JP2000217399A

JP2000217399A - 励磁装置

Info

Publication number: JP2000217399A
Application number: JP11012539A
Authority: JP
Inventors: Hitomi Kitamura; 仁美北村; Seiichi Tanaka; 誠一田中
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-01-20
Filing date: 1999-01-20
Publication date: 2000-08-04

Abstract

(57)【要約】【課題】同期機の周波数が変化しても制御目標電圧を
出力するよう正確な安定した励磁制御を実行する。【解決手段】同期機の出力電圧を検出する場合、同期
機の周波数が始動時の低周波のときと、定格周波数付近
のときとを、「低周波モード」と「通常モード」の周波
数モードに区分し基準周波数を設定する。例えば、２５
Ｈｚと５０Ｈｚに設定し、それをフラグ値としておく。
運転時にステップ１４でフラグ値を判定し、ステップ１
３で上記判定結果による基準周波数を用いて平均値処理
を含む振幅値演算をディジタル計算し、三相の出力電圧
値（Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ）と三相平均電圧（Ｖ）を求め、
この電圧Ｖと制御目標電圧との差に応じて励磁電流を制
御することで、同期機の出力電圧が制御電圧になるよう
制御する。周波数モード別に演算すると求めた出力電圧
の誤差が少なくなり安定した制御ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は同期機の励磁装置
に関するもので、特に発電機電圧の一定制御に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】図６は、例えば実用新案登録公報第２５
７３１０３号に示された従来の励磁系の構成図であり、
図において、１は同期機、２はその界磁巻線、３はこの
界磁巻線２に界磁電流を供給する励磁機、４は上記同期
機１の電圧を検出するための計器用変圧器（以下ＰＴと
呼ぶ）、５は同じく上記同期機１の電流を検出するため
の計器用変成器（以下ＣＴと呼ぶ）である。

【０００３】６は同期機１の電圧を一定に制御するため
の自動電圧調整装置（以下ＡＶＲと呼ぶ）で、上記ＰＴ
４、ＣＴ５の信号より発電機電圧（Ｖ）、有効電力
（Ｐ）、電圧／周波数の比（Ｖ／Ｆ）、無効電力（Ｑ）
に変換するディジタル式変換器６１、上記同期機１の電
圧の制御目標値をつくる基準部６２、上記基準部６２の
制御目標値とディジタル式変換器６１からの信号である
発電機電圧（Ｖ）との差をとって増幅する増幅部Ａ６
３、電圧制御の安定性を高めるための位相補償部６４、
他の付加機能装置（後述）等の信号を加算する加算部６
５、上記加算部６５の出力を更に増幅し、上記励磁機３
に信号を出す増幅部Ｂ６６から構成される。

【０００４】７は上記ディジタル式変換器６１からの出
力信号であるＰを入力信号とし、ＡＶＲ６に補助信号を
与えることにより系統の安定度を高めるための系統安定
化装置、８はディジタル式変換器６１からの出力信号で
あるＶ／Ｆを入力信号とし、ＡＶＲ６に補助信号を与え
ることによりＶ／Ｆ値が一定値以上にならないよう制限
制御を行うためのＶ／Ｆ制限装置である。

【０００５】９はディジタル式変換器６１からの出力信
号であるＰ及びＱを入力信号とし、ＡＶＲ６に補助信号
を与えることにより同期機１の運転状態を一定値以下に
ならないよう制限制御する低励磁制限装置、１０は界磁
巻線２に流れる電流を検出するシャント、１１はシャン
ト１０の出力信号により過励磁状態を検出し、ある値以
上になればＡＶＲ６に補助信号を与えることにより、過
励磁を制限制御する過励磁制限装置である。

【０００６】図７はディジタル式変換器６１のハードウ
ェア構成図である。ディジタル式変換器６１は１枚のプ
リントカードで構成され、内部はＰＴ４、ＣＴ５の各３
相入力信号（ｖａ，ｖｂ，ｖｃ，ｉａ，ｉｂ，ｉｃ）を
絶縁するアイソレータ６１１、ＰＴ４、ＣＴ５の各３相
信号より各信号（Ｖ，Ｐ，Ｖ／Ｆ，Ｑ）を演算する高速
演算部６１２、演算処理のための２ポートレジスタ６１
３、制御するための各信号（Ｖ，Ｐ，Ｖ／Ｆ，Ｑ）を出
力するＰＩＯバスインターフェース６１４より構成され
ている。

【０００７】次に動作について説明する。同期機１の出
力電圧はＰＴ４により降圧され、その信号はＡＶＲ６に
入力される。ＡＶＲ６でまずＰＴ４の信号はディジタル
式変換器６１にて、後述のソフト演算方法によりディジ
タル信号Ｖに変換される。基準部６２の値は同期機１の
電圧を制御しようとしているＡＶＲ６にとっての制御目
標値である。この基準部６２とディジタル式変換器６１
の出力信号であるＶとの差をとり、増幅部Ａ６３にて適
当な値に増幅される。

【０００８】この差信号が正の値であれば同期機１の出
力電圧が基準部６２で設定された制御目標電圧値よりも
低く、従ってＡＶＲ６としては励磁機３の出力を上げる
ような制御信号を出力することにより、界磁巻線２に流
れる電流を増し、同期機１の出力電圧を増す動作を行
う。

【０００９】位相補償部６４では電圧制御の安定性を高
めるために増幅部Ａ６３の出力に補償をかけ、加算部６
５ではこの位相補償部６４の出力信号に各種の付属機器
（系統安定化装置７、Ｖ／Ｆ制限装置８等）の出力を加
え、更に増幅部Ｂ６６で適当に増幅すると共に励磁機３
に対し、励磁機３の出力である界磁電流に比例した信号
を出力する（つまり励磁機３も一つの増幅機能を持った
ものである）。これらの一連の動作により、同期機１の
出力電圧はＡＶＲ６内の基準部６２で設定された制御目
標値になるよう制御される。

【００１０】次に高速演算部６１２でのソフト演算方法
について述べる。（ａ）図８に示すように例えばＰＴ４の３相信号の１つ
であるｖａ交流信号の１周期を１２分してサンプリング
する。なお、この場合の交流信号は基準周波数に基づい
てサンプリングされる。基準周波数は５０Ｈｚ等の定格
周波数が用いられる。（ｂ）上記のサンプリング値から次の演算を行う。図９
は各入力信号の演算式の詳細を示し、演算は２つのサン
プリングデータ（ｖamとｖam-3）より振幅値演算式の積
形を用いて（１）式によりｖａ値を求め３相（ｖａ、ｖ
ｂ、ｖｃ）の平均値より電圧（Ｖ）を求める。

【００１１】

【数１】

【００１２】（ｃ）周波数Ｆａ（Ｆｂ、Ｆｃ）について
もｖａと同様にして（２）式により計算できる。

【００１３】

【数２】

【００１４】以上の演算方法は基準周波数においては誤
差を生じないものであるが、周波数変動のある場合には
誤差が生じる。この周波数変動による誤差は以下に述べ
るように理論的に求めることができる。ＰＴ４からの交
流信号であるｖａを以下のようにおく。Ｖam＝ＶｓｉｎωｔＶam-3 ＝Ｖｓｉｎω（ｔ−３Ｔｓ） −−−（３）ここで、Ｔｓはサンプリング周期である。この時、振幅
Ｖａは図９に示したように（４）式で計算できる。

【００１５】

【数３】

【００１６】例えば、基準周波数を５０Ｈｚとするとサ
ンプリング周波数は６００Ｈｚ（Ｔｓ＝１／６００［ｓ
ｅｃ］）であり、基準周波数においてはＶａ＝Ｖとな
り、誤差は０である。しかし、周波数４９Ｈｚにおいて
は、Ｖａ＝１．０１５８Ｖ〜０．９８４１Ｖ、即ち誤差
が１．５８％〜−１．５９％となる。

【００１７】この誤差を低減するために図１０に示すス
テップ１３において、以下のような平均値処理を行う。
例えば２値の平均値処理を行うとすれば振幅Ｖａ' は
（５）式のように計算できる。

【００１８】

【数４】

【００１９】この場合、周波数４９Ｈｚにおいては、Ｖ
ａ' ＝１．０００４９Ｖ〜０．９９９５１Ｖ、即ち、誤
差は０．０４９％〜−０．０４９％となる。また、振幅
Ｖｂ、ＶｃについてもＶａと同様に計算することができ
る。

【００２０】なお、図１０のステップ１２の周波数計算
は（２）式の計算であり、この（２）式で求めた同期機
の出力電圧の周波数（Ｆａ，Ｆｂ，Ｆｃ）が、ステップ
１３の（５）式のω（２πｆ）の周波数ｆに代入され計
算される。また、図１０のステップ１４の三相平均電圧
演算は、図９に示す後段の式によるものである。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】従来の励磁装置は上記
のように、ディジタル式変換器により電圧及び電流を検
出する際に、基準周波数における電圧及び電流の振幅値
との誤差の低減を図っており、一般の発電プラントに対
しては上記のような精度で十分である。一方、始動時に
発電機を電動機として用いて始動する方式であるサイリ
スタ始動システムの場合には、周波数が定格５０Ｈｚに
たいして１０Ｈｚ〜４０Ｈｚの範囲で正確に電圧を検出
して励磁制御を行う必要があるが、上記現状の電圧検出
方式では実際の電圧値・電流値よりも大きく検出してし
まい、発電機電圧を一定に制御することができないとい
う問題点があった。

【００２２】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、サイリスタ始動システムにお
ける始動時の低周波数においても正確な電圧及び電流を
検出できるディジタル式変換器の出力を用いて発電機電
圧を制御目標値になるように制御することができる励磁
制御装置を得ることを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】（１）この発明に係る励
磁装置は、設定した基準周波数に応じて同期機の出力電
圧をサンプリングし、そのサンプリング値に基づいて平
均値処理を含む振幅値演算を行い出力電圧値を求める電
圧検出手段と、上記求めた出力電圧値と制御目標値との
比較に応じて励磁制御を行い、上記同期機の出力電圧を
上記制御目標値に制御する制御手段とを備えた励磁装置
において、上記基準周波数は、上記同期機の周波数に応
じた周波数として上記演算を行うようにしたものであ
る。

【００２４】（２）また、設定した基準周波数に応じて
同期機の出力電圧をサンプリングし、そのサンプリング
値に基づいて平均値処理を含む振幅値演算を行い出力電
圧値を求める電圧検出手段と、上記求めた出力電圧値と
制御目標値との比較に応じて励磁制御を行い、上記同期
機の出力電圧を上記制御目標値に制御する制御手段とを
備えた励磁装置において、上記同期機の出力電圧を整流
・平滑処理して直流出力電圧を得る第２の電圧検出手段
を備え、上記同期機が低周波領域で動作中は、上記直流
出力電圧の電圧値を用いて上記制御目標値と比較し、上
記同期機が定格周波数付近で動作中は、上記基準周波数
を定格周波数として上記演算を行い、求めた出力電圧値
と制御目標とを比較するようにしたものである。

【００２５】（３）また、設定した基準周波数に応じて
同期機の出力電圧をサンプリングし、そのサンプリング
値に基づいて平均値処理を含む振幅値演算を行い出力電
圧値を求める電圧検出手段と、上記求めた出力電圧値と
制御目標値との比較に応じて励磁制御を行い、上記同期
機の出力電圧を上記制御目標値に制御する制御手段とを
備えた励磁装置において、上記同期機の出力電圧波形の
ピーク値に応じて出力電圧値を求める第３の電圧検出手
段を備え、上記同期機が低周波領域で動作中は、上記第
３の電圧検出手段で求めた出力電圧値を用いて上記制御
目標値と比較し、上記同期機が定格周波数付近で動作中
は、上記基準周波数を定格周波数として上記演算を行
い、求めた出力電圧値と制御目標とを比較するようにし
たものである。

【００２６】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態１を図に基づいて説明する。なお、励磁装置
の全体の構成は従来の図６と同一であるので省略する。
図１はディジタル変換器６１の高速演算部６１２での処
理を示している。図１において、ステップ１２の周波数
計算及びステップ１３の振幅値演算（平均値処理）、ス
テップ１４の三相平均電圧演算は、図１０に示した従来
の処理と同様である。

【００２７】ステップ１５の周波数モード判定処理は、
ＡＶＲ６の主ＣＰＵからのフラグ値により周波数モード
を判定し、基準周波数を設定するステップである。な
お、このフラグ値は励磁装置動作時に、同期機の運転状
態により低速状態（低周波数）か、通常の定格速度近く
の状態（定格周波数付近）かの外部信号によりＣＰＵが
判断してフラグ値を決定する。従って、同期機の出力電
圧の周波数に応じた基準周波数を選択して、この基準周
波数に応じたサンプリング周期によりサンプリングし
て、そのサンプリング電圧値から出力電圧値を求める。

【００２８】次に動作について説明する。図２はディジ
タル式変換器６１の電圧値及び電流値の周波数補正係数
計算のための基準周波数設定のアルゴリズムである。（１）ステップＳ１では、ＡＶＲ６の主ＣＰＵにおいて
判定された低周波モードであるか通常モードであるかの
情報（フラグ値）に基づいてモード変更の有無を判定
し、モード変更有ならばステップＳ２へ、無ならばステ
ップＳ６へ進む。

【００２９】（２）ステップＳ２では、変更後の周波数
モードが低周波モードであるか通常モードであるかを判
定し、低周波モードならばステップＳ３へ、通常モード
ならばステップＳ４へ進む。（３）ステップＳ４では、基準周波数を通常モードの値
すなわち従来の基準周波数に設定し、更にサンプリング
周波数を基準周波数の１２倍すなわちサンプリング周期
を基準波の周期の１／１２倍に設定する。

【００３０】（４）ステップＳ３では、基準周波数を通
常モードにおける基準周波数の１／２倍とし、サンプリ
ング周波数を低周波モードの基準周波数の１２倍に設定
する。例えば通常モードにおける基準周波数を５０Ｈｚ
とする場合、通常モードにおけるサンプリング周波数は
６００Ｈｚとなり、また低周波モードにおける基準周波
数及びサンプリング周波数はそれぞれ２５Ｈｚ、３００
Ｈｚに設定される。（５）ステップＳ５では、メモリ内の変数の値を初期化
し、（６）ステップＳ６では、図１に示した演算処理を行
う。

【００３１】周波数２７Ｈｚにおける電圧の値において
具体的例を示すと、通常モードの基準周波数５０Ｈｚ
（Ｔｓ＝１／６００）において計算すると、その誤差は
（５）式により１９．９％〜−２５．０％となるのに対
し、低周波モードの基準周波数２５Ｈｚ（Ｔｓ＝１／３
００）における誤差は０．７８％〜−０．７９％とかな
り小さくなる。

【００３２】以上のようにこの実施の形態１によれば、
ＡＶＲ６のディジタル式変換器６１の高速演算部６１２
において、通常モードと低周波モードにより基準周波数
の周波数を変更し設定するようにしたので、低周波数に
おいても正確な電圧及び電流を検出でき、発電機電圧が
制御目標値になるように励磁制御を行う効果がある。

【００３３】実施の形態２．上記実施の形態１では、フ
ラグ値に応じて周波数モードを決定したが、同期機の出
力している電圧の周波数を検出して、その検出した周波
数に応じて基準周波数を変更するようにしてもよい。

【００３４】また、周波数モードを「低周波モード」と
「通常モード」の２段階で基準周波数を切り換えたが、
「低い周波数」「中程度の周波数」「通常の定格周波
数」等の３段階、またはそれ以上の多段階の切り換えを
してもよい。例えば、基準周波数を同期機の周波数に応
じて２０Ｈｚ、３０Ｈｚ、５０Ｈｚの３段階にしてもよ
い。また、それ以上の多段階にしてもよいし、また、段
階を無くて同期機の周波数に対応して連続的に変化する
基準周波数としてもよい。

【００３５】実施の形態３．図３は実施の形態３による
励磁装置の構成を示す図である。図３は図６に示した従
来の励磁装置の構成図にディジタル式変換器６１と並列
に接続される電圧検出部６７及びディジタル式変換器６
１と電圧検出部６７とを選択するためのスイッチ６８を
追加したものである。また、図４は図３の電圧検出部６
７の内部構成を示す図である。

【００３６】次に動作について説明する。（１）電圧検出部６７は、ＰＴ４の３相信号（ｖａ、ｖ
ｂ、ｖｃ）を３相トランス６７１、半導体６７２、抵抗
６７３、コンデンサ６７４で構成された全波整流回路に
より小レベルのアナログ信号に変換し、調整抵抗６７５
で特性の補正を行うことで電圧（Ｖ）を出力する。

【００３７】（２）基準周波数においては、スイッチ６
８の接点ａを接点ｃと接続することで、従来の方法と同
様にディジタル式変換器６１により電圧（Ｖ）を検出
し、励磁制御を行う。（３）また、低周波においては、スイッチ６８の接点ａ
を接点ｂと接続することで前述の電圧検出部６７により
電圧（Ｖ）を検出し、励磁制御を行う。

【００３８】このように周波数モードごとにＰＴ４から
の交流信号の周波数に関係なく精度の良い電圧検出が可
能な電圧検出部６７と、従来のディジタル式変換器とを
切り替えて用いることにより、低周波モードにおいて誤
差の小さい電圧検出が可能となる。

【００３９】以上のようにこの実施の形態３によれば、
ＡＶＲ６においてディジタル式変換器６１と電圧検出部
６７とを通常モードと低周波モードにより切り替えて使
用するようにしたので、低周波数においても正確な電圧
を検出でき、発電機電圧が制御目標値になるように励磁
制御を行う効果がある。

【００４０】実施の形態４．なお、上記実施の形態１で
は、ＡＶＲ６のディジタル式変換器６１の高速演算部６
１２において、通常モードと低周波モードにより基準周
波数を変更し設定する場合について述べたが、この実施
の形態４では、図７の従来の高速演算部６１２での演算
処理において、図１０に示す振幅値演算の平均値処理１
３を図５に置き換えた演算処理を行う。

【００４１】通常の周波数モードにおいては、同期機の
規定の周波数を基準周波数とし、その基準周波数におい
てサンプリングした値を用いて（５）式に示した演算式
により電圧Ｖを計算する。そして、低周波モードにおい
ては（６）式を用いて電圧の振幅を計算する。

【００４２】

【数５】

【００４３】ここでｖｎは交流電圧波形における振幅の
ピーク値（１／２周期ごとの波形の正負の最大値）であ
り、（６）式は電圧波形において１２点の振幅のピーク
値（６周期分のピーク値）の平均を電圧Ｖとするもので
ある。この演算方式では低周波数において、従来の演算
方式で生じる誤差よりも誤差が小さくなり、電圧検出精
度が向上する。

【００４４】以上のようにこの実施の形態４によれば、
ディジタル式変換器６１の高速演算部６１２において、
通常モードと低周波モードにより振幅値演算方式を切り
替えて演算することにより、低周波数における演算の誤
差が低減され、電圧検出の精度が向上して発電機電圧が
制御目標値になるように励磁制御を行う効果がある。

【００４５】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、同期機
の周波数が低周波であっても正確な出力電圧値を検出す
るようにしたので、発電機電圧が制御目標値になるよう
な励磁制御を行うことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１によるディジタル式
変換器の高速演算部での演算処理を示すブロック図であ
る。

【図２】この発明の実施の形態１によるディジタル式
変換器の動作を示すフローチャートである。

【図３】この発明の実施の形態３による励磁装置の構
成を示す回路図である。

【図４】この発明の実施の形態３による電圧検出部の
構成を示す回路図である。

【図５】この発明の実施の形態４によるディジタル式
変換器の高速演算部での演算処理を示すブロック図であ
る。

【図６】従来の励磁装置の構成を示す回路図である。

【図７】従来のディジタル式変換器の構成を示す回路
図である。

【図８】従来のサンプリングの一例を示す波形図であ
る。

【図９】従来のディジタル式変換器の高速演算部での
演算処理を示すブロック図である。

【図１０】従来のディジタル式変換器の高速演算部で
の演算処理を示すブロック図である。

【符号の説明】

１同期機２界磁巻線３励磁機４計器用変圧器５計器用変成器６自動電圧調整
装置６１ディジタル変換器６２基準部６３増幅部Ａ６４位相補償
部６５加算部６６増幅部Ｂ６７電圧検出部６８スイッチ６１２高速演算部６１３２ポー
トレジスタ６１４ＰＩＯバスインターフェース６７１３相ト
ランス６７２半導体６７３抵抗６７４コンデンサ６７５調整抵
抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H590 AA22 CC01 CC18 CD01 DD64 DD70 EA07 EB02 EB21 FA06 GA02 GB05 HA02 HA05 HA06 HA07 HA09 HB02 JA02 JA19 JB02 JB04 JB15 JB16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】設定した基準周波数に応じて同期機の出
力電圧をサンプリングし、そのサンプリング値に基づい
て平均値処理を含む振幅値演算を行い出力電圧値を求め
る電圧検出手段と、上記求めた出力電圧値と制御目標値
との比較に応じて励磁制御を行い、上記同期機の出力電
圧を上記制御目標値に制御する制御手段とを備えた励磁
装置において、上記基準周波数は、上記同期機の周波数
に応じた周波数として上記演算を行うようにしたことを
特徴とする同期機の励磁装置。
【請求項２】設定した基準周波数に応じて同期機の出
力電圧をサンプリングし、そのサンプリング値に基づい
て平均値処理を含む振幅値演算を行い出力電圧値を求め
る電圧検出手段と、上記求めた出力電圧値と制御目標値
との比較に応じて励磁制御を行い、上記同期機の出力電
圧を上記制御目標値に制御する制御手段とを備えた励磁
装置において、上記同期機の出力電圧を整流・平滑処理
して直流出力電圧を得る第２の電圧検出手段を備え、上
記同期機が低周波領域で動作中は、上記直流出力電圧の
電圧値を用いて上記制御目標値と比較し、上記同期機が
定格周波数付近で動作中は、上記基準周波数を定格周波
数として上記演算を行い、求めた出力電圧値と制御目標
とを比較するようにしたことを特徴とする励磁装置。
【請求項３】設定した基準周波数に応じて同期機の出
力電圧をサンプリングし、そのサンプリング値に基づい
て平均値処理を含む振幅値演算を行い出力電圧値を求め
る電圧検出手段と、上記求めた出力電圧値と制御目標値
との比較に応じて励磁制御を行い、上記同期機の出力電
圧を上記制御目標値に制御する制御手段とを備えた励磁
装置において、上記同期機の出力電圧波形のピーク値に
応じて出力電圧値を求める第３の電圧検出手段を備え、
上記同期機が低周波領域で動作中は、上記第３の電圧検
出手段で求めた出力電圧値を用いて上記制御目標値と比
較し、上記同期機が定格周波数付近で動作中は、上記基
準周波数を定格周波数として上記演算を行い、求めた出
力電圧値と制御目標とを比較するようにしたことを特徴
とする励磁装置。