JP2015509698A - 電気ユニットの使用方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、発電所に関し、殊に電気機械（２）を含む、発電所用電気ユニットの使用方法に関しており、機械（２）は、コンバータ（３）および発電所変圧器（４）を介して送電網に接続可能である。本発明は、電気ユニットを使用する方法に関しており、発電所変圧器（４）の動作故障時にはコンバータ（３）により、発電所変圧器（４）が上記の機械から切り離される。

Description

本発明は、発電所に関し、殊に電気機械と、周波数コンバータと、発電所変圧器とを含む、発電所用電気ユニットの使用方法に関しており、上記の機械は、上記のコンバータおよび発電所変圧器を介して送電網に接続可能である。
従来の技術
今日の発電所技術では、発電所を一層効率的に構成することが可能である。例えば風力発電所および揚水発電所のような多くの発電所では、電気機械がコンバータに直接接続されるようにされている。
今日の揚水発電所または揚水式蓄積器は、例えば、回転数可変の駆動器を有する。上記の機械の回転数と、商用電源周波数とをデカップリングすることにより、ポンプおよびタービン回転速度を調整して、これらが最適効率の付近で動作させるようにすることが可能である。さらにポンプ動作において回転数を変化させることにより、消費電力を自由に設定可能である。殊に、可変の回転数のシステムは、停止状態から出発して迅速に商用電源網に接続できるかまたはこれと同期することができる。
従来技術による揚水式蓄積器は、二重給電非同期機械と、パワーエレクトロニクス式コンバータとを有しており、これにより、ポンプおよびタービンの回転数制御が可能になっている。したがって第１にはポンプ出力が制御され、第２には必要に応じて設備の効率を増大させることができるのである。
上記のポンプまたはタービンを回転数制御するための１つの実施形態では、三相電流によって調整可能な周波数が供給可能なステータを有する同期機械が使用される。周波数変換は、電圧中間管路または電流中間回路を介して互いに接続されている整流器とインバータとの組み合わせによって行われる。
このような実施形態は、電気機械と、周波数コンバータのような変換器とが直接接続可能な１つの例である。基本的には、上記の電気機械がコンバータに直接接続できるように別の発電所を構成することも考えられる。
発電所における出力が大きい場合、この発電所と需要家との間で伝送することができない極めて大きな発電機電流が発生する。なぜならば、線路に沿った損失は、電気抵抗により、電流の二乗で増大するからである。したがってジェネレータトランスとも称される発電所変圧器が設けられることが多い。この発電所変圧器は、発電機電圧を、例えば、高電圧網における一般的に格段に高い電圧に昇圧する。この際に電流は相応に小さくなる。
発電所においてこの発電所変圧器を保護するため、さらに、発電機回路ブレーカとも称される発電機スイッチ、または発電機パワースイッチが設けられることが多い。このスイッチは、非常時に、例えば発電所変圧器の動作障害時に、発電機として動作する上記の機械を発電所変圧器から切り離し、また故障時に機械側から発電所変圧器に作用する大きな短絡電流からこの発電所変圧器を保護する。この発電所変圧器が商用電源網だけから切り離され、上記の機械から切り離されない場合、この機械は引き続いて、故障した発電所変圧器に給電し、これにより、場合によってはこの発電所変圧器の爆発に結び付いてしまい得るのである。
発電機スイッチは、作製および保守にコストがかかりかつ繁雑である。なぜならば、この発電機スイッチは、非常時に上記の機械を発電所変圧器から切り離すために極端な条件下がスイッチングを行わなければならないからである。
上記のことから出発して、本発明が課題とするのは、発電所を簡略化してより一層効率的に構成することである。
本発明の説明
上記の課題は、請求項１に記載した揚水発電所用電気ユニットを使用する方法によって解決される。別の有利な実施形態は、従属請求項に記載されており、この請求項の引用は、有効な別の請求項の組み合わせを排除するものではない。
本発明では、例えば揚水発電所、風力発電所または火力発電所のような発電所用電気ユニットの使用方法が提供される。この電気ユニットには、例えば回転数可変または回転数一定の機械のような電気機械と、周波数コンバータと、発電所変圧器またはジェネレータトランスが含まれており、この機械は、変換器および発電所変圧器を介して送電網に接続可能である。この方法では、発電所変圧器の故障時のような動作障害時または周波数コンバータの非常時に、例えばトランジスタまたはサイリスタのような能動スイッチ部材を開放することにより、上記の発電所変圧器を機械から切り離す。
上記の周波数コンバータを切り離し器として使用することにより、発電機スイッチを節約することができる。これにより、電気ユニットの作製および保守に対するコストが低減される。
発電所変圧器を介して送電網に接続される、電気機械およびコンバータを有する電気ユニットの概略図である。
本発明の別の特徴、詳細および利点は、請求項の文言ならびに図面に基づく実施例の説明から得られる。
図面に基づく有利な実施例を参照し、以下のテキストにより、本発明のさらなる詳細を詳しく説明する。
参照符号およびその意味は、参照符号一覧にまとめられている。一般的に同じ参照符号は同じ部分を表している。
例示的な実施形態の詳細な説明
図１には、発電所変圧器４を介して送電網５に接続される、電気機械２およびコンバータ３を含む電気ユニット１が略示されている。機械２は、機械２の動作モードに依存してもモータまたは発電機として使用される。
周波数変換は、整流器およびインバータの組み合わせによって行われる。この整流器およびインバータは、集中型または分散型の電圧中間回路または電流中間回路を介して互いに接続されている。この中間回路はさらにエネルギを蓄積するため、例えば、電圧中間回路の場合にはコンデンサを、また電流中間回路の場合にはインダクタンスを有する。
商用電源網側のＡＲＵとも称される整流器またはインバータと、機械側のＩＮＵとも称される整流器またはインバータを適切に構成した場合に、大きな短絡電流が発生し得る、発電所変圧器４において発生する故障は、確実にコントロールすることができる。なぜならば機械２は、コンバータ３によって発電所変圧器４からデカップリングされるからである。
自由に選択可能な回転数で上記の機械を動作させることにより、種々異なる応用において大きな利点が得られる。揚水発電所の例では、上記の機械の回転数と、商用電源周波数とをデカップリングすることにより、ポンプおよびタービン回転速度を調整して、これらを最適効率の付近で動作させることが可能である。さらにポンプ動作における回転数を変化させることにより、消費電力を自由に調整することができる。同期機械２を使用することにより、殊に、例えば大きな落差に対して、高い回転数も実現可能である。さらに、動作的に到達可能な回転数領域は、連続してゼロから最大回転数まで到達し、ポンプおよびタービンの動作上の限界だけによって制限される。上記のポンプおよびタービンは、基本的に１つのユニットに、例えばポンプタービンに統合することができる。殊に既存の発電機を交換することなく、比較的旧い設備を可変周波数動作に増強することができる。別の利点は、極めて迅速に商用電源網に結合できることと、周波数コンバータ３において正または負の無効電力を形成して、上記の発電機を有効出力だけで動作させることができ、これによってこの発電機の構造が小型になる。さらに周波数コンバータ３を使用することにより、迅速に、例えばポンプ動作からタービン動作に切り換えることができる。
殊に本発明による実施形態により、確立され、信頼性が高く、かつ保守の容易な発電機技術を使用することができる。
１ 電気ユニット、 ２ 機械、 ３ コンバータ、 ４ 発電所変圧器、 ５ 送電網

Claims (1)

  1. 発電所用電気ユニット（１）の使用方法において、
    前記電気ユニット（１）には、
    モータおよび発電機として使用可能な電気機械（２）と、
    能動スイッチ部材を有するコンバータ（３）と、
    発電所変圧器（４）とが含まれており、
    前記機械（２）は、コンバータ（３）および発電所変圧器（４）を介して送電網（５）に接続可能であり、
    前記方法は、
    ａ 前記機械（２）の発電機動作における前記ユニット（１）の動作障害時に、前記コンバータ（３）の前記能動スイッチ部材を開放することにより、前記機械（２）と前記発電所変圧器（４）との間の前記接続を切り離すステップを含む、
    ことを特徴とする使用方法。
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