JPH0454899A - 可変速発電機または電動機の励磁方法及びその装置 - Google Patents
可変速発電機または電動機の励磁方法及びその装置Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
可変速度にて発電機または電動機を運転する可変速発電
電動機の励磁方法及び装置に係り、特に、電力系統遮断
時等に発生する出方電圧の上昇を抑制するに好適な励磁
方法及び装置に関する。
般に同期機が用いられていることがら、一定回転速度に
よる運転しか行えないので、発電車、揚水量及び落差に
よりポンプ水車の効率が低下すること、また、揚水運転
時の負荷調整が行えないという問題があった。
上記問題点を解決する可変速揚水発電システムが提案さ
れている。このシステムは、大容量の巻線形の交流励磁
同期機からなる可変速発電電動機(以下、可変速機と称
する。)の2次巻線を2次励磁する方式とし、この励磁
周波数を1ullで可変速度での発電及び揚水運転を実
現するものである。
して、同期機にあっては負荷トルク(有効電力)に見合
ったトルクは内部相差角が変化することにより発生され
るものであり、励磁電流がトルクに寄与するものではな
いのに対し、可変速機にあっては2次励磁電流をトルク
成分(有効電力合成又はq軸成分とも称される)と、磁
束方向成分(無効電力成分、電圧成分又はd軸成分とも
称される)とに分解して制御できることがら、それぞれ
独立に有効電力と無効電力を制御することができること
にある(例えば、特開昭62−181698号参照)。
起因して次に述べるような問題点が生ずるおそれがある
。
負荷遮断時(以下、電力系統遮断時と総称する。)に、
出方電圧が急上昇してしまう現象が現われることである
。同期機の場合は、系統の負荷がなくなると内部相差角
が零に戻され、出方電圧の上昇ΔVに対しては直流励磁
電流が絞られ。
においては、系統の負荷がなくなるとトルク電流成分も
電圧制御にががる磁束方向成分に寄与することになるた
め、出方電圧の上昇分ΔVが増大するようになる。つま
り、磁束の方向が遮断前の磁束方向電流成分1dとトル
ク電流成分Iqとがベクトル合成された励磁電流の方向
に移る。
きいので、ΔVが増大するのである。
大する方向へ動作し、無効電力制御(電圧制御)はId
を小さくする方向へ動作することから、それらの電流1
q、Idはそれぞれ制御上定められた上限値、下限値に
達し、出力電圧の制御が不能になる。この問題には種々
対策が検討されているが負荷遮断直後の電圧上昇を抑制
するためには高速な遮断検出が必要である。
電圧上昇などの問題は解決されるのであるが、通常、電
力系統の運用面から高速又は急速に遮断を回復させるこ
とが要求されるので、励磁を停止することはできない。
抑制することができる可変速発電機または電動機の励磁
方法及び装置を提供することにある。
は電動機の二次巻線を当該発電電動機の出力有効電力の
指令値と検出値の偏差を零にすべく求められるトルク電
流成分と、当該発電電動機の電圧指令と検出値の偏差を
零にすへく求められる磁束方向電流成分とをベクトル合
成してなる交流励磁電流により励磁する可変速発電機ま
たは電動機の励磁方法において、電力系統の遮断あるい
は系統電流の急変時に発生する励磁電流の変化を監視し
て負荷遮断あるいは負荷急変を検出し、前記ベクトル合
成された二次巻線の励磁電流をしぼりこむことにより達
成される。
を、励磁電流指令値と励磁電流検出値の偏差を監視し、
その大きさが設定値を超えたことで行う請求項1に記載
の可変速発電機または電動機の励磁方法によっても達成
される。
の偏差を監視し、その大きさが設定値を超えたとき、該
偏差を励磁電流指令値から所定の時間減算して励磁電流
の増加を抑制する請求項1に記載の可変速発電機または
電動機の励磁方法によっても達成される。
差の値が、所定の時間の間に、当初検出された値から徐
々に減少される請求項3に記載の可変速発電機または電
動機の励磁方法によっても達成される。
を励磁電流検出値に切り換え、所定の時間後1通常の励
磁電流指令値にもどして励磁電流の増加を抑制する請求
項1に記載の可変速発電機または電動機の励磁方法によ
っても達成される。
限を設け、励磁電流の急速な増加を抑制する請求項3乃
至5のいずれかに記載の可変速発電機または電動機の励
磁方法によっても達成される。
巻線交流励磁する周波数変換器と、前記可変速発電機ま
たは電動機の出力有効電力の指令値と検出値の偏差を零
にすべくベクトル電流成分を求める有効電力制御手段と
、前記可変速発電機または電動機の出力電圧の指令値と
検出値の偏差を零にすべく磁束方向電流成分を求める出
力電圧制御手段と、前記各手段から出力されるトルク電
流成分と磁束方向成分とをベクトル合成して前記二次巻
線の励磁電流指令値を求め前記周波数変換器に出力する
励磁電流制御手段とを含んでなる可変速発電機または電
動機の励磁装置に、負荷遮断検出手段と、負荷遮断検出
後励磁電流指令値と励磁電流検出値の偏差を前記励磁電
流指令値から所定の時間減ずる補償手段を設けることに
よっても達成される。
所定の時間減ずる偏差を1時間とともに減するものであ
る請求項7に記載の可変速発電機または電動機の励磁装
置によっても達成される。
動機(以下、単に発電電動機と称す。)は電力系統から
開放されるので、出力有効電力は零となり、有効電力制
御手段は、有効電力を指令値に保持すべくトルク電流成
分Iqを増大させる方向へ作用し、出力電圧制御手段は
出力電圧の上昇を制御すべく磁束方向電流成分Idを小
さくする方向へ作用する。そして、実際には有効電力は
出力されないので増大されるトルク電流成分Iqは出力
電圧を上昇させる方向に作用し、出力電圧制御手段は機
能を失なって出力電圧が急激に上昇されることになる。
磁電流が監視され、電力系統が遮断されたときに励磁電
流の挙動から遮断が検出されるため、時間遅れなく遮断
が検出され、さらに発電機電機子反作用により減じられ
た励磁電流をそのままの値で保つ様、電流指令値を変え
ることで励磁電流が制御されるため、たとえトルク電流
成分Iqが増大し、かつ磁束方向電流成分1dが下限状
態となっても結果としてベクトル合成された励磁電流制
御手段2は瞬時に絞込まれる。したがって、前述したト
ルク電流成分Iqによる出力電圧の上昇作用が抑制され
さらに、それ以降は出力電圧は電圧抑制手段の機能によ
って指令値に保持制御されることになる。
励磁電流の挙動により行われるため前記抑制制御は負荷
遮断直後に動作する。
荷遮断を誤検出しても、出力電力、出力電圧は、電力制
御手段および電圧制御手段の機能によって、一定時間後
、健全時の状態に自主復旧可能なため誤検出時にも系統
に対して外乱を最小限に抑制できる。
場合、電力系統に加わる外乱を最小限に抑制できるため
負荷遮断検出手段に一定時間の検出確認時間を設けなく
ても瞬時で検出することができ、系統遮断時の電圧抑制
を高速に実施できる。
例の全体構成図を示し、第1図にその励磁装置の励磁電
流制御演算ブロック図を示し、第3図に励磁電流指令の
演算ブロック図を示す。
動機2の1次端子は、遮断機3,8と主変圧器4を介し
て電力系統5に接続されている。
、3相の交流励磁電流が周波数変換器としてのサイクロ
コンバータ6(6A〜6C)から供給されるようになっ
ている。各サイクロコンバータ6A〜6Cは、励磁用変
圧器7(7A〜7G)と、遮断器8を介して主変圧器4
の1次側に接続されている0発電電動機から流出される
有効電力PLと出力電圧Vaの検出値は、計器用変圧器
9と変流器10を介して、主変圧器4の一次側と遮断器
8を結ぶケーブルに結合された電力、電圧検出器11に
より得られる0発電電動機2に接続された位相検出器1
2は発電電動機2の2次誘起電圧の位相を検出する。該
位相検出器12に接続された基準信号演算回路13は2
次誘起電圧の位相に基いて、すベリ周波数wsと一定の
振幅を持ち、かつ2次誘起電圧とそれぞれ同相およびπ
/2位相差を有する基本波信号eos wst 、 s
in wstを生成し励磁電流制御装置14 (14A
−14G)に出力する。
御手段(以下励磁電流制御装置という)14は、電流パ
ターン演算器22と、該電流パターン演算器22の出力
側に接続された電流制御演算器23と、該電流制御演算
器23の呂カ偏に接続された自動パルス位相器24とを
含んで形成されている。
族!15が設けられ、該電力制御装置15は、加算器1
7A、17Bと、該加算器17A、17Bの出力側に夫
々接続された有効電力制御手段である電力調整演算器1
8及び圧力電圧制御手段である電圧調整演算器19を含
んでいる。
aと検出値PLに基づいてトルク電流成分Iqを決定す
るとともに出力電圧の指令値Voと検出値Vaに基づい
て磁束方向電流成分Idを決定し、決定したトルク電流
成分子qと磁束方向電流成分Idを各相ごとにそれぞれ
励磁電流検出値!14に出力する。すなわち、第3図に
示す励磁電流指令の演算ブロック図のように、POとP
Lの偏差ΔPLが加算器17Aにより求められ、次に電
力調整演算器18において、ΔPLを零にすべくトルク
電流成分Iqが求められ、このIqは励磁電流制御装置
14に出力される。同様に、V。
に電圧調整演算器19において、ΔVcを零にすべく磁
束方向電流成分Idが求められ励磁電流制御装置14に
出力される。
器22は、第3@に示すように、電力調整演算器18か
ら入力されるトルク電流成分Iqに基準信号演算回路か
ら入力される基本波信号cos wstを乗じる掛算器
28Aと、同じく電圧調整演算器19から入力される磁
束方向電流成分Idに基準信号演算回路13から入力さ
れる基本波信号sin wstを乗じる掛算器28Bと
、掛算器28A、28Bの出力をベクトル合成して励磁
電流指令値I2を出力するベクトル合成演算器30を含
んで形成されている。すなわち、電流パターン演算器2
2では、次式(1)に示す演算処理がなされている。
sin wst=I2cos (wst +’P)
・・・(1)ここで I2=君フ戸丁? なお、式(1)をベクトル表示すると次式のようになる
。
(2)電流制御演算器23は、電流パターン演算器22
の出力側に接続された減算器5oと、該減算器50の出
力側に接続された減算器51と、該減算器51の出力側
に接続された演算器52と、該演算器52の出力側に接
続された制御角変化レートリミッタ53と、前記減算器
51の同じく出方側に接続され負荷遮断検出手段をなす
比較器57と、該比較器57の出力側にデイレイタイマ
58を介して接続された切り換えスイッチ55と、該切
り換えスイッチ55の二次側と前記減算器5゜の入力側
を接続する補償回路54と、を含んでいる。切り換えス
イッチ55の1次側はさらに前記減算器51の出力側に
接続され、制御角変化レートリミッタ53の出力側は、
自動パルス移相器24の入力側に接続されている。サイ
クロコンバータ6と励磁用変圧器7を結ぶ配線には変流
器29A、29B、29Cが結合されており、該変流器
29A、29B、29C(7)出方側は、励磁電流制御
装置14A、14B、14C夫々ノ前記減算器51の入
力側に接続されて励磁電流検出値11を入力する。
される励磁電流検出値Izと励磁電流指令値I2との偏
差を零にすべくサイクロコンバータ6の制御位相角EC
を求める。自動パルス位相1124は入力される制御位
相角ECと変換器3゜から入力される電源電圧信号に基
づいてサイクロコンバータ6のサイリスタに点弧パルス
を呂カするようになっている。
値I2を入力として、制御位相角ECを出力する電流制
御演算器23の動作手順を第1図を用いて説明する。通
常制御時は励磁電流指令値I2と励磁電流検出値Itの
偏差が減算!51により求められる。次いで、この偏差
Δ工を無くす種演算器52により制御位相角ECの制御
量が求められ、制御角変化レートリミッタ53(図示せ
ず)を介して自動パルス位相器24へ出方される。また
、比較器57は、励磁電流指令値工2と励磁電流指令値
工□の偏差Δ■が設定値より大きくなったかどうかを監
視し、大きくなったら、検出信号aをONとする。なお
、デイレイタイマ58は検出信号aが一度ONになった
後、一定時限ONを保つために設置されている。切り換
えスイッチ55は前記検出信号aがONの時のみ補償回
路54へその時点での偏差Δ■を出方する動作(切り換
えスイッチON)を行う。補償回路54は検出信号aが
ONの時、励磁電流指令値工2と励磁電流検出値11の
偏差を小さくするため補償出方Icを演算し、これを減
算器50に出力して励磁電流指令値工、を補償する働き
をする。ここでは検出信号aがONの時、偏差Δ工を補
償出力I。
参照しながら次に説明する。第5図に示すタイムチャー
トにおいてt1時に電力系統の遮断が発生したものとし
て説明する。
8と電力系統5に設けられている遮断器16A、16B
が投入状態にあるときは1発電電動機2から系統に電力
が供給される。このときの有効電力PLと出力電圧Vc
は、電力調整演算器18と電圧調整演算器19により求
められたトルク電流成分Iq□と磁束方向電流成分Id
、に基づいて制御される。この状態において励磁電流I
2□と出力電圧Vaのレベルは安定したものとなる。
第4図に示したものとなり、磁束方向Φ、と磁束方向電
流成分Id1の位相が同一なので、出力電圧制御および
有効電力制御の応答性が良い。
と、有効電力の検出値PLは瞬時に零になるので、発電
電動機2の内部の関係において、磁束方向は瞬時に第4
図Φ□からΦ2に移る。これにより励磁電流工2□と出
力電圧Vcは急激に上昇する。一方、電力調整演算器1
8と電圧調整演算器19は、それらの制御系の制御遅れ
時間後のt2時において、有効電力制御のフィードバッ
ク値である検出値PLが零になるのでトルク電流成分I
qを増大させる方向に動作を開始し、また、出力電圧V
cの上昇により磁束方向電流成分Idを減少する方向に
動作を開始する。
Izは励磁電流指令値工2に追従し、すべり周波数をも
った交流励磁波形となっている。
一定に保とうとするため励磁電流検出値Inは瞬時に減
少する。しかし励磁電流指令値I2は前述の如くトルク
電流成分子qが増大するため第5図の点線部の様にI、
/ となり励磁電流を増大させようとし、これが、出力
電圧vGを急激に上昇させる要因となる。
比較器57によって電機子反作用により減少した励磁電
流検出値11と励磁電流指令値工2との偏差Δ工が一定
値を超えたことで負荷遮断を検出する。これにより切り
換えスイッチ55がONになり、補償回路54より出力
IC=ΔIが出力される。出力Icは減算器50により
、励磁電流指令値工2よりIc (=Δ工)を減少し、
減算器51に入力される励磁電流指令値I2をほぼ検出
値工、と等しくする(第5図の実線部分)。この結果偏
差Δ工はほぼ0となり、電流制御演算器23の出力とし
ても変化がなく、励磁電流指令値工、も抑制され急激な
Va電圧上昇を抑制できる。
t3に出力Icは零となるが、この時までには電力調整
演算器18と電圧調整演算器19により励磁電流指令値
工2が安定状態となっているため、この切り換えスイッ
チ55の切りかえによる不用な外乱を与えない。
検出できたとしてもその検出器の計測遅れ等によるむだ
時間のため、急激な電圧上昇を抑制できなかった(第5
図の点線部もそうである)が、本発明は電力系統の遮断
を励磁電流検品値Itの動きによって検出できるため、
出力電圧の上昇を抑制することができる。
たデイレイタイマ58が削除され、補償回路54の代わ
りに補償回路60が設けられている。補償回路60は切
り換えスイッチ55がONした時の偏差Δ工を記録し、
経過時間とともにその記録値を減少させていき、経過時
間t4後には出力I c = Oとするものである。本
実施例では遮断検出は第1図に示す方法で実施されるが
比較器57がONした時のみ切り換えスイッチ55がO
Nされるため、回路は単純となる。補償回路60の出力
Icは切り換えスイッチ55がONの時(時刻t工時)
IC=Δ工となるがその後ランプ関数で減少してくる。
り換えスイッチ55と補償回路54とが無くされ、減算
器50に代えて、指令値工2と検出値Izを入力とし検
出信号aによって切り換えられてそのいずれかを出力と
する切り換えスイッチ70が設けられたもので、他の構
成は前記第1図に示されたものと同じである。該切り換
えスイッチ70は、検出信号aがONの時に減算器51
への出力を、指令値工2から検出値工!へ切り換えるよ
うに構成され、この切り換え動作により、減算器51に
指令値として入力される値が検出値工、となるので、該
減算器51の出力である偏差Δ工はOとなる。このため
励磁電流を増加することなく、ΔVが抑制できる。しか
も第1図に比へ、補償回路54を必要としないので回路
が単純となる。
負荷遮断検出のための比較器57.デイレイタイマ58
.切り換えスイッチ55.補償回路54.減算器50を
無くし、その代わり演算器52の出力に対し、常時バイ
アス80を加算する加算器81、該加算器81の出力の
変化率に対し変化率上限を設定する変化率リミッタ82
、該変化a率すミッタ82の出力と演算器52の出力と
の低値選択を行う低値選択回路83を有する。該低値選
択回路83の出力が制御位相角ECとして、自動パルス
位相器24に入力される。本実施例によれば負荷遮断時
に励磁電流指令値I2が上昇し。
化率リミッタ82で抑えられておりこの出力の方が小さ
いため、最終出力Ecは急激には上昇しないため、励磁
電流を抑制できる。通常時は演算器52の出力がそのま
ま出力ECとなり、遮断時のみ変化率リミッタ82の出
力が出力ECとなることにより特別な切りかえ操作が無
く、単純な回路となるメリットがある。
されたときに、瞬時に遮断が検出され2次励磁電流が絞
り込まれるので、その遮断より生ずる出力電圧の上昇を
抑制して、出力電圧を指令値に安定に保持することがで
きるという効果がある。
、第2図は本発明が適用された可変速揚水発電装置を示
すブロック図、第3図は励磁電流指令値の生成手順を示
すブロック図、第4図は第2図実施例の動作説明のため
のベクトル図、第5図は第1図実施例の動作説明のため
のタイムチャート図、第6図、第7図、第8図は本発明
の他の実施例の要部構成を示すブロック図である。 2・・・可変速発電電動機、5・・・電力系統、6・・
・周波数変換器、14・・・励磁電流制御手段、18・
・・有効電力制御手段、19・・・出力電圧制御手段、
57・・・負荷遮断検出手段、50,54.60・・・
補償手段。 第 1 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、電力系統に接続された可変速発電機または電動機の
二次巻線を当該発電電動機の出力有効電力の指令値と検
出値の偏差を零にすべく求められるトルク電流成分と、
当該発電電動機の電圧指令と検出値の偏差を零にすべく
求められる磁束方向電流成分とをベクトル合成してなる
交流励磁電流により励磁する可変速発電機または電動機
の励磁方法において、電力系統の遮断あるいは系統電流
の急変時に発生する励磁電流の変化を監視して負荷遮断
あるいは負荷急変を検出し、前記ベクトル合成された二
次巻線の励磁電流をしぼりこむことを特徴とする可変速
発電機または電動機の励磁方法。 2、負荷遮断あるいは負荷急変の検出は、励磁電流指令
値と励磁電流検出値の偏差を監視し、その大きさが設定
値を超えたことで行うことを特徴とする請求項1に記載
の可変速発電機または電動機の励磁方法。 3、励磁電流指令値と励磁電流検出値の偏差を監視し、
その大きさが設定値を超えたとき、該偏差を励磁電流指
令値から所定の時間減算して励磁電流の増加を抑制する
ことを特徴とする請求項1に記載の可変速発電機または
電動機の励磁方法。 4、励磁電流指令値から減算される偏差の値が、所定の
時間の間に、当初検出された値から徐々に減少されるこ
とを特徴とする請求項3に記載の可変速発電機または電
動機の励磁方法。 5、負荷遮断検出後、励磁電流指令値を励磁電流検出値
に切り換え、所定の時間後、通常の励磁電流指令値にも
どして励磁電流の増加を抑制することを特徴とする請求
項1に記載の可変速発電機または電動機の励磁方法。 6、励磁電流指令値の上昇変化率に上限を設け、励磁電
流の急速な増加を抑制することを特徴とする請求項3乃
至5のいずれかに記載の可変速発電機または電動機の励
磁方法。 7、可変速発電機または電動機の二次巻線交流励磁する
周波数変換器と、前記可変速発電機または電動機の出力
有効電力の指令値と検出値の偏差を零にすべくベクトル
電流成分を求める有効電力制御手段と、前記可変速発電
機または電動機の出力電圧の指令値と検出値の偏差を零
にすべく磁束方向電流成分を求める出力電圧制御手段と
、前記各手段から出力されるトルク電流成分と磁束方向
成分とをベクトル合成して前記二次巻線の励磁電流指令
値を求め前記周波数変換器に出力する励磁電流制御手段
とを含んでなる可変速発電機または電動機の励磁装置に
おいて、負荷遮断検出手段と、該負荷遮断検出手段によ
る負荷遮断検出後励磁電流指令値と励磁電流検出値の偏
差を前記励磁電流指令値から所定の時間減ずる補償手段
を設けたことを特徴とする可変速発電機または電動機の
励磁装置。 8、補償手段は、励磁電流指令値から所定の時間減ずる
偏差を、時間とともに減ずるものであることを特徴とす
る請求項7に記載の可変速発電機または電動機の励磁装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2161987A JP2863949B2 (ja) | 1990-06-20 | 1990-06-20 | 可変速発電機または電動機の励磁方法及びその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2161987A JP2863949B2 (ja) | 1990-06-20 | 1990-06-20 | 可変速発電機または電動機の励磁方法及びその装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0454899A true JPH0454899A (ja) | 1992-02-21 |
JP2863949B2 JP2863949B2 (ja) | 1999-03-03 |
Family
ID=15745884
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2161987A Expired - Lifetime JP2863949B2 (ja) | 1990-06-20 | 1990-06-20 | 可変速発電機または電動機の励磁方法及びその装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2863949B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102545267A (zh) * | 2012-02-09 | 2012-07-04 | 上海交通大学 | 双馈风电机组低电压穿越方法 |
-
1990
- 1990-06-20 JP JP2161987A patent/JP2863949B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102545267A (zh) * | 2012-02-09 | 2012-07-04 | 上海交通大学 | 双馈风电机组低电压穿越方法 |
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Publication number | Publication date |
---|---|
JP2863949B2 (ja) | 1999-03-03 |
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