JPH03251099A - 巻線形誘導発電機の運転制御装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、巻線形誘導機の二次励磁制御で発電運転を行
う巻線形誘導発電機が送電系から切り離されて単独で運
転する場合に好適な巻線形誘導発電機の運転制御装置に
関する。

（従来の技術：。

近年、水力発電では、落差変化や負荷変化に対して水車
効率が最大になる回転数で運転するいわゆる可変速発電
方式の必要性が高まっている。

可変速発電の一つの方式を第６図で説明する。第６図は
、西独Ｂｕｎｄｅｓｓ＋ｉｎｉｓｔｅｒｉｕｍ　ｆｕｅ
ｒ　Ｆｏｒｓｃｈｕｎｇｕｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉ
ｅの研究論文集ＢＭＦＴ−ＦＢ−丁８４−１５４（１）
の第９６項、図３．２．１１に開示された方法である。

第６図の方式は巻線形誘導機の二次電流を周波数変換器
で制御して一次側の周波数を回転速度の変化に拘らず一
定に制御する、いわゆる二次励磁方式の可変速発電シス
テムである。この方式は、変換器容量を小さくできる特
徴があるため特に大容量の発電プラントに適用可能であ
る。

第６図において、巻線形誘導機（ＩＭ）１の一次巻線は
送電線４に接続され、二次巻線にはサイクロコンバータ
やインバータからなる周波数変換器２が接続され、二次
電流制御が行われる。即ち、周波数変換器２には二次電
流の三相指令値ｉｒ工ｆｆｉｌｊｒ２ｍ＋ｉｒ３．が与
えられ、二次電流の検出値−１ｒｄと比較さＪ１＋、検
出値が指令値に常に一致する様に制御が行われる。また
、−次電流は、−次電圧Ｕｍ、と同相の電流成分■、と
９０度遅れた電流成分Ｌｄに分解して検出され、−次電
圧Ｕ、の大きさ１ｕ、１との積により一次側の有効電力
Ｐ、ｄ及び−次側の無効電力Ｑ、ｄが検出される。一方
、有効電力の指令値Ｐｅｇ及び無効電力の指令値Ｑ、が
与えられ、各々検出値Ｐ、ｄ及びＱｌｄと比較され、そ
の偏差が零になるように各有効電力調節器ＰＲ及び無効
電力調節器ＱＲ並びに周波数変換器２を介して、二次電
流が制御される。この図は巻線形誘導機を送電線に並入
して発電運転を行ない送電線に電力を供給する場合の構
成図である。

ところで、発電プラントでは、発電機を送電線から切り
離して単独で運転して所内負荷だけを供給する運転形態
があるが、従来の同期機を用いた発電プラントでは、こ
の様な場合にも、水車の回転速度を調整し所期の周波数
の電圧を発電して所内負荷に電力を供給することができ
た。ところが、巻線形誘導発電機の場合には、送電線の
周波数と水車の回転周波数を検出し、その差の周波数で
変換器の電流を制御して発電機の周波数と送電線の周波
数の同期が保たれる。このため、送電線から切離した状
態では、−次電圧の周波数基準が無くなるため運転継続
ができなかった。さらに、送電線から切り離されて単独
運転状態になった場合に所内負荷に電力を供給しなけれ
ばならないが、この時発電機が負荷変動に対応して要求
される電力を安定的に供給できるためには、発電機は電
圧源的に作用しなければならない。

このため、前記第６図に示された方法は、巻線形誘導発
電機が送電線から切り離されて単独で所内負荷に電力を
供給する場合の運転方法は想定しておらず、従って単独
運転時の安定な制御法が求められていた。

（発明が解決しようとする課題） 以上、従来の第６図に開示された巻線形誘湛機の二次電
流を周波数変換器で制御して発電を行う発電プラントは
、送電線に接続されて運転される場合は問題なく運転で
きるが、その発電プラントを送電線から切り離した状態
で所内負荷に電力を供給する、いわゆる単独運転モード
ができなかった。

従って、本発明の目的は、巻線形誘導発電機の発電運転
制御装置において、発電プラントが遮断器により送電線
から切離されて単独運転状態となる時にも所内負荷に、
送電線側の電圧、周波数に相当する設定した電圧、周波
数で、安定的して電力を供給可能とした巻線形誘導発電
機の運転制御装置を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するだめの手段） 本発明は、第１図〜第３図に示すように、送電線２に遮
断器３を介して一次巻線が接続された巻線形誘導発電機
６と、送電Ｂ２電圧の三相信号を二相信号に変換する第
１の演算器１０４と、その二相信号と帰還二相信号との
位相誤差信号を発生する第２の演算器１０７と、その位
相誤差信号を増幅する増幅器１１２と、送電線周波数相
当の周波数を設定する周波数設定器１３０と、前記増幅
器１１２と前機周波数設定器１３０の出力信号を前記遮
断器３の開路、閉路に応じて選択して出力する切替スイ
ッチ３Ｂ１゜３８２と、この切替スイッチ３Ｂ１，３８
２の出力信号を周波数信号に変換する電圧周波数変換器
１１４と、この電圧周波数変換器１１４の出力を計数し
て電圧位相信号を出力するカウンタ１１６と、このカウ
ンタ１１６の出力に基いて前記帰還二相信号を発生し前
記第１の演算器１０７に与える関数器１１９とから構成
される電圧位相検出回路】００と、電圧位相を検出する
電圧位相検出回路１００と、前記遮断器３の送電線２側
の電圧及び電流を入力して電力を検出し。

設定電力との比較により生じる誤差に応じた電流指令信
号を出力する電力制御回路３００と、前記巻線形誘導発
電機６が発生すべき一次電圧をベクトル値として設定し
た電圧指令値と、前記巻線形誘導発電機６側の電圧をベ
クトル値として検出した電圧帰還値とを比較し、その誤
差電圧に応じた電流指令信号を出力する電圧制御回路２
００と、前記遮断器３の開路、閉路に応じて動作し、前
記電圧制御回路２００の出力と、前記電力制御回路３０
０の出力とを選択的に切替えて出力する切替スイッチ３
Ａ１，３Ａ２と、前記巻線形誘導発電機６の回転子位相
を検出する回転子位相検出器３０と、前記巻線形誘導発
電機６の二次電流と、前記切替スイッチ３Ａ１゜３Ａ２
から出力される電流指令信号と、前記電圧位相検出回路
１００の出力信号と、前記回転子位相検出器３０の出力
信号とを受け、電圧指令信号を出力する電流制御回路４
００と、この電流制御回路４００がらの電圧指令信号に
基づき、前記巻線形誘導発電機６の二次側に供給する電
流を、周波数が前記電圧位相検出回路１００の出力信号
と前記回転子位相検出器３０の出力信号との誤差信号で
規定され、大きさが前記切替スイッチ３Ａ１，３Ａ２か
らの電流指令信号で規定される電流に変換する周波数変
換器７とを備えたことを特徴とするものである。

（作　用） 上記の構成で、遮断器３が閉路されているときは、電流
制御回路４００には、前記切換スイッチ３Ａ２を介して
電力制御回路３００がらの電流指令信号が与えられる。

電流制御回路４００は、この電流指令信号に基づく電圧
指令信号を周波数変換器７に入力する結果、対応する二
次電流が前記巻線形誘導発電機６に供給される。これに
より、巻線形誘導発電機６からは、電力制御回路３００
における設定通りの電力が出力される。

一方、遮断器３が開路されると、その状態が第４図の電
圧位相検出回路１００の中で検知され、それにより周波
数設定器１３０で設定された一定周波数の電圧位相信号
θ＊０．が電圧位相検出回路１００から出力されるよう
になり、それと回転子位相を基に周波数変換器の周波数
が制御される。

さらに、巻線形誘導発電機の電圧は電圧制御回路２００
内において、電圧設定器２４０で設定した振幅値と角度
設定器２４２で設定した角度値から作られたベクトル値
の電圧指令値に対して、それとベクトル値として検出さ
れた発電機側の電圧が帰還値として突き合わされて電圧
制御が行われる。

従って、巻線形誘導発電機は、その周波数が電圧位相検
出回路１００内の周波数設定器１３０で設定した値の周
波数を持ち、その電圧が電圧制御回路２００内の設定器
２４０で設定した振幅と設定器２４２で設定した位相の
電圧を電圧源的に発生するようになり、従って、発電機
が単独運転になり、しかも所内負荷が変動するような場
合でも発電機は安定的に作用し、発電状態を継続できる
ようになる６さらにいえば、発電機は送電線側の電圧が
なんらかの原因で消失した場合であっても安定に所内負
荷に電力を供給することができる。

（実施例） 以下、本発明の詳細な説明するが、詳細説明を行う前に
、その概要を第１図〜第４図を参照して説明しておく。

第１図の巻線形誘導発電機を備えた発電プラントにおい
て、遮断器３が開路しているか閉路しているかの信号３
Ｓを線１３３により電圧位相検出器１００に導く。さら
に、遮断器３の送電線２側の電圧を変圧器２１を介して
検出し、電圧位相検出器１００に導入し電圧位相信号θ
＊□、を得る。また、遮断器３の巻線形誘導発電機６側
の電圧を変圧器２２を介して検出し、電圧信号として電
圧制御回路２００に導入する。

電圧位相検出回路１００は第２図の様に構成されている
６即ち、遮断器３が閉路され巻線形誘導発電機６が送電
線２に接続されている場合には、その状態を信号３Ｓに
より検知しスイッチ３ＢＩを開路、スイッチ３Ｂ２を閉
路して誤差増幅器１１２の出力信号を電圧周波数変換器
１１４に導入する。この状態では演算器１０４の出力信
号と関数器１１９の出力信号の位相が一致する様に制御
が行われる。従って、線１０１〜１０３に導入される送
電線２側の電圧の位相と一致した電圧位相信号θ零、□
がカウンタ１１６の出力に得られる。

それに対して、遮断器３が開路され巻線形誘導発電機６
が送電線２から切離され単独で運転されている場合には
、その状態を信号３Ｓにより検知しスイッチ３Ｂ２を開
路、スイッチ３Ｂ１を閉路して周波数設定器１３０の出
力を電圧周波数変換器１１４に導入する。

ここで、周波数設定器１３０の設定は、カウンタ１１６
の出力信号である電圧位相信号θ＊１１の周波数を送電
ｇ２側の電圧の周波数にほぼ一致させるような値に設定
されており、従って、この状態では、カウンタ１１６の
出力信号、即ち電圧位相信号０本、。

は送電ａ２側の周波数と等しくないが、しかし、その周
波数に近い値の一定の周波数を持つ電圧位相信号になる
。

この様にして、電圧位相検出回路１ｏＯＬよ、遮断器３
が閉路されている時は送電線２の電圧の位相を検出して
信号θ＊□、として出力し、遮断器３力１間路されてい
る時は送電線２側の周波数とは独立の一定周波数の位相
の信号を信号θ零□１として出力する。

電圧制御回路２００は第３図の様に構成されてｔする即
ち、前記電圧位相信号Ｏ”１１により関数器２０７で単
位二相信号を発生し、前記検出した電圧信号を演算器２
１０を介し、さらに演算器２１６の中で前記単位二相信
号を用いて正相回転座標上のベクトル信号に変換する。

また、電圧設定器２４０では、巻線形誘導発電機が遮断
器３により送Ｎ線から切り離されて単独運転になった場
合に１巻線形誘導発電機が発生すべき一次電圧振幅を設
定する。通常の場合、電圧設定器２４０は巻線形誘導発
電機力１送電線電圧とほぼ等しい値の電圧を発生するよ
う番こ設定される。角度設定器２４２では１巻線形誘導
発電機が遮断器３により送電線から切り煎されて単独運
転になった場合に、遮断器３をはさんだ送電線側の電圧
の位相に対して、巻線形誘導発電機の発生する一次電圧
の位相をどの程度で運転するか、の角度を設定する。通
常の場合は、角度設定器２４２の角度設定は、送電線電
圧と巻線形誘導発電機の発電する電圧の位相がほぼ等し
くなる様な値に設定する。関数器２４５では電圧設定器
２４０と角度設定器２４２の出力信号を受けて、これら
を用いて正相回転座標上で表されたベクトル値の電圧信
号２２０．２２１を出力する。この様にして得られた。

関数器２４５の出力である正相回転座標上のベクトル信
号として表された電圧信号２２０，２２１を電圧指令値
とし、前記演算器２】６の出力である巻線形誘導発電機
側の検出電圧の正相回転座標上のベクトル信号として表
された電圧信号２１７．２１８を電圧帰還信号として用
い、これら信号同志を突き合わせて増幅器２２６，２２
８によりベクトル値の電圧制御動作を行い電流指令信号
２３３，２３４を得る。第１図において遮断器３が開路
された場合には、切替スイッチ３Ａ１が閉、３Ａ２が開
となるため、電流信号２３３，２３４が電流制御回路４
００に導入される。ｌｉ流制御回路４００には前記電圧
位相信号と前記巻線形誘導発電機の回転子位相信号も導
入される。

第４図は電流制御回路４００の詳細図である。第４図に
おいて、減算器４１１により前記電圧位相と前記回転子
位相の差を求め、前記周波数変換器７の発生する周波数
の基準となる信号４１２が得られる。

電流制御回路４００では、電流指令信号４４４，４４６
に対して、周波数変換器の電流４０１，４０２，４０３
がベクトル値の信号４０９，４１０に変換されて突き合
わされており、これらが増幅器４２０，４２１及び演算
器４２４を介して演算され電圧振幅信号４２５、位相信
号４２６が得られる。位相信号４２６には前記信号４１
２が加算され、次の演算器４３０に導入される。演算器
４３０では振幅信号４２５、位相信号４２９が三相の電
圧指令４３１〜４３３に変換され、前記周波数変換器７
かに入力される。

この電流制御回路４００の作用により、周波数変換器７
は周波数が信号４１２で規定され、大きさが信号４４４
，４４６で規定される電流を前記巻線形誘導発電機の二
次側に供給するようになる。

この様に構成すると、遮断器３が閉となり巻線形誘導発
電機６が送電線に接続されて運転される場合には、水車
速度が変動し、発電機の回転数が変わった場合でも１発
電機の一次周波数を常に送電線周波数と等しく制御でき
る。また、遮断器３が開となり巻線形誘導発電機６が送
電線から切離されて単独運転となった場合には、水車速
度が変動し発電機の回転数が変わった場合でも、発電機
の一次周波数を電圧位相検出回路１００内の周波数設定
器１３０で設定した値に保って安定に運転できる。

以下、これを更に第５図を参照して詳細に説明する。

第１図において、１は系統母線であり、この先に他の同
期発電機等が多数接続されて電力ネットワークを構成し
ている。２は送電線である。６は巻線形誘導発電機であ
り、−次巻線が遮断器３を介して送電線に接続される。

遮断器３は送電線２と巻線形誘導発電機６の間に介挿さ
れた遮断器であり。

遮断器３が閉路され巻線形誘導発電機６が送電線に接続
されて運転されているか、または、遮断器３が開路され
巻線形誘導発電機６が送電線から切離されて単独で運転
されているかの状態は開閉表示信号３Ｓとして出力され
電圧位相検出回路１００、及び、切替スイッチ３Ａ１，
３Ａ２に与えられる。７はサイクロコンバータやインバ
ータなどの周波数変換器であり、巻線形誘導発電機の二
次巻線に二次電流を供給する。８は発電プラントの所内
負荷であり、冷却用ポンプ動力、照明電源、その他の負
荷である。巻線形誘導発電機の回転子は本図には表示し
てないが水車に直結され駆動されている。送電線２をは
さんで巻線形誘導発電機６側を発電プラント４と呼ぶ。

回転子位相検出器３０は１巻線形誘導発電機の回転子の
位置を検出する。検出変圧器２１　、２２は、遮断器３
をはさんで送電線２側の電圧と巻線形誘導発電機６側の
電圧を検出する。電流検出器２０は、発電プラントから
送電線２に供給する電流を検出する。

電圧位相検出回路１００は、詳細は第２図に示すが。

変圧器２１の出力と遮断器３の開閉表示信号３Ｓを受け
、遮断器３が閉路している時は遮断器３をはさんで送電
線２側の電圧の位相を出力し、遮断器３が開路している
時は回路内で設定された一定周波数の電圧位相を出力す
る。

電圧制御回路２００は、詳細は第３図に示すが、変圧器
２２を介して遮断器３をはさんで巻線形誘導発電機６側
の電圧を検出しこれと電圧設定値をもとに巻線形誘導発
電機６の一次端子電圧制御を行う。

電力制御回路３００は、詳細は第５図に示すが、変圧器
２１と電流検出器２０の信号を用いて発電プラントが送
電線に供給する有効電力、無効電力を制御する。

切替スイッチ３Ａ２と３ＡＩは、遮断器３の開閉表示信
号３Ｓを受けて動作し、遮断器３が閉で巻線形誘導発電
機６が送電線に接続され電力を供給している時はスイッ
チ３Ａ２が閉じ電力制御回路３００の出力を次の電流制
御回路４００に導く、一方、遮断器３が開で巻線形誘導
発電機６が送電線から切離されて単独で運転する場合は
、スイッチ３Ａ１が閉じ電圧制御回路２００の出力を次
の電流制御回路４００に導くようになっている。

電流制御回路４００は、周波数変換器７が巻線形誘導発
電機６の二次側に供給する電流を目標値に制御する回路
である。電流検出器２３は１周波数変換器７の電流を検
出し電流制御回路４００に導く。

次に、電圧位相検出回路１００の一例を第２図により説
明する。第１図の電圧検出用変圧器２１を介して検出さ
れた送電線２側の電圧ｅｕｌｌｌｔ　ｅｖ□ｓｔｅｗ□
。

は第４図の演算器１０４に導かれる。同時に、遮断器３
が開路されているか閉路されているかの状況が開閉表示
信号３Ｓとして切替スイッチ３Ｂ１　、３８２に導かれ
る。

今、第１図において、遮断器３が閉路され巻線形誘導発
電機６が送電線２に接続され、送１［２に電力を供給し
ている場合の電圧位相検出回路１００の動作を説明する
。

この場合には、第２図において、遮断器３の開閉表示信
号３Ｓに応じて切替スイッチ３Ｂ２が閉となり、スイッ
チ３Ｂ１が開となる。この状態におＬＸで、演算器１０
４は、電圧の三相信号ｅｕｘｇ＋　ｅｖｌｇｔ　ｅＷｔ
ｓを式（１）により二相信号ｅｄｘｗ１ｒ　ｅ９１ｍｘ
に変換する。

但し、ｋ□は係数、θ１．は電圧の位相角である。

関数器１１９はＲＯＭ等から構成され、後述のカウンタ
１１６の出力である位相信号θ＊□、をアドレス信号と
して式（２）の様な単位正弦波信号ｅｄｘ□ｌ　ｅｑｔ
＊ｚを関数的に発生する。

演算器１０７は、式（１）、（２）の出力信号を式（３
）のように演算し、送電線電圧の位相θ１．とカウンタ
１１６の出力値である位相信号θ車１．どの誤差である
位相誤差信号Δ０を発生する。

Δ０　”ｅＱｘ＊ｘ　×ｅｄｔｍｚ−ｅｄｘｍ、Ｘｅ、
０，２＝に、　Ｘ５ｉｎ（θ０．−θ＊□１）・・・（
３） 増幅器１１２は、位相誤差信号Δθを増幅し信号ΔＶｐ
を出力する。電圧周波数変換器１１４は、信号１１３の
大きさに比例するパルス密度のパルス列の信号を発生す
るもので、そのパルス密度は、信号１１３の大きさが零
のとき送電線側周波数に相当する値に設定される。カウ
ンタ１１６は、パルス列の信号を係数して出力０本□１
を位相信号として出力するもので、パルス列信号のカウ
ント値が送電線側周波数の１サイクルに相当する値とな
るときにカウント値をリセットし、結果としてカウント
値は鋸歯状波的に変化する。その出力０本０．は前記の
関数器１１９にアドレス信号として入力される。

このように構成した位相検出回路１００は、演算器１０
４の出力である二相信号と関数器１１９の出力である二
相信号の位相が一致するように制御される結果、カウン
タ１１６の出力信号の位相信号θ車、１は送電線電圧の
位相角θ、１と等しくなり、従って、カウンタ出力０ネ
□、に送電線電圧の位相角が検出されることになる。

次に、第１図の遮断器３が開路され巻線形誘導発電機６
が送電線２から切離され、巻線形誘導発電機６が単独運
転状態となった時の電圧位相検出回路１００の動作を説
明する。

この場合は、第２図において、遮断器３が開路している
ことを開閉表示信号３Ｓにより検知して、切替スイッチ
３旧が閉、スイッチ３Ｂ２が開となる。この状態におい
て、周波数設定器１３０は、周波数指令信号ΔＶＦを設
定する。周波数指令信号ΔＶＦはスイッチ３Ｂ１を介し
て電圧周波数変換器１１４に導入される。ここで周波数
設定器１３０の設定値はカウンタ１１６の出力信号であ
る電圧位相信号θ＊１．の周波数が送電線２側の電圧周
波数とほぼ等しくなるような値に設定する。従って、こ
の状態では、カウンタ１１６の出力信号は、送電線２側
の電圧の周波数と等しくはないが、しかしその周波数が
送電線の周波数に近い一定の周波数を持つ電圧位相信号
となる。

以上、電圧位相検出回路１００は遮断器３が閉路されて
いる時には送電線２側の電圧の位相を出力し、遮断器３
が開路されている時には電圧位相検出回路１００内で設
定された周波数を持つ位相信号を電圧位相信号θ＊□１
として外部に送出する。

次に、電力制御回路３００の一例を第５図により説明す
る。第１図の電圧検出用変圧器２１を介して検出された
送電線電圧ｅＬ１１ｇｔ　ｅｖｘｇ＋　ｅｗｉｇと、電
流検出器２０を介して検出された発電プラントの出力電
流几１ｍｌ　１Ｖ１ｉ１　ｊｗｌｌはそれぞれ、第５図
の演算器３０４　、３０７に導かれる。第５図において
、有効電力と無効電力の指令器３１５，３１３は、それ
ぞれ発電プラントが送電線に供給すべき有効型カド□１
と無効電力Ｑ＊□１を設定する。演算器３０４，３０７
，３１０は、送電線電圧ｅｕｔｇ＋　ｅＶｌｌｌｌ　６
ｗｔｇと発電プラント電流札、。

１ｗＬＭＩ　１１１１１ｇを式（４）の様に演算し、発
電プラントの出力している有効電力Ｐ１．、無効電力Ｑ
工、を演算する。

減算器３１７，３１９は誤差検出器であり、有効電力指
令Ｐ＊、１と有効電力検出値Ｐ１８、無効電力指令Ｑ＊
□１と無効電力検出値Ｑ１ｇをそれぞれ突合せて誤差を
検出する。増幅回路３２２，３２１は減算器３１９，３
１７の誤差信号を増幅し直流量の信号である電流指令信
号１本９．とＩ＊６．を作り出す。

以上、電力制御回路３００では指令値３本□ｍ＋０”、
＊に対して実際値Ｐ１．．Ｑ□、が一致するように作用
し、従って、電流指令信号１本６□と■＊、□に基づい
て周波数変換器７の電流を制御すると、巻線形誘導発電
機６は電力指令器３１５，３１３で設定した有効電力Ｐ
＊１．、無効電力Ｑネ１．を発電して送電線２に送出す
るようになる。

次に、電圧制御回路２００の一例を第３図により説明す
る。第１図の電圧検出用変圧器２２を介して検出した巻
線形誘導発電機側の電圧を第３図の演算器２１０に導く
、また、位相検出回路１００の出力である送電線電圧の
電圧位相信号θ車０．も電圧制御回路２００に導く、第
２図において、関数器２０７は単位二相正弦波発生器で
あり、送電線側の電圧位相信号θネ、１を受けて、式（
５）の二相信号ｅｄ２　ｍ。ｒ８！＋Ｉｇ。

を発生する。、なお、この関数器２０７は、第２図の関
数器１１９の出力である二相信号ｅｄｉ　＃□ｒ　ｅＱ
ｘｍｚを利用する場合には省略することができる。

演算器２１０は、第１図の遮断器３をはさんで巻線形誘
導発電機６側の電圧ｅｕ□Ｇ、　ｅｖ□Ｇ、　ｅｗ、に
を式（６）により演算し二相信号ｅｄ□Ｃ□ｌ　ｅｑ、
ｃ、に変換する。

演算器２１６は、それぞれ演算器２１０の出方信号と関
数器２０７の出力信号を用いて式（７）に基づく演算を
し、それぞれベクトル値の電圧二相信号ＥｄｚＧｚｙＥ
Ｑ２Ｇ２を演算する。この時、信号ＥｄｚＣｚ　＋　Ｅ
ｌｌＧ２は基本波正相回転座標上で見た信号となってお
り直流の信号として検出されている。

電圧設定器２４０は、巻線形誘導発電機が送電線から切
離され単独運転状態となった時に巻線形誘導発電機が発
生すべき電圧の大きさ、即ち電圧振ｅｉｒａ定信号Ｖ”
ｚ　ｇを設定する。角度設定器２４２は。

巻線形誘導発電機が送電線から切離され単独運転状態と
なった場合に、遮断器３をはさんだ送電線側の電圧の位
相に対して、巻線形誘導発電機の発生する一次電圧の位
相をどの程度で運転するか、の角度差設定信号ΔΦ＊、
１を設定する。関数器２４５は、電圧振幅設定信号Ｖ”
ｌ　＠と角度設定信号ΔΦ本４、を受けて、これをもと
に式（７Ａ）により、正相回転座標上のベクトル値の二
相電圧指令信号Ｅ＊む、２゜Ｅ＊、２□２を出力する。

減算器２２２，２２４は、ベクトル値の二相信号Ｅ”ｄ
！ｇ２＋Ｅ＊９２□２を電圧指令値として、第１図の遮
断＠３をはさんで巻線形誘導発電機６側の電圧から得ら
れたベクトル値の二相信号Ｅｄ２Ｇ２１　ＥＱ２Ｇ２を
電圧の帰還信号として用い、それらの間の誤差を検出す
る。増幅回路２２６，２２８は、減算器２２２，２２４
の誤差信号を増幅し直流量の信号である電流指令信号Ｉ
”ｄｚ　ｔＩ＊、２を作り出す、この時、増幅器２２６
，２２８は、通常、比例要素と積分要素を含んだいわゆ
るＰＩ増幅器として構成さ九でおり、従って、指令値と
実際値が一致するまで制御動作が行われる。

以上、電圧制御回路２００では電圧振幅設定信号Ｖ−１
と角度差設定信号ΔΦ本、１で設定された値をもとに得
られたベクトル値の二相信号Ｅ’ｄｚ　ｍ□ｔ　Ｅ’ｑ
２１□を指令値とし、それに対して巻線形誘導発電機の
電圧から得られた実際値のベクトル値の二相信号Ｅｄ２
Ｇ２　ｔ　ＥＱ２Ｇ２を突き合わせて電圧ＩＩＪ御回路
を構成しているため、電流指令信号Ｉ”ｄ２　、　Ｉ”
ｑｚに基づいて周波数変換器７の電流を制御すると、巻
線形誘導発電機６は、その振幅が電圧振幅設定信号ｖ車
０、に一致し、位相が角度差設定信号ΔΦ本、１に一致
した電圧を発生するようになる。

次に、電流制御回路４００の一例を第４図に基づいて説
明する。第１図の電圧制御回路２００の出方の電流指令
Ｉ”ｄｚ　ｔ　Ｉ”ｑｚと、電力制御回路３００の出方
の電流指令Ｉ”ｄ２ｗＩ本、３は、切替スイッチ３Ａｌ
、　３Ａ２を介して選択されて、電流指令Ｉ”ｄｌｙ　
Ｉｓッ吐なって第３図の電流制御回路４００に導入され
る。また、第１図の周波数変換器７の出力電流は電流検
出器２３を介して第３図の演算器４０５に導入される６
そして。

第１図の電圧位相検出回路ｌＯＯで検出した電圧位相信
号θネ□１、及び、回転子位相検出器３０で検出した回
転子位相信号θ、は、第４図の減算器４１１に導入され
る。第４図において、減算器４１１は、電圧位相信号０
本０．から回転子位相信号θ、を減算し、巻線形誘導発
電機６の二次巻線の周波数であるすベリ周波数位相信号
θ２を出力する。このすべり周波数の位相信号θ２に基
づいて周波数変換器７の出力電流の周波数を制御し、二
次巻線を励磁すれば、回転数が変化しても巻線形誘導発
電機６の一次巻線の発生電圧の周波数を送電線電圧の周
波数に常に一致させることができる。関数器４１３は、
すべり周波数位相信号０２を受けて式（８）の単位二相
正弦波信号ｅｄ４＋□ｌ　ｅｑ４＋ｘを発生する。

演算器４０５，４０８は、周波数変換器の出力電流１ｕ
２１１１Ｖ２１１　ｘｗｚ　Ｉと、関数発生器の出力ｅ
ｄ４１１１　ｅｑ４、を受けて式（９）に基づく演算に
より、ベクトル値で表された巻線形誘導発電機の二次電
流の実際値Ｉｄ４＋□ｌ　Ｉｑ４１３を演算する。この
時、信号Ｉｄ４１ｚ　ｒ工、４１□はすべり周波数で回
転する座標上で見た信号となっており直流の信号として
検出される。

減算器４１６，４１７は、ベクトル値の電流指令Ｉ’ｄ
　Ｉ　。

１１１とベクトル値で表された二次電流の実際値Ｉ。

４１□ｔ　ＩＱ４１２とを突合せ、それらの間の誤差を
検出する。増幅回路４２０，４２１は、誤差信号を増幅
し二軸の電圧指令Ｅ〜！’ｔＥ’１！＋を作り出す。演
算器４２４は、電圧指令−，１，＋　ｇ　Ｅ”ｑｚ　’
を受けて式（１０）４：基づく演算をし、二次電圧振幅
信号Ｖ車２ｖと角度信号Φ本２＋を出力する。加算器４
２８は、すべり周波数の位相信号θ２と角度信号Φ＊２
１を加算し１周波数変換器７の出力電圧周波数を規定す
る二次電圧位相信号θ寧２ｖを出力する。演算器４３０
は、二次電圧振幅信号Ｖ＊、　ｖと二次電圧位相信号θ
寧２ｖを受けて式（１１）に基づく演算をし、三相の二
次電圧指令ｅ車、１．　ｅ＊、ｌ、　ｅ＊、＋を出力す
る。二次電圧指令ｅｔｕ＋。

ｅ＊ｖ＋、　ｅ＊ｗｌは第１図の周波数変換器７の電圧
指令となる。

以上の様に構成した電流制御回路４００で周波数変換器
を制御すると、電流指令１＊４＋、　Ｉ＊ｑ＋で指示さ
れた二次電流を巻線形誘導発電機６の二次側に供給する
ことができる。また、二次電流の周波数が電圧位相信号
０本、□と回転子の回転位相信号０、により求められた
すベリ周波数位相θ２により決定されているため、遮断
器３が閉となり１巻線形誘導発電機６が送電線に接続さ
れて運転されている場合であれば、水車速度が変化し回
転子の回転数が変化した場合であっても、巻線形誘導発
電機６の一次巻線の周波数は送電ＩｉＡ電圧の周波数と
常に一致するように制御されることとなる。また、遮断
器３が開となり、巻線形誘導発電機６が送電線から切離
されて単独運転となった場合には、巻線形誘導発電機６
の一次電圧の周波数を電圧位相検出回路１００内の周波
数設定器で設定した値に保って安定に運転できることと
なる。

以上、発明の制御装置の個々の構成を開示してきたが次
にこれらの要素がどの様に結びついて作用するか、以下
に説明する。なお、図面上の要素とその機能については
既に説明済みであるので、以下の説明では説明を省略す
る。

まず、第１図において遮断器３が閉路され発電プラント
が送電線に並入され電力を電力系統に送出している時の
動作を説明する。

即ち、遮断器３が閉路された場合、遮断器３の開閉表示
信号３Ｓを受けて切替スイッチ３Ａ１の方は開となり、
電圧制御回路２００の出力は電流制御回路４００から切
離されるが、一方、切替スイッチ３Ａ２が閉となるため
電力制御回路３００の出力が電流制御回路４００に導入
されることになる。また、第２図の電圧位相検出回路１
００の中では、遮断器３の開閉表示信号３Ｓを受けて切
替スイッチ３旧が開、スイッチ３Ｂ２が閉となるため電
圧位相信号θ零□１は遮断器３の送電線２側の電圧の位
相を出力するようになる。

従って、この状態では発電プラントは電力制御で運転さ
れるようになり、既に説明した様に第５図の電力制御回
路３００の中の有効電力指令Ｐ本□１、無効電力指令Ｑ
ネ１．で指示された電力を発電して運転されるようにな
る。この時の巻線形誘導発電機６の発電する電圧の周波
数は、電圧位相検出回路１００の出力、即ち、この場合
は送電線２側の電圧と同じ位相の電圧位相信号０本□、
と、回転子の回転位相信号θ１を基にこれを電流制御回
路４００、即ち第４図の減算器４１１によりすべり周波
数の位相信号θ２に変換し、これにより周波数変換器、
即ち。

巻線形誘導発電機の二次電流の周波数を制御しているの
で、例え、回転数が変動した場合であっても送電線の周
波数と同期をとって安定的に運転することができる。

次に、第１図において遮断器３が開路され発電プランド
が送電線から切り離されて発電プラント単独で運転され
所内負荷に電力を供給する場合の動作を説明する。

即ち、遮断器３が開路された場合、遮断器３の開閉表示
信号３Ｓを受けて切替スイッチ３Ａ２の方は開となり電
力制御回路３００の出力は電流制御回路４００から切離
されるが、一方、切替スイッチ３Ａｌが閉となるため電
圧制御回路２００の出力が電流制御回路４００に導入さ
れる。また、第４図の電圧位相検出回路１００の中では
、遮断器３の開閉表示信号３Ｓを受けて切替スイッチ３
Ｂ２が開、スイッチ３Ｂ１が閉となるため、電圧位相信
号０本□１は送電線２側の電圧の周波数とは独立した、
周波数設定器１３０で設定された一定周波数の位相信号
を出力する。この状態では、発電プラントは送電線から
切り離され単独運転となり電圧制御で運転される。この
場合、第３図の電圧制御回路２００内では、電圧振幅設
定信号■＊０．と角度差設定信号ΔΦ京０、から得たベ
クトル値の二相信号を電圧指令値とし、それに対して遮
断器３をはさんで巻線形誘導発電機６側から検出したベ
クトル値の電圧を帰還信号として電圧制御が行われるた
め、巻線形誘導発電機６はその発生電圧の振幅が電圧振
幅設定信号Δ車□１に等しく、位相が角度差設定信号Δ
Φ本、１の電圧を発生する。

また、電圧位相検出回路１００内で設定された一定周波
数の電圧位相信号θ＊１．をもとに、それと回転位相信
号θ、とによりすべり周波数の位相信号θ２を求め、こ
のすべり周波数で巻線形誘導発電機の二次電流を制御し
ているため、巻線形誘導発電機の発電電圧の周波数は、
送電線電圧の周波数とは独立した、電圧位相検出路１０
０内で設定した一定値の周波数となる。

従って、この状態では巻線形誘導発電機６は送電線とは
独立した一定周波数の電圧で、電圧値が電圧位相検出回
路１００内で設定された一定値の電圧でもって安定に運
転を継続できるようになり、しかも水車の回転数が変動
した場合であっても一定周波数、一定電圧を発電して運
転することができる。

以上、遮断器３が開放され発電プラントが単独１３とな
った場合にも、巻線形誘導発電機６は送電線電圧の周波
数とは独立した一定値の周波数をもち、その大きさと位
相が電圧制御回路２００内で設定した振幅指令Δ＊０．
と角度指令ΔΦ寧□８により規定される電圧を発生する
ようになり、しかも、電圧源的に作用して発電する様に
なるので、所内にある負荷が変動するような場合であっ
ても発電機は安定的に作用し、発電状態を継続できるよ
うになる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、発電プラントが送
電線に並入されて運転する場合は電力制御で運転し、発
電プラントが送電線から切麓されて単独で運転される場
合は電圧制御で所内負荷に送電線側の電圧、周波数に相
当する設定した電圧・周波数で安定に電力を供給しなが
ら運転を行うことができる巻線形誘導発電機の運転制御
装置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す巻線形誘導発電機の運
転制御装置の構成図、第２図は本発明に使用される電圧
制御回路の構成図、第３図は本発明に使用される電流制
御回路の構成図、第４図は本発明に使用される電圧位相
検出回路の構成図、第５図は本発明に使用される電力制
御回路の構成図、第６図は従来の巻線形誘導発電機の運
転制御装置の構成図である。 １・・・電力系統、２・・・送電線、３・・・遮断器、
６・・・巻線形誘導発電機、７・・・周波数変換器、８
・・・発電所所内負荷、２０・・・電流検出器、２１．
２２・・・電圧検出器、２３・・・電流検出器、３０・
・回転子位相検出器、１００・・・電圧位相検出回路、
２００・・・電圧制御回路、３００・・・電力制御回路
、４００・・・電流制御回路、　３Ａ１，３Ａ２・・・
切替スイッチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 送電線に遮断器を介して一次巻線が接続された巻線形誘
   導発電機と、 送電線電圧の三相信号を二相信号に変換する第１の演算
   手段と、その二相信号と帰還二相信号との位相誤差信号
   を発生する第２の演算手段と、その位相誤差信号を増幅
   する増幅手段と、送電線周波数相当の周波数を設定する
   周波数設定手段と、前記増幅手段と前記周波数設定手段
   の出力信号を前記遮断器の開路、閉路に応じて選択して
   出力する選択手段と、この選択手段の出力信号を周波数
   信号に変換する電圧周波数変換手段段と、この電圧周波
   数変換手段の出力を計数して電圧位相信号を出力する計
   数手段と、この計数手段の出力に基いて前記帰還二相信
   号を発生し前記第１の演算手段に与える関数手段とから
   構成される電圧位相検出手段と、 前記遮断器の送電線側の電圧及び電流を入力して電力を
   検出し、設定電力との比較により生じる誤差に応じた電
   流指令信号を出力する電力制御手段と、 前記巻線形誘導発電機が発生すべき一次電圧をベクトル
   値として設定した電圧指令値と、前記巻線形誘導発電機
   側の電圧をベクトル値として検出した電圧帰還値とを比
   較し、その誤差電圧に応じた電流指令信号を出力する電
   圧制御手段と、前記遮断器の開路、閉路に応じて動作し
   、前記電圧制御手段の出力と、前記電力制御手段の出力
   とを選択的に切替えて出力する切替手段と、前記巻線形
   誘導発電機の回転子位相を検出する回転子位相検出手段
   と、 前記巻線形誘導発電機の二次電流と、前記切替手段から
   出力される電流指令信号と、前記電圧位相検出手段の出
   力信号と、前記回転子位相検出手段の出力信号とを受け
   、電圧指令信号を出力する電流制御手段と、 この電流制御手段からの電圧指令信号に基づき、前記巻
   線形誘導発電機の二次側に供給する電流を、周波数が前
   記電圧位相検出手段の出力信号と前記回転子位相検出手
   段の出力信号との誤差信号で規定され、大きさが前記切
   替手段からの電流指令信号で規定される電流に変換する
   周波数変換器とを備えたことを特徴とする巻線形誘導発
   電機の運転制御装置。