JP3527316B2 - 同期発電機の励磁制御装置 - Google Patents

同期発電機の励磁制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、水力発電所等で使用す
る同期発電機の励磁制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に水力発電所等で使用する同期発電
機においては、図3に示すような自己励磁方式の励磁制
御装置が採用されている。図3において、水車により回
転駆動される同期発電機1はしゃ断器2及び主変圧器3
を介して電力系統Lに接続されている。
【0003】また、同期発電機1の界磁巻線1fは界磁
しゃ断器4、可変抵抗器5及び他励磁接触器6を直列に
介して直流電源Eに接続されている。同期発電機1の出
力ラインに変圧器7を介して整流器8の入力端が接続さ
れ、その出力端は界磁しゃ断器4と可変抵抗器5の接続
間に接続される。
【0004】一方、同期発電機1の出力電圧は計器用変
圧器9を介して自動電圧調整装置10に入力される。こ
の自動電圧調整装置10は同期発電機1の出力電圧と電
圧設定値とを比較し、その偏差を位相制御回路11に与
えている。この位相制御回路11は整流器8を構成する
サイリスタを位相制御することにより、同期発電機1の
出力電圧が設定電圧になるように界磁電圧を制御する。
【0005】ところで、このような構成の同期発電機の
励磁制御装置において、発電機起動時の制御としては、
発電機の回転速度が定格速度の80%になると、界磁し
ゃ断器4及び他励磁接触器6を投入して直流電源Eより
界磁巻線1fに初期励磁を与え、発電機の出力電圧が自
己励磁方式によって制御可能な電圧(定格電圧のほぼ3
0〜50%)以上になると他励磁接触器6を開放すると
共に、そのとき自動電圧調整装置10より与えられる発
電機の出力電圧と電圧設定値との偏差に基づき位相制御
回路11により整流器8を制御して自動電圧調整制御に
移行させている。
【0006】この場合、出力電圧を決定する電圧設定器
による電圧設定値は、発電機の定格電圧となるように設
定されている。従って、自動電圧調整制御に移行した瞬
間は、制御偏差の非常に大きな(定格の50〜70%)
過渡状態となり、発電機電圧がオーバシュートし、過電
圧継電器12の動作によりしゃ断器2がトリップしてし
まう可能性があった。
【0007】このように自動電圧調整制御への移行時に
過電圧オーバシュートが生じると、機器を損傷するばか
りでなく、殆どが無人の水力発電所では保護継電器の復
帰のために現地までわざわざ出向かなければならなかっ
た。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】そこで、従来では図4
に示すような構成の自動電圧調整装置10を採用し、初
期励磁から自動電圧調整制御への移行時に発生する過電
圧オーバシュートを回避するようにしていた。
【0009】即ち、この自動電圧調整装置10は、図4
に示すように電圧設定器上げ指令1R又は電圧設定器下
げ指令1Lが入力されるとその指令に応じた電圧設定値
を出力する電圧設定器101と、この電圧設定器101
より出力される電圧設定値と発電機の出力電圧との偏差
が入力されるとその偏差に基づいて位相制御回路に制御
指令を出力する上限リミッタ回路102と、励磁開始指
令が入力されると一定時間出力を送出するタイマ103
と、初期励磁時設定値A及び通常時設定値Bが入力さ
れ、タイマ103の出力が加えられている間初期励磁時
設定値Aを選択し、これを上限リミッタ設定値3Aとし
て上限リミッタ回路102に与える信号切換器104と
を備えている。
【0010】このような構成の自動電圧調整装置10に
おいて、発電機起動時に発電機の出力が自動電圧調整装
置10により制御可能な電圧になり、励磁開始指令がタ
イマ103に入力されると、このタイマ103の出力が
一定時間信号切換器104に入力される。すると、この
信号切換器104ではタイマ103からの出力により初
期励磁時設定値Aを選択し、上限リミッタ回路102に
与えられる上限リミット値3Aが無負荷定格電圧以上に
ならない値Aとして与えられる。
【0011】従って、電圧調整制御に移行しても発電機
電圧のオーバシュートを回避することができる。しか
し、このように励磁開始後一定時間上限リミッタ回路1
02に初期励磁時設定値Aを与えて制御するものでは、
上限リミッタ設定値3Aとこれを使用する時間をタイマ
103により設定する必要がある。このため、水力発電
所では、水車の制御で発電機の回転速度が変わり、これ
に従って発電機電圧の上昇時間特性も変化するので、プ
ラント毎に現地実機の有水試験にてその都度設定しなけ
ればならなかった。
【0012】また、カプラン水車のように有効落差の変
動があるものは、回転速度の上昇特性が一定ではないた
め、発電機の回転速度や出力電圧に対する設定値の決定
を困難なものとしていた。
【0013】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たもので、その目的は発電機の回転速度の上昇特性が異
なっても設定値を変更することなく、しかもプラント毎
の設定を行うことなく発電機起動時のオーバシュート電
圧の抑制が可能な同期発電機の励磁制御装置を提供する
ことを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段により同期発電機の励磁制
御装置を構成するものである。請求項1に対応する発明
は、同期発電機の起動時に直流電源により界磁を初期励
磁し、前記同期発電機の出力電圧が所定値に達すると、
自己励磁方式に切換えて前記同期発電機の出力電圧が設
定値になるように制御する自動電圧調整装置を備えた同
期発電機の励磁制御装置において、前記自動電圧調整装
置は、任意の値にプリセット可能で、高速動作モードと
通常速度モードを有する電圧設定器と、前記同期発電機
の出力電圧が初期励磁完了時の値以上になったことを検
出する発電機電圧検出器と、この発電機電圧検出器より
検出出力が入力されると瞬時に動作して前記電圧設定器
の値を発電機電圧の現在値にプリセットする状変検出器
と、このプリセットした値から高速動作モードで発電機
の定格電圧のほぼ100%まで前記電圧設定器を上げ制
御する制御手段とを有するものである。
【0015】請求項2に対応する発明は、同期発電機の
起動時に直流電源により界磁を初期励磁し、前記同期発
電機の出力電圧が所定値に達すると、自己励磁方式に切
換えて前記同期発電機の出力電圧が設定値になるように
制御する自動電圧調整装置を備えた同期発電機の励磁制
御装置において、自動電圧調整装置は、任意の値にプリ
セット可能で、高速動作モードと通常速度モードを有す
るアップ/ダウンカウンタよりなる電圧設定器と、前記
同期発電機の出力電圧が初期励磁完了時の値以上になっ
たことを検出する発電機電圧検出器と、この発電機電圧
検出器より検出出力が入力されると瞬時に動作して前記
電圧設定器の値を発電機電圧の現在値にプリセットする
状変検出器と、前記電圧設定器の値が前記発電機の定格
電圧の100%以上になると動作する比較器と、前記状
変検出器が動作すると高速動作上げ指令を前記電圧設定
器に入力し、前記比較器が動作すると前記電圧設定器を
通常速度モードに切換指令を与えるフリップフロップと
を有するものである。
【0016】
【作用】請求項1及び請求項2に対応する発明の同期発
電機の励磁制御装置にあっては、任意の値にプリセット
可能で、高速動作モードと通常速度モードを有する電圧
設定器に対して起動時に初期励磁により発生した電圧値
をプリセットし、このプリセットした値から高速動作モ
ードで発電機の定格電圧に対するほぼ100%まで電圧
設定器を上げ制御することにより、電圧設定器を初期励
磁の発電機電圧値から定格値まで連続的に滑らかに変化
させることが可能となので、発電機の出力電圧はステッ
プ的な過渡応答がなくなり、定格電圧値のオーバシュー
トを抑制することができる。
【0017】
【実施例】以下本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。なお、同期発電機の励磁制御装置の全体構成は図
3と同様なので、ここではその説明を省略する。
【0018】図1は本発明による同期発電機の励磁制御
装置における自動電圧調整装置の構成例を示すものあ
る。図1において、21は図示しない配電盤からのマニ
ュアル操作により電圧設定器上げ指令1R、電圧設定器
下げ指令1Lが入力されるアップ/ダウン(U/D)カ
ウンタからなる電圧設定器で、この電圧設定器21より
出力される設定値は発電機の出力電圧と比較され、その
偏差が位相制御回路へ出力される。
【0019】また、22は発電機の出力電圧が入力さ
れ、その出力電圧が初期励磁完了の条件を満たす値以上
になったことを検出する発電機電圧検出器、23はこの
発電機電圧検出器22の出力がオン状態に変化したこと
を検出するON状変検出器で、このON状変検出器23
はオン状変を検出するとプリセット指令Cによりそのと
きの発電機の出力電圧をプリセット値としてU/Dカウ
ンタからなる電圧設定器21に入力するものである。
【0020】さらに、24は電圧設定器21の値が発電
機の出力電圧のほぼ100%以上になったことを検出す
ると条件信号を出力する比較器、25はON状変検出器
23よりプリセット指令Cが入力されるとセットされ、
比較器24より条件信号が入力されるとリセットされる
フリップフロップで、このフリップフロップ25はセッ
トされると高速モード上げ指令Dを出力して電圧設定器
21に高速モードを与え、またリセットされると電圧設
定器21に高速モードから通常速度モードに切換える指
令を与えるものである。
【0021】次に上記のように構成された励磁制御装置
の作用を図1乃至図3を参照しながら説明する。まず、
発電機1を起動し、回転速度がほぼ80%になると界磁
接触器4及び他励磁接触器6を投入して直流電源Eより
界磁巻線1fに初期励磁を与える。これにより、発電機
1は電圧を発生する。
【0022】ここで、発電機の出力電圧が自己励磁方式
によって制御可能な電圧(定格電圧のほぼ30〜50
%)以上になると他励磁接触器6を開放する。このとき
自動電圧調整装置においては、発電機電圧検出器22に
より発電機の出力電圧が定格電圧のほぼ30〜50%に
なったことを検出し、その検出条件でON状変検出器2
3が瞬時に動作する。
【0023】このON状変検出器23が動作すると、プ
リセット指令CによりU/Dカウンタからなる電圧設定
器21に発電機の現在の出力電圧値をプリセットする。
同時にフリップフロップ25がプリセット指令Cにより
セットされるので、このフリップフロップ25より出力
される高速モード上げ指令Dにより電圧設定器21が高
速モードに切換えられる。
【0024】すると、この電圧設定器21は高速に上げ
動作を行い、電圧設定器21の値が発電機の定格電圧の
100%以上になると、比較器24が動作し、フリップ
フロップ25をリセットして高速モード上げ指令Dを切
り、電圧設定器21に対して通常速度動作モードを与え
る。
【0025】このように電圧設定器21を動作させるこ
とにより、電圧設定器21を初期励磁の発電機の出力電
圧値から定格値まで連続的に滑らかに変化させることが
可能となるので、発電機電圧はステップ的な過渡応答で
はなく定格電圧値のオーバシュートを抑制することがで
きる。また、このときの上げ動作は高速モードとなって
いるので、発電機の電圧確立特性を損なうことがない。
【0026】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、発電
機の回転速度の上昇特性が異なっても設定値を変更する
ことなく、しかもプラント毎の設定を行うことなく発電
機起動時のオーバシュート電圧を抑制することができる
同期発電機の励磁制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による同期発電機の励磁制御装置の一実
施例における自動電圧調整装置を示すブロック回路図。
【図2】同実施例における電圧設定器と発電機の回転速
度及び出力電圧との関係を示す曲線図。
【図3】同期発電機の励磁制御装置を示す系統構成図。
【図4】従来の自動電圧調整装置を示すブロック回路
図。
【符号の説明】
1……同期発電機、2……しゃ断器、3……主変圧器、
4……界磁しゃ断器、5……可変抵抗器、6……他励磁
接触器、7……変圧器、8……整流器、9……計器用変
圧器、10……自動電圧調整器、11……位相制御回
路、21……電圧設定器、22……発電機電圧検出器、
23……ON状変検出器、24……比較器、25……フ
リップフロップ。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同期発電機の起動時に直流電源により界
    磁を初期励磁し、前記同期発電機の出力電圧が所定値に
    達すると、自己励磁方式に切換えて前記同期発電機の出
    力電圧が設定値になるように制御する自動電圧調整装置
    を備えた同期発電機の励磁制御装置において、前記自動
    電圧調整装置は、任意の値にプリセット可能で、高速動
    作モードと通常速度モードを有する電圧設定器と、前記
    同期発電機の出力電圧が初期励磁完了時の値以上になっ
    たことを検出する発電機電圧検出器と、この発電機電圧
    検出器より検出出力が入力されると瞬時に動作して前記
    電圧設定器の値を発電機電圧の現在値にプリセットする
    状変検出器と、このプリセットした値から高速動作モー
    ドで発電機の定格電圧のほぼ100%まで前記電圧設定
    器を上げ制御する制御手段とを有することを特徴とする
    同期発電機の励磁制御装置。
  2. 【請求項2】 同期発電機の起動時に直流電源により界
    磁を初期励磁し、前記同期発電機の出力電圧が所定値に
    達すると、自己励磁方式に切換えて前記同期発電機の出
    力電圧が設定値になるように制御する自動電圧調整装置
    を備えた同期発電機の励磁制御装置において、 前記自動電圧調整装置は、任意の値にプリセット可能
    で、高速動作モードと通常速度モードを有するアップ/
    ダウンカウンタからなる電圧設定器と、前記同期発電機
    の出力電圧が初期励磁完了時の値以上になったことを検
    出する発電機電圧検出器と、この発電機電圧検出器より
    検出出力が入力されると瞬時に動作して前記電圧設定器
    の値を発電機電圧の現在値にプリセットする状変検出器
    と、前記電圧設定器の値が前記発電機の定格電圧の10
    0%以上になると動作する比較器と、前記状変検出器が
    動作すると高速動作上げ指令を前記電圧設定器に入力
    し、前記比較器が動作すると前記電圧設定器を通常速度
    モードに切換指令を与えるフリップフロップとを有する
    ことを特徴とする同期発電機の励磁制御装置。
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