JPH06303800A

JPH06303800A - 発電機の制御装置及び発電機の運転制御方法

Info

Publication number: JPH06303800A
Application number: JP5086029A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Konishi; 博雄小西
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-04-13
Filing date: 1993-04-13
Publication date: 1994-10-28

Abstract

(57)【要約】【目的】発電機を駆動する駆動源の回転速度によらず
発電機の出力周波数を一定に維持することができる。【構成】発電機１６として交流励磁巻線を備えたもの
で構成し、発電機１６の交流励磁巻線にインバータ２８
からの信号を供給する。そしてインバータ２８の出力信
号を制御するに際して、発電機１６の機械的回転速度を
回転速度検出器２４で検出し、発電機１６の出力周波数
である系統周波数を周波数検出回路４８で検出する。そ
して各検出周波数の偏差を加算器５０で求め、この偏差
に応じた信号に基づいたパルス信号をパルス作成回路５
８で生成し、交流系統の事故などによってタービン２２
の回転速度が変化したときに、周波数の偏差に応じてイ
ンバータ２８の出力周波数を制御し、発電機１６を可変
速運転する。【効果】駆動源の回転速度によらず発電機の出力周波
数を系統の周波数に同期させることができ、発電機の脱
調を防止することができると共に電力系統の過渡安定度
を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は発電機の制御装置及び発
電機の運転制御方法に係り、特に、電力送電系統へ電力
を供給する発電機の回転速度を制御するに好適な発電機
の制御装置及び発電機の運転制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電力の授与の増加に対して、新た
なシステムを構築することは環境問題や電源の立地条件
などを考慮すると困難であるところから、既存の送電線
を充分に使って電力を送ろうとする構想として、ＦＡＣ
ＴＳ（Ｆlexible ＡＣＴransmission Ｓystem）が検
討されている。

【０００３】発電機の電力を送電線を介して負荷地に供
給する電力送電系統では、送電線の電力送電限界は送電
線の熱容量から決まるのではなく、事故時、例えば、送
電線３線地絡事故などによる送電線除去時にも安定に電
力を送る必要があるところから、過渡安定度から決まる
ようになっている。そしてこの値は熱容量限界よりも遥
かに小さい電力である。

【０００４】具体的には、図４に示されるように、送電
線で送れる電力は、発電機と負荷地とを結ぶ送電線のイ
ンピーダンスから決まり、発電機と負荷値との位相差を
示す電力相差角に従って送電電力が変化するようになっ
ている。そしてこの送電電力は発電機の出力電圧と負荷
地の電圧に比例すると共に相差角に比例し、送電線のイ
ンピーダンスに反比例するようになっている。そして送
電線が健全なときは、送電電力は特性Ｌｘ１に従って変
化する。一方送電線の事故などによって２回線のうち１
回線が除去されたときには特性Ｌｘ２に従って送電電力
が変化する。そして発電機は通常相差角δ０で運転され
る。このような運転が行なわれいるときに、送電線の１
回線で地絡事故が発生すると、発電機の出力が零となる
ため、タービンの余剰エネルギーによって発電機が加速
される。このあと事故が検出されて事故回線が除去され
たときに、発電機の相差角がδｃまで開くと、動作点は
ａ点から曲線Ｌｘ２に沿って動く。このとき、事故期間
中には面積Ａ１に相当するエネルギーが蓄えられ、エネ
ルギーＡ１が減速エネルギーＡ２に等しくなったｂ点で
相差角の開きが止まる。すなわちエネルギーがバランス
した点で相差角の開きが止まる。このときバランス点が
ｃ点を超えると発電機は脱調する。このような脱調を避
けるために、発電機の出力は送電線のインピーダンス、
保護時間、発電機の系統定数などで決定される。逆に、
発電機出力を有効に送るための電力によって送電線のイ
ンピーダンス、保護時間などが決定される。いずれにし
ても、送電線によって電力を送る場合、相差角が９０度
となる送電電力の最大値まで送れるが、送電線の事故及
び安定度を考慮すると、発電機出力は送電電力の最大値
の１／２以下の電力しか送れないことになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来技術では、送電線
で送電可能な許容値まで電力を送電することについて充
分配慮されておらず、ＦＡＣＴＳ構想に充分対処するこ
とができない。すなわち、従来技術では、送電線の事故
時に発電機を可変速運転することについて配慮されてお
らず、発電機を一定の状態で運転するようにしているた
め、送電線として送電可能な許容値まで発電機の出力を
送電することができない。

【０００６】本発明の目的は、発電機を駆動する駆動源
の回転速度によらず発電機の出力周波数を一定に維持す
ることができる発電機の制御装置及び発電機の運転制御
方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、第１の装置として、交流励磁巻線を有す
る発電機を駆動する駆動源の回転速度を検出する駆動源
回転速度検出手段と、発電機の出力信号の周波数を検出
する発電機周波数検出手段と、駆動源回転速度検出手段
の検出値と発電機周波数検出手段の検出値との偏差を零
に抑制するための周波数信号を生成する周波数信号生成
手段と、周波数信号生成手段の生成による周波数信号に
従って前記発電機の交流励磁巻線を励磁する励磁手段と
を備えている発電機の制御装置を構成したものである。

【０００８】第２の装置として、交流励磁巻線を有する
発電機に接続されたタービンの回転速度を検出するター
ビン回転速度検出手段と、発電機に接続された電力系統
の系統周波数を検出する系統周波数検出手段と、タービ
ン回転速度検出手段の検出値と系統周波数検出手段の検
出値との偏差を零に抑制するための周波数信号を生成す
る周波数信号生成手段と、周波数信号生成手段の生成に
よる周波数信号に従って前記発電機の交流励磁巻線を励
磁する励磁手段とを備えている発電機の制御装置を構成
したものである。

【０００９】第３の装置として、交流励磁巻線を有する
発電機の出力電力を検出する電力検出手段と、発電機に
接続されたタービンの出力に対する指令値と電力検出手
段の検出値との偏差から発電機を駆動する駆動源の回転
速度を算出する駆動源回転速度算出手段と、発電機に接
続された電力系統の系統周波数を検出する系統周波数検
出手段と、駆動源回転速度算出手段の算出値と系統周波
数検出手段の検出値との偏差を零に抑制するための周波
数信号を生成する周波数信号生成手段と、周波数信号生
成手段の生成による周波数信号に従って前記発電機の交
流励磁巻線を励磁する励磁手段とを備えている発電機の
制御装置を構成したものである。

【００１０】第４の装置として、交流励磁巻線を有する
発電機を駆動する駆動源の回転速度を検出する駆動源回
転速度検出手段と、発電機の出力信号の周波数を検出す
る発電機周波数検出手段と、駆動源回転速度検出手段の
検出値と発電機周波数検出手段の検出値との偏差を零に
抑制するための周波数信号を生成する周波数信号生成手
段と、周波数信号生成手段の生成による周波数信号を発
電機回転速度の設定値の範囲内に規制する周波数信号規
制手段と、周波数生成手段の生成による周波数信号のう
ち設定値の範囲から外れた周波数信号に応じたガバナ制
御信号を生成するガバナ制御信号生成手段と、ガバナ制
御信号生成手段の生成によるガバナ制御信号に従ってタ
ービンへの蒸気量を制御する蒸気量制御手段と、周波数
信号規制手段で設定値の範囲内に規制された周波数信号
に従って前記発電機の交流励磁巻線を励磁する励磁手段
とを備えている発電機の制御装置を構成したものであ
る。

【００１１】第５の装置として、交流励磁巻線を有する
発電機に接続されたタービンの回転速度を検出するター
ビン回転速度検出手段と、発電機に接続された電力系統
の系統周波数を検出する系統周波数検出手段と、タービ
ン回転速度検出手段の検出値と系統周波数検出手段の検
出値との偏差を零に抑制するための周波数信号を生成す
る周波数信号生成手段と、周波数信号生成手段の生成に
よる周波数信号を発電機回転速度の設定値の範囲内に規
制する周波数信号規制手段と、周波数生成手段の生成に
よる周波数信号のうち設定値の範囲から外れた周波数信
号に応じたガバナ制御信号を生成するガバナ制御信号生
成手段と、ガバナ制御信号生成手段の生成によるガバナ
制御信号に従ってタービンへの蒸気量を制御する蒸気量
制御手段と、周波数信号規制手段で設定値の範囲内に規
制された周波数信号に従って前記発電機の交流励磁巻線
を励磁する励磁手段とを備えている発電機の制御装置を
構成したものである。

【００１２】第６の装置として、交流励磁巻線を有する
発電機の出力電力を検出する電力検出手段と、発電機に
接続されたタービンの出力に対する指令値と電力検出手
段の検出値との偏差から発電機を駆動する駆動源の回転
速度を算出する駆動源回転速度算出手段と、発電機に接
続された電力系統の系統周波数を検出する系統周波数検
出手段と、駆動源回転速度算出手段の算出値と系統周波
数検出手段の検出値との偏差を零に抑制するための周波
数信号を生成する周波数信号生成手段と、周波数信号生
成手段の生成による周波数信号を発電機回転速度の設定
値の範囲内に規制する周波数信号規制手段と、周波数生
成手段の生成による周波数信号のうち設定値の範囲から
外れた周波数信号に応じたガバナ制御信号を生成するガ
バナ制御信号生成手段と、ガバナ制御信号生成手段の生
成によるガバナ制御信号に従ってタービンへの蒸気量を
制御する蒸気量制御手段と、周波数信号規制手段で設定
値の範囲内に規制された周波数信号に従って前記発電機
の交流励磁巻線を励磁する励磁手段とを備えている発電
機の制御装置を構成したものである。

【００１３】第７の装置として、交流励磁巻線を有する
発電機の出力電圧を検出する電圧検出手段と、発電機の
出力電力を検出する電力検出手段と、電圧検出手段の検
出電圧と電圧指令値との偏差を算出する電圧偏差算出手
段と、電圧偏差算出手段の算出値を零に抑制するための
振幅指令を生成する振幅指令生成手段と、電力検出手段
の検出電力と電力設定値との偏差を算出する電力偏差算
出手段と、電力偏差算出手段の算出値を零に抑制するた
めの位相指令を生成する位相指令生成手段と、発電機の
出力信号の周波数を検出する発電機周波数検出手段と、
発電機を駆動する駆動源の回転速度を検出する駆動源回
転速度検出手段と、駆動源回転速度検出手段の検出値と
発電機周波数検出手段の検出値との偏差を算出する周波
数偏差算出手段と、周波数偏差算出手段の算出値を零に
抑制するための位相信号を生成する位相信号生成手段
と、位相信号生成手段の生成による位相信号と位相指令
生成手段の生成による位相指令とを加算する加算手段
と、加算手段の加算による位相指令と振幅指令生成手段
の生成による振幅指令とからパルス信号を生成するパル
ス信号生成手段と、パルス信号生成手段の生成によるパ
ルス信号に従って直流信号を交流信号に変換し変換した
交流信号で前記発電機の交流励磁巻線を励磁する電力変
換手段とを備えている発電機の制御装置を構成したもの
である。

【００１４】第８の装置として、交流励磁巻線を有する
発電機の出力電圧を検出する電圧検出手段と、発電機の
出力電力を検出する電力検出手段と、電圧検出手段の検
出電圧と電圧指令値との偏差を算出する電圧偏差算出手
段と、電圧偏差算出手段の算出値を零に抑制するための
振幅指令を生成する振幅指令生成手段と、電力検出手段
の検出電力と電力設定値との偏差を算出する電力偏差算
出手段と、電力偏差算出手段の算出値を零に抑制するた
めの位相指令を生成する位相指令生成手段と、発電機の
発電電力の周波数を検出する発電機周波数検出手段と、
発電機を回転駆動するタービンの出力に対する指令値と
前記電力検出手段の検出電力との偏差を算出する補助電
力偏差算出手段と、補助電力偏差算出手段の偏差を零に
抑制するための回転速度を算出する回転速度算出手段
と、回転速度算出手段の算出値と発電機周波数検出手段
の検出値との偏差を算出する周波数偏差算出手段と、周
波数偏差算出手段の算出値を零に抑制するための位相信
号を生成する位相信号生成手段と、位相信号生成手段の
生成による位相信号と位相指令生成手段の生成による位
相指令とを加算する加算手段と、加算手段の加算による
位相指令と振幅指令生成手段の生成による振幅指令とか
らパルス信号を生成するパルス信号生成手段と、パルス
信号生成手段の生成によるパルス信号に従って直流信号
を交流信号に変換し変換した交流信号で前記発電機の交
流励磁巻線を励磁する電力変換手段とを備えている発電
機の制御装置を構成したものである。

【００１５】第７または第８の装置を含む第９の装置と
して、パルス信号生成手段に入力される振幅指令を設定
値の範囲内に規制する振幅指令規制手段と、パルス信号
生成手段に入力される位相指令を設定値の範囲内に規制
する位相指令規制手段とを備えている発電機の制御装置
を構成したものである。

【００１６】第７，第８または第９の装置のうちいずれ
か一つの装置を含む第１０の装置として、パルス信号生
成手段に入力される位相指令のうち設定値の範囲かた外
れた位相指令に応じたガバナ制御信号を生成するガバナ
制御信号生成手段と、ガバナ制御信号生成手段の生成に
よるガバナ制御信号に従ってタービンへの蒸気量を制御
する蒸気量制御手段とを備えている発電機の制御装置を
構成したものである。

【００１７】第１の方法として、交流励磁巻線を有する
発電機を駆動源の駆動力に応じて回転駆動すると共に、
発電機の機械的回転速度を検出し、さらに発電機の発電
電力の周波数を検出し、各検出値の偏差を零に抑制する
ための周波数信号を生成し、この周波数信号に従って発
電機の交流励磁巻線を励磁する発電機の運転制御方法を
採用したものである。。

【００１８】第２の方法として、交流励磁巻線を有する
発電機をタービンで回転駆動すると共に、発電機の交流
励磁巻線をインバータの出力信号で励磁するに際して、
発電機の機械的回転速度を検出すると共に発電機の発電
電力の周波数を検出し、各検出値の偏差を零に抑制する
ためのパルス信号を生成し、このパルス信号に従ってイ
ンバータの出力信号の周波数を制御することを特徴とす
る発電機の運転制御方法を採用したものである。

【００１９】第３の方法として、交流励磁巻線を有する
発電機をタービンで回転駆動すると共に、発電機の交流
励磁巻線をインバータの出力信号で励磁するに際して、
発電機の機械的回転速度を検出すると共に発電機の発電
電力の周波数を検出し、各検出値の偏差を零に抑制する
ためのパルス信号を生成し、このパルス信号に従ってイ
ンバータの出力信号の周波数と振幅を制御することを特
徴とする発電機の運転制御方法を採用したものである。

【００２０】第４の方法として、複数の発電機のうち指
定の発電機を交流励磁巻線を有するもので構成し、各発
電機を駆動源の駆動力に応じて回転駆動すると共に、指
定の発電機の交流励磁巻線をインバータの出力信号で励
磁するに際して、指定の発電機の機械的回転速度を検出
すると共に指定の発電機の発電電力の周波数を検出し、
各検出値の偏差を零に抑制するためのパルス信号を生成
し、このパルス信号に従ってインバータの出力信号の周
波数を制御することを特徴とする発電機の運転制御方法
を採用したものである。

【００２１】

【作用】前記した手段によれば、発電機を可変速運転す
るために、発電機として交流励磁巻線を有するものを用
いている。このような発電機を含めた機械形の設計は交
流系統の周波数に同期した周波数の回転数において最高
効率となるように設計されている。このため、通常は交
流系統の周波数に同期するように発電機の出力を制御
し、事故時のみ発電機を交流励磁して、発電機を可変速
運転することにより、事故時の発電機の脱調を防止する
こととしている。すなわち、駆動源によって発電機を駆
動した際に、駆動源の回転速度を検出すると共に、発電
機の出力信号の周波数を検出し、両者の検出値の偏差を
零に抑制するための周波数信号を生成する。そしてこの
周波数信号に従って発電機の交流励磁巻線を励磁するこ
ととしている。

【００２２】具体的には、図５に示されるように、回転
子と固定子の磁界を変化させて発電機を可変速運転する
こととしている。発電機を可変速運転する際には、固定
子の回転磁界の電気速度Ｎｓは、発電機の出力信号の周
波数（交流系統の周波数）に常に一致（同期）していな
ければならない。そこで、事故などによって発電機の加
速エネルギーが大きくなったときには、回転子の機械的
回転速度Ｎｍを加速（Ｎｍ＞Ｎｓ）し、事故によって発
電機の減速エネルギーが大きくなったときには回転速度
Ｎｍを減速（Ｎｍ＜Ｎｓ）する。すなわち、Ｎｍ−Ｎｅ
＝Ｎｓ（Ｎｅは回転子の回転磁界の速度）となるように
回転子を交流励磁すると、回転子の回転磁界の電気速度
と固定子の回転磁界の電気速度は一致（同期）する。そ
こで、Ｎｍを駆動源の機械的な回転速度として検出し、
Ｎｓを発電機の出力信号の周波数として検出し、両者の
検出値の偏差（Ｎｍ−Ｎｓ）を求め、この偏差を零に抑
制するための周波数信号によって回転子を交流励磁する
と、駆動源の回転速度によらず常に交流系統の周波数に
同期した運転を行なうことができる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１において、無限大交流系統１０は２回線の
交流送電線（１回線は不図示）１２、変圧器１４を介し
て発電機１６に接続されている。交流送電線１２の線路
中には回線事故を除去するための遮断器１８，２０が設
けられている。発電機１６はその回転軸が駆動源のター
ビン２２に連結されており、タービン２２の回転軸には
回転速度検出器２４が設けられている。この回転速度検
出器２４は発電機１６の機械的回転速度としてタービン
２２の回転速度を検出する駆動源回転速度検出手段及び
タービン回転速度検出手段を構成している。

【００２４】発電機１６は、図２に示されるように、交
流励磁巻線ＲＴ、電機子巻線ＳＴ、スリップリングＳＬ
を備えており、交流励磁巻線ＲＴにはスリップリングＳ
Ｌを介してインバータ２８からの信号が供給されてい
る。インバータ２８は自己消弧可能なスイッチング素子
としてのＧＴＯ及びダイオードＤｉを備えて構成されて
おり、直流電源３０からの直流電力を交流電力に変換
し、変換した交流電力をスリップリングＳＬを介して交
流励磁巻線ＲＴへ供給するようになっている。また発電
機１６はタービン２０の駆動によってロータがタービン
２２の回転速度に応じて回転する際に、ステータには３
相交流電流による回転磁界が形成されるようになってい
る。そしてモータの回転に伴なう回転エネルギーが電機
子巻線ＳＴで電気エネルギーに変換され変圧器１４へ伝
達される。ロータがタービンの駆動によってステータの
回転磁界に合わせて回転すると、発電機１６の回転速度
が交流系統１０の周波数と同期することになる。一方、
交流送電線１２の事故などによってタービン２２の回転
速度が変化したときには、回転子の界磁巻線２６とイン
バータ２８及び直流電源３０を含む励磁手段によって発
電機１６の交流励磁巻線ＲＴへ供給する励磁信号の周波
数を制御して発電機１６を可変速運転することとしてい
る。そして発電機１６を可変速運転するための周波数信
号を生成する周波数信号生成手段と発電機周波数検出手
段が以下のように構成されている。

【００２５】周波数信号生成手段は定電圧制御系、定電
力制御系、周波数制御系及びパルス信号生成系から構成
されている。定電圧制御系は電圧検出回路３２、電圧指
令値３４、加算器３６、演算増幅回路３８から構成さ
れ、定電力制御系は電力検出回路４０、出力設定器４
２、加算器４４、演算増幅回路４６から構成され、周波
数制御系は加算器５０、演算増幅回路５２、スイッチ回
路５４、加算器５６から構成され、パルス信号生成系は
パルス作成回路５８から構成されている。

【００２６】電圧検出回路３２は発電機１６の出力電圧
を検出し、検出電力を加算器３６へ出力する電圧検出手
段として構成されている。加算器３６は電圧検出回路３
２の検出電圧と電圧指令値３４との偏差を算出する電圧
偏差算出手段として構成されており、加算器３６の出力
信号が演算増幅回路３８に入力されている。演算増幅回
路３８は加算器３６からの信号を比例積分演算し、電圧
の偏差を零に抑制するための振幅指令を生成する振幅指
令生成手段として構成されている。

【００２７】電力検出回路４０は発電機１６の出力電力
を検出し、検出電力を加算器４４へ出力する電力検出手
段として構成されている。加算器４４は出力設定器４２
からインバータ２８の出力電力に対する電力設定値と電
力検出回路４０の検出電力を取り込み、両者の偏差を算
出する電力偏差算出手段として構成されており、加算器
４４の出力信号が演算増幅回路４６に入力されている。
演算増幅回路４６は加算器４４の出力信号を比例積分演
算し、電力の偏差を零に抑制するための位相指令を生成
する位相指令生成手段を構成するようになっている。そ
して演算増幅回路４６の出力信号が加算器５６に入力さ
れている。

【００２８】一方、加算器５０には回転速度検出器２４
の検出信号が入力されていると共に、周波数検出回路４
８からの検出信号が入力されている。周波数検出回路４
８は交流送電線１２の信号を取り込み、発電機１６の出
力信号の周波数である系統周波数を検出し、検出信号を
出力する発電機周波数検出手段として構成されている。
そして加算器５０は回転速度検出器２４の検出信号と周
波数検出回路４８の検出信号との偏差を算出する周波数
偏差算出手段として構成されており、加算器５０の出力
信号が演算増幅回路５２に入力されている。演算増幅回
路５２は加算器５０からの周波数偏差の信号を零に抑制
するための位相信号を生成する位相信号生成手段として
構成されている。演算増幅回路５２の出力信号はスイッ
チ回路５４を介して加算器５６に入力されている。この
スイッチ５４は、常時はオフの状態にあり、系統の事故
時などに、保護装置から系統事故検出信号あるいは送電
線の事故検出信号が外部指令Ｃとして入力されたときに
オンとなり、演算増幅回路５２の出力信号を加算器５６
へ出力するように構成されている。そして加算器５６は
演算増幅回路４６からの位相指令信号と演算増幅回路５
２からの位相指令を加算する加算手段として構成されて
おり、加算器５６の出力信号がパルス作成回路５８に入
力されている。

【００２９】パルス作成回路５８は演算増幅回路３８か
らの振幅指令と加算器５６からの位相指令を基にＰＷＭ
信号を生成するパルス信号生成手段として構成されてい
る。具体的には、パルス作成回路５８は変調波信号ＭＯ
を発生する変調波信号発生器と、搬送波信号ＣＡを発生
する搬送波信号発生器を備えており、変調波信号ＭＯと
搬送波信号ＣＡの振幅の大小を比較し、比較結果に応じ
たＰＷＭ信号を発生するようになっている。すなわち変
調波信号ＭＯの振幅＞搬送波信号ＣＡの振幅のときに
「１」の信号を出力し、それ以外のときには「０」の信
号を生成するようになっている。そしてＰＷＭ信号が
「１」のときインバータ２８のＧＴＯがオンに、「０」
のときオフとなるようになっている。そして振幅指令に
よって変調波信号ＭＯの振幅が変化し、位相指令によっ
て変調波信号ＭＯまたは搬送波信号ＣＡの周波数が変化
するようになっている。振幅及び周波数を変化させると
インバータ２８の出力電圧の振幅と周波数が制御される
ことになる。

【００３０】例えば、振幅指令によって変調波信号ＭＯ
の振幅が大きくなると、図３の（ｂ）に示されるＰＷＭ
信号の「１」となるパルス幅が広くなり、インバータ２
８の出力電圧が高くなる。一方、振幅指令が一定の状態
で、すなわち一周期のパルスがオンとなる期間の割り合
い（デユーティ比）が変わらない状態で位相指令が大き
くなると、変調波信号ＭＯと搬送波信号ＣＡの周波数が
位相指令に応じて高くなり、ＰＷＭ信号のパルス幅が狭
くなる。これによりインバータ２８の出力電圧の周波数
が高くなる。

【００３１】次に、上記実施例の作用を説明する。交流
送電線１２が健全なときにはタービン２２が一定の回転
速度で回転され、発電機１６の出力電圧及び周波数は一
定の状態に制御される。この場合スイッチ回路５４はオ
フの状態にあり、定電圧制御系と定電力制御系に従った
ＰＷＭ信号が生成され、インバータ２８からは設定電圧
の信号が出力され、設定電圧に応じた励磁電流が交流励
磁巻線ＲＴに流れる。この場合交流励磁巻線ＲＴには直
流電流が流れることになる。

【００３２】一方、交流送電線１２で地絡事故などが生
じ、発電機１６の出力電圧が零になると、タービン２２
は余剰エネルギーによって加速される。タービン２２の
加速によって発電機１６のロータの回転速度も加速され
るが、このとき外部指令Ｃによってスイッチ回路５４が
閉じるので、回転速度検出器２４の検出による発電機１
６の機械的な回転速度と周波数検出回路４８の検出によ
る交流系統の周波数の偏差に応じた位相指令が加算器５
６に加算される。このとき周波数の偏差が大きいときに
は、インバータ２８の出力信号の周波数がその分高くな
って発電機１６の相差角を開いて発電機１６の出力電力
を増すように動作する。

【００３３】しかし、発電機１６のロータが加速されて
も、図５に示されるように、インバータ２８から交流励
磁巻線ＲＴには周波数偏差を抑制するための交流信号が
流れ、回転子の回転磁界がステータ側の回転磁界の変化
を打ち消すように形成される。このため、タービン２２
の回転速度が変化しても、発電機１６の出力信号の周波
数は常に交流系統１０の周波数と同期するように発電機
１６の速度が可変速運転されることになり、発電機１６
が脱調することはない。また発電機１６が減速する場合
は、以上の逆の動作になり、この場合にもタービン２２
の回転速度の低下によらず発電機１６の出力信号の周波
数を交流系統１０の系統周波数に同期させることができ
る。

【００３４】前記実施例においては、スイッチ回路５４
を常時オフとし、事故時のみオンとするものについて述
べたが、スイッチ回路５４としては、外部指令Ｃによっ
てオンとし、外部指令Ｃが入力された時点からタイマー
を起動し、タイマーで設定された時間が経過したときに
オフとするように構成することもできる。またオフとす
るタイミングとしては、タービン２２の回転数が健全時
の回転数に戻ったときにオフとするようにすることもで
きる。

【００３５】また前記実施例においては、スイッチ回路
５４がオンとなるのは事故時であり、また周波数偏差に
応じた位相信号を加算器５６に加算するのも主に事故時
であるところから、スイッチ回路５４を省略し、演算増
幅回路５２の出力を直接加算器５６に接続するように構
成することもできる。

【００３６】次に、本発明の第２実施例を図６に従って
説明する。本実施例は、回転速度検出器２４を用いず
に、電力検出値に基づいて発電機１６の機械的回転速度
を検出するようにしたものであり、他の構成は図１のも
のと同様であるので、図１と同一のものには同一符号を
付してそれらの説明は省略する。

【００３７】すなわち、加算器５０の入力側には加算器
６２と演算増幅回路６４が設けられており、加算器６２
には電力検出回路４０からの検出電力とタービン速度制
御回路６０に入力される機械的入力指令値Ｐｍに関する
信号が入力されている。この加算器６２はタービン２２
の出力に対する指令値である機械的入力指令値Ｐｎと電
力検出回路４０の検出電力Ｐｅとの偏差を算出する補助
電力偏差算出手段として構成されており、加算器６２の
出力信号が演算増幅回路６４に入力されている。演算増
幅回路６４は加算器６２からの信号に対して比例積分演
算を行なって、電力の偏差を零に抑制するための回転速
度を算出する回転速度算出手段として構成されており、
演算増幅回路６４の出力信号が加算器５０に入力されて
いる。

【００３８】ここで、発電機１６の回転速度をωとし、
発電機１６を含む機械系の慣性定数をＭとし、発電機１
６の出力電力をＰｅとし、機械的入力指令値をＰｍとす
ると、発電機１６の回転速度ωは次式に示されるよう
に、（Ｐｍ−Ｐｅ）を時間積分することによって求めら
れる。

【００３９】

【数１】

【００４０】本実施例によれば、タービン２２の回転速
度によらず発電機１６の出力信号の周波数を交流系統１
０の系統周波数に常に同期させることができると共に、
タービン１６の機械的回転速度を直接検出しなくても、
電力検出値を基に発電機１６の機械的回転速度を求める
ことができる。

【００４１】次に、本発明の第３実施例を図７に従って
説明する。本実施例は、パルス作成回路５８の入力側に
振幅指令規制手段としてリミッタ回路６６を設けると共
に位相指令規制手段としてリミッタ回路６８を設けたも
のであり、他の構成は図１と同様であるので、要部のみ
が示されている。

【００４２】リミッタ回路６６は演算増幅回路３８から
出力される振幅指令を設定値の範囲内に規制するように
構成されており、リミッタ回路６８は加算器５６からの
位相指令を設定値の範囲内に規制するように構成されて
いる。このようなリミッタ回路６６，６８から出力され
る振幅指令と位相指令に従って、パルス作成回路５８で
ＰＷＭ信号を生成すると、インバータ２８の出力信号の
振幅及び周波数も上限値及び下限値が制限される。この
ためインバータ２８の容量が増大するのを抑制すること
ができる。

【００４３】前記実施例においては、演算増幅回路３８
と加算器５６の出力側にリミッタ回路６６，６８を設け
るものについて述べたが、演算増幅回路３８，４６，５
２にリミッタ回路を設けることもできる。この場合各演
算増幅回路がリミッタ回路によって飽和した場合でも、
飽和からの戻りが早くなり、図７のものよりも制御応答
を早めることができる。またリミッタ回路を設ける場
合、図６のものにも適用することができる。

【００４４】次に、本発明の第４実施例を図８に従って
説明する。本実施例は、加算器５６の出力側に比較回路
７０を設け、比較回路７０の出力信号によって蒸気量制
御系７２を制御するようにしたものであり、他の構成は
図７と同様であるので、要部のみの構成が示されてい
る。

【００４５】比較回路７０は加算器５６出力の位相指令
がリミッタ回路６８の設定値の範囲から外れたときに、
設定値の範囲から外れた位相指令に応じたガバナ制御信
号を生成するガバナ制御信号生成手段として構成されて
いる。そして比較回路７０からガバナ制御信号が蒸気量
制御系７２へ出力されると、ガバナ制御信号に応じてタ
ービンの蒸気量が制御される。例えば、位相指令がリミ
ッタ回路６８の上限値を超えたときには、タービン２２
の回転速度を下げる方向に蒸気量が制御され、逆に、位
相指令がリミッタ回路６８の下限値より下がったときに
は、タービン２２の回転速度を高めるように蒸気量が制
御される。

【００４６】本実施例においては、発電機１６の交流励
磁巻線ＲＴを励磁するだけでは発電機１６の回転速度を
制御することができないときでも、タービン２２への蒸
気量を制御することによって発電機１６の回転速度を安
定な状態に維持することができる。

【００４７】次に、本発明の第５実施例を図９に従って
説明する。本実施例は、振幅指令と位相指令を演算回路
７４で合成し、合成した信号に従ってＰＷＭ信号を生成
するようにしたものであり、他の構成は図１と同様であ
るので、要部のみの構成が示されている。

【００４８】演算回路７４は演算増幅回路３８からの振
幅指令と加算器５６からの位相指令を合成し、合成した
信号をパルス作成回路５８へ出力するようになってい
る。そして振幅指令と位相指令を合成するに際しては、
次式に従って合成することとしている。

【００４９】

【数２】

【００５０】ここで、Ａは演算増幅回路３８の出力信号
を示し、Ｂは加算器５６の出力信号を示し、Ｘはパルス
作成回路５８に対する振幅指令を示し、Ｙは位相指令を
示す。

【００５１】演算回路７４によって合成される演算式が
上記式のように表わされるのは、電力制御系の信号は交
流系統の電圧と同じ方向成分であり、電圧制御系の信号
は交流系統１０の電圧と９０度位相が異なっているため
である。

【００５２】本実施例によれば、電力制御系と電圧制御
系が干渉することがないので、応答の早い制御系を構成
することができる。

【００５３】本発明の第６実施例を図１０に従って説明
する。本実施例は、複数の発電機１６Ａ，１６Ｂ，１６
Ｃによって交流系統１０へ電力を供給する場合、容量の
最も小さい発電機１６Ａに図１の制御系を適用したもの
である。

【００５４】本実施例においては、容量の大きい発電機
１６Ｂ，１６Ｃの回転によって系統の周波数を決定し、
系統の事故時に発電機１６Ａを可変速運転することによ
って、事故に伴なうエネルギーの吸収または放出を行な
い、電力系統の過渡安定度を高めることができる。すな
わち容量の小さい発電機１６Ａの可変速運転によって系
統周波数を微調整することによって電力系統の過渡安定
度を高めることができる。

【００５５】なお、一般に、発電機にはタービン、励磁
機などが設けられ、慣性定数は大きくなるので、発電機
にフライホイールを付けることなく回転数を換えること
によってエネルギーの吸収及び放出を行なうことができ
る。

【００５６】また前記各実施例においては、交流相電線
１２で地絡事故などが生じても、発電機１６が可変速運
転されて脱調が生じることがないため、発電機１６の送
電電力を制限する必要がなくなり、発電機１６から交流
送電線１２の許容電力まで電力を送電することができ
る。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
発電機を駆動する駆動源の回転速度によらず発電機の出
力信号の周波数を一定に維持することができるため、発
電機の脱調を防止できると共に、発電機の出力系統の過
渡安定度を高めることができる。更に、発電機の出力系
統の許容電力まで発電機から電力を送電することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す全体構成図である。

【図２】発電機の励磁系の構成図である。

【図３】パルス作成回路の動作を説明するための波形図
である。

【図４】相差角と送電電力との関係を示す特性図であ
る。

【図５】回転子と固定子に作用する磁界の状態を説明す
るための図である。

【図６】本発明の第２実施例を示す要部構成図である。

【図７】本発明の第３実施例を示す要部構成図である。

【図８】本発明の第４実施例を示す要部構成図である。

【図９】本発明の第５実施例を示す要部構成図である。

【図１０】本発明の第６実施例を示す全体構成図である

【符号の説明】

１０無限大交流系統１２交流送電線１４変圧器１６発電機２２タービン２４回転速度検出器２８インバータ３０直流電源３２電圧検出回路３６加算器３８演算増幅回路４０電力検出回路４４加算器４６演算増幅回路４８周波数検出回路５０加算器５２演算増幅回路５６加算器５８パルス作成回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流励磁巻線を有する発電機を駆動する
駆動源の回転速度を検出する駆動源回転速度検出手段
と、発電機の出力信号の周波数を検出する発電機周波数
検出手段と、駆動源回転速度検出手段の検出値と発電機
周波数検出手段の検出値との偏差を零に抑制するための
周波数信号を生成する周波数信号生成手段と、周波数信
号生成手段の生成による周波数信号に従って前記発電機
の交流励磁巻線を励磁する励磁手段とを備えている発電
機の制御装置。
【請求項２】交流励磁巻線を有する発電機に接続され
たタービンの回転速度を検出するタービン回転速度検出
手段と、発電機に接続された電力系統の系統周波数を検
出する系統周波数検出手段と、タービン回転速度検出手
段の検出値と系統周波数検出手段の検出値との偏差を零
に抑制するための周波数信号を生成する周波数信号生成
手段と、周波数信号生成手段の生成による周波数信号に
従って前記発電機の交流励磁巻線を励磁する励磁手段と
を備えている発電機の制御装置。
【請求項３】交流励磁巻線を有する発電機の出力電力
を検出する電力検出手段と、発電機に接続されたタービ
ンの出力に対する指令値と電力検出手段の検出値との偏
差から発電機を駆動する駆動源の回転速度を算出する駆
動源回転速度算出手段と、発電機に接続された電力系統
の系統周波数を検出する系統周波数検出手段と、駆動源
回転速度算出手段の算出値と系統周波数検出手段の検出
値との偏差を零に抑制するための周波数信号を生成する
周波数信号生成手段と、周波数信号生成手段の生成によ
る周波数信号に従って前記発電機の交流励磁巻線を励磁
する励磁手段とを備えている発電機の制御装置。
【請求項４】交流励磁巻線を有する発電機を駆動する
駆動源の回転速度を検出する駆動源回転速度検出手段
と、発電機の出力信号の周波数を検出する発電機周波数
検出手段と、駆動源回転速度検出手段の検出値と発電機
周波数検出手段の検出値との偏差を零に抑制するための
周波数信号を生成する周波数信号生成手段と、周波数信
号生成手段の生成による周波数信号を発電機回転速度の
設定値の範囲内に規制する周波数信号規制手段と、周波
数生成手段の生成による周波数信号のうち設定値の範囲
から外れた周波数信号に応じたガバナ制御信号を生成す
るガバナ制御信号生成手段と、ガバナ制御信号生成手段
の生成によるガバナ制御信号に従ってタービンへの蒸気
量を制御する蒸気量制御手段と、周波数信号規制手段で
設定値の範囲内に規制された周波数信号に従って前記発
電機の交流励磁巻線を励磁する励磁手段とを備えている
発電機の制御装置。
【請求項５】交流励磁巻線を有する発電機に接続され
たタービンの回転速度を検出するタービン回転速度検出
手段と、発電機に接続された電力系統の系統周波数を検
出する系統周波数検出手段と、タービン回転速度検出手
段の検出値と系統周波数検出手段の検出値との偏差を零
に抑制するための周波数信号を生成する周波数信号生成
手段と、周波数信号生成手段の生成による周波数信号を
発電機回転速度の設定値の範囲内に規制する周波数信号
規制手段と、周波数生成手段の生成による周波数信号の
うち設定値の範囲から外れた周波数信号に応じたガバナ
制御信号を生成するガバナ制御信号生成手段と、ガバナ
制御信号生成手段の生成によるガバナ制御信号に従って
タービンへの蒸気量を制御する蒸気量制御手段と、周波
数信号規制手段で設定値の範囲内に規制された周波数信
号に従って前記発電機の交流励磁巻線を励磁する励磁手
段とを備えている発電機の制御装置。
【請求項６】交流励磁巻線を有する発電機の出力電力
を検出する電力検出手段と、発電機に接続されたタービ
ンの出力に対する指令値と電力検出手段の検出値との偏
差から発電機を駆動する駆動源の回転速度を算出する駆
動源回転速度算出手段と、発電機に接続された電力系統
の系統周波数を検出する系統周波数検出手段と、駆動源
回転速度算出手段の算出値と系統周波数検出手段の検出
値との偏差を零に抑制するための周波数信号を生成する
周波数信号生成手段と、周波数信号生成手段の生成によ
る周波数信号を発電機回転速度の設定値の範囲内に規制
する周波数信号規制手段と、周波数生成手段の生成によ
る周波数信号のうち設定値の範囲から外れた周波数信号
に応じたガバナ制御信号を生成するガバナ制御信号生成
手段と、ガバナ制御信号生成手段の生成によるガバナ制
御信号に従ってタービンへの蒸気量を制御する蒸気量制
御手段と、周波数信号規制手段で設定値の範囲内に規制
された周波数信号に従って前記発電機の交流励磁巻線を
励磁する励磁手段とを備えている発電機の制御装置。
【請求項７】交流励磁巻線を有する発電機の出力電圧
を検出する電圧検出手段と、発電機の出力電力を検出す
る電力検出手段と、電圧検出手段の検出電圧と電圧指令
値との偏差を算出する電圧偏差算出手段と、電圧偏差算
出手段の算出値を零に抑制するための振幅指令を生成す
る振幅指令生成手段と、電力検出手段の検出電力と電力
設定値との偏差を算出する電力偏差算出手段と、電力偏
差算出手段の算出値を零に抑制するための位相指令を生
成する位相指令生成手段と、発電機の出力信号の周波数
を検出する発電機周波数検出手段と、発電機を駆動する
駆動源の回転速度を検出する駆動源回転速度検出手段
と、駆動源回転速度検出手段の検出値と発電機周波数検
出手段の検出値との偏差を算出する周波数偏差算出手段
と、周波数偏差算出手段の算出値を零に抑制するための
位相信号を生成する位相信号生成手段と、位相信号生成
手段の生成による位相信号と位相指令生成手段の生成に
よる位相指令とを加算する加算手段と、加算手段の加算
による位相指令と振幅指令生成手段の生成による振幅指
令とからパルス信号を生成するパルス信号生成手段と、
パルス信号生成手段の生成によるパルス信号に従って直
流信号を交流信号に変換し変換した交流信号で前記発電
機の交流励磁巻線を励磁する電力変換手段とを備えてい
る発電機の制御装置。
【請求項８】交流励磁巻線を有する発電機の出力電圧
を検出する電圧検出手段と、発電機の出力電力を検出す
る電力検出手段と、電圧検出手段の検出電圧と電圧指令
値との偏差を算出する電圧偏差算出手段と、電圧偏差算
出手段の算出値を零に抑制するための振幅指令を生成す
る振幅指令生成手段と、電力検出手段の検出電力と電力
設定値との偏差を算出する電力偏差算出手段と、電力偏
差算出手段の算出値を零に抑制するための位相指令を生
成する位相指令生成手段と、発電機の発電電力の周波数
を検出する発電機周波数検出手段と、発電機を回転駆動
するタービンの出力に対する指令値と前記電力検出手段
の検出電力との偏差を算出する補助電力偏差算出手段
と、補助電力偏差算出手段の偏差を零に抑制するための
回転速度を算出する回転速度算出手段と、回転速度算出
手段の算出値と発電機周波数検出手段の検出値との偏差
を算出する周波数偏差算出手段と、周波数偏差算出手段
の算出値を零に抑制するための位相信号を生成する位相
信号生成手段と、位相信号生成手段の生成による位相信
号と位相指令生成手段の生成による位相指令とを加算す
る加算手段と、加算手段の加算による位相指令と振幅指
令生成手段の生成による振幅指令とからパルス信号を生
成するパルス信号生成手段と、パルス信号生成手段の生
成によるパルス信号に従って直流信号を交流信号に変換
し変換した交流信号で前記発電機の交流励磁巻線を励磁
する電力変換手段とを備えている発電機の制御装置。
【請求項９】パルス信号生成手段に入力される振幅指
令を設定値の範囲内に規制する振幅指令規制手段と、パ
ルス信号生成手段に入力される位相指令を設定値の範囲
内に規制する位相指令規制手段とを備えている請求項７
または８記載の発電機の制御装置。
【請求項１０】パルス信号生成手段に入力される位相
指令のうち設定値の範囲かた外れた位相指令に応じたガ
バナ制御信号を生成するガバナ制御信号生成手段と、ガ
バナ制御信号生成手段の生成によるガバナ制御信号に従
ってタービンへの蒸気量を制御する蒸気量制御手段とを
備えている請求項７、８または９記載の発電機の制御装
置。
【請求項１１】交流励磁巻線を有する発電機を駆動源
の駆動力に応じて回転駆動すると共に、発電機の機械的
回転速度を検出し、さらに発電機の発電電力の周波数を
検出し、各検出値の偏差を零に抑制するための周波数信
号を生成し、この周波数信号に従って発電機の交流励磁
巻線を励磁する発電機の運転制御方法。
【請求項１２】交流励磁巻線を有する発電機をタービ
ンで回転駆動すると共に、発電機の交流励磁巻線をイン
バータの出力信号で励磁するに際して、発電機の機械的
回転速度を検出すると共に発電機の発電電力の周波数を
検出し、各検出値の偏差を零に抑制するためのパルス信
号を生成し、このパルス信号に従ってインバータの出力
信号の周波数を制御することを特徴とする発電機の運転
制御方法。
【請求項１３】交流励磁巻線を有する発電機をタービ
ンで回転駆動すると共に、発電機の交流励磁巻線をイン
バータの出力信号で励磁するに際して、発電機の機械的
回転速度を検出すると共に発電機の発電電力の周波数を
検出し、各検出値の偏差を零に抑制するためのパルス信
号を生成し、このパルス信号に従ってインバータの出力
信号の周波数と振幅を制御することを特徴とする発電機
の運転制御方法。
【請求項１４】複数の発電機のうち指定の発電機を交
流励磁巻線を有するもので構成し、各発電機を駆動源の
駆動力に応じて回転駆動すると共に、指定の発電機の交
流励磁巻線をインバータの出力信号で励磁するに際し
て、指定の発電機の機械的回転速度を検出すると共に指
定の発電機の発電電力の周波数を検出し、各検出値の偏
差を零に抑制するためのパルス信号を生成し、このパル
ス信号に従ってインバータの出力信号の周波数を制御す
ることを特徴とする発電機の運転制御方法。