JP4183477B2 - 励磁制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は同期発電機の端子電圧を制御する励磁制御装置に係り、特に系統事故発生時のサイリスタ最小点弧角切替時に同期発電機への負担を低減する励磁制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の励磁制御装置を図１を参照して説明する。
【０００３】
発電機１の界磁巻線２はサイリスタ変換器４から励磁され、サイリスタ変換器４の電源Ｕ，Ｖ，Ｗは励磁電源変圧器３より供給され、前記励磁電源変圧器３の一次側は発電機１の出力端に接続されている。
【０００４】
発電機１の出力は一般に主変圧器６に接続され、この主変圧器６で昇圧後並入用遮断器７を介して送電線１０、１１に接続され、送電線１０、１１にはそれぞれ送電線用遮断器８，９が接続されている。
【０００５】
ここでたとえば送電線１１のＦ点で地絡事故等が発生した場合には、保護リレー等にて遮断器９を開放して故障回線を切り離し、発電機１の出力は送電線１０を介して電力系統に供給され、発電機１は運転を継続する。
【０００６】
このように主変圧器６の高圧側において三相地絡事故等が発生しても発電機１は停止することなく運転を継続する必要があるが、この時発電機１の端子電圧は主変圧器６のインピーダンスと発電機１の内部インピーダンスによって定まる電圧まで瞬時に低下する。
【０００７】
主変圧器６のインピーダンスは一般に１０〜１５％程度であり、発電機１の過渡インピーダンスは２０〜３０％であることから発電機１の端子電圧Ｖｇは定格電圧の約３０％程度となり励磁電源変圧器３を介して供給されるサイリスタ変換器４の電源電圧も約３０％程度まで低下する。
【０００８】
このとき発電機１の電機子電流は地絡のため定格電流の数倍となり、周知のごとく発電機１の電機子反作用により界磁巻線２へ過渡的に交流分を含んだ直流電流が誘起され、界磁電流すなわちサイリスタ変換器４の出力電流の波高値は定格電流の３〜４倍程度となる。
【０００９】
このようにサイリスタ変換機４の出力電流が増大するとサイリスタ変換器４の転流モードが変化し、転流モードがIIまたはIIIに至ると制御遅れ角δの発生がさけられない。
【００１０】
サイリスタ変換器４の出力端を短絡した時の直流電流ＩＦ０は
ＩＦ０＝√２×Ｅ／Ｘ・・・・・（１）
（Ｅはサイリスタ交流側各相電圧[ＰＵ]、Ｘはサイリスタ交流側リアクタンス[ＰＵ]）
転流モードＩ：
０ ≦ ＩＦ／ＩＦ０ ＜ √３／４， δ＝０・・・・・（２）
転流モードII：
√３／４ ≦ ＩＦ／ＩＦ０ ≦ ３／４， δ＝ｓｉｎ−１｛（２／√３）（ＩＦ／ＩＦ０）｝−π／６・・・・・（３）
転流モードIII：
３／４ ＜ ＩＦ／ＩＦ０ ≦ １， δ＝π／６・・・・・（４）
（ＩＦは界磁電流[ＰＵ]）
一方、サイリスタのゲート制御は次のように行われている。発電機１の端子電圧一定制御機能としては，発電機１の端子電圧Ｖｇを計器用変圧器１２にて降圧後計測し，これを端子電圧設定値Ｖｒｅｆと比較した偏差をＡＶＲ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）ブロック１３にて増幅および位相調整したあと，出力リミッタ１４を介しＧＰＧ（Ｇａｔｅ Ｐｕｌｓｅ Ｇｅｎｅｌａｔｏｒ：自動パルス位相器）１５にてＡＶＲ出力に応じて移相したパルスを発生する。
【００１１】
このパルスをパルス増幅器１６にて増幅し、その増幅後のパルスを用いてサイリスタ変換器４を点弧させ発電機１の界磁電圧Ｖｆを調整する。
【００１２】
ここで前述のように送電線の短絡事故等の発生により発電機１の端子電圧が著しく低下すると、ＡＶＲは発電機１の電圧を指令値（定格電圧値）へ制御しようとするため最大の発電機１の電圧上げ指令、すなわちサイリスタ点弧パルス位相角αを最小値で出力し、この結果サイリスタ変換機４の出力電圧は最大となるように制御される。
【００１３】
しかしながら、サイリスタ変換機４の電源電圧が低下しかつ界磁電流が増加するとサイリスタ転流モードはIIないしIIIへ移行する。
【００１４】
一般的に転流モードＩは通常の運転モードであるためサイリスタの点弧にはほとんど影響はないが、転流モードIIまたは転流モードIIIへ入り込むと制御遅れ角δが発生する。
【００１５】
サイリスタ変換器４内の回路の点弧パルスが一般に使用されている１５０μｓ〜２５０μｓの狭幅パルスの場合、転流モードがIIないしIIIに入り込んだ時には、ゲート位相制御角αが最小であると点弧遅れ角δの発生によりサイリスタは点弧しないため、点弧パルスを本来の位相と６０°遅れた二個のパルスを出力するようにし、二番目の遅れたパルスで確実に点弧するようにしている。
【００１６】
このため本来のゲート位相制御角が０°となるように制御されても実際には６０°移相されたパルスで制御していることと同様な結果となる。しかしながら、一旦この状態に入りこむと系統事故が除去されても正常な転流が行われない。
【００１７】
これらを解決する手段として従来は１２０°の広幅パルスをゲート信号として使用し点弧遅れ角δが発生しても、それ以上の期間においてゲート信号が入力する様にした。
【００１８】
しかしながら、この方法では狭幅パルスにくらべ出力容量が数倍となり、電源装置の容量も数倍となりかつパルス増幅器も数倍となるため大幅なコスト高となる問題があった。
【００１９】
これを解決するため、特開昭６１−１６４５００（特許文献１）に示されているように、αｍｉｎ切替回路１７を設け、狭幅パルスを使用時のサイリスタ点弧角α＝０°における制御遅れ角δを検出し、転流モードIIないしIIIに入り込んだことでα出力のリミッタ下限値に制限機能を持たせる方法が知られている。
【００２０】
このαｍｉｎ切替回路１７の詳細を図２に示す。図２は発電機１の出力電圧Ｖｇを入力とし、サイリスタ直流側短絡時の直流電流ＩＦＯを検出するため式（１）の演算を行う。また実運転時の界磁電流ＩＦをアイソレータ等で検出し、ＩＦ／ＩＦ０の演算を行い、この結果から（２），（３），（４）の式を用いて転流モード判定と制御遅れ角δの算出を行い系統事故時には初期設定していたα１から算出したδ以下をとらないα２をαｍｉｎに設定することで事故中でも確実にサイリスタの点弧が行えるものとしている。
【００２１】
しかしながら、この方法は事故除去後にαｍｉｎ値をα２からα１へ復旧する際ステップ状に切替えており、これにより図３に示すが如く界磁電圧はステップ状に増加する。
【００２２】
このため、発電機１の界磁コイルにはステップ状に界磁電圧がかかることから電気的な負担を与え寿命を短くする等といった問題があった。
【００２３】
【特許文献１】
特開昭６１−１６４５００号公報
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は安価でかつ発電機への電気的負担を低減する励磁制御装置を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため，サイリスタ最小点弧角切替時に最小点弧角指令の急激な変化を緩和する回路を備える。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、本発明は図１に示す構成に適用されるものである。
【００２７】
図４は本発明を適用したαｍｉｎ切替回路（サイリスタ最小点弧角切替回路）１７の構成例であり、発電機電圧Ｖｇを入力とし、サイリスタ直流側短絡時の直流電流ＩＦＯと実運転時の界磁電流ＩＦを検出後ＩＦ／ＩＦ０の演算を行い、この結果から制御遅れ角δ検出回路２０１にて制御遅れ角δの算出を行う。
【００２８】
また同時に転流モード判定回路２０２にて転流モードの判定を行い、転流モードII以上となったことで系統事故発生を認識する。尚、転流モード判定回路２０２にΔＩＦのヒステリシスを持たせているのは、事故発生と事故除去切替時のチャタリング防止用である。
【００２９】
通常運転時、フリップフロップ２０３の出力は０であるため切替機能２０６の出力はαｍｉｎ１設定器２０４に設定された値α１を出力する。
【００３０】
制御遅れ角δ検出回路２０１は常時δの値を算出し、αｍｉｎ２設定器２０５へδ以下とならない値α２を自動設定する。
【００３１】
ここで転流モード判定回路２０２にて転流モードがII以上をであることを検出すると事故発生と判定するためフリップフロップ２０３の出力は１となり、切替機能２０８からはα２が出力される。
【００３２】
この時αｍｉｎ操作回路２０７は経由しないため即座にα１からα２値が出力されＡＶＲ出力はα２となる。
【００３３】
その後事故除去すると界磁電流ＩＦは本来の値に復帰するため、転流モード判定回路２０２にて転流モードＩを検出すなわち事故除去と判定しフリップフロップ２０３の出力は０となる。
【００３４】
ここでフリップフロップ２０３のリセット信号にタイマー２０９を設けているのは事故除去検出信号の継続を監視するものであり、転流モード判定回路２０２のヒステリシスと機能的には等価となる。
【００３５】
このため通常ヒステリシスを設定していれば、タイマー２０９は特に設定する必要はないが、何らかの要因によりヒステリシスを設定したくとも設定できない場合のバックアップ的な要素も備えている。
【００３６】
フリップフロップ２０３の出力が０となると切替機能２０６はα１を出力するため、αｍｉｎ操作回路２０７へはα２からα１へステップ状に切り替わる値が入力される。
【００３７】
ここでαｍｉｎ操作回路２０７に、例えば一次遅れ要素を組み込んだ場合につき以下説明する。この場合、αｍｉｎ操作回路２０７は一時遅れの特性でα２からα１へ復帰する信号を出力し、フリップフロップ２０３の出力が０であることから切替機能２０８の出力値はαｍｉｎ操作回路２０７の出力値となるため、αｍｉｎ値としてはα２からα１へ一次遅れ特性をもった動きとなる。
【００３８】
この結果、図５に示すがごとくαｍｉｎの動きに応じてサイリスタ出力電圧すなわち界磁電圧も同様な応答で上昇することとなる。以上のことから事故除去後のαｍｉｎ値をαｍｉｎ２設定器２０５の値α２からαｍｉｎ１設定器２０４の値α１へ復帰する際上記のような特性を持たせることで、狭幅パルスを用いた場合でも系統事故時における発電機への電気的負担の低減が可能となる。
【００３９】
尚、上記はαｍｉｎ操作回路２０７に一次遅れ要素を組み込んだ場合の挙動を記述しているが、特段一次遅れに限定する必要はなく、その励磁系に見合った特性を持たせるような関数を組み込めば良い。例えば積分要素を組み込むことで傾斜状（ランプ状）の特性を持たせることも可能である。さらに、階段状の信号としたり、二次遅れ要素を組み込むことも可能である。
【００４０】
遅れ要素を持たせる必要がなく事故除去後すみやかに界磁電圧を復旧させる場合にはαｍｉｎ操作回路２０７に組み込む関数を定数とすれば良く、例えば１．０を設定すれば時間遅れなくゲイン１．０でα2からα1へ瞬時に復帰するため界磁電圧もすみやかに復旧することとなる。
【００４１】
また、αｍｉｎ切替回路１７あるいはαｍｉｎ操作回路２０７をディジタル化しソフト処理とすることも可能である。この場合にはαｍｉｎ切替回路１７あるいはαｍｉｎ操作回路２０７の特性を上記のみならずより複雑な関数を組み込んだものとすることも可能となる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば，安価な狭幅パルスを採用しても広幅パルス同等の性能が発揮でき、かつ発電機の負担を低減できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来及び本発明に係る励磁制御装置の動作を示す構成図である。
【図２】従来のαｍｉｎ切替回路を示す構成図である。
【図３】従来のαｍｉｎ切替回路使用時の界磁電圧Ｖｆとαｍｉｎ値の動作図である。
【図４】本発明を使用したαｍｉｎ切替回路を示す構成図である。
【図５】本発明を使用したαｍｉｎ切替回路使用時の界磁電圧Ｖｆとαｍｉｎ値の動作図である。
【符号の説明】
１・・・・・・・発電機、
２・・・・・・・界磁巻線、
３・・・・・・・励磁電源変圧器、
４・・・・・・・サイリスタ変換器、
６・・・・・・・主変圧器、
７・・・・・・・並入用遮断器、
８，９・・・・・送電線用遮断器、
１０，１１・・・送電線、
１２・・・・・・計器用変圧器、
１３・・・・・・ＡＶＲブロック、
１４・・・・・・出力リミッタ、
１５・・・・・・自動パルス位相器、
１６・・・・・・パルス増幅器、
１７・・・・・・αｍｉｎ切替回路、
２０１・・・・・制御遅れ角δ検出回路、
２０２・・・・・転流モード判定回路、
２０４・・・・・αｍｉｎ１設定器、
２０５・・・・・αｍｉｎ２設定器、
２０６・・・・・切替機能、
２０７・・・・・αｍｉｎ操作回路、
２０８・・・・・切替機能。

Claims (5)

1. 発電機端子電圧を降圧した電圧を端子電圧設定値と比較した偏差をＡＶＲ（自動電圧調整）ブロックにて増幅および位相調整し、後段の出力リミッタでのサイリスタ最小点弧角値を、サイリスタ最小点弧角切替回路から出力する初期設定値に設定し、自動パルス位相器にてＡＶＲ出力に応じて移相したパルスを発生し、このパルスを増幅し、その増幅後のパルスを用いてサイリスタ変換器を点弧させ発電機の界磁電圧を調整するとともに、前記サイリスタ最小点弧角切替回路で、転流モードの判定と、狭幅パルスを使用時のサイリスタ点弧角α＝０°における制御遅れ角の検出を行い、
   前記転流モードが転流モードＩＩないしＩＩＩと判定した事故検出時に、前記サイリスタ最小点弧角切替回路から出力する初期設定値を、検出した制御遅れ角以下をとらない値に切替えて、前記出力リミッタでのサイリスタ最小点弧角値に設定し、
   前記転流モードが転流モードＩと判定した事故除去時に、前記出力リミッタでのサイリスタ最小点弧角値を、前記サイリスタ最小点弧角切替回路に設けた急激な変化を緩和する回路にて急激な変化を緩和する動きとし、急激な変化を緩和する動きに応じて前記発電機の界磁電圧を調整することを特徴とした励磁制御装置。
2. 発電機端子電圧を降圧した電圧を端子電圧設定値と比較した偏差をＡＶＲ（自動電圧調整）ブロックにて増幅および位相調整し、後段の出力リミッタでのサイリスタ最小点弧角値を、サイリスタ最小点弧角切替回路から出力する初期設定値に設定し、自動パルス位相器にてＡＶＲ出力に応じて移相したパルスを発生し、このパルスを増幅し、その増幅後のパルスを用いてサイリスタ変換器を点弧させ発電機の界磁電圧を調整するとともに、前記サイリスタ最小点弧角切替回路で、転流モードの判定と、狭幅パルスを使用時のサイリスタ点弧角α＝０°における制御遅れ角の検出を行い、
   前記転流モードが転流モードＩＩないしＩＩＩと判定した事故検出時に、前記サイリスタ最小点弧角切替回路から出力する初期設定値を、検出した制御遅れ角以下をとらない値に切替えて、前記出力リミッタでのサイリスタ最小点弧角値に設定し、
   前記転流モードが転流モードＩと判定した事故除去時に、前記出力リミッタでのサイリスタ最小点弧角値を、前記サイリスタ最小点弧角切替回路に設けた一次遅れ信号とする回路にて一次遅れ特性をもった動きとし、一次遅れ特性をもった動きに応じて前記発電機の界磁電圧を調整することを特徴とした励磁制御装置。
   を設けたことを特徴とした励磁制御装置。
3. 発電機端子電圧を降圧した電圧を端子電圧設定値と比較した偏差をＡＶＲ（自動電圧調整）ブロックにて増幅および位相調整し、後段の出力リミッタでのサイリスタ最小点弧角値を、サイリスタ最小点弧角切替回路から出力する初期設定値に設定し、自動パルス位相器にてＡＶＲ出力に応じて移相したパルスを発生し、このパルスを増幅し、その増幅後のパルスを用いてサイリスタ変換器を点弧させ発電機の界磁電圧を調整するとともに、前記サイリスタ最小点弧角切替回路で、転流モードの判定と、狭幅パルスを使用時のサイリスタ点弧角α＝０°における制御遅れ角の検出を行い、
   前記転流モードが転流モードＩＩないしＩＩＩと判定した事故検出時に、前記サイリスタ最小点弧角切替回路から出力する初期設定値を、検出した制御遅れ角以下をとらない値に切替えて、前記出力リミッタでのサイリスタ最小点弧角値に設定し、
   前記転流モードが転流モードＩと判定した事故除去時に、前記出力リミッタでのサイリスタ最小点弧角値を、前記サイリスタ最小点弧角切替回路に設けた傾斜状信号とする回路にて傾斜状の特性をもった動きとし、傾斜状の特性をもった動きに応じて前記発電機の界磁電圧を調整することを特徴とした励磁制御装置。
4. 発電機端子電圧を降圧した電圧を端子電圧設定値と比較した偏差をＡＶＲ（自動電圧調整）ブロックにて増幅および位相調整し、後段の出力リミッタでのサイリスタ最小点弧角 値を、サイリスタ最小点弧角切替回路から出力する初期設定値に設定し、自動パルス位相器にてＡＶＲ出力に応じて移相したパルスを発生し、このパルスを増幅し、その増幅後のパルスを用いてサイリスタ変換器を点弧させ発電機の界磁電圧を調整するとともに、前記サイリスタ最小点弧角切替回路で、転流モードの判定と、狭幅パルスを使用時のサイリスタ点弧角α＝０°における制御遅れ角の検出を行い、
   前記転流モードが転流モードＩＩないしＩＩＩと判定した事故検出時に、前記サイリスタ最小点弧角切替回路から出力する初期設定値を、検出した制御遅れ角以下をとらない値に切替えて、前記出力リミッタでのサイリスタ最小点弧角値に設定し、
   前記転流モードが転流モードＩと判定した事故除去時に、前記出力リミッタでのサイリスタ最小点弧角値を、前記サイリスタ最小点弧角切替回路に設けた階段状信号とする回路にて階段状の特性をもった動きとし、階段状の特性をもった動きに応じて前記発電機の界磁電圧を調整することを特徴とした励磁制御装置。
5. 発電機端子電圧を降圧した電圧を端子電圧設定値と比較した偏差をＡＶＲ（自動電圧調整）ブロックにて増幅および位相調整し、後段の出力リミッタでのサイリスタ最小点弧角値を、サイリスタ最小点弧角切替回路から出力する初期設定値に設定し、自動パルス位相器にてＡＶＲ出力に応じて移相したパルスを発生し、このパルスを増幅し、その増幅後のパルスを用いてサイリスタ変換器を点弧させ発電機の界磁電圧を調整するとともに、前記サイリスタ最小点弧角切替回路で、転流モードの判定と、狭幅パルスを使用時のサイリスタ点弧角α＝０°における制御遅れ角の検出を行い、
   前記転流モードが転流モードＩＩないしＩＩＩと判定した事故検出時に、前記サイリスタ最小点弧角切替回路から出力する初期設定値を、検出した制御遅れ角以下をとらない値に切替えて、前記出力リミッタでのサイリスタ最小点弧角値に設定し、
   前記転流モードが転流モードＩと判定した事故除去時に、前記出力リミッタでのサイリスタ最小点弧角値を、前記サイリスタ最小点弧角切替回路に設けた二次遅れ信号とする回路にて二次遅れ特性をもった動きとし、二次遅れ特性をもった動きに応じて前記発電機の界磁電圧を調整することを特徴とした励磁制御装置。

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