JPH08154399A - 同期発電機の起動方法 - Google Patents

同期発電機の起動方法

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JPH08154399A
JPH08154399A JP6294533A JP29453394A JPH08154399A JP H08154399 A JPH08154399 A JP H08154399A JP 6294533 A JP6294533 A JP 6294533A JP 29453394 A JP29453394 A JP 29453394A JP H08154399 A JPH08154399 A JP H08154399A
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JP6294533A
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Kazutaka Yamaguchi
和隆 山口
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、原動機による速度制御異常による加
速率の乱れを吸収できる同期発電機の起動方法を提供す
ることにある。 【構成】本発明の同期発電機の起動方法は、始動電力設
定と加速電力設定の2設定に切り換えられ、これら設定
値と検出電力との偏差演算及び比例・積分し、さらに回
転位相の単位ベクトルを乗じて周波数変換器の制御指令
とすることにより、原動機で同期発電機を停止状態から
定格回転数まで回転上昇する過程で低回転数域から同期
発電機に界磁電流を通電し、同期遮断器から周波数変換
器を通して回転速度・位相検出器で検出した速度に同調
した周波数の三相平衡電圧を印加し、周波数変換器は同
期発電機の始動時及び加速時の融通電力を一定制御する
ことにより、原動機入力エネルギーの過不足に応じて同
期発電機をそのまま同期発電機、または同期電動機とし
て運転することにより原動機の速度制御の乱れを吸収で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は同期発電機の起動・停止
を制御する同期発電機の起動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、同期発電機の起動速度制御は、原
動機に入力するエネルギーを制御することにより実現し
ていた。例えば、原動機が蒸気タービンであれば、蒸気
タービン入口の制御弁開度を制御することで入力エネル
ギーである蒸気流量を制御していた。また、原動機が水
車であれば、水車入口の制御弁開度を制御することで入
力エネルギーである水流量を制御していた。
【0003】従来の同期発電機起動方式を図3の系統構
成図を参照して説明する。同図に示すように、原動機1
と同期発電機2は機械的に直結されている。原動機1の
入力エネルギーを制御する入口制御弁10は、原動機1
が停止中は全閉にして原動機1の入力エネルギーをゼロ
としている。原動機1を起動するには入口制御弁10を
開き始めて原動機1に徐々に入力エネルギーを与えてゆ
くが、この場合、回転速度検出器9bで回転速度を検出
して、加速率が一定となるように入口制御弁10の開度
を制御する。回転速度が定格に近いところで界磁電流4
を与え、同期発電機2はその界磁電流4に応じて電圧を
発生する。また、発生電圧が一定となるように自動電圧
調整器3で界磁電流4を制御する。そして、回転速度と
同期発電機電圧が定格になると、本系統5aと同期発電
機2が同期した一瞬をとらえ、並列遮断器6aを投入す
る。以上が起動時、並列時の動作である。
【0004】一方、停止時は、並列遮断器6aを開放
後、速やかに入口制御弁10を全閉とし、原動機1の入
力エネルギーをゼロとする。その後、回転体の慣性エネ
ルギーを摩擦や風損で消費しきると原動機1は停止す
る。さらに原動機1の停止後において、原動機1の回転
軸が撓まないように、ターニング装置11で低速回転さ
せておく。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、原動機と同
期発電機を直結した回転体は、慣性モーメントが大きい
ため回転体の速度制御時定数が大きくなる。このため、
入口制御弁が外乱などで瞬時、開度が突変しても回転速
度はすぐには変化しない。すなわち、回転速度が制御か
ら外れた時、引き戻そうとして入口制御弁を急速に制御
しても回転速度はすぐには変化しない。このことは特に
始動時や定格回転到達時などの加速率が変化するところ
では、加速エネルギーの急速制御を行うことになる。す
なわち、入口制御弁を急速開度制御することとなるが、
回転速度は速応しないため回転速度の制御外れが起きる
という問題があった。
【0006】また、同期発電機を本系統に並列する際、
周波数差、位相差があると並列遮断器を投入した直後、
同期発電機と本系統間に電力動揺が生じる。したがっ
て、並列前には回転速度が本系統の周波数と一致するよ
うに、入口制御弁開度を制御している。ところが、位相
差を制御する手段がないため、同期発電機の回転速度を
本系統の周波数より若干高めに制御することにより、同
期発電機と本系統の電圧差をビート状にして微少な偏差
周波数で、位相差が正弦波状に生じるようにしている。
そして、位相差が丁度ゼロになった点で、並列遮断器を
投入している。
【0007】しかし、回転速度は入口制御弁を動かして
もすぐには応動しないことと、本系統の周波数が常にラ
ンダムに変化していることから、本系統の周波数より若
干高めに回転速度を追従制御すること、及び位相差が丁
度ゼロで並列遮断器を投入することは、厳密には不可能
である。したがって、従来技術では並列遮断器投入時の
電力動揺は、不可避であった。
【0008】また、停止時はなんら速度制御することも
なく、自然に停止するのを待っているため停止に要する
時間が非常に長いという問題があった。これは、停止時
の慣性エネルギーを無駄に捨てていたことになる。さら
に、蒸気タービンのように回転体が高温になるものは、
停止したまま放置すると回転体が均一に冷えないため撓
んでしまう。
【0009】そこで、回転体を均一に冷やすため、ター
ニング装置を用いて回転体を低速回転させておく必要が
ある。ターニングは非常に低速であることから、通常ギ
アによる減速装置が設けられている。ターニング開始時
はこのギアを噛ませてからターニングモータを起動して
低速回転させている。
【0010】ところが、このギア嵌合時、ギアの山と山
が重なって嵌合しないとか、嵌合した後、モータが起動
して回転を始めた時にギア嵌合が外れるなどのトラブル
が多かった。また、ターニング中に原動機に不測の外力
がかかった場合、ギアが外れて回転上昇してしまうこと
がある。シーケンス上、ターニング状態でなければ、タ
ービン起動できないようになっていることが普通のた
め、このような場合、回転降下して再ターニングに入る
まで待たなければならなかった。ここで言う不測の外力
とは、例えば蒸気タービンの場合では、タービンリセッ
トした時、中間制御弁を開けて配管内の空気がタービン
に流入するとか、またガスタービンの場合では、燃焼用
空気はガスタービン入口から煙突まで筒抜けのため、大
気圧差でガスタービン内に空気の流れができるとかであ
る。
【0011】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、請求項1は、原動機による速度制御異常による加速
率の乱れを吸収できる同期発電機の起動方法を提供する
ことを目的とする。
【0012】本発明の請求項2は、本系統と同期発電機
の周波数及び位相を合致させ、並列遮断器を投入した直
後の電力動揺をなくす同期発電機の起動方法を提供する
ことを目的とする。
【0013】本発明の請求項3は、周波数変換器を通じ
て回転エネルギーを異系統に回生して同期発電機の停止
時間を短くする同期発電機の起動方法を提供することを
目的とする。
【0014】本発明の請求項4は、原動機に異常トルク
が発生しても、この発生トルクを周波数変換器を通じて
異系統へ回生することにより低速度一定運転が守れる同
期発電機の起動方法を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項1は、原動機と、前記原動機で駆動
される同期発電機と、前記同期発電機の界磁電流を制御
する自動電圧調整器と、前記同期発電機と本系統を接続
する並列遮断器と、前記同期発電機に異系統と電力融通
するための同期遮断器及び周波数変換器と、回転速度・
位相変換器及び電力検出器等の制御用検出器とを備えた
同期発電機の起動方法において、前記周波数変換器の制
御回路は、始動電力設定と加速電力設定の2設定に切り
換えられ、これら設定値と検出電力との偏差演算及び比
例・積分をし、さらに回転位相の単位ベクトルを乗じて
前記周波数変換器の制御指令とすることにより、前記原
動機で前記同期発電機を停止状態から定格回転数まで回
転上昇する過程で低回転数域から前記同期発電機に界磁
電流を通電し、前記同期遮断器から前記周波数変換器を
通して前記回転速度・位相検出器で検出した速度に同調
した周波数の三相平衡電圧を印加し、また前記周波数変
換器は前記同期発電機の始動時及び加速時の融通電力を
一定制御することにより原動機入力エネルギーの過不足
に応じて前記同期発電機をそのまま同期発電機として運
転、または同期発電機を同期電動機として運転し、前記
原動機の速度制御の乱れを吸収することを特徴とする。
【0016】本発明の請求項2は、請求項1の同期発電
機の起動方法において、本系統の周波数と回転速度の偏
差を比例・積分したものを電力設定とし、さらに本系統
の位相と回転位相の偏差を比例・積分動作して単位ベク
トルとすることにより、定格回転数に達してから本系統
に並列遮断器を投入する過程で、定格回転数到達にて本
系統の周波数と回転数が一致するように、前記同期発電
機の融通電力一定制御から本系統の周波数追従制御に移
行し、また前記回転数・位相検出器で検出した回転位相
と本系統の位相が一致するように、前記周波数変換器の
出力を制御して本系統と前記同期発電機の周波数及び位
相を合致させ、前記並列遮断器を投入する時の電力動揺
を防止すことを特徴とする。
【0017】本発明の請求項3は、請求項1の同期発電
機の起動方法において、本系統から解列後、前記同期遮
断器を投入し、回生電力設定を選択することにより前記
周波数変換器を通して回転エネルギーを異系統に回生し
て、前記同期発電機の停止時間を短縮することを特徴と
する。
【0018】本発明の請求項4は、請求項1の同期発電
機の起動方法において、前記原動機が低速回転継続のた
めターニング装置を必要とする場合、ターニング目標周
波数と回転速度の偏差を比例・積分したものを電力設定
とし、低速度一定制御を行い、原動機に異常トルクが発
生しても発生トルクを前記周波数変換器を通して異系統
へ回生し、低速度一定制御を行うことを特徴とする。
【0019】
【作用】本発明の請求項1によると、電力制御系は回転
体とは全く無関係であるから制御の時定数は短くでき、
これにより原動機による加速率の乱れを吸収できる。本
発明の請求項2によると、周波数変換器は本系統位相と
回転位相を合致させる機能を持っているので、本系統と
同期発電機の周波数差、位相差はゼロとなり、並列時、
電力の動揺をゼロにすることができる。
【0020】本発明の請求項3によると、本系統から解
列後、同期遮断器を投入し、周波数変換器を通じて回転
エネルギーを異系統に回生しているので、同期発電機の
停止時間を短縮できる。本発明の請求項4によると、原
動機に不測のトルクが発生しても発生トルクを周波数変
換器を通じて異系統へ回生することにより低速度一定運
転ができる。
【0021】
【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照して説明す
る。図1は本発明の一実施例の構成図であり、図2は図
1の同期発電機起動装置の制御システムの制御ブロック
図である。図1に示すように、原動機1は入口制御弁1
0により制御され、この原動機1により同期発電機2が
駆動される。同期発電機2の界磁電流4は自動電圧調整
器3で制御される。同期発電機2と本系統5aは並列遮
断器6aを介して接続され、また同期発電機2は同期遮
断器6bと周波数変換器7を介して異系統5bと接続さ
れる。さらに同期発電機2には制御用検出器として回転
数・位相検出器9aと電力検出器8が配設されている。
【0022】次に、本実施例の制御動作を図2の制御ブ
ロックを参照して説明する。まず、始動時には、切換器
41aがON,切換器21a,21b,41b〜41
e,51aはOFFで、始動電力設定40aが選択され
る。始動電力設定40aと検出電力40eの偏差を比例
積分装置30を通し、乗算器60で回転位相の単位ベク
トル80をかけて、周波数変換器制御指令70を出力す
る。このようにして、周波数変換器7の始動時の融通電
力が一定になるように制御している。すなわち、始動電
力設定40aに対する過不足は周波数変換器制御指令7
0の変化となり、検出電力40eの過不足を異系統5b
と同期発電機2の間でやりとりすることとなる。
【0023】また加速時は、切換器41bがON,切換
器21a,21b,41a,41c〜41e,51aは
OFFで、加速電力設定40bが選択される。その動作
は始動時と同じであるので、その説明は省略する。
【0024】上記の如き制御動作によって、原動機1で
同期発電機2を停止状態から定格回転数まで回転上昇す
る過程で、低回転数域から同期発電機2に界磁電流4を
通電し、同期遮断器6bから周波数変換器7を通じて、
回転速度・位相検出器9aで検出した速度に同調した周
波数の三相平衡電圧を印加できるようにする。そして、
周波数変換器7は、同期発電機2の融通電力を一定制御
することにより、原動機入力エネルギーの過不足に応じ
て同期発電機2をそのまま同期発電機2として運転、ま
たは同期発電機2を同期電動機2として運転する。すな
わち、原動機1の始動、加速とともに、加速エネルギ
ー、回転保持エネルギー自体は、原動機1から入力する
が、周波数変換器7は原動機1が発生させる過不足エネ
ルギーを吸収する役目を負う。周波数変換器7が高速度
で過不足エネルギーを吸収することにより、原動機1に
よる加速率の乱れを吸収することができる。
【0025】次に、定格回転到達時は切換器21a,4
1eがON、切換器21b,41a〜41d,51aは
OFFで、本系統周波数20aが選択される。本系統周
波数20aと回転速度20cの偏差を比例積分装置30
を通し、電力設定としている。その後の動作は始動時と
同じであるので、その説明は省略する。
【0026】また、本系統周波数追従が安定した後、切
換器51aはONとし、単位ベクトル80を回転位相5
0bそのものから本系統位相50aに切り替える。すな
わち、本系統位相50aと回転位相50bの偏差を比例
積分装置30を通し、初期値の回転位相50bから少し
ずつベクトル差がゼロになるように制御して単位ベクト
ル80を本系統位相そのものとする。
【0027】上記の如き制御動作によって、定格回転数
に達してから本系統5aに並列遮断器6aを投入する過
程で、定格運転数到達にて本系統5aの周波数と回転数
が一致するように、同期発電機2の融通電力一定制御か
ら本系統周波数追従制御に移行する。さらに回転数・位
相検出器9aで検出した回転位相と本系統の位相が一致
するように、周波数変換器7の出力を制御することによ
り、本系統5aと同期発電機2の周波数及び位相を合致
させる。すなわち、回転速度20cを本系統周波数20
aに追従させるために、原動機1からの入力エネルギー
に過不足がある場合、周波数変換器7はその変化する過
不足エネルギーを補う役目を負う。
【0028】また、周波数変換器7は本系統位相50a
と回転位相50bを合致させる機能を持っているので、
本系統5aと同期発電機2の周波数差、位相差はゼロと
なり、並列時、電力の動揺をゼロにすることができる。
【0029】さらに、停止時は、切換器41dがON、
切換器21a,21b,41a〜41c,41e,51
aはOFFで、回生電力設定40dが選択される。その
後の動作は始動時と同じであるので、その説明は省略す
る。
【0030】上記の如き制御動作によって、本系統5a
から解列後、同期遮断器6bを投入し、周波数変換器7
を通じて回転エネルギーを異系統5bに回生して、同期
発電機2の停止時間を短縮する。
【0031】さらにまた、ターニング時は、切換器21
b,41eがON、切換器21a,41a〜41d,5
1aはOFFで、ターニング周波数20bが選択され
る。動作は定格回転到達時の本系統周波数追従制御と同
じである。ただし、乗算器60での単位ベクトル80は
回転位相50bそのものである。
【0032】上記の如き制御動作によって、原動機1が
低速回転継続のためターニング装置を必要とする場合、
低速度一定制御を行うことができ、従来のターニング装
置を必要としない。また原動機1に不測のトルクが発生
しても発生トルクを周波数変換器7を通じて、異系統5
bへ回生することにより低速度一定運転が守れる。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
同期発電機の起動装置に周波数変換器を採用しているた
め、同期発電機と異系統との電力のやりとりが高速に行
えるので、原動機で発生する過不足エネルギーを周波数
変換器は、すばやく吸収することができる。したがっ
て、加速制御性能の向上と本系統周波数追従制御、本系
統位相追従制御、回生停止制御、ターニング速度制御が
可能となる。また、周波数変換器や制御装置はすべて静
止機器で構成することが可能であり、近年の個別半導体
やディジタルる制御装置の性能向上と相俟って、高性
能、コンパクト、安価、高信頼性の同期発電機起動装置
を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る同期発電機起動装置の一実施例の
構成図。
【図2】図1の同期発電機起動装置の制御ブロック図
【図3】従来の同期発電機起動装置の構成図。
【符号の説明】
1…原動機、2…同期発電機、3…自動電圧調整器、4
…界磁電流、5a…本系統、5b…異系統、6a…並列
遮断器、6b…同期遮断器、7…周波数変換器、8…電
力検出器、9a…回転速度・位相検出器、9b…回転速
度検出器、10…入口制御弁、11…ターニング装置、
20a…本系統周波数、20b…ターニング目標周波
数、20c…回転速度、21a,21b,41a,41
b,41c,41d,41e,51a…切換器、30…
比例積分装置、40a…始動電力設定、40b…加速電
力設定、40c…ゼロ電力設定、40d…回生電力設
定、40e…検出電力、50a…本系統位相、50b…
回転位相、60…乗算器、70…周波数変換器制御指
令、80…単位ベクトル。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原動機と、前記原動機で駆動される同期
    発電機と、前記同期発電機の界磁電流を制御する自動電
    圧調整器と、前記同期発電機と本系統を接続する並列遮
    断器と、前記同期発電機に異系統と電力融通するための
    同期遮断器及び周波数変換器と、回転速度・位相変換器
    及び電力検出器等の制御用検出器とを備えた同期発電機
    の起動方法において、前記周波数変換器の制御回路は、
    始動電力設定と加速電力設定の2設定に切り換えられ、
    これら設定値と検出電力との偏差演算及び比例・積分を
    し、さらに回転位相の単位ベクトルを乗じて前記周波数
    変換器の制御指令とすることにより、前記原動機で前記
    同期発電機を停止状態から定格回転数まで回転上昇する
    過程で低回転数域から前記同期発電機に界磁電流を通電
    し、前記同期遮断器から前記周波数変換器を通して前記
    回転速度・位相検出器で検出した速度に同調した周波数
    の三相平衡電圧を印加し、また前記周波数変換器は前記
    同期発電機の始動時及び加速時の融通電力を一定制御す
    ることにより原動機入力エネルギーの過不足に応じて前
    記同期発電機をそのまま同期発電機として運転、または
    同期発電機を同期電動機として運転し、前記原動機の速
    度制御の乱れを吸収することを特徴とする同期発電機の
    起動方法。
  2. 【請求項2】 請求項1の同期発電機の起動方法におい
    て、本系統の周波数と回転速度の偏差を比例・積分した
    ものを電力設定とし、さらに本系統の位相と回転位相の
    偏差を比例・積分動作して単位ベクトルとすることによ
    り、定格回転数に達してから本系統に並列遮断器を投入
    する過程で、定格回転数到達にて本系統の周波数と回転
    数が一致するように、前記同期発電機の融通電力一定制
    御から本系統の周波数追従制御に移行し、また前記回転
    数・位相検出器で検出した回転位相と本系統の位相が一
    致するように、前記周波数変換器の出力を制御して本系
    統と前記同期発電機の周波数及び位相を合致させ、前記
    並列遮断器を投入する時の電力動揺を防止すことを特徴
    とする同期発電機の起動方法。
  3. 【請求項3】 請求項1の同期発電機の起動方法におい
    て、本系統から解列後、前記同期遮断器を投入し、回生
    電力設定を選択することにより前記周波数変換器を通し
    て回転エネルギーを異系統に回生して、前記同期発電機
    の停止時間を短縮することを特徴とする同期発電機の起
    動方法。
  4. 【請求項4】 請求項1の同期発電機の起動方法におい
    て、前記原動機が低速回転継続のためターニング装置を
    必要とする場合、ターニング目標周波数と回転速度の偏
    差を比例・積分したものを電力設定とし、低速度一定制
    御を行い、原動機に異常トルクが発生しても発生トルク
    を前記周波数変換器を通して異系統へ回生し、低速度一
    定制御を行うことを特徴とする同期発電機の起動方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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