが、パワー判定閾値Ｐｔｈ以上の周波数成分として判定してもよい。また、パワー判定閾値Ｐｔｈ以下の周波数成分についても同様である。

遮断器制御部２５は、周波数比較部２３による電圧異常判定に基づいて、遮断器（二次側遮断器６および短絡遮断器７）を動作させる制御指令を送信する。具体的には、電圧異常と判定された場合に、遮断器制御部２５は、二次側遮断器６に対して開放の制御指令を送信し、短絡遮断器７に対して投入の制御指令を送信する。

また、遮断器制御部２５は、二次励磁変換器４に周波数異常警報を通知してもよい。この場合には、遮断器制御部２５は、二次励磁変換器４に周波数異常警報を通知するインターフェース手段を有する。

ここで、例えば図５に示す電力系統において、二次励磁変換器４に出力フィルタ５が取り付けてある場合に、巻線形誘導発電電動機３と出力フィルタ５間の共振による自己励磁現象が発生することがある。

例えば、試験などで巻線形誘導発電電動機３を停止させ、一次側遮断器８を開放した場合に、巻線形誘導発電電動機３のインダクタンス成分に大きな磁気エネルギーが蓄積していることがある。この巻線形誘導発電電動機３のインダクタンス成分に蓄積したエネルギーが放電され、さらに巻線形誘導発電電動機３と出力フィルタ５間の共振により、例えば二次励磁変換器４のＩＧＢＴなどの素子が過電圧により破壊されて、二次励磁変換器４の故障要因となる。従来の過電圧保護装置では、このような共振による電圧上昇は順変換器４１と逆変換器４２間の直流過電圧が検出されるまで抑えることができなかった。

しかし、二次励磁変換器保護装置１ｂでは、前述したように、二次励磁変換器４の変換器周波数ｆｉｎｖ以外の共振周波数ｆｋなどを検出することにより、巻線形誘導発電電動機３の二次側で過電圧が発生する前に過電圧の予測検出を行い、二次励磁変換器４を過電圧から保護することができる。

なお、試験後などに、二次励磁変換器４を停止させた時に、変換器周波数取得部２４が二次励磁変換器４から変換器周波数ｆｉｎｖを取得できない場合もあるが、変換器周波数取得部２４は、このような場合には直前の状態のデータを用いて、変換器周波数ｆｉｎｖを周波数比較部２３に出力してもよい。これにより、例えば系統に接続する前の試験において、二次励磁変換器４を停止させた場合などに、巻線形誘導発電電動機３と出力フィルタ５間などの共振により二次励磁変換器４の素子が過電圧により破壊されることを防止することができる。

次に、図５および図６に基づいて、図７に示す二次励磁変換器保護装置１ｂの周波数異常検出の処理フローについて説明する。

二次励磁変換器保護装置１ｂの周波数異常処理が開始されると、ＡＤ変換部２１は、電圧変成器９より二次側電圧をサンプリングし、検出する（ステップＳ２１）。

次に、周波数解析部２２は、ＡＤ変換部２１から出力された複数の時系列の電圧値を、ＦＦＴ演算を用いて周波数解析する（ステップＳ２２）。

次に、変換器周波数取得部２４は、二次励磁変換器４から変換器周波数ｆｉｎｖを取得する。変換器周波数取得部２４は、取得した変換器周波数ｆｉｎｖを周波数比較部２３に出力する（ステップＳ２３）。

次に、周波数比較部２３は、周波数解析の結果から変換器周波数ｆｉｎｖに一致する周波数成分での基本周波数パワー（Ｐｉｎｖ）を求める（ステップＳ２４）。

さらに、周波数比較部２３は、周波数解析の結果から変換器周波数ｆｉｎｖ以外の周波数成分のパワーを求める（ステップＳ２５）。

次に、周波数比較部２３は、変換器周波数ｆｉｎｖ以外の周波数の電圧がパワー判定閾値Ｐｔｈを超えているか否か判定する（ステップＳ２６）。

変換器周波数ｆｉｎｖ以外の周波数の電圧がパワー判定閾値Ｐｔｈを超えている場合（ステップＳ２６のＹｅｓ）、周波数比較部２３は、遮断器制御部２５を介して遮断器に制御指令を送信する（ステップＳ２７）。また、二次励磁変換器４に周波数異常警報を送信する。その後、本処理ステップを終了する。

一方、変換器周波数ｆｉｎｖ以外の周波数の電圧がパワー判定閾値Ｐｔｈを超えてない場合（ステップＳ２６のＮｏ）、周波数比較部２３は遮断器に制御指令を送信せず、ステップＳ２１に処理を戻して、以降は処理を繰り返す。

以上説明したように、第３の実施形態によれば、過電圧に至る直前の電圧異常を判定し、過電圧に至る前に遮断器を動作させて、二次励磁変換器を過電圧から保護することができる。

［第４の実施形態］
図８は、本発明に係る二次励磁変換器保護装置の第４の実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態は、第２の実施形態および第３の実施形態の二次励磁変換器保護装置の構成を組み合わせたものに相当する。

第４の実施形態の二次励磁変換器保護装置１ｃは、検出された電圧値に基づいて、巻線形誘導発電電動機３の二次側および二次励磁変換器４の出力側間の過電圧に至る直前の予測電圧を演算する第１の電圧異常、および、周波数解析による周波数異常検出による第２の電圧異常を判定する。二次励磁変換器保護装置１ｃは、少なくとも第１の電圧異常を判定する過電圧予測判定手段と、第２の電圧異常を判定する周波数異常判定手段とを備えている。

具体的には、二次励磁変換器保護装置１ｃは、図８に示すように、ＡＤ変換部１１と、過電圧予測時間演算部１２と、過電圧判定部１３と、遮断器動作時間設定部１４と、周波数解析部２２と、周波数比較部２３と、変換器周波数取得部２４と、遮断器制御部４５とを備えている。ここで、過電圧予測判定手段は、過電圧予測時間演算部１２、過電圧判定部１３および遮断器動作時間設定部１４が対応する。また、周波数異常判定手段は、周波数解析部２２、周波数比較部２３および変換器周波数取得部２４が対応する。

なお、これらの構成及び動作については前述した通りであり、ここでは、その判定結果を用いる遮断器制御部４５の動作について、以下に説明する。

遮断器制御部４５は、過電圧予測判定手段および周波数異常判定手段によって第１の電圧異常および第２の電圧異常のいずれかであると判定された場合に、遮断器を動作させる制御指令を送信する。また、第１の電圧異常および第２の電圧異常のいずれにも該当しないと判定された場合、遮断器制御部４５は、遮断器を動作させる制御指令を送信しない。

また、遮断器制御部４５は、二次励磁変換器４に過電圧予測警報または／および周波数異常警報を通知してもよい。この場合には、遮断器制御部４５は、二次励磁変換器４にこれらの警報を通知するインターフェース手段を有する。

これにより、二次励磁変換器保護装置１ｃは、過電圧の予測検出および周波数異常検出により、過電圧に至る前に遮断器（二次側遮断器６および短絡遮断器７）を動作させることができる。

以上説明したように、第４の実施形態によれば、過電圧の予測検出および周波数異常検出によって、二次励磁変換器に過大な電圧がかかることを回避し、変換器の素子破損などの故障事故を防止する。

第４の実施形態によれば、過電圧に至る直前の電圧異常を判定し、過電圧に至る前に遮断器を動作させて、二次励磁変換器を過電圧から保護することができる。

［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。例えば、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形には、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ…二次励磁変換器保護装置、３…巻線形誘導発電電動機、４…二次励磁変換器、５…出力フィルタ、６…二次側遮断器、７…短絡遮断器、８…一次側遮断器、９…電圧変成器（ＶＴ）、１０…二次側異常判定手段、１１、２１…ＡＤ変換部、１２…過電圧予測時間演算部、１３…過電圧判定部、１４…遮断器動作時間設定部、１５、２５、４５…遮断器制御部、２０…電圧検出手段、２２…周波数解析部、２３…周波数比較部、２４…変換器周波数取得部、３０…遮断器制御手段、４１…順変換器（コンバータ）、４２…逆変換器（インバータ）、４３…平滑化フィルタ

Claims (6)

1. 巻線形誘導発電電動機の二次側と当該二次側に接続された二次励磁変換器との間に設けられ、１または複数の遮断器の動作を制御する二次励磁変換器保護装置であって、
   前記巻線形誘導発電電動機の二次側および前記二次励磁変換器の出力側間の電圧を検出し、検出した電圧を電圧値に換算する電圧検出手段と、
   検出された前記電圧値に基づいて、前記巻線形誘導発電電動機の二次側および前記二次励磁変換器の出力側間の過電圧に至る直前の電圧異常を判定する二次側異常判定手段と、
   前記電圧異常の判定に基づいて、前記遮断器を動作させる制御指令を送信する遮断器制御手段と、
   を備えることを特徴とする二次励磁変換器保護装置。
2. 前記二次側異常判定手段は、
   前記電圧検出手段により検出された前記電圧値に基づいて前記過電圧に至る直前の予測電圧値を演算し、所定の時間間隔ごとに当該予測電圧値に達するまでの過電圧予測時間を演算する過電圧予測時間演算部と、
   前記所定の時間間隔ごとに、前記過電圧予測時間および前記予測電圧値に基づいて、前記電圧異常を判定する過電圧判定部と、
   前記遮断器制御手段の前記制御指令から前記遮断器が動作するまでの動作時間を保証する設定時間を記憶する遮断器動作時間設定部と、を有し、
   前記過電圧判定部は、少なくとも次の前記時間間隔後に、前記過電圧予測時間に前記設定時間を含めて前記予測電圧値が予め定めた過電圧設定値を超えると判断した場合に前記電圧異常と判定し、前記過電圧予測時間に前記設定時間を含めて前記予測電圧値が前記過電圧設定値を超えないと判断した場合に前記電圧異常でないと判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の二次励磁変換器保護装置。
3. 前記過電圧予測時間演算部は、検出された複数の前記電圧値から電圧曲線を求め、当該求めた前記電圧曲線から前記予測電圧値を演算し、当該予測電圧値を用いて予め定めた過電圧設定値に至る時間を前記過電圧予測時間として演算し、
   前記過電圧判定部は、前記設定時間および前記過電圧予測時間に基づいて、前記電圧異常を判定する
   ことを特徴とする請求項２に記載の二次励磁変換器保護装置。
4. 前記二次側異常判定手段は、
   前記二次励磁変換器から変換器周波数を取得する変換器周波数取得部と、
   前記電圧検出手段により検出した電圧に基づいて、当該検出した周波数成分を解析する周波数解析部と、
   解析された前記周波数成分および前記変換器周波数に基づいて、前記電圧異常を判定する周波数比較部と、を有し、
   前記周波数比較部は、解析された前記周波数成分から前記変換器周波数以外の周波数でのパワーと前記変換器周波数でのパワーとの比が所定比を超えた場合に前記電圧異常と判定し、前記比が所定比以下の場合に前記電圧異常でないと判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の二次励磁変換器保護装置。
5. 前記二次側異常判定手段は、過電圧予測判定手段および周波数異常判定手段を含み、
   前記過電圧予測判定手段は、
   前記電圧検出手段により検出された前記電圧値に基づいて前記過電圧に至る直前の予測電圧値を予測し、所定の時間間隔ごとに当該予測電圧値に達するまでの過電圧予測時間を演算する過電圧予測時間演算部と、
   前記所定の時間間隔ごとに、前記過電圧予測時間および前記予測電圧値に基づいて、前記電圧異常を判定する過電圧判定部と、
   前記遮断器制御手段の前記制御指令から前記遮断器が動作するまでの動作時間を保証する設定時間を記憶する遮断器動作時間設定部と、を有し、
   前記過電圧判定部は、少なくとも次の前記時間間隔後に、前記過電圧予測時間に前記設定時間を含めて前記予測電圧値が予め定めた過電圧設定値を超えると判断した場合に前記電圧異常を第１の電圧異常であると判定し、前記過電圧予測時間に前記設定時間を含めて前記予測電圧値が前記過電圧設定値を超えないと判断した場合に前記電圧異常を前記第１の電圧異常でないと判定し、
   前記周波数異常判定手段は、
   前記二次励磁変換器から変換器周波数を取得する変換器周波数取得部と、
   前記電圧検出手段により検出した電圧に基づいて、当該検出した周波数成分を解析する周波数解析部と、
   解析された前記周波数成分および前記変換器周波数に基づいて、前記電圧異常を判定する周波数比較部と、を有し、
   前記周波数比較部は、解析された前記周波数成分から前記変換器周波数以外の周波数でのパワーと前記変換器周波数でのパワーとの比が所定比を超えた場合に前記電圧異常を第２の電圧異常であると判定し、前記比が所定比以下の場合に前記電圧異常を前記第２の電圧異常でないと判定し、
   前記遮断器制御手段は、前記電圧異常が前記第１の電圧異常および前記第２の電圧異常のいずれかであると判定された場合に前記遮断器を動作させる前記制御指令を送信し、前記電圧異常が前記第１の電圧異常および前記第２の電圧異常のいずれにも該当しないと判定された場合に前記遮断器を動作させる前記制御指令を送信しない
   ことを特徴とする請求項１に記載の二次励磁変換器保護装置。
6. 巻線形誘導発電電動機の二次側と当該二次側に接続された二次励磁変換器との間に設けられ、１または複数の遮断器の動作を制御する二次励磁変換器保護装置の二次励磁変換器保護方法であって、
   前記巻線形誘導発電電動機の二次側および前記二次励磁変換器の出力側間の電圧を検出し、検出した電圧を電圧値に換算する電圧検出ステップと、
   検出された前記電圧値に基づいて、前記巻線形誘導発電電動機の二次側および前記二次励磁変換器の出力側間の過電圧に至る直前の電圧異常を判定する二次側異常判定ステップと、
   前記二次側異常判定ステップによる前記電圧異常の判定に基づいて、前記遮断器を動作させる制御指令を送信する遮断器制御ステップと、
   を含むことを特徴とする二次励磁変換器保護方法。

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