JPS63265526A - 可変速発電装置の自動同期投入装置 - 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〕 本発明は可変速発電装置に係り、特に発ｍ電動機の二次
励磁コイルの交流励磁方式を用いた可変速揚水発電装置
の系統への自動同期投入装置に関する。

〔従来の技術〕

電力系統の負荷が軽く、他の発電所に余剰電力があると
き、これを利用してポンプで高所の池に揚水として水を
貯えておき、河川の渇水時や負荷の重いときなど電力の
必要な時期にその貯水を利用して発電する方式として揚
水発電方式が知られている。一方、従来の揚水発電シス
テムは、揚水時に負荷の調整ができない欠点があった。

、　　このため、従来から揚水発電機として用いられて
いるものを２次励磁付の発電電動機で運転するいｂゆる
可変速発電システムの実現化のための研究が進められて
いる。

可変速発電システムに関する文献として昭和５９年電気
学会全国大会論文Ｎｎ５５３ｒ大容量同期発電機の可変
速運転特性」があるが、この文献には具体的な制御方式
について何ら開示されていない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

二二で問題となるのは、可変速発電装置を系統に並列す
るための自動同期投入装置である。すなわち従来では系
統と発電機との相互間において電圧の大きさ、周波数お
よび位相が一致した時点で行わなければならない、従来
の自動同期装置の例としては「水力発電所（電気書院発
行（昭和５１年４月１０日））、第３２１頁および３１
４頁」がある、しかし２次励磁発電電動機を用いた可変
速発電装置の自動同期投入装置に関しては上記いずれの
公知文献にも記載されていない。

そこで本発明は２次励磁発電電動機を用いた可変速発電
装置を簡単な構成で円滑かつ確実に投入しつる自動同期
投入装置を提供することを目的とする。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 上記目的を解決するとともに本発明の目的を達成するた
めに１本発明は並列投入用遮断器を介して系統に接続さ
れた発電電動機と、当該発電電動機の系統周波数に対す
るすベリ周波数の位相を検出する簡単な位相検出器と、
検出したすべり周波数の位相信号に基づいて前記発ｔｎ
電動機の２次励磁回路の励磁電流量を制御する励磁制御
装置とを備えた可変速発電装置において、前記系統の電
圧を検出する系統電圧検出器と、前記発電電動機の出力
電圧を検出する出力電圧検出器、および系統電圧位相と
発電機出力電圧位相とが万が一不一致だった場合にそれ
を修正する補償回路と、前記再検出電圧が一致したとき
前記並列投入用遮断器に投入指令信号を出力する投入制
御装置を備えたことを特徴とするものである。

より具体的な態様によれば、前記投入制御装置は前記出
力電圧検出器からの検出電圧により前記発電電動機の出
力電気が確立したとき揃圧開始投入信号を出力する起動
要素確認要素と、前記揃圧開始投入信号により投入され
る揃圧開始スイッチと、このスイッチを介して前記系統
電圧検出器および出力電圧検出器の信号を受けて系統電
圧と出力電圧との差分に応じた制御信号を前記励磁制御
装置に出力する電圧平衡装置とを備えている。

〔作用〕

すなわち、二次励磁発電電動機の励磁制御をする場合、
系統周波数に対するすべり周波数位相信号に基づいて行
い、当該２次コイルをもつ回転子の速度が変化しても発
電機の１次側の出力電圧の周波数および位相が系統のそ
れらと一致する様制御する。したがって原理的にもこの
場合、発電電動機の系統に接続されていなくても当該発
電電動機はその１次側出力電圧がすでに周波数および位
相共に系統と一致する様制御されているはずである。し
かし、現在存在する位相検出回路およびその制御装置入
力回路には必ず検出遅れ、誤差が存在し、それが可変速
システムとして定常的に位相が一致させられないことに
なる。この位相不一致を補償することにより実際の系統
への投入に際して要求される条件は発電電動機の出力電
圧を系統電圧の大きさに合わせる機能を備えていること
である。

以上のことから、本発明によれば、系統電圧検出器によ
り系統電圧の大きさが検出され、一方では出力電圧検出
器により発電電動機の出力電圧が検出され、これら両検
出電圧を受けて投入制御装置は前記両検出電圧が一致し
たとき並列投入用遮断器を投入するべく制御する。

その結果、従来の自動同期投入装置のように遮断器投入
操作に要する損失時間を見込んで系統の周波数および位
相に同期させるために、予測的に投入指令を出力する必
要は全くなく、単に揃圧作用および位相検出器の検出誤
差補償動作のみをもって投入指令を出力するだけでよい
から誤投入のおそれを著しく低減することができる。こ
のことは可変速発電装置を系統の変動に対する補償手段
と考えた場合に迅速に補償機能を発揮することから、系
統の安定性向上に寄与することになる。

また、具体的な態様によれば電圧平衡装置を備えている
ことから系統への並列後において系統電圧と出力電圧と
の差分に対応して電圧変動を自動補償することが可能と
なる。

〔実施例〕

次に本発明に係る実施例を以下に説明する。

第１図に本発明に係る自動同期装置と可変速発型装置の
全体構成を示す。第１図において、主変圧″ａ２は電力
系統１に接続され、並列用遮断器５を介して発電電動機
３の１次側に接続されている。

発電電動機３の２次側は交流励磁されるが、励磁電源は
実変圧器２と並列投入用遮断器５の間より励磁用遮断器
６を介して電力系統１から得る。励磁電源は電力系統の
周波数と同一周波数を有しているが、励磁用変圧器１１
を介し、電力変換器７によって三相のすベリ周波数を有
した交流励磁電流に変換され、発ｔＸ電動機３の２次側
を励磁する。

本実施例では電力変換器７としてサイクロコンバータを
用いている。

上記すべり周波数の励磁電流を作り出すためには、現在
運転中のすベリ周波数位相を検出する装置が必要である
。本実施例では、並列用遮断器５の系統側から電圧変成
器１２を介して１位相検出器４の一次側を励磁している
。この位相検出器４は一種の誘導発電機であり、回転子
は発電電動機３の回転軸と同軸にあるため、−次側を電
力系統周波数で励磁すれば、２次側出力としてすべり周
波数の波形が検出できるわけである。この様にして検出
したすベリ周波数位相は、絶縁用変成器１４を介して励
磁制御装置８に入力される。しがし、検出回路４および
励磁制御装置８には各々。

測定誤差、入力フィルター等による六カ遅れ等が存在し
ている。

励磁制御装置８は各種の制御機能を実行し、最終的には
すべり周波数位相にそれらの結果を重畳する形でサイリ
スタの点弧角信号１０２として自動パルス移相器１０に
対し信号出力する。自動パルス移動器１０は電力変換器
７に対し、サイリスタ点弧パルス信号１０３を出力する
。この様にすべり周波数位相信号は出力値に対し、大き
な比重を占め、万が一誤差があった場合、直接出力値に
反映される。

また、電圧変成器１２の出力分岐信号と発電機の一次端
子電圧を電圧変成器１３を介して自動同期装置９に入力
する。自動同期装置９の出方は電圧上げ信号１００およ
び電圧下げ信号１０１であり、これらを励磁制御装置８
に対し出力する。この位相検出器４は最初起動の際は発
電機３の回転子に直結された図示せぬ水車によって駆動
される。

ある一定の回転数に達すると励磁を開始するが。

励磁開始より以前に既に位相検出器４は励磁されている
ことからすべり位相信号は確立されている。

励磁により発電電動機３の一次側に電圧が発生し、系統
への投入の準備となる。

第２図を用いて自動同期装置について説明する。

第１図と同一の記号を付けたものと同一の機器を示して
いる。

前述の如く、励磁が開始され発電機出力電圧が確立する
と、自動同期袋［９の中の起動要素確認袋ｆ？！２０が
、自動同期装置の揃圧開始スイッチ２３をオンとする。

このオン指令により電圧平衡装置２１の動作が開始され
、電力系統１側の電圧と発電機出力電圧とを比較する１
発電機出力電圧が系統１側に比べて低い場合は、励磁制
御袋ｆｆ１ｔ８に対して電圧上昇指令１００を出力し、
発電機出力目標電圧設定値を上げることにより系統側電
圧値に近づく。逆の場合は電圧下降指令１０１を出力し
、目標電圧設定値を下げる。

しかし、前述の如く位相信号に誤差があると定常的に発
電機出力電圧と系統電圧とに位相差が生じ、系統並列投
入が難しくなる。この誤差は検出ハードウェアにより常
に一定値であるため、補償可能であり、位相補償回路２
４を設ける。この位相補償回路２４により、精密な位相
検出器でなくても可変速制御装置の位相信号として使用
可能となった。

この様なフィードバック制御を実施した後、系統電圧と
発電機電圧とが殆んど一致した時に、電圧平衡装Ｍ２１
より信号出力装置！！２２を介して遮断器５投入用コイ
ル５ｃを励磁するいわゆる投入信号を出力する。

この際に、投入用コイル５ｃの動作時間や遮断器５の動
作時間等を考慮する必要はなく、単に２者の電圧値が一
致した時に投入信号を与えればよい。

次に第３図を用いて位相補償回路２４について説明する
。

系統並列前は電力調整（Ａ　Ｐ　Ｒ）回路３４の出力は
通常、初期値Ｉｑｏ＝Ｏとなっている。ＡＰＲ切換スイ
ッチ３０は系統並列後ＯＮとなり電力調整指令Ｉｑを出
力する。尚、電圧調整（ＡＶＲ）回路３３は励磁開始と
ともに動作し、電圧調整指令ニーを出力する。これらＩ
ａ　、Ｉｑおよび第１図の位相検出器４の出力である位
相信号よりベクトル演算回路３２を用いて励磁電流指令
を３相分出力する（　ｌ　ｕ”　ｅ　ｌ　１”　＠　Ｉ
Ｗ”）　ｅこの励磁電流指令ｉ　ｕ”ｙ　Ｌ−Ｉ　Ｉｌ
ｌ・と図示せる二次励磁フィードバック電流とから電流
制御回路３１を介して第１図の電力変換器７への出力信
号ΔｉｕｎｇΔｉｖ＊。

Δｌ−を出力する。

ここで位相検出に伴うハードウェア類の誤差および検出
遅れは、同期投入速度近辺では常にほぼ一定であるため
、電力調整回路３４の初期値Ｉｑ（１として一定値を与
えればベクトル演算回路３２によって前述の位相検出誤
差等はすべて補償できることになる。つまりここでいう
位相補償回路２４というのは単にＡＰＲ回路３４の初期
値１１として一定値を与えるだけで現実的に実現できる
。

これは前述した従来の自動同期装置で実行される位相制
御とは根本的に異り、理論的にも回路的にもはるかに単
純でかつ容易なものとして実現できる。

本実施例によれば、以上の様に揃圧機能と位相補償のみ
で発電電動機を系統へ同期並入することが可能となる。

また、制御に不可欠なすべり周波数位相を検出するため
の位相検出器に大きく依存していたが、この位相補償回
路を用いることにより、この位相補償回路の出力信号に
基づいて交流励磁信号を作り出してやれば、系統並列投
入のため特別な位相制御は要らない。

〔発明の効果〕

本発明によれば１発電電動機を電力系統へ同期並入する
際に、従来の揃速機能１位相制御を特別に実施すること
必要がなく、単に揃圧制御と位相補償回路の付加を行え
ばよく、簡単化できる効果がある。

また、本システムは、電力系統が弱い周波数が不安定と
なる系統に対しても、もともとその不安定な周波数に見
合ったすベリ周波数を検出し、即座に励磁制御が不能な
ため、従来、この種の系統では仲々困難とされていた自
動同期並列投入操作を本発明と全く同一の構成で、簡単
に可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図。 第２図は自動同期装置の詳細を示すブロック図。 第３図は位相補償回路の原理図である。 １・・・電力系統、２・・・主変圧器、３・・・発電電
動機、４・・・位相検出器、５・・・系統並列遮断器、
７・・・電力変換器、８・・・励磁制御装置、９・・・
自動同期装置、２１・・・電圧平衡装置、２４・・・位
相補償回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、並列投入用遮断器を介して系統に接続された発電電
   動機と、当該発電電動機の系統周波数に対するすべり周
   波数の位相を検出する位相検出器と、検出したすべり周
   波数の位相角信号に基づいて前記発電電動機の２次励磁
   回路の励磁電流量を制御する励磁制御装置とを備えた可
   変速発電装置において、前記系統電圧を検出する系統電
   圧検出器と、前記発電機出力電圧を検出する出力電圧検
   出器と前記両検出電圧が一致したとき前記並列投入用遮
   断器に投入指令信号を出力する投入制御装置とを備えた
   ことを特徴とする可変速発電装置の自動同期投入装置。