JPH0370498A - 交流励磁回転電機制御装置 - 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、交流励磁により可変速同期運転を行うように
した交流励磁回転電機に係り、特に交流系統の安定度向
上のための負荷調整及び調相に好適な交流励磁回転電機
制御装置に関する。

［従来の技術］ 電力用半導体電力変換装置の進歩に伴い、巻線形誘導機
と類似の巻線構造の１次巻線と２次巻線を有し、周波数
変換装置を用いた交流励磁により、可変速運転を可能に
した同期機が広く実用化されてきでいる。

ところで、このような、いわゆる交流励磁回転電機を用
いたシステムは、その特徴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、従来から電力系統内での負
荷調整や調和に広く採用されているが、従来の装置では
、例えば、特願昭６３−５５５１８号の出願に係る提案
にみられる如く、交流電力系統から遮断されたときでの
対応として、その励磁周波数を設定値以下に抑えること
により、直流励磁の通常の同期機と同様な自励運転をも
たせるようにしている。

このような従来例について、以下、第３図により説明す
る。

この従来例は、揚水発電システムに交流励磁回転電機を
適用した場合の例で、交流系統１に系統しゃ断器２ａを
介して主変圧器３が接続され、この主変圧器３の低圧側
には、同期投入用しゃ断器２ｂを介して可逆式ポンプ水
車４に直結された、巻線形誘導機と類似の巻線構造を有
する交流励磁同期機５の１次巻線５ａが接続されている
。

一方、周波数変換装置６は、励磁用変圧器７で降圧され
た交流系統１からの電力を低周波交流電力に交換するた
めのサイリスタ電力変換装置８などからなり、これらは
励磁巻線５ｂの各相毎に設けられている。

交流励磁周波数信号を得るためのすべり位相検出器９は
、系統電圧位相θ、を検出するための電圧変成器１０と
、電圧位相演算器１１、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
にすベリ位相演算器１３からなる。

電圧位相演算器１工は（ｃｏｓθｖ、ｓｉｎθＶ）の２
相信号を出力する働きをし、レゾルバ装置１２は（ｃｏ
ｓθｒ、ｓｉｎθｒ）の２相信号を出力する。そして、
すべり位相演算器１３は（ｃｏｓθｓ、ｓｉｎθＳ）の
２相信号を出力する。

励磁電流指令演算器１４は、すべり位相Ｏ５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、Ｉｄにより調整する働きをする。こ
こで、３相の電流指令値Ｉｕｒｅｆ　、　Ｉｖｒｅｆ　
、　Ｉｖｒｅｆは下式のようになる。

Ｉｕｒｅｆ　＝　Ｉｑｃｏｓθｓ　＋　ＩｄｓｉｎθＳ
電流制御装置１５は、交流励磁同期機５の２次巻線電流
が前記電流指令に合致するように、サイリスクの点弧角
信号を自動パルス移相器１６に出力する働きをし、自動
パルス移相器１６はサイリスタ電力変換装置８の点弧パ
ルス信号１７を出力する働きをする。ここで２次電流指
令演算器工４で調整すべき電流指令信号は、特公昭５３
−７６２８号、特公昭５７−６０６４５号の各公報の記
載の方法で与えられる。即ち、すべり位相θＳと同一位
相の電流成分Ｉｑを調整することにより有効電力出力を
制御し、すべり位相信号Ｏ５から９０゜遅れた位相をも
つ電流成分Ｉｄを調整することにより電圧を制御するの
である。

交流系統１への有効電力出力と電圧は、計器用電流変成
器１８と計器用電圧変成器１０により取り出され、その
信号を計測器１９により直流信号に変換して自動有効電
力制御装置（ＡＰＲ）２０と自動電圧制御装置（ＡＶＲ
）２１に入力することにより制御される。

自動有効電力制御装置２０の出カニ９は制限器２２で上
下限を予め設定された値の範囲に抑えられる。自動電圧
制御装置２１の出力Ｉｄは制限器２３で上下限を予め設
定された値の範囲に抑えられる。制限器２２．２３は、
何れも電流指令がサイリスタ電力変換装置８の耐量を越
えぬようにするために設けである。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は、運転中に交流系統から遮断される場合
にも、連続的に発電機電圧の制御が保たれるようにする
ため、縦軸電流指令の下限値を正の有限値に設定する必
要があり、このため弱め励磁側での無効電力出力範囲を
広くできないという問題があった。

これを詳しく説明すると、まず第４図（ｂ）は、交流励
磁同期機５の等倍回路を同図（ａ）に示すものとした場
合での、縦軸電流（Ｉｄ）指令が負の所定値にある状態
で運転中のベクトル図を示したもので、この状態では、
縦軸電流Ｉｄが負方向で２次電流工２は正方向になって
いる。

今、この状態で、交流系統から遮断されたとすると、発
電機の端子電圧がＶユからＥにまで低下してしまうので
、２次電流を増加させてやる必要を生じ、このため、第
５図に示すように、２次電流の値が、このときの値Ｉ２
から所定値Ｌ７に変化するように、電流指令値を変更さ
せて行かなくてはならない。

しかして、自動電圧制御装置２１は、この端子電圧を下
げて行く過程で縦軸電流指令を負の値から正の値に変化
させるので、この過程で正帰還動作状態になってしまう
。

こうして正帰還状態になると、電圧が喪失し、自励運転
に移行できなくなるので、このため、上記従来技術では
、縦軸電流Ｉｄの下限値として、負の値を設定すること
ができない。

次に、第６図は、縦軸電流指令が正方向にある状態で運
転している場合のベクトル図で、２次電流Ｉ２は下方向
に向いており、縦軸電流Ｉｄは正の所定値となっている
。

この状態で、同じく交流系統から遮断されたとすると、
このときは発電機の端子電圧がｖｌからＥにまで上昇す
るため、今度は、反対に２次電流を減少させる必要があ
る。

しかし、このとき、横軸電流（Ｉｑ）は、この交流系統
からの遮断により、第７図に示すように、所定値工ｑか
らＩｑ’　に変化する。ここで、横軸電流ｒｑが正方向
に変化するのは、次の理由による。

まず、この横軸電流Ｉｑが回転速度制御系からの出力指
令による場合には、遮断されると共に回転速度が上昇し
ようとするため、発電出力が増し、この結果、減速制御
動作に入り、横軸電流が正方向に変化するのである。

次に、この横軸電流ＩＣ１が有効電力制御系からの出力
指令による場合は、遮断されると同時に有効電力出力は
ゼロになる。しかして、制御系は発電機の出力を指令値
に保持しようと動作するため、横軸電流は正方向に変化
するものである。

このように、いずれの場合にも、２次電流が増加し、こ
の結果、端子電圧が過大になって自励運転に移行できず
、従って、無効電力出力範囲が狭くなってしまうのであ
る。

本発明の目的は、交流系統から遮断されたときでの、自
励運転への移行が可能な無効電力出力範囲が充分に広く
得られるようにした交流励磁回転電機の制御装置を提供
することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、交流励磁同期機の電機子側
でギャップ磁束を供給する場合は２次電流値のうち縦軸
成分の上下限値を下げ、逆に界磁側で供給する場合には
上下限値を上げるようにしたものである。

さらに、交流系統からしゃ断された時に横軸電流の上下
限値をＯに近づけるようにしたものである。

［作用コ 縦軸電流（Ｉｄ）制限装置は、電機子側でギャップ磁束
を作る場合には、Ｉｄの下限値を負とし、不足励磁運転
範囲を広くするように動作する。こうした状態で交流系
統からしゃ断されると電機子電流の縦軸分１ｄが正から
Ｏになるにつれて下限値が負から正方向に変化するため
、Ｉｄ指令の下限は正となりＡ　Ｖ　ＲｆＪ＜誤動作す
ることがない。

横軸電流（Ｉｑ）制限装置は、負荷しゃ断が発生して電
機子電流がＯに近づくと■９の上下限値をＯの周囲で狭
めるように動作する。このためにＩｑ制制御炉誤動作す
ることがない。

［実施例コ 以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。なお
、第３図の従来例と同じ番号を付けた機器は同一部分な
ので、重複を避けるため説明は省略する。

１次電流ベクトル演算器２４は、電流編成器２５からの
１次電流信号Ｉ　＋１１．Ｉｖｌｐ　Ｉｗｌと電圧位相
演算器１１からの電圧位相信号ｃＯ８θｖ、ｓｉｎθＶ
から下式を演算して、１次＠流のｄ軸成分Ｉ６□とピー
ク値上１．．を出力する。

＋　Ｉｗｌｓｉｎ　（θＶ＋−π）］ 十■す□ｃｏｓ（Ｏｖ＋−π）コ ３ ■１．＝ｆ丁丁７丁Ｔ７７ ｑ軸指令制限器２６は、１次電流ベクトル演算器２４か
らのピーク値ＩＩｐが設定値■４．。以上のとき、その
制限値の上下限は −Ｉｑｍａｘ　！≦Ｉｑｚ≦Ｉｑｍａｘ　１であり、１
次電流ピーク値ＩＬｑが設定値１１ｐｏより小となると
、交流系統からしゃ断されたと判断し。

その制御値の上下限は −Ｉｑｎ＋ａｘ、≦Ｉｑｌ≦Ｉｑｍａｘｚに切り替える
動作をする。ここでＩｑｍａＸｔとＩｑｍａｘｘは、 Ｉｑｍａｘｚ＜Ｉｑｍａｘｔ に設定する。

この結果、１次電流ピーク値が設定値１１ｐｏより小さ
くなると、■ｑｚはＯ付近の値に抑えられる。

ｄ軸指令制限器２７は、１次電流ベクトル演算器２４か
らの信号Ｉｄ工を入力して、その制限値の上下限値を下
式で可変に設定する構成となっており、従って、 Ｉｄｍｉｎ　−Ｉ　ｄ、≦Ｉｄ、≦Ｉｄ＋＋＋ａｘ　−
Ｉｄ　ｔで上下限を制限する動作を行なう。

ここで、ＩｄｍｉｎとＩｄｍａｘは予め設定された定数
であり、Ｉｄ１は交流励磁同期機５が強め励磁になる程
負方向に大きくなる。

この結果、励磁が強まる程、上下限値は正方向に移動す
る。

従って、この実施例によれば、通常運転時には１次電流
ベクトル演算器２４の出力信号は２次電流制御に影響し
ない。

一般に、このような１次電流ベクトル演算器２４は、交
流系統周波数信号を、−旦、直流に変換しているために
、すべり周波数を扱う励磁電流指令演算器１４よりも雑
音や外乱に弱い欠点があるが。

この実施例では、通常時は２次電流制御に使用されない
ので、脈動の小さな有効電力出力と無効電力出力を得る
効果がある。

第２図は本発明の他の一実施例を示したもので、この実
施例は、電流電圧変換器２８により、電流変成器１８で
検出した永続出力電流信号を電圧に変換し、ダイオード
ブリッジ回路２９で整流して系統出力電流のピーク値Ｉ
ｔρをｑ軸制限器３０に入力するように構成したもので
ある。

ｑ軸電流制限器３０は、第１図の実施例におけるｑ軸指
令制限器２６と同じように、設定値１１ｐ。

より小となると交流系統からしゃ断されたと判断して上
下限値を切り替える動作をする。

この実施例によれば、しゃ新現象後にＯとなる系統電流
値後で検出するために、自己励磁分の電流が残る電機子
電流で検出するよりも確実に交流系統からのしゃ断を検
出でき、従って、さらに確実な動作が期待できる。

［発明の効果］ 本発明によれば、交流励磁回転電機の１次電流を検出し
て２次電流指令値の上下限値を変更するようにしたので
、無効電力出力範囲を充分に広くすることができ、交流
電力系統から遮断されたときでも、自励運転への移行が
安定に、しかも確実に得られるという効果が期待できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による交流励磁回転電機制御装置の一実
施例を示すブロック図、第２図は本発明の他の一実施例
を示すブロック図、第３図は交流明用の等価回路とベク
トル図である。 １・・・・・・交流系統、３・・・・・・主変圧器、５
・・・・・・交流励磁同期機、６・・・・・・周波数変
換装置、９・・・・・・すべり位相検出器、２０・・・
・・・自動有効電力制御装置、２１・・・・・・自動電
圧制御装置、２４・・・・・・１次電流ベクトル演算器
、２６・・・・・・ｑ軸指令制限器、２７．・・・・・
ｄ軸指令制限器。 １４図 （Ｇ） （ｂ） １１５図 ｔＪＳ図 １！７図 ↓ｄｍ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、巻線形誘導機と類似の巻線構造を有する１次巻線と
   ２次巻線とを備え、上記１次巻線を交流電力系統に接続
   すると共に上記２次巻線を周波数変換装置を介して上記
   交流電力系統に接続することにより、可変速同期機とし
   て動作するようにした交流励磁回転電機において、該交
   流励磁回転電機の１次巻線電流を検出する電流検出手段
   と、上記周波数変換装置に与えられるべき２次巻線電流
   指令の制限値を制御する２次電流制限値制御手段とを設
   け、上記電流検出手段による検出結果に応じて上記２次
   巻線電流指令の制限値が所定値に抑えられるように構成
   したことを特徴とする交流励磁回転電機制御装置。 ２、請求項１の発明において、上記２次巻線電流指令値
   が縦軸電流成分と横軸成分とに分けて指令されるように
   構成されていることを特徴とする交流励磁回転電機制御
   装置。