JPS63178800A - 可変速発電装置及び方法 - 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〕 本発明は２次励磁を可変周波の交流で行い、発電機の回
転数に係りなく常に一定の周波数の出方を得ることので
きる可変速発電装置の改良に係り、特に系統に異常が生
じた時でも安定な運転を保つことのできる可変速発電装
置に関する。

〔従来の技術〕

従来一般に採用されているこの種可変速発電装置は例え
ば特開昭５５−５６４９９号公報に記載されているよう
に可変速発電機の回転子側（２次側）に回転子の回転速
度に関連させた可変周波の交流励磁を与え、回転子の回
転速度にかがわりなくその固定子側より常に一定の周波
数の電力が得られるように形成されている。

第５図はその代表的な例を示す電気回路図であり、まず
この図に基すき全体的な構成を説明すると、１は系統で
あり、この系統に高圧側しゃ断器２、主変圧器３及び低
圧側しゃ断器４を介して可変速発電機５が結合されてい
る。

可変速発電機５は固定子側に１次巻線５ａ回転子側に２
次巻線５ｂを備え、そして回転子細は駆動源である水車
６に結合されている。

又この回転子軸には回転子の回転速度を検出するための
永久磁石発電機７及び位相検出用の位相検出機８が結合
されている。

可変速発電機の２次巻線５ｂは周波数変換機９を介して
可変速発電機の１次側に結合されている。

周波数変換機９の制御は制御装置１０によって行なわれ
、この制御装置への制御信号は、可変速発電機の１次側
すなわち系統より信号供給装置］、１を介して行なわれ
る。尚、図中１−２は変調器、１３は複胴器である。又
低圧側しゃ断器の部分に設けられている１４は系統並入
用の同期検定器である。

このように構成された発電装置において通常運転時は周
波数変換器９により可変速発電機の２次側に、回転子の
回転速度に関連した所定の周波数が与えられ、すなわち
可変速発電機の１次側と２次側のすべり周波数で二次励
磁が行なわれ、同期速度からずれた回転速度であっても
、すなわち回転速度が変っても常に系統と同一の周波数
を発生するようになされている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この構成において通常は特に問題はないのであるが、例
えば系統母線の地絡などの事故が生じた場合には、次の
ような問題が生ずる。すなわち、事故発生と同時に高圧
側しゃ断器２が開放され可変速発電機５は系統１と負荷
状態から急激に切り離されるが、この負荷しゃ断が行な
われると、信号供給装置１１への入力信号は可変速発電
機の１次側５ａの出力電圧のみとなり、系統１の一定し
トた゛周波数を信号供給装置の入力信号とすることが不
可能となる。その結果、負荷しゃ断によって水車：６、
および可変速発電機の回転子が速度変動を生じてしまう
。すなわち負荷しゃ断面後においては、水車６の発生す
る回転エネルギーは、回転体の速度上昇に費やされるの
で回転子は加速することになる。この加速もやがては水
車調速機の動作で一定速度に安定されるが、それまでに
過渡的に速度変動を生ずることはさけられない。従って
、信号供給装置１１の入力信号が可変速発電機５の出力
側よりとられていると、可変速発電機の滑り周波数はこ
の速度変動の影響で不安定なものとなり、許容滑り周波
数範囲を逸脱して２次励磁の継続、すなわち無負荷有励
磁運転が不可能となる。

無負荷有励磁運転ができないということは、系統への再
並入に際し可変速発電機を無負荷無励磁運転から再励磁
し、その後系統へ並入することになり、系統への可変速
発電機の再並入が速やかにできないということであり、
従来から負荷しゃ断が生じても無負荷有励磁運転が可能
なこの種可変速発電装置が要望されていた。

本発明はこれにかんがみなされたもので、負荷しゃ断時
が生じ、可変速発電機の回転数及びその出力周波数が不
安定なときでも、無負荷有励磁運転が可能で、系統への
再並入が速やかにできるこの種可変速発電装置を提供す
るにある。

〔問題点を解決するための手段〕

すなわち本発明は周波数変換機の制御信号を送る信号供
給装置に、系統周波数を関数とした第１の基準周波装置
と、所要の周波数を発生する第２基準周波装置とを設け
、かつ、この第１、第２の基準周波装置と周波数変換器
との間に定常運転時には前記第１の基準周波装置側に閉
じられ、発電機がしゃ断されたされた時には、すなわち
負荷しゃ断時には前記第２の基準周波装置側に切換えら
れる切換装置を設け、負荷しゃ断時、この第２の基準周
波装置の信号を基に周波数変換器を制御するようにした
ものである。

〔作用〕

このように構成された可変速発電装置であると、負荷し
ゃ断が生じた場合、可変速発電機の回転速度は水車調速
機が充分作動するまで一時的に加速上昇し発電機の出力
周波数も変動するが、このときには、この信号供給装置
の基準周波装置は所定の周波数を発生する第２の基準周
波装置に切換えられるので、この基準周波装置の出力に
基づき所定周波数の交流励磁が行なわれ、したがって特
に周波数変換器には許容範囲外の周波数が与えられるこ
とはなく、可変速発電機を無負荷無励磁からスタートす
ることなしに、すなわち、無負荷無励磁が可能となり、
再並入を速やかに行うことが可能となるのである。

〔実施例〕

以下図示した実施例に基づいて本発明の詳細な説明する
。

第１図は、その可変速発電装置のシステムを示す電気回
路図で、原動機、例えば水車６と可変速発電機５、例え
ば誘導発電機の回転軸とが直結されている。誘導発電機
の固定子側の１巻線５ａは低圧側しゃ断器４、主変圧器
３及び高圧側しゃ断器２を介して系統１に接続されてお
り、回転子側の交流励磁巻線、すなわち２次巻線５ｂは
集電環（図示せず）を通じて周波数変換器９に接続され
ている。周波数変換器９の他方側は誘導発電器の出力側
に接続されている。

また、この周波数変換器は、制御表［１１０及び制御装
置に信号を与える信号供給装置１１に接続されている。

信号供給装置１１は２つの基準周波装置を備えており、
その一つ、すなわち第１の基準周波装置１１ａは従来同
様、変調器］、２、位相検出器８及び復調器１３とを備
え、またもう一つ、すなわち第２の基準周波装置１１ｂ
は所定の周波数を発振する低周波発振器１５を備えてい
る。

これら第１、第２の基準周波装置を含んだ信号供給装置
１１は前述もしたように制御装置１０に接続されている
わけであるが、単に接続されるわけではなく、特に次の
ように接続されているのである。

すなわち信号供給装置１１と制御装置１０の間には切換
スイッチ装置１６が介在され、運転条件に基づき第１、
第２の基準周波装置のいずれかが制御装置１０と接続さ
れるように形成されているのである。すなわちこの切換
スイッチ装置は、たとえば高圧側しゃ断器２のしゃ断に
連動して、この高圧側しゃ断器のしゃ断により第２の基
準周波装置１１ｂの出力が制御装置１０に与えられる。

換言すれば通常運転時は第１の基準周波装置１］、ａの
信号が制御装置］Ｏに与えられ、異常時、すなわち負荷
しゃ断が生じた時には第２の基準周波袋ｆ［１１ｂの信
号が制御装置に与えられるということである。

尚、この実施例では切換スイッチ装置１６を切換えるに
際し、高圧側しゃ断器２に連動させた場合について説明
したが、この切換えは勿論高圧側しゃ断器のしゃ断信号
を用いてもよいし、可変速発電器出力部の電流や電圧又
周波数の変化をとニョえその変化信号にて行うようにし
てもよいであろう。

又この切換スイッチ装置は制御装置１ｏの前段ｌこ設け
ることが制御装置の簡素化の点で望ましいが、常にここ
におかなければならないわけではなく、たとえば低周波
発振器１５に別途制御装置を内在させ、これら制御装置
と周波数変換器９の間に設けるようにしてもよいであろ
う。

次にこの動作について説明すると、この構成で通常は、
水車６により可変速発電機５が駆動され、そして可変速
発電機で発生した電圧が低圧側じゃ断４、主変圧器３及
び高圧側しゃ断器２を介して系統１に供給されている。

この場合の回転子側の励磁周波数の制御は、制御装置１
０により制御された周波数変換器９によって行われるが
、制御装置に与えられる信号は、信号供給装置１１１の
変圧器１２、位相検出機８、復調器１３．すなわち発電
機出力側に接続された第１の基準周波装置１１ａにより
行われている。

この通常運転中に、今例えば系統事故により高圧側しゃ
断器２が作動し負荷しゃ断が行われたとすると、負荷し
ゃ断と同時に切換スイッチ装置１６が第１の基準周波装
置１１ａ側より低周波発振器１５、すなわち第２の基準
周波装ｆｆｔｌｌｂ側に切換えられる。したがって、制
御装Ｍ１０に与えられる信号は、所定周波数の低周波発
振器１５の出力に基づく信号となるのである。

尚、以上の説明においては第２の基準周波装置１１ｂを
形成するにあたり、低周波発振器を用いた場合について
説明してきたが、この第２の基準周波装置としては他に
も種々考えられよう。

第２図にはその一つの例があげられている。全体的な構
成はほぼ第１図と同一なので同一符号を付し説明は省略
するが、相違している第２の基準周波装置の部分につい
てのべると、第２の基準周波装置１１ｂは低周波発電機
１６とこの低周波発電機を駆動する同期電動機１７とを
備えている。

そして負荷しゃ断時には低周波発電機１６の出力が制御
装置１３への供給信号となるのである。

尚、この場合同期電動機１７の駆動電源は所定の電源で
よいが、装置の簡略化の点からここでは調速機１８を駆
動している電源、すなわち磁石発電機７の電力を利用す
るようにしている。

又部２の基準周波装置として最も簡単には前述した磁石
発電機７の出力を利用することも可能であろう。最もこ
の場合には磁石発電機７の周波数はある程度高いので、
場合によっては周波数を下げる装置が必要となることは
勿論である。

第３図にはさらに他の例をあげた。この実施例において
も概略構成は第１図と同一なので同一部品には同一符号
を付し説明は省略するが、第１゜第２の基準周波装置が
両者一部兼用される点で前述した実施例とは異なってく
る。

すなわち、可変速発電機の１次側に同期発電機１９とこ
の同期発電機を駆動するための同期電動機２０が切換ス
イッチ装置１６を介して接続されているのである。同期
発電機１９の出力は位相検出器を構成する変調器１０に
接続されている。可変速発電機の回転子には、可変速発
電機と同一極数で磁極が永久磁石で作られた同期発電機
の一層である永久磁石発電機７が直結され、その出力電
力は水車６の速度制御装置である水車調速機１８の駆動
力に使用され、又同期電動機２０の駆動用電源としても
使用できるよう切換スイッチ装置１６にも接続されてい
る。

次にこの構成における動作について説明するが、スイッ
チ装置の切換えが一寸複雑となるので、可変速発電機の
始動時、負荷運転時、負荷しゃ断時、負荷しゃ断機の再
並入時に分けて、その動作を説明すると次のようになる
。

（１）始動時 高圧側しゃ断器２を閉、同期投入用低圧側しゃ断器４は
開、切換スイッチ１６ａも開、切換スイッチ１６ｂも開
としておく。

始動準備指令により切換スイッチ１６ａを系統側に入れ
、同期電動機２０を始動（ダンパー始動）し、同期発電
機１９を同期化して周波数を安定に保つ。次に、水車６
を昇速しで回転速度が規定可変速範囲に入った後、周波
数変換器９で可変速発電機の２次巻線５ｂを励磁し、同
期検定器１４で系統１と可変速発電機の１次側の電圧、
周波数、位相を合せ同期投入用しゃ断器４を投入して可
変速発電機を系統１に並入する。

（２）負荷運転時 前項の状態から、水車調速機１８によって水車６のガイ
ドベーンを開いて水車６の出力を増して、可変速発電機
で所要の負荷をとる。

この間においては、切換スイッチ１．６　ａ　、　１．
６　ｂの操作などはない。

（３）負荷しゃ断時 制御装置１ｏからの指令によって水車調速機１８は速度
急増を抑制するためにガイドベーン閉操作に入るので、
その指令あるいは負荷しゃ断指令を用いて、切換スイッ
チ１６ａを開にし、引続き切換スイッチ、＋−６ｂを永
久磁石発電機１５側に切換え、同期電動機の駆動電源を
系統１から永久磁石発電機７に切替える。

（４）負荷しゃ断接の再並入時 同期投入用低圧側しゃ断器４を開き、高圧側しゃ断器２
を投入し、切換スイッチ１６ａを閉じて、同期電動機２
０を系統電源にて運転する。

同期検定器１４で系統と可変速発電機の１次側の電圧、
周波数、位相を合せたあと同期投入用低圧側しゃ断器４
を入れて可変速発電機を系統１に並入する。

この構成であっても負荷しゃ断時には、同期発電機１９
の出力周波数で安定した基準周波が与えられ前述と同様
な効果が得られる。

又第４図には他の実施例が示されている。この実施例で
は前述の同期電動機２０の始動をする誘導電動機２１を
付加したこと。又同軸上にフライホイール２２を設けた
こと。それに切換スイッチ装置１６が、付加しゃ断時に
は同期発電機２０を誘導電動機２１が駆動するように切
換わることである。すなわちこの点についてもう少し詳
しく説明すると、始動時は勿論誘導電動機２１により同
期電動機２０や同期発電機１９の昇速か行なわれ、そし
て定格速変（同期速度）になれば後は同期電動機２０が
系統に並入され、通常はこの同期電動機により同期発電
機１９が駆動されている。

次に負荷しゃ断時には、同期発電機の駆動が、磁石発電
機７の出力を電源として回動する誘導電動機２１により
行なわ乳る。勿論このような動作となるように切換スイ
ッチ装置１６が作動されるのである。

このような構成であると、フライホイール２２の付加に
より可変速発電機５と同期発電機１９相互の単位慣性定
数を一定範囲内に保つことができ、又負荷しゃ断時の過
渡応答特性を良好なものとすることができる。

（］６） 又さらに良好なことは同期電動機２０の始動用として誘
導電動機２１が用いられているが、ここに誘導電動機が
配置されることは、たとえば負荷しゃ断時に、同期発電
機１９の駆動機を同期電動機２０から誘導電動機２１に
切替えられることがら、駆動電源の周波数が、切替えに
より急変しても、また負荷しゃ断による回転速度の変動
によっても誘導電動機２１は非同期運転が可能であるか
ら、時間の経過と共に永久磁石発電機の電圧、周波数に
追従する形となり、切換時のショックが充分緩和される
のである。

このように回転体の慣性効果と誘導電動機２１の非同期
運転特性の両者の長所により、負荷運転から負荷しゃ断
を経てスムーズに無負荷有励磁運転に移行できるのであ
る。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明してきたように、周波数変換器の制御
信号を送る信号供給装置に、系統の周波数を関数とした
第１の基準周波装置と、所定の周波数を発生する第２の
基準周波装置とを設け、がつ周波数変換器を制御する回
路中に、可変速発電機の通常運転時には第１の基準周波
装置の出力が周波数制御装置の制御信号となり、かつ可
変速発電機の負荷しゃ断時には前記第２の基準周波装置
の出力が周波数変換器の制御信号となる切換回路を設け
るようになしたから、負荷しゃ断時には、周波数変換器
の制御信号が可変速発電機の出方周波数とは関係の無い
第２の基準周波装置より送られるのでたとえ可変速発電
機の回転速度が負荷しゃ断時に変動しても、周波数変換
器には許容範囲外の周波数が与えられることはなく、シ
たがって負荷しゃ断が生じても無負荷有励磁状態を保つ
ことができ系統への再並入を速やかに行うことができる
。

【図面の簡単な説明】

酢、１図は本発明の一実施例を示す可変速発電装置−の
電気回路図、第２図〜第４図は同じく夫々他の実施例を
示す電気回路図、第５図は従来の可変速発電装置の電気
回路図である。 １・・・系統、２・・・高圧側しゃ断器、訃・・可変速
発電機、５ａ・・・１次巻線、５ｂ・・・２次巻線（交
流励磁巻Ｍｃ）　、　６・・・水車（原動機）、７・・
・磁石発電機、９・・・周波数変換器、１０・・・制御
装置、１１・・・信号供給装置、１１ａ・・・第１の基
準周波装置、ｌｌｂ・・・第２の基準周波装置、１５・
・・低周波発振器、１６・・・切換スイッチ装置、１８
・・・水車調速機。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原動機と該原動機に駆動され、２次側に交流励磁巻
   線を有する可変速発電機と、該可変速発電機の交流励磁
   巻線を可変周波数の電流にて励磁する周波数変換器と、
   該周波数変換器を制御する制御装置と、該制御装置に、
   可変速発電機のすべり周波数と同一の周波数の制御信号
   を与える信号供給装置とを備え、可変速発電機の交流励
   磁巻線を可変周波の電流にて励磁し、可変速発電機の回
   転速度にかかわりなく常に系統の周波数と同一の周波数
   を出力するようになした可変速発電装置において、前記
   信号供給装置に前記系統の周波数を関数とした第１の基
   準周波装置と、可変速発電機の通常運転時におけるすべ
   り周波数範囲内の所定の周波数を発生する第２の基準周
   波装置とを設け、かつ前記周波数変換器を制御する回路
   中に、可変速発電機の通常運転時には第１の基準周波装
   置の出力が周波数変換器の制御信号となり、かつ可変速
   発電機の負荷しや断時には前記第２の基準周波装置の出
   力が周波数変換器の制御信号となる切換回路を設けたこ
   とを特徴とする可変速発電装置。 ２、前記第２の基準周波装置が低周波発振器にて形成さ
   れたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の可変
   速発電装置。 ３、前記第２の基準周波装置が、可変速発電機の回転軸
   に設けられた磁石発電器と、該磁石発電機の出力を電源
   として回動する同期電動機と、該同期電動機に駆動され
   る同期発電機とより形成されたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の可変速発電装置。 ４、前記第２の基準周波装置が、可変速発電機な回転軸
   に設けられた磁石発電機と、該磁石発電機の出力を電源
   として回動する誘導電動機と、該誘導電動機に駆動され
   る同期発電機とより形成されたことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の可変速発電装置。