JP7412309B2 - Grid integration device - Google Patents
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Description
本開示は、系統併入装置に関する。 The present disclosure relates to a grid joining device.
同期調相機は励磁電流を調整することで無効電力を系統に供給する装置であり、回転による慣性力を有することから系統の再生エネルギー発電比率増加に対する系統安定化対策の1つになっている。 A synchronous phase modifier is a device that supplies reactive power to the grid by adjusting excitation current, and because it has inertia due to rotation, it is one of the measures to stabilize the grid in response to an increase in the renewable energy generation ratio of the grid.
同期調相機を停止状態からの始動方法として、始動用インバータを用いて同期調相機を同期電動機として始動する「インバータ始動方式」が用いられる。 As a method for starting a synchronous phase modifier from a stopped state, an "inverter starting method" is used in which a starting inverter is used to start the synchronous phase modifier as a synchronous motor.
「インバータ始動方式」において、同期調相機の電圧は始動用インバータの電圧と異なるため、インバータ駆動しながら系統に接続することはできない。このため、同期調相機の系統投入前に、始動用インバータは同期調相機と電気的に切り離される。 In the "inverter starting method," the voltage of the synchronous phase modifier is different from the voltage of the starting inverter, so it is not possible to connect to the grid while driving the inverter. Therefore, before the synchronous phase modifier is connected to the system, the starting inverter is electrically disconnected from the synchronous phase modifier.
従来の同期調相機においては、同期調相機は始動用インバータにより定格回転数まで昇速され、その後、同期調相機が始動用インバータから切り離されて、定格回転数よりも高い回転数からフリー回転となり、励磁装置から励磁電流が流され、これに応じた軸受け損、風損等の反抗トルク相当の損失により、同期調相機は徐々に回転数が低下する。 In conventional synchronous phase modifiers, the speed of the synchronous phase modifier is increased to the rated speed by the starting inverter, and then the synchronous phase modifier is disconnected from the starting inverter, allowing free rotation from a speed higher than the rated speed. An excitation current is passed from the excitation device, and the rotational speed of the synchronous phase modifier gradually decreases due to corresponding losses equivalent to the reaction torque such as bearing loss and windage loss.
同期調相機の回転数低下の開始後、系統電圧と同期調相機の端子電圧の差と周波数差および位相差が規定値以内となった同期状態で、並列用遮断器が投入される必要がある。これは装置の機械ダメージを避けるものであり、例えば電圧差が±1%以内で、周波数差が±0.1Hz以内になった場合でも、電圧の位相差が±15°を外れていると並列用遮断器は投入されず、始動用インバータを再度、同期調相機に接続および運転して、同期調相機を再加速する必要がある。 After the rotation speed of the synchronous phase modifier starts to decrease, the parallel circuit breaker must be closed in a synchronized state in which the difference between the grid voltage and the terminal voltage of the synchronous phase modifier, the frequency difference, and the phase difference are within the specified values. . This is to avoid mechanical damage to the equipment. For example, even if the voltage difference is within ±1% and the frequency difference is within ±0.1Hz, if the voltage phase difference is outside ±15°, the parallel The circuit breaker is not closed, and it is necessary to connect and operate the starting inverter to the synchronous phase modifier again to accelerate the synchronous phase modifier again.
特許文献1の図1に示される従来の同期調相機における始動時の運転パターンは、始動用インバータを用いて同期調相機を同期電動機として停止状態から徐々に回転させ、同期調相機の同期速度である定格1puよりも高い回転数、例えば1.05puまで運転し、フリー回転として同期速度より低い速度へと移行する。 The starting operation pattern of the conventional synchronous phase modifier shown in FIG. It operates to a rotation speed higher than a certain rated 1 pu, for example 1.05 pu, and shifts to a speed lower than the synchronous speed as free rotation.
その後、系統電圧と同期調相機の端子の電圧が同期すると、同期検定器を用いて並列用遮断器を投入する。特許文献1に記載の同期調相機は以上のような方法で駆動する。
After that, when the grid voltage and the voltage at the terminals of the synchronous phase modifier are synchronized, the parallel circuit breaker is closed using a synchronization tester. The synchronous phase modifier described in
以上のように、同期調相機はフリー回転で同期速度を通過することになるため、系統電圧と同期調相機の端子の電圧差と周波数差および位相差のどれか1項目でも規定値を外れると並列用遮断器は投入できない。このため、同期調相機を再加速させるため、励磁電流を下げ、始動用インバータを再度、同期調相機に接続および運転して、再加速が必要となり、時間的なロスが生じた。 As mentioned above, the synchronous phase modifier passes through the synchronous speed with free rotation, so if any one of the voltage differences, frequency differences, and phase differences between the grid voltage and the terminals of the synchronous phase modifier exceeds the specified value. Parallel circuit breakers cannot be closed. Therefore, in order to reaccelerate the synchronous phase modifier, it was necessary to lower the excitation current, connect the starting inverter to the synchronous phase modifier and operate it again, and reaccelerate, resulting in a time loss.
また、同期調相機の複数回の再加速により巻線温度等が温度制限を超えた場合は、冷却期間を設ける等の煩雑な運用が必要になる。
このため、系統からの需給指令に基づく同期調相機のタイムリーな系統接続が実現できず、ひいては系統の電源品質が低下し、電圧低下が原因で特別高圧需要家の送電停止につながる等の問題点があった。
Furthermore, if the winding temperature or the like exceeds the temperature limit due to multiple re-accelerations of the synchronous phase modifier, complicated operations such as providing a cooling period become necessary.
As a result, it is not possible to connect the synchronous phase modifier to the grid in a timely manner based on supply and demand commands from the grid, which in turn reduces the power quality of the grid, leading to problems such as voltage drops leading to power transmission outages for extra high-voltage customers. There was a point.
本開示は上記のような課題を解決するためになされたものであり、同期調相機が定格回転数よりも高い回転数から回転子をフリー回転して同期調相機の並列用遮断器を投入するまでの期間に、並列用遮断器の系統電圧と同期調相機の端子の電圧の瞬時値を用いて、電圧差の演算を行い、これと回転数と反抗トルクのデータを用いて同期調相機の励磁電流を増減して発電機の回転数および位相を調整制御することで、電源系統に対する過渡電圧および過渡電流の変動が少ない状態での同期調相機の並列用遮断器投入を可能とし、また、同期併入失敗を避けることができる系統併入装置を得ることを目的とする。 The present disclosure has been made to solve the above-mentioned problems, and the synchronous phase modifier rotates the rotor freely from a rotation speed higher than the rated rotation speed to close the parallel circuit breaker of the synchronous phase modifier. During this period, calculate the voltage difference using the instantaneous values of the parallel circuit breaker's system voltage and the voltage at the terminals of the synchronous phase modifier, and use this and the rotation speed and reaction torque data to calculate the voltage difference of the synchronous phase modifier. By adjusting and controlling the rotation speed and phase of the generator by increasing or decreasing the excitation current, it is possible to close the circuit breaker for parallel use of the synchronous phase modifier in a state where fluctuations in transient voltage and current to the power supply system are small, and The object of the present invention is to obtain a system joining device that can avoid failure of synchronous joining.
本願に開示される系統併入装置は、励磁装置および並列用遮断器を介して同期調相機を制御する系統併入装置であって、前記同期調相機の回転数および励磁電流等を入力情報とし、前記同期調相機の励磁電流をパラメータとした前記同期調相機の回転数-反抗トルク曲線に基づき、前記同期調相機の同期速度よりも高い回転数から系統同期までの間の電圧包絡線を予測する第1演算モジュールを備え、前記第1演算モジュールを用いて、前記同期調相機の端子の電圧の増減あるいは励磁電流の増減によって前記同期調相機の回転数を補正することにより、前記同期調相機の同期制御および前記並列用遮断器の投入制御を行う。 The system integration device disclosed in the present application is a system integration device that controls a synchronous phase modifier via an excitation device and a parallel circuit breaker, and uses the rotation speed, excitation current, etc. of the synchronous phase modifier as input information. , predicting a voltage envelope from a rotation speed higher than the synchronous speed of the synchronous phase modifier to system synchronization based on a rotation speed-rebellious torque curve of the synchronous phase modifier with the excitation current of the synchronous phase modifier as a parameter; The first calculation module is used to correct the rotational speed of the synchronous phase modifier by increasing or decreasing the voltage at the terminal of the synchronous phase modifier or by increasing or decreasing the excitation current. synchronous control and closing control of the parallel circuit breaker.
本願に開示される系統併入装置によれば、電源系統に対する過渡電圧および過渡電流の変動が少ない状態での同期調相機の並列用遮断器投入が可能となる効果を奏し、さらに、同期併入失敗を避けることができる効果を奏する。 According to the system connection device disclosed in the present application, it is possible to close a circuit breaker for parallel use of a synchronous phase modifier in a state where fluctuations in transient voltage and transient current to the power supply system are small, and further, synchronous connection It has the effect of avoiding failure.
実施の形態1.
本開示の系統併入装置は、同期調相機が始動用インバータから電気的に切り離され、定格回転数よりも高い回転数からフリー回転での運転時および並列用遮断器の投入までの併入シーケンスで用いる装置である。
In the system connection device of the present disclosure, the synchronous phase modifier is electrically disconnected from the starting inverter, and the connection sequence is performed from a rotation speed higher than the rated rotation speed to free rotation operation and closing of the parallel circuit breaker. This is a device used in
以下、本開示による実施の形態1の系統併入装置を、図1に示す同期調相機を制御する系統併入装置を含むシステム構成図に基づいて説明する。
Hereinafter, a grid joining device according to
図1において、同期調相機1は、主変圧器3と並列用遮断器4(CB1)を介して電源系統2に併入される。同期調相機1の電圧を制御する励磁装置5は、界磁遮断器6を介して同期調相機1を励磁する。この励磁装置5の電源は、同期調相機1の電圧確立後は第2励磁電源遮断器8を介して励磁変圧器9から供給する。一方、同期調相機1の始動時においては、同期調相機1の電圧が確立していないため、第1励磁電源遮断器7および補助電源変圧器13を介して、別の所内電源系(図示せず)等から供給する。
In FIG. 1, a
同期調相機1の始動用インバータ10は、交流(AC)を直流(DC)に変換するコンバータ部と、DCを可変速の周波数と電圧に変換するインバータ部で構成される。始動用インバータ10の出力側は、出力遮断器11を介して同期調相機1に接続する。また、始動用インバータ10の入力側は、始動用入力変圧器12を介して所内電源(図示せず)等に接続される。
The
系統併入装置20では、電源系統2の電圧は第2計器用変圧器15を介して検出し、定格で1puの電圧を出力し、また、同期調相機1の端子の電圧は、第1計器用変圧器14を介して定格で1puの電圧を出力する。
ここで、補助接点28は並列用遮断器4の状態を示し、投入コイル29は並列用遮断器4の投入コイルをそれぞれ表す。補助接点28は系統併入装置20へCB1のアンサバックとして信号送出される。一方、系統併入装置20のCB1投入指令の端子からはCB1の投入コイル29に信号が送られる。
In the
Here, the
また、励磁装置5を制御する自動電圧調整器(Automatic Voltage Regulator:AVR)24は、AVR制御器25と、基準信号(90R)と電圧フィード信号の比較器(図示せず)を有するが、系統併入装置20の動作のため、系統併入装置20の同期調相機電圧補正信号(SC電圧補正信号:ΔIf)の入力と、同期調相機1の始動時に補正信号を有効とする信号スイッチ26と補正信号の加減算器27を有する。加減算器27にはSC電圧がフィードバックされる。
Further, an automatic voltage regulator (AVR) 24 that controls the excitation device 5 has an
次に、実施の形態1による同期調相機1を制御する系統併入装置20の動作について、以下に説明する。
図1において同期調相機1の始動時は、並列用遮断器4、第1励磁電源遮断器7、第2励磁電源遮断器8、界磁遮断器6および始動用インバータ10の出力遮断器11は開の状態となっており、同期調相機1は回転停止、または、極低速のターニング状態になっている。
Next, the operation of the
In FIG. 1, when starting the
ここで、同期調相機1の始動指令が出ると、始動の準備段階として、界磁遮断器6が閉、出力遮断器11が閉になる。
Here, when a starting command for the
次に、励磁装置5により補助電源変圧器13と第1励磁電源遮断器7を介して同期調相機1の励磁がなされ、始動用インバータ10は同期調相機1を同期電動機として徐々に回転させ、同期調相機1の同期速度よりも高い回転数まで運転する。なお、同期調相機1の同期速度の定格は1puである。
Next, the
なお、励磁については、定格の0.1puを超えると同期調相機の端子電圧が確立するため、その後、励磁変圧器9と第2励磁電源遮断器8を介して励磁電源が供給される。系統併入装置20の励磁電流If信号の端子には、励磁装置5からの励磁電流出力値の信号が送られる。
Regarding excitation, since the terminal voltage of the synchronous phase modifier is established when the rated value of 0.1 pu is exceeded, excitation power is then supplied via the excitation transformer 9 and the second excitation power supply circuit breaker 8. The excitation current output value signal from the excitation device 5 is sent to the excitation current If signal terminal of the
実施の形態1による系統併入装置20において特徴的な部分である第1演算モジュール20aおよび第2演算モジュール20bの動作については後述する。
なお、第1演算モジュール20aおよび第2演算モジュール20bは、図1に示すように、系統併入装置20内の中央演算処理装置(Central Processing Unit:CPU)20cの一部を構成するのが一般的であるが、別途、系統併入装置20内でCPU20c以外の部分に設けられても同様の機能を奏することは言うまでもない。
The operations of the first
Note that, as shown in FIG. 1, the first
図2(A)は比較例である系統併入装置の動作を示すシーケンス図、図2(B)は図2(A)中の併入ポイント近傍の拡大図である。ここで、グラフの横軸は、時間、縦軸は、同期調相機1の励磁電流21、同期調相機1の回転速度22、同期調相機1の端子電圧23をそれぞれ示す。なお、図2(B)の拡大図では、励磁電流21、回転速度22、端子電圧23それぞれの線を上下方向に強調的にずらして描いている。
FIG. 2(A) is a sequence diagram showing the operation of a system joining device as a comparative example, and FIG. 2(B) is an enlarged view of the vicinity of the joining point in FIG. 2(A). Here, the horizontal axis of the graph represents time, and the vertical axis represents the
始動用インバータ電圧は、同期調相機1の定格電圧とは異なる低い定格電圧であるため、系統へ並列前には切り離される。その後、同期調相機1は励磁電流が流された状態となり、定格回転数よりも高い回転数から、フリー回転となり同期調相機1の端子の電圧が電源系統2の電圧差と位相差および周波数の差が規定値以内となった場合に投入信号が出され、並列用遮断器4が閉になり併入が完了する。
Since the starting inverter voltage has a lower rated voltage different from the rated voltage of the
同期調相機1は定格回転数よりも高い回転数からフリー回転の状態で、軸受けおよび風損による損失で回転エネルギーを減らしながら回転数が低下していくため、電圧差と周波数差および位相の差が規定値以内の同期状態とならないことが多々生じた。
このため、比較例による系統併入装置では、同期調相機1の端子の電圧が同期できなければ再加速が必要になるといった問題が生じた。
The
For this reason, in the system joining device according to the comparative example, a problem occurred in that if the voltages at the terminals of the
実施の形態1による系統併入装置20は、同期調相機1を電源系統2に投入する前のフリー回転状態で、同期調相機1の励磁電流を増減することで電源系統2との同期制御を行って、確度の高い系統併入を行う装置である。
The
同期調相機1を制御する系統併入装置20の動作について、以下に説明する。
同期調相機1のフリー回転時において、回転子が持つ回転エネルギーEは、下記の(1)式で表させる。なお、(1)式中の回転角速度ω(rad/s)は(2)式で表される。
The operation of the
During free rotation of the
(2)式中、Iは同期調相機1の回転子の回転慣性モーメント(kg・m2)、pは同期調相機1の極数、Nは該当時の回転数(rpm)、fは該当時の端子電圧周波数(Hz)をそれぞれ表す。
ここで、Eの単位は、ジュール[J]であり、慣性モーメントGD2は、GD2=4・Iの関係がある。
(2) In the formula, I is the rotational moment of inertia of the rotor of the synchronous phase modifier 1 (kg m 2 ), p is the number of poles of the
Here, the unit of E is joule [J], and the moment of inertia GD2 has a relationship of GD2=4·I.
(1)式および(2)式から、同期調相機1が該当回転数で持つ回転エネルギーEは、回転慣性モーメントIにより一義的に決まることが分かる。
From equations (1) and (2), it can be seen that the rotational energy E that the
同期調相機1の回転数はフリー回転状態で、回転子の風損、軸受損等の損失など、図3に示される反抗トルクTmと回転数の関係に示す反抗損失に起因して、徐々に回転エネルギーを失って、回転数が低下する。なお、図3は、同期調相機1の励磁電流(1pu)と、無励磁(=0pu)をパラメータとした回転数と反抗トルクの関係を示す図である。
The rotation speed of the
図4はフリー回転での停止までの同期調相機1の回転数の時間推移例である。時間の経過とともに、同期調相機1の回転数は低下していく。
FIG. 4 is an example of how the rotational speed of the
図5は反抗損失Pと同期調相機1の回転数の関係を示す図である。同期調相機1の回転数の増加に伴って反抗トルクは増加、また、同期調相機1の励磁電流を増加すると反抗トルクも増加、励磁電流を低減すると反抗トルクも減少する。なお、図5には、同期調相機1の励磁電流が1pu、0.5puと、無励磁、すなわち、0puの場合が示されている。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the resistance loss P and the rotation speed of the
ここで、反抗損失Pと反抗トルクTmとの間には、下記の(3)式の関係が成立する。 Here, the following equation (3) holds true between the reaction loss P and the reaction torque Tm.
図6は、同期調相機1を励磁電流一定の条件で最大回転数(Nn)からフリー回転させた時の時間推移を示した図である。同期調相機1は該当回転数で図5に示す反抗損失P(kW=kJ/s)のエネルギーを失いつつ、(1)式と(2)式の関係を保ちながら回転数が低下する。
FIG. 6 is a diagram showing the time course when the
図7は、ある回転数状態で励磁電流を変更した場合の回転数の時間推移を示す図であり、同期調相機1の励磁電流を大きくすると反抗トルクが大きくなり、早く回転エネルギーが失われることを示しており、回転数の傾きが急になる。
図7に示される同期調相機1の励磁電流をパラメータとした回転数-反抗トルク曲線をデータベースとして、系統併入装置20内の第1演算モジュール20aに取り込んで、一定時間(例えば1秒)毎に回転エネルギーを計算することで、同期調相機1の同期速度よりも高い回転数から系統同期までの動作を予測が可能となる。
FIG. 7 is a diagram showing the time course of the rotation speed when the excitation current is changed in a certain rotation speed state, and shows that when the excitation current of the
The rotation speed-reactive torque curve with the excitation current of the
また、上述の説明のように、同期調相機1の励磁電流の増減により同期調相機1の回転数の低下率を増減することができ、結果として同期周波数での電圧位相を調整できることが分かる。
Further, as described above, it is understood that the rate of decrease in the rotational speed of the
次に、同期調相機1の同期回転数前後における電源系統の瞬時電圧Vsと同期調相機1の端子の瞬時電圧Vt間の電圧差ΔVについて説明する。
電源系統の瞬時電圧Vsは下記の(4)式、同期調相機1の端子の瞬時電圧Vtは下記の(5)式のように表される。
ここで、同期調相機電圧はVtであり、同期調相機の自動電圧調整器24により系統電圧に合わせにいくため、Vs=Vt=Vとおける。
Next, the voltage difference ΔV between the instantaneous voltage V s of the power supply system and the instantaneous voltage V t at the terminals of the
The instantaneous voltage Vs of the power supply system is expressed by the following equation (4), and the instantaneous voltage Vt at the terminals of the
Here, the synchronous phase modifier voltage is Vt , and the
ωs=2πfs、ωt=2πft
である。
ω s =2πf s , ω t =2πf t
It is.
同期回転数前後では電源系統の瞬時電圧Vsと同期調相機1の端子の瞬時電圧Vtの大きさはほぼ同じであるので、電圧差ΔVは、数学的に下記の(6)式となる。
Before and after the synchronous rotation speed, the magnitude of the instantaneous voltage V s of the power supply system and the instantaneous voltage V t at the terminals of the
ΔVの計算例を図8~図10に示す。電源系統周波数fsが50Hz、同期調相機周波数ftが54Hzの場合の3つのパターンをそれぞれ示している。 Examples of calculation of ΔV are shown in FIGS. 8 to 10. Three patterns are shown when the power supply system frequency f s is 50 Hz and the synchronous phase modulator frequency f t is 54 Hz.
図8~図10において、ビートを打って変化している波形は電圧差ΔVであり、図9で点線はΔVの包絡線を示す。電源系統周波数fsと同期調相機周波数ftの差の周波数差|fs-ft|、例えば、50Hzと54Hzであれば、Δf=4Hz、周期T=1/4=0.25s、つまり、0.25秒毎に電圧と位相が一致する。 In FIGS. 8 to 10, the waveform that changes with beats is the voltage difference ΔV, and the dotted line in FIG. 9 shows the envelope of ΔV. The frequency difference between the power system frequency f s and the synchronous phase modulator frequency f t |f s - f t |, for example, for 50 Hz and 54 Hz, Δf = 4 Hz, period T = 1/4 = 0.25 s, that is, , the voltage and phase match every 0.25 seconds.
なお、電源系統周波数fsと同期調相機周波数ftが、それぞれ、50Hzと50.2Hzであれば、|fs-ft|=Δf=0.2Hzとなり、T=1/0.2=5秒毎、つまり、5秒毎に電圧差包絡線はゼロの同期点を持つ。
上記のように、瞬時電圧VsとVtは電源系統周波数fsと同期調相機周波数ftの周波数差|fs-ft|の逆数時間毎に、電源系統2と同期調相機1の電圧および位相が一致する。
Note that if the power system frequency f s and the synchronous phase modulator frequency f t are 50 Hz and 50.2 Hz, respectively, |f s - f t |=Δf=0.2 Hz, and T=1/0.2= Every 5 seconds, ie, every 5 seconds, the voltage difference envelope has a synchronization point of zero.
As mentioned above, the instantaneous voltages V s and V t are determined by the frequency difference between the power system frequency f s and the synchronous phase modulator frequency f t |f s - f t | Voltage and phase match.
系統併入装置20のような各種の制御装置で使用されるCPU、および、信号処理に特徴を持つDSP(Digital Signal Processor)は近年高速化、高機能化が進み、多点信号に対して10μs以下でサンプリングと演算処理ができるようになった。ちなみに、10μsは50Hz電気角で0.18度に相当し、極めて小さい。
また、上記記載のようなΔf信号を基に包絡線を求める事は難しくはなく、数学的な演算をCPU、あるいは、DSPを用いて容易に行うことができる。
CPUs used in various control devices such as the
Furthermore, it is not difficult to obtain the envelope based on the Δf signal as described above, and mathematical operations can be easily performed using a CPU or a DSP.
上記のように、系統併入装置20で電源系統の瞬時電圧Vsと同期調相機1の端子の瞬時電圧Vtを取込み、電圧差ΔVを高速演算することで、上記波形の電圧差包絡線から同期の瞬間的な投入タイミングを推測することが可能となる。
As described above, the instantaneous voltage Vs of the power supply system and the instantaneous voltage Vt of the terminals of the
図11は周波数差|fs-ft|、つまりΔfが徐々に小さくなった場合の電圧包絡線(点線)の動きであり、同期調相機1の回転数が低下し、系統電圧の電源系統周波数ωsに近づくと、電圧包絡線は、図11中の(a)(b)(c)のように推移する。なお、(a)はΔfが小の場合、(b)はΔfが中の場合、(c)はΔfが大の場合をそれぞれ表している。
Figure 11 shows the movement of the voltage envelope (dotted line) when the frequency difference |f s − f t |, that is, Δf, gradually decreases, and the rotation speed of the
ここで、実際は、系統併入装置20が信号を出力してから並列用遮断器4の投入信号端子までの遅れ時間と、並列用遮断器4が信号を受けて主接点がONするまでの遅れ時間があるので、これらの時間を見込んで系統併入装置20から並列用遮断器4の投入指令を出す。
Here, in reality, there is a delay time from when the
図12は最終の電圧差包絡線と系統併入装置20からの「並列用遮断器投入指令」出力ポイント(A)、実際の「並列用遮断器投入」(つまり主接点ON)ポイント(B)、(包絡線による)「同期推定」ポイント(C)を示すシーケンス図である。図中の補正有とは励磁電流を増減させ反抗トルクを変化する期間を示し、励磁補正の有りと無しを繰り返すことで、電源系統2と同期調相機1の電圧および位相が一致する同期ポイントを予測する。
なお、図12中のT1は系統併入装置が信号を出力してから並列遮断器の投入信号端子までの遅れ時間を、T2は並列用遮断器が信号を受けて主接点がONするまでの遅れ時間(CB1動作時間)をそれぞれ表す。
Figure 12 shows the final voltage difference envelope, the "parallel circuit breaker closing command" output point (A) from the
In addition, T1 in Fig. 12 is the delay time from when the system connection device outputs the signal to the closing signal terminal of the parallel circuit breaker, and T2 is the delay time until the parallel circuit breaker receives the signal and the main contact turns ON. Each represents a delay time (CB1 operation time).
図17は、同期調相機投入指令送出の前後における系統併入装置20の演算内容と電圧位相差の動きを示す図であり、横軸は時間・縦軸は電圧である。位相差で0と記載の箇所が同期予測ポイント(C)で、系統併入装置20は並列用遮断器4の主回路接点が同期予測ポイントで閉となるように指令を出すが、多少の動作時間誤差があっても電圧位相差±Φの許容範囲内に投入される。
なお、図17では同期後も位相差が表現されているが、並列用遮断器4の主回路接点が閉入された場合は同期調相機電圧Vgと電源系統の瞬時電圧Vsは同じ値になるため、Vs-Vgはゼロ(0値)になる。
FIG. 17 is a diagram showing the calculation contents of the
In addition, in FIG. 17, the phase difference is expressed even after synchronization, but when the main circuit contact of the parallel circuit breaker 4 is closed, the synchronous phase modifier voltage V g and the instantaneous voltage V s of the power supply system have the same value. Therefore, V s −V g becomes zero (0 value).
図13に実施の形態1による系統併入装置20により制御された始動用インバータ10の昇速も含めた系統併入のシーケンスを示す。図2に示される比較例のシーケンス図と比べると、「始動用インバータによる運転」の期間については変わりはないが、フリー回転数の期間が実施の形態1による系統併入装置20で制御される特徴的な動作の部分となる。
FIG. 13 shows a sequence of system joining including speed-up of the starting
図13中の比較例における併入ポイント52に対して、実施の形態1による系統併入装置20の制御による併入ポイント51、すなわち、本開示における併入ポイント51は、電源系統2に対する過渡電圧および過渡電流の変動がより少ない状態での同期調相機1の並列用遮断器投入が可能となることが分かる。
In contrast to the joining
以上に説明したように、電源系統2に併入する前後において、始動用インバータ10が切り離しされ、定格回転数よりも高い回転数からフリー回転となった状態で並列用遮断器4を投入する同期調相機1において、
(a)同期調相機1の回転数および励磁電流を入力情報とし、同期調相機1の励磁電流をパラメータとした同期調相機1の回転数-反抗トルク曲線に基づき、同期調相機1の同期速度よりも高い回転数から系統同期までの間の電圧包絡線を予測する第1演算モジュール20a、
(b)電源系統の瞬時電圧と同期調相機1の端子の瞬時電圧を装置内のCPU20c内に取込み、瞬時の電圧差から両電圧位相が一致するタイミングを予測する第2演算モジュール20b、
以上、系統併入装置20に内蔵された第1演算モジュール20aおよび第2演算モジュール20bを用いることで、系統併入装置20による同期調相機1の回転数の推定と位相の推定から、同期調相機1の逐次の回転数の変化も含めた同期時のタイミングでの位相差の予測が可能となる。
As explained above, before and after joining the
(a) The synchronous speed of the
(b) a
As described above, by using the first
なお、第1演算モジュール20aと第2演算モジュール20bの双方を備えて双方とも使用しても良いが、なるべく機能をシンプル化するために、CPU20c内にいずれか一方だけ備えて使用した場合でも同様の効果を奏する。
Although it is possible to have both the first
この予測に基づき、系統周波数と一致する際の位相差が規定値内になるように、同期調相機1の自動電圧調整器24による端子の電圧の補正、あるいは同期調相機1の励磁電流の補正を行う。最終的には電圧が一致するように、同期調相機1の励磁電流、かつ、同期時の位相差が規定値内で励磁をホールドすれば、系統の同期併入が可能となる。
Based on this prediction, the terminal voltage is corrected by the
実施の形態1による系統併入装置20の上述したような動作によって、図13中の比較例における併入ポイント52に対して、実施の形態1による系統併入装置20の制御による併入ポイントは51となる。本開示における併入ポイント51は、電源系統2に対する過渡電圧および過渡電流の変動がより少ない状態での同期調相機の並列用遮断器投入が可能となった効果として、比較例より系統周波数と同じタイミングになった時の位相差を少なくでき、同期併入失敗を避ける効果を奏する。
Due to the above-described operation of the
なお、図13のシーケンス図の説明において、本開示の範囲は、フリー回転で定格回転数よりも高い回転数から併入までの間の動作である。始動用インバータ10による運転の動作は電流型の始動用インバータ10による場合で記述しているが、電圧型の始動用インバータ10、あるいは同期調相機1の軸にカップリングさせる始動用モータ方式を用いても同様に定格回転数よりも高い回転数まで昇速は可能であり、この方式のフリー回転において、本開示による系統併入装置20が適用可能である。
In the description of the sequence diagram of FIG. 13, the scope of the present disclosure is the operation from free rotation to a rotation speed higher than the rated rotation speed to combination. Although the operation using the starting
また、本開示による系統併入装置20を示す図1において、同期調相機1の励磁装置5をサイリスタ励磁として説明したが、ブラシレス励磁の同期調相機1においても、同期調相機1のフリー回転において本開示による系統併入装置20が適用可能である。
In addition, in FIG. 1 showing the
また、図1において、第1計器用変圧器14の接続点を主変圧器3の2次側としたが、主変圧器3の1次側を使用した場合でも本開示による系統併入装置20が適用可能である。
Further, in FIG. 1, the connection point of the first
また、図1において、自動電圧調整器24内の信号スイッチ26、加減算器27およびAVR制御器25を示したが、自動電圧調整器24内のCPUソフトウェアで構成した場合でも本開示による系統併入装置20が適用可能である。
Furthermore, although the
実施の形態2.
実施の形態1による系統併入装置では、同期調相機1のGD2として同期調相機1の設計値あるいは実機試験での計測値を用いて回転数推定を行う場合について述べたが、実施の形態2による系統併入装置では、図14に示される同期調相機1の回転数の計算値および実測値と時間の関係のように、同期調相機1の始動時毎にフリー回転数の挙動を自動で分析することでGD2の値の補正を行うことが可能となる。
In the system integration device according to the first embodiment, a case has been described in which the rotation speed is estimated using the design value of the
慣性モーメントGD2は、下記の(7)式を変形した(8)式から、基本的には回転エネルギーEと回転角速度ωによって表される。 The moment of inertia GD2 is basically expressed by rotational energy E and rotational angular velocity ω from equation (8), which is a modification of equation (7) below.
同期調相機1の回転数がフリー回転Eoからゼロに至るまでの過程において、任意の時間txにおけるGD2の数値は、(8)式において、任意の時間txにおけるエネルギーをEx、回転角速度をωxにそれぞれ置き換えることにより算出することができる。
In the process in which the rotation speed of the
また、Exは、フリー回転での反抗損失Pの積算値Plossを用いると、下記の(9)式の関係となる。(9)式を用いることにより、フリー回転状態からの減衰が始まる初期の反抗損失Pの数値を補正することができるので、より確度が高い同期時点での位相予測が実現できる。 In addition, if Ex is used as the integrated value P loss of the reaction loss P during free rotation, the relationship expressed by the following equation (9) is established. By using equation (9), it is possible to correct the value of the initial resistance loss P when attenuation from the free rotation state begins, so that more accurate phase prediction at the time of synchronization can be realized.
フリー回転での反抗損失Pの積算値Plossは、系統併入装置20において計算可能なので、GD2の数値は(8)式によって算出できる。
Since the integrated value P loss of the resistance loss P during free rotation can be calculated in the
以上の手順によって算出されたGD2の値の補正によって、系統併入装置20による同期調相機1の回転数推定の精度をさらに向上できる結果、同期投入の失敗を低減することが可能となり、より一層の運転員作業の省力化の効果を奏する。
By correcting the value of GD2 calculated by the above procedure, it is possible to further improve the accuracy of estimating the rotation speed of the
実施の形態3.
実施の形態1及び2による系統併入装置では、GD2に関し、同期調相機1の実運転することでGD2の値の補正を行うこととした。このGD2の値の補正により、系統併入装置20内に設けられた反抗損失曲線に基づくデータベースの補正が行われ、かかる補正に基づき、同期調相機1の回転数の推移を補正する。
Embodiment 3.
In the system joining devices according to the first and second embodiments, regarding GD2, the value of GD2 is corrected by actually operating the
実施の形態3による系統併入装置では、実施の形態2に記載の運転回数を重ねることによるGD2の補正実施に加えて、図15の反抗損失Pと同期調相機1の回転数の関係に示すように、系統併入装置20内に設けられた反抗損失曲線に基づくデータベースの補正を行うことで、軸受けの経年劣化あるいはグリース枯れによる反抗損失の増加等による回転数推移を補正できるため、機械関係の経年劣化を予測に含めることができる結果、同期投入精度が向上する効果がある。
In addition to correcting GD2 by increasing the number of operations described in
実施の形態4.
実施の形態1、2及び3の同期調相機の系統併入装置では、同期予測の改善を行った。
実施の形態4の系統併入装置では、図16のブロック図に示すように、運転によって得られた反抗損失PlossAと従来の反抗損失PlossBの比率を比率計算器81で計算した数値を、比較器82により基準器83の規定値と比較して、規定値範囲を超えた場合は、同期調相機1の回転子の軸受け等の異常と判断でき、例えば警報器84から警報を発するので、作業員の点検作業省力化の効果がある。
Embodiment 4.
In the system integration devices for synchronous phase modifiers of
In the system joining device of Embodiment 4, as shown in the block diagram of FIG. 16, the ratio of the resistance loss P lossA obtained by operation and the conventional resistance loss P lossB is calculated by a
本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。 Although this disclosure describes various exemplary embodiments and examples, the various features, aspects, and functions described in one or more embodiments may differ from those of a particular embodiment. The invention is not limited to application, and can be applied to the embodiments alone or in various combinations.
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。 Accordingly, countless variations not illustrated are envisioned within the scope of the technology disclosed herein. For example, this includes cases where at least one component is modified, added, or omitted, and cases where at least one component is extracted and combined with components of other embodiments.
1 同期調相機、2 電源系統、3 主変圧器、4 並列用遮断器、5 励磁装置、6 界磁遮断器、7 第1励磁電源遮断器、8 第2励磁電源遮断器、9 励磁変圧器、10 始動用インバータ、11 出力遮断器、12 始動用入力変圧器、13 補助電源変圧器、14 第1計器用変圧器、15 第2計器用変圧器、20 系統併入装置、20a 第1演算モジュール、20b 第2演算モジュール、20c CPU、23 端子電圧、24 自動電圧調整器、25 AVR制御器、26 信号スイッチ、27 加減算器、28 補助接点、29 投入コイル、51 本開示における併入ポイント、52 比較例における併入ポイント、81 比率計算器、82 比較器、83 基準器、84 警報器 1 Synchronous phase modifier, 2 Power system, 3 Main transformer, 4 Parallel circuit breaker, 5 Excitation device, 6 Field circuit breaker, 7 First excitation power supply breaker, 8 Second excitation power supply breaker, 9 Excitation transformer , 10 starting inverter, 11 output breaker, 12 starting input transformer, 13 auxiliary power transformer, 14 first instrument transformer, 15 second instrument transformer, 20 grid connection device, 20a first calculation module, 20b second calculation module, 20c CPU, 23 terminal voltage, 24 automatic voltage regulator, 25 AVR controller, 26 signal switch, 27 adder/subtractor, 28 auxiliary contact, 29 closing coil, 51 joining point in the present disclosure, 52 Merging point in comparative example, 81 Ratio calculator, 82 Comparator, 83 Standard device, 84 Alarm device
Claims (8)
前記同期調相機の回転数および励磁電流を入力情報とし、前記同期調相機の励磁電流をパラメータとした前記同期調相機の回転数-反抗トルク曲線に基づき、前記同期調相機の同期速度よりも高い回転数から系統同期までの間の電圧包絡線を予測する第1演算モジュールを備え、
前記第1演算モジュールを用いて、前記同期調相機の端子の電圧の増減あるいは励磁電流の増減によって前記同期調相機の回転数を補正することにより、前記同期調相機の同期制御および前記並列用遮断器の投入制御を行うことを特徴とする系統併入装置。 A grid connection device that controls a synchronous phase modifier via an excitation device and a parallel circuit breaker,
higher than the synchronous speed of the synchronous phase modifier based on a rotation speed-reactive torque curve of the synchronous phase modifier with the rotation speed and excitation current of the synchronous phase modifier as input information and the excitation current of the synchronous phase modifier as a parameter. Equipped with a first calculation module that predicts the voltage envelope from the rotation speed to grid synchronization,
The first calculation module is used to correct the rotational speed of the synchronous phase modifier by increasing or decreasing the voltage at the terminals of the synchronous phase modifier or by increasing or decreasing the excitation current, thereby performing synchronous control of the synchronous phase modifier and interrupting the parallel connection. A system integration device characterized by controlling the input of equipment.
電源系統の瞬時電圧と前記同期調相機の端子の瞬時電圧を取込み、前記電源系統の瞬時電圧と前記同期調相機の端子の瞬時電圧間の電圧差に基づき、前記電源系統の瞬時電圧と前記同期調相機の端子の瞬時電圧が同期となるタイミングを予測する第2演算モジュールを備え、
前記第2演算モジュールを用いて、前記同期調相機の端子の増減あるいは励磁電流の増減によって前記同期調相機の回転数を補正することにより、前記同期調相機の同期制御および前記並列用遮断器の投入制御を行うことを特徴とする系統併入装置。 A grid connection device that controls a synchronous phase modifier via an excitation device and a parallel circuit breaker,
The instantaneous voltage of the power supply system and the instantaneous voltage of the terminals of the synchronous phase modulator are taken, and the instantaneous voltage of the power supply system and the instantaneous voltage of the synchronous phase modulator are calculated based on the voltage difference between the instantaneous voltage of the power supply system and the instantaneous voltage of the terminals of the synchronous phase modifier. Equipped with a second calculation module that predicts the timing at which the instantaneous voltages at the terminals of the phase modulator become synchronized,
By correcting the rotation speed of the synchronous phase modifier by increasing or decreasing the number of terminals of the synchronous phase modifier or by increasing or decreasing the excitation current using the second calculation module, synchronous control of the synchronous phase modifier and the parallel circuit breaker are performed. A grid connection device characterized by performing input control.
前記同期調相機の回転数および励磁電流を入力情報とし、前記同期調相機の励磁電流をパラメータとした前記同期調相機の回転数-反抗トルク曲線に基づき、前記同期調相機の同期速度よりも高い回転数から系統同期までの間の電圧包絡線を予測する第1演算モジュールと、
電源系統の瞬時電圧と前記同期調相機の端子の瞬時電圧を取込み、前記電源系統の瞬時電圧と前記同期調相機の端子の瞬時電圧間の電圧差に基づき、前記電源系統の瞬時電圧と前記同期調相機の端子の瞬時電圧が同期となるタイミングを予測する第2演算モジュールを備え、
前記第1演算モジュールおよび第2演算モジュールの双方を用いて、前記同期調相機の端子の電圧の増減あるいは励磁電流の増減によって前記同期調相機の回転数を補正することにより、前記同期調相機の同期制御および前記並列用遮断器の投入制御を行うことを特徴とする系統併入装置。 A grid connection device that controls a synchronous phase modifier via an excitation device and a parallel circuit breaker,
higher than the synchronous speed of the synchronous phase modifier based on a rotation speed-reactive torque curve of the synchronous phase modifier with the rotation speed and excitation current of the synchronous phase modifier as input information and the excitation current of the synchronous phase modifier as a parameter. a first calculation module that predicts a voltage envelope from rotation speed to system synchronization;
The instantaneous voltage of the power supply system and the instantaneous voltage of the terminals of the synchronous phase modulator are taken, and the instantaneous voltage of the power supply system and the instantaneous voltage of the synchronous phase modulator are calculated based on the voltage difference between the instantaneous voltage of the power supply system and the instantaneous voltage of the terminals of the synchronous phase modifier. Equipped with a second calculation module that predicts the timing at which the instantaneous voltages at the terminals of the phase modulator become synchronized,
By using both the first calculation module and the second calculation module to correct the rotation speed of the synchronous phase modifier by increasing or decreasing the voltage at the terminals of the synchronous phase modifier or by increasing or decreasing the excitation current, the synchronous phase modifier can be operated. A system integration device characterized by performing synchronous control and closing control of the parallel circuit breaker.
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