JP4870539B2 - 二重給電同期機の制御システム - Google Patents

Description

本発明は、固定子側が電力系統に、回転子側が可変周波数の電力変換器にそれぞれ接続された二重給電同期機の制御システムに関するものである。

一般に、二重給電同期機は、ＪＥＣ２１３０に規定された『固定子および回転子の両巻線に交流電源を接続し、同期速度の上下のある範囲の速度で動作する交流機』のことであり、通称では可変速発電電動機などと呼ばれている。

このような二重給電同期機において、従来の二重給電同期機の制御システムは、その回転子巻線の交流励磁電圧のｑ軸成分とｄ軸成分を制御することにより、系統に供給する有効電力と無効電力を独立して高速に制御するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特公平６−３４６３０号公報

上記のように、従来の二重給電同期機の制御システムは、その回転子巻線の交流励磁電圧のｑ軸成分とｄ軸成分を制御することにより、系統に供給する有効電力と無効電力を独立して高速に制御できることから、出力電圧の代わりにｄ軸成分を目標無効電力になるように直接制御する方式が適用されている。

しかしながら、この制御方式では、事故点に向かって電流が流れ込むような電力系統事故が発生した場合、事故点によっては無効電力は設定値より増加するため、無効電力制御機能が働いてｄ軸制御装置への指令値が低下して弱め励磁状態となる。系統事故は、通常、短時間で除去されるが、二重給電同期機は弱め励磁状態となっているため、その出力電圧は低いので、系統事故除去後の電力系統の電圧復帰が不十分となり、電力系統が不安定となって最悪の場合には系統崩壊に至る可能性がある。

また、電力系統の遠方の遮断器が事故などにより開放された場合には、電力系統の開放点までの対地静電容量に見合った進相無効電力が二重給電同期機から供給されて端子電圧が上昇する。この場合は、ｄ軸制御量を下げて弱め励磁にして二重給電同期機から送出される進相無効電力を下げることにより固定子端子電圧を下げる必要がある。

しかし、この制御方式ではｄ軸を無効電力制御しており、一般的には無効電力制御目標値は、遅相無効電力を供給する値に設定されているので、進相無効電力の増加は、すなわち遅相無効電力の減少であるから、目標値に対して実無効電力が減少するので、その偏差、すなわちｄ軸制御量が増加して端子電圧を上昇させ、その結果、さらに進相無効電力を増加させるという悪循環を繰り返し、いわゆる制御の暴走により異常な端子電圧上昇を招き、最悪の場合には機器の絶縁を損傷させる可能性がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、電力系統の事故除去後の電力系統の電圧不安定や、遠方負荷遮断時の二重給電同期機の異常電圧上昇を有効に防止することができる二重給電同期機の制御システムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、固定子側が電力系統に回転子側が可変周波数の電力変換器に接続された二重給電同期機と、上記電力変換器を制御して二重給電同期機の有効電力あるいは回転数を調整する変換器制御装置とを備えた二重給電同期機の制御システムにおいて、次の構成を採用している。

すなわち、本発明では 上記二重給電同期機の無効電力を検出する無効電力検出手段と、この無効電力検出手段で検出された無効電力と無効電力目標値との偏差を検出する無効電力偏差検出手段と、上記二重給電同期機の固定子電圧を検出する固定子電圧検出手段と、予め設定された電圧基準値に上記無効電力偏差検出手段で検出された無効電力の偏差を一定の変化率で加算してこれを電圧目標値とし、上記固定子電圧検出手段で検出された固定子電圧を上記電圧目標値に制御する固定子電圧制御手段と、上記電力系統の事故の発生を検出する事故検出手段と、この事故検出手段による事故検出に応じて上記加算を中止する手段とを備え、加算中止時点での電圧目標値に二重給電同期機の実電圧を制御することにより、上記電力系統の異常な電圧変動を抑制するようにしている。

本発明によれば、電力系統の事故除去後の電力系統の電圧不安定や、遠方負荷遮断時の二重給電同期機の異常電圧上昇を有効に防止することができ、系統崩壊や、制御の暴走により異常な端子電圧上昇を生じて機器の絶縁を損傷させるといった不具合発生を確実に回避することができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における二重給電同期機の制御システムを示す構成図、図２は同システムの系統事故検出器の構成図、図３は遠方負荷遮断検出器の構成図である。

図１において、符号１はポンプ水車、２は二重給電同期機、３は主遮断器、４は昇圧変圧器、５は送電線遮断器、６は電力系統、７は可変周波数の電力変換器であり、二重給電同期機２の固定子側が電力系統６に、回転子側が電力変換器７にそれぞれ接続されている。

また、符号８は電力変換器７に電源を供給する励磁変圧器、９は電力変換器７を制御するための変換器制御装置、１０は二重給電同期機２の位相および回転数を検出する検出器、１１は変換器制御装置９に対してｄ軸成分の制御指令値を与えるためのｄ軸制御装置、１２は二重給電同期機１の固定子の無効電力を検出する無効電力検出器、１３は無効電力の制御目標値を設定する無効電力制御目標設定器、１４は無効電力制御目標設定器１３と無効電力検出器１２で検出される各無効電力の偏差を検出する無効電力偏差検出器、１５は二重給電同期機の固定子の出力電流を検出するために設けられた変流器（ＣＴ）、１６は二重給電同期機の固定子の出力電圧を検出するために設けられた計器用変圧器（ＰＴ）である。

符号２１は変換器制御装置９に対してｑ軸成分の制御指令値を与えるためのｑ軸制御装置、２２は二重給電同期機１の固定子の有効電力を検出する有効電力検出器、２３は有効電力の制御目標値を設定する有効電力制御目標設定器、２４は有効電力制御目標設定器２３と有効電力検出器２２との偏差を検出する有効電力偏差検出器である。

符号３２は二重給電同期機１の固定子電圧を検出するための固定子電圧検出器、３３は固定子電圧の制御目標を設定する固定子電圧制御目標設定器、３４は固定子電圧制御目標設定器３３と固定子電圧検出器３２との電圧偏差検出する固定子電圧偏差検出器、符号４２は二重給電同期機１の固定子電流を検出する固定子電流検出器、４３は系統事故検出器、５２は遠方負荷遮断検出器である。

ここに、上記の系統事故検出器４３は、固定子電圧検出器３２で検出される固定子電圧Ｖｇ、有効電力検出器２２の検出される有効電力Ｐｇ、および固定子電流検出器４２で検出される固定子電流Ｉｇに基づいて電力系統６での事故の発生を検出するものである。

また、遠方負荷遮断検出器５２は、主遮断器３の開閉状態、送電線遮断器５の開閉状態、ポンプ水車１のガイドベーン開度、ポンプ水車１の流量Ｑ、有効電力検出器２２で検出される有効電力Ｐｇ、固定子電流検出器４２で検出される固定子電流Ｉｇ、二重給電同期機２の回転数Ｎに基づいて遠方負荷遮断を検出するものである。

符号６２はスイッチであり、系統事故検出器４３が電力系統事故を検出した場合、および遠方負荷遮断検出器５２が遠方負荷遮断を検出した場合に、これに応じてｄ軸制御装置１１へ接続する信号を無効電力偏差検出器１４の信号出力から固定子電圧偏差検出器３４の信号出力に切り替えるものである。

次に、上記構成を備えた二重給電同期機の制御システムにおける動作について説明する。

電力系統事故や遠方負荷遮断が発生していない通常時において、二重給電同期機２に発生させる無効電力は、無効電力設定器１３において設定された無効電力目標値になるように電力変換器７を制御することによって得られている。

具体的には、無効電力制御目標設定器１３の設定値と無効電力検出器１２で検出された実無効電力との偏差を無効電力偏差検出器１４で検出し、スイッチ６２を介してｄ軸制御装置１１に与える。ｄ軸制御装置１１は、変換器制御装置９に対してｄ軸成分制御指令を与えて電力変換器７のｄ軸成分出力を調整し、二重給電同期機２に発生させる無効電力を決定している。なお、二重給電同期機２に発生させる有効電力は、ｑ軸成分の制御により決定されるが、ここでは直接関係しないので詳しい説明を省略する。

無効電力設定器１３において設定される無効電力目標値は、電力系統全体の電圧を所定値に保つために、図外の給電指令所等から各発電所に送られてくるものであり、二重給電同期機２の端子電圧換算にすると、定格電圧より高い場合もあるし、低い場合もあるが、一般的には定格電圧相当、あるいはそれ以上の値に設定されることが多い。

ここで、通常の運転中に事故点に向かって電流が流れ込むような電力系統事故が発生した場合、事故点によっては無効電力は設定値よりも増加するため、無効電力制御機能が働いてｄ軸制御装置１１への指令値が低下し、電圧換算では定格電圧を下回る励磁状態となる。系統事故は通常短時間で除去されるが、二重給電同期機２の出力電圧は低くなっているために系統事故除去後の電力系統の電圧回復が不十分となって電力系統が不安定となり、最悪の場合には系統崩壊に至る可能性がある。

また、電力系統６の遠方の遮断器が事故などにより開放された場合には、電力系統６の開放点までの対地静電容量に見合った進相無効電力が二重給電同期機２から供給され固定子側の電圧が上昇する。この場合は、ｄ軸制御量を下げて弱め励磁にし、二重給電同期機２の固定子電圧を下げる必要がある。しかし、ｄ軸を無効電力制御しており、一般的には無効電力制御目標値は遅相無効電力を供給する値に設定されているので、進相無効電力の増加により逆にｄ軸制御量は増加して固定子電圧を上昇させ、その結果、更に進相無効電力を増加させるという悪循環を繰り返し、いわゆる制御の暴走により異常な固定子電圧上昇を招き、最悪の場合には機器の絶縁を損傷させる可能性がある。

そこで、この実施の形態１では、この不都合を回避するために、電力系統事故、あるいは遠方負荷遮断が検出されると、直ちに無効電力制御を停止して電圧制御に切り替える制御を行うことにより、正常な系統電圧を確保せんとするものである。

系統事故検出器４３は、例えば図２に示すようなロジックにより電力系統事故を検出する。
すなわち、一例として、電力系統６で３相地絡事故が発生した場合、地絡地点での電圧が零付近となり、二重給電同期機１の固定子電圧は二重給電同期機１から地絡地点までの距離（インピーダンス）に応じて低下する。また、二重給電同期機１は地絡地点に無効分が支配的な電流を供給する状態であり、有効電力は低下し、固定子電流は増加する。

そこで、系統事故検出器４３は、上記の特性を利用して、二重給電同期機１の固定子電圧Ｖｇが基準値Ｖαより低下し、また、前回の有効電力と今回の有効電力との差ΔＰｇが基準値Ｐｄｌｔ以上低下方向に突変し、さらに、固定子電流Ｉｇが基準値Ｉα以上となったときに、電力系統６に事故が発生したと判断する。

なお、ここでは３つの信号Ｖｇ，Ｐｇ，Ｉｇが全ての条件を満たしたときに電力系統事故が発生したと判断しているが、二重給電同期機１の固定子電圧Ｖｇのみ、あるいは３つの信号Ｖｇ，Ｐｇ，Ｉｇ内の２つの信号が条件を満たしたときに電力系統事故が発生したと判断にすることも可能である。

また、遠方負荷遮断検出器５２は、例えば図３に示すようなロジックにより遠方負荷遮断を検出する。
すなわち、二重給電同期機２が電力を送電中は、主遮断器３、送電線遮断器５は共に閉であり、ポンプ水車１のガイドベーン開度は無負荷開度Ｇ０以上開き、ポンプ水車１の流量Ｑは無負荷流量Ｑ０以上流れている。また、有効電力Ｐｇは基準値Ｐβ以上出力され、固定子電流Ｉｇは基準値Ｉβ以上流れ、二重給電同期機２の回転数Ｎは可変速幅の範囲内で運転している。この状態で遠方負荷遮断が発生すると、有効電力Ｐｇ、固定子電流Ｉｇは共に基準値Ｐβ，Ｉβ以下となり、また二重給電同期機２の回転数Ｎは可変速幅の上限を超える状況になる。

そこで、遠方負荷遮断検出器５２は、上記の特性を利用して、送電中すなわち主遮断器３と送電線遮断器５が共に閉の状態で電力を発生していて、ポンプ水車１のガイドベーン開度が無負荷開度Ｇ０以上、ポンプ水車１の流量Ｑが無負荷流量Ｑ０以上の状態において、有効電力Ｐｇが基準値Ｐβ以下、または固定子電流Ｉｇが基準値Ｉβ以下、あるいは二重給電同期機２の回転数Ｎが可変速幅の上限を超えた場合には、遠方負荷遮断が発生したと判断する。

なお、ここでは７つの信号を組み合わせた例を示したが、ポンプ水車１のガイドベーンの開度Ｇと水量Ｑについては、いずれの一方だけ利用した組み合わせでも実現できる。また、有効電力Ｐｇ、固定子電流Ｉｇ、回転数Ｎについては、いずれか一つ、または任意の２つの信号を組み合わせても実現することができる。

このように、二重給電同期機２が無効電力制御の下で運転中に、系統事故検出器４３で電力系統事故が検出された場合や、遠方負荷遮断検出器５２で遠方負荷遮断が検出された場合には、スイッチ６２が作動して無効電力制御から電圧制御に切り替えられる。そして、電圧制御に切り替わると、固定子電圧偏差検出器３４は、固定子電圧検出器３２で検出された固定子電圧と固定子電圧目標設定器３３で設定された目標電圧との偏差を検出し、その偏差出力でｄ軸制御装置１１にｄ軸制御指令を与えて二重給電同期機１の固定子電圧が電圧目標設定器３３で設定された目標電圧になるように電力変換器７を制御する。

通常、固定子電圧制御目標設定器３３で設定される目標電圧は、固定子電圧の許容変動範囲内、すなわち定格電圧の±５％以内に設定されているので、電力系統事故が検出された場合や遠方負荷遮断が検出された場合には、スイッチ６２が作動して無効電力制御から電圧制御に切り替えることにより、固定子電圧や系統電圧は暴走することなく正常な範囲内に確保することができる。

実施の形態２．
図４は本発明の実施の形態２における二重給電同期機の制御システムの構成図、図５は同システムの要部を示す構成図である。

上記の実施の形態１では、電力系統事故や遠方負荷遮断を検出した場合には、無効電力制御から電圧制御に切り替えることにより、事故修復後の系統電圧や二重給電同期機の固定子電圧を正常に維持する場合について説明したが、この実施の形態２では、通常時には、無効電力と無効電力目標値との偏差を利用して電圧目標値を補正することにより常時電圧制御を行い、電力系統事故や遠方負荷遮断を検出した場合には、その補正を中止するようにしたものである。

そのため、この実施の形態２では、固定子電圧制御目標設定器３３は、無効電力偏差検出器１４で検出された無効電力の偏差に基づいて固定子電圧の制御目標値が補正されるようになっており、また、スイッチ６２は、系統事故検出器４３が電力系統事故を検出した場合、および遠方負荷遮断検出器５２が遠方負荷遮断を検出した場合に、これに応じて固定子電圧制御目標設定器３３と無効電力偏差検出器１４との接続を遮断して、無効電力偏差検出器１４により検出された偏差による電圧制御目標設定器３３の目標値の補正を中止し、その中止時点での電圧目標値が保持されるように構成されている。

ここでは、まず、電力系統事故や遠方負荷遮断を検出しない通常時において、固定子電圧制御目標設定器３３で無効電力偏差検出器１４で検出された無効電力の偏差に基づいて固定子電圧の制御目標値を補正して最終的な固定子電圧制御目標値を設定する仕方について具体的に説明する。

給電指令所等から指示される無効電力目標値をＱｃ、無効電力検出器１２で検出された無効電力をＱａ、両者Ｑｃ，Ｑａの偏差をΔＱ、電圧目標値の基準値をＶａｃ、固定子電圧検出器３２で検出された固定子電圧をＶｇ、ラプラス変換の演算子をＳ、積分時定数をＴ、固定子電圧制御目標設定器３３から出力される最終的な電圧目標値をＶｓとすると、次式により最終的な電圧目標値Ｖｓを算出する。
Ｖｓ＝Ｖａｃ＋（Ｑｃ−Ｑａ）／（Ｔ・Ｓ）＝Ｖａｃ＋ΔＱ／（Ｔ・Ｓ） （１）

そして、固定子電圧偏差検出器３４は、この電圧目標値Ｖｓと固定子電圧検出器３２で検出された固定子電圧Ｖｇとの偏差（＝Ｖｓ−Ｖｇ）をｄ軸制御指令Ｖｄｓとしてｄ軸制御装置１１へ出力する。つまり、
Ｖｄｓ＝Ｖｓ−Ｖａ （２）
となる。そして、このｄ軸制御指令Ｖｄｓにより、電力変換器７を経由して二重給電同期機２のｄ軸成分すなわち無効電力が調整される。

上記の式（１），（２）をブロック図にすると、図５に示すようになる。すなわち、固定子電圧制御目標設定器３３は、式（１）の第２項を算出する積分器３３ａと、式（１）の第１項の値を設定する電圧基準値設定器３３ｂと、第１項と第２項とを加算する加算器３３ｃとで構成されている。

なお、図５において、電力系統事故や遠方負荷遮断が検出された場合には、スイッチ６２が積分ホールド回路６３側に接続されて０Ｖが固定子電圧制御目標設定器３３に与えられるように構成されており、したがって、積分器３３ａの出力は電力系統事故や遠方負荷遮断が検出される直前の積分値に保持される。

次に、この実施の形態２の二重給電同期機の制御システムにおいて、無効電力制御目標設定器１３で設定される無効電力目標値Ｑｃを給電指令所が変更した場合や、遠方負荷遮断が発生した場合において、これに伴う各部の信号の時間的な変化の一例を、図６に示すタイムチャートを参照して説明する。

まず、時刻Ｔ０において、給電指令所の要求する無効電力目標値ＱｃがＱ０の場合、固定子電圧目標値Ｖｓが電圧基準値Ｖａｃの下で実際の無効電力ＱａがＱ０となり、無効電力目標値とバランスする。したがって、無効電力偏差検出器１４で検出される無効電力の偏差ΔＱおよびその積分値ΔＱ／（Ｔ・Ｓ）は共に零で安定しているものとする。

次に、時刻Ｔ１において、給電指令所が系統電圧を上げたいと判断して無効電力の目標値Ｑｃを上げた場合、無効電力に正の偏差ΔＱが生じる。積分器３３ａは、その積分時定数Ｔに従って偏差ΔＱを積分し、次いで、加算器３３ｃが当初の電圧制御目標値となる電圧基準値Ｖａｃにその積分結果を加算するので、電圧目標値Ｖｓは電圧基準値Ｖａｃから上昇し、ｄ軸制御指令Ｖｄｓが強め励磁側に増加する。その結果、二重給電同期機２の固定子電圧Ｖｇが上昇し、無効電力Ｑａも増加する。この無効電力Ｑａの増加に伴い、無効電力の偏差ΔＱが減少する。

時刻Ｔ２において、実際の無効電力Ｑａが新たな目標値Ｑｃに到達すると、積分器３３ａにはこれまでの偏差の積分量が維持されたままになっているので、無効電力Ｑａは新たな目標値Ｑｃにて安定する。ここに、積分時定数Ｔが大きいと時刻Ｔ２に到達するまでの時間は遅くなり、その逆に積分時定数Ｔが小さいと早くなる。積分時定数Ｔを小さくすれば早く目標値に到達するが、あまり小さくすると制御ループが不安定になり無効電力Ｑａが安定しなくなる恐れがあるので、積分定数Ｔは適正値に設定する必要がある。二重給電同期機２の固定子電圧Ｖｇは、最新の電圧目標値Ｖｓに対応した値、すなわち無効電力目標値Ｑｃを変更する前の電圧基準値Ｖａｃより僅かに高い値に安定する。

時刻Ｔ３において、給電指令所が系統電圧を下げたいと判断し、無効電力の目標値Ｑｃを少し下げた場合、無効電力の負の偏差ΔＱが生じる。積分器３３ａは、その積分時定数Ｔに従って負の偏差を積分するので、それまでの積分値が減少し、電圧目標値Ｖｓも下降するため、ｄ軸制御指令Ｖｄｓが減少する。その結果、二重給電同期機２の固定子電圧Ｖｇは下降し、無効電力Ｑａも減少する。この無効電力Ｑａの減少に伴い、無効電力の偏差ΔＱも減少する。

時刻Ｔ４において、実際の無効電力Ｑａが新たな目標値Ｑｃに到達すると、積分器３３ａにはこれまでの偏差の積分量が溜まったままになっているので、無効電力Ｑａは新たな目標値Ｑｃにて安定する。これに伴い、二重給電同期機１の固定子電圧Ｖｇは、最新の電圧目標値Ｖｓに対応した値に安定する。

いま、時刻Ｔ５において遠方負荷遮断が発生した場合、二重給電同期機１から電力系統６に向けてその対地静電容量に見合った進相電流が流れ込むため、無効電力Ｑａは無効電力制御目標設定器１３の無効電力目標値Ｑｃに関わりなく急激に減少して進相側に増加する。その結果、無効電力偏差ΔＱが増加し、その積分値ΔＱ／（Ｔ・Ｓ）も増加するので、これに伴い電圧目標値Ｖｓも上昇して固定子電圧Ｖｇも増加する。この状態を放置しておくと、固定子電圧Ｖｇの増加によって進相無効電力が更に増加するという悪循環を繰り返し、いわゆる制御の暴走状態になり、端子電圧は異常に増加してしまう。

しかし、この実施の形態２では、遠方負荷遮断が発生すると、これが遠方負荷遮断検出器５２によって短時間後の時刻Ｔ６に検出される。遠方負荷遮断検出器５２は、これに応じてスイッチ６２を作動させて無効電力偏差ΔＱの積分を中止するので、積分ホールド回路６３で保持されている０Ｖの値が積分器３３ａに送出される。これにより、積分器３３ａの出力は、遠方負荷遮断が検出される直前の現状の積分値に保持される。その結果、前記悪循環は断ち切られ、遠方負荷遮断直前の電圧よりも僅かに高い電圧で安定することができる。また、進相無効電力は安定後の端子電圧に見合った値に安定する。この安定後の電圧の大きさ、およびそれに見合った進相無効電力の量は、遠方負荷遮断を検出する時間に対して充分大きな積分時定数Ｔを選定すれば更に小さくすることができる。
なお、ここでは、時刻Ｔ５において遠方負荷遮断が発生した場合の動作について説明したが、電力系統事故が発生した場合には、図６の時刻Ｔ５以降の各波形が上下反転した形となるだけで、基本的な動作は変わらない。

このように、この実施の形態２では、通常時、無効電力目標値との偏差を利用して電圧目標値を補正する電圧制御を行い、電力系統事故や遠方負荷遮断を検出した場合にはその補正を中止するようにしているので、実施の形態１と同様に、電力系統の事故除去後の電力系統の電圧不安定や、遠方負荷遮断時の二重給電同期機の異常電圧上昇を有効に防止することができる。

実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３における二重給電同期機の制御システムの要部を示す構成図である。

この実施の形態３では、実施の形態２（図５）に示した構成の一部を少し改善したものである。すなわち、実施の形態２（図５）に示す構成では、電圧基準値設定器３３ｂで設定される電圧基準値Ｖａｃは、二重給電同期機２の固定子定格電圧の±５％の範囲内になるように制限されているが、その電圧基準値Ｖａｃと積分器３３ａで得られる積分値によっては、両者を加算器３３ｃで加算して得られる電圧目標値Ｖｓが固定子定格電圧の±５％を超える恐れがあり、この場合には二重給電同期機２の運用上好ましくない。

そこで、この実施の形態３では、図７に示すように、固定子電圧制御目標設定器３３に、電圧目標値Ｖｓが固定子定格電圧の±５％を超えないように制限する上下限リミッタ３３ｄを付加している。

すなわち、加算器３３ｃで加算して得られる電圧目標値を仮電圧目標値Ｖｓ’とし、この仮電圧目標値Ｖｓ’の出力を上下限リミッタ３３ｄによって、例えば上限を＋５％、下限を−５％に設定すれば、固定子電圧制御目標設定器３３からは常にＶｓ’±５％の範囲内に制限された電圧目標値Ｖｓが出力されるので、固定子電圧Ｖｇはこの電圧目標値Ｖｓになるように制御され、実施の形態２よりも優れた制御が可能となる。

なお、図７では固定子電圧制御目標設定器３３に上下限リミッタ３３ｄを付加した構成を示したが、これに代えて、図８に示す構成を採用することもできる。すなわち、図８において、固定子電圧制御目標設定器３３自体の構成は、図５に示した実施の形態２の場合と同じであるが、ここでは固定子電圧制御目標設定器３３と固定子電圧偏差検出器３４との間に、固定子電圧Ｖｇが定格電圧の±５％を超えないように制限する制限器３９を付加したものである。

この場合、制限器３９は、固定子電圧Ｖｇが上限値Ｖｍａｘと下限値Ｖｍｉｎとの間にあるときには、固定子電圧制御目標設定器３３から与えられる電圧目標値Ｖｓをそのまま出力Ｖｏｕｔするが、固定子電圧Ｖｇが上限値Ｖｍａｘを超えた場合は、その上限値Ｖｍａｘを電圧目標値として出力Ｖｏｕｔし、また、固定子電圧Ｖｇが下限値Ｖｍｉｎを超えた場合は、その下限値Ｖｍｉｎを電圧目標値として出力Ｖｏｕｔする。

目標値がＶｍａｘを超える場合、図７に示したように上下限リミッタ３３ｄを付加した構成では、時間経過に伴って固定子電圧制御目標設定器３３から出力される電圧目標値ＶｓがＶｍａｘに漸近する曲線となるのに対して、図８に示した構成では、固定子電圧Ｖｇが上限値Ｖｍａｘに到達するまでの期間は、制限器３９の出力Ｖｏｕｔが急峻に立ち上がるので応答性がよく、上下限リミッタ３３ｄを付加した場合よりも制御性能が向上する。

実施の形態４．
図９は本発明の実施の形態４における二重給電同期機の制御システムの要部を示す構成図である。

この実施の形態４では、実施の形態２（図５）に示した構成の一部を少し改善したものである。すなわち、実施の形態２（図５）では、積分器３３ａの積分時定数Ｔは一定値としており、これが小さいと制御速度は速いが、小さすぎると制御ゲインが高くなって無効電力の制御が不安定になるので、制御速度をある程度犠牲にしなければならない。

そこで、この実施の形態４では、図９に示すように、固定子電圧制御目標設定器３３に積分時定数設定器３３ｆを付加し、無効電力偏差検出器１４で得られる無効電力の偏差ΔＱの大きさに応じて積分時定数Ｔを可変できるようにしている。すなわち、積分時定数設定器３３ｆは、偏差ΔＱが大きい場合には積分時定数Ｔを小さく、偏差ΔＱが小さい場合には積分時定数Ｔを大きく設定する。なお、図９では偏差ΔＱと積分時定数Ｔの関係は曲線で示しているが、折れ線でも可能である。

このようにすれば、無効電力の偏差ΔＱが大きい時には積分時定数Ｔを小さくして制御速度を上げ、偏差ΔＱが小さくなれば積分時定数Ｔを大きくして安定に無効電力を目標値に到達させることができるので、制御速度を犠牲にせずに安定に無効電力を制御することができ、実施の形態２の場合よりも良好な制御が可能となる。

実施の形態５．
図１０は本発明の実施の形態５における二重給電同期機の制御システムの要部を示す構成図である。

この実施の形態５では、実施の形態４（図９）に示した構成の一部を少し改善したものであって、実施の形態４（図９）に示した構成と実施の形態３（図７）に示した構成とを組み合わせたものである。すなわち、この実施の形態５では、図１０に示すように、実施の形態４（図９）に示した構成に対して、さらに、固定子電圧制御目標設定器３３において、電圧目標値Ｖｓが固定子定格電圧の±５％を超えないように制限する上下限リミッタ３３ｄを付加している。

このように、上下限リミッタ３３ｄを設けて、例えば上限を＋５％、下限を−５％に設定すれば、この範囲内の電圧目標値Ｖｓが出力されるので、固定子電圧Ｖｇはこの電圧目標値Ｖｓになるように制御され、実施の形態４よりも優れた制御が可能となる。

また、この実施の形態５のように、固定子電圧制御目標設定器３３に上下限リミッタ３３ｄを付加する代わりに、図１１に示すように、実施の形態４（図９）に示した構成と実施の形態３の変形例として示した図８の構成とを組み合わせた構成を採用することもできる。すなわち、図１１では、実施の形態４（図９）に示した構成に対して、さらに、固定子電圧制御目標設定器３３と固定子電圧偏差検出器３４との間に、固定子電圧Ｖｇが定格電圧の±５％を超えないように制限する制限器３９を付加している。

図１１に示した構成の場合には、図１０に示した構成に比べて、前述（図８）のごとく、目標値がＶｍａｘを超えるケースでは、固定子電圧Ｖｇが上限値Ｖｍａｘに到達するまでの期間は、制限器３９の出力Ｖｏｕｔが急峻に立ち上がるので応答性がよく、上下限リミッタ３３ｄを付加した場合よりも制御性能が向上する。

実施の形態６．
図１２は本発明の実施の形態６における二重給電同期機の制御システムの要部を示す構成図である。

この実施の形態６では、前述の実施の形態２（図５）における二重給電同期機の制御システムの構成を一部変更したものである。すなわち、前述の実施の形態２では、固定子電圧制御目標設定器３３において、無効電力の偏差ΔＱの積分値を電圧基準値Ｖａｃに加算して電圧目標値Ｖｓを得ているが、この実施の形態６では、図１２に示すように、固定子電圧制御目標設定器３３を電圧基準値設定器３３ｂとパルス発生器３３ｈとで構成し、無効電力の偏差ΔＱの正負および大小に応じてパルス発生器３３ｈから出力されるパルスによって電圧基準値設定器３３ｂで設定される電圧基準値Ｖａｃそのものを変化させ、この可変される電圧基準値Ｖａｃを電圧目標値Ｖｓとして出力するようにしている。

つまり、パルス発生器３３ｈは、無効電力の偏差ΔＱが正の場合には電圧基準値Ｖａｃを上げるパルスを出力し、無効電力の偏差ΔＱが負の場合には電圧基準値Ｖａｃを下げるパルスを出力する。しかも、偏差ΔＱが大きいほどパルスの出力間隔を短くして上げ／下げ制御を行う時間間隔を小さくし、逆に偏差ΔＱが小さくなるとパルスの出力間隔を長くして上げ／下げ制御を行う時間間隔を大きくする。

これにより、偏差ΔＱが大きいときには固定子電圧Ｖｇが迅速に目標電圧Ｖｓに到達するように早い制御が行われ、偏差ΔＱが小さくなるとオーバーシュートが発生しないように比較的ゆっくりした制御が行われる。また、偏差ΔＱがΔＱ０よりも小さくなって不感帯以下になれば、上げ下げ制御を行なわないように制御される。このため、電力系統６の異常な電圧変動を良好に抑制することができる。

なお、この実施の形態６の構成（図１２）に対して、実施の形態５（図１０、図１１）で説明した電圧目標値Ｖｓ、あるいは固定子電圧Ｖｇが上下限値を超えないように制御する上下限リミタ３３ｄあるいは制限器３９を付加することも可能である。

実施の形態７．
図１３は本発明の実施の形態７における二重給電同期機の制御システムの要部を示す構成図である。

この実施の形態７では、前述の実施の形態６（図１２）における二重給電同期機の制御システムの構成を一部変更したものである。すなわち、前述の実施の形態６（図１２）では、パルス発生器３３ｈが偏差ΔＱの大小に応じてパルスの出力間隔を変化させるようにしたが、この実施の形態７では、パルス発生器３３ｈは、偏差ΔＱの大小に応じて、パルスの出力時間間隔は一定の下でパルス幅を制御するようにしたものである。その他の構成は実施の形態６の場合と同様である。

この実施の形態７の場合も、実施の形態６と同様に、偏差ΔＱが大きいときには固定子電圧Ｖｇが迅速に目標電圧Ｖｓに到達するたように早い制御が行われ、偏差ΔＱが小さくなるとオーバーシュートが発生しないように比較的ゆっくりした制御が行われる。また、偏差ΔＱがΔＱ０よりも小さくなって不感帯以下になれば、上げ下げ制御を行なわないように制御される。このため、電力系統６の異常な電圧変動を良好に抑制することができる。

なお、この実施の形態７の構成に対して、実施の形態５（図１０、図１１）で説明した電圧目標値Ｖｓ、あるいは固定子電圧Ｖｇが上下限値を超えないように制御する上下限リミタ３３ｄあるいは制限器３９を付加することも可能である。

実施の形態８．
図１４は本発明の実施の形態８における二重給電同期機の制御システムの要部を示す構成図である。

この実施の形態８は、実施の形態６（図１２）の構成、および実施の形態７（図１３）の構成を組み合わせたものである。すなわち、この実施の形態８では、無効電力の偏差ΔＱの大きさに応じてパルスの出力間隔とパルス幅とを同時に制御するようにしている。つまり、偏差ΔＱが大きいほどパルスの出力間隔が短く、かつパルス幅が大きくなるようにして電圧目標値の上げ／下げ量を大きくなるように制御している。

なお、この実施の形態８の構成に対して、実施の形態５（図１０、図１１）で説明した電圧目標値Ｖｓ、あるいは固定子電圧Ｖｇが上下限値を超えないように制御する上下限リミタ３３ｄあるいは制限器３９を付加することも可能である。

実施の形態９．
図１５は本発明の実施の形態９における二重給電同期機の制御システムの要部を示す構成図である。

前述の実施の形態４（図９）では、固定子電圧制御目標設定器３３に積分時定数設定器３３ｆを付加することで、無効電力の偏差ΔＱの大きさに応じて積分時定数Ｔを可変できるようにしている。

これに対して、この実施の形態９は、積分器３３ａと加算器３３ｃとの間に増幅器３３ｍを設けるとともに、この増幅器３３ｍのゲインを設定するゲイン設定器３３ｎを設け、ゲイン設定器３３ｍで無効電力の偏差ΔＱの大きさに応じて増幅器３３ｍのゲインが可変できるようにしている。なお、図１５では偏差ΔＱとゲインＫの関係は曲線で示しているが、折れ線でも可能である。

このようにすれば、無効電力の偏差ΔＱが大きい時にはゲインＫを大きくして制御速度を上げ、偏差ΔＱが小さくなればオーバーシュートしないようにゲインＫを小さくして安定に無効電力を目標値に到達させることができる。これにより、制御速度を犠牲にせずに安定に無効電力を制御することができる。
なお、この実施の形態９の構成は、実施の形態２，３，５で示した構成についても適用することが可能である。

実施の形態１０．
図１６は本発明の実施の形態１０における二重給電同期機の制御システムを示す構成図である。

前述の実施の形態１〜９では、二重給電同期機２の固定子電圧が電圧目標値になるように電圧を制御する方式であったが、この実施の形態１０では、昇圧変圧器４の電力系統６側の電圧が目標値になるように制御するものである。

すなわち、この実施の形態１０では、昇圧変圧器４の電力系統６側に、電力系統６の電圧ＶＨを測定するための計器用変圧器１７（ＰＴ）と、この計器用変圧器１７の出力に基づいて昇圧変圧器４の電力系統側の電圧を検出する電力系統電圧検出器３５と、電力系統６側の電圧制御目標を設定する電力系統電圧制御目標設定器３６と、この電力系統電圧制御目標設定器３６と電力系統電圧検出器３５との偏差を検出する電力系統電圧偏差検出器３７とが設けられている。
なお、系統事故検出器４３、遠方負荷遮断検出器５２、スイッチ６２等、その他の構成は、実施の形態１（図１）の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。

この実施の形態１０において、電力系統の事故発生や遠方付加遮断が発生していない通常時の場合、二重給電同期機２に発生させる無効電力は、無効電力設定器１３にて設定された給電指令所等から要求される無効電力目標値Ｑｃになるように電力変換器７を制御することによって行われる。この点は、実施の形態１で説明した動作と同じであるから説明は省略する。

一方、事故点に向かって電流が流れ込むような電力系統事故が発生した場合、実施の形態１の場合と同様、この電力系統事故は系統事故検出器４３によって検出されるので、スイッチ６２が動作し、無効電力制御から電圧制御、すなわち昇圧変圧器４の電力系統側電圧を目標値に維持する制御に切り替わる。

また、電力系統６の遠方の遮断器が事故などにより開放された場合にも、実施の形態１の場合と同様、これが遠方負荷遮断検出器５２で検出されるので、直ちにスイッチ６２が動作し、無効電力制御から電圧制御、すなわち昇圧変圧器４の電力系統側電圧を目標値に維持する制御に切り替わる。

このように、電力系統事故や遠方付加遮断が発生した場合、前述の実施の形態１では、二重給電同期機２の固定子電圧Ｖｇの制御を介して昇圧変圧器４の電力系統６側の電圧を回復、維持させていたのに対して、この実施の形態１０では、直接に昇圧変圧器４の電力系統６側の電圧が目標値になるように二重給電同期機２の固定子電圧を自動制御するので、短時間、かつ、確実に電力系統６側の電圧を維持することができる。

一般に、中央給電指令所（以下、中給と称する）は、電力系統６全体の状況を把握して、各発電所に電力系統側電圧に対する目標値を指示し、発電所は発電機の端子電圧を制御して昇圧変圧器４を介して電力系統側の電圧を目標値に維持している。しかし、電力系統６側の負荷の変化により有効電力や無効電力が変動すると、昇圧変圧器４のインピーダンスによる電圧降下量が変化するので、発電所の電力系統側の電圧も変動してその目標値からはずれる。それを修正するためには、発電機の端子電圧を再調整する必要があるので、制御が面倒となる。これに対して、この実施の形態１０では、電力系統６側の電圧調整が簡単、かつ負荷の変動による再調整も不要になるため、この点でメリットが大きい。

ところで、複数の二重給電同期機２がそれぞれの昇圧変圧器４を並列に接続して電力系統６に接続されて各送電を行うシステムに対して、この実施の形態１０に示した構成を適用する場合には、電力系統制御目標設定器３３で設定する電力系統６側の電圧制御目標値は、安定運転のために補正が必要である。以下、その補正の必要性、および補正の仕方について説明する。

いま、一例として、図１７に示すように、２台の二重給電同期機２ａ，２ｂがそれぞれの昇圧変圧器４ａ，４ｂを並列に接続配置して電力系統６に送電する場合を想定する。ここに、１７ａ，１７ｂは電力系統６側の電圧を測定するための計器用変圧器、３５ａ，３５ｂは電力系統電圧検出器、３６ａ，３６ｂは電力系統電圧制御目標設定器、３７ａ，３７ｂは電力系統電圧偏差検出器である。また、７ａ，７ｂは電力変換器である。

図１７において、２台の装置の特性、および電力系統電圧制御目標設定器３６ａ，３６ｂで設定される電圧目標値ＶＨｒｅｆａ、ＶＨｒｅｆｂが全く同一の場合は、系統電圧ＶＨを維持するための各二重給電同期機２ａ，２ｂの電流、電圧は等しくなり、仮に系統電圧ＶＨが変化した場合は、それを自動的に補正する動きをし、各装置の補正量は等しく何ら問題は無い。しかし、実際問題としては、各装置の特性を全く同じにするのは困難で、必ず僅かでも差がある。したがって、系統電圧ＶＨが変動した場合には、制御系の応答速度の速いシステムの補正量が多くなり、極端な場合には、自装置はそのシステムの限界で運転を続けているのに、他装置は知らぬ顔をするような運用が有り得て好ましくない。このため、何らかの対策が必要である。

その対策として、ここでは、各装置において電圧目標値ＶＨｒｅｆに対して固定子の出力電流の無効成分Ｉｑに“１”より小さな一定比率（以下、垂下率と称する）ＸＤＲを乗じた値だけ自動的に引き算をして電圧目標値ＶＨｒｅｆを実質的に小さくする、いわゆる垂下特性を付加した方式を採用する。すなわち、自装置の負担が増えると、電圧目標値ＶＨｒｅｆを少し下げて負担増を軽減するものである。これを式で表すと次式となる。

ＶＨｒｅｆ’＝ＶＨｒｅｆ−ＸＤＲ・Ｉｑ （３）
ここに、ＶＨｒｅｆ’は垂下特性をもたせた後の電力系統電圧目標値、ＶＨｒｅｆは補正前の電力系統電圧目標値、ＸＤＲは垂下率、Ｉｑは二重給電同期機２の固定子の出力電流の無効成分である。

この実施の形態１０の制御システムにおいて、電力系統電圧目標値ＶＨｒｅｆに垂下特性を持たせた場合の構成を図１８および図１９に示す。なお、図１８において図１６に示した構成と対応する構成部分には同一の符号を付す。また、図１９は、式（３）をブロック化した構成図である。

電力系統電圧制御目標設定器３６には、図１８に示すように、無効電力検出器１２で検出される無効電力Ｑａと二重給電同期機２の固定子電圧Ｖｇの両信号が取り込まれるようになっている。そして、この電力系統電圧制御目標設定器３６は、図１９に示すように、無効電力検出器１２で検出される無効電力Ｑａと二重給電同期機２の固定子電圧Ｖｇとから無効成分Ｉｑ（＝Ｑａ／Ｖｇ）を算出する除算器３６ａと、この無効成分Ｉｑに垂下率ＸＤＲを掛ける乗算器３６ｂ、電力系統電圧目標値ＶＨｒｅｆの出力から乗算器３６ｂの出力を減算する減算器３６ｃとを備えている。

これにより、式（３）を実現することができ、ある安定状態から系統電圧ＶＨが変動して自装置の負担が増えると、電圧目標値ＶＨｒｅｆを少し下げて負担増を軽減することができ、複数の装置の内の特定の装置にのみ負担が偏ることがなくなり、互いに均等に電圧制御を行うことができる。

なお、この実施の形態１０で示した図１８および図１９の構成に対して、実施の形態３〜９について説明した電圧制御方式を採用することが可能である。

実施の形態１１．
図２０は本発明の実施の形態１１における二重給電同期機の制御システムを示す構成図である。

上記の実施の形態１０（図１６）では、昇圧変圧器４の電力系統６側に、電力系統６の電圧ＶＨを測定するための計器用変圧器１７（ＰＴ）を配置し、この計器用変圧器１７の出力に基づいて電力系統電圧検出器３５で昇圧変圧器４の電力系統側の電圧を検出するようにしている。

しかし、実施の形態１０（図１６）に示した構成を実現するためには、計器用変圧器１７の出力を直接ケーブルにて発電所の制御システムまで導いて電力系統電圧検出器３５に接続する必要があるが、一般的に昇圧変圧器４の電力系統側電圧は特別高圧になるので、高価な計器用変圧器１７の設置が必要であり、かつ、敷設するケーブルも長くなり、制御システムのコストアップとなる。

そこで、この実施形態１１では、電力系統６側の電圧を直接検出する代わりに、図２０に示すように、電力系統電圧検出器３５に対して二重給電同期機２の固定子電圧Ｖｇと無効電力検出器１２で検出される無効電力Ｑａの信号を取り込むことで、昇圧変圧器４の電力系統側電圧ＶＨを検出できるようにしたものである。これにより、特別高圧の計器用変圧器を省略でき、かつケーブル長も短くして建設費用を削減することができる。

次に、電力系統電圧検出器３５に対して二重給電同期機２の固定子電圧Ｖｇと無効電力検出器１２で検出される無効電力Ｑａの信号を取り込むことで、電力系統６側の電圧ＶＨを検出できる原理について説明する。

いま、図２１に示す単線図において、Ｇを二重給電同期機、Ｖｇを二重給電同期機の固定子電圧、Ｉｇを二重給電同期機の固定子電流、Ｐｇを二重給電同期機の有効電力、Ｑａを二重給電同期機の無効電力、Ｓ．Ｔｒを昇圧変圧器、Ｘｔを昇圧変圧器のリアクタンス、ＶＨを昇圧変圧器の電力系統側電圧、Ｘｅを電力系統のリアクタンスとすると、固定子電圧Ｖｇの位相を基準位相にして、この単線図に示す運転状況を示すベクトル図は、図２２に示すようになる。

なお、図２２中の固定子電流Ｉｐの位相、すなわち力率角はθである。固定子電流Ｉｇの有効成分をＩｐ、無効成分をＩｑとすると、電力系統側電圧ＶＨは、次式となり、その位相はベクトル図に示すδとなる。
ＶＨ＝√｛（Ｖｇ−Ｘｔ・Ｉｑ）^２＋（Ｘｔ・Ｉｐ）^２｝ （４）

ここで、δは実運用においては小さいので、説明を簡単にするためにδ＝０、つまりＣｏｓδ＝１とすると、昇圧変圧器４の電力系統側電圧ＶＨと二重給電同期機２の固定子電圧Ｖｇとの関係は、図２２のベクトル図から次式となる。
ＶＨ＝Ｖｇ−Ｘｔ・Ｉｑ （５）
また、Ｉｑ＝Ｑａ／Ｖｇであるから、式（５）は次式のようになる。
ＶＨ＝Ｖｇ−Ｘｔ・（Ｑａ／Ｖｇ） （６）

これにより、電力系統電圧検出器３５は、二重給電同期機２の固定子電圧Ｖｇと、無効電力検出器１２で検出される無効電力Ｑａ、および昇圧変圧器４のリアクタンスＸｔから、上記の式（６）に示す演算をして昇圧変圧器４の電力系統６側の電圧ＶＨを導出し、これを実電圧のフィードバック信号として電圧制御を実現することができる。
その他の構成、および作用効果は、実施の形態１０（図１６）の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。

ところで、図２０に示した構成を備えた制御システムを前提として、二重給電同期機の複数台がそれぞれの昇圧変圧器４を並列に接続して電力系統６に送電するシステムにおいて、各同期機が安定に運転するために、各同期機の電力系統電圧制御目標値ＶＨｒｅｆに垂下特性を持たせることも可能である。その場合の構成を図２３に示す。なお、図２３において、図２０と対応する構成部分には同一の符号を付す。

ここで、前述の式（５）から次式が導出される。
Ｖｇ＝ＶＨ＋Ｘｔ・Ｉｑ （７）

式（７）において、昇圧変圧器４の電力系統６側の電圧ＶＨが電力系統電圧目標値ＶＨｒｅｆになるように制御するには、すなわちＶＨ＝ＶＨｒｅｆとなるためには、二重給電同期機２の固定子電圧Ｖｇは、次式となる。
Ｖｇ＝ＶＨｒｅｆ＋Ｘｔ・Ｉｑ （８）

複数台の二重給電同期機２を並列運転する際の安定運転のために、この電力系統電圧目標値ＶＨｒｅｆに対して固定子の出力電流の無効成分Ｉｑに垂下率ＸＤＲを乗じた値だけ自動的に引き算をしてＶＨｒｅｆを実質的に小さくする垂下特性を付加すると、式（８）で示されるＶｇは、次式となる。
Ｖｇ＝（ＶＨｒｅｆ−ＸＤＲ・Ｉｑ）＋Ｘｔ・Ｉｑ
＝ＶＨｒｅｆ＋（Ｘｔ−ＸＤＲ）・Ｉｑ （９）

式（９）のＶｇを式（５）のＶｇに代入すると、次式が得られる。
ＶＨ＝｛ＶＨｒｅｆ＋（Ｘｔ−ＸＤＲ）・Ｉｑ｝−Ｘｔ・Ｉｑ
＝ＶＨｒｅｆ−ＸＤＲ・Ｉｑ （１０）
また、Ｉｑ＝Ｑａ／Ｖｇであるから、式（１０）は次式のようになる。
ＶＨ＝ＶＨｒｅｆ−ＸＤＲ・（Ｑａ／Ｖｇ） （１１）

したがって、図２３に示す構成の制御システムでは、電力系統電圧制御目標設定器３６に対して二重給電同期機２の固定子電圧Ｖｇと無効電力検出器１２で検出される無効電力Ｑａの信号を取り込むことで、上記の式（１１）により、電力系統側の電圧ＶＨを、補正前の電力系統電圧制御目標値ＶＨｒｅｆと、（Ｑａ／Ｖｇ）に対して垂下率ＸＤＲを付与した値とによって制御することができる。

このように、図２３に示した構成の制御システムでは、式（１１）を実現することができ、ある安定状態から系統電圧ＶＨが変動して自装置の負担が増えると、電圧目標値ＶＨｒｅｆを少し下げて負担増を軽減することができ、複数の装置の内の特定の装置にのみ負担が偏ることがなくなり、互いに均等に電圧制御を行うことができる。
その他の作用効果は、図２０に示した構成の制御システムと同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。

なお、この実施の形態１１で示した図２０および図２３の構成に対して、実施の形態３〜９について説明した電圧制御方式を採用することが可能である。

また、上記の実施の形態１０，１１においては、δ≒０とした場合について説明したが、δを無視せずに精密に制御する場合について、以下に説明する。

式（４）から、Ｖｇは次式となる。
Ｖｇ＝√｛ＶＨ^２−（Ｘｔ・Ｉｐ）^２｝＋Ｘｔ・Ｉｑ （１２）
ＶＨ＝ＶＨｒｅｆとするためには、Ｖｇは次式となる。
Ｖｇ＝√｛ＶＨｒｅｆ^２−（Ｘｔ・Ｉｐ）^２｝＋Ｘｔ・Ｉｑ （１３）

複数台の二重給電同期機２を並列運転する際の安定運転のために、この電力系統電圧目標値ＶＨｒｅｆに対して固定子電流Ｉｇに垂下率ＸＤＲを乗じた値だけ自動的に引き算をしてＶＨｒｅｆを実質的に小さくする垂下特性を付加すると、式（１３）は次式となる。 Ｖｇ＝√｛（ＶＨｒｅｆ−Ｉｇ・ＸＤＲ）^２−（Ｘｔ・Ｉｐ）^２｝＋Ｘｔ・Ｉｑ
（１４）

式（１４）のＶｇを式（４）に代入すると、次式となる。
ＶＨ＝ＶＨｒｅｆ−ＸＤＲ・Ｉｇ （１５）
ここに、Ｉｇは√（Ｉｐ^２＋Ｉｑ^２）、またはＩｐ＋ｊＩｑである。

このように、δを無視せずに精密に制御する場合には、電力系統電圧制御目標設定器３６に対して二重給電同期機２の固定子電圧Ｖｇと固定子電流Ｉｇの信号の双方を取り込むことで、式（１５）より、電力系統側の電圧ＶＨを、補正前の電力系統電圧制御目標値ＶＨｒｅｆと、Ｉｇに対して垂下率ＸＤＲを付与した値とによって制御することができる。

本発明の実施形態１における二重給電同期機の制御システムを示す構成図である。 図１に示す制御システムにおける系統事故検出器のロジック例を示す説明図である。 図１に示す制御システムにおける遠方負荷遮断検出器のロジックを示す説明図である。 本発明の実施形態２における二重給電同期機の制御システムを示す構成図である。 図４に示す制御システムにおける要部を示す構成図である。 本発明の実施の形態２における二重給電同期機の制御システムにおいて、ｄ軸制御指令系統の各信号の動きを示すタイムーチャートである。 本発明の実施の形態３における二重給電同期機の制御システムの要部を示す構成図である。 本発明の実施の形態３における二重給電同期機の制御システムの要部の変形例を示す構成図である。 本発明の実施の形態４における二重給電同期機の制御システムの要部を示す構成図である。 本発明の実施の形態５における二重給電同期機の制御システムの要部を示す構成図である。 本発明の実施の形態５における二重給電同期機の制御システムの要部の変形例を示す構成図である。 本発明の実施の形態６における二重給電同期機の制御システムの要部を示す構成図である。 本発明の実施の形態７における二重給電同期機の制御システムの要部を示す構成図である。 本発明の実施の形態８における二重給電同期機の制御システムの要部を示す構成図である。 本発明の実施の形態９における二重給電同期機の制御システムの要部を示す構成図である。 本発明の実施形態１０における二重給電同期機の制御システムを示す構成図である。 ２台の二重給電同期機をそれぞれの昇圧変圧器を介して並列に接続配置して電力系統に送電する場合の運転事例を示す簡易ブロック図である。 本発明の実施形態１０における二重給電同期機の制御システムにおいて、ＶＨｒｅｆに垂下特性を持たせた場合の構成図である。 図１８に示す制御システムにおける電力系統電圧制御目標設定器の構成図である。 本発明の実施形態１１における二重給電同期機の制御システムを示す構成図である。 二重給電同期機の運転時の単線図である。 図２１の単線図に対応したベクトル図である。 本発明の実施形態１１における二重給電同期機の制御システムにおいて、ＶＨｒｅｆに垂下特性を持たせた場合の構成図である。

符号の説明

２ 二重給電同期機、４ 昇圧変圧器、５ 送電線遮断機、６ 電力系統、
７ 電力変換器、９ 変換器制御装置、１０ 位相／回転数検出器、
１３ 無効電力制御目標設定器、１４ 無効電力偏差検出器、
１５ 発電所側の計器用変流器、１６ 発電所側の計器用変圧器、
１７ 電力系統側の計器用変圧器、２１ ｑ軸制御装置、２２ 有効電力検出器、
２３ 有効電力制御目標設定器、２４ 有効電力偏差検出器、３２ 固定子電圧検出器、３３ 固定子電圧制御目標設定器、３３ａ 積分器、３３ｂ 電圧基準値設定器、
３３ｃ 加算器、３３ｄ 上下限リミタ、３３ｆ 積分時定数設定器、
３３ｈ パルス発生器、３３ｍ 増幅器、３３ｎ ゲイン設定器、
３４ 固定子電圧偏差検出器、３５ 電力系統電圧検出器、
３６ 電力系統電圧制御目標設定器、３７ 電力系統電圧偏差検出器、３９ 制限器、
４２ 固定子電流検出器、４３ 系統事故検出器（事故検出手段）、
５２ 遠方負荷遮断検出器（事故検出手段）、
６２ スイッチ（切替手段、加算中止手段）、６３ 積分ホールド回路。

Claims (10)

1. 固定子側が電力系統に回転子側が可変周波数の電力変換器にそれぞれ接続された二重給電同期機と、上記電力変換器を制御して二重給電同期機の有効電力あるいは回転数を調整する変換器制御装置とを備えた二重給電同期機の制御システムにおいて、
   上記二重給電同期機の無効電力を検出する無効電力検出手段と、この無効電力検出手段で検出された無効電力と無効電力目標値との偏差を検出する無効電力偏差検出手段と、上記二重給電同期機の固定子電圧を検出する固定子電圧検出手段と、予め設定された電圧基準値に上記無効電力偏差検出手段で検出された無効電力の偏差を一定の変化率で加算してこれを電圧目標値とし、上記固定子電圧検出手段で検出された固定子電圧を上記電圧目標値に制御する固定子電圧制御手段と、上記電力系統の事故の発生を検出する事故検出手段と、この事故検出手段による事故検出に応じて上記加算を中止する手段とを備え、加算中止時点での電圧目標値に二重給電同期機の実電圧を制御することにより、上記電力系統の異常な電圧変動を抑制することを特徴とする二重給電同期機の制御システム。
2. 上記固定子電圧制御手段は、上記電圧基準値に無効電力の偏差を加算する加算系統のゲインを、偏差が大きいほど上げ小さいほど下げるものであることを特徴とする請求項１に記載の二重給電同期機の制御システム。
3. 上記固定子電圧制御手段は、上記電圧目標値に対して予め上下限値を設定し、上記電圧目標値がこの上下限値の幅の範囲内において無効電力を制御するものである、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の二重給電同期機の制御システム。
4. 上記固定子電圧制御手段は、無効電力の偏差に応じて無効電力の偏差の変化率を決定し、上記電圧基準値に対して無効電力の偏差をこの決定した変化率でもって加算するものである、ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の二重給電同期機の制御システム。
5. 上記固定子電圧制御手段は、上記電圧目標値に対して予め上下限値を設定し、上記電圧目標値がこの上下限値の幅の範囲内に規定された状態において固定子電圧を制御するものである、ことを特徴とする請求項４に記載の二重給電同期機の制御システム。
6. 固定子側が電力系統に回転子側が可変周波数の電力変換器にそれぞれ接続された二重給電同期機と、上記電力変換器を制御して二重給電同期機の有効電力あるいは回転数を調整する変換器制御装置とを備えた二重給電同期機の制御システムにおいて、
   二重給電同期機の無効電力を検出する無効電力検出手段と、この無効電力検出手段で検出された無効電力と無効電力目標値との偏差を検出する無効電力偏差検出手段と、この無効電力偏差検出手段で検出された無効電力の偏差に応じて、電圧目標値そのものを一定量だけ上げ下げする制御を行い、かつ、偏差が大きいほど上げ下げする時間間隔を短くし、偏差が小さくなると上げ下げする時間間隔を長くする制御を行い、偏差が不感帯以下になれば上げ下げする制御を行わないように固定子電圧を制御する固定子電圧制御手段を備え、これにより上記電力系統の異常な電圧変動を抑制することを特徴とする二重給電同期機の制御システム。
7. 固定子側が電力系統に回転子側が可変周波数の電力変換器にそれぞれ接続された二重給電同期機と、上記電力変換器を制御して二重給電同期機の有効電力あるいは回転数を調整する変換器制御装置とを備えた二重給電同期機の制御システムにおいて、
   二重給電同期機の無効電力を検出する無効電力検出手段と、この無効電力検出手段で検出された無効電力と無効電力目標値との偏差を検出する無効電力偏差検出手段と、電圧目標値を上げ下げする制御間隔時間を一定として、上記無効電力検出手段で検出された無効電力の偏差が大きいほど上げ下げする制御量を大きくし、偏差が小さくなると上げ下げする制御量を小さくする制御を行い、偏差が不感帯以下になれば上げ下げする制御を行わないように固定子電圧を制御する固定子電圧制御手段を備え、これにより上記電力系統の異常な電圧変動を抑制することを特徴とする二重給電同期機の制御システム。
8. 固定子側が電力系統に回転子側が可変周波数の電力変換器にそれぞれ接続された二重給電同期機と、上記電力変換器を制御して二重給電同期機の有効電力あるいは回転数を調整する変換器制御装置とを備えた二重給電同期機の制御システムにおいて、
   二重給電同期機の無効電力を検出する無効電力検出手段と、この無効電力検出手段で検出された無効電力と無効電力目標値との偏差を検出する無効電力偏差検出手段と、この無効電力偏差検出手段で検出された無効電力の偏差が大きいほど電圧目標値を上げ下げする変化量を大きくかつ時間間隔を短くし、偏差が小さくなると上げ下げする変化量を小さくかつ時間間隔を長くする制御を行い、偏差が不感帯以下になれば上げ下げする制御を行わないように固定子電圧を制御する固定子電圧制御手段を備え、これにより上記電力系統の異常な電圧変動を抑制することを特徴とする二重給電同期機の制御システム。
9. 固定子側が電力系統に回転子側が可変周波数の電力変換器にそれぞれ接続された二重給電同期機と、上記電力変換器を制御して二重給電同期機の有効電力あるいは回転数を調整する変換器制御装置とを備えた二重給電同期機の制御システムにおいて、
   上記二重給電同期機の無効電力を検出する無効電力検出手段と、上記二重給電同期機の昇圧変圧器の電力系統側の電圧を検出する電力系統電圧検出手段と、上記無効電力検出手段で検出された無効電力を予め設定された無効電力目標値に制御する無効電力制御手段と、
   上記電力系統電圧検出手段で検出された電力系統電圧を予め設定された電圧目標値になるように制御する電力系統電圧制御手段と、上記電力系統の事故の発生を検出する事故検出手段と、この事故検出手段による事故検出に応じて上記無効電力制御手段による無効電力制御から上記電力系統電圧制御手段による電圧制御に切り替える切替手段とを備え、この切り替えにより上記電力系統の異常な電圧変動を抑制することを特徴とする二重給電同期機の制御システム。
10. 上記電力系統電圧検出手段を設ける代わりに、上記昇圧変圧器の二重給電同期機側の電圧および電流を検出する電圧電流検出手段を設け、上記電力系統電圧制御手段は、この電圧電流検出手段の検出出力と上記昇圧変圧器のインピーダンスとに基づいて上記昇圧変圧器の電力系統側の電圧を算出し、この電力系統側の電圧が予め設定された電圧目標値になるように制御するものである、ことを特徴とする請求項９記載の二重給電同期機の制御システム。

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