JP6538530B2 - 同期機の励磁装置、蓄電装置、および励磁方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、同期機の励磁装置、蓄電装置、および励磁方法に関する。

同期機の励磁方式は、半導体技術の進歩によりサイリスタ励磁方式やブラシレス励磁方式が広く採用されている。

以下、従来の技術について同期機の自励式サイリスタ励磁装置を例にして説明する。

自励式サイリスタ励磁装置は、同期機の交流出力電圧を励磁用変圧器を介してサイリスタ整流器に入力し、自動電圧調整器からのゲート信号によりサイリスタ整流器が出力する直流電圧で界磁巻線に界磁電流を流し、同期機を励磁するものである（非特許文献１および特許文献１参照）。

同期機の交流出力電圧が無電圧の状態ではサイリスタ整流器で界磁電流を流すことができないため、初期励磁回路が設けられている。

上述した自励式サイリスタ励磁装置では、同期機が並列運転中に電力系統で短絡事故または地絡事故が発生すると、電力系統の電圧が低下するとともに同期機の交流出力電圧も低下する。このため、自動電圧調整器がサイリスタ整流器へ出力するゲート信号の位相を進めてもサイリスタ整流器の出力電圧は低く抑えられ、事故期間中に同期機の界磁磁束が低下することで事故復帰後の界磁電流が低下して脱調に至る可能性がより高くなる。すなわち、自励式サイリスタ励磁装置では、事故期間中の励磁電源電圧の低下が過渡安定度を低下させる原因となっている。

過渡安定度を改善する対策として、励磁用変圧器の２次電圧を高くして系統事故期間中のサイリスタ整流器出力電圧をより高くすることが行われているが、励磁用変圧器容量の増加やサイリスタ整流器で使用するサイリスタ素子の定格電圧の増加につながるため経済的にも得策ではない。

励磁電源電圧が低下しているときに何らかの手段で界磁回路に供給する電力を維持または補う技術としては、サイリスタ整流器の交流側にＡＣ／ＤＣ変換器、コンデンサ（または電力貯蔵装置）、ＤＣ／ＡＣ変換器を設置し、コンデンサ（または電力貯蔵装置）に電圧維持機能を持たせたもの（特許文献１の図１〜図３、特許文献４の図２参照）、サイリスタ整流器の交流側にＡＣ／ＤＣ変換器、コンデンサ（または電力貯蔵装置）を設置し、コンデンサに電圧維持機能を持たせたもの（特許文献１の図４、特許文献４の図３、４参照）、サイリスタ整流器の出力側に双方向の自己消弧型スイッチング素子（ＧＴＯ）を介してコンデンサを設置して通常時に充電し、系統事故時に放電することで電圧維持機能を持たせたもの（特許文献１の図５、６参照）、励磁用変圧器の２次電圧または所内交流電源を整流してコンデンサに充電し、系統事故時に自己消弧型スイッチング素子を介してサイリスタ整流器の出力側に放電するもの（特許文献１の図７、８参照）、励磁用変圧器の２次側にＡＣ／ＤＣ変換器、コンデンサ、ＤＣ／ＤＣ変換器を設置し（元々あったサイリスタ整流器は削除）、コンデンサに電圧維持機能を持たせたもの（特許文献１の図９参照）、系統事故時に、サイリスタ整流器の出力側に設けた電圧調整装置と電力貯蔵装置に切替えて同期機の交流出力電圧制御を行うもの（特許文献２参照）、サイリスタ整流器の出力側に電力貯蔵装置を設けて、通常運転時も系統事故時もサイリスタ出力電圧を一定に維持し、その一定電圧をＤＣ／ＤＣ変換器を介して界磁巻線に接続し同期機の交流出力電圧制御を行うもの（特許文献３参照）、励磁用変圧器の２次電圧を整流し昇圧チョッパで所定の電圧に昇圧した直流電圧を降圧チョッパで降圧して同期機の界磁電圧とするもの（特許文献５参照）、キャパシタに充電しておいた電力を発電機電圧低下時に界磁巻線に直列接続しておいたダイオードに並列接続して放電し同期機の界磁電圧を増加させるもの（特許文献６参照）が知られている。

国際公開ＷＯ９９／５３６０６号公報 特開２００７−２８８８３４号公報 特開２００７−２８８８３５号公報 特開２００７−２８８８３６号公報 特開平１０−１６４８９９号公報 特開２０１１−４１４５９号公報

電気学会編、「電気工学ハンドブック」、昭和５３年４月、第７０５頁、７章励磁方式、７．１．２交流励磁方式

しかしながら、上述した従来の同期機の励磁装置には、以下のような問題がある。

・系統電圧低下中の励磁電源を確保するために蓄電手段を設け、蓄電手段の電圧を一定に維持する手段を持つものもあるが、蓄電手段の充電電流を制限する手段を装備していないため、蓄電手段の上流回路の電流耐量を大きくする必要がある（例えば、特許文献１〜４）。

・励磁装置主回路に追加挿入される構成要素が多く、信頼性の低下が懸念される（例えば、特許文献１の図１、図９、特許文献３、特許文献４の図２）。

・サイリスタ整流器の出力電圧は鋸波上であり、そのピーク電圧はゲート信号の位相によっても変化するのでコンデンサの充電電圧を所望の値にするのが難しく、また充電電流も過大となる（例えば、特許文献１の図５、図６）。

・系統電圧低下時に降圧チョッパの入力電圧を維持するために昇圧チョッパを採用した場合、界磁電圧と界磁電流が最大値となった状態における昇圧チョッパの入力電流は界磁電流の最大値に昇圧比を乗じた値となるので昇圧チョッパ及びその入力側の回路の電流耐量を大きくする必要がある（例えば、特許文献５）。

・系統電圧低下中に蓄電手段を界磁回路に投入すると、投入中は同期機の交流出力電圧のフィードバック制御は効かず、投入や開放動作に時間遅れがあると過渡安定度の悪化や同期機の交流出力電圧の上昇を招く（例えば、特許文献１の図５〜図８）。

・系統電圧低下中に蓄電手段をサイリスタ整流器に直列に投入すると、系統電圧が復帰してくればサイリスタ整流器を使った同期機の交流出力電圧のフィードバック制御は効くが、蓄電手段の投入や開放するタイミングが難しく、投入や解列動作に時間遅れがあると過渡安定度の悪化や同期機の交流出力電圧の上昇を招く（例えば、特許文献６）。

・系統事故中は同期機の交流出力電圧が低下しており、当然のことながら励磁用変圧器の２次電圧も低下しているため、系統事故時に励磁用変圧器の２次電圧を維持しようとする方法は、実現性に乏しい（例えば、特許文献１の図２〜図４、特許文献４の図４）。

・励磁用変圧器の２次側と電力貯蔵装置側の切替えを高速遮断器で行うと、遮断器の動作時間分は電力貯蔵装置の出力による励磁が遅延する。また、電力貯蔵装置側の通電経路を確保しない状態で高速遮断器を開放すると高速遮断器の主極接点が損傷する。さらに、励磁容量に見合った高速遮断器は高価である（例えば、特許文献４の図３）。

本発明が解決しようとする課題は、励磁装置主回路に挿入、接続する構成要素が少なく設備容量が小さい装置を用いて系統事故発生時の過渡安定度を向上させることができる同期機の励磁装置、蓄電装置、および励磁方法を提供することである。

実施形態によれば、同期機の出力電圧を降圧する変圧手段と、前記同期機の出力電圧を調整する自動電圧調整手段と、前記自動電圧調整手段から出力される点弧角指令に基づいてパルス信号を発生するパルス発生手段と、前記パルス発生手段から出力されるパルス信号に基づいて前記変圧手段が出力する交流電圧を直流電圧に変換するサイリスタ整流手段と、交流電圧を電源として蓄電するとともに蓄電した電力を前記サイリスタ整流手段が出力する直流電圧に加算して前記同期機の界磁巻線に印加する蓄電装置とを具備する、同期機の励磁装置であって、前記蓄電装置が、交流電圧を整流して直流電圧を出力する蓄電整流手段と、前記蓄電整流手段から出力される直流電圧を電源として充電を行う蓄電充電手段と、前記蓄電充電手段の充電電圧と充電電流を調整する蓄電制御手段と、前記蓄電充電手段に充電された電力を前記同期機の界磁巻線に放電するスイッチング手段と、前記自動電圧調整手段から出力される指令を用いて前記スイッチング手段に駆動指令を出力するスイッチング駆動手段と、を備えていることを特徴とする同期機の励磁装置が提供される。

本発明によれば、励磁装置主回路に挿入、接続する構成要素が少なく設備容量が小さい装置により系統事故発生時の過渡安定度を向上させることができる。

第１の実施形態に関わる同期機の励磁装置の構成を示す図。 同実施形態における自動電圧調整器の構成を示す図。 第２の実施形態に関わる同期機の励磁装置の構成を示す図。 同実施形態における自動電圧調整器の構成を示す図。 第３の実施形態に関わる同期機の励磁装置の構成を示す図。 同実施形態における自動電圧調整器の構成を示す図。 第４の実施形態に関わる同期機の励磁装置の構成を示す図。 同実施形態における自動電圧調整器の構成を示す図。 第５の実施形態に関わる同期機の励磁装置の構成を示す図。 同実施形態における自動電圧調整器の構成を示す図。 第６の実施形態に関わる同期機の励磁装置の構成を示す図。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

[第１の実施形態]
最初に、図１および図２を参照して第１の実施形態について説明する。

（構成）
図１は第１の実施形態に関わる同期機の励磁装置の構成を示す図である。また、図２は同実施形態における自動電圧調整器の構成を示す図である。

１は同期機であり、固定子鉄心に巻装された電機子巻線（または固定子巻線ともいう）１Ａと、回転子リムに固定された磁極鉄心に巻装された界磁巻線１Ｂとから構成され、界磁巻線１Ｂにはスリップリングおよびブラシからなる摺動接触部２を介して静止部側の励磁電源から界磁電流Ｉｆが供給されるようになっている。

同期機１の主回路において、３は同期機１で発生した電圧を系統電圧まで昇圧する主要変圧器であり、４は同期機１を電力系統５に連系する並列用遮断器である。８は同期機１の出力電圧を降圧する励磁用変圧器（変圧手段）である。

一方、同期機１の界磁回路において、６は同期機１の界磁回路を開閉するための界磁遮断器であり、放電抵抗６Ａを通して界磁巻線１Ｂを短絡する放電極接点６Ｂを有している。

７はパルス発生回路１６から出力されるパルス信号に基づいて励磁用変圧器８が出力する交流電圧を直流電圧に変換するサイリスタ整流器（サイリスタ整流手段）であり、励磁用変圧器８を介して同期機１から供給される交流電力を整流して界磁遮断器６および摺動接触部２を経て界磁巻線１Ｂに界磁電流Ｉｆを供給する。

１０は励磁用変圧器８が出力する交流電圧を整流して直流電圧を出力する蓄電装置電源回路（蓄電整流手段）であり、励磁用変圧器８の２次電圧を入力し所望の交流電圧Ｖ２に変圧する電源変圧器１０Ａと、入力した交流電圧Ｖ２を整流して直流電圧に変換するダイオード整流器１０Ｂと、ダイオード整流器１０Ｂが出力する直流電圧を平滑化して直流電圧Ｖｄとして出力するキャパシタ１０Ｃとで構成されている。蓄電装置電源回路１０の出力である直流電圧Ｖｄは蓄電装置主回路１１に供給される。

１１は蓄電装置電源回路１０から出力される直流電圧を電源として充電を行う蓄電装置主回路（蓄電充電手段）であり、蓄電装置電源回路１０から出力された直流電圧Ｖｄを時分割してスイッチング電圧Ｖｓとして出力する半導体スイッチング素子１１Ａと、半導体スイッチング素子１１Ａがオフの時に充電電流Ｉｃを迂回させるバイパスダイオード１１Ｂと、充電電流Ｉｃを平滑化するリアクトル１１Ｃと、充電電流Ｉｃを入力し充電電圧Ｖｃとして蓄電する蓄電手段１１Ｄと、充電電流Ｉｃを検出して充電電流検出値Ｉｃｄを出力する充電電流検出器１１Ｅとで構成されている。蓄電装置主回路１１の出力である充電電圧Ｖｃは降圧チョッパ回路１２に供給される。

電源変圧器１０Ａが出力する交流電圧Ｖ２と蓄電装置電源回路１０および蓄電装置主回路１１の定格電圧とは、界磁巻線１Ｂに印加する必要がある最大電圧に応じて選定されており、また蓄電手段１１Ｄの静電容量は、系統事故が発生したときに界磁巻線１Ｂに印加する必要がある最大電圧の印加時間に応じて選定されている。

１２は蓄電装置主回路１１に充電された電力を同期機１の界磁巻線１Ｂに放電する降圧チョッパ回路（スイッチング手段）であり、蓄電手段１１Ｄの正極を降圧チョッパ回路１２の出力の正極に接続する半導体スイッチング素子１２Ａと、アノード側が蓄電手段１１Ｄの負極に接続されカソード側が降圧チョッパ回路１２の出力の正極に接続されたバイパスダイオード１２Ｂとを備えている。半導体スイッチング素子１２Ａは、蓄電装置主回路１１から出力された充電電圧Ｖｃを時分割してスイッチング電圧Ｖｃｈとして出力する。スイッチング電圧Ｖｃｈはサイリスタ整流器７の出力電圧ＶＲに加算されて界磁巻線１Ｂに印加される。バイパスダイオード１２Ｂは、半導体スイッチング素子１２Ａがオフの時に出力電流Ｉｂを迂回させる。

１３は蓄電装置主回路１１の充電電圧と充電電流を調整する蓄電装置制御回路（蓄電制御手段）であり、充電電圧Ｖｃを検出して充電電圧検出値Ｖｃｄを出力する電圧検出手段１３Ａと、あらかじめ設定した充電電圧指令値Ｖｃｒを与える電圧設定手段１３Ｂと、充電電圧指令値Ｖｃｒから充電電圧検出値Ｖｃｄを減算して充電電圧偏差信号Ｖｃｅを出力する減算器１３Ｃと、充電電圧偏差信号Ｖｃｅを増幅して電流指令上限値ＩＵＬと電流指令下限値ＩＬＬの範囲内に制限した充電電流指令値Ｉｃｒを出力する電圧制御手段１３Ｄと、充電電流指令値Ｉｃｒから充電電流検出値Ｉｃｄを減算して充電電流偏差信号Ｉｃｅを出力する減算器１３Ｅと、充電電流偏差信号Ｉｃｅを増幅して充電電流制御信号Ｖｃｇを出力する電流制御手段１３Ｆと、充電電流指令値Ｉｃｒが電流指令下限値ＩＬＬより大きいときに充電指令Ｃｃをオン出力する下限比較器１３Ｇと、運転指令Ｏｃと充電指令Ｃｃの論理積を演算して動作指令Ｏｐを出力するアンド回路１３Ｈと、動作指令Ｏｐと充電電流制御信号Ｖｃｇに基づいて半導体スイッチング素子１１Ａをオンオフ制御するゲート信号Ｐｃを出力する充電用駆動回路１３Ｉとで構成される。

充電用駆動回路１３Ｉは、動作指令Ｏｐがオフの時は半導体スイッチング素子１１Ａを常時オフとする。逆に、動作指令Ｏｐがオンの時は充電電流制御信号Ｖｃｇに対応したデューティー比で半導体スイッチング素子１１Ａをオンオフ制御（いわゆるパルス幅変調）することで、スイッチング電圧Ｖｓの平均値が充電電流制御信号Ｖｃｇに比例した値になるようにしている。

ここで、運転指令Ｏｃは蓄電手段１１Ｄの充電を要求する指令であり、本実施形態では同期機１の交流出力電圧Ｖｇが所定の値以上に確立した後にオンすればよい。

充電電圧指令値Ｖｃｒは系統事故が発生したときにサイリスタ整流器７の出力電圧ＶＲに加算して界磁巻線１Ｂに印加すべき最大電圧の大きさに応じて設定する。また、電流指令上限値ＩＵＬは蓄電手段１１Ｄの充電に要する時間要求に応じて設定し、この充電電流を連続的に供給できるように蓄電装置電源回路１０および蓄電装置主回路１１の定格電流を選定しておく。

蓄電手段１１Ｄの静電容量と定格電圧は、系統事故が発生したときに界磁巻線１Ｂに印加すべき電圧の大きさと印加時間に応じて選定される。

また、上述した蓄電装置電源回路１０と、蓄電装置主回路１１と、蓄電装置制御回路１３、放電用駆動回路１７、降圧チョッパ回路１２とを含むものを、蓄電装置２０と称する。蓄電装置２０は、励磁用変圧器８が出力する交流電圧を電源として蓄電するとともに蓄電した電力をサイリスタ整流器７が出力する直流電圧ＶＲに加算して同期機１の界磁巻線１Ｂに印加する。

次に、本実施形態の自動電圧調整器（ＡＶＲ）１４について図２を参照して説明する。

１４は同期機１の出力電圧を調整する自動電圧調整器（自動電圧調整手段）であり、当該自動電圧調整器１４が出力する界磁電圧指令のうち、サイリスタ整流器７が出力可能な範囲の点弧角指令をパルス発生回路１６に出力する回路部分と、上記界磁電圧指令からサイリスタ整流器７の出力電圧および所定のバイアス電圧を減算した駆動指令を放電用駆動回路１７に出力する回路部分とを備えている。

より具体的には、自動電圧調整器１４は、計器用変圧器１５を介して同期機１の交流出力電圧Ｖｇに比例した交流電圧検出値Ｖｇｄ（ＰＵ値）を出力する交流電圧検出手段１４Ａと、電圧設定値Ｖｒを与える電圧設定手段１４Ｂと、電圧設定値Ｖｒから交流電圧検出値Ｖｇｄを減算して電圧偏差信号Ｖｅを出力する減算器１４Ｃと、電圧偏差信号Ｖｅを増幅して界磁電圧指令信号Ｖｆｒｅｆを出力する電圧制御手段１４Ｄと、界磁電圧指令信号Ｖｆｒｅｆをサイリスタ整流器７の交直変換係数Ｋで除してサイリスタ整流器７の点弧角信号αの余弦値Ｖｔｈを出力する除算器１４Ｅと、点弧角信号αの余弦値Ｖｔｈを入力して逆余弦を演算し点弧角信号αをパルス発生回路１６へ出力する逆余弦演算器１４Ｆと、界磁電圧指令信号Ｖｆｒｅｆを入力し下限値０で制限した値を正の界磁電圧指令信号Ｖｆｒｅｆｐとして出力する下限制限器１４Ｇと、正の界磁電圧指令信号Ｖｆｒｅｆｐに交流電圧検出値Ｖｇｄを乗じて整流器出力電圧推定値ＶＲｅｓｔを出力する整流器出力電圧推定器１４Ｈと、正の界磁電圧指令信号Ｖｆｒｅｆｐから整流器出力電圧推定値ＶＲｅｓｔと所定のバイアス信号Ｖｂを減じて放電電圧制御中間信号Ｖｄｃを出力する減算器１４Ｊと、放電電圧制御中間信号Ｖｄｃを入力し下限値０で制限した値を放電電圧制御信号Ｖｄｃｐとして放電用駆動回路１７へ出力する下限制限器１４Ｋとで構成される。交直変換係数Ｋは、サイリスタ整流器７の変換係数（３相純ブリッジの場合は３√２／π）に励磁用変圧器８の２次側定格電圧（Ｖ）を乗じ無負荷定格時の界磁電圧Ｖｆ０（Ｖ）で除した値（ＰＵ値）である。

本実施形態では、同期機１の交流出力電圧Ｖｇが定格電圧の時にサイリスタ整流器７の出力電圧ＶＲが界磁電圧指令信号Ｖｆｒｅｆにほぼ一致するように点弧角信号αを演算する方式を採用しているので、サイリスタ整流器７の出力電圧ＶＲは同期機１の交流出力電圧Ｖｇの大きさに比例して変化する。

なお、バイアス信号Ｖｂは同期機１の交流出力電圧Ｖｇの低下が少ない時に降圧チョッパ回路１２を動作させないようにするものであり、例えば、交流出力電圧Ｖｇが定格電圧の８０％程度以下で降圧チョッパ回路１２を動作させる場合は、バイアス信号Ｖｂに０．２×Ｋ（ＰＵ）を設定すればよい。また、降圧チョッパ回路１２は同期機１が電力系統５に連系されているときに動作すればよいので、並列用遮断器４が開放されているときはバイアス信号Ｖｂを大きくするなどして降圧チョッパ回路が動作しないようにしておく。

１６は自動電圧調整器１４から出力された点弧角指令に基づいてパルス信号を発生するパルス発生回路（パルス発生手段）であり、自動電圧調整器１４から出力された点弧角信号αに対応したタイミングのパルス信号Ｐをサイリスタ整流器７に出力する。

１７は自動電圧調整器１４から出力される指令を用いて降圧チョッパ回路１２に駆動指令を出力する放電用駆動回路（スイッチング駆動手段）であり、放電電圧制御信号Ｖｄｃｐに対応したデューティー比で半導体スイッチング素子１２Ａをオンオフ制御（いわゆるパルス幅変調）するゲート信号Ｐｄを出力することで、スイッチング電圧Ｖｃｈの平均値が放電電圧制御信号Ｖｄｃｐに比例した値になるようにしている。

１８は直流電源１９を入力して同期機１の交流出力電圧Ｖｇの確立に必要な初期励磁電流Ｉｉを界磁巻線１Ｂに供給する初期励磁回路であり、逆電流を阻止する初期励磁用ダイオード１８Ａと、初期励磁電流Ｉｉを所定の値に制限する初期励磁用抵抗１８Ｂと、初期励磁回路１８を界磁遮断器６を介して界磁巻線１Ｂに接続するための初期励磁用開閉器１８Ｃとで構成されている。

上記蓄電装置制御回路１３は、自動電圧調整器１４と合わせて、１つの制御装置として構成してもよい。

なお、本実施形態おいて「〜手段」と称した個々の要素は、ハードウェアで実現してもよいが、少なくとも一部をソフトウェアで実現してもよい。

（作用）
同期機１が所定の回転速度に到達した時点で、界磁遮断器６と初期励磁用開閉器１８Ｃが投入される。初期励磁用開閉器１８Ｃが投入されると、界磁巻線１Ｂに初期励磁電流が流れ始め、同期機１の交流出力電圧Ｖｇが所定の値に到達した時点でサイリスタ整流器７へのゲート信号Ｐの印加が開始される。サイリスタ整流器７の運転により交流出力電圧Ｖｇが上昇し、所定の値を超えると初期励磁用開閉器１８Ｃが開放される。その後、自動電圧調整器１４により同期機１の交流出力電圧Ｖｇが定格値まで上昇して電圧確立が完了すると、同期操作の後に並列用遮断器４を投入し、同期機１の出力電力を所定の値まで上昇させて通常の運用に入る。

蓄電装置２０の運転指令Ｏｃは、同期機１の交流出力電圧Ｖｇが所定の値以上に確立した後にオンになる。この時に蓄電手段１１Ｄが放電した状態、すなわち充電電圧検出値Ｖｃｄがあらかじめ設定した充電電圧指令値Ｖｃｒ以下であった場合の作用について説明する。

この時、充電用駆動回路１３Ｉにより半導体スイッチング素子１１Ａのオンオフ制御が開始され、電源変圧器１０Ａの交流電圧Ｖ２を入力し、ダイオード整流器１０Ｂとキャパシタ１０Ｃによって整流、平滑化された直流電圧Ｖｄは、半導体スイッチング素子１１Ａがオンの期間のみスイッチング電圧Ｖｓに現れる。逆に、半導体スイッチング素子１１Ａがオフの期間は、スイッチング電圧Ｖｓ＝０となる。スイッチング電圧Ｖｓと充電電圧Ｖｃとの差電圧がリアクトル１１Ｃに印加されるため、スイッチング電圧Ｖｓ＝直流電圧Ｖｄの期間は充電電流Ｉｃが増加し、スイッチング電圧Ｖｓ＝０の期間は充電電流Ｉｃが減少するが、スイッチング電圧Ｖｓの平均値が充電電圧Ｖｃより高ければ充電電流Ｉｃは増減を繰り返しながら増加方向へ移行し、逆にスイッチング電圧Ｖｓの平均値が充電電圧Ｖｃより低ければ充電電流Ｉｃは増減を繰り返しながら減少方向へ移行する。充電電圧検出値Ｖｃｄが充電電圧指令値Ｖｃｒより大きく下回っている状態では電圧制御手段１３Ｄの出力である充電電流指令値Ｉｃｒは電流指令上限値ＩＵＬとなっており、電流制御手段１３Ｆによって充電電流Ｉｃが電流指令上限値ＩＵＬと一致するように半導体スイッチング素子１１Ａのオンオフ制御のデューティー比が制御される。充電電圧検出値Ｖｃｄが充電電圧指令値Ｖｃｒ近づいてくると充電電流指令値Ｉｃｒが減少し始め、これに伴い充電電流Ｉｃも減少する。充電電圧検出値Ｖｃｄが充電電圧指令値Ｖｃｒにほぼ一致すると充電電圧指令値Ｖｃｒは電流指令下限値ＩＬＬとなり、充電指令Ｃｃと動作指令Ｏｐがオフすることで半導体スイッチング素子１１Ａがオフして充電電流Ｉｃが０になり充電動作が完了する。降圧チョッパ回路１２が動作して蓄電手段１１Ｄの電荷が同期機１の界磁回路に放電することで充電電圧Ｖｃが低下すると、上述したような蓄電手段１１Ｄの充電動作が繰り返される。

なお、半導体スイッチング素子１１Ａのオンオフ時に現れる充電電流Ｉｃの増減（リップル電流）は、リアクトル１１Ｃのインダクタンスを大きくすることや半導体スイッチング素子１１Ａのスイッチング周波数を高くすることで所望のレベル以下に低減することができる。

同期機１が定常運転しているときは、界磁電圧指令信号Ｖｆｒｅｆは４ＰＵ程度以下であり、同期機１の交流出力電圧Ｖｇは０．９５ＰＵ以上であることから、Ｖｆｒｅｆ−ＶＲｅｓｔの値は０．２ＰＵ程度以下となる。これに対し、バイアス信号Ｖｂを１ＰＵに設定しておけば放電電圧制御中間信号Ｖｄｃは負の値となり、放電電圧制御信号Ｖｄｃｐは０となるので降圧チョッパ回路１２の出力電圧Ｖｃｈは０となり、同期機１の界磁巻線１Ｂにはサイリスタ整流器７の出力電圧ＶＲのみが印加される。なお、降圧チョッパ回路１２が動作していない状態、すなわち半導体スイッチング素子１２Ａが常時オフの状態では、界磁電流Ｉｆはバイパスダイオード１２Ｂを環流している。

上述した通常運転中に系統事故が発生して同期機１の交流出力電圧Ｖｇが大きく低下すると、自動電圧調整器１４の交流電圧検出値Ｖｇｄが低下し界磁電圧指令信号Ｖｆｒｅｆが増加する。界磁電圧指令信号Ｖｆｒｅｆが増加すると点弧角信号αが進み位相となりサイリスタ整流器７の出力電圧ＶＲが増加するが、出力電圧ＶＲの最大値は交流出力電圧Ｖｇに比例して低下する。これに対し、界磁電圧指令信号Ｖｆｒｅｆが整流器出力電圧推定値ＶＲｅｓｔとバイアス信号Ｖｂとの和を超過すると放電電圧制御信号Ｖｄｃｐが正の値となるため、これに比例した平均値のスイッチング電圧Ｖｃｈが降圧チョッパ回路１２から出力される。結果としてサイリスタ整流器７の出力電圧ＶＲと降圧チョッパ回路１２のスイッチング電圧Ｖｃｈの平均値との加算値が界磁巻線１Ｂに印加されるので、降圧チョッパ回路１２が動作しない時と比べて同期機１の界磁電圧Ｖｆを増加させることができる。

この時、降圧チョッパ回路１２が出力するスイッチング電圧Ｖｃｈの平均値は、界磁巻線１Ｂに印加される界磁電圧Ｖｆが界磁電圧指令信号Ｖｆｒｅｆからバイアス信号Ｖｂを減じた値に一致するように調整されるため、交流出力電圧Ｖｇの降下量に応じて増減する。このため、交流出力電圧Ｖｇの降下が小さい時ほど、蓄電手段１１Ｄの充電電圧Ｖｃの放電による電圧低下は小さくなる。

その後、系統事故から復旧し同期機１の交流出力電圧Ｖｇが回復する過程で界磁電圧指令信号Ｖｆｒｅｆが整流器出力電圧推定値ＶＲｅｓｔとバイアス信号Ｖｂとの和を下回ると放電電圧制御信号Ｖｄｃｐの値が０となるため、降圧チョッパ回路１２の動作が停止し、サイリスタ整流器７の出力電圧ＶＲが界磁巻線１Ｂに印加されるようになる。

交流出力電圧Ｖｇが復帰する過程においても、降圧チョッパ回路１２のスイッチング電圧Ｖｃｈの平均値は自動電圧調整器１４によって連続的に調整されるので、系統事故からの復帰時に降圧チョッパ回路１２の出力電圧により同期機１の交流出力電圧Ｖｇが過大な値にならないようにすることができる。

蓄電装置２０を設けていなければ、系統事故発生中のサイリスタ整流器７の出力電圧は同期機１の交流出力電圧Ｖｇの低下に伴い大きく低下するが、蓄電装置２０を設けて動作させることにより、系統事故発生中に界磁巻線１Ｂに印加する界磁電圧Ｖｆをサイリスタ整流器の出力電圧ＶＲに降圧チョッパ回路１２のスイッチング電圧Ｖｃｈの平均値を加算した値まで増加させることができる。

（効果）
本実施形態によれば、系統事故発生中に同期機１の界磁巻線１Ｂに印加する電圧を蓄電装置２０の出力電圧により増加させることができるので、いわゆる過渡安定度を向上させることができる。降圧チョッパ回路１２が出力するスイッチング電圧Ｖｃｈの平均値は、自動電圧調整器１４が出力する界磁電圧指令信号Ｖｆｒｅｆに対してサイリスタ整流器７の出力電圧ＶＲだけでは不足する電圧を連続的に調整して補うことができる。また、通常運転時に界磁回路に挿入される蓄電装置２０の回路はバイパスダイオード１２Ｂのみであり、従来の励磁装置部分の運転に与える影響が少ない構成としているため、従来の励磁装置の信頼性を維持できる。さらに、蓄電装置主回路１１と蓄電装置制御回路１３により充電電圧Ｖｃおよび充電電流Ｉｃを所定の値以下に抑制するので、蓄電装置主回路１１と蓄電装置電源回路１０の設備容量を低減し小容量の部品で構成することができる。

[第２の実施形態]
次に、図３および図４を参照して第２の実施形態について説明する。

（構成）
図３は第２の実施形態に関わる同期機の励磁装置の構成を示す図である。また、図４は同実施形態における自動電圧調整器の構成を示す図である。

本実施形態は、上述した第１の実施形態（図１、図２）において、自動電圧調整器１４を自動電圧調整器１４’に置き換えたものである。

自動電圧調整器１４’は、同期機１の出力電圧に比例するサイリスタ整流器７の最大出力電圧と蓄電装置動作時最大励磁電圧のうち高値を選択して当該自動電圧調整器１４’が出力する界磁電圧指令の出力上限値とする回路部分と、上記界磁電圧指令のうち、サイリスタ整流器７が出力可能な範囲の点弧角指令をパルス発生回路１６に出力する回路部分と、上記界磁電圧指令からサイリスタ整流器７の出力電圧を減算した駆動指令を放電用駆動回路１７に出力する回路部分とを備えている。

上述した自動電圧調整器１４との相違点は、下限制限器１４Ｇと整流器出力電圧推定器１４Ｈと減算器１４Ｊを削除するとともに、定格電圧時のサイリスタ整流器７の最大出力電圧Ｋ＊ｃｏｓα_ｍｉｎに交流電圧検出値Ｖｇｄを乗じてサイリスタ整流器最大出力電圧ＵＬｔｈを出力する乗算器１４Ｌと、定格電圧時のサイリスタ整流器７の最大出力電圧Ｋ＊ｃｏｓα_ｍｉｎに降圧チョッパ回路動作係数Ｋｂを乗じて降圧チョッパ回路運転時最大励磁電圧ＵＬｄｃを出力する乗算器１４Ｍと、サイリスタ整流器最大出力電圧ＵＬｔｈと降圧チョッパ回路運転時最大励磁電圧ＵＬｄｃのうち高値を選択して電圧制御出力上限値ＵＬを電圧制御手段１４Ｄ’へ出力する高値選択器１４Ｎと、サイリスタ整流器７の最小出力電圧Ｋ＊ｃｏｓα_ｍａｘに交流電圧検出値Ｖｇｄを乗じて電圧制御出力下限値ＬＬを電圧制御手段１４Ｄ’へ出力する乗算器１４Ｐと、界磁電圧指令信号Ｖｆｒｅｆを入力して上限値をサイリスタ整流器最大出力電圧ＵＬｔｈで制限した値を整流器用界磁電圧指令信号Ｖｆｒｅｆ’として出力する上限制限器１４Ｑと、界磁電圧指令信号Ｖｆｒｅｆからサイリスタ整流器最大出力電圧ＵＬｔｈを減じて放電電圧制御中間信号Ｖｄｃを下限制限器１４Ｋへ出力する減算器１４Ｒと、を追加し、さらに電圧制御手段１４Ｄを、高値選択器１４Ｎが出力する電圧制御出力上限値ＵＬと乗算器１４Ｐが出力する電圧制御出力下限値ＬＬで上下限値を制限する電圧制御手段１４Ｄ’に変更し、除算器１４Ｅを、整流器用界磁電圧指令信号Ｖｆｒｅｆ’をサイリスタ整流器７の交直変換係数Ｋと交流電圧検出値Ｖｇｄで除してサイリスタ整流器７の点弧角信号αの余弦値Ｖｔｈを出力する除算器１４Ｅ’に変更したことである。

なお、降圧チョッパ回路動作係数Ｋｂは同期機１の交流出力電圧Ｖｇの低下が少ない時に降圧チョッパ回路１２を動作させないようにするものであり、例えば、降圧チョッパ回路１２を交流出力電圧Ｖｇが定格電圧の８０％程度以下で動作させる場合は、降圧チョッパ回路動作係数Ｋｂに０．８（ＰＵ）を設定すればよい。また、降圧チョッパ回路１２は同期機１が電力系統５に連系されているときに動作すればよいので、並列用遮断器４が開放されているときは降圧チョッパ回路動作係数Ｋｂを小さくするなどして降圧チョッパ回路が動作しないようにしておく。

（作用）
第１の実施形態との相違点は、同期機１の交流出力電圧Ｖｇが変化してもサイリスタ整流器７の出力電圧ＶＲを界磁電圧指令信号Ｖｆｒｅｆに一致させるようにしたことと、界磁電圧指令信号Ｖｆｒｅｆがサイリスタ整流器７の最大出力電圧を超過した量に応じて降圧チョッパ回路１２のスイッチング電圧Ｖｃｈの平均値を制御するようにしたことである。

同期機１の交流出力電圧Ｖｇが確立した後の蓄電装置２０の充電方法については第１の実施形態と同様である。

同期機１が定常運転しており、交流出力電圧Ｖｇが降圧チョッパ回路動作係数Ｋｂ（例えば０．８ＰＵ）より大きい時は電圧制御出力上限値ＵＬがサイリスタ整流器最大出力電圧ＵＬｔｈとなるので界磁電圧指令信号Ｖｆｒｅｆが最大となっても対応する電圧をサイリスタ整流器７が出力することができる。このため、放電電圧制御信号Ｖｄｃｐの値は０となり、降圧チョッパ回路１２は動作しない。

上述した通常運転中に系統事故が発生して同期機１の交流出力電圧Ｖｇが大きく低下すると、自動電圧調整器１４’の交流電圧検出値Ｖｇｄが低下し界磁電圧指令信号Ｖｆｒｅｆが増加する。界磁電圧指令信号Ｖｆｒｅｆが増加すると点弧角信号αが進み位相となりサイリスタ整流器７の出力電圧ＶＲが増加するが、出力電圧ＶＲの最大値は交流出力電圧Ｖｇに比例して低下する。交流電圧検出値Ｖｇｄが降圧チョッパ回路動作係数Ｋｂよりも低下すると電圧制御出力上限値ＵＬが降圧チョッパ回路運転時最大励磁電圧ＵＬｄｃとなり、界磁電圧指令信号Ｖｆｒｅｆがサイリスタ整流器最大出力電圧ＵＬｔｈを超過した量が放電電圧制御信号Ｖｄｃｐとなり対応する電圧が降圧チョッパ回路１２から出力される。結果として、降圧チョッパ回路１２のスイッチング電圧Ｖｃｈの平均値とサイリスタ整流器７の出力電圧ＶＲとの加算値が界磁電圧指令信号Ｖｆｒｅｆと一致するように制御され、界磁巻線１Ｂに印加されるので、降圧チョッパ回路１２が動作しない時と比べて同期機１の界磁電圧を増加させることができる。

この時、降圧チョッパ回路１２が出力するスイッチング電圧Ｖｃｈの平均値は、界磁巻線１Ｂに印加される界磁電圧Ｖｆが界磁電圧指令信号Ｖｆｒｅｆに一致するように調整されるため、交流出力電圧Ｖｇの降下量に応じて増減する。このため、交流出力電圧Ｖｇの降下が小さい時ほど、蓄電手段１１Ｄの充電電圧Ｖｃの放電による電圧低下は小さくなる。

その後、系統事故から復旧し同期機１の交流出力電圧Ｖｇが回復する過程で降圧チョッパ回路運転時最大励磁電圧ＵＬｄｃがサイリスタ整流器最大出力電圧ＵＬｔｈを下回ると放電電圧制御信号Ｖｄｃｐの値が０となるため、降圧チョッパ回路１２の動作が停止しサイリスタ整流器７の出力電圧ＶＲが界磁巻線１Ｂに印加されるようになる。

交流出力電圧Ｖｇが復帰する過程においても、降圧チョッパ回路１２のスイッチング電圧Ｖｃｈの平均値は自動電圧調整器１４’によって連続的に調整されるので、系統事故からの復帰時に降圧チョッパ回路１２の出力電圧により同期機１の交流出力電圧Ｖｇが過大な値にならないようにできる。

蓄電装置２０を設けていなければ、系統事故発生中のサイリスタ整流器７の出力電圧は同期機１の交流出力電圧Ｖｇの低下に伴い大きく低下するが、蓄電装置２０を設けて動作させることにより、系統事故発生中に界磁巻線１Ｂに印加する界磁電圧Ｖｆをサイリスタ整流器の出力電圧ＶＲに降圧チョッパ回路１２のスイッチング電圧Ｖｃｈの平均値を加算した値まで増加させることができる。

（効果）
本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて、同期機１の交流出力電圧Ｖｇが変化してもサイリスタ整流器７の出力電圧ＶＲを運転可能な範囲で界磁電圧指令信号Ｖｆｒｅｆと一致させることができる。

[第３の実施形態]
次に、図５および図６を参照して第３の実施形態について説明する。

（構成）
図５は第３の実施形態に関わる同期機の励磁装置の構成を示す図である。また、図６は同実施形態における自動電圧調整器の構成を示す図である。

本実施形態は、上述した第１の実施形態（図１、図２）において、同期機１の界磁電流Ｉｆを検出するための界磁電流変流器２１を追加し、自動電圧調整器１４を自動電圧調整器１４＃に置き換えたものである。

自動電圧調整器１４＃は、当該自動電圧調整器１４＃が出力する界磁電圧指令のうち、サイリスタ整流器７が出力可能な範囲の点弧角指令をパルス発生回路１６に出力する回路部分と、上記界磁電圧指令からサイリスタ整流器７の通電電流による電圧降下を減算した当該サイリスタ整流器７の出力電圧および所定のバイアス電圧を減算した駆動指令を放電用駆動回路１７に出力する回路部分とを備えている。

上述した自動電圧調整器１４との相違点は、界磁電流変流器２１を介して同期機１の界磁電流Ｉｆ（界磁電流変流器２１により検出される同期機１の界磁電流Ｉｆ）に比例した界磁電流検出値Ｉｆｄを出力する電流検出手段１４Ｓを追加し、さらに整流器出力電圧推定器１４Ｈを、正の界磁電圧指令信号Ｖｆｒｅｆｐに交流電圧検出値Ｖｇｄを乗じた値から界磁電流検出値Ｉｆｄに電圧降下係数Ｋｃを乗じた値を減算して整流器出力電圧推定値ＶＲｅｓｔを減算器１４Ｊへ出力する整流器出力電圧推定器１４Ｈ’に変更したことである。

（作用）
第１の実施形態との相違点は、サイリスタ整流器７の出力電圧ＶＲの界磁電流Ｉｆに比例する電圧降下を整流器出力電圧推定値ＶＲｅｓｔに組み入れたことである。

同期機１の交流出力電圧Ｖｇが確立した後の蓄電装置２０の充電方法や系統事故発生による電圧低下時および復帰時の自動電圧調整器１４＃や降圧チョッパ回路１２の動きについては第１の実施形態とほぼ同様である。

本実施形態では、整流器出力電圧推定値ＶＲｅｓｔに界磁電流Ｉｆによる電圧降下を組み入れており、特に界磁電流Ｉｆが増加する系統事故発生時に整流器出力電圧推定値ＶＲｅｓｔの値が小さくなるので、その分、放電電圧制御信号Ｖｄｃｐが大きくなり降圧チョッパ回路１２のスイッチング電圧Ｖｃｈの平均値が大きくなることで同期機１の界磁電圧がより増加する。

（効果）
本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて、特に系統事故時に増加する、界磁電流Ｉｆによるサイリスタ整流器７の出力電圧ＶＲの降下分を、降圧チョッパ回路１２のスイッチング電圧Ｖｃｈの平均値を増加させることで補うことができる。

[第４の実施形態]
次に、図７および図８を参照して第４の実施形態について説明する。

（構成）
図７は第４の実施形態に関わる同期機の励磁装置の構成を示す図である。また、図８は同実施形態における自動電圧調整器の構成を示す図である。

本実施形態は、上述した第２の実施形態（図３、図４）において、同期機１の界磁電流Ｉｆを検出するための界磁電流変流器２１を追加し、自動電圧調整器１４’を自動電圧調整器１４＊に置き換えたものである。

自動電圧調整器１４＊は、同期機１の出力電圧に比例するサイリスタ整流器７の最大出力電圧と蓄電装置動作時最大励磁電圧にサイリスタ整流器７の通電電流による電圧降下を加算した値のうち高値を選択して当該自動電圧調整器１４＊が出力する界磁電圧指令の出力上限値とする回路部分と、上記界磁電圧指令のうち、サイリスタ整流器７が出力可能な範囲の点弧角指令をパルス発生回路１６に出力する回路部分と、上記界磁電圧指令からサイリスタ整流器７の出力電圧を減算した駆動指令を放電用駆動回路１７に出力する回路部分とを備えている。

上述した自動電圧調整器１４’との相違点は、界磁電流変流器２１を介して同期機１の界磁電流Ｉｆに比例した界磁電流検出値Ｉｆｄを出力する電流検出手段１４Ｓと、界磁電流検出値Ｉｆｄに電圧降下係数Ｋｃを乗じた値を降下電圧Ｖｄとして出力する乗算器１４Ｔと、降圧チョッパ回路運転時最大励磁電圧ＵＬｄｃに降下電圧Ｖｄを加算して降圧チョッパ回路運転時最大出力補正電圧ＵＬｄｃｃを高値選択器１４Ｎ’へ出力する加算器１４Ｕと、を追加し、さらに高値選択器１４Ｎを、サイリスタ整流器最大出力電圧ＵＬｔｈと降圧チョッパ回路運転時最大出力補正電圧ＵＬｄｃｃのうち高値を選択して電圧制御出力上限値ＵＬを電圧制御手段１４Ｄ’へ出力する高値選択器１４Ｎ’に変更したことである。

（作用）
第２の実施形態との相違点は、サイリスタ整流器７の出力電圧ＶＲの界磁電流Ｉｆに比例する電圧降下分で降圧チョッパ回路運転時最大励磁電圧ＵＬｄｃを補正したことである。

同期機１の交流出力電圧Ｖｇが確立した後の蓄電装置２０の充電方法や系統事故発生による電圧低下時および復帰時の自動電圧調整器１４＊や降圧チョッパ回路１２の動きについては第２の実施形態とほぼ同様である。

本実施形態では、降圧チョッパ回路運転時最大励磁電圧ＵＬｄｃに降下電圧Ｖｄを加算することで同期機１の交流出力電圧Ｖｇが降下したときに、界磁電流Ｉｆの増加量に応じて降圧チョッパ回路運転時最大出力補正電圧ＵＬｄｃｃがより早く電圧制御出力上限値ＵＬとして高値選択され、降圧チョッパ回路１２がより早く動作を開始し、降圧チョッパ回路１２のスイッチング電圧Ｖｃｈの平均値を降下電圧Ｖｄの分だけ高くできるように作用する。その結果、同期機１の界磁電圧がより増加する。

（効果）
本実施形態によれば、第２の実施形態の効果に加えて、特に系統事故時に増加する、界磁電流Ｉｆによるサイリスタ整流器７の出力電圧ＶＲの降下電圧Ｖｄを、降圧チョッパ回路１２のスイッチング電圧Ｖｃｈの平均値を増加させることで補うことができる。

[第５の実施形態]
次に、図９および図１０を参照して第５の実施形態について説明する。

（構成）
図９は第５の実施形態に関わる同期機の励磁装置の構成を示す図である。また、図１０は同実施形態における自動電圧調整器の構成を示す図である。

本実施形態は、上述した第１の実施形態（図１、図２）において、自動電圧調整器１４を、電圧検出手段１３Ａが出力する充電電圧検出値Ｖｃｄを追加で入力する自動電圧調整器１４”に置き換えたものである。

自動電圧調整器１４”は、放電用駆動回路１７に出力する駆動指令を蓄電装置主回路１１の充電電圧に反比例した値に補正する回路を備えている。

上述した自動電圧調整器１４との相違点は、充電電圧検出値Ｖｃｄを入力して、下限制限器１４Ｋが出力する放電電圧制御信号Ｖｄｃｐを、定格値を１ＰＵとする充電電圧検出値Ｖｃｄ（電圧検出手段１３Ａから出力される充電電圧検出値Ｖｃｄ）で除して放電電圧制御補正信号Ｖｄｃｐｃを出力する除算器１４Ｖを追加し、放電電圧制御補正信号Ｖｄｃｐｃを放電用駆動回路１７に入力するようにしたものである。

（作用）
第１の実施形態との相違点は、蓄電手段１１Ｄの充電電圧Ｖｃの大きさに反比例して放電電圧制御信号Ｖｄｃｐを補正し、放電により充電電圧Ｖｃが降下しても降圧チョッパ回路１２のスイッチング電圧Ｖｃｈの平均値を放電電圧制御信号Ｖｄｃｐに一致させるようにしたことである。

系統事故が発生して同期機１の交流出力電圧Ｖｇが降下すると降圧チョッパ回路１２が動作を開始するが、蓄電手段１１Ｄの充電電圧Ｖｃは放電とともに減衰する。この時、放電電圧制御信号Ｖｄｃｐを充電電圧Ｖｃの大きさに反比例した値に補正した放電電圧制御補正信号Ｖｄｃｐｃで放電用駆動回路１７を制御すれば、降圧チョッパ回路１２のスイッチング電圧Ｖｃｈの平均値を運転可能な範囲で放電電圧制御信号Ｖｄｃｐに応じた値と一致させることができる。

（効果）
本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて、特に系統事故時に蓄電手段１１Ｄの充電電圧Ｖｃが変化しても降圧チョッパ回路１２が出力するスイッチング電圧Ｖｃｈの平均値を運転可能な範囲で放電電圧制御信号Ｖｄｃｐに応じた値に調整でき、所望の制御特性が得られる。

なお、本実施形態における除算器１４Ｖは第２の実施形態、第３の実施形態および第４の実施形態に対しても適用することができ、上記と同様の作用と効果が得られる。

[第６の実施形態]
次に、図１１を参照して第６の実施形態について説明する。

（構成）
図１１は第６の実施形態に関わる同期機の励磁装置の構成を示す図である。

本実施形態は、上述した第１の実施形態（図１）において、蓄電装置電源回路１０を、入力電源を交流電源２２から得る蓄電装置電源回路１０’に置き換えたものである。

蓄電装置電源回路１０との相違点は、電源変圧器１０Ａを、交流電源２２の交流電圧を入力し所望の交流電圧Ｖ２に変圧する電源変圧器１０Ａ’に変更したことである。

（作用）
第１の実施形態との相違点は、蓄電装置電源回路１０の入力電源を交流電源２２から得るようにした点である。これにより、同期機１が停止中であっても、交流電源２２が電源確立していれば蓄電装置２０の充電動作を行うことができる。

（効果）
本実施形態によれば、蓄電装置電源回路１０’の入力電源を交流電源２２から得るようにしたことで、同期機１が停止中であっても、蓄電装置２０の充電動作を行うことができ、同期機１の起動に備えることができる。

なお、本実施形態における蓄電装置電源回路１０’は第２の実施形態、第３の実施形態、第４の実施形態および第５の実施形態に対しても適用することができ、上記と同様の作用と効果が得られる。

このように、各実施形態によれば、系統事故発生中に同期機１の界磁巻線１Ｂに印加する電圧を蓄電装置２０の出力電圧により増加させることができるので、いわゆる過渡安定度を向上させることができる。降圧チョッパ回路１２が出力する電圧は、自動電圧調整器１４が出力する界磁電圧指令信号Ｖｆｒｅｆに応じて算出するので、最適なタイミングで最適な電圧を連続的に変化させながら同期機１の界磁巻線１Ｂに印加することができる。また、通常運転時に従来の励磁装置部分の運転に与える影響が少ない構成としているため、従来の励磁装置の信頼性を維持できる。さらに、蓄電装置主回路１１と蓄電装置制御回路１３により充電電圧Ｖｃおよび充電電流Ｉｃを所定の値以下に抑制するので、蓄電装置主回路１１と蓄電装置電源回路１０の設備容量を低減し小容量の部品で構成することができる。

以上詳述したように、各実施形態によれば、励磁装置主回路に挿入、接続する構成要素が少なく設備容量が小さい装置により系統事故発生時の過渡安定度を向上させることができる。

本発明のいくつか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。これら新規な実施形態は、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は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、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。

１…同期機、１Ａ…電機子巻線、１Ｂ…界磁巻線、２…摺動接触部、３…主要変圧器、４…並列用遮断器、５…電力系統、６…界磁遮断器、６Ａ…放電抵抗、６Ｂ…放電極接点、７…サイリスタ整流器（サイリスタ整流手段）、８…励磁用変圧器（変圧手段）、１０…蓄電装置電源回路（蓄電整流手段）、１０’…蓄電装置電源回路、１０Ａ…電源変圧器、１０Ａ’…電源変圧器、１０Ｂ…ダイオード整流器、１０Ｃ…キャパシタ、１１…蓄電装置主回路（蓄電充電手段）、１１Ａ…半導体スイッチング素子、１１Ｂ…バイパスダイオード、１１Ｃ…リアクトル、１１Ｄ…蓄電手段、１１Ｅ…充電電流検出器、１２…降圧チョッパ回路（スイッチング手段）、１２Ａ…半導体スイッチング素子、１２Ｂ…バイパスダイオード、１３…蓄電装置制御回路（蓄電制御手段）、１３Ａ…電圧検出手段、１３Ｂ…電圧設定手段、１３Ｃ…減算器、１３Ｄ…電圧制御手段、１３Ｅ…減算器、１３Ｆ…電流制御手段、１３Ｇ…下限比較器、１３Ｈ…アンド回路、１３Ｉ…充電用駆動回路、１４…自動電圧調整器（自動電圧調整手段）、１４’…自動電圧調整器、１４＃：自動電圧調整器、１４＊：自動電圧調整器、１４”…自動電圧調整器、１４Ａ…交流電圧検出手段、１４Ｂ…電圧設定手段、１４Ｃ…減算器、１４Ｄ…電圧制御手段、１４Ｄ’…電圧制御手段、１４Ｅ…除算器、１４Ｅ’…除算器、１４Ｆ…逆余弦演算器、１４Ｇ…下限制限器、１４Ｈ…整流器出力電圧推定器、１４Ｈ’…整流器出力電圧推定器、１４Ｊ…減算器、１４Ｋ…下限制限器、１４Ｌ…乗算器、１４Ｍ…乗算器、１４Ｎ…高値選択器、１４Ｎ’…高値選択器、１４Ｐ…乗算器、１４Ｑ…上限制限器、１４Ｒ…減算器、１４Ｓ…電流検出手段、１４Ｔ…乗算器、１４Ｕ…加算器、１４Ｖ…除算器、１５…計器用変圧器、１６…パルス発生回路（パルス発生手段）、１７…放電用駆動回路（スイッチング駆動手段）、１８…初期励磁回路、１８Ａ…初期励磁用ダイオード、１８Ｂ…初期励磁用抵抗、１８Ｃ…初期励磁用開閉器、１９…直流電源、２０…蓄電装置、２１…界磁電流変流器、２２…交流電源。

Claims (10)

1. 同期機の出力電圧を降圧する変圧手段と、前記同期機の出力電圧を調整する自動電圧調整手段と、前記自動電圧調整手段から出力される点弧角指令に基づいてパルス信号を発生するパルス発生手段と、前記パルス発生手段から出力されるパルス信号に基づいて前記変圧手段が出力する交流電圧を直流電圧に変換するサイリスタ整流手段と、交流電圧を電源として蓄電するとともに蓄電した電力を前記サイリスタ整流手段が出力する直流電圧に加算して前記同期機の界磁巻線に印加する蓄電装置とを具備する、同期機の励磁装置であって、
   前記蓄電装置が、交流電圧を整流して直流電圧を出力する蓄電整流手段と、前記蓄電整流手段から出力される直流電圧を電源として充電を行う蓄電充電手段と、前記蓄電充電手段の充電電圧と充電電流を調整する蓄電制御手段と、前記蓄電充電手段に充電された電力を前記同期機の界磁巻線に放電するスイッチング手段と、前記自動電圧調整手段から出力される指令を用いて前記スイッチング手段に駆動指令を出力するスイッチング駆動手段と、を備えていることを特徴とする同期機の励磁装置。
2. 請求項１に記載の同期機の励磁装置において、
   前記蓄電整流手段は、前記変圧手段の出力電圧を整流して直流電圧を出力することを特徴とする同期機の励磁装置。
3. 請求項１又は２に記載の同期機の励磁装置において、
   前記スイッチング手段は、蓄電手段の正極を前記スイッチング手段の出力の正極に接続する半導体スイッチング素子と、アノード側が前記蓄電手段の負極に接続されカソード側が前記スイッチング手段の出力の正極に接続されたバイパスダイオードと、を備えていることを特徴とする同期機の励磁装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の同期機の励磁装置において、
   前記自動電圧調整手段は、
   前記同期機の交流出力電圧に比例した交流電圧検出値を出力する交流電圧検出手段と、
   電圧設定値を与える電圧設定手段と、
   前記電圧設定値から前記交流電圧検出値を減算して電圧偏差信号を出力する減算器と、
   前記電圧偏差信号を増幅して界磁電圧指令信号を出力する電圧制御手段と、
   前記界磁電圧指令信号を前記サイリスタ整流手段の所定の交直変換係数で除して前記サイリスタ整流手段の点弧角信号の余弦値を出力する除算器と、
   前記点弧角信号の余弦値を入力して逆余弦を演算した値を点弧角信号として前記パルス発生手段へ出力する逆余弦演算器と、
   前記界磁電圧指令信号を入力し下限値０で制限した値を正の界磁電圧指令信号として出力する下限制限器と、
   前記正の界磁電圧指令信号に前記交流電圧検出値を乗じて整流手段出力電圧推定値を出力する整流手段出力電圧推定器と、
   前記正の界磁電圧指令信号から前記整流手段出力電圧推定値と所定のバイアス信号とを減じて放電電圧制御中間信号を出力する減算器と、
   前記放電電圧制御中間信号を入力し下限値０で制限した値を放電電圧制御信号として前記スイッチング駆動手段へ出力する下限制限器と、
   を備えていることを特徴とする同期機の励磁装置。
5. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の同期機の励磁装置において、
   前記自動電圧調整手段は、
   前記同期機の交流出力電圧に比例した交流電圧検出値を出力する交流電圧検出手段と、
   電圧設定値を与える電圧設定手段と、
   前記電圧設定値から前記交流電圧検出値を減算して電圧偏差信号を出力する減算器と、
   定格電圧時の前記サイリスタ整流手段の最大出力電圧に前記交流電圧検出値を乗じてサイリスタ整流手段最大出力電圧を出力する乗算器と、
   定格電圧時の前記サイリスタ整流手段の最大出力電圧に所定の降圧チョッパ回路動作係数を乗じて降圧チョッパ回路運転時最大励磁電圧を出力する乗算器と、
   前記サイリスタ整流手段最大出力電圧と前記降圧チョッパ回路運転時最大励磁電圧のうち高値を選択して電圧制御出力上限値を出力する高値選択器と、
   前記サイリスタ整流手段の最小出力電圧に前記交流電圧検出値を乗じて電圧制御出力下限値を出力する乗算器と、
   前記電圧偏差信号を増幅して界磁電圧指令信号を生成し、当該界磁電圧指令信号を前記電圧制御出力上限値と前記電圧制御出力下限値とで上下限値を制限してから出力する電圧制御手段と、
   前記上下限値が制限された界磁電圧指令信号を入力して更に上限値を前記サイリスタ整流手段最大出力電圧で制限した値を整流手段用界磁電圧指令信号として出力する上限制限器と、
   前記整流手段用界磁電圧指令信号を前記サイリスタ整流手段の所定の交直変換係数と前記交流電圧検出値とで除して前記サイリスタ整流手段の点弧角信号の余弦値を出力する除算器と、
   前記点弧角信号の余弦値を入力して逆余弦を演算した値を点弧角信号として前記パルス発生手段へ出力する逆余弦演算器と、
   前記上下限値が制限された界磁電圧指令信号から前記サイリスタ整流手段最大出力電圧を減じて放電電圧制御中間信号を出力する減算器と、
   前記放電電圧制御中間信号を入力し下限値０で制限した値を放電電圧制御信号として前記スイッチング駆動手段へ出力する下限制限器と、
   を備えていることを特徴とする同期機の励磁装置。
6. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の同期機の励磁装置において、
   前記自動電圧調整手段は、
   前記同期機の交流出力電圧に比例した交流電圧検出値を出力する交流電圧検出手段と、
   電圧設定値を与える電圧設定手段と、
   前記電圧設定値から前記交流電圧検出値を減算して電圧偏差信号を出力する減算器と、
   前記電圧偏差信号を増幅して界磁電圧指令信号を出力する電圧制御手段と、
   前記界磁電圧指令信号を前記サイリスタ整流手段の所定の交直変換係数で除して前記サイリスタ整流手段の点弧角信号の余弦値を出力する除算器と、
   前記点弧角信号の余弦値を入力して逆余弦を演算した値を点弧角信号として前記パルス発生手段へ出力する逆余弦演算器と、
   前記界磁電圧指令信号を入力し下限値０で制限した値を正の界磁電圧指令信号として出力する下限制限器と、
   前記同期機の界磁電流に比例した界磁電流検出値を出力する電流検出手段と、
   前記正の界磁電圧指令信号に前記交流電圧検出値を乗じた値から前記界磁電流検出値に所定の電圧降下係数を乗じた値を減算して整流手段出力電圧推定値を出力する整流手段出力電圧推定器と、
   前記正の界磁電圧指令信号から前記整流手段出力電圧推定値と所定のバイアス信号とを減じて放電電圧制御中間信号を出力する減算器と、
   前記放電電圧制御中間信号を入力し下限値０で制限した値を放電電圧制御信号として前記スイッチング駆動手段へ出力する下限制限器と、
   を備えていることを特徴とする同期機の励磁装置。
7. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の同期機の励磁装置において、
   前記自動電圧調整手段は、
   前記同期機の交流出力電圧に比例した交流電圧検出値を出力する交流電圧検出手段と、
   電圧設定値を与える電圧設定手段と、
   前記電圧設定値から前記交流電圧検出値を減算して電圧偏差信号を出力する減算器と、
   定格電圧時の前記サイリスタ整流手段の最大出力電圧に前記交流電圧検出値を乗じてサイリスタ整流手段最大出力電圧を出力する乗算器と、
   定格電圧時の前記サイリスタ整流手段の最大出力電圧に所定の降圧チョッパ回路動作係数を乗じて降圧チョッパ回路運転時最大励磁電圧を出力する乗算器と、
   前記同期機の界磁電流に比例した界磁電流検出値を出力する電流検出手段と、
   前記界磁電流検出値に所定の電圧降下係数を乗じた値を降下電圧として出力する乗算器と、
   前記降圧チョッパ回路運転時最大励磁電圧に前記降下電圧を加算して降圧チョッパ回路運転時最大出力補正電圧を出力する加算器と、
   前記サイリスタ整流手段最大出力電圧と前記降圧チョッパ回路運転時最大出力補正電圧のうち高値を選択して電圧制御出力上限値を出力する高値選択器と、
   前記サイリスタ整流手段の最小出力電圧に前記交流電圧検出値を乗じて電圧制御出力下限値を出力する乗算器と、
   前記電圧偏差信号を増幅して界磁電圧指令信号を生成し、当該界磁電圧指令信号を前記電圧制御出力上限値と前記電圧制御出力下限値とで上下限値を制限してから出力する電圧制御手段と、
   前記上下限値が制限された界磁電圧指令信号を入力して更に上限値を前記サイリスタ整流手段最大出力電圧で制限した値を整流手段用界磁電圧指令信号として出力する上限制限器と、
   前記整流手段用界磁電圧指令信号を前記サイリスタ整流手段の所定の交直変換係数と前記交流電圧検出値とで除して前記サイリスタ整流手段の点弧角信号の余弦値を出力する除算器と、
   前記点弧角信号の余弦値を入力して逆余弦を演算した値を点弧角信号として前記パルス発生手段へ出力する逆余弦演算器と、
   前記上下限値が制限された界磁電圧指令信号から前記サイリスタ整流手段最大出力電圧を減じて放電電圧制御中間信号を出力する減算器と、
   前記放電電圧制御中間信号を入力し下限値０で制限した値を放電電圧制御信号として前記スイッチング駆動手段へ出力する下限制限器と、
   を備えていることを特徴とする同期機の励磁装置。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の同期機の励磁装置において、
   前記自動電圧調整手段は、前記スイッチング駆動手段に出力する駆動指令を前記蓄電充電手段の充電電圧に反比例した値に補正する手段を備えていることを特徴とする同期機の励磁装置。
9. 同期機の出力電圧を降圧する変圧手段と、前記同期機の出力電圧を調整する自動電圧調整手段と、前記自動電圧調整手段から出力される点弧角指令に基づいてパルス信号を発生するパルス発生手段と、前記パルス発生手段から出力されるパルス信号に基づいて前記変圧手段が出力する交流電圧を直流電圧に変換するサイリスタ整流手段と、を具備する同期機の励磁装置において、交流電圧を電源として蓄電するとともに蓄電した電力を前記サイリスタ整流手段が出力する直流電圧に加算して前記同期機の界磁巻線に印加する蓄電装置であって、
   交流電圧を整流して直流電圧を出力する蓄電整流手段と、
   前記蓄電整流手段から出力される直流電圧を電源として充電を行う蓄電充電手段と、
   前記蓄電充電手段の充電電圧と充電電流を調整する蓄電制御手段と、
   前記蓄電充電手段に充電された電力を前記同期機の界磁巻線に放電するスイッチング手段と、
   前記自動電圧調整手段から出力される指令を用いて前記スイッチング手段に駆動指令を出力するスイッチング駆動手段と
   を具備することを特徴とする蓄電装置。
10. 同期機の出力電圧を降圧する変圧手段と、前記同期機の出力電圧を調整する自動電圧調整手段と、前記自動電圧調整手段から出力される点弧角指令に基づいてパルス信号を発生するパルス発生手段と、前記パルス発生手段から出力されるパルス信号に基づいて前記変圧手段が出力する交流電圧を直流電圧に変換するサイリスタ整流手段と、交流電圧を電源として蓄電するとともに蓄電した電力を前記サイリスタ整流手段が出力する直流電圧に加算して前記同期機の界磁巻線に印加する蓄電装置とを具備する励磁装置による、同期機の励磁方法であって、
    蓄電整流手段により、交流電圧を整流して直流電圧を出力し、
    蓄電充電手段により、前記蓄電整流手段から出力される直流電圧を電源として充電を行い、
    蓄電制御手段により、前記蓄電充電手段の充電電圧と充電電流を調整し、
    スイッチング手段により、前記蓄電充電手段に充電された電力を前記同期機の界磁巻線に放電し、
    スイッチング駆動手段により、前記自動電圧調整手段から出力される指令を用いて前記スイッチング手段に駆動指令を出力する
    ことを特徴とする同期機の励磁方法。