JPH11215896A - 可変速発電電動機の過電圧抑制装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 交流励磁形同期機の定常運転への復帰を迅速
に行う。 【解決手段】 電力系統での事故発生時、可変速発電電
動機の２次側で過電圧、過電流が発生すると、２次励磁
装置５の動作を停止させるとともに、前記可変速発電電
動機の２次側を短絡するサイリスタスイッチ６を導通さ
せる制御回路２３と、該制御回路２３により前記サイリ
スタスイッチ６を導通させ前記２次側を短絡後、前記事
故が発生した電力系統を遮断した後の前記２次側の導通
状態にある前記サイリスタスイッチ６を強制的に非導通
状態にするサイリスタスイッチ制御手段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば可変速揚
水発電システムにおける可変速発電電動機の１次側で事
故が発生したときに、前記可変速発電電動機の２次側に
発生する過電圧、過電流を防止する可変速発電電動機の
過電圧抑制装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の可変速揚水発電システムに用いら
れる可変速発電電動機は１次側が電力線系統に接続され
ており、電力需要の旺盛な昼間は発電機として機能して
前記電力線系統へ発電した電力を供給する。一方、電力
需要が減少する夜間は、前記電力線系統から電力を供給
されて電動機として機能し、ダムなどへ揚水を行う。こ
のような可変速発電電動装置において系統事故などが発
生したときの発電電動機の２次回路の過電圧を抑制し、
電力変換器のサイリスタ素子の破壊を防止するととも
に、前記系統事故が復帰して再閉路に至る定常運転まで
安定して移行できるようにした従来の技術として特公平
７−２０３３８号公報に記載されているものがある。図
６は、この可変速発電電動機の過電圧抑制装置のサイリ
スタスイッチを用いた過電圧抑制回路を示す回路図であ
る。図６において、１は交流励磁形同期機、２は主変圧
器、３は主変圧器２の系統に接続された遮断器、４は交
流励磁形同期機１と主変圧器２の間に接続された遮断
器、５は交流励磁形同期機１に可変周波数電源を供給す
る２次励磁装置、６は交流励磁形同期機１の２次側を短
絡するサイリスタスイッチである。このサイリスタスイ
ッチ６は交流励磁形同期機１の２次側のニュートラル端
子とＵ、Ｖ、Ｗ相の各相端子との間に構成されている。

【０００３】次に動作について説明する。交流励磁形同
期機１の１次側で事故が発生すると、発生した事故によ
って交流励磁形同期機１の２次側には過電圧と過電流が
誘起される。この交流励磁形同期機１の２次側に誘起さ
れる過電圧と過電流から２次励磁装置５を守るためにサ
イリスタスイッチ６をオンすることで、交流励磁形同期
機１の２次側を短絡する。このとき過電圧発生相以外の
相は電流が導通条件にあり、この状態でサイリスタスイ
ッチ６をオンすると、２次励磁装置５の出力短絡事故と
同じになって過電流となる。このため従来の可変速発電
電動機の過電圧抑制装置では、２次励磁装置５の通電電
流零検出と過電圧信号の論理積により前記サイリスタス
イッチ６をオンすることで前記過電流を防止する。

【０００４】一方、サイリスタスイッチ６のオフ時は、
オン時と同様に各相間で位相差が存在しているため、サ
イリスタスイッチ６をオフするためにゲート信号を制御
してもサイリスタスイッチ６を流れる電流が零になるま
でサイリスタスイッチ６には電流が流れ続ける。このと
き２次励磁装置５のゲートブロックを解除すると前記２
次励磁装置５の出力端短絡と同じ状態になって前記２次
励磁装置５からはサイリスタスイッチ６へ電流が流れ込
み過電流となるため、発電電動機の定常運転への復帰が
遅れることになる。このため、従来の可変速発電電動機
の過電圧抑制装置では、サイリスタスイッチ６のオフ時
にはサイリスタスイッチ６の電流零検出とオフ指令によ
り前記ゲートブロックの解除を行う。このようにサイリ
スタスイッチ６は２次励磁装置５に対する過電圧および
過電流の防止のために使用される構成であり、短絡電流
が零になるまでオフできない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の可変速発電電動
機の過電圧抑制装置は、以上のように構成されているの
で、交流励磁形同期機１の１次側で系統事故が発生した
ときにサイリスタスイッチ６を投入した場合のサイリス
タスイッチ６を流れる電流は図７に示すような波形とな
っているため、時刻Ｔ２で事故の両端の遮断器を開放し
過電流と過電圧でなくなった後、サイリスタスイッチ６
をオフしようとしてサイリスタスイッチ６のゲート信号
をオフにしても電流が零にならないため電流が流れ続け
る結果、サイリスタスイッチ６は前記電流が零になるま
でオフできない課題があった。このため、サイリスタス
イッチ６をオンした後は、交流励磁形同期機１を停止し
なければならず、交流励磁形同期機１の定常運転への復
帰に時間を要してしまう課題があった。

【０００６】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであり、系統事故時に発電電動機の
２次側に発生する過電圧および過電流を防止するための
導通状態にあるサイリスタスイッチを速やかにオフにし
て、前記発電電動機の２次励磁装置を再励磁可能な状態
にして当該発電電動機の定常運転への復帰および系統の
安定化を速やかに行うことのできる可変速発電電動機の
過電圧抑制装置を得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る可変速発
電電動機の過電圧抑制装置は、電力系統での事故発生
時、可変速発電電動機の２次側で過電圧、過電流が発生
すると、２次励磁装置の動作を停止させるとともに、前
記可変速発電電動機の２次側を短絡するサイリスタスイ
ッチを導通させる制御回路と、該制御回路により前記サ
イリスタスイッチを導通させ前記２次側を短絡後、前記
事故が発生した電力系統を遮断した後の前記２次側の導
通状態にあるサイリスタスイッチを強制的に非導通状態
にするサイリスタスイッチ制御手段を備えるようにした
ものである。

【０００８】この発明に係る可変速発電電動機の過電圧
抑制装置は、サイリスタスイッチを流れるサイリスタ通
電電流を強制的に遮断し零にすることで、導通状態にあ
るサイリスタスイッチを非導通状態にする、前記サイリ
スタスイッチに直列に接続された直流遮断器を備えるよ
うにしたものである。

【０００９】この発明に係る可変速発電電動機の過電圧
抑制装置は、電流バランス用回路をそれぞれ直列に接続
した直流遮断器の並列接続により構成されているサイリ
スタスイッチ制御手段を備えるようにしたものである。

【００１０】この発明に係る可変速発電電動機の過電圧
抑制装置は、２次側で発生した過電圧、過電流を整流す
る整流回路と、導通状態にあるサイリスタスイッチを流
れている前記整流回路により整流された直流通電電流を
強制的に遮断し零にすることで、前記導通状態にあるサ
イリスタスイッチを非導通状態にする、前記サイリスタ
スイッチに直列に接続された直流遮断器であるサイリス
タスイッチ制御手段とを備えるようにしたものである。

【００１１】この発明に係る可変速発電電動機の過電圧
抑制装置は、サイリスタスイッチを流れる交流通電電流
を強制的に遮断し零にする交流遮断器と、該交流遮断器
に並列接続され、サイリスタスイッチを流れる直流通電
電流を強制的に遮断し零にするＧＴＯスイッチとで構成
されるサイリスタスイッチ制御手段を備えるようにした
ものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１は、この実施の形態１の可変速発電
電動機の過電圧抑制装置の構成を示す回路ブロック図で
ある。図１において、１は交流励磁形同期機（可変速発
電電動機）、２は主変圧器、３は主変圧器２の系統に接
続された遮断器、４は交流励磁形同期機１と主変圧器２
の間に接続された遮断器、５は交流励磁形同期機１に可
変周波数電源を供給する２次励磁装置、６は交流励磁形
同期機１の２次側を短絡するサイリスタスイッチであ
る。このサイリスタスイッチ６は交流励磁形同期機１の
２次側のニュートラル端子とＵ、Ｖ、Ｗ相の各相端子と
の間に構成されており、交流励磁形同期機１の１次側で
発生した系統事故に応じてサイリスタスイッチ６を流れ
る短絡直流電流の極性が正負いずれかになるためサイリ
スタ素子の逆並列回路として構成されている。７は前記
サイリスタスイッチ６と直列に接続された直流遮断器
（サイリスタスイッチ制御手段）である。２１は系統事
故時に交流励磁形同期機１の２次側に発生する過電圧を
検出する電圧検出器、２２は同様に交流励磁形同期機１
の２次側に発生する過電流を検出する電流検出器であ
る。これら電圧検出器２１および電流検出器２２は各相
毎に設けられている。２３は各相の前記電圧検出器２１
および電流検出器２２の検出出力をもとに２次励磁装置
５や各相のサイリスタスイッチ６のオン／オフを制御す
る制御回路である。

【００１３】次に動作について説明する。交流励磁形同
期機１の１次側で系統事故が発生した場合、交流励磁形
同期機１の２次側には過電圧と過電流が誘起される。こ
の過電圧または過電流は電圧検出器２１および電流検出
器２２により検出されて制御回路２３に取り込まれる。
制御回路２３は、電圧検出器２１および電流検出器２２
で検出された前記過電圧または過電流が２次励磁装置５
の耐量設定値を越えると、２次励磁装置５へ停止信号を
出力して２次励磁装置５を停止する。さらに、事故点の
両端の遮断器を流れる電流の零クロスを確保するため
に、サイリスタスイッチ６の各サイリスタ素子のゲート
へゲート信号を出力してサイリスタスイッチ６を投入
し、サイリスタスイッチ６を用いて交流励磁形同期機１
の２次側を短絡する。

【００１４】そして、前記系統事故が発生した前記１次
側の遮断器を開放し、前記系統事故を除去した後、サイ
リスタスイッチ６をオフするために、サイリスタスイッ
チ６に直列に挿入されている直流遮断器７によりサイリ
スタスイッチ６に流れている電流を遮断する。この直流
遮断器７は、双方向の直流電流を遮断できるのでサイリ
スタスイッチ６を構成するサイリスタ素子のどちらに直
流電流が流れていてもオンしているサイリスタ素子をオ
フできる。このため、図７に示すように時刻Ｔ２で事故
の両端の遮断器を開放し過電流と過電圧でなくなった
後、直流遮断器７を開放しサイリスタスイッチ６のゲー
ト信号をオフにすることでサイリスタスイッチ６をオフ
にすることができ、交流励磁形同期機１の定常運転への
復帰を迅速に開始できる。

【００１５】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、サイリスタスイッチ６と直列に接続した直流遮断器
７によって迅速にサイリスタスイッチ６の通電電流を遮
断することができ、サイリスタスイッチ６をオフするこ
とが可能となる。この結果、系統事故後、素早く２次励
磁装置５を再励磁して交流励磁形同期機１の定常運転へ
の復帰を迅速に行い、系統の安定化を図れる可変速発電
電動機の過電圧抑制装置が得られる効果がある。

【００１６】実施の形態２．図２は、この実施の形態２
の可変速発電電動機の過電圧抑制装置の構成を示す回路
ブロック図である。図２において図１と同一または相当
の部分については同一の符号を付し説明を省略する。図
２において、７ａおよび７ｂは直流遮断器（サイリスタ
スイッチ制御手段）、８ａは直流遮断器７ａに直列接続
された電流バランス用抵抗（電流バランス用回路）、８
ｂは直流遮断器７ｂに直列接続された電流バランス用抵
抗（電流バランス用回路）である。直流遮断器７ａと電
流バランス用抵抗８ａの直列回路および直流遮断器７ｂ
と電流バランス用抵抗８ｂの直列回路は並列に接続さ
れ、サイリスタスイッチ６と相端子との間に構成されて
いる。

【００１７】次に動作について説明する。前記実施の形
態１では１台の直流遮断器７によりサイリスタスイッチ
６の通電電流を遮断する構成であったが、この実施の形
態２では、並列に２台の直流遮断器７ａ，７ｂが設置さ
れており、それぞれの直流遮断器に直列に電流バランス
用抵抗８ａ，８ｂが設けられている。これは２台以上の
接続についても同様である。前記実施の形態１ではサイ
リスタスイッチ６に流れている直流電流値が直流遮断器
７の遮断電流値以上の場合、単体では遮断できなくな
る。そのため直流遮断器７ａ，７ｂをパラレルに使用す
るが、このとき電流バランス用抵抗（リアクトルであっ
てもよい）により各直流遮断器間の電流バランスを図
る。

【００１８】以上のように、この実施の形態２によれ
ば、前記電流バランス用抵抗８ａ，８ｂに接点抵抗を無
視できるような抵抗値を選択することで各遮断器間の電
流バランスを図ることができ、２台もしくはそれ以上の
台数、パラレルに設置された各直流遮断器毎に直流電流
を分担してサイリスタスイッチ６の通電電流を遮断する
ことで、サイリスタスイッチ６に大きな直流電流が流れ
る場合でもサイリスタスイッチ６をオフすることがで
き、交流励磁形同期機１の定常運転への復帰を迅速に開
始でき、系統の安定化を図れる可変速発電電動機の過電
圧抑制装置が得られる効果がある。

【００１９】実施の形態３．図３は、この実施の形態３
の可変速発電電動機の過電圧抑制装置の構成を示す回路
ブロック図である。図３において図１と同一または相当
の部分については同一の符号を付し説明を省略する。図
３において、９は交流遮断器（サイリスタスイッチ制御
手段）、１０はＧＴＯスイッチ（サイリスタスイッチ制
御手段）である。ＧＴＯスイッチ１０はＧＴＯ素子が逆
並列に接続されている。交流遮断器９とＧＴＯスイッチ
１０は並列接続され、サイリスタスイッチ６とニュート
ラルとの間に挿入されている。

【００２０】次に動作について説明する。この実施の形
態３では、まず最初にＧＴＯスイッチ１０にオン指令を
与えながら交流遮断器９を遮断する。この場合、当然に
交流遮断器９を流れている直流電流はＧＴＯスイッチ１
０側に移行する。交流遮断器９が完全にオフした後にＧ
ＴＯスイッチ１０へオフ指令を与えれば、サイリスタス
イッチ６の通電電流を完全に遮断することができる。通
常、ＧＴＯスイッチは通電可能電流がサイリスタスイッ
チ６より格段に小さいためサイリスタスイッチ６として
は使用できない。しかしながら、ＧＴＯスイッチ１０を
このように使用すれば事故時に誘起される交流大電流は
交流遮断器９で通電を行い、事故の発生した系統の両端
の遮断器を開放し過電流と過電圧でなくなった時刻Ｔ２
以降に交流遮断器９をオフして遮断すべき交流電流を遮
断し、遮断すべき直流電流のみＧＴＯスイッチ１０で遮
断することになるので効率が良い。図４は、交流遮断器
９が事故時に誘起される交流電流を受け持つ期間と、Ｇ
ＴＯスイッチ１０が受け持つ直流電流の期間を示す説明
図である。図４において、Ｔ３は交流遮断器９により前
記交流電流を遮断する時刻、Ｔ４は遮断すべき直流電流
をＧＴＯスイッチ１０で遮断する時刻である。

【００２１】また、ＧＴＯスイッチ１０に流れる電流値
をモニタして、その電流値がＧＴＯスイッチ１０で遮断
可能となってから遮断すべき直流電流をＧＴＯスイッチ
１０で遮断するようにすれば、さらに確実に電流容量の
小さいＧＴＯスイッチで対応でき、またコストの削減も
期待できる。

【００２２】以上のように、この実施の形態３によれ
ば、事故時に誘起される交流大電流に対しては交流遮断
器９で通電を行い、事故の発生した系統の両端の遮断器
を開放した後の遮断すべき交流電流は交流遮断器９によ
り遮断し、さらに遮断すべき直流通電電流は電流容量の
小さいＧＴＯスイッチ１０を用いて遮断することができ
るため、経済性なども含め効率よくサイリスタスイッチ
６をオフすることができ、交流励磁形同期機１の定常運
転への復帰を迅速に開始でき、系統の安定化を図れる可
変速発電電動機の過電圧抑制装置が得られる効果があ
る。

【００２３】実施の形態４．図５は、この実施の形態４
の可変速発電電動機の過電圧抑制装置の構成を示す回路
ブロック図である。図５において図１と同一または相当
の部分については同一の符号を付し説明を省略する。図
５において、１１はダイオードなどの整流素子により構
成した三相全波整流回路（整流回路）、１２はサイリス
タスイッチである。

【００２４】次に動作について説明する。交流励磁形同
期機１の１次側で事故が発生した場合、交流励磁形同期
機１の２次側に過電圧と過電流が誘起される。この過電
圧または過電流が２次励磁装置５の耐量設定値を越える
と、制御回路２３は２次励磁装置５を停止し、サイリス
タスイッチ１２をオンする。このときサイリスタスイッ
チ１２は、三相全波整流回路１１を介して接続されてい
るため一方向のみの通電回路となり、前記実施の形態１
から前記実施の形態３のようにサイリスタ素子を双方向
に設置する必要がないため、サイリスタ素子の数を減ら
すことができる。この場合、サイリスタスイッチ１２に
印加される電圧値は変わらず通電電流値は増えることに
なるが、双方向での使用では、通電している素子と逆方
向の素子は利用できていない状態となっているのに対
し、サイリスタスイッチ１２は常に通電状態であり、サ
イリスタスイッチ１２を有効に活用できる。なお、三相
全波整流回路１１の機器が追加になるが、サイリスタよ
りも電流容量の大きな素子が使えることで、コスト、ス
ペースなどの点で前記他の実施の形態に比べて有効であ
る。この場合、サイリスタスイッチ１２と直列に直流遮
断器７を接続することで、サイリスタスイッチ１２に流
れる直流電流を遮断することが可能となる。また、前記
実施の形態２や前記実施の形態３に示した構成を適用す
ることも可能であり、同様な効果を奏する。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、制御
回路によりサイリスタスイッチを導通させ可変速発電電
動機の２次側を短絡後、事故が発生した電力系統を遮断
した後の前記２次側の導通状態にあるサイリスタスイッ
チを強制的に非導通状態にするサイリスタスイッチ制御
手段を備えるように構成したので、前記可変速発電電動
機を停止させることなく２次励磁装置を再励磁可能な状
態にでき、この結果、前記可変速発電電動機の定常運転
への復帰および系統の安定化を速やかに行うことができ
る効果がある。

【００２６】この発明によれば、電流バランス用回路を
それぞれ直列に接続した直流遮断器の並列接続により構
成されているサイリスタスイッチ制御手段を備えるよう
に構成したので、導通状態にあるサイリスタスイッチの
通電電流が大きい場合でも、バランスよく通電電流が振
り分けられた各直流遮断器によりサイリスタスイッチを
強制的に非導通状態にすることができ、前記可変速発電
電動機を停止させることなく２次励磁装置を再励磁可能
な状態にして、前記可変速発電電動機の定常運転への復
帰および系統の安定化を速やかに行うことができる効果
がある。

【００２７】この発明によれば、導通状態にあるサイリ
スタスイッチを流れている整流回路により整流された直
流通電電流を強制的に遮断し零にすることで、前記導通
状態にあるサイリスタスイッチを非導通状態にする、前
記サイリスタスイッチに直列に接続された直流遮断器を
サイリスタスイッチ制御手段として備えるように構成し
たので、サイリスタスイッチには極性が常に一定の直流
通電電流が流れることになって、サイリスタスイッチの
構成が簡略化でき、前記直流遮断器により前記サイリス
タスイッチを強制的に非導通状態にして、可変速発電電
動機を停止させることなく２次励磁装置を再励磁可能な
状態にして、前記可変速発電電動機の定常運転への復帰
および系統の安定化を速やかに行うことができる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１の可変速発電電動機
の過電圧抑制装置の構成を示す回路ブロック図である。

【図２】 この発明の実施の形態２の可変速発電電動機
の過電圧抑制装置の構成を示す回路ブロック図である。

【図３】 この発明の実施の形態３の可変速発電電動機
の過電圧抑制装置の構成を示す回路ブロック図である。

【図４】 この発明の実施の形態３の可変速発電電動機
の過電圧抑制装置の交流遮断器が事故時に誘起される交
流電流を受け持つ期間と、ＧＴＯスイッチが受け持つ直
流電流の期間を示す説明図である。

【図５】 この発明の実施の形態４の可変速発電電動機
の過電圧抑制装置の構成を示す回路ブロック図である。

【図６】 従来の可変速発電電動機の過電圧抑制装置の
構成を示す回路ブロック図である。

【図７】 従来の可変速発電電動機の過電圧抑制装置に
おけるサイリスタスイッチを流れる電流を示す波形図で
ある。

【符号の説明】

１ 交流励磁形同期機（可変速発電電動機）、５ ２次
励磁装置、６，１２サイリスタスイッチ、７，７ａ，７
ｂ 直流遮断器（サイリスタスイッチ制御手段）、８
ａ，８ｂ 電流バランス用抵抗（電流バランス用回
路）、９ 交流遮断器（サイリスタスイッチ制御手
段）、１０ ＧＴＯスイッチ（サイリスタスイッチ制御
手段）、１１ 三相全波整流回路（整流回路）、２３
制御回路。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １次側が電力系統に接続され、２次側が
   ２次励磁装置へ接続され、発電機および電動機として機
   能する可変速発電電動機における前記電力系統での事故
   発生時の前記２次側で発生する過電圧を抑制する可変速
   発電電動機の過電圧抑制装置において、 前記電力系統での事故発生時、前記２次側で過電圧、過
   電流が発生すると、前記２次励磁装置の動作を停止させ
   るとともに、前記可変速発電電動機の２次側を短絡する
   サイリスタスイッチを導通させる制御回路と、 該制御回路により前記サイリスタスイッチを導通させ前
   記２次側を短絡後、前記事故が発生した電力系統を遮断
   した後の前記２次側の導通状態にあるサイリスタスイッ
   チを強制的に非導通状態にするサイリスタスイッチ制御
   手段を備えていることを特徴とする可変速発電電動機の
   過電圧抑制装置。
2. 【請求項２】 サイリスタスイッチ制御手段は、サイリ
   スタスイッチを流れるサイリスタ通電電流を強制的に遮
   断し零にすることで、導通状態にあるサイリスタスイッ
   チを非導通状態にする、前記サイリスタスイッチに直列
   に接続された直流遮断器であることを特徴とする請求項
   １記載の可変速発電電動機の過電圧抑制装置。
3. 【請求項３】 サイリスタスイッチ制御手段は、電流バ
   ランス用回路をそれぞれ直列に接続した直流遮断器の並
   列接続により構成されていることを特徴とする請求項２
   記載の可変速発電電動機の過電圧抑制装置。
4. 【請求項４】 ２次側で発生した過電圧、過電流を整流
   する整流回路を備え、 サイリスタスイッチ制御手段は、導通状態にあるサイリ
   スタスイッチを流れている前記整流回路により整流され
   た直流通電電流を強制的に遮断し零にすることで、前記
   導通状態にあるサイリスタスイッチを非導通状態にす
   る、前記サイリスタスイッチに直列に接続された直流遮
   断器であることを特徴とする請求項１記載の可変速発電
   電動機の過電圧抑制装置。
5. 【請求項５】 サイリスタスイッチ制御手段は、 サイリスタスイッチを流れる交流通電電流を強制的に遮
   断し零にする交流遮断器と、 該交流遮断器に並列接続され、サイリスタスイッチを流
   れる直流通電電流を強制的に遮断し零にするＧＴＯスイ
   ッチとで構成されていることを特徴とする請求項１記載
   の可変速発電電動機の過電圧抑制装置。