JP5582896B2

JP5582896B2 - 電気機械を配電網と同期させる方法、及び、電気機械と配電網とを備える装置

Info

Publication number: JP5582896B2
Application number: JP2010156367A
Authority: JP
Inventors: トーマス・シュッテ; ローラント・フク
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2030-07-09
Also published as: US8405252B2; US20110163607A1; EP2273649B1; EP2273649A1; JP2011019392A; CN101958558A; CN101958558B

Description

本発明は、電気機械を配電網と同期させる方法及び電気機械と配電網の構成に関する。以下において、発電機と関連させて説明するが、本発明の方法及び構成は、特に、電気モータなどの別の電気機械にも適用することができることは明らかである。

図１を参照すると、発電機１などの同期機械を配電網２と正しく接続するために、同期装置３が配備されており、この同期装置３は、発電機１と配電網２の電圧、周波数及び位相を（測定用変圧器４，５を介して）測定して、それらのパラメータが互いに可能な限り近接した場合にのみ、遮断器６によって、両者を互いに接続させるものである。

換言すれば、時間ｔに関して発電機（実線１０）と配電網（破線１１）の電圧Ｖを示す図４に図示されている通り、曲線１０と１１が互いに重なり合った時に、遮断器が閉じられる。

しかし、システムの据付又は保守の間に、発電機１を遮断器６と接続する導線７や測定用変圧器４，５の導線が互いに入れ換わってしまうリスクが存在する。

そのような事態が生じると、発電機１と配電網２が相互接続された場合、同期装置３が、発電機１と配電網２の間に同じ電圧、同じ周波数及び同じ位相を測定したとしても、その位相は、実際には同じではなく、最悪の場合、（３相電圧では）１２０°切り換わっている。

言い換えると、時間ｔに関して発電機１（実線１０）と配電網２（破線１１）の電圧Ｖを示す図３に図示されている通り、導線７又は測定用変圧器４，５の導線が互いに入れ換わっている場合に、遮断器６が閉じられると、電圧と周波数は同じであるが、位相は１２０°ずれている（「誤同期」）。

そのような位相差は、遮断器６が閉じられた時に、発電機のシャフトを配電網の位相に合わせようとする大きなトルクの衝撃を発電機１のシャフトに与えることとなる。

従って、発電機などの同期機械のシャフトは、そのような大きなトルクの衝撃に耐えるように設計されている。

国際特許公開第２００５／１１２２４８号明細書

以上のことから、本発明の課題は、前記の従来技術の問題を大幅に軽減する方法及び構成を提供することである。

そのような課題の範囲内において、本発明の対象は、誤同期時における（発電機などの）同期機械のシャフトに対するトルクの衝撃を小さくする、特に、従来の同期方式よりも小さくする方法及び構成を提供することである。

本発明の別の対象は、同期機械のシャフトを小さくするとともに、全体的に従来技術よりも低いトルクに耐えるように設計すればよい方法及び構成を提供することである。

本発明の課題は、上記の対象と共に、本発明による特許請求の範囲に基づく方法及び構成によって達成される。

本発明の更なる特徴及び利点は、本発明による方法の有利ではあるが、それに限定されない、添付図面に図示された実施形態の記載から明らかとなる。

発電機と配電網の接続構成の模式図相互接続する前後の発電機と配電網の電圧の時間的変化を示すグラフ誤同期している場合の相互接続前の発電機と配電網の電圧、周波数及び位相の時間的変化を示すグラフ同期している場合の相互接続前の発電機と配電網の電圧、周波数及び位相の時間的変化を示すグラフ

（ガスタービンや蒸気タービンなどの、それらに限定されない）動力装置によって駆動される発電機１は、回転しているが、配電網２と接続されていない、即ち、（例えば、三極式）遮断器６は開いている。

発電機１の電圧は、配電網の電圧と異なっており、周波数と位相も配電網２と異なっている。

遮断器６を閉じて、発電機１を配電網２と接続する前に、発電機１を配電網２と同期させなければならない。

発電機１を配電網２と同期させる方法は、発電機１の周波数を配電網２の周波数と同期させる工程で構成される。

そのような観点から、同期装置３は、測定用変圧器４，５を介して、発電機１と配電網２の周波数を測定して、発電機１の周波数が配電網２の周波数と等しくなるように、（制御ライン１３を介して）発電機１を駆動する。

図面では、変圧器４，５が、一本の導線７又は配電網２の一つの相にのみ接続しているように図示されているが、それは模式図であり、別の実施形態では、必要に応じて、そのような接続を一つ以上の導線又は相に対して行うことができることは、明らかである。

そのような工程の間、その前、或いはその後に、発電機１の電圧を配電網２の電圧の方に増大させる。

そのような観点からも、同期装置３は、（測定用変圧器４，５を介して）発電機１と配電網２の電圧を測定して、発電機１の電圧を増大させるように、制御ライン１４を介して、ＡＶＲ（自動電圧調整器）２０を駆動する。

図２に図示されている通り、そのような工程の終了時点において、発電機１の電圧と配電網２の電圧の間に差異Δｖが存在するように、発電機１の電圧は、配電網２の電圧値Ｖ_gよりも低い第一の電圧値Ｖ₁にまで高められる。

発電機１の電圧が第一の電圧値Ｖ₁に達し、（変圧器４，５を介して同期装置によって測定した）発電機の位相と配電網の位相が同じである場合に、遮断器６が閉じられて、発電機１が配電網２と接続される。

接続線７又は測定用変圧器４，５の導線が互いに入れ換わっていた場合、遮断器６が閉じられると、発電機の位相と配電網の位相の間に差異が存在し（この差異は１２０°である）、それによって、発電機のシャフトがトルクの衝撃を受けることになる。

しかし、驚くべきことに、本発明による方法では、誤同期している場合のシャフトに対するトルクの衝撃は、従来の方法よりも遥かに小さい。

有利には、発電機１の電圧が第一の電圧値Ｖ₁に達した後で、かつ、発電機１が配電網２と接続される前に、発電機１の位相を配電網２の位相と同期させる。

発電機１が配電網２と接続された後に、発電機１の電圧を配電網２の本来の電圧にまで高めることができる（図２参照）。

第一の電圧値Ｖ₁は、配電網の電圧値Ｖ_gよりも、その電圧値の５〜２０％、有利には、１０〜１５％低い。

シミュレーションによって、そのような範囲では、（位相シフトが１２０°で）誤同期している場合に、発電機１と配電網２の安全な運転を確保しながら、シャフトに対するトルクの衝撃が大幅に低減されることが分かっている。

本発明の方法は、二つの異なる測定用変圧器４，５を用いて実施することができる。

特に、変圧器４，５は、（例えば、配電網の電圧が１５０００Ｖの場合、測定用変圧器４の一次電圧は１４０００Ｖとなり、測定用変圧器５の一次電圧は１５０００Ｖとなる）異なる一次電圧に対して同じ二次電圧（例えば、１００Ｖ）を供給する。

従って、発電機１と接続された測定用変圧器４の一次電圧が、配電網２と接続された測定用変圧器５の一次電圧よりも低い場合に、測定用変圧器４，５は、そのような異なる一次電圧に対して同じ二次電圧を供給する。

別の実施例では、本発明の方法は、電圧値Ｖ₁を保存している記憶装置を備えた、或いはそのような記憶装置と接続されたＡＶＲ（自動電圧調整器）２０を用いて実施することができる。

その場合、ＡＶＲは、発電機の出力電圧が配電網の電圧値Ｖ_gに可能な限り近接するように発電機を駆動するのではなく、発電機の出力電圧が電圧値Ｖ₁に可能な限り近接するように発電機を駆動する。

更に別の実施例では、本発明の方法は、制御ユニット１７と、第一の電圧値Ｖ₁を保存している（制御ユニット１７と接続された、或いはそれに組み込まれた）記憶装置１８とを備えた同期装置３を用いて実施することができる。

その場合、同期装置３は、（測定用変圧器４によって測定した）発電機の電圧を（測定用変圧器５によって測定した）配電網の電圧と比較して、発電機１の周波数が配電網２の周波数と同期するとともに、発電機１の電圧が調整されて配電網２の電圧の方に増大するように、発電機１を駆動することが可能である。

更に、同期装置は、発電機１の電圧が配電網２の電圧よりも低い第一の電圧値Ｖ₁に達した時に、（制御ユニット１７を介して）遮断器６を作動して、発電機１と配電網２を接続させる。

本発明の方法及びその方法を実施するための同期装置には、多くの修正及び変更を加えることが可能であるが、それらは、全て本発明の範囲内に有り、更に、全ての細部は、技術的に等価な構成要素と置き換えることができる。

実際には、使用する材料及び寸法は、要求条件と技術水準に応じて任意に選択することが可能である。

１発電機
２配電網
３同期装置
４，５測定用変圧器
６遮断器
７導線
１０発電機の電圧
１１配電網の電圧
１３周波数用制御ライン
１４（ＡＶＲに対する）電圧用制御ライン
１７制御ユニット
１８記憶装置
２０ＡＶＲ（自動電圧調整器）
Ｖ₁ 第一の電圧値
Ｖ_g 配電網の電圧値
Δｖ電圧差

Claims

発電機（１）として機能する電気機械（１）を配電網（２）と同期させる方法であって、発電機（１）の周波数を配電網（２）の周波数と同期させる工程と、発電機（１）の電圧を配電網（２）の電圧に合わせて調整する工程とを有する方法において、
発電機（１）の電圧が、配電網（２）の電圧値（Ｖ_g）よりも低い第一の電圧値（Ｖ₁）に達した時に、発電機（１）を配電網（２）と接続し、
発電機（１）が配電網（２）と接続された後、発電機（１）の電圧を配電網（２）の電圧値（Ｖ _g ）にまで高める、
ことを特徴とする方法。
発電機（１）の位相を配電網（２）の位相と同期させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
発電機（１）の電圧が第一の電圧値（Ｖ₁）に達した後で、かつ、発電機（１）を配電網（２）と接続する前に、発電機（１）の位相を配電網（２）の位相と同期させることを特徴とする請求項２に記載の方法。
第一の電圧値（Ｖ₁）が、配電網（２）の電圧値（Ｖ_g）よりも、その電圧値の５〜２０％、有利には、１０〜１５％低いことを特徴とする請求項１に記載の方法。
電気機械（１）が電気モータとしても機能することを特徴とする請求項１に記載の方法。
発電機（１）として機能する電気機械（１）と配電網（２）とを備える装置であって、両者の間に介設された遮断器（６）と、測定用変圧器（４，５）を介して、遮断器（６）の上流側で発電機（１）と接続され、遮断器（６）の下流側で配電網（２）と接続されるとともに、発電機（１）を駆動するために発電機（１）と接続された同期装置（３）とを備えた装置において、
測定用変圧器（４，５）が、二つの異なる測定用変圧器（４，５）であり、
同期装置（３）によって増大される発電機（１）の電圧が、配電網（２）の電圧値（Ｖ _g ）よりも低い第一の電圧値（Ｖ ₁ ）に達した時に、遮断器（６）は、発電機（１）を配電網（２）と接続し、
発電機（１）が配電網（２）と接続された後、同期装置（３）は、発電機（１）の電圧を配電網（２）の電圧値（Ｖ _g ）にまで高める、
ことを特徴とする装置。
発電機（１）と接続された測定用変圧器（４）の一次電圧が、配電網（２）と接続された測定用変圧器（５）の一次電圧よりも低い場合に、測定用変圧器（４，５）は、そのような異なる一次電圧に対して、同じ二次電圧を供給する変圧器であることを特徴とする請求項６に記載の装置。
発電機（１）として機能する電気機械（１）と配電網（２）とを備える装置であって、両者の間に介設された遮断器（６）と、測定用変圧器（４，５）を介して、遮断器（６）の上流側で発電機（１）と接続され、遮断器（６）の下流側で配電網（２）と接続されるとともに、発電機（１）を駆動するために発電機（１）と接続された同期装置（３）とを備えた装置において、
自動電圧調整器（２０）が、配電網（２）の電圧値（Ｖ _g ）よりも低い第一の電圧値（Ｖ₁ ）を保存している記憶装置を備えているか、或いはその記憶装置と接続されており、
自動電圧調整器（２０）は、発電機（１）の電圧が第一の電圧値（Ｖ₁ ）に可能な限り近接するように、発電機（１）を駆動し、
発電機（１）の電圧が、第一の電圧値（Ｖ ₁ ）に達した時に、遮断器（６）は、発電機（１）を配電網（２）と接続し、
発電機（１）が配電網（２）と接続された後、自動電圧調整器（２０）は、発電機（１）の電圧が配電網（２）の電圧値（Ｖ _g ）にまで高まるように、発電機（１）を駆動する、
ことを特徴とする装置。
発電機（１）として機能する電気機械（１）と配電網（２）とを備える装置であって、両者の間に介設された遮断器（６）と、測定用変圧器（４，５）を介して、遮断器（６）の上流側で発電機（１）と接続され、遮断器（６）の下流側で配電網（２）と接続されるとともに、発電機（１）を駆動するために発電機（１）と接続された同期装置（３）とを備えた装置において、
同期装置（３）が、制御ユニット（１７）と、制御ユニット（１７）と接続された、或いはそれに組み込まれた、配電網（２）の電圧値（Ｖ _g ）よりも低い第一の電圧値（Ｖ₁）を保存している記憶装置（１８）とを備えており、
同期装置（３）は、発電機（１）の電圧が第一の電圧値（Ｖ₁）に達した時に、制御ユニット（１７）を介して遮断器（６）を作動して、発電機（１）を配電網（２）と接続させ、
発電機（１）が配電網（２）と接続された後、同期装置（３）は、発電機（１）の電圧を配電網（２）の電圧値（Ｖ _g ）にまで高める、
ことを特徴とする装置。