JPH0398497A - 発電機励磁装置、同期機制御装置、その異常検出方法 - 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、発電機励磁装置、同期機制御装置に係り、特
に制御に係る出力電圧等の運転状態量の検出系及びこれ
に係る制御系の異常を検出する技術に関する。

〔従来の技術〕

例えば、発電機の励磁装置においては、発電機出力電圧
を目標値に保持制御するため、発電機出力端に接続した
計器用変或器ＰＴにより出力電圧を検出し、この検出電
圧と目標電圧の偏差に応じて界磁電流を調整するいわゆ
るＡＶＲ　（自動電圧調整）装置が広く用いられている
。また、ＰＳＳ（電力安定化）装置においても、発電機
の運転状態量（出力電圧、電流、界磁電圧、電流等）を
検出し、それぞれ所定の制御に用いるようになっている
。

一方、励磁制御を含めた発電機又は同期機の信頼度を向
上させるため、故障が発生しやすい制御系を二重化又は
多重化し、ＡＶＲ等の制御装置に入力される検出電圧が
低下したとき、常用系から待機系に切換えて運用するこ
とがなされている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、従来技術にあっては、出力電圧や出力電流等の
運転状態量の検出器自体についての異常検出および検出
器を含めた制御装置に至る検出回路の異常検出について
、配慮されていないことから、種々の問題があった。

例えば、ＡＶＲにおいてＰＴが故障し、出力電圧がフィ
ードバックされないと、ＡＶＲの機能により過励磁とな
り、これによって同期機が損傷されるおそれがある。

本発明の目的は、上記従来の問題を解決することある。

すなわち，まず同期機、発電機の運転状態量の検出系の
異常を適確に検出できる異常検出方法を提供することに
ある． また、上記異常検出方法を適用することにより、信頼性
を向上させることができる発電機励磁装置及び同期制御
装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕 本発明は、上記目的を達或するため、発電機の種々の運
転状態量を検出し、この検出状態量に基づいて発電機の
励磁を制御する発電機励磁装置の異常検出方法において
、 前記発電機の電機子出力端から検出される第｛の状態量
と、界磁励磁又は軸入力を含む入力端から検出される第
２の状態量とを入力とし、第１の状態量と第２の状態量
に基づいてそれぞれ発電機の等価な状態量を導出し、こ
の２つの等価状態量が発電機の特性によって定まる一定
の相関関係を満たしているのか否か判断し、満たしてい
ないときに前記状態量検出を含む制御系に異常ありと判
定することを特徴とする。

ここで、前記第１の状態量を発電機の出力電圧と出力電
流から求まる内部誘起電圧とし、前記第２の状態量を界
磁電流とし、前記異常判定は、内部誘起電圧と界磁電流
が一定比率関係にあるか否かを基準とすることができる
。

また、前記第１の状態量を発電機の出力電圧と出力電流
の検出値から求まる発電出力とし、前記第２の状態量を
同期発電機を翳動する軸入力とし、前記異常判定は、こ
れらが略等しいか否かを基準とすることができる。

また、前記制御手段を、待機系を有する多重化とし、 前記異常判定手段は、異常判定時に前記制御手段を待機
系に切換える指令を出力するものとすることができ、こ
れによれば、正常運転を継続して信頼性を向上できる。

ここで、前記待機系は、界磁電流を検出して所定の励磁
制御を行うものとすることができる。

また、前記異常判定手段は、異常判定時に励磁制御電源
を遮断する指令を出力するものとすることができ，これ
によれば、検出系故障に起因する発電機の損傷を適確に
防止できる。

本発明は同期機制御装置に適用することが可能であり、
同期機の二以上の運転状態量を検出する回路を有し、こ
の検出値に基づいて前記同期機の制御を行う同期機制御
装置の異常検出方法において、 前記二以上の検出値が前記同期機の特性によって定まる
相関関係を満たすか否かにより、前記検出回路を含む制
御装置の異常を判定することを特徴とする。

また，同期機の二以上に運転状態量を検出する回路を有
し，この検出値に基づいて前記同期機の制御を行う同期
機制御装置において、 一の前記検出状態量又はこれに基づいて求まる第１の状
態量と、他の前記検出状態量又はこれに基づいて求まる
第２の状態量を求め、 第１と第２の状態量が前記同期機の特性によって定まる
相関関係を満たすか否か判断し、この判断により、前記
検出回路を含む制御装置の異常の有無を判定する異常検
出手段を設けたことを特徴とする． 〔作用〕 このような手段とすることにより、本発明によれば、次
の作用により、上記目的が達或される。

本発明は、制御対象である、発電機又は一般の同期機の
運転状態量の相互間には、一定の相関があることに着目
してなされたものである。しかして、検出される二以上
の状態量をそれらの相関に照らして比較し、一定以上外
れているときに、それら検出系のいずれかに異常がある
と判定することができるのである。

この場合において、異常の発生しにくい検出系の状態量
を「正」と仮定すれば、異常検出系を特定できる。例え
ば、対比する２つの状態量の中にそれぞれ出力電圧と界
磁電流が含まれている場合、出力電流検出回路には一般
に保護ヒューズが設けられるので故障が発生しやすいが
、界磁電流検出回路には保護ヒューズがないので故障の
確率が低いといえる。また、界磁電流検出系には、半導
体整流素子が挿入されるから、出力電流検出系の方が故
障の確率が一層低いといえる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づいて説明する．第ｌ図は、
本発明を適用してなる同期発電機と励磁装置の一実施例
の主要部構成図を示している。

図示のように、発電機１は電機子２と界磁巻線３を有し
てなる。電機子′２の出力端は線４を介して電力系統に
接続されている。界磁巻線３は同軸に設けられた交流励
磁機５により整流器（ＳＲ）６を介して励磁される。交
流励磁機５の界磁巻線７は同じく同軸に設けられた永久
磁石発電機８により、−励磁されている。この励磁電流
はサイリスタコンバータ９のゲートコントロールにより
調整可能となっている。またこの励磁回路には界磁遮断
器１０が挿入されている。

次にＡＶＲ系について説明する。発電機１の出力電圧Ｖ
ａは出力線４に接続されたＰＴ１１で検出される。この
ＰＴＩＩの１次と２次にはそれぞれ保護ヒューズ１２が
挿入されている。この検出電圧Ｖａは比較器１３におい
て基準電圧設定器２６から与えられる基準電圧Ｖ　ＲＦ
Ｅと比較され、その偏差εが増幅器ｌ４に入力される。

増幅器１４は偏差εを零にするに必要な界磁電流ＩＦに
調整すべく、サイリスタコンパータ９のゲートパルスを
生成出力するようになっている。

このゲートパルス出力回路には切換スイッチ１５が挿入
されている。この切換スイッチ１５は通常Ａ側にされて
おり、ＡＶＲ系に異常が発生したときにＢ側に切換え、
界磁一定制御系（待機系）による保護制御がなされるよ
うになっている。

界磁一定制御系は、交流励磁機５から供給する界磁電流
ＩＦを、電流変成器（ＣＴ）１６により検出し、整流器
１７を介して比較器ｌ８に導き，ここにおいて界磁電流
設定器１９から与えられる基準電流Ｉ　ＲＦＥとの偏差
を求め，この偏差を零にするように増幅器２０にて所定
のゲートパルスを生威し，これを切換えスイッチ１５を
介してサイリスクコンバータ９に出力するようになって
いる．ここで、特徴部である異常検出手段について説明
する。異常検出手段２１は、内部誘起電圧演算手段２２
と異常判定手段２３を含んで形或される．内部誘起電圧
演算手段２２は、出力線４に設けられた出力電流検出用
のＣＴ２４から、発電機１の出力電流Ｉａを入力すると
ともに．ＰＴ１１から出力電圧Ｖａを入力し、これらか
らベクトル演算により発電機ｌの内部誘起電圧Ｅの絶対
値ＩＥＩを求める。この絶対値ＩＥＩは比較器２５にお
いて界磁電流ＩＦと比較され，その偏差が異常判定手段
２３に入力される．ここで、＋Ｍ＋とＩｒは共に量子化
（パーユニット）された値となっている。

力電圧検出系の異常と判定する。すなわち、パーユニッ
ト表示による場合，同期発電機の特性から正常であれば
、ＩＦ″：ＩＥ１の関係にあるはずであるから、この関
係が大きく外れているときは、検出系に異常有りと判定
できるのである。上記判断は誤差等を考慮して、３０％
以上外れているときに異常とすることが望ましい。

このように構或される実施例の動作について、異常検出
を中心に次に説明する。

例えば、ＰＴＩＩの保護ヒューズ１２が溶断すると，出
力電圧Ｖａが正常（：ＶＲＦＥ）であったとしても、比
較器１３に入力されるＶｃは著しく低い値Ｖａ’になる
。したがって、偏差εが大となり，増幅器１４の作用に
より、強め励磁の指令が出力され続けることになる．こ
の結果、発電機１が過電圧となり、これによって本体及
び接続されている付属機器が損傷されるおそれがある。

なお、通常，出力電圧Ｖａの過電圧保護は、過電圧リレ
ー２７の作用により保護されるようになっている。

しかし、保護ヒューズ１２が溶断したときは，過電圧リ
レー２７にも出力電圧Ｖｏの検出値が入力されないので
、保護機能が作動しない。

このような状態のとき，本実施例によれば，内部誘起電
圧演算手段２１に入力される検出電圧Ｖａ’が著しく小
さいから、ＩＥＩも極めて小さな値となり、異常判定手
段２３が動作して，切換スイノチ１５が界磁電流一定制
御系（待機系）に切換られる。これによって、発電機１
は設定器１９により定められた基準界磁電流Ｉ　ＲＦＨ
に応じて制御される。したがって，出力電圧検出回路が
故障しても、過電圧、過励磁に至ることなく安定した運
転を継続することができ、発電系の信頼性が向上される
。

なお、界磁電流一定制御系を設けない場合は、異常検出
に応動して界磁遮断機１０を開いて、発電Ｉａ１を安全
に停止させることも可能である。

ここで，内部誘起電圧演算手段２１についてさらに詳し
く説明する。

一般に、同期発電機１が磁気飽和していない理想状態に
おいては、次式（１）の関係が或立する。

Ｅ＝Ｖａ＋ｊＸｏＩａ　　・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・（１）ここで、ｊ・・・・
・・虚数、 Ｘｏ・・・ｄ軸同期リアクタンス なお、ＩＥＩを厳密に求める場合は、空隙磁束φ＾を求
め，次式（２），（３）によりＥを求めればよい。

φ＾＝ｌＶａ＋ｊ　ＸＬ＋ＩＯ＋　　・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・（２）Ｅ　　＝ｌＶｃ＋ｊＸ
ｏ＋Ｉｃｌ＋Ｊ（φ＾）・・・・・・・・・（３）ここ
で，ｆは無負荷飽和曲線から求めた飽和補正関数であり
、ＸＬはもれリアクタンスである。

ただし、実用にあたっては定格負荷運転状態において（
１）式で求めた、ＩＥＩが実際のＩＦと等しくなるよう
にｄ軸同期リアクタンスＸＯを調整しておけば、同期機
の厳密な飽和の補正を行なわなくてもよい。

内部誘起電圧ＩＥＩの検出回路は（１）式の演算を行え
ば良いため、ディジイタル演算を適用すれば非常に簡単
に実現できる。

一方、アナログ演算でも第２図に示す如く容易に実現で
きる。第２図は電流信号Ｉｃをリアクトル３０を介して
ｊＸｏＩａの電圧を発生し、これをバッファアンプ３１
を介して加算器３１に導き，内部誘起電圧Ｅを求め、さ
らに絶対値ＡＢＳ演算機３２にてＩＥ＋を求め、これを
ローバスフィルタ３３を通してＩＬ１のリップルを取る
構成としている。なお、第２図において入力信号Ｖａ，
Ｉａについては、３相交流電流の場合、各相（１，２，
３相）の各々の信号を用いることができるが、一相のみ
を用いた場合は、第２図の如く出力リップル除去のため
にローバスフィルタ３３が必要である．この点、３相が
完全にバランスしていれば，第２図の出力Ｅを各相分加
算することよりリップル分の含まないＩＥＩを検出する
ことができるので、ローパルフィルタ３３を省略できる
。

上述したように、第１図実施例によれば．ＰＴを１系列
しか設けない場合であっても、出力電圧検出回路の断線
等の異常を、系統事故と区別して検出できるので，また
それに応動して保護できるので、構或が簡単で経済的で
あり、かつ信頼性と安全性に優れたものとすることがで
きる。

また，上記実施例によれば、磁界電流検出回路について
の異常検出も可能であるから，励磁装置に必要な全ての
検出系の異常を同時に検出することができるので、信頼
性の高い異常検出装置及びこれを用いた励磁装置を実現
できる。

なお、上記実施例は、発電機１の出力電圧Ｖｃを出力電
流ｒａから求まる内部誘起電圧に対し、界磁電流が一定
の比例関係にあることを利用したのであるが、発電機ｌ
の軸入力が発電機出力（ＶａＸＩｃ）に相関することを
利用しても同一の効果を奏して得る。

また、上記第１図実施例は、同期発電機の励磁装置に適
用したものについて説明したが、本発明はこれに限られ
るものではなく、一般の同期機の制御装置にそのまま適
用できるものである。

すなわち，本発明は、制御対象である一般の同期機の運
転状態量が相互間に一定の相関があれば適用でき、検出
される二以上の状態量をそれらの相関に照らして比較し
、一定以上外れているときに、それらの検出系のいずれ
かに異常がああると判定することができるのである． この場合において、異常の発生しにくい検出系の状態量
を「正」と仮定すれば、異常検出系を特定できる。

また、第１図実施例において、出力電圧，電流の検出回
路と界磁電流の検出回路を除く制御系は，デジタル計算
機を用いて構成することが望ましい。

第３図は、更に他の実施例の主要部構戊を示すものであ
る。本実施例は、前記実施例とは異なり，３相同期機を
制御対象とし，同一傾向の挙動を示す関係に基づいて、
状態量検出系の異常検出をするのに好適なものである。

同図に示すように、ＰＴ又はＣＴにより検出される３相
の電圧ｖ１〜Ｖ１−と電流Ｉ．〜■，、例えば、発電機
の出力電圧と電流が、それぞれ対応して設けられた絶対
値演算器（ＡＢＳ）３５と３６に入３７，３．８に入力
され，ここにおいて各相間の絶対値が一定の比ｙ　（　
Ｈ　１．　０　）になっているか否か判定される。すな
わち、３相分が均等か否か判？される。比率が略１．０
のときはＩｆ　Ｈ　Ｉ＋レベルの信号が出力される。そ
れらの信号はインバータ３９．４０を介して、又は直接
にＡＮＤゲート４１．４２に入力される。このＡＮＤゲ
ート４１の出力はＰＴ異常検出信号４３とされ、ＡＮＤ
ゲート４２の出力はＣＴ異常検出信号４４とされる。

しかして、本実施例によれば、各相の電流の絶対値＋ｉ
■１，１　ｉｚｌ，ｌ　ｉ３１の値がほぼ一致しており
、これらの比率がほぼ１．０であるにもかかわらず、電
圧ノ絶対値ＩＶ１１，ｌＶ２１，ＩＶ３１（７）比率が
１．０でないときにはＰＴ異常とされ、各相電圧の絶対
値がほぼ一定で、各電流の絶対値がほぼ１．０とならな
いときは、計器用変流器ＣＴ異常とみなされ、それぞれ
異常検出信号４３．４４が出力される。

なお、上記において、電圧ｖ１〜Ｖ，は相電圧，線間電
圧のいずれでもよく、また逆相電圧，零相電圧を適用し
ても同一の効果が得られる。

また，同様に、電流Ｉ１〜Ｉ，に代えて、零相電流或分
，逆相電流或分を用いてもよく、さらにそれらの組合せ
によることも可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、発電機や同期機
の運転状態量の検出系の異常を適確に検出でき、しかも
簡単な構戊により実現できる。

また、本発明による異常検出を用いた発電機励磁装置又
は同期機制御装置によれば、信頼性，安全性が向上する
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用してなる一実施例の主要部構成図
、第２図は第■図実施例の内部誘起電圧演算手段をアナ
ログ回路により構成した一実施例の構成図、第３図は本
発明の他の実施例の主要部構或図である。 １４・・・増幅器（ＡＶＲ系）、 ２０・・・増幅器（界磁電流一定制御系）、２ｌ・・・
異常検出手段、 ２２・・・内部誘起電圧演算手段、 ２３・・・異常判定手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発電機の種々の運転状態量を検出し、この検出状態
   量に基づいて発電機の励磁を制御する発電機励磁装置の
   異常検出方法において、 前記発電機の電機子出力端から検出される第１の状態量
   と、界磁励磁又は軸入力を含む入力端から検出される第
   ２の状態量とを入力とし、第１の状態量と第２の状態量
   とに基づいてそれぞれ発電機の等価な状態量を導出し、
   この２つの等価状態量が発電機の特性によって定まる一
   定の相関関係を満たしているか否か判断し、満たしてい
   ないときに前記状態量検出を含む制御系に異常ありと判
   定することを特徴とする発電機励磁装置の異常検出方法
   。 ２、発電機の種々の運転状態を検出し、この検出状態量
   に基づいて発電機の励磁を制御する発電機励磁装置にお
   いて、 前記発電機の電機子出力端から検出される第１の状態量
   と、界磁励磁又は軸入力を含む入力端から検出される第
   ２の状態量とを入力とし、第１の状態量と第２の状態量
   とに基づいてそれぞれ発電機の等価な状態量を導出し、
   この２つの等価状態量が発電機の特性によって定まる一
   定の相関関係を満たしているか否か判断し、満たしてい
   ないときに前記状態量検出を含む制御系に異常ありと判
   定する異常判定手段を設けたことを特徴とする発電機励
   磁装置。 ３、前記第１の状態量が、発電機の出力電圧と出力電流
   の検出値から求まる発電出力であり、前記第２の状態量
   が、同期発電機を駆動する軸入力であることを特徴とす
   る請求項２記載の発電機励磁装置。 ４、発電機の出力電圧を検出し、この出力電圧検出値に
   基づいて発電機を制御する発電機制御装置の異常検出方
   法において、 前記発電機の出力電流と界磁電流を検出し、この出力電
   流検出値と前記出力電圧検出値から発電機の内部誘起電
   圧を求め、 この求めた内部誘起電圧と前記界磁電流とが一定の比率
   関係を満たしているか否か判断し、この判断が否定のと
   き、前記出力電圧又は界磁電流の検出を含む前記制御装
   置に異常があああると判定することを特徴とする発電機
   制御装置の異常検出方法。 ５、発電機の出力電圧検出回路と、この出力電圧検出値
   に基づいて発電機を制御する制御手段とを含んでなる発
   電機制御装置の異常検出装置において、 前記発電機の出力電流検出回路と界磁電流検出回路と、 この出力電流検出値と前記出力電圧検出値から発電機の
   内部誘起電圧を求める内部誘起電圧演算手段と、 この求めた内部誘起電圧と前記界磁電流とが一定の比率
   関係を満たしているか否か判断し、満たしていないとき
   、前記出力電圧又は界磁電流の検出を含む前記制御装置
   に異常があると判定する異常判定手段とを設けたことを
   特徴とする発電機制御装置の異常検出装置。 ６、発電機の出力電圧検出回路と、この出力電圧検出値
   に基づいて発電機の励磁を制御する制御手段とを含んで
   なる発電機励磁装置において、前記発電機の出力電流検
   出回路と界磁電流検出回路と、 この出力電流検出値と前記出力電圧検出値から発電機の
   内部誘起電圧を求める内部誘起電圧演算手段と、 この求めた内部誘起電圧と前記界磁電流とが一定の比率
   関係を満たしているか否か判断し、満たしていないとき
   に前記出力電圧又は界磁電流の検出を含む前記検出手段
   に異常があると判定する異常判定手段とを設けたことを
   特徴とする発電機励磁装置。 ７、前記制御手段が、待機系を有する多重化されたもの
   であり、 前記異常判定手段は、異常判定時に前記制御手段を待機
   系の切換える指令を出力するものとしたことを特徴とす
   る請求項６記載の発電機励磁装置。 ８、前記待機系は、界磁電流を検出して所定の励磁制御
   を行うものであることを特徴とする請求項７記載の発電
   機励磁装置。 ９、前記異常判定手段は、異常判定時に励磁制御電源を
   遮断する指令を出力するものとしたことを特徴とする請
   求項６記載の発電機励磁装置。 １０、前記異常判定手段は、前記内部誘起電圧を各相ご
   とに求め、この求めた内部誘起電圧の絶対値の最小値を
   用いて前記判断を行うことを特徴とする請求項６、７、
   ８、９いずれかに記載の発電機励磁装置。 １１、同期機の二以上の運転状態量を検出する回路を有
   し、この検出値に基づいて前記同期機の制御を行う同期
   機制御装置の異常検出方法において、 前記二以上の検出値が前記同期機の特性によって定まる
   相関関係を満たすか否かにより、前記検出回路を含む制
   御装置の異常を判定することを特徴とする同期機制御装
   置の異常検出方法。 １２、同期機の二以上に運転状態量を検出する回路を有
   し、この検出値に基づいて前記同期機の制御を行う同期
   機制御装置において、 一の前記検出状態量又はこれに基づいて求まる第１の状
   態量と、他の前記検出状態量又はこれに基づいて求まる
   第２の状態量を求め、 第１と第２の状態量が前記同期機の特性によって定まる
   相関関係を満たすか否か判断し、この判断により、前記
   検出回路を含む制御装置の異常の有無を判定する異常検
   出手段を設けたことを特徴とする同期機制御装置。 １３、多相交流発電機の出力電圧と出力電流をそれぞれ
   検出する回路を有し、この検出値に基づいて発電機の励
   磁を制御する発電機励磁装置において、 前記出力電圧と出力電流の検出値を入力してそれぞれ各
   相ごとの絶対値を求め、出力電圧と出力電流の各相間の
   絶対値をそれぞれ比較し、一方が均等であるにもかかわ
   らず他方が一定以上不均等又は全てが一定値以下である
   とき、その不均等又は一定値以下に係る検出回路が異常
   であると判定する異常判定手段を設けたことを特徴とす
   る発電機励磁装置。 １４、多相交流発電機の出力電圧と出力電流をそれぞれ
   検出する回路を有し、この検出値に基づいて発電機の励
   磁を制御する発電機励磁装置において、 前記出力電圧と出力電流の検出値を入力して、それぞれ
   各相ごとの逆相成分の絶対値を求め、出力電圧と出力電
   流の各相間の逆相成分の絶対値をそれぞれ比較し、一方
   が均等であるにもかかわらず他方が一定以上不均等又は
   全てが一定値以下であるとき、その不均等又は一定値以
   下に係る検出回路が異常であると判定する異常判定手段
   を設けたことを特徴とする発電機励磁装置。