JPH06165456A - 誘導発電機およびその系統連系運転方式 - Google Patents

誘導発電機およびその系統連系運転方式

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JPH06165456A
JPH06165456A JP4338006A JP33800692A JPH06165456A JP H06165456 A JPH06165456 A JP H06165456A JP 4338006 A JP4338006 A JP 4338006A JP 33800692 A JP33800692 A JP 33800692A JP H06165456 A JPH06165456 A JP H06165456A
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JP
Japan
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winding
induction generator
power supply
power
switch
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JP4338006A
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English (en)
Inventor
Toshio Nakada
敏男 中田
Yuichi Kitano
雄一 北野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shin Nippon Kucho KK
Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
Shin Nippon Kucho KK
Tokyo Gas Co Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14Combined heat and power generation [CHP]

Landscapes

  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 誘導発電機を系統連系運転する場合に、リア
クトルを用いずに過大電流を抑制し、逆潮流方式の系統
連系運転を可能にする。 【構成】 誘導発電機の固定子巻線を少なくとも2分割
し、分割した巻線間に開閉器を接続する。系統連系時に
は、まず分割した固定子巻線の一部を系統電源に接続
し、その後固定子巻線の残部を前記固定子巻線の一部と
並列にして系統電源に接続するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は熱併給発電システム(コ
ージェネレーションシステム)に有効な誘導発電機およ
びその系統連系運転方式に関する。
【0002】
【従来の技術】今日、資源の保存と開発が極めて大きな
問題となっているが、既存エネルギーの有効活用もまた
重要である。こうした傾向の中で、一つの燃料源から電
気エネルギーと熱エネルギーという二つのエネルギーを
同時に取り出すことのできるコージェネレーションシス
テムは、既存のエネルギーの有効活用・資源保存に非常
に有効であり、積極的に表現すれば新しいエネルギー源
の創造であると評価され、確実に社会に貢献するエネル
ギー管理技術である。
【0003】コージェネレーションシステムそのものは
新しいものではないが、近年エネルギー保存の強調およ
びNOx やSOx に代表される地球環境汚染の問題が提
起されるに及んでその有効性が認識され、再浮上してき
た。
【0004】そこでコージェネレーションシステムにお
ける電気エネルギーに着目すると、原動機としてガスタ
ービン、ガスエンジン、ディーゼルエンジンなどの回転
系を採用すると、原動機の軸動力を電気エネルギーに変
換するのに同期発電機や誘導発電機が使用されることは
よく知られている。さらにエネルギーの有効利用のため
にはコージェネレーションシステムと商用電源との連系
運転が不可欠であることもよく知られており、この系統
連系運転により少なくとも、電圧、周波数の安定;負荷
側回路構成の単純化;買電契約電力の低減;発電機負荷
率の改善;無停電で電力供給が可能;大型電動機の始動
が可能というようなメリットが得られる。
【0005】反面、系統連系運転においては技術上、法
規上種々の制約が発生するのもまた事実である。その最
大の制約はコージェネレーションシステムの単独運転の
防止である。これは、商用電源側が停止したとき、それ
と連系運転しているコージェネレーションシステムの発
電電力が商用電源側に流出し、同一配電線に接続されて
いる他の需要家に悪影響を及ぼしたり、電力会社側の電
源再投入や配電線の保全に支障を来すからである。これ
を防止するため「系統連系技術ガイドライン」が出さ
れ、保護継電方式を規定している。今までの系統連系方
式は、たとえコージェネレーションシステムで余剰電力
が発生しても、系統側には余剰電力を流入させないこ
と、すなわち逆潮流を認めない方式であった。その限り
においては前記ガイドラインで規定する保護継電方式で
は、商用電源の喪失と同時に受電遮断器をトリップし、
かつ逆送電時は配電線が無電圧であることを確認して電
力会社側の遮断器を投入していた。従ってコージェネレ
ーションシステムで使用される発電機は使用する継電器
の種別や個数に若干の差異があったとしても、同期発電
機と誘導発電機はほぼ同じ扱いであった。
【0006】ところが近年エネルギーの有効活用という
観点からコージェネレーションでの余剰電力を積極的に
電力会社の配電線に逆潮流させようとする傾向があり、
各電力会社も余剰電力を購入する機運になってきた。逆
潮流方式の場合においてもコージェネレーションの単独
運転防止は最大の課題の一つである。そのため逆潮流方
式における単独運転検出システムとして、同期発電機を
採用する場合、無効電力検出方式、力率検出方式、有効
電力検出方式、系統インピーダンス検出方式など多くの
方式が検討されているが、いずれの方式も保護継電方式
が複雑で価格が高くなる上に、検出が確実に行われるか
否かに問題があり、少なくとも現状では同期発電機での
逆潮流は技術的には解決されておらず、燃料電池や太陽
光発電のように直流出力をインバータにより交流電力に
変換するコージェネレーションに限定されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】コージェネレーション
システムにおける発電機として誘導発電機を使用した場
合は周知のごとく他の電源系統との並列運転が不可欠で
あり、これが誘導発電機の欠点であるが、これは逆の観
点から見ると逆潮流運転での利点となる。すなわち逆潮
流運転をしている場合、商用電源が喪失すると構内の他
の同期発電機と並列運転していない限り誘導発電機の発
電作用はなくなる。換言すれば単独運転には絶対になら
ないということが誘導発電機の最大の利点となる。従っ
てコージェネレーションシステムを逆潮流とする場合に
は、現状では誘導発電機以外にはなく、また電力会社も
回転系コージェネレーションシステムでは誘導発電機に
限って逆潮流運転方式を認めている。
【0008】ところが、現在コージェネレーションシス
テムにおいて用いられている発電機のほとんどすべては
同期発電機であり、誘導発電機の使用例は極めて少な
い。それは、誘導発電機には、 ・励磁機を必要としないので、構造および設備が簡単で
保守がし易い。
【0009】・かご型回転子を使用するために頑丈で、
凸極同期機に比べて高い回転数の採用が可能で、小型化
できる。
【0010】・短絡事故の場合、短絡電流の減衰が早い
ので持続電流を流さない。
【0011】・同期化が不要である。
【0012】・並列運転の場合でも調速機が不要であ
る。などの多くの利点があるにもかかわらず、系統連系
などの並列運転時に過大電流が流れ、大容量機の場合は
系統電圧に悪影響を与えるという欠点があるためであ
る。このため誘導発電機を用いる場合にはこの過大電流
を防止するためにリアクトルを設置しなければならない
が、これが価格的にもスペース的にも不利となる。
【0013】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
ので、並列接続時にリアクトルを用いずに過大電流を抑
制することができ、逆潮流方式の系統連系運転を可能に
する誘導発電機を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、誘導発電機の固定子巻線を少な
くとも2分割し、分割した巻線間に開閉器を接続したも
のである。系統連系時には、まず分割した固定子巻線の
一部を系統電源に接続し、その後固定子巻線の残部を前
記固定子巻線の一部と並列にして系統電源に接続するよ
うにしたものである。
【0015】
【作用】分割した固定子巻線の一部の漏洩リアクタンス
は固定子巻線全体の漏洩リアクタンスより大きいので、
系統連系時には固定子巻線の一部を系統電源に接続する
ことによってこの大きな漏洩リアクタンスにより突入電
流を抑制し、その後は固定子巻線の残部をすでに接続さ
れている固定子巻線の一部と並列になるように接続する
と、発電機全体の漏洩リアクタンスは小さくなって定格
電流の定格発電が可能になる。
【0016】
【実施例】以下本発明を図面に基づいて説明する。
【0017】一般に誘導機を始動すると図4に示すよう
にまず過大な突入電流が流れ、これが0.5〜1サイク
ル程度続いた後徐々に減少し(始動電流)、定格電流に
達する。この始動電流をいかに抑制するかが誘導機使用
上のポイントとなる。
【0018】誘導発電機の電流特性は横軸にすべり、縦
軸に電流値をとると、図5のようになり、すべりS=0
すなわち同期速度の時点で電源に接続すると理論的には
電流値は零となるが、実際にはわずかな位相のずれで突
入電流が流れる。この突入電流は0.5〜1サイクル後
に消滅し、図6の誘導発電機の出力特性に示すように、
原動機の回転数を定格回転数すなわち誘導発電機の定格
すべりSに相当する回転数まで上昇すると、発電機は定
格出力を発電し、電流値は定格値になる。
【0019】突入電流から定格電流までの過大電流を抑
制する手法として、 同期速度で正確に電源遮断器を投入する。
【0020】インピーダンスを大きくするために系統
電源との接続時にのみリアクトルを挿入する。
【0021】巻線インピーダンスを系統電源との接続
時にのみ大きくする。が考えられるが、本発明ではの
手法に着目した。
【0022】図1は本発明による誘導発電機の固定子巻
線の電気的接続を示す。
【0023】3相誘導発電機の固定子巻線が第1の巻線
1と第2の巻線2とに分割されており、第1の巻線1の
相巻線U1 、V1 、W1 と第2の巻線2の相巻線U2
2、W2 がそれぞれ開閉器4により接続されるととも
に、第1の巻線1の相巻線U1 、V1 、W1 は開閉器3
を介して系統電源の各相R、S、Tにそれぞれ接続され
るようになっている。開閉器4を閉じることによって、
第1の巻線1と第2の巻線2が系統電源に対して並列に
接続されることになる。この場合、固定子巻線の配置は
図2のようになる。
【0024】ここで第1の巻線1の相巻線U1 、V1
1 の漏洩リアクタンスをX11、第2の巻線2の相巻線
2 、V2 、W2 の漏洩リアクタンスをX12とし、X11
=X12とする。また巻線の抵抗は極めて小さいので無視
するものとする。
【0025】漏洩リアクタンスXは一般に次の数1で表
される。
【0026】
【数1】X=K(c/a)2 ・S K;比例定数 c;固定子スロット内の導体数 S;固定子1相当りのスロット数 a;並列回路数 そこで図1のように相巻線を接続した固定子巻線を有す
る誘導発電機において、開閉器3だけを閉じると、固定
子1相当りのスロット数はS/2、スロット内の導体数
はc、並列回路数aは1であるから、この場合の漏洩リ
アクタンスX1は次の数2により表すことができる。
【0027】
【数2】X1 =K(c/1)2 ・S/2=Kc2 S/2 一方、開閉器3と4を同時に閉じたときの漏洩リアクタ
ンスX2 は次の数3により表すことができる。
【0028】
【数3】X2 =K(c/2)2 ・S=Kc2 S/4 そこでX1 とX2 との比を求めると数4のようになる。
【0029】
【数4】X1 /X2 =Kc2 S/2×4/Kc2 S=2 これは、第1の巻線1だけの漏洩リアクタンスX1 が、
第1の巻線1と第2の巻線2の漏洩リアクタンスの和
(X1 +X2 )の2倍であることを示す。
【0030】このことから、誘導発電機を系統連係運転
する場合には、まず同期速度付近で開閉器3のみを閉じ
れば、第1の巻線1だけが系統電源に接続されて電流が
流れるのでその漏洩リアクタンスX1 により電流値は1
/2となり、その後回転数が上昇して定格回転数近傍で
開閉器4を閉じれば、第1の巻線1と第2の巻線2の両
方が系統電源に接続され、両巻線1および2の漏洩リア
クタンスの和(X1 +X2 )は第1の巻線1の漏洩リア
クタンスX1 より小さくなるので電流値は増加して通常
の誘導発電機として定格出力を発電する。
【0031】図3は本発明による誘導発電機の系統連系
時の電流値を従来の誘導発電機と比較して示しており、
(a)は本発明の場合、(b)は従来の場合である。こ
の図からわかるように、本発明による誘導発電機の突入
電流は大幅に減少する。
【0032】上記実施例では固定子巻線を2分割した
が、3分割、4分割と分割数を多くするほど好ましい結
果は得られるが、分割数をあまり多くすると磁気振動な
どの現象が現れることがあるため無制限に多くすること
は問題である。過大電流の制限値と経済性の面からみて
2ないし4分割程度が好ましい。このように固定子巻線
を2以上の複数個に分割した場合は、系統連系時にその
分割した巻線部分を順次系統電源と接続していくように
する。また上記実施例で用いた開閉器には遮断器も含ま
れることはもちろんである。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、誘導発電機の固定子巻線を複数の巻線に分割し、系
統連系のような並列接続時には一部の巻線を系統電源と
接続し、その後残りの巻線をすでに接続されている一部
の巻線と並列になるように系統電源に接続するようにし
たので、リアクトルを用いることなく系統連系時の過大
電流を抑制することができる。これにより逆潮流方式の
系統連系運転が可能になる上、リアクトルを設備するた
めのコストを低減でき、それを設置するためのスペース
も不要になるため、経済的なメリットは極めて大きい。
本発明はコージェネレーションシステムに適用するのが
好ましいが、一般の誘導発電設備に適用しても有効であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による誘導発電機の固定子巻線の電気的
接続を示す。
【図2】図1に示した固定子巻線の配置を示す。
【図3】本発明による誘導発電機の系統連系時の電流値
を従来の誘導発電機と比較して示しており、(a)は本
発明の場合、(b)は従来の場合である。
【図4】誘導発電機を系統電源に接続したときに発電機
に流れる電流の変化を示す。
【図5】誘導発電機のすべりと電流との関係を示す。
【図6】誘導発電機の回転数と出力との関係を示す。
【符号の説明】
1 第1の巻線 2 第2の巻線 3、4 開閉器 X11、X12、X1 、X2 漏洩リアクタンス U1 、V1 、W1 ;U2 、V2 、W2 相巻線

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】固定子巻線が少なくとも2分割され、その
    分割された巻線間に開閉器が接続されたことを特徴とす
    る誘導発電機。
  2. 【請求項2】少なくとも2分割された固定子巻線の一部
    を系統連系時に系統電源に接続し、その後固定子巻線の
    残部を前記固定子巻線の一部と並列にして系統電源に接
    続することを特徴とする誘導発電機の系統連系運転方
    式。
JP4338006A 1992-11-25 1992-11-25 誘導発電機およびその系統連系運転方式 Pending JPH06165456A (ja)

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JP4338006A JPH06165456A (ja) 1992-11-25 1992-11-25 誘導発電機およびその系統連系運転方式

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JP4338006A JPH06165456A (ja) 1992-11-25 1992-11-25 誘導発電機およびその系統連系運転方式

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JPH06165456A true JPH06165456A (ja) 1994-06-10

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ID=18314066

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JP4338006A Pending JPH06165456A (ja) 1992-11-25 1992-11-25 誘導発電機およびその系統連系運転方式

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02266899A (ja) * 1989-04-06 1990-10-31 Nishishiba Electric Co Ltd 誘導発電機の並列投入方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02266899A (ja) * 1989-04-06 1990-10-31 Nishishiba Electric Co Ltd 誘導発電機の並列投入方法

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Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 19960507