JPH04127843A - 交流励磁同期機の２次励磁装置 - 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〕 この発明は、交流励磁同期調相機などの交流励磁同期機
を用いて、電力系統の安定を向上する交流励磁同期機の
２次励磁装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第４図は例えば電気学会、電力技術研究会（Ｓ６２．７
．２７／２８．於名古屋）発表論文「可変速揚水発電シ
ステムによる系統安定化効果のシミュレーション解析Ｊ
に示された従来の原理図であり、図において、１は交流
励磁同期機（以下、ＡＥＳＭという）の電機子、２は同
じ＜ＡＥＳＭの回転子（２次コイル）、３はシャフト、
４は励磁変換器用の変圧器、５は２次励磁器、６は回転
位置・回転数検出器、７は制御器、８は電流検出用の変
流器、９は電圧検出用の計器用変圧器である。

次に動作について説明する。

ＡＥＳＭを可変速で運転するには、ＡＥＳＭを２次励磁
する方式が通常採用される。したがって、回転子２の回
転数が変わっても、系統周波数と一致するようにすべり
分だけ２次励磁により周波数を補正してやれば、系統と
の並列運転が可能である。すなわち、電機子１が接続さ
れる系統の電圧。

電流を計器用変圧器９および変流器８で検出し、これと
回転位置・回転数検出器６の出力とにもとづいて、制御
器７で２次励磁器５を制御することにより、上記並列運
転が可能となる。ここで、２次励磁器５としては、交流
から直接に交流を作るサイクロコンバータや、交流から
一度直流に変換し、さらに交流を作るコンバータおよび
インバータを用いることができ、予め設定された電圧お
よび回転数になるように上記２次励磁器５を制御してＡ
ＥＳＭを運転する。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のＡＥＳＭの２次励磁装置は以上のように構成され
ているので、系統事故時でも、通常の電圧および回転数
の設定値制御をするのみであり、事故時対応の制御を行
えず、特に、電圧降下の積極的な補正制御や系統動揺の
抑制制御を実施できないなどの課題があった。

また、系統にフリッカ負荷が接続されている場合には、
フリッカに応じて買電しているため電力料金が高くなり
、フリッカ負荷に対応した電力および回転数制御を実施
できないなどの課題があった。

この第１の請求項の発明は上記のような課題を解消する
ためになされたもので、系統事故時にも電圧降下の補償
制御および系統の動揺抑制を積極的に行うことができる
ＡＥＳＭの２次励磁装置を得ることを目的とする。

また、この第２の請求項の発明はフリッカ負荷を系統に
有するにも拘らず、買電電力を一定にすることができる
ＡＥＳＭの２次励磁装置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この第１の請求項の発明に係るＡＥＳＭの２次励磁装置
は、上記系統の安定時に、このＡＥ　ＳＭの出力電圧を
一定とするように、インバータ制御器内のｄ軸制御部を
通して２次励磁制御を行わせる電圧制御回路と、上記系
統の安定時に、上記ＡＥＳＭの回転数の電力の入力偏差
を零に維持するように、インバータ制御器内のｑ軸制御
部を通してゆっくりした２次励磁制御を行わせる電力制
御回路とを備え、上記系統の事故時や動揺時には、リセ
ットフィルタにより上記ｄ軸制御部を通しての上記安定
時の２次励磁制御に加え、急峻な電圧変化を検出して、
上記ｑ軸制御部を通して電圧安定化および電力動揺抑制
制御を実施させ、上記フライホイールに貯蔵されたエネ
ルギーの一時的貯蔵、放出の運転を実施させるように構
成したものである。

また、この第２の請求項の発明に係るＡＥ　ＳＭの２次
励磁装置は、系統の安定時に、ＡＥＳＭの出力電圧を一
定とするように、インバータ制御器内のｄ軸制御部を通
して２次励磁制御を行わせる電圧制御回路と、上記系統
の安定時に、上記ＡＥＳＭの回転数の電力の入力偏差を
零に維持するように、インバータ制御器内のｑ軸制御部
を通してゆっくりした２次励磁制御を行わせる電力制御
回路とを備え、上記系統に接続されたフリッカ負荷の変
動に関係なく買電電力を一定とするように。

電力指令回路の指令により上記電力制御回路による速溶
電力制御を行わせ、上記フライホイールに貯蔵されたエ
ネルギーの一時的貯蔵、放出の運転を実施させるように
したものである。

〔作用〕

この第１の請求項の発明におけるＡＥＳＭの２次励磁装
置は、通常の電圧制御に加えて、電圧急峻をリセットフ
ィルタを通して検出し、この検出出力に従って、電圧安
定度向上または電力動揺抑制のために、インバータ制御
器により一時的に速溶電力制御を実施する。

また、この第２の請求項の発明におけるＡＥＳＭの２次
励磁装置は、ＡＥＳＭの通常の電圧２回転数の一定制御
および入出力電力の零制御に加えて、フリッカ負荷量を
実負荷量か、プログラム運転かあるいは周波数−電力特
性等に応じて決定し、それらに適合したＡＥＳＭの２次
励磁制御を行って、ＦＷの回転フネルギーの放蓄を行い
、これにより買電電力を一定とする。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図において、ＩＡは交流励磁同期機としての交流励
磁同期調相機（以下＋　ＡＥＲＣという）の電機子、２
Ａは同じく回転子、ＦＷはシャフト３に取り付けられた
フライホイール、１１はインバータ制御器で、これには
回転子２Ａに２次励磁電流を供給するインバータ１２が
接続されている。

１３はコンバータで、２次励磁用の変圧器４から得られ
る交流を直流に変換し、その直流出力をインバータ１２
に供給するものである。１０はラプラス演算子、ｄ軸制
御時定数、ｄ軸制御比例ゲインに従って動作する電圧制
御回路で、計器用変圧器９を介して得られる電圧Ｖの、
電圧比較器１５における基準電圧■。どの比較出力を入
力とする。

１７は電力検出器で、変流器８および計器用変圧器９か
ら得られた電圧、電流にもとづいて電力を求める。１８
は電力検出器１７の出力Ｐを基準出力Ｐ０　と比較する
電力比較器、１９はその比較結果にもとづき、ラプラス
演算子、ｑ軸制御時定数。

ｑ軸制御比例ゲインに従って電力偏差を補正する電力偏
差補正回路、１６はラプラス演算子、リセットフィルタ
時定数、リセットフィルタ比例ゲインに従って決定され
るフィルタ特性を持ったりセラ１〜フイルタで、高周波
を通過させ、低周波をカットするように動作して、急峻
な電圧降下や電力動揺時の信号を通過させるものである
。２０はこのリセットフィルタ１６．電力偏差補正回路
１９および後述の回転数偏差補正回路の各出力を加算す
る加算器、１４はこの加算出力をラプラス演算子、ｑ軸
制御時定数、ｑ軸制御比例ゲインに従って演算出力する
電力制御回路である。２１は回転位置・回転数検出器６
の出力Ｎと基準回転数Ｎ。

とを比例する回転数比較器で、この比較結果は回転数偏
差補正回路２２で電力制御上限回転数、２次励磁装置制
御可能下限回転数９回転制御比例ゲインに従って偏差補
正処理された後、上記加算器２０に入力されて、リセッ
トフィルタ１６および電力偏差補正回路１９の各出力と
加算される。

また、インバータ制御器１１において、２５は位相検出
器、２６は座標変換機能を有する３相／２相変換器で、
位相検出器２５および変流器８に接続されている。２７
は電力制御回路１４および３相／２相変換器２６の各出
力の差を求める減算器、２８はｑ軸制御回路、２９は電
圧制御回路１０と３相／２相変換器２６の各出力の差を
とる減算器、３０はｄ軸制御回路、３１はｑ軸、ｄ軸制
御出力を２相／３相に座標変換する２相／３相変換器で
ある。

次に動作について説明する。

まず、通常状態においては、ＡＥＲＣの出力電圧を基準
電圧Ｖ。（＝１．０）と電圧比較器１５で比較し、また
、実際の回転数Ｎを定格回転数とＮ、（＝１．０）と回
転数比較器２１で比較し、さらに出力電力を零電力Ｐ、
（＝Ｏ，Ｏ）と電力比較器１８で比較し、これらの各偏
差を求める。

そして、リセットフィルタ１６は電圧比較器１５の出力
にもとづいて急峻な電圧降下を検出すると電圧偏差信号
がリセットフィルタ１６を通して、加算器２０に加えら
れる。また、電力比較器１８および回転数比較器２１の
出力はそれぞれ電力偏差補正回路１９および回転数偏差
補正回路２２で補正処理され、上記リセットフィルタ１
６の出力信号とともに加算器２ｏに入力される。一方、
電圧制御回路１０および電力制御回路１４では、電圧比
較器１５の出力および加算器２０の出力にもとづいて、
上記各偏差が零となるように、インバータ制御器１１を
通してインバータ１２を制御する。また、これとは独立
して、電圧制御回路１０の出力電圧にもとづき、コンバ
ータ出力電圧を一定とし、かつ変換器電源側の力率が１
．０になるように、コンバータ１３を制御する。すなわ
ち、系統の事故または動揺を急峻な変化で検出した場合
は、リセットフィルタ１６が動作し、電圧が降下したら
発生電力を上げ、回転数を下げるようにインバータ制御
器１１．インバータ１２を制御して、ＡＥＲＣのフライ
ホイールＦＷ３に貯蔵されたエネルギを一時的に放出（
または貯蔵）する。

これによりＡＥＲＣは減速（または加速）するが、−時
的な電力の放出（蓄積）により、系統の安定度向上に寄
与する。このとき、電圧制御回路１゜による電圧制御も
並行して実施される。−時的に放蓄した電力により、Ａ
ＥＲＣの回転数は下式に従って低下する。

（単位Ｐ、Ｕ、） ここで、Ｎ：回転数（Ｐ、Ｕ、） ｔ：時間（秒） Ｈ：単位慣性定数 Ｐ：電力（Ｐ、Ｕ、）（マイナスは放出）このようにし
て、系統が安定した後は通常の回転数一定および出力電
力偏差零の制御を行ってゆっくりと定格回転数および入
出力偏差零にもどす制御が行われる。

なお、このとき、インバータ制御器１１では位相検出器
２５が変圧器９を介して系統電圧の位相を検出し、３相
／２相変換器２６はその位相信号および変換器８の出力
を受けて３相／２相変換を行う。そして、このｑ軸電流
フィードバック［Ｉｑである変換出力は、電力制御回路
１４の出力たるｑ軸電流指令Ｉｑ“との偏差が零となる
ように、ｑ軸制御回路２８の制御によりｑ軸成分の回転
子電圧を出力する。また、ｄ軸電流フィードバック値Ｉ
ｄである変換出力は、電圧制御回路１０の出力たるｄ軸
電流指令Ｉ　ｄ”との偏差が零となるように、ｄ軸制御
回路３０の制御によりｄ軸成分の回転子電圧を出力する
。そして、これらの各回転子電圧は回転位置・回転数検
出器６の出力で制御される２相／３相変換器変換器３１
で２相／３相変換されて、インバータ１２に入力される
。このため、インバータ１２はこれを３相電圧基準とし
て、コンバータ１３からの直流電圧にもとづき、電圧を
発生し、これがスリップリングを介して回転子（巻線）
２Ａに印加され、上記のような制御が行われる。

また、上記実施例では、２次励磁用変換器としてインバ
ータ１２およびコンバータを使用したものを示したが、
サイクロコンバータであってもよい。

さらに、系統事故時や動揺時には一時的にｑ軸制御のゆ
っくりした回転制御や人出カミ力零制御を実施せずに、
リセットフィルタ１６を通しての電力制御のみであって
もよい。

第２図はこの発明の第２の請求項の発明に係るＡＥＳＭ
の２次励磁装置を示すブロック図であり、これが負荷を
系統に接続したものからなる。同図において、４１は系
統に接続されたフリッカ負荷。

４２はフリッカ負荷４１の負荷制御器、４４は計器用変
圧器９を介して得られる交流電圧の周波数を検出する周
波数検出器、４５は実負荷量、プログラム制御信号２周
波数−電力特性のいずれかに応じて、買電電力を一定と
するように、電力制御回路１４による速応電力制御を実
行指令する電力指令回路である６なお、このほかの第１
図に示すものと同一のブロックには同一符号を付して、
その重複する説明を省略する。

次に動作について説明する。

通常は指令された電圧Ｖ。および定格回転数Ｎ０と電力
Ｐ。に対して入出力が零になるように電圧制御回路１０
および電力制御回路１４でインバータ制御器１１を通し
てインバータ１２を制御し、これとは独立にコンバータ
１３の出力電圧が一定および変換器電源側の力率が１．
０になるように、コンバータ１３を制御する。

一方、フリッカ負荷４１がプログラム制御される場合は
、負荷制御器４２からの指令電力を電力指令回路４５で
キャッチする。また、フリッカ負荷４１の大きさが予測
できない場合は、負荷電流を変流器４３で検出するか、
あるいは母線周波数を計器用変圧器９から周波数検出器
２５に入れ、予め計測された周波数−電力特性から電力
指令回路４５で指令電力を演算して、電力比較器１８に
指令電力を出す。これにより、フリッカ負荷が増大（減
少）したら、ＡＥＳＭの発生電力を上げ（下げ）、回転
を下げ（上げ）るようにインバータ制御器１１およびイ
ンバータ１２を制御して。

ＡＥＳＭのフライホール（ＦＷ）に貯蔵されたエネルギ
ーを一時的に放出（貯蔵）する。これにより、ＡＥＳＭ
は減速（加速）するが、−時的な電力の放呂（蓄積）に
より、買電電力を一定することができる。　このとき、
変流器８による電圧制御も並行して実施する。第３図は
このような動作を説明する買電電力Ｐ。と発生電力およ
び電動電力Ｐとの関係および回転数を示すタイムチャー
ト図である。上側は電力Ｐの変動を示しており、買電電
力Ｐ。は一定で、フリッカ負荷に従って、ＡＥＳＭはｔ
０〜ｔ□ではＰ＋を発生して、回転数Ｎは下降している
。また、ｔ□〜ｔ２では買電電力のみで負荷に供給し、
ＡＥＳＭはゆっくりした定速制御で回転を少し回復する
。さらに、ｔ２〜ｔ３ではＰ−を買電電力からＡＥＳＭ
が受けて電動運転され、ＡＥＳＭは加速される。このよ
うに、−時的に放蓄した電力により、上式の通りＡＥＳ
Ｍの回転数Ｎは変動する。

〔発明の効果〕

以上のように、この第１の請求項の発明によれば系統の
安定時に、ＡＥＳＭの出力電圧を一定とするように、イ
ンバータ制御器内のｄ軸制御部を通して２次励磁制御を
行わせる電圧制御回路と、上記系統の安定時に、上記Ａ
ＥＳＭの回転数の電力の入力偏差を零に維持するように
、インバータ制御器内のｑ軸制御部を通してゆっくりし
た２次励磁制御を行わせる電力制御回路とを備え、上記
系統の事故時や動揺時には、リセットフィルタにより上
記ｄ軸制御部を通しての上記安定時の２次励磁制御に加
え、急峻な電圧変化を検出して、上記ｑ軸制御部を通し
て電圧安定化および電力動揺抑制制御を実施させ、上記
フライホイールに貯蔵されたエネルギーの一時的貯蔵、
放出の運転を実施させるように構成したので、系統事故
による電圧急変時や系統電力の動揺に遠路して、系統安
定度を向上させることができるものが得られる効果があ
る。

また、この第２の請求項の発明によれば、系統の安定時
に、ＡＥＳＭの出力電圧を一定とするように、インバー
タ制御器内のｄ軸制御部を通して２次励磁制御を行わせ
る電圧制御回路と、上記系統の安定時に、上記ＡＥＳＭ
の回転数の電力の入力偏差を零に維持するように、イン
バータ制御器内のｑ軸制御部を通してゆっくりした２次
励磁制御を行わせる電力制御回路とを備え、上記系統に
接続されたフリッカ負荷の変動に関係なく買電電力を一
定とするように、電力指令回路の指令により上記電力制
御回路による速溶電力制御を行わせ、上記フライホイー
ルに貯蔵されたエネルギーの一時的貯蔵、放出の運転を
実施させるように構成したので、系統の母線にフリッカ
負荷が接続されている場合でも、買電電力を一定に制御
することができるとともに、高価な買電電力の買電を回
避できるものが得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの第１の請求項の発明によるＡＥＳＭの２次
励磁装置を示すブロック図、第２図はこの第２の請求項
の発明によるＡＥＳＭの２次励磁装置を示すブロック図
、第３図は第２図のＡＥＳＭの動作を示す説明図、第４
図は従来のＡＥ　ＳＭの２次励磁装置を示すブロック図
である。 １０は電圧制御回路、ＦＷはフライホイール、１１はイ
ンバータ制御器、１４は電力制御回路、１６はリセット
フィルタ、４１はフリッカ負荷、４５は電力指令回路。 なお、図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）系統に電力を供給するフライホィール付の交流励
   磁同期機を２次励磁して可変速運転をし、瞬時的有効、
   無効電力制御を行う交流励磁同期機の２次励磁装置にお
   いて、上記系統の安定時に、上記交流励磁同期機の出力
   電圧を一定とするように、インバータ制御器内のｄ軸制
   御部を通して２次励磁制御を行わせる電圧制御回路と、
   上記系統の安定時に、上記交流励磁同期機の回転数の電
   力の入力偏差を零に維持するように、インバータ制御器
   内のｑ軸制御部を通してゆっくりした２次励磁制御を行
   わせる電力制御回路と、上記系統の事故時や動揺時には
   、上記ｄ軸制御部を通しての上記安定時の２次励磁制御
   に加え、急峻な電圧変化を検出して、上記ｑ軸制御部を
   通して電圧安定化および電力動揺の抑制制御を実施させ
   、上記フライホィールに貯蔵されたエネルギーの一時的
   貯蔵、放出の運転を実施させるリセットフィルタとを備
   えたことを特徴とする交流励磁同期機の２次励磁装置。
2. （２）系統に電力を供給するフライホィール付の交流励
   磁同期機を２次励磁して可変速運転をし、瞬時的有効、
   無効電力制御を行う交流励磁同期機の２次励磁装置にお
   いて、上記系統の安定時に、上記交流励磁同期機の出力
   電圧を一定とするように、インバータ制御器内のｄ軸制
   御部を通して２次励磁制御を行わせる電圧制御回路と、
   上記系統の安定時に、上記交流励磁同期機の回転数の電
   力の入力偏差を零に維持するように、インバータ制御器
   内のｑ軸制御部を通してゆっくりした２次励磁制御を行
   わせる電力制御回路と、上記系統に接続されたフリッカ
   負荷の変動に関係なく買電電力を一定とするように、上
   記電力制御回路による速応電力制御を行わせ、上記フラ
   イホィールに貯蔵されたエネルギーの一時的貯蔵、放出
   の運転を実施させる電力指令回路とを備えたことを特徴
   とする交流励磁同期機の２次励磁装置。