JPS6370316A - 超電導発電機の安定化装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、回転子回路に超電導コイルを有する超電導発
電機の固定子側端子に静止形無効電力補償装置を並列接
続した超電導発電機の安定化装置に関する。

（従来の技術） 超電導発電機は常電導発電機に比べて界磁回路の時定数
が異常に大きいという特徴を有している。

すなわち、超電導コイルはその性質上抵抗分が零であり
、口出しリード部の常電導部分の抵抗値を考慮しても直
流回路抵抗が極端に小さく、しかも、強力な磁界を発生
させる必要性からインダクタンス分が大きくなっており
、総合的な界磁回路の時定数（Ｌ／Ｒ）が常電導発電機
のそれに比べて大きいということである。

このため、現在実用化されている常電導発電機の系統安
定化装置（Ｐ　Ｓ　Ｓ）を用いて安定度を向上させよう
とすると、種々の問題がでてくる。このことを、特開昭
５８−２２４５２８号公報に開示された系統安定化装置
を用いる場合について説明する。一般的な一機無限大母
線に接続された発電機の運動方程式は Ｍ　　　　ｄ２δ　　　　Ｄｄδ にδ°−ΔＴ　　　・・・・・・・・・（１）と表わさ
れる。ここで、Ｍは慣性定数、Ｄは制動トルク係数、Ｋ
は同期化トルク係数、ω０は基準角速度、ΔＴ　は機械
的トルク、δは内部相差ｍｍ ７１°　　　　　６ 上記運動方程式を、−−Ｓと置きラブラｔ ス変換して特性ブロック図で表わすと第４図の破線枠１
４で囲まれたものとなる。

すなわち、内部相差角Δδから同期化トルクΔＴＫを求
める同期化トルク係数にブロック１５、機械的トルクか
ら同期化トルクΔＴＫ１制動トルＳ 速度変化分Δωから内部相差角Δδを求めるもω０ う一つの積分要素ブロック□ブロック１８、および、角
速度変化分Δωから制動トルクΔＴＤを求める制動トル
ク係数Ｄブロック１６で成立っている。

この場合、同期化トルクΔＴＫ１制動トルクΔＴ、はそ
れぞれ次式で表わされる。

そして、内部相差角Δδが定数ブロック１９を介して、
電圧設定値ΔＥｒｅｆと突き合わされて自動電圧調整装
置２０に加えられ、さらに、この自動電圧調整装置２０
の出力が発電機２１に加えられる。また、発電機２１の
固定子側端子におけるに加えられている。一方、同期安
定化装置２２が有効電力ΔＰに応じて自動電圧調整装置
２０の入力を補正するようになっている。

ここで、電力系統の安定は系の同期化トルクΔＴ　と制
動トルクΔＴｏとが共に正の値を持つことによって保た
れる。すなわち、同期化トルク係数におよび制動トルク
係数りの大きさと符号が電力系統の安定性に大きな影響
を持っていることになる。そこで、同期化トルク係数に
と制動トルク係数りの特性をベクトル表示すると第５図
に示すようになる。この場合、制動トルク係数Ｄブロッ
ク１６には角速度変化分Δωがそのまま加わるのに対し
て、同期化トルク係数にブロック１５にω０ は積分要素□ブロック１８を介して角速度変化分Δωが
加えられる。よって、同期化トルク係数には制動トルク
係数りに対して位相が９０″遅れるので、第５図におい
て横軸（＋）方向を制動トルク係数ベクトルＤとすれば
、縦軸（＋）方向が同期化トルク係数ベクトルにとなる
。

ここで、発電機の内部相差角Δδから有効電力ΔＰまで
の特性をベクトルＡで表わすと、自動電圧調整装置２０
は遅れの時定数を含んでいるため、ベクトルＡは同期化
トルク係数ベクトルＫに対して位相が遅れる。第５図に
おいて、例えば、ベクルＸｌは によって求められる。これらの関係を満たすベクくＩＤ
１となる。すなわち、同期化トルク係数は大きくなり、
制動トルク係数は小さくなる。

合成ベクトルＸ２は によって求められる。これらの関係を満たすベクくＯと
なる。すなわち、制動トルク係数は負となる。

これらのことから明らかなように、自坊電圧調整装置２
０は同期化トルク係数Ｋを増加させるが、ル１ｊ動トル
ク係数りを減少させ、特に、速応度の高い励磁系であれ
ば制動トルク係数りを負の値とする場合があり、この場
合には電力系統が不安定になる虞れがある。

系統化安定装置２２は、この制動トルク係数りを増加さ
せて電力系統の安定度を増大させるためω０ ブロック１７および□ブロック１８の介在なしで、発電
機２１の有効電力ΔＰに対応した信号を系統状態信号と
して検出し、自動電圧調整装置２０の電圧設定値ΔＥｒ
ｅｆに加える。このため、となる。このとき、ベクトル
Ａ３に基づ（合成ベクトルＸ３は Ｘ　　−に＋Ｄ＋Ａ３　　　・・・・・・・・・（５）
から求められる。これらの関係を満たすベクトルとなり
、制動ベクトル係数りが増加することが分かる。しかし
、このとき同期化トルク係数には減少するので、これを
減少させないために系統安定化装置２２の内部でベクト
ルＡ３を位相補正する。

すなわち、Ｄ軸と重ならないように位相を遅らせる。こ
のベクトルをＡ４とすると合成ベクトルＸ４は かう求められる。この関係を満たすベクトルに４゜なる
。

しかして、第４図に示す電力系統において、系統安定化
装置２２は発電機の有効電力ΔＰに対応した信号を系統
状態信号として検出し、その内部で位相補正して自動電
圧調整装置２０の電圧設定値ΔＥ、。、に加えることに
より同期化トルク係数Ｋを一定に保つと共に、制動トル
ク係数りを増加させて電力系統の安定度を増大させてい
る。

（発明が解決しようとする問題点） 上述した従来の系統安定化装置を超電導同期機としての
超電導発電機に適用した場合、界磁回路の時定数（Ｌ／
Ｒ）が非常に大きいがために第５図のベクトルＡに相当
する成分が殆んど現われない。

従って、自動電圧調整器２０や系統安定化装置２２では
、同期化トルク係数におよび制動トルク係数りの改善に
は役立たないと言う問題点があった。

本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので
、界磁回路の時定数が大きくとも、同期化力および制動
力を強め得、これによって系統安定度を確実に改善する
ことのできる超電導発電機の安定化装置の提供を目的と
する。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明は、回転子回路に超電導コイルを有する超電導発
電機において、固定子側端子の電圧および電流をそれぞ
れ検出する電圧検出手段および電流検出手段と、この電
圧検出手段の出力電圧を入力し、固定子側端子電圧が設
定電圧になるように前記回転子回路に流れる励磁電流を
制御する自動電圧調整装置と、前記固定子側端子に接続
され、前記電圧検出手段および電流検出手段の出力によ
って得られる有効電力を系統状態信号として、同期化ト
ルクおよび制動トルクの両方が大きくなるように無効電
力を制御する静止形無効電力補償装置とを備えたことを
特徴とするものである。

（作　用） 第２図はこの発明の原理を示す特性ブロック図であり、
第４図と同一の符号を付したものはそれぞれ同一の要素
を示している。そして、第２図中の系統安定化装置２２
を除去し、この代わりに静止形無効電力補償装置２４を
設けた点が第２図と異なっている。この場合、静止形無
効電力補償装置２４には設定電圧Δ””ｔｒｃｒから、
定数ブロック２３の内部粗角成分および定数ブロック２
５の有効電力成分を差し引いた値が入力され、静止形無
効電力補償装置２４の出力が定数ブロック２６を介して
超電導発電機２１ａの有効電力に加え合わされるように
なっている。

ここで、同期化トルク係数におよび制動トルク係数りの
特性をベクトル表示すると第３図のようになる。すなわ
ち、制動トルク係数ブロック１６には角速度変化分Δω
がそのまま加わるのに対して、同期化トルク係数にブロ
ック１５には積分要ωＯ 素□ブロック１８を介して角速度変化分Δωが加えられ
る。従って、同期化トルク係数には制動トルク係数りに
対して位相が９０″遅れるので、第３図において横軸（
＋）方向を制動トルク係数ベクトルＤとすれば、縦軸（
＋）方向が同期化トルク係数ベクトルにとなる。なお、
定数ブロック２３，２５．２６の値は超電導発電機２１
ａの運転状態によって定まるもので、ΔＥｔｒｅｒは超
電導発電機２１ａの固定子側端子母線の設定電圧である
。

今、内部相差角Δδからを動電力ΔＰまでの特性をベク
トルＳで表わすと、静止形無効電力補償装置２４は遅れ
の時定数を含んでいるので、同期化トルク係数ベクトル
により位相が遅れる。ここベクトルＺ１は によって求められる。これらの関係を満たすベクトルに
、Ｄ　　は、ＩＫｌ　１＞ＩＫＩ、ＩＤｌ　＋くＩＤ１
となる。すなわち、同期化トルク係数には大きくなり、
制動トルク係数りは小さくなる。

する合成ベクトルＺ２は によって求められる。これらの関係を満たすベクＯとな
る。すなわち、制動トルク係数りは負になる。従って、
電力系統が不安定となる場合もある。

第４図では制動トルク係数りを大きくするために、系統
安定化装置２２を用いているが、ここてはその代わりに
、超電導発電機２１ａの有効電力ΔＰに対応した信号を
系統状態信号として検出して静止形無効電力補償装置に
印加する。

かくすることにより、第３図のベクトルＳは位相が１８
０″進んだベクトルＳとなる。このとき、から求められ
る。これらの関係を満たすベクトルＩＤＩとなる。すな
わち、同期化トルク係数には減少するが制動トルク係数
りは増加する。

ここで、同期化トルク係数Ｋを減少させないようにする
ために、静止形無効電力補償装置２４により位相補正し
てベクトルＳ３が制動トルクベクトルＤ軸に重なるよう
にする。そのベクトルをとして求められる。これらの関
係を満たすペクトＩＤＩとなる。

かくして、超電！３発電機の固定子側端子に並列接続さ
れた静止形無効電力補償装置を制御することにより、常
電導発電機にて実用化されている自動電圧：Ａ整装置お
よび系統安定化装置によると同様に電力系統を安定化さ
せることができる。

（実施例） 第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック系統
図である。同図において、超電導発電機１の固定子側端
子は主変圧器１２を介して電力系統に接続されている。

このｒ３常電導電機１は超電導界磁コイル７ををし、こ
れに界磁電流を供給すべく、励磁電源５が直流変換装置
６を介して接続されている。また、超電導発電機１の出
力電圧が電圧変成器３を介して自動電圧調整装置４に入
力され、この自動電圧調整装置４が直流変換装置６を制
御するようになっている。

一方、静止形無効電力補償装置を構成するものとして、
超電導発電機１の固定子側端子母線２に接続されたコン
デンサ８と、サイリスクスイッチ１０およびこのサイリ
スクスイッチ１０を介して′固定子側端子母線２に接続
されたりアクドル９と、電圧変成器３を介して得られる
電圧信号、変流器１１を介して得られる電流信号に基づ
いてサイリスクスイッチ１０を制御する制御装置１３が
設けられている。

第１図において、超電導発電機１の固定子側端子に発生
する電圧が電圧変成器３で検出され、その電圧信号が自
動電圧調整装置４に加えられる。

この自動電圧調整装置４は超電導同期機１の固定子側端
子に発生する電圧が電圧設定値と等しくなるように直流
変換装置６に制御信号を与える。

一方、制御装置１３は、電圧変成器３を介して得られる
超電導発電機１の固定端子側電圧信号と、変流器１１を
介して得られる超電導同期機１の出力電流信号とに基づ
いて有効電力ΔＰを求め、この有効電力ΔＰに対応して
、上述した同期化トルク係数におよび制動トルク係数り
を大きくするようにサイスリタスイッチ１０を制御する
。

かくして、系統の事故等で発電機出力に動揺が生じた場
合でも、超電導発電機を安定して運転することができる
。

〔発明の効果〕

以上の説明によって明らかなように、本発明によれば、
界磁回路の時定数が極めて大きい超電導発電機であって
も、同期化力およ制動力を強めて系統の安定化を図るこ
とができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック系統
図、第２図はこの発明の原理を示す特性ブロック図、第
３図は同じくこの発明の詳細な説明するためのベクトル
図、第４図は従来の系統安定化装置の原理を示す特性ブ
ロック図、第５図はこの系統安定化装置の作用を説明す
るためのベクトル図である。 １・・・超電導発電機、２・・・固定子側端子母線、３
・・・電圧変成器、４・・・自動電圧調整装置、５・・
・励磁電源、６・・・直流変換装置、７・・・超電導界
磁コイル、８・・・コンデンサ、９・・・リアクトル、
１０・・・サイリスクスイッチ、１３・・・制御装置。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 躬　１　図 高２図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 回転子回路に超電導コイルを有する超電導発電機におい
   て、固定子側端子の電圧および電流をそれぞれ検出する
   電圧検出手段および電流検出手段と、この電圧検出手段
   の出力電圧を入力し、固定子側端子電圧が設定値になる
   ように前記回転子回路に流れる励磁電流を制御する自動
   電圧調整装置と、前記固定子側端子に接続され、前記電
   圧検出手段および電流検出手段の出力によって得られる
   有効電力を系統状態信号として、同期化トルクおよび制
   動トルクの両方が大きくなるように無効電力を制御する
   静止形無効電力補償装置とを備えたことを特徴とする超
   電導発電機の安定化装置。