JPH11225500A - 可変速発電電動機の制御装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 三相短絡事故等により電源電圧位相の検出が
できなくなると、発電電動機は自己の出力電圧を電源電
圧として検出するので、出力電圧の周波数増大を招き、
種々の問題を発生させる。 【解決手段】 発電電動機５の回転子の位相と電源電圧
位相検出装置７で検出した電源電圧の位相を基にすべり
位相を検出し、該すべり位相を基に発電電動機５を励磁
する制御装置にあって、電源電圧位相検出装置７は、電
源電圧の振幅値が所定以下になったことを検出したと
き、電源位相検出値に代え、内部で作成した電源電圧の
周波数にほぼ等しい周波数を用いた電源電圧位相値を生
成する。これにより、電源の三相短絡中の電源喪失中で
も、所定の周波数の発電電動機出力電圧を出力すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可変速発電電動機
の制御装置及び方法に関し、特に、二次側から可変周波
数の交流を印加して可変速運転する発電電動機の制御装
置及び方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】可変速発電システムは、可変速揚水発電
所のように電力需要の変化に対して系統の周波数を一定
に保つように発電電動機を可変速運転し、出力を調整す
る機能を備えている。発電電動機は、フライホィールを
回転させながら、その余分な電気量（発電量）を回転エ
ネルギーに変換させるものである。その制御技術に関す
るものとして、例えば、特公平７−４６９１３号公報に
示されるものがある。この公報に示される交流回転電機
では、離散的フーリエ変換を応用した方法により電源電
圧の位相を検出し、この電源電圧位相と回転子の位相検
出信号を用いて励磁位相を決定している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の発
電電動機においては、発電電動機が電源から切り離され
た場合や電源線で三相短絡事故が発生した場合、電源電
圧の位相情報が失われ、発電電動機が出力する発電電動
機電圧を検出し、励磁電流の位相を発電電動機の出力位
相に合わせようと制御するため、発電電動機の発生電圧
の周波数が上昇する場合がある。この詳細について以下
に説明する。

【０００４】図９は電源電圧喪失時の発電電動機の動作
を示す説明図であり、具体的には、三相短絡時の電圧ベ
クトルを示している。図中、Ｅ０は発電電動機の誘起電
圧のベクトルであり、発電電動機の制御装置は図中のＶ
０の方向に電圧を出すように制御している。このとき、
発電電動機の固定子側には非常に大きな電流Ｉ１が流
れ、抵抗分による電圧降下ＲＩ１及び発電電動機漏れイ
ンダクタンス分の電圧降下Ｌ１Ｉ１が発生し、発電電動
機の端子電圧はＶＧとなる。残りの電圧降下分ＬＴＩ１
は、発電電動機から三相短絡点までのインピーダンスに
よる電圧降下分であり、電源電圧が喪失すると、図９の
ように閉じたベクトル関係になる。この状態において
は、発電電動機の端子電圧ＶＧは、電圧基準位相Ｖ０に
対し、位相がｄＰだけ進んでいる。電圧位相の検出はＶ
Ｇの位相を検出するため、この時点で電源電圧がｄＰだ
け進んだように検出され、発電電動機の出力電圧をこの
電圧方向Ｖ１に含わせようと制御する。このように、発
電電動機の出力電圧は、常にｄＰだけ進んだ位置に検出
されるため、この電圧位相に追従して発電電動機出力電
圧位相が次第に進むようになり、発電電動機の出力電圧
周波数は増大する。発電電動機が電源電圧から切り離さ
れた場合にも、有効電力が流れれば、同様に誘起電圧に
対して発電電動機の端子電圧の位相がずれるので、この
分だけ周波数が増大もしくは減少する。

【０００５】以上のような発電電動機の出力電圧の周波
数増減により、電源電圧喪失中に発電電動機の出力電圧
と電源電圧位相の差が生じ、電源線で三相短絡事故が発
生した後に事故相を除去し電源電圧が復帰した時に発電
電動機の出力電圧位相と電源電圧位相の間に大きな位相
差が生じる。これにより、発電電動機に通電流が流れ、
電源にショックを与える可能性がある。また、発電電動
機出力電圧の周波数が増大又は減少すると、発電電動機
の回転速度がほぼ一定なため、すべり周波数が増大し、
励磁装置が制御可能な周波数範囲をこえるため、安定な
運転力を継続できない恐れがある。

【０００６】本発明の目的は、三相短絡中の電源喪失時
や発電電動機が交流電源から切り離された場合でも、電
源周波数の過大な上昇を防止することが可能な可変速発
電電動機の制御装置及び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】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、電力系統に遮断装置を介して接続され
た発電電動機と、該発電電動機の回転子の位相を検出す
る回転子位相検出手段と、前記電力系統又は前記発電電
動機の電源電圧の位相を検出する電源電圧位相検出手段
と、該電源電圧位相検出手段による電源電圧位相値と前
記回転子位相検出手段による位相値を基にすべり位相を
検出するすべり位相検出手段と、該すべり位相検出手段
の出力を基に前記発電電動機を励磁するための可変周波
数の交流を出力する励磁制御手段とを備えた可変速発電
電動機の制御装置において、前記電源電圧位相検出手段
は、前記電源電圧の周波数にほぼ等しい周波数を発生す
る信号発生手段と、前記電源電圧の振幅又は電源周波数
を検出し、前記電源電圧の振幅値が所定以下になり又は
前記電源周波数が所定範囲を越えたことをもって前記信
号発生手段で発生させた周波数信号を基に電源電圧位相
値を生成する制御手段とを備えた可変速発電電動機の制
御装置を提供する。

【０００８】更に本発明は、電力系統に遮断装置を介し
て接続された発電電動機の回転子の位相を検出するステ
ップと、前記電力系統又は前記発電電動機の電源電圧の
位相を検出するステップと、該電源電圧検出位相による
電源電圧位相値と前記回転子検出位相による位相値を基
にすべり位相を検出するステップと、該すべり検出位相
を基に前記発電電動機を励磁するための可変周波数の交
流を出力するステップとを備えた可変速発電電動機の制
御方法において、前記電源電圧位相検出するステップ
は、前記電源電圧の周波数にほぼ等しい周波数を発生す
るステップと、前記電源電圧の振幅又は電源周波数を検
出し、前記電源電圧の振幅値が所定以下になり又は前記
電源周波数が所定範囲を越えたことをもって前記信号発
生手段で発生させた周波数信号を基に電源電圧位相値を
生成する制御ステップとを備えることを特徴とする可変
速発電電動機の制御方法を開示する。

【０００９】この構成によれば、三相短絡事故等が発生
した場合、これに伴って生じる電源電圧の低下や電源周
波数の変動が検出され、この検出に応じて電源電圧位相
検出手段の検出結果によらず、所定の周波数で発電電動
機が制御されるので、系統から発電電動機が切り離され
た場合でも、発電電動機の出力電圧の周波数増大を防止
することができる。そして、電源の三相短絡事故中や発
電電動機が電源から切り離されたような電源電圧喪失時
にも一定の周波数の出力電圧が出力されるため、電源電
圧喪失中の発電電動機出力電圧位相と電源電圧位相のず
れを極力抑えるように運転され、電源電圧が復帰した際
には、制御をスムーズに継続できるようになる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態におけ
る発電電動機を用いたシステムを示す。電力系統１（そ
の電源電圧はＶＬ）には発電電動機５を電力系続１から
切り離すための遮断装置（Ｓ）２が接続され、この遮断
装置２には主変圧器（Ｍｔｒ）３が接続されている。主
変圧器３には、変圧器４、発電電動機５の一次側及び励
磁用変圧器（Ｅｔｒ）６が並列接続されている。変圧器
４には電源電圧位相検出装置７が接続され、発電電動機
５には発電電動機回転子位相検出装置８が接続されてい
る。発電電動機回転子位相検出装置８及び電源電圧位相
検出装置７にはすべり位相検出装置９が接続されてい
る。発電電動機回転子位相検出装置８には、発電電動機
５の回転子の位相を検出した信号が入力される。励磁用
変圧器６には、発電電動機５の二次側を励磁するための
励磁装置１０が接続されている。すべり位相検出装置９
には励磁制御装置１１が接続され、この励磁制御装置１
１には励磁装置１０の出力電流を検出する変流器１２の
出力が印加され、２つの入力を基に励磁装置１０を制御
する。

【００１１】電源電圧位相検出装置７は電力系統１の電
源電圧ＶＬの位相を検出し、電源電圧位相信号ＶＣＯＳ
と、これに９０度位相のずれた信号ＶＳＩＮを作成す
る。また、電源電圧位相検出装置７は電源電圧ＶＬの低
下を検出する機能を有しており、電源電圧ＶＬの低下を
検出した場合、ＶＣＯＳ及びＶＳＩＮの周波数を低下前
の電源電圧周波数に固定する。発電電動機回転子位相検
出装置８は発電電動機５の回転子位相信号ＲＣＯＳとＲ
ＳＩＮを検出する。発電電動機回転子位相検出装置８に
は、発電電動機５の回転位置に応じて９０度の位相差を
持つ二相の正弦波信号を出力するレゾルバ装置等を用い
ることができる。

【００１２】すべり位相検出装置９は電源電圧ＶＬの位
相信号と発電電動機５の回転子の位相信号を用いて、す
べり位相信号ＳＣＯＳとＳＳＩＮを出力する。すべり位
相の検出は、（数１）に示す三角関数の定理を用いた位
相演算により得ることができる。

【数１】 （数１）において、ＴＶは発電電動機電圧位相、ＴＲは
発電電動機回転位相、ＴＳは励磁装置１０の励磁位相で
ある。

【００１３】励磁装置１０は、可変周波数の交流を発生
して発電電動機５の回転子巻線を交流励磁する。励磁装
置１０は交流を一旦直流に変換し、この直流を更に所望
の周波数の交流に変換する間接交流変換器、即ち、順変
換器及び逆変換器から構成される変換器を用いてもよい
し、直流を介さずに直接所望の周波数の交流に変換する
直接交流変換器、いわゆるサイクロコンバータを用いて
もよい。励磁制御装置１１は回転子電流Ｉｒを三相二相
変換し、すべり位相信号ＳＣＯＳ及びＳＳＩＮを用いて
回転座標変換し、直交する二軸の直流成分に分解し、発
電電動機５の電圧を決定するｄ軸の電流成分と、発電電
動機５の有効電力を決定するｑ軸の電流成分の各々を制
御し、すべり位相に対し所望の位相を持つ励磁電流Ｉｒ
になるように励磁装置１０を制御する。

【００１４】図１において、電力系統１に三相短絡が発
生した場合（電力系統１の３線地絡で、遮断装置２は閉
じた状態にある）、電源電圧位相検出装置７は発電電動
機５の出力電圧の位相を検出することになるが、電源電
圧位相検出装置７が電源電圧の低下を検出し、ＶＣＯＳ
及びＶＳＩＮの周波数を三相短絡発生前の電力系統１の
周波数に固定することにより、電力系統１の電源電圧Ｖ
Ｌが低下する直前の電圧位相で継続して電源電圧位相信
号ＶＣＯＳ及びＶＳｌＮを出力するので、すべり位相検
出装置９はこの信号と回転子位相信号ＲＣＯＳ及びＲＳ
ＩＮを用いてすべり位相信号ＳＣＯＳ及びＳＳＩＮを出
力する。この結果、発電電動機５の出力電圧の周波数は
ＶＣＯＳと同一周波数に固定される。

【００１５】上記の構成では、電源電圧位相、回転子位
相及びすべり位相の検出として二相の回転信号を用いた
が、これらの信号に対応する正弦波の位相、即ち電源電
圧位相ＴＶ、回転子位相ＴＲ及びすべり位相ＴＳを用い
ても良い。この場合は（数２）に示す関係から電源電圧
位相ＴＶ、回転子位相ＴＲが得られるので、ＴＳ＝ＴＲ
−ＴＶとしてすべり位相を決定できる。但し、この場合
は、得られる二相の信号の符号関係を用いて−πからπ
の範囲で位相を求める。

【数２】

【００１６】図２は図１に示した電源電圧位相検出装置
７の詳細構成を示す。電源電圧位相検出装置７は、三相
二相変換器２１、発信器２２、記憶要素２３_-1〜２
３_-4、電圧振幅検出器２４、位相加算器２５、乗算器２
６_-1〜２６_-4、電圧低下検出器２７を備えて構成され
る。記憶要素２３_-1〜２３_-4の夫々は同一構成であり、
ここでは１個のみについて説明する。記憶要素２３
_-1は、スイッチ（ＳＷ１）２９、記憶要素Ｄ１〜Ｄｎ、
減算器３１、及び積分器３２を備えて構成されている。
スイッチ２９は、電圧低下検出器２７から出力される電
圧低下検出信号２８、乗算器２６の出力又は記憶要素Ｄ
ｎの出力の何れかを選択して記憶要素Ｄ１へ印加する。
減算器３１は記憶要素Ｄ１の出力と記憶要素Ｄｎの出力
を加算して積分器３２へ出力する。以上の構成におい
て、電力系統１は３線が地絡状態で、遮断装置２は接続
状態にある。三相二相変換器２１は、検出した三相の電
圧信号Ｖｕ、Ｖｖ及びＶｗを基に、直交する二軸の成分
であるＶａ及びＶｂを（数３）により検出する。

【数３】

【００１７】発信器２２は電源電圧周波数の近傍の周波
数の正弦波信号を発生するものであり、具体的には、電
源電圧周波数の直交する二軸成分であるＣＯＳ信号及び
ＳＩＮ信号を発生する。即ち、電源の周波数に対応した
一定の割合で増加する発信器の位相Ｔ０に対し、ＣＯＳ
＝ｃｏｓ（Ｔ０）、ＳＩＮ＝ｓｉｎ（Ｔ０）なる信号を
生成する。乗算器２６は三相二相変換器により検出され
るＶａ及びＶｂ成分と発信器２２で生成される二相のＣ
ＯＳ信号とＳＩＮ信号を乗算し、これを記憶要素２３に
入力する。

【００１８】記憶要素Ｄ１〜Ｄｎは、電源一周期分の検
出データを順次記憶するものであり、新しいデータが記
憶要素Ｄ１に入力されると、一つづつデータをずらし、
最も古いＤｎのデータを捨てることにより、常に最新の
一周期分のデータを蓄積する。減算器３１には記憶要素
Ｄ１のデータと記憶要素Ｄｎのデータが入力され、その
差分が積分器３２に入力される。積分器３２には常に電
源周期の一周期分の積分値が蓄積されている。このよう
にして４つの記憶要素２３から得られる４つの成分Ｖａ
Ｒ、ＶａＭ、ＶｂＲ、ＶｂＭは、（数４）で表される。

【数４】 （数４）は二相の電圧検出信号Ｖａ及びＶｂのフーリエ
係数の内、Ｔ０の周期と同一の周期を持つ成分、即ち電
源電圧の周波数の成分を求めるものである。

【００１９】位相加算器２５では、ＶａＲ、ＶａＭ、Ｖ
ｂＲ、ＶｂＭの値を用いて（数５）に示す演算を行い、
ＶＲ及びＶＭを求める。得られたＶＲ及びＶＭは発信器
２２の位相Ｔ０と電源電圧の位相ＴＶの位相差ｄＴの位
相を表す成分であり、（数６）の関係を満たしている。

【数５】

【数６】 検出する電源電圧の周波数と発信器２２の周波数が一致
していれば、ＶＲ及びＶＭは、発信器２２の位相と電源
電圧の位相差に対応する直流量となる。各々の周波数に
若干の差があった場合には、非常に緩やかな正弦波とな
るが、電源電圧周期程度の時間スケールでは、ほぼ直流
と見なすことができる。更に、位相加算器２５では（数
７）に示す演算を行い、電源電圧位相信号ＶＣＯＳ及び
ＶＳＩＮを作成する。

【数７】

【００２０】以上説明したように、フーリエ変換の理論
に従った電源電圧位相の検出を行うことにより、電源電
圧の直流成分や逆相成分や高調波成分の影響を受けない
電源電圧の基本波成分のみを検出することができ、この
電圧位相信号ＶＣＯＳ及びＶＳＩＮを用いてすべり位相
を決定することにより安定した制御が実現できる。電圧
振幅検出器２４は、二相三相変換器２１から与えられた
Ｖａ及びＶｂを用いて、（数８）又は（数９）の演算結
果から電源電圧の振幅を検出する。

【数８】

【数９】

【００２１】電圧低下検出器２７は、前記の電圧振幅検
出値が所定のレベルより低い場合には、電圧低下検出信
号２８を出力する。記憶要素２３では、電圧低下検出信
号２８が有る場合、スイッチ２９を切り換え、新しい検
出データの代わりに最も古い記憶要素Ｄｎのデータを記
憶要素Ｄ１に記憶させる。これにより、電源電圧検出信
号は電源電圧ＶＬが所定のレベル以下の場合に電源電圧
位相を追従しなくなり、発信器２２と一定の位相差ｄＴ
を持つ一定周波数の発振に切り替わる。このときの位相
差ｄＴは、切り替わる直前に検出した位相差であり、ほ
ぼ電源位相に一致した位相を持っていることになる。

【００２２】電源電圧ＶＬが回復して電圧振幅検出器２
４の電圧振幅検出値が所定のレベルより高くなると、電
圧低下検出器２７は電圧低下検出信号２８を出力しなく
なり、記憶要素２３のデータが更新され、順次新しい検
出データに置き換わっていくことにより、再び電源電圧
位相を追従し始める。このときの位相検出信号は記憶要
素２３及び積分器３２の効果により位相は急変せず、連
続に変化していき、電源電圧の一周期後に正しい値を出
力する。このような処理により、電源電圧が復帰した場
合、順次電圧位相を調節して発電電動機の位相を電源電
圧位相に合わせた調節が可能になる。次に、図面を参照
して以上説明した電源電圧位相検出装置７の動作につい
て説明する。

【００２３】図３は電源電圧が通常の状態の動作を示す
波形図であり、図４は一時的に電源電圧が喪失した場合
の動作を示す波形図である。図３において、（ａ）は三
相の電源電圧検出値Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを示し、これを三
相二相変換した結果が（ｂ）のＶａ及びＶｂである。Ｖ
ａは電源電圧の基準としている電圧であるＶｕと同一の
位相になっている。（ｃ）は発信器２２の出力ＣＯＳ及
びＳＩＮであり、これはＶａ及びＶｂと位相が異なって
いる。（ｄ）は電源電圧位相検出装置７の出力で、発信
器２２の出力ＣＯＳ及びＳＩＮにＣＯＳとＶａの間の位
相差成分ｄＴを加えることにより得られるＶａ及びＶｂ
と同一位相の成分である。

【００２４】図４は図３と同一の信号列を示している。
図４の（ａ）は、時間Ｔ１からＴ２の間で電源電圧検出
値Ｖｕ，Ｖｖ及びＶｗが零になった場合を示している。
この場合、（ｂ）のように、三相二相変換結果Ｖａ及び
Ｖｂも零となるが、発信器２２の出力ＣＯＳ及びＳＩＮ
は継続して発振している。（ｃ）のように、Ｖａ及びＶ
ｂが零の間は、位相差成分ｄＴを一定として電源電圧位
相検出信号ＶＣＯＳ及びＶＳＩＮを出力しており、一定
の周波数の電源電圧位相検出信号が得られている。電源
電圧検出値Ｖｕ，Ｖｖ及びＶｗが復帰したＴ２のタイミ
ングでも、位相が変化せず、（ｄ）のように連続した電
源電圧位相検出信号が得られる。このように、本実施の
形態では、電源電圧喪失時には、ほぼ電源電圧ＶＬと同
一の周波数で一定に発振しているので、電源電圧喪失時
と電源電圧復帰時の発電電動機５の出力電圧と電源電圧
ＶＬの位相差をほぼ発信器２２の周波数誤差程度に押さ
えることができ、電源電圧復帰時には速やかに正しい位
相検出値を出力することができる。

【００２５】次に、電源電圧位相検出装置７の他の構成
例について説明する。図５は図１における電源電圧位相
検出装置７の第２の構成例を示している。図５において
は、図２に示したと同一又は同一機能を有する部材に同
一引用数字を用いている。したがって、重複する説明は
省略する。図５において、電源電圧位相検出装置２００
は、図１と同一の三相二相変換器２１、発信器２２、電
圧振幅検出器２４及び電圧低下検出器２７を備えるほ
か、三相二相変換器２１に接続された規格化器３３、こ
の規格化器３３に接続された回転座標変換器３４、電圧
低下検出器２７の制御により回転座標変換器３４の出力
を選択するスイッチ（ＳＷ２）３５、このスイッチ３５
に接続された位相推定器３６、この位相推定器３６に接
続されてＶＣＯＳ及びＶＳＩＮを出力する位相加算器３
７を備えて構成されている。

【００２６】規格化器３３は電圧振幅検出器２４の出力
を用い、直交した成分であるＶａ及びＶｂの二軸成分を
規格化する。回転座標変換器３４は、積分器３２で規格
化した電圧検出値を（数１０）に示す演算式により、直
交する二軸成分であるＶＣＯＳとＶＳＩＮの回転座標に
変換する。ここで、ＶＣＯＳ＝ｃｏｓ（Ｔｏ）、ＶＳＩ
Ｎ＝ＳＩＮ（Ｔｏ）であり、Ｔｏは、その時点で推定さ
れている電源電圧位相である。このようにして得られた
ｄＣＯＳ及びｄＳＩＮは、（数１０）に示すように、Ｖ
ａ及びＶｂで表される電源電圧位相とＶＣＯＳ及びＶＳ
ＩＮで表される検出位相の間の位相差ｄＴを表す成分に
なる。

【数１０】 位相推定器３６は得られた位相差成分ｄＣＯＳが１、ｄ
ＳＩＮが０となるように内蔵の積分要素を用いて出力を
調整しＥＣＯＳ及びＥＳＩＮの各信号を出力する。

【００２７】図６は位相推定器３６の詳細構成を示すブ
ロック図である。ＤＣＯＳ信号を入力とする符号検出器
３８、この符号検出器３８の出力にＤＳＩＮを乗じる乗
算器３９、この乗算器３９の出力に対して比例積分を行
ってＥＳＩＮを出力する比例積分制御器４０、「１」か
ら比例積分制御器４０の出力値を減算する減算器４１、
この減算器４１の出力に対して平方根演算を行ってＥＣ
ＯＳを出力する平方根演算器４２の各々を備えて構成さ
れている。符号検出器３８は、入力されたＤＣＯＳが正
の時に−１を出力し、ＤＣＯＳが負の時に＋１を出力す
る。符号検出器３６の出力とＤＳＩＮを乗算器３９で乗
算し、これを比例積分制御器４０に入力する。これによ
り、ＤＳＩＮ＝０になるようなＥＳＩＮを得ることがで
きる。また、ＥＣＯＳは（数１１）により得ることがで
きるので、減算器４１により「１」からＥＳＩＮを減
じ、この結果に対して平方根演算器４２で平方根をと
り、（数１１）のＥＣＯＳを得る。

【数１１】

【００２８】位相推定器３６に比例積分制御器４０を設
けたので、積分要素を含ませることができ、入力、即ち
ＤＳＩＮ＝０の時にも一定の出力を保つことができる。
位相加算器３７は、位相加算器２５と同様のアルゴリズ
ムで発信器２２の出力ＣＯＳ及びＳＩＮで得られる位相
成分に、位相推定器３６で推定された位相成分ＥＣＯＳ
及びＥＳＩＮを加算して電源電圧位相ＶＣＯＳ及びＶＳ
ＩＮを出力する。電圧低下検出器２９は電圧振幅検出器
２４の出力が所定のレベル以下になった場合に電圧低下
検出信号２８を出力する。この場合、スイッチ（ＳＷ
２）３５は入力を切り換え、位相推定器３６にｄＳＩＮ
及びｄＣＯＳの代わりに「０」を入力する。これによ
り、位相推定器３６では積分要素の入力が零になるた
め、出力が一定になり、ＶＣＯＳ及びＶＳＩＮは発信器
２２の出力ＣＯＳ及びＳＩＮに対して一定の位相差を持
った信号になる。このように、電源電圧位相と発信器２
２の出力との位相差を積分要素を持つ比例積分制御器４
０に保持し、電源電圧の低下（又は、電源周波数の過大
な変動や遮断装置に動作信号が発生した場合）を条件に
して入力信号を「０」に設定するようにしたことによ
り、電源電圧が復帰したとき、順次電圧位相を調節して
発電電動機５の位相を電源電圧位相に合わせて調節する
ことができる。以上のように、内部の発振位相に対して
位相差成分を積分要素により推定する構成の電源電圧位
相検出装置２００を用いた場合、電源電圧の振幅低下を
検出した場合に積分要素への入力を零にすることによ
り、先に示したのと同様の効果が得られる。

【００２９】図７は本発明に係る電源電圧位相検出装置
の第３の構成例を示すブロック図である。図７において
は、図２に示したと同一部材又は同一機能を有する部材
には同一符号を用いている。したがって、重複する説明
は省略する。本実施の形態における電源電圧位相検出装
置２０１と図２の電源電圧位相検出装置２００との構成
の相違は、電圧振幅検出器２４に代えて周波数検出器４
３を用い、電圧低下検出器２７に代えて周波数変動検出
器４４を用いたところにある。周波数検出器４３は、例
えば、（数１２）に示すアルゴリズムで位相の時間微分
を求めて角速度を求める構成にすることができる。或い
は、Ｖａが正から負に変化したときから、Ｖａが負から
正に変化した時間間隔Ｔｘを求め、このＴｘに基づいて
（数１３）を用いて周波数を求める構成にしても良い。

【数１２】

【数１３】 また、周波数変動検出器４４は、検出した周波数が特定
の範囲を越えた場合に周波数変動検出信号４５を出力
し、スイッチ（ＳＷ１）２９により図２と同様に記憶要
素２３_-1〜２３_-4への入力を制御する。

【００３０】図７の構成の電源電圧位相検出装置２０１
においては、遮断装置２が開状態にあり、周波数が増加
しようとすると、発信器２２の発信周波数に切り替わる
ので、発電電動機５の周波数増大を抑制するように動作
する。本実施例のように周波数検出値を用いて位相検出
器の動作を制御すれば、発電電動機５が電源電圧から開
列した場合などの電圧低下を伴わない発電電動機出力周
波数の増大を抑制することができる。次に、電源電圧位
相検出装置の第４の構成例について説明する。図８にお
いては、図２と同一であるものには同一引用数字を用い
たので、ここでは重複する説明を省略する。

【００３１】図８の構成においては、図２の電圧振幅検
出器２４に代え、外部信号入力器４６を用いており、こ
こに発電電動機５と電力系統１との間にある遮断器２の
動作信号や、他の検出装置（例えば、電源側に設けられ
た短絡事故相遮断用の遮断器）からの事故検出信号等を
事故検出信号Ｃｔとして入力する。Ｃｔが入力されると
合外部信号入力器４６は位相保持信号４７を出力する。
上記各実施の形態と同様に、位相保持信号４７によりス
イッチ２９が乗算器２６_-1〜２６_-4側に切り替えられ、
記憶要素２３_-1〜２３_-4に入力される。以上のように構
成した電源電圧位相検出装置２０２によれば、発電電動
機５が遮断器２により切り離される場合等において、確
実に、しかも検出遅れを伴わずに位相検出動作を切り換
えることができ、発電電動機５の周波数上昇を抑制する
ことができる。

【００３２】

【発明の効果】以上より明らかな如く、本発明によれ
ば、発電電動機の回転子の位相と、電源電圧位相検出手
段で検出した電源電圧の位相を基にすべり位相を検出
し、このすべり位相を基に発電電動機を励磁する制御装
置にあって、前記電源電圧位相検出手段を、前記電源電
圧の周波数にほぼ等しい周波数を発生する信号発生手段
と、前記電源電圧の振幅又は電源周波数を検出し、前記
電源電圧の振幅値が所定以下になり又は前記電源周波数
が所定範囲を越えたことをもって前記信号発生手段で発
生させた周波数信号を基に電源電圧位相値を生成する制
御手段を設けたので、電源の三相短絡中の電源喪失時に
も一定の周波数で電圧を発生させることができる。ま
た、発電電動機が電源から切り離された場合でも所定の
周波数の出力電圧を出力することができるので、周波数
の過大な上昇を防止することができる。更に、過去１周
期分の検出値の積算値を記憶する手段を設け、或いは、
電源電圧位相と信号発生手段の位相差を記憶する積分要
素を設けることにより、電源電圧が復帰した場合には順
次電圧位相を調節して発電電動機の位相を電源電圧位相
に合わせた調節が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による可変速発電電動機の制御装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】本発明に係る電源電圧位相検出装置の第１の構
成例を示すブロック図である。

【図３】電源電圧が通常の状態の動作を示す波形図であ
る。

【図４】一時的に電源電圧が喪失した場合の動作を示す
波形図である。

【図５】本発明に係る電源電圧位相検出装置の第２の構
成例を示すブロック図である。

【図６】図５の位相推定器の詳細を示すブロック図であ
る。

【図７】本発明に係る電源電圧位相検出装置の第３の構
成例を示すブロック図である。

【図８】本発明に係る電源電圧位相検出装置の第４の構
成例を示すブロック図である。

【図９】電源電圧喪失時の発電電動機の動作を示す説明
図である。

【符号の説明】

１ 電力系統 ２ 遮断装置 ５ 発電電動機 ７，２００，２０１，２０２ 電源電圧位相検出装置 ８ 発電電動機回転子位相検出装置 ９ すべり位相検出装置 １０ 励磁装置 １１ 励磁制御装置 ２１ 三相二相変換器 ２２ 発信器 ２３_-1〜２３_-4 記憶要素 ２４ 電圧振幅検出器 ２５，３７ 位相加算器 ２６_-1〜２６_-4，３９ 乗算器 ２７ 電圧低下検出器 ３２ 積分器 ３３ 規格化器 ３４ 回転座標変換器 ３６ 位相推定器 ３８ 符号検出器 ４０ 比例積分制御器 ４３ 周波数検出器 ４４ 周波数変動検出器 ４６ 外部信号入力器 ＶＣＯＳ，ＶＳＩＮ 電源電圧位相信号 ＲＣＯＳ，ＲＳＩＮ 回転位相信号 ＳＣＯＳ，ＳＳＩＮ すべり位相信号

フロントページの続き (72)発明者 久保田 譲 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 本部 光幸 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 樋口 幹祐 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 遠藤 政市 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 加藤 有一 大阪府大阪市北区中之島三丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 西尾 徹 大阪府大阪市北区中之島三丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 両満 明 大阪府大阪市北区中之島三丁目３番22号 関西電力株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力系統に遮断装置を介して接続された
   発電電動機と、該発電電動機の回転子の位相を検出する
   回転子位相検出手段と、前記電力系統又は前記発電電動
   機の電源電圧の位相を検出する電源電圧位相検出手段
   と、該電源電圧位相検出手段による電源電圧位相値と前
   記回転子位相検出手段による位相値を基にすべり位相を
   検出するすべり位相検出手段と、該すべり位相検出手段
   の出力を基に前記発電電動機を励磁するための可変周波
   数の交流を出力する励磁制御手段とを備えた可変速発電
   電動機の制御装置において、前記電源電圧位相検出手段
   は、前記電源電圧の周波数にほぼ等しい周波数を発生す
   る信号発生手段と、前記電源電圧の振幅又は電源周波数
   を検出し、前記電源電圧の振幅値が所定以下になり又は
   前記電源周波数が所定範囲を越えたことをもって前記信
   号発生手段で発生させた周波数信号を基に電源電圧位相
   値を生成する制御手段とを備えることを特徴とする可変
   速発電電動機の制御装置。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記信号発生手段によ
   る周波数信号及び前記電源電圧の位相差を記憶する記憶
   手段と、前記電源電圧の振幅を検出する電圧振幅検出手
   段と、該電圧振幅検出手段の検出値が所定値以下のとき
   に前記記憶手段の出力値を固定する制御手段とを備える
   ことを特徴とする請求項１記載の可変速発電電動機の制
   御装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、前記電源電圧の振幅検
   出値に代えて前記遮断装置又は短絡事故相遮断用の遮断
   装置の動作信号を基に前記記憶手段の出力値を固定する
   ことを特徴とする請求項２記載の可変速発電電動機の制
   御装置。
4. 【請求項４】 前記電源電圧位相検出手段は、電源電圧
   の過去一周期分の検出値の積算値を記憶する積分手段を
   備えることを特徴とする請求項１記載の可変速発電電動
   機の制御装置。
5. 【請求項５】 前記電源電圧位相検出手段は、通常時に
   は前記電源電圧位相と前記正弦波信号発生手段の位相差
   を記憶する積分要素と、前記電源電圧が低下し、前記電
   源周波数が過大な変動をし、又は遮断装置に動作信号が
   発生したときに前記積分要素への入力信号を０に設定す
   る切替手段を備えることを特徴とする請求項１記載の可
   変速発電電動機の制御装置。
6. 【請求項６】 前記電源電圧位相検出手段は、その位相
   差検出動作を再開する電源電圧又は電源周波数の検出レ
   ベルが、位相差検出値を一定に保つ電源電圧又は電源周
   波数の検出レベルに対して高く設定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制御装置。
7. 【請求項７】 電力系統に遮断装置を介して接続された
   発電電動機の回転子の位相を検出するステップと、前記
   電力系統又は前記発電電動機の電源電圧の位相を検出す
   るステップと、該電源電圧検出位相による電源電圧位相
   値と前記回転子検出位相による位相値を基にすべり位相
   を検出するステップと、該すべり検出位相を基に前記発
   電電動機を励磁するための可変周波数の交流を出力する
   ステップとを備えた可変速発電電動機の制御方法におい
   て、前記電源電圧位相検出するステップは、前記電源電
   圧の周波数にほぼ等しい周波数を発生するステップと、
   前記電源電圧の振幅又は電源周波数を検出し、前記電源
   電圧の振幅値が所定以下になり又は前記電源周波数が所
   定範囲を越えたことをもって前記信号発生手段で発生さ
   せた周波数信号を基に電源電圧位相値を生成する制御ス
   テップとを備えることを特徴とする可変速発電電動機の
   制御方法。