JPS63217921A - 可変速発電電動装置の過電圧抑制装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は発電電動機の２次巻線を電力変換器を用いて２
次励磁する可変速発電電動装置に係り、特に系統事故時
等に発生する２次過電圧を抑制し安定な運転を継続する
に好適な可変速発電電動装置の過電圧抑制装置に関する
。

〔従来の技術〕

従来のサイリスタを用いた電力変換器の過電圧保護装置
は、特開昭５８−１２５３０号公報に記載されているよ
うに、電力変換器のサイリスタ素子にかかる過電圧を検
出して保護用サイリスタを点弧するように植成されてお
り、サイリスタ素子の保護を目的としているのでシステ
ム全体の運転継続まで配慮されていなかった。

また、サイリスタセルビウス装置の保護装置としては、
特開昭５６−１６６７９６号に記載のように、同期速度
以下の電動機運転時の過電圧発生に対して。

サイリスタスイッチを点弧することによりサイリスタ素
子の保護を行うとともに、サイリスタスイッチを多重化
することでサイリスタスイッチ点弧時に発生するトルク
リプルを小さくしようとするものである。しかしながら
１発電電動機の２次巻線を励磁して同期速度以上の運転
範囲を持つような可変速発電電動機の運転については配
慮されていなかった。

〔発明が解決しようとする間層点〕

上記従来技術は、電力変換器のサイリスタ素子の保護、
または、同期速度以下の電動機運転に関するものであり
、可変連発ｆｆ１ｆｆｉ動装置における系統事故時など
に発生する発電電動機の２次回路の過電圧については、
３相同時に発生するのではなく、その発生機構より３相
個別に発生する。その時、ある相で過電圧が発生したと
同時に３相ともサイリスタスイッチを点弧すると、過電
圧の発生していない相は、電力変換器の出力端短絡と同
様の現像となって過電流となり、サイリスタ素子を破壊
するという問題があった。また、同期速度以下の発電運
転時に２次回路を短絡すると電動機運転になり、同期速
度以上の電動機運転時には発電運転へとトルク変動が大
きくなる。可変速発電電動装置を大容量の揚水発電所に
適用した場合、系統事故に対し電力系統の再閉路に対応
できることが重要となるが、前述のように従来技術では
発生する過電圧を抑制しながら安定な運転を継続できな
いという問題があった。

本発明の目的は、系統事故時等に発生する発電電動機の
２次過電圧を抑制して電力変換器のサイリスタ素子を破
損を防止すると共に、系統事故が復帰し再開路に至る定
常運転まで安定に移行できる可変発電ｆｆｉ動装置の過
電圧抑制装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決し上記目的を達成した本発明は、ＷＸ
電力系統接続された可変連発Ｗ１電動機と。

該可変進発ｆＩ！電動機の２次巻線を交流励磁する電力
変換器とを備え、可変速発電及び可変速電動運転を行う
可変速発電電動装置において、前記可変連発１′！！電
動機の２次巻線間に、半導体スイッチ及び限流抵抗を直
列接続してなる回路を接続すると共に、過電圧を検出す
る電圧検出手段を接続し。

かつ前記電力変換器の通流電流と前記半導体スイッチの
通流電流を検出する電流検出手段を設け。

前記電圧検出手段及び電流検出手段からの検出信号を取
り込んで、これら信号に基づいて前記半導体スイッチの
点弧信号及び電力変換器のゲートブロック信号を出力す
る制御手段を設けてなることを特徴とするものである。

〔作用〕

可変速発電電動装置において、特に、大容量の設備に適
用する場合には発１？！電動機の２次巻線を励磁する電
力変換器も大容量の設備が必要となる。

電力変換器にサイクロコンバータを使用する場合は非循
環電流方式サイクロコンバータがサイリスタ容量や他の
設備容量を低減でき好適である。非１１１！１１；ｌ電
流方式サイクロコンバータを可変速発電電動装置に使用
した場合、系統事故等の理由により発電電動の１次電圧
が変動すると、１次側の直流過渡成分が２次側の回転子
にすベリ周波数成分に回転周波数成分を重畳した２次電
流が流れる。この２次電流が現在導通中のコンバータ群
と逆極性に交番した時、逆極性のコンバータが導通して
いないので２次回路は開放状態となり２次巻線に誘起さ
れる誘起電圧がサイクロコンバータのサイリスタ素子に
印加され、その誘起電圧が素子耐圧以上の過電圧となれ
ばサイリスタ素子破損に至る。

以上のように、２次回路の過電圧はサイクロコンバータ
の開放によって発生するものであり、半導体スイッチを
用いて２次回路を短絡すれば、過電圧は発生しない０発
電電動機の２次巻線はすベリ周波数で３相交流励磁して
いるので、前述の過電圧は全相同時に発生するのではな
く位相差を有する。　半１体スイッチ点弧と同時にサイ
クロコンバータはゲートブロックするが、過電圧発生相
はすでにサイクロコンバータ通流電流が零なのでゲート
ブロックできるが、過電圧発生相以外の相は、電流が導
通条件にあり、その状態で半導体スイッチを点弧すると
サイクロコンバータの出力短絡故障と同じになり過電流
となる。そこで、サイクロコンバータの通流電流零検出
と過電圧信号の論理積により、半導体スイッチを点弧す
ることにより過電流を防止する１次に、半導体スイッチ
の消弧時は点弧時と同様に３相間で位相差があるので、
半導体スイッチを０ＦＦＬ、でも電流が零になるまで、
半導体スイッチに電流が流れ続けるので、その時サイク
ロコンバータのゲートブロックを解除すると出力端短絡
と同様になり過電流となるだけでなく、サイクロコンバ
ータから半導体スイッチに電流を流し込み発電電動機の
定常運転への復帰が遅れることになる。そこで、半導体
スイッチのＯＦＦ時には、半導体スイッチ、ｔ１！流零
検出とＯＦＦ指令によりゲートブロック解除をする。こ
のようにしたことにより、過電圧を抑制できるだけでな
く、速やかに定常運転に復帰できるようになる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第５図は可変速５１！電装置の主回路構成を示すブロッ
ク図である。

第５図において、１は電力系統、２は主変圧器。

３は可変速発電電動機、４は電力変換器、５は変圧器、
６は電圧検出器、７は限流抵抗、８はサイリスタスイッ
チ、９はスリップリング、１０は過電圧抑制装置、１１
は電流変成器、１２は直流電流検出器、５２は交流遮断
器、５２Ｃは遮断器である。

可変速発電電動機３は、交流遮断器５２を通り主変圧器
２を介して電力系統１に接続されている。

前記発電電動機３の２次巻線には電力変換器４としての
サイクロコンバータがスリップリング９を介して接続さ
れており、前記発電電動機３の２次巻線をすべり周波数
で３相交流励磁する電力変換器（サイクロコンバータ）
４は、変圧器５、遮断１１５２Ｇを介して主変圧器２の
１次側に接続されている。該可変速発電電動機３の２次
巻線は中性点Ｎを持つ４線式であり、中性点Ｎと各相（
Ｕ。

Ｖ、Ｗ）と間には、限流抵抗７及び、半導体スイッチと
して逆並列に接続した一対のサイリスタスイッチ８を直
列接続した回路と、過圧検出器６とが接続されている。

サイクロコンバータ４の通流電流はサイクロコンバータ
の入力電流を変流器１１により検出することにより行い
、また、サイリスタスイッチ電流は直流電流検出器１２
により検出する。過電圧抑制袋！！１０は、各相の電圧
検出器６により検出した信号７口と、入力電流検出器１
１により検出した信号ｉ−と、出力電流１２により検出
した信号ＩＯとを取り込み、これらに基づいてサイリス
タスイッチ８にトリガパルスを与えると共に、サイクロ
コンバータ４に対してゲートブロック信号ＱＢを与える
ものである。

第６図は上記電力変換器４の詳細な回路構成を示すブロ
ック図である。この図においても、第５図のものと同一
構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

第６図において、電力変換器４は、２群コンバータ４０
Ｐ及び８群コンバータ４ＯＮを逆並列接続してなるサイ
クロコンバータ４０と、パルス移相器４１と、オア（Ｏ
Ｒ）回路４２と、電流検出器４３と、電流制御演算器４
４とを含んで構成されている。

サイクロコンバータ４０は２群コンバータ４０Ｐと８群
コンバータ４ＯＮを切換えて交番電流を流す非循環電流
方式サイクロコンバータである。サイクロコンバータ４
０の出力電流は、電流パターンｉｌｌに対し電流帰還信
号ｉ−と電流制御演算器４４により制御角α求め、パル
ス移相器４１でゲートパルスを発生する。また、電流制
御演算器４４の出力するＰ群及び８群コンバータ４０Ｐ
及び４ＯＮのゲート制御信号と、過電圧抑制装置１０か
らのゲートブロック信号ＧＢと論理和をとるオア（ＯＲ
）回路４２によりサイクロコンバータ４０のゲートブロ
ックがなされる。

次に、過電圧抑制装置１０の構成及びその作用を第１図
乃至第３図を参照しながら説明する。

第１図は過電圧抑制装置１０の構成を示す回路図である
。

第１図において、過電圧抑制装置１０は、各相毎に設け
た過電圧検出器１０１と、これら過電圧検出器１０１か
らの出力信号の論理和をとるオア（ＯＲ）回路１０２と
、オア回路１０２からの信号により作動するタイマー１
０：３と、各相の交流電流の零を検出する交流電流零検
出器１０４と、各相の直流電流の零を検出する直流電流
検出器１０５と、各相毎に該タイマー１０３からの信号
φＶと交流電流零検出器１０４からの信号ｉ、。どの論
理積をとるアンド（ＡＮＤ）回路１０６と、アンド回路
１０６から信号が出力されたときにパルスを発生させる
各相毎に設けたパルス発生回路１０７と、該タイマー１
０３からの信号φＶ発生時に直流電流零検出１０５によ
り直流電流零が検出されたときにゲートブロック信号Ｏ
Ｂを出方する各相毎に設けたゲート論理回路１０８とか
ら構成されている。

第２図は上記過電圧抑制装置１０を構成する要素のうち
のゲート論理回路１０８の詳細回路慴成を示す回路図で
ある。

第２図に才？いて、ゲート論理器ＶＰＩｔ　ｏ　ｓは、
過電圧（ｉ１号φ■が入力されると、これをラッチしイ
：１号口が入力されるとリセットされる論理回路１０８
１と、直流電流零検出信号１ｎｏと前記論理回路］０８
１からの出力へとの論理積をとるアンド回路１０８２と
、アンド回路１０８２の反転信号を形成する反転回路１
０８　：Ｓと、該反転回路１０８３からの出力信号と過
電圧信号φＶとの論理積をとりゲートブロック信号Ｏｎ
を形成するアンド回路１０８４とから構成されている。

」―記構酸の過電圧抑制装置１０の作用を第；３図を参
照しながら説明する。

第；３図は過電圧発生相の現像を示すタイムチャートで
あり、Ｔｍは電流パターン、ＩＯは２次電流、ｊ−はサ
イクロコンバータの通流電流、ｉ、はサイリスタスイッ
チに流れる電流を示したものである。

いま、時間１＋で系統事故が発生したとすると。

２次電流ＩＯは時間ｔ２で零となり、サイクロコンバー
タ４は開放となる。すると、２次誘起電圧がサイクロコ
ンバータ４にかがり、その電圧を電圧検出器６にて検出
して過電圧検出器１０１で電圧レベルを判定する。過電
圧検出器１０１の出力は論理器″ｍ１０２を通してタイ
マー１０３に入力される。タイマー１０３は、入力に対
し一定時間過電圧信号φＶを出力する。このタイマー１
０３の整定値は、システム的に決められる。タイマー１
０３の出力は、アンド回路１０６とゲート論理回路１０
８に伝えられる。サイリスタスイッチ８の点弧指令は、
電力変換器４のサイクロコンバータ４０がゲートブロッ
クされ、その通流電流ｉ４が零となり、交流電流零検出
器１０４の信号ｉ、。

がｒｔＨ″ルベルに変わると、アンド回路１０６の論理
積は１１　ＨＩＩレベルになることにょリトリガパルス
回路１０７により出力される。これによりサイリスタス
イッチ８が点弧される。サイリスクスイッチ８の消弧時
は、タイマー１０３の整定値の時間縦通後時間ｔ４でφ
ｖＧ９号が立下がり、同時にサイリスタスイッチ８のゲ
ーバルス発生器１０７はオフされる。この時のサイクロ
コンバータ４０のゲート操作を、ゲート論理回路１０８
を第２図にて説明する。ゲート論理回路１０８は過電圧
信号φＶと出力電流零検出信号ＩＱ。を入力する。論理
回路１０８１は過電圧信号φＶの立下がりを検出して“
Ｈ”レベルになる回路であり、端子Ｒに“１１”レベル
を入れることによりリセットできる論理回路である。故
に、通常、論理回路１０８１の出力Ａは“Ｌ″レベルの
でアンド回路１０８２はパＬ″ルベルとなり１反転回路
１０８３の出力は“）Ｉ　”レベルとなる。第３図の時
間ｔ２．でφＶ信号が、１１　ＨＰＩレベルになると論
理積１０８４は成立し、ゲートブロック信号ＧＢが“Ｈ
″レベルなり、ゲートブロック信号ＯＢが出方される。

次に、時間ｔａでφＶ信号がｉｔ　Ｌ　ＩＴレベルにな
ると、その立下がりを検出して論理回路１ｏ８１は“Ｉ
Ｉ″レベルになる１時間ｔδにてサイリスクスイッチ電
流ｉｔが切れると、サイリスタスイッチ電流零検出器１
０５の信号Ｚｏｏは“）Ｉ″レベルなり、論］！ｆｌ精
１０８２は“Ｈ”レベルになり、反転回路１０８３によ
り論理積１０８４は“Ｌ”レベルになりゲートブロック
信号ＱＢが解除される。

第４図により過電圧発生相以外の現像を説明する０時間
ｔ１で系統事故が発生して、時間ｔｚで他相で過電圧が
発生したとすると、φＶ信号は時間ｔｚで“１１″レベ
ルとなり、ゲート論理回路１０８はゲートブロックする
６時間ｔａで入力電流が切れ入力電流零検出器信号ｉ＜
ｏが立上がりサイリスタスイッチが点弧する。サイリス
タスイッチの消弧時は前記と同様の動作によって行われ
る。

本実施例のように制御することにより、過電圧を抑制で
きるだけでなく、サイリスタスイッチ投入時及び復帰時
に過電流を発生することなく運転できる。

また、本実施例では、サイクロコンバータの通流電流検
出器を変流器を用いていたが、サイクロコンバータのサ
イリスタ素子の電圧を監視して、全てのサイリスタ素子
電圧が確立したことを用いてサイリスタスイッチの投入
条件に加えることもできる。

本実施例では、ある相で過電圧が発生すると、過電圧検
出器の出力の論理和により金相へ過電圧発生信号を伝達
したが、各相個別に過電圧信号を持つこともできる。ま
た１両者を組合わせることにより運転性能が向上する効
果がある。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、可変速発電電動機の
２次巻線側回路に過電圧を抑制するようにしたので、電
力変換器のサイリスタ素子故障を防止すると共に系統事
故が発生しても再開路に対応でき定常運転に復帰できて
、可変速発電電動装置の性能向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る過電圧抑制装置の実施例を示すブ
ロック図、第２図は同実施例の構成要素のゲート論理回
路の構成を示す回路図、第３図は過電圧発生相の動作を
説明するために示すタイムチャート、第４図は過電圧発
生相以外の動作を説明するために示すタイムチャート、
第５図は本発明の実施例を備えた可変連発ｆ！！電動装
置を示すブロック図、第６図は電力変換器の異体的構成
を示すブロック図である。 １・・・電力系統、２・・・主変圧器、３・・・可変速
発電電動機、４・・・電力変換器、５・・・変圧器、６
・・・電圧検出器、７・・・限流抵抗、８・・・サイリ
スタスイッチ、１０・・・過電圧抑制装置、１１・・・
変流器、１２川直流電流検出器、４０・・・サイクロコ
ンバータ、４１・・・パルス移相器、４２・・・ＯＲ回
路、４４・・・電流制御演算器、１０１・・・過電圧検
出器、１ｏ２・・・論理回路、１０３・・・タイマー、
１０４，１０５・・・電流零検出器、１０７・・・パル
ス回路、１０８・・・ゲート第２図 ／／　ｔａ８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電力系統に接続された可変速発電電動機と、該可変
   速発電電動機の２次巻線を交流励磁する電力変換器とを
   備え、可変速発電及び可変速電動運転を行う可変速発電
   電動装置において、前記可変速発電電動機の２次巻線間
   に、半導体スイッチ及び限流抵抗を直列接続してなる回
   路を接続すると共に、過電圧を検出する電圧検出手段を
   接続し、かつ前記電力変換器の通流電流と前記半導体ス
   イッチの通流電流を検出する電流検出手段を設け、前記
   電圧検出手段及び電流検出手段からの検出信号を取り込
   んで、これら信号に基づいて前記半導体スイッチの点弧
   信号及び電力変換器のゲートブロック信号を出力する制
   御手段を設けてなることを特徴とする可変速発電電動装
   置の過電圧抑制装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記制御手段は、
   過電圧発生時に電力変換器の通流電流零検出により当該
   半導体スイッチを点弧する機能と、半導体スイッチの消
   弧時に半導体スイッチ電流零検出により電力変換器のゲ
   ートブロックを解除する機能とを有してなることを特徴
   とする可変速発電電動装置の過電圧抑制装置。