JPH03112398A - 交流励磁発電電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、交流励磁同期機を用いた可変速発電電動装置
に係り、特に、交流電力系統の安定度向上のために用い
られる負荷調整装置及び調和装置として好適な交流励磁
同期機の制御装置に関する。

［従来の技術］ 交流励磁同期機を用いた発電電動システムとしては、こ
のような交流励磁方式の特長である迅速な有効電力及び
無効電力の調整機能を活かしながら、交流電力系統から
しゃ断されたときには、励磁周波数を設定値以下に抑え
ることにより、直流励磁の同期機並みの自励運転機能を
持たせるようにした方式のシステムが提案されており、
このような従来技術について、第７図を用いて以下に説
明する。

第７図において、５が交流励磁同期機で、その電機子巻
線５ａは同期投入用遮断器２ｂと主変圧器３、それに系
統遮断器２ａを介して交流系統１に接続される。

４はポンプ水車で、交流励磁同期機５に直結されており
、発電時には水車として働き、揚水時にはポンプとして
働く。

６は周波数変換装置で、交流系統１に接続された励磁用
変圧器７と、この励磁用変圧器７で降圧液された交流系
統周波数電力を低周波数交流電力に変換するサイリスタ
電力変換装置８とで構成され、これらは交流励磁同期機
５の励磁巻線５ｂの各相ごとに独立に設けられている。

９は位相検出器で、系統電圧位相θ９を検出するための
電圧変成器１０と、電圧位相演算器】１、交流励磁同期
機５の電気角で表わした回転位相θ。

を検出するレゾルバ装置１２、それにすべり位相演算１
１ｉ１１３とで構成されている。

１４は励磁電流制御装置で、すべり位相θ８と共に回転
する３相交流電流指令の振幅と位相を、互いに直交する
２軸の電流指令ＩｑとＩｄにより調整し、交流励磁同期
Ｉａ５の励磁巻線電流が前記電流指令に合致するように
、サイリスタ電力変換装置８の主スイツチング素子であ
る、サイリスタに対する点弧角信号１５を自動パルス移
相器１６に供給する働きをし、この結果、自動パルス移
相器１６から点弧パルス信号１７が出力される。

このとき、この励磁電流制御装置１４により調整される
電流指令信号は、特公昭５３−７６２８号、特公昭５７
−６０６４５号の各公報などに記載されている方法によ
り与えるようにすればよい。

すなわち、まず、すべり位相θ６と同位相の電流成分に
対する電流指令ｒｑを調整することにより有効電力出力
を制御し、他方、すべり位相θ８と直角位相の電流成分
に対する電流指令Ｉｄを調整することにより電圧を制御
するのである。

この有効電力出力と電圧とは、それぞれ計器用＝４ 電流変成器１８と計器用変成器１０により取り出され、
計測器１９により所定の直流信号に変換された上で自動
有効電力制御装Ｗ２０と自動電圧制御装置２１に入力さ
れる。

一方、すべり位相演算器１３から出力されるすべり位相
信号は周波数電圧変換器２２に供給され、ここですべり
周波数信号ｆＩｉに変換される。そして、このすべり周
波数信号ｆｓの周波数が−ｆ、≦ｆ８≦＋ｆ。

の範囲から外れたときだけ信号を発生する不感帯回路２
３と、出力変化を緩和させる働きをする一次遅れ要素２
４とを介して、出力補正指令ΔＰ０として出力され、自
動有効電力制御装置２０に対する出力指令Ｐ０に加算さ
れる。なお、このとき、これらの指令ΔＰ０とＰｏとは
、いずれも、交流励磁同期機５が揚水時に電動機として
動作しているときに、この電動機を加速する方向を正と
定義している。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は、交流励磁運転しても横軸電流成分制御
の効果が殆どない調和運転の場合について配慮がなされ
ておらず、運転制御方式が複雑になる問題があった。

また、自励運転時にすべり周波数を抑えるために行なわ
れる、横軸電流指令に対する調整操作によって発電機電
圧が変動する点について配慮がなされておらず、しゃ断
時の電圧急変時に横軸電流指令によって電圧制御特性が
阻害され、このために自励運転の持続能力が同期機より
も劣る問題があった。

本発明の目的は、交流系統からしゃ断された時の電圧急
変が抑えられると共に安定した自励運転が容易に得られ
るようにした交流励磁同期機の制御装置を提供すること
にある。

本発明の他の目的は、水車と揚水の両回転方向での調相
運転と負荷運転を円滑に切替えることができる可変速揚
水発電システムにおける制御装置を実現することにある
。

本発明のさらに他の目的は、揚水起動時のポンプ負荷急
変時にも安定に回転速度を保つことがで７− きる制御装置の提供にある。

［課題便解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明は、交流励磁同期機で
の２軸電流制御による可変速運転だけでなく、それに加
えて、縦軸電流成分だけの制御による一定励磁周波数で
の同期機運転をも行ない得るようにしたものである。

また、同様に、本発明では、位相信号を切換え可能にし
、これにより自励運転や調相運転が安定に行なえるよう
にしたものである。

さらに、本発明では、揚水始動時には、水圧が確立した
ところで同期化力が働くようにし、これにより回転速度
が一定に保たれるようにしたものである。

［作用］ 位相信号を切換えることにより、交流励磁同期機を通常
の同期機特性に戻すような動作が得られ、この結果、同
期機と同等の自励運転特性や調相運転特性、それに揚水
始動特性が与えられ、安定した運転特性を得ることがで
きる。

− ［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面により説明する。

第１図は本発明の一実施例であり、第７図の従来例と同
じ番号を付けた機器は第７図の場合と同一のものなので
、説明は重複をさけて省略する。

すべり位相演算器２５は従来例のすべり位相演算器１３
と同様の演算を行なうが、２６の接点Ｘが閉路すると、
すべり位相出力ｓｊｎθ、とｃｏｓ　Ｏｓを保持するよ
うに構成さ九ており、従って接点Ｘが閉路すると直流励
磁運転に入る。

横軸電流指令切替器２７は、２８の接点Ｚが閉路すると
横軸電流指令Ｉ（Ｉを零にし、それを励磁電流制御装置
１４に入力する働きをする。

２相発振器２９は、すべり周波数設定値Ｉ？６３、の正
弦波を出力する働きをする。

すべり位相切替器３０は、３１の接点Ｙが閉路すると、
２相発振器２９の出力を励磁電流制御装置１４に接続す
るように構成されている。

従って、接点ＸとＹを開閉することにより、すべり周波
数はＦ　ｇｏ又は直流にされ、この結果、交流励磁同期
機５は同期機運転に入ることができる。

また、接点Ｚを閉路することによって、通常の同期機と
同じく直軸電流のみを制御するモードに入る。

次に、第２図により、接点ｘ、ｙ、ｚの制御動作につい
て説明する。

まず、直流励磁指令が入力されると２６のａ接点Ｘが閉
路し、３２の補助継電器ＸＡが励磁される。

一方、すべり一定指令が入力されるとａ接点３３が閉路
され、３４の継電器Ｗを励磁する。この時に、直流励磁
指令により３５のｂ接点ＸＡが開路されていなければ３
７の継電器Ｙ□を励磁する。

同調検出接点３８は、２相発振器２９の出力とすべり位
相演算器２５の出力が許容範囲内で同期した時に閉路す
る。

すべり一定指令により３９のａ接点Ｙ１が閉路された状
態で２種の位相信号の同期を確認すると。

４０の継電器Ｙが励磁され、３１のａ接点Ｙが閉路して
、すべり周波数設定値Ｆｓｏの一定回転速度運転に入る
。

また、すべり周波数が設定値１’６＋ｏ又は直流励磁に
固定されると、３１又は４１のａ接点が閉路され、４２
の継電器４２が励磁され、２８のａ接点が閉路して指令
切替器２７によりＩｑ指令が０になる。

本実施例によれば、すへり周波数一定運転に移行する際
に、２種の位相信号の同期を確認するので円滑に制御モ
ードを切り替えられる。特に調和運転に移行するのに適
している。

また、すべり周波数の設定値ＦＧｏを正にすると、同期
速度以下の一定速度で運転するので、Ｕ！４相運転中の
交流励磁同期機５の機械的損失を低減する効果がある。

第３図は本発明の他の一実施例で、この例では、有効電
力指令Ｐ。の絶対値が設定値を越えると４３のａ接点が
閉路する。また周波数変換装置６が動作中は４５の励磁
を示すａ接点が閉路して４６の継電器ＲＪが励磁される
。

周波数変換器６が動作中で、すべり位相演算器２５を用
いて可変速運転中は、５１の限時ａ接点は閉路されてい
る。

この状態で、同期投入用しゃ断器２ｂ（第１図）が並列
された後に有効電力指令が上昇すると４３のａ接点が閉
路し、４４の継電器ＰＸが励磁される。この継電器４４
は周波数変換器Ｗ６が停止して４８のｂ接点が開路する
か、自励運転に入って５１の限時す接点が開路するまで
保持される。

４９のａ接点は計器用電流変成器１８（第１図）で検出
される母線電流が設定値以下になると閉路する。

交流励磁同期機５が負荷運転状態の時は４７のａ接点は
閉路されているので、交流系統１からしゃ断されると４
９のａ接点は閉路され、５ｏの継電器ＸＢが励磁される
。この結果、５３の手動復帰ａ接点が閉路して２６のａ
接点が閉路し、すべり位相演算器２５の出力が保持され
、交流励磁同期機５は直流励磁による自励運転に入る。

継電器５０は限時ａ接点５１により除動される。

次に、自励運転から通常の運転に復帰する時の１ 手順を説明する。

系統側しゃ断器２ａを解列してから交流励磁同期機５の
回転速度を同期速度に調整し、系統側しゃ断器２ａの両
側の同期と電圧を検定した後に並入するのである。この
後に５３の手動復帰ａ接点を開路して再びすべり位相演
算器２５のホールドを解除してやればよい。

本実施例によれば、同期しゃ断器２ｂまたは系統側しゃ
断器２ａで並列した直後に電流検出値が零になっても、
しゃ断検出接点が誤動作することがないので、電流検出
設定値を上げることが可能になり、検出誤差による誤動
作がなくなる。

また、電流信号をしゃ断検出に用いているので、電力信
号のように、系統側異常後の過渡現象中に零となること
がなく、誤動作をなくす効果がある。

第４図は本発明を可変速水車発電システムに適用した一
実施例で、図において、５４は可逆式ポンプ水車４の案
内羽根駆動装置で、案内羽根開度指令Ｙにより動作する
。

５５は指令演算器で、外部からの有効電力の変動１１− 指令ΔＰｌ＋から有効電力指令Ｐ０を演算する。５７は
水車特性関数発生器で、最適な回転速度指令Ｎ。

を演算する。５９は水車調速機で、指令速度Ｎ。

と回転速度検出器３２の速度信号Ｎの偏差が零となるよ
うに案内羽根開度指令Ｙを調整する。

ここで水車の案内羽根開度が起動設定開度以上の条件で
、同期しゃ断器２ｂが並列されている時には、ポンプ水
車４が原動機となって交流励磁同期機５を回転駆動して
いる。そこで、この運転条件のもとで調相運転に入る時
は、まず５６の接点を動作させて有効電力指令Ｐ。を零
まで減少させると同時に５８の接点を動作させ、これに
より回転速度指令Ｎｏをすべり周波数設定値のｐｓｏに
相当する値Ｎ６ｏに切替える。そして、回転速度が整定
した後に接点３３を閉路させることにより、励磁周波数
ＦＩｉＯの一定速度運転に入る。ここで、すべり切替接
点３１の閉路を条件に接点６０を動作させ、案内羽根開
度Ｙを全閉する。これで交流励磁同期機５は、交流系統
１との同期化力により電動機運転になる。

逆に調和運転から水車運転に戻る場合は、接点６０を再
び動作させて案内羽根を起動開度まで開く。次に調速機
５９への指令値がＮ９ｏであることを条件に、接点３１
を開路すると同時に調速機５７を動作させる。これによ
りポンプ水車４は再び原動機となる。

従って、この案内羽根開度の制限を解除した後に接点５
６を再び動作させて有効電力指令Ｐ。を上昇させてやれ
ば、所定の発電運転にすることができる。

本実施例によれば、調和運転と水車運転の切替え時に調
速機への指令値を調相運転時の値に一致させているため
、円滑に制御モードの切り替えが実現できる。

次に、本発明のさらに別の一実施例について、第５図と
第６図により説明する。

まず、第５図で、６１は揚水始動装置である。

６２はポンプ特性関数発生器で、外部からの揚水入力指
令から回転速度指令Ｎｏを演算する。６３は速度制御装
置で回転速度の指令値Ｎｏと検出値Ｎの偏差が零となる
ように有効電力指令Ｐ□を演算する。６４のａ接点ＰＴ
が動作すると、回転速度指令Ｎｏをすべり周波数設定値
のＦ５゜に相当する値Ｎｓｏに切替える。

以上の構成の可変速揚水装置で揚水運転を開始するまで
の手順を第６図を用いて説明する。

時刻ｔ。で系統しゃ断器２ａを投入と同時にＸの８接点
２６とＺの８接点２８を閉路して直流励磁モードに切替
える。

時刻ｔ、で周波数変換器６が動作を開始し、時刻ｔ２で
始動装置６１を起動すると回転速度が上昇開始する。

時刻ｔ３で加速が完了したら、ここで始動装置６１を停
止すると同時にＸのａ接点２６を開路して直流励磁を終
了する。しかして、この間、回転速度は徐々に低下して
いる。

時刻ｔ４で電圧制御装置２１を起動し、並列動作に入る
。なお、これは、原理的に同期は確認するだけでよく、
以後、直ちに時刻ｔ５で同期しゃ断器２ｂを閉じて並列
する。

電圧が確立した後の時刻ｔ６で横軸電流指令のホールド
を解除すると共に速度制御装Ｗ６３と自動有効電力制御
袋［２０を動作させる。この時。

接点６４により回転速度指令はＮ６ｏに固定されている
。

時刻ｔ７で回転速度がＮ８ｏに整定した時にａ接点Ｙを
閉路し、すべり周波数Ｆ６ｏで調和運転に入る。なお、
回転速度が単調に減速することを考慮して時刻１Ｇから
Ｌ７の期間での回転速度制御動作を省略することも出来
る。

時刻ｔ８で水面押下げを解除後、ランナ室の水圧が設定
値Ｐｓｏを越えたことにより、時刻ｔ９でのブライミン
グ水圧確立を確認できる。このとき、時刻ｔ８からｔ、
の間ではポンプ水車の入力は急激に変化するが、同期化
力により回転速度は一定に保たれる。

時刻ｔ１ｏで案内羽根は設定開度以上となり、揚水運転
を開始するために横軸成分電流指令の制御を開始すれば
、始動が完了する。

本実施例によれば、水圧確立前に回転速度制御によづて
加速することが出来るので、並列失敗による再起動を防
止する効果がある。

［発明の効果コ 本発明によれば、交流励磁同期機を使用した揚水発電シ
ステムなどにおいて、必要に応じて、その交流励磁同期
機を通常の同期機と同様な運転モードで使用することが
できるので、自動運転、調相運転、或いは揚水始動など
に際して、充分な安定度のもとで円滑な運転状態を容易
に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による交流励磁同期機の制御装置の一実
施例を示すブロック図、第２図及び第３図はそれぞれ本
発明の一実施例における位相信号切換え動作を説明する
ためのシーケンス図、第４図は本発明の他の一実施例を
示すブロック図、第５図は同じく本発明の更に別の一実
施例を示すブロック図、第６図は動作説明用のタイミン
グチャート、第７図は制御装置の従来例を示すブロック
図である。 １・・・・・・交流系統、３・・・・・・主変圧器、４
・・・・ポンプ水車、５・・・・・・交流励磁同期機、
６・・・・・・周波数変換装置、７・・・・・・励磁用
変圧器、８・・・・・・サイリスタ電力変換装置、９・
・・・・・位相検出器、１４・・・・・励磁電流制御装
置、２０・・・・・・自動有効電力制御装置、２１・・
・・・・自動電圧制御装置、２５・・・・・・すべり位
相演算器、２６，２８，３１・・・・・・すべり位相信
号切替用の接点、２７・・・・・・横軸電流指令切替器
、２９・・・・・・２相発振器、３０・・・・・・すべ
り位相切替器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、交流電力系統に接続した電機子巻線と、該交流電力
   系統から周波数変換装置を介して交流励磁電力が供給さ
   れる励磁巻線とを有する交流励磁同期機と、上記交流電
   力系統の電圧位相と上記交流励磁同期機の回転位相との
   差に等しいすべり位相信号を発生する第１の位相信号発
   生手段と、この第１の位相信号発生手段から出力される
   すべり位相信号と同位相を有する横軸電流成分指令値及
   び該すべり位相信号に対して９０度の遅れ位相の縦軸電
   流成分指令値に基づいて励磁電流指令値を演算する励磁
   電流演算手段とを備え、この励磁電流指令値により上記
   周波数変換装置を制御することにより上記交流励磁同期
   機の運転制御を行なう方式の交流励磁同期機の制御装置
   において、予め設定されている所定の周波数の正弦波信
   号を発生する第２の位相信号発生手段と、この第２の位
   相信号発生手段の出力を上記第１の位相信号発生手段の
   出力に切換えて上記周波数変換装置に出力する位相信号
   切換手段と、上記横軸電流成分指令値を所定値に保持す
   る指令値切換手段とを設け、これら位相信号切換手段と
   指令値切換手段とを同時に動作させるように構成したこ
   とを特徴とする交流励磁同期機の制御装置。 ２、請求項１の発明において、上記交流励磁同期機の電
   機子巻線と上記周波数変換装置とが共に上記交流電力系
   統からしや断されたことを検出するしや断検出手段を設
   け、このしや断検出結果により上記位相信号切換手段と
   指令値切換手段とを動作させるように構成したことを特
   徴とする交流励磁同期機の制御装置。 ３、請求項１の発明において、上記交流励磁同期機が、
   可逆式ポンプ水車に直結され、その有効電力入力と共に
   回転速度が変化する方式の可変速揚水発電装置の発電動
   機であり、上記第２の位相信号発生手段により制御され
   ている運転条件のもとで揚水運転指令が入力されたとき
   には、上記可変速ポンプ水車のプライム水圧を確立した
   後に上記第１の位相信号発生手段への切換え動作が行な
   われ、これと同時に上記横軸成分電流に対する調整動作
   が開始するように構成されていることを特徴とする交流
   励磁同期機の制御装置。