JPH07222496A - サイリスタ電源を用いたタービン発電機の始動方法 - Google Patents

サイリスタ電源を用いたタービン発電機の始動方法

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JPH07222496A
JPH07222496A JP6011463A JP1146394A JPH07222496A JP H07222496 A JPH07222496 A JP H07222496A JP 6011463 A JP6011463 A JP 6011463A JP 1146394 A JP1146394 A JP 1146394A JP H07222496 A JPH07222496 A JP H07222496A
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JP
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turbine generator
output signal
torque
calculation unit
detector
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JP6011463A
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Kazumasa Ide
一正 井出
Shinichi Wakui
真一 湧井
Haruo Oharagi
春雄 小原木
Miyoshi Takahashi
身佳 高橋
Iemichi Miyagawa
家導 宮川
Yasuomi Yagi
恭臣 八木
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、サイリスタ電源を用いたター
ビン発電機の始動時に発生する脈動トルクを監視し、低
速域から同期速度付近まで安定に昇速することを可能と
するタービン発電機の始動方式を提供するにある。 【構成】本発明はタービン発電機1のトルク検出器30
と、電機子電流検出器20と界磁電流検出器24と、ト
ルク検出器30の出力信号と電機子電流検出器20の出
力信号と界磁電流検出器24の出力信号とからタービン
発電機1での軸ねじれの発生の有無を判定してタービン
発電機の加減速指令の要否を演算する演算部5とを設
け、該演算部5の出力信号に応じてタービン発電機に加
減速指令を与えることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はサイリスタ電源を用いた
タービン発電機の始動方法に係り、特に、サイリスタ電
源を用いてタービン発電機を始動する過程において、タ
ービン発電機の軸系に発生する軸ねじれを監視し、低速
域から同期速度付近まで安定に昇速することを可能とす
るサイリスタ電源を用いたタービン発電機の始動方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来のタービン発電機の一始動方式とし
て、サイリスタ電源のような可変周波数電源によりター
ビン発電機を同期電動機として始動する方式がある。こ
れは特開昭61−128788号公報に示されているように、タ
ービン発電機をサイリスタモータとして始動するもので
あり、サイリスタモータは電機子巻線に通電する電流が
方形波状であるため、電機子起磁力の移動が段階的とな
る。このため、一定した回転をする界磁極との間に周期
的な位相変動が生じ、脈動トルクが発生する。
【0003】一般にタービン発電設備などにおいては、
タービン発電機と同一の軸系にガスタービン,スチーム
タービン,ブラシレス励磁機などが配置され、軸系の固
有振動数と脈動トルクの周波数が接近する場合には、軸
ねじれが発生する場合がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、タ
ービン発電機をサイリスタ電源で始動するときの脈動ト
ルク、およびこれに起因するタービン発電機の軸系に発
生する軸ねじれに関しては、何ら配慮がなされていな
い。
【0005】本発明は、以上の点に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、全始動過程に対して、サ
イリスタ電源を用いたタービン発電機の始動時に発生す
る脈動トルクを監視し、低速域から同期速度付近まで安
定に昇速することを可能とするタービン発電機の始動方
法を提供するにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】交流電力をコンバータか
らなる順変換器で直流に変換し、これをインバータから
なる逆変換器で再び交流に変換するサイリスタ電源をタ
ービン発電機の電機子巻線に接続して、電源周波数を変
えることによって低速域から同期速度付近まで昇速する
サイリスタ電源を用いたタービン発電機の始動方法にお
いて、前記タービン発電機のトルク検出器の出力信号,
電機子電流検出器の出力信号、並びに界磁電流検出器の
出力信号からタービン発電機での軸ねじれの発生の有無
を判定して前記タービン発電機の加減速指令の要否を演
算部で演算し、該演算部の出力信号に応じてタービン発
電機に加減速指令を与えるようにして、所期の目的を達
成するようにしたものである。
【0007】
【作用】本発明では、サイリスタ電源を用いてタービン
発電機を始動する過程において、タービン発電機の軸系
に軸ねじれが発生したことを即座に感知し、必要に応じ
て軸ねじれのない回転数域まで加減速できるため、低速
域から同期速度まで安定した始動を実現することができ
る。
【0008】
【実施例】以下、図示した実施例に基づいて本発明を詳
細に説明する。なお、以下においては、タービン発電設
備として、コンバインドサイクル発電プラントを例にと
って説明する。
【0009】図1は本発明の一実施例を示すサイリスタ
電源を用いたタービン発電機の始動方法を説明するブロ
ック図である。
【0010】該図に示すごとく、コンバインドサイクル
発電プラントはタービン発電機1と、同一の軸系に配置
されたスチームタービン2、及びガスタービン3からな
る。タービン発電機1が発電機運転のときは、スイッチ
S1を閉じて(スイッチS2は開)系統に接続され、逆
に、タービン発電機1が電動機運転のときは、スイッチ
S2を閉じて(スイッチS1は開)電力変換装置4を介
して所内電源系統に接続される。
【0011】以下、スイッチS1を開き、スイッチS2
を閉じたときの電力変換装置4の構成および動作につい
て述べる。所内電源からの交流を変圧器7,コンバータ
部の順変換器8を介して直流に変換し、直流リアクトル
10,インバータ部の逆変換器9を介して交流に変換
し、タービン発電機1の電機子巻線(図示せず)に電力
供給する。また、所内電源からの交流を変圧器11,順
変換器12を介して直流に変換し、ブラシとスリップリ
ングからなる集電装置(図示せず)を介して界磁巻線6
に電力供給する。
【0012】順変換器8は、速度検出器14からの回転
速度信号と、順変換器8の入力電流を検出する電流検出
器15の出力信号と、発電機の加減速指令の要否を演算
する演算部5の出力信号とを入力とした速度制御部17
と、速度制御部17の出力信号と所内電源の位相を検出
する電圧検出部16の出力信号をもとに、位相制御部1
8により位相制御角が制御される。
【0013】逆変換器9は、速度検出器14からの回転
速度信号をもとに制御進み角βを演算する演算部19,
該演算部19からの出力信号と逆変換器9の出力電流を
検出する電流検出器20の出力信号とを突き合わせ、こ
の突き合わせた信号とタービン発電機1の回転子(図示
せず)位置を検出する位置検出器13の出力信号とをも
とに、ゲート制御部28により制御進み角が制御され
る。
【0014】順変換器12は、速度検出器14からの回
転速度信号と、電流リミッタ21の設定値と、逆変換器
9にかかる逆起電圧を規定する電圧リミッタ22の設定
値と、発電機の加減速指令の要否を演算する演算部5と
からの出力信号と、逆変換器9にかかる逆起電圧を検出
する電圧検出器27の出力信号と、界磁巻線6の電流量
を検出する電流検出器24の出力信号とをもとに、界磁
巻線6に流す界磁電流を制御する電流制御部26、この
出力信号と電圧検出器16の出力信号とをもとに、位相
制御部25により位相制御角が制御される。
【0015】また、発電機の加減速指令の要否を演算す
る演算部5は、トルク検出器30の出力信号をもとに実
際に発生しているトルクの平均トルクTSと脈動トルク
rの実測値を分離演算する演算部5bと、電流検出器
20の出力信号と界磁巻線6の電流量を検出する電流検
出器24の出力信号と発電機定数などの指令値29とか
ら計算されるトルクの平均トルクTSと脈動トルクTr
理論値を演算する演算部5cと、演算部5bの出力信号
と演算部5cの出力信号と指令値31とから軸ねじれ発
生の有無を判定して発電機の加減速指令の要否を演算す
る演算部5aからなる。
【0016】次に、演算部5の演算内容について説明す
る。サイリスタ始動方式では、タービン発電機1を可変
速の同期電動機として始動するため、電機子側に可変周
波数の回転磁界を形成する必要がある。したがって、サ
イリスタ始動時においては、電機子に可変周波数の平衡
三相交流を供給する電力変換装置4を接続し、界磁巻線
6を直流励磁する。電力変換装置4の周波数は、回転子
の回転数に同期した周波数に調整し、回転数の上昇に伴
って周波数を上昇させる。ここで、電力変換装置4から
供給される電流は歪波であるため、回転子に対して非同
期磁場を形成する。この非同期磁場は、回転子に渦電流
を誘発し、回転子表面の加熱を引き起こすとともに、脈
動トルクTr の発生原因となる非同期起磁力波をダンパ
あるいは回転子ウェッジに発生させるなどの障害をもた
らすことになる。次に、平均トルクTSと脈動トルクTr
を説明する。なお、以下に示す記号は、特に断わりのな
いかぎり、単位法表示とする。
【0017】サイリスタ始動時において、界磁起磁力の
方向をd軸(磁極部の方向),d軸に対して回転子の回
転方向にπ/2進んだ方向をq軸(磁極間の方向)とす
ると、発生するトルクTS が最大となるように、電機子
基本波起磁力がq軸方向になるように電機子巻線に電流
を通電する。このときのトルクTS は、界磁巻線に通電
する直流電流をIf ,電機子巻線に通電する歪波電流の
基本波成分(界磁側換算)をIq,直軸電機子反作用リ
アクタンスをxadとすると、TS=xadfqで与えら
れ、所望のトルクTS はIfとIqがわかれば、理論値が
計算できる。このときの脈動トルクTr は、実用周波数
の領域で考えるかぎりにおいては、略次式で計算できる
ことを詳細計算によって確認している。
【0018】
【数1】 Tr=xad(Ifq−Iqd) …(数1) ここで、iq,idは、それぞれ電機子電流に含まれる高
調波成分の瞬時値の横軸成分,直軸成分である。
【0019】(数1)式を図2に示したような120度
通電形インバータの電流波形に対して計算し、直軸電機
子反作用リアクタンスをxadとすると、脈動トルクTr
の振幅は次式のように計算できる。ただし、mは高調波
次数6m次(m=1,2,3,…)を示す。
【0020】
【数2】
【0021】したがって、電流検出器20によるIq
出力信号と、界磁巻線6の電流量を検出する電流検出器
24によるIf の出力信号と、xadなどの発電機定数と
から平均トルクTSと脈動トルクTrの理論値が演算部5
cで演算できる。一方、トルク検出器30によるトルク
の出力信号をもとに、実際に発生しているトルクの平均
トルクTSと脈動トルクTrを、演算部5bで分離演算す
れば、平均トルクTSと脈動トルクTr 双方の理論値,
実測値が得られることになる。
【0022】ここで、軸ねじれが発生した場合を考える
と、タービン発電機の脈動トルクの実測値は、理論値を
大幅に上回ることが知られている。したがって、上記の
脈動トルクTr の理論値をTrt,実測値をTrmとすれ
ば、両者の比Trm/Trtをとり、Trm/Trtの値が、軸
ねじれ発生の有無を判定するkを設定しておき、
【0023】
【数3】 k>Trm/Trt …(数3) を満足する場合に「軸ねじれが発生している」、満足し
ない場合に「軸ねじれが発生していない」のような判定
をすることができる。
【0024】このような判定に基づき、演算部5aは、
必要に応じて発電機の加減速指令を出せば、軸ねじれを
発生している回転数域を速やかに通過することができる
ようになる。
【0025】図3は本発明の他の実施例を示すサイリス
タ電源を用いたタービン発電機の始動方法を説明するブ
ロック図である。
【0026】本実施例は図1と略同様の構成であるが、
図1では、述べたトルクの理論値を計算するのに必要
な、電機子電流の基本波成分と界磁電流の直流成分を実
測値から求めたのに対し、本実施例では、電機子電流の
指令値と界磁電流の指令値を用いるようにしたものであ
る。すなわち、界磁電流を制御する電圧制御部26の出
力信号から界磁電流の直流成分を求める演算部33と、
速度制御部17の出力信号と演算部19の出力信号とか
ら電機子電流の基本波成分を求める演算部32とを設
け、演算部5cで演算部33の出力信号と演算部32の
出力信号と発電機定数などの指令値29とから計算され
るトルクの平均トルクと脈動トルクの理論値を演算する
ようにしたもので、他の記号および構成は図1と同一で
ある。このように構成しても、図1と同様の効果が得ら
れる。
【0027】また、本実施例では、コンバインドサイク
ル発電プラントを例にとって説明したが、他のタービン
発電機を用いた発電設備にも適用できることはいうまで
もない。
【0028】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、サイリ
スタ電源を用いてタービン発電機を始動する過程におい
て、タービン発電機の軸系に軸ねじれが発生したことを
即座に感知し、必要に応じて軸ねじれのない回転数域ま
で加減速できるため、低速域から同期速度まで安定した
始動を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すサイリスタ電源を用い
たタービン発電機の始動方法を説明するブロック図であ
る。
【図2】本発明に係わるサイリスタ始動時の電機子電流
波形の一例を示す特性図である。
【図3】本発明の他の実施例を示すサイリスタ電源を用
いたタービン発電機の始動方法を説明するブロック図で
ある。
【符号の説明】
1…タービン発電機、2…スチームタービン、3…ガス
タービン、4…電力変換装置、5…発電機の加減速指令
の要否を演算する演算部、6…界磁巻線、8,12…順
変換器、9…逆変換器、13…位置検出器、14…速度
検出器、15,26…電流検出器、16…電圧検出部、
17…速度制御部、18,25…位相制御部、19…制
御進み角を演算する演算部、20…電機子電流検出器、
21…電流リミッタ、22…電圧リミッタ、24…界磁
電流検出器、27…電圧検出器、28…ゲート制御部、
30…トルク検出器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 身佳 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 宮川 家導 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 八木 恭臣 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】交流電力をコンバータからなる順変換器で
    直流に変換し、これをインバータからなる逆変換器で再
    び交流に変換するサイリスタ電源をタービン発電機の電
    機子巻線に接続して、電源周波数を変えることによって
    低速域から同期速度付近まで昇速するサイリスタ電源を
    用いたタービン発電機の始動方法において、 前記タービン発電機のトルク検出器の出力信号、電機子
    電流検出器の出力信号、並びに界磁電流検出器の出力信
    号から前記タービン発電機での軸ねじれの発生の有無を
    判定して前記タービン発電機の加減速指令の要否を演算
    部で演算し、該演算部の出力信号に応じてタービン発電
    機に加減速指令を与えることを特徴とするサイリスタ電
    源を用いたタービン発電機の始動方法。
  2. 【請求項2】前記演算部は、前記トルク検出器の出力信
    号をもとに発生トルクの脈動成分の実測値を分離演算す
    る演算部と、前記電機子電流検出器の出力信号と前記界
    磁電流検出器の出力信号とから計算されるトルクの脈動
    成分の理論値を演算する演算部と、該トルクの脈動成分
    の実測値を分離演算する演算部の出力信号と該トルクの
    脈動成分の理論値を演算する演算部の出力信号とから軸
    ねじれ発生の有無を判定する指令値を入力して発電機の
    加減速指令の要否を演算する演算部とからなることを特
    徴とする請求項1記載のサイリスタ電源を用いたタービ
    ン発電機の始動方法。
  3. 【請求項3】交流電力をコンバータからなる順変換器で
    直流に変換し、これをインバータからなる逆変換器で再
    び交流に変換するサイリスタ電源をタービン発電機の電
    機子巻線に接続して、電源周波数を変えることによって
    低速域から同期速度付近まで昇速するサイリスタ電源を
    用いたタービン発電機の始動方法において、 前記タービン発電機のトルク検出器と、該トルク検出器
    の出力信号と電機子電流指令と界磁電流指令とから該タ
    ービン発電機での軸ねじれの発生の有無を判定して前記
    タービン発電機の加減速指令の要否を演算部で演算し、
    該演算部の出力信号に応じてタービン発電機に加減速指
    令を与えることを特徴とするサイリスタ電源を用いたタ
    ービン発電機の始動方法。
  4. 【請求項4】前記演算部は、前記トルク検出器の出力信
    号をもとに発生トルクの脈動成分の実測値を分離演算す
    る演算部と、前記電機子電流指令と前記界磁電流指令と
    から計算されるトルクの脈動成分の理論値を演算する演
    算部と、該トルクの脈動成分の実測値を分離演算する演
    算部の出力信号と該トルクの脈動成分の理論値を演算す
    る演算部の出力信号とから軸ねじれ発生の有無を判定す
    る指令値を入力して発電機の加減速指令の要否を演算す
    る演算部とからなることを特徴とする請求項3記載のサ
    イリスタ電源を用いたタービン発電機の始動方法。
JP6011463A 1994-02-03 1994-02-03 サイリスタ電源を用いたタービン発電機の始動方法 Pending JPH07222496A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009048129A1 (ja) * 2007-10-12 2009-04-16 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. クローズドサイクルプラント
WO2018235188A1 (ja) * 2017-06-21 2018-12-27 東芝三菱電機産業システム株式会社 サイリスタ起動装置

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