WO2018096930A1 - 可変速発電システムの過電圧保護装置 - Google Patents
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- H02P9/04—Control effected upon non-electric prime mover and dependent upon electric output value of the generator
Definitions
- Embodiments of the present invention relate to an overvoltage protection device for a variable speed power generation system.
- the secondary circuit overvoltage that occurs when a system failure occurs is suppressed, and the main circuit equipment such as the generator motor and converter is protected from overvoltage.
- a thyristor Equipped with an overvoltage suppression device using a short circuit with a high current short-time rating by a large-capacity semiconductor element In the system, when the short circuit accident is removed by the system breaker after the occurrence of the system failure, the DC voltage of the inverter of the secondary excitation device is applied as a reverse voltage to the thyristor constituting the short circuit of the overvoltage suppressing device.
- the semiconductor elements such as thyristors constituting the short circuit are reset control at the time of system failure
- the junction temperature of the semiconductor immediately after reset must be below the junction temperature that will withstand the secondary circuit voltage.
- the overvoltage suppression device is designed based on the maximum fault current at the time of system failure on the high-voltage side of the main transformer, the fault on the low-voltage side of the main transformer cannot be determined and the reset control of the overvoltage suppression device is incorrect. Doing so may damage equipment such as a short-circuit including the semiconductor element. Therefore, in the design of the conventional overvoltage suppression device, the number of parallel circuits of semiconductor elements is increased so that the device will not be damaged even if reset control is performed with the maximum fault current when a three-phase short-circuit fault occurs on the low voltage side of the main transformer. For example, the overvoltage suppression device was designed to be enlarged. Semiconductors with a small heat capacity have a small overcurrent withstand capability, so that the equipment becomes large even with a short operation duty, which causes an increase in the price of the short circuit, the dimensions of the equipment, and the power plant space.
- An object of the present invention is to provide an overvoltage protection device for a variable speed power generation system that can reduce the size of a building, the size of a building, and the like.
- a transformer whose high-voltage side is connected to the power system, a winding-type induction machine in which a stator winding is connected to a low-voltage side circuit of the transformer, and a rotor winding of the winding-type induction machine
- An AC excitation device connected to the circuit of the above, and an overvoltage suppression device that connects each phase via a short circuit connected to the circuit between the AC excitation device and the rotor winding or via a short circuit and a resistor
- An overvoltage protection device for a variable speed power generation system comprising a control device for forcibly canceling the operation of the overvoltage suppression device, when a failure occurs on the high voltage side of the main transformer or Detecting means for detecting a predetermined event that occurs when a failure has not occurred in the low voltage side of the main transformer or inside the main transformer, or detecting that the event has not occurred, and detection of the detecting means Based on the results And a control means for determining executability of forcibly released to
- FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an entire power system including a variable speed pumped storage power generation system according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a configuration diagram mainly showing a functional configuration related to the overvoltage protection device of the variable speed pumped storage power generation system according to the embodiment.
- FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of the reset control lock condition determination unit in FIG.
- FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the entire power system including the variable speed pumped storage power generation system according to the fifth embodiment.
- FIG. 5 is a configuration diagram mainly showing a functional configuration related to the overvoltage protection device of the variable speed pumped storage power generation system according to the embodiment.
- FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an entire power system including a variable speed pumped storage power generation system according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a configuration diagram mainly showing a functional configuration related to the overvoltage protection device of the variable speed pumped storage power generation system according to the embodiment.
- FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of the reset control lock condition determination unit in FIG. 5.
- FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of the entire power system including the variable speed pumped storage power generation system according to the sixth embodiment.
- FIG. 8 is a configuration diagram mainly showing a functional configuration related to the overvoltage protection device of the variable speed pumped storage power generation system according to the embodiment.
- FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of the reset control lock condition determination unit in FIG. 8.
- FIG. 10 is a diagram for explaining the processing in the threshold processing circuit in FIG.
- FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an entire power system including a variable speed pumped storage power generation system according to the first embodiment.
- a power plant and a power plant switching facility P include a power plant high voltage switching facility 100 connected to a power system S, and a power cable C and a main transformer M connected to the power plant high voltage switching facility 100. And a variable-speed pumped-storage power generation system 200 connected to each other.
- the low voltage side of the main transformer M corresponds to the in-house circuit of the power plant.
- the main transformer M may be configured as a part of the variable speed pumped storage power generation system.
- the power plant high-voltage switchgear 100 includes a plurality of circuit breakers 101 and 102 that respectively open / close electric wires connected to, for example, No. 1 transmission line and No. 2 transmission line on the power system S side, and power on the main transformer M side.
- a circuit breaker 103 for opening / closing an electric wire connected to the cable C is provided.
- variable speed pumped storage power generation system is connected to a pump turbine 1, a variable speed generator motor (winding induction machine) 2 realized by a double-feed AC generator, and a secondary winding of the variable speed generator motor 2 to connect a variable frequency AC.
- Control device 4 for performing switching control and the like for switching facilities 5A and 5B, etc., parallel circuit breaker 5A and phase reversal circuit breaker connected to the stator winding side of variable speed generator motor 2 5B, starter / brake disconnector 6 for short-circuiting the stator winding ends of the variable speed generator motor 2, a transformer for excitation 7 for generating AC power used by the secondary excitation device 3, an excitation transformer AC power supplied to the unit 7 Of the excitation circuit breaker 8 for cutting off, the primary circuit voltage detector (instrument transformer
- An overvoltage suppression device 13 using a short circuit with a short current rating is provided.
- the overvoltage suppressing device 13 connects each phase via a short circuit connected to a circuit between the secondary excitation device 3 and the rotor winding of the variable speed generator motor 2 or via a short circuit and a resistor.
- FIG. 2 is a configuration diagram mainly showing a functional configuration related to the overvoltage protection device of the variable speed pumped storage power generation system according to the present embodiment.
- symbol is attached
- the overvoltage protection device 20 of the variable speed pumped storage power generation system includes at least a part of the overvoltage suppression device 13 and the control device 4 described above, as well as various electrical quantities such as current and voltage of each part, element temperature, and various protection relays. Includes measuring instruments and detectors that measure and detect operating conditions. Further, the overvoltage protection device 20 is a predetermined event that occurs when a failure occurs on the high-voltage side of the main transformer M or when no failure occurs on the low-voltage side of the main transformer M or inside the main transformer M. Detecting means (corresponding to a “reset control lock condition determination unit 27” described later) or the like, and the operation of the overvoltage suppressing device based on the detection result of the detecting means. Control means (corresponding to “logic circuits L1 and L2, switching control circuits F1 and F2, switches SW1 and SW2” and the like to be described later) for determining whether or not to execute the control for forcibly canceling.
- the overvoltage suppressing device 13 includes a short circuit 16 including a thyristor 14 connected between phases of the secondary winding of the variable speed generator-motor 2 and a thyristor current detector 15 that detects a current of the thyristor 14.
- the thyristor current detector 15 corresponds to, for example, the short-circuit current detector 12 described above.
- the overvoltage suppressing device 13 is provided with an overvoltage suppressing device gate circuit 17 that applies a gate signal for controlling the starting / extinguishing of each thyristor 14 to the gate of each thyristor 14.
- the control device 4 realizes appropriate reset control that does not damage equipment such as the short circuit 16 including the semiconductor element.
- the energization current during the short-circuit operation of the short-circuit device 16 is equal to or less than a predetermined current specified value
- the elapsed time of the short-circuit operation of the short-circuit device 16 is equal to or greater than the predetermined operation duration specified value.
- Yes or the circuit breaker connected to the power system S has been disconnected
- measurement of electrical quantities obtained from the rotor winding side or the stator winding side of the variable speed generator-motor 2 When the value satisfies a certain condition, control for forcibly canceling the short circuit state of the short circuit 16 is performed.
- condition here refers to, for example, “the low voltage side voltage of the main transformer M” (stator winding) in a predetermined determination period before the control for forcibly canceling the short circuit state of the short circuit 16 is performed.
- Line-side voltage is not less than or equal to the voltage regulation value defined in advance (or never falls below the voltage regulation value).
- the control device 4 includes an inverter gate signal generator 21, a normal operation gate control unit 22, a reset control gate control unit 23, a secondary circuit overvoltage determination unit 24, a short circuit state detection unit 25, a reset availability determination unit 26, and a reset.
- the control lock condition determination unit 27, switches SW1 and SW2, logic circuits L1 and L2, switching control circuits F1 and F2, and the like.
- the inverter gate signal generator 21 generates a gate signal for driving the inverter 3B of the secondary excitation device 3.
- the normal operation gate control unit 22 outputs a signal for controlling a normal operation gate signal.
- the reset control gate control unit 23 outputs a signal for controlling the gate signal for reset control.
- the secondary circuit overvoltage determination unit 24 determines whether or not overvoltage is generated in the secondary circuit on the rotor winding side of the variable speed generator-motor 2, and indicates overvoltage generation when it is determined that overvoltage has occurred.
- a signal that is, a signal (for example, a signal having a value of “1”) instructing the operation of overvoltage protection (OVP) is output.
- the short circuit state detection unit 25 detects the state of the short circuit 16 based on the value of the energization current during the short circuit operation of the short circuit 16, that is, the current value of the thyristor 14, and detects that the short circuit 16 is short-circuited.
- a signal indicating that (for example, a signal having a value of “1”) is output.
- the reset possibility determination unit 26 determines whether or not the OVP operation can be reset based on the current value of the thyristor 14. When the current value of the thyristor 14 is equal to or less than a predetermined current value, a signal indicating that reset is possible (for example, “ 1 ").
- the reset control lock condition determination unit 27 locks the reset control based on the three-phase AC voltage VL detected by the primary circuit voltage detector 9 and the signal output from the secondary circuit overvoltage determination unit 24. It is determined whether or not a condition for (reset control is not performed) is satisfied, and when it is determined that the condition is satisfied, a signal (for example, a signal having a value of “1”) that instructs to lock the reset control is output. On the other hand, if it is determined that the condition is not satisfied, a signal indicating that the reset control is not locked (for example, a signal having a value of “0”) is output.
- Switch SW1 switches supply / stop of a gate signal generation command for normal operation according to switching of the on / off state.
- the switch SW2 switches supply / stop of a gate signal generation command for reset control according to switching of the on / off state.
- the logic circuit L1 includes an inverted signal of the signal output from the secondary circuit overvoltage determination unit 24, a signal output from the short circuit state detection unit 25, a signal output from the reset availability determination unit 26, and a reset control lock condition.
- the inverted signal of the signal output from the determination unit 27 is input and the AND condition of each input signal is satisfied (for example, when the values of all the signals are “1”), the reset control is performed. (For example, a signal having a value of “1”) is output.
- the logic circuit L2 inputs the signal output from the logic circuit L1 and the inverted signal of the signal output from the short-circuit state detection unit 25, and when the AND condition of each input signal is satisfied (for example, both When the value of the signal is “1”), a signal (for example, a signal having a value of “1”) instructing release of the reset control (and execution of normal operation) is output.
- the switching control circuit F1 turns on the switch SW1 in response to a signal (for example, a signal having a value of “1”) output from the logic circuit L2, and a signal (for example, “1”) output from the secondary circuit overvoltage determination unit 24.
- the switch SW1 is turned off in accordance with the signal of the value of.
- the switching control circuit F2 turns on the switch SW2 according to the signal output from the logic circuit L1, and turns off the switch SW2 according to the signal output from the logic circuit L2.
- FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of the reset control lock condition determination unit 27.
- the reset control lock condition determination unit 27 includes a one-shot timer 31, an arithmetic circuit 32, a threshold processing circuit 33, a logic circuit 34, a logic negation circuit 35, a switching control circuit 36, and the like.
- the one-shot timer 31 is a specified time (determination) from the time when a signal (for example, a signal having a value of “1”) instructing the operation of overvoltage protection (OVP) is input from the secondary circuit overvoltage determination unit 24 until the reset control is performed. (Time specified value) is measured, and a predetermined signal (for example, a signal having a value of “1”) is output until the specified time elapses from the input time of the signal.
- a signal for example, a signal having a value of “1”
- OVP overvoltage protection
- the arithmetic circuit 32 calculates and outputs the absolute value of the voltage vector from each phase voltage V L of the three-phase AC output from the primary circuit voltage detector 9.
- the threshold processing circuit 33 receives a predetermined signal (for example, “1”) when the value output from the arithmetic circuit 32 reaches a predetermined threshold (for example, 40% of the rated voltage of the primary circuit) (or falls below the threshold). If not, a predetermined signal different from the above signal (for example, a signal having a value of “0”) is output.
- a predetermined signal for example, “1”
- a predetermined threshold for example, 40% of the rated voltage of the primary circuit
- the threshold value does not prevent the reset control from being performed in the case of a failure on the high voltage side of the main transformer M, and when the reset control is performed in the case of a failure on the low voltage side of the main transformer M or in the main transformer M. It is set from the viewpoint of preventing a current that may damage equipment such as the short circuit 16 including the semiconductor element from flowing. To that end, for example, the point of failure when a failure occurs (whether the failure occurred on the high voltage side of the main transformer M, or on the low voltage side of the main transformer M or inside the main transformer M) Is set from the output value of the threshold processing circuit 33.
- the value output from the arithmetic circuit 32 (that is, the absolute value of the voltage vector calculated from each phase voltage VL ) is the threshold value. If the failure point is on the low voltage side of the main transformer M or inside the main transformer M, the value output from the arithmetic circuit 32 (that is, each phase) The threshold value is set such that the absolute value of the voltage vector calculated from the voltage VL is less than or equal to the threshold value.
- the reset control lock condition determination unit 27 based on the output value of the threshold processing circuit 33, a failure has occurred on the high voltage side of the main transformer M (or the main transformer M That the low voltage side or the main transformer M does not occur) and that a failure has occurred on the low voltage side or the main transformer M (or the main transformer). That it does not occur on the high pressure side of M).
- the voltage V L detected by the primary circuit voltage detector 9 on the low voltage side of the main transformer M at that moment is obtained by the following equation.
- V L Vex (Xt + Xf) / (Xg + Xt + Xf) (1)
- Ve Internally induced voltage of generator (pu value)
- Xg Generator internal impedance (pu value)
- Xt Impedance of main transformer (pu value)
- Xf Impedance to the accident point (pu value)
- the voltage VL is about “40% of the rated voltage of the primary circuit” from the equation (1). That is, it can be seen that this value is the value when the voltage drops most at the moment of occurrence of an accident on the high voltage side of the main transformer M. Therefore, when the voltage is lower than this value, not a failure on the high voltage side of the main transformer M but a failure on the low voltage side of the main transformer M or inside the main transformer M has occurred. It will be.
- the failure occurrence point when the failure occurs (whether the failure occurred on the high voltage side of the main transformer M, or the low voltage side of the main transformer M or It is possible to identify whether it occurred inside the main transformer M).
- the logic circuit 34 When the AND condition between the signal output from the one-shot timer 31 and the signal output from the threshold processing circuit 33 is satisfied (for example, when the values of both signals are “1”), the logic circuit 34 Outputs a signal to instruct the reset control to be locked.
- the logic negation circuit 35 receives a signal indicating the open / close state of the parallel circuit breaker 5A. For example, in the process in which the variable speed pumped storage power generation system 200 is protected and stopped by a protection relay system (not shown) after the reset control is locked, the logic negation circuit 35 receives a signal (for example, an open state of the parallel circuit breaker 5A) When the signal (“0” value signal) is received, the signal is inverted, and the inverted signal (eg, “1” value signal) is output as a signal for instructing unlocking.
- a signal for example, an open state of the parallel circuit breaker 5A
- the switching control circuit 36 When the switching control circuit 36 receives a signal (for example, a signal having a value of “1”) instructing the lock of the reset control from the logic circuit 34, a signal (for example, a value of “1”) instructing the lock of the reset control.
- a signal for instructing unlocking (for example, a signal having a value of “1”) is received from the logic negation circuit 35, a signal for not instructing to lock reset control (for example, “ 0 ").
- the value of the voltage detected by the secondary circuit voltage detector 11 is transmitted to the secondary circuit overvoltage determination unit 24, whereby the secondary circuit overvoltage determination unit 24 determines that an overvoltage has occurred in the secondary circuit.
- the secondary circuit overvoltage determination unit 24 stops the generation of the normal operation gate signal under the control of the normal operation gate control unit 22 through the switching control circuit F1 and the switch SW1, and the short circuit 16 through the overvoltage suppression device gate circuit 17. And the overcurrent of the secondary circuit is suppressed by causing a fault current to flow into the short circuit 16.
- the reset possibility determination unit 26 When the reset possibility determination unit 26 detects that the failure current has decayed with time and has become equal to or less than the current that can be controlled by the inverter 3B, the reset possibility determination unit 26 displays a signal indicating that reset is possible (for example, a signal having a value of “1”). ) Is output. At this time, the short circuit state detection unit 25 detects the state of the short circuit 16 and outputs a signal (for example, a signal having a value of “1”) indicating that the short circuit 16 is short circuited. Further, the reset control lock condition determination unit 27 has a condition for locking the reset control because the absolute value of the voltage vector obtained from each phase voltage VL exceeds a predetermined threshold value (or is equal to or greater than the threshold value).
- a signal indicating that is not established (for example, a signal having a value of “0”) is output.
- the secondary circuit overvoltage determination unit 24 outputs a signal (for example, a signal having a value of “0”) indicating that no overvoltage has occurred.
- the logic circuit L1 is a signal (for example, an instruction for performing reset control)
- a signal having a value of “1”) is output, and a reset control gate signal controlled by the reset control gate control unit 23 is supplied to the inverter 3B through the switching control circuit F2 and the switch SW2.
- the reset control gate control unit 23 performs control to give a gate signal to the inverter gate signal generator 21 so that a reverse voltage is applied from the inverter 3B to each conducting thyristor 14, and the short circuit 16 The short circuit state of is released at high speed.
- the logic circuit L1 stops the instruction to perform the reset control.
- the logic circuit L2 stops the generation of the gate signal for reset control by the control of the reset control gate control unit 23 through the switching control circuit F2 and the switch SW2, and the normal operation gate through the switching control circuit F1 and the switch SW1.
- the generation of the gate signal for normal operation under the control of the control unit 22 is resumed.
- the normal operation of the secondary excitation device 3 is resumed, the variable speed pumped storage power generation system 200 returns to the normal operation after the accident is removed, and the operation is continued.
- the reset control lock condition determination unit 27 When a three-phase short-circuit fault occurs inside the variable speed pumped storage power generation system 200, the reset control lock condition determination unit 27 has an absolute value of the voltage vector obtained from each phase voltage VL. Since the value is smaller than the threshold value, the reset control lock condition determination unit 27 determines that the condition for locking the reset control within a predetermined determination period is satisfied, and the output signal (for example, “1”) is determined. Value signal).
- the logic circuit L1 is a signal for instructing execution of reset control (for example, (A signal having a value of “1”) is not output, the states of the switching control circuit F2 and the switch SW2 are not changed, and the reset control by the reset control gate control unit 23 is locked.
- a signal indicating the open state of the parallel circuit breaker 5A (for example, a signal having a value of “0”) is used.
- the reset control lock condition determination unit 27 receives the reset control lock condition determination unit 27, the reset control lock condition determination unit 27 outputs a signal (for example, a signal having a value of “0”) that does not instruct reset control lock. As a result, the locked state is released.
- a three-phase short circuit failure occurs inside the variable speed pumped storage power generation system 200, and the temperature of the semiconductor element such as the thyristor 14 in the short circuit 16 is allowed during normal operation due to a large short circuit current. Even if the temperature exceeds the temperature, the semiconductor element of the short-circuiting device 16 is not damaged due to voltage application, and the state is continued without releasing the short-circuited state.
- the system can be shut down safely by a protection relay system that operates according to the above. Further, since the failure at this time is not a system failure, it is not required to continue the operation of the variable speed pumped storage power generation system 200 after the accident is removed, and no trouble occurs.
- the design of the overvoltage suppressing device 13 can be determined based on the maximum failure current at the time of system failure, and the function of reset control Can be reduced, the number of parallel circuits of the semiconductor elements constituting the short circuit 16 of the overvoltage suppressing device 13 can be reduced, the manufacturing cost can be reduced, the device size can be reduced, and the building size can be reduced.
- the reset control lock condition determination unit 27 forcibly sets the short circuit state of the short circuit 16 to the condition for the absolute value of the voltage vector obtained from each phase voltage VL detected by the primary circuit voltage detector 9. A condition of “predetermined determination period” before the control to cancel is added.
- the short-circuit state of the short circuit 16 cannot be forcibly released immediately after the fault is removed. Since it is below the 16 designed maximum current values, the temperature of the semiconductor element is within an allowable value, and reset control may be performed. For example, if the circuit breaker 101 of the power plant high-voltage switchgear 100 is opened due to a system failure that occurs at the end of the connection with the No. 1 transmission line in FIG. 1 and the accident is removed, the system returns to the voltage of the No. 2 transmission line after the accident is removed. Power transfer between the power generation system and the power generation system, the voltage may drop again depending on the operating state at that time, and may fall below the threshold set for system failure determination.
- the “predetermined determination period” is set as the time until the above-described system failure removal by the one-shot timer 31, it is possible to prevent the reset control from being locked due to a voltage drop at this time.
- the reset control lock condition determining unit 27 does not output the reset lock signal. The reset control can be performed, and the variable speed pumped storage power generation system 200 can be continuously operated.
- the power generation equipment can be stopped and the short-circuit state of the short circuit 16 is forcibly released by the reset control lock condition determination unit 27.
- the period for performing the determination as to whether or not to perform the control may be performed in the period before the control is performed.
- the reset control lock condition determination unit 27 is used when a failure occurs on the high voltage side of the main transformer M or when no failure occurs on the low voltage side of the main transformer M or inside the main transformer M.
- the main transformer M in a predetermined event that occurs (here, for example, a period before the output 1 is output from the reset possibility determination unit 26) before the control for forcibly canceling the short circuit state of the short circuit 16 is performed. Detecting that the low-voltage side voltage (stator winding side voltage) is not less than or equal to the specified voltage value or not lower than the specified voltage value) or that the event has not occurred Composed.
- the switching control circuits F1 and F2, the switches SW1 and SW2, etc. it is determined whether or not the control for forcibly releasing the operation of the overvoltage suppressing device 13 can be performed. .
- the control for forcibly canceling the operation of the overvoltage suppressing device 13 is executed on condition that the above event is detected.
- the current capacity of the short circuit 16 is a current capacity capable of forcibly canceling the short circuit state of the short circuit 16 at the maximum secondary winding current at the time of a three-phase short circuit failure on the low voltage side of the main transformer M.
- Control for forcibly releasing the short-circuit state of the short-circuiting device 16 can be carried out at a current capacity that can be energized until the generator motor can be stopped without stopping or a maximum secondary winding current at the time of a three-phase short-circuit failure on the high-voltage side of the main transformer M.
- the “low-voltage side voltage of the main transformer M” in the period before the control for forcibly canceling the short-circuit state of the short-circuit 16 is not less than or equal to the predetermined voltage-specified value (or voltage).
- “Rotor winding current” (the winding end of the rotor winding of the variable speed generator-motor 2 or the arm current (OVP arm current) on the secondary excitation device 3 side) during the period of (Also, it does not exceed the current regulation value) is one of the conditions for performing the reset control.
- the winding end of the rotor winding of the variable speed generator motor 2 or the arm on the secondary excitation device 3 side is configured to supply a value measured by the detector 12 or 15 for detecting current (OVP arm current), and realized by appropriately changing the design of the arithmetic expression of the arithmetic circuit 32 and the threshold value of the threshold processing circuit 33. To do.
- the reset control lock condition determination unit 27 is used when a failure occurs on the high voltage side of the main transformer M or when no failure occurs on the low voltage side of the main transformer M or inside the main transformer M.
- Predetermined event that occurs here, the rotor winding current in the period before the control for forcibly canceling the short-circuit state of the short-circuiting device 16 does not exceed the prescribed current value or does not exceed the prescribed current value
- the switching control circuits F1 and F2, the switches SW1 and SW2, etc. it is determined whether or not the control for forcibly releasing the operation of the overvoltage suppressing device 13 can be performed. .
- the control for forcibly canceling the operation of the overvoltage suppressing device 13 is executed on condition that the above event is detected.
- the same effect as that of the first embodiment can be obtained even in the configuration in which the “rotor winding current” is used for determining the lock condition.
- the “low-voltage side voltage of the main transformer M” in the period before the control for forcibly canceling the short-circuit state of the short-circuit 16 is not less than or equal to the predetermined voltage-specified value (or voltage).
- the reset control is performed before the control for forcibly canceling the short-circuit state of the short-circuiting device 16 is performed.
- the “predetermined element temperature” (the temperature of a semiconductor element such as the thyristor 14 included in the short circuit 16 or the temperature of the semiconductor element included in the secondary excitation device 3) during the period is not equal to or higher than a predetermined element temperature specified value.
- One of the conditions for performing the reset control is that the specified element temperature is not exceeded.
- the temperature of the semiconductor element such as the thyristor 14 included in the short circuit 16 or the secondary excitation device 3 is included. It is configured to supply a value measured by a detector (not shown) for detecting the temperature of the semiconductor element, and realized by appropriately changing the design of the arithmetic expression of the arithmetic circuit 32 and the threshold value of the threshold processing circuit 33. To do.
- the reset control lock condition determination unit 27 is used when a failure occurs on the high voltage side of the main transformer M or when no failure occurs on the low voltage side of the main transformer M or inside the main transformer M.
- Predetermined event that occurs here, the temperature of the predetermined element in the period before the control for forcibly canceling the short circuit state of the short-circuiting device 16 is not equal to or exceeds the predetermined element temperature specified value
- the switching control circuits F1 and F2 the switches SW1 and SW2, etc., it is determined whether or not the control for forcibly releasing the operation of the overvoltage suppressing device 13 can be performed. .
- the control for forcibly canceling the operation of the overvoltage suppressing device 13 is executed on condition that the above event is detected.
- the “low-voltage side voltage of the main transformer M” in the period before the control for forcibly canceling the short-circuit state of the short-circuit 16 is not less than or equal to the predetermined voltage-specified value (or voltage).
- the location of the occurrence of an electrical fault that causes the occurrence of an overvoltage is determined as one of the conditions for executing the reset control.
- One of the conditions for carrying out the reset control is that it is on the power system side of the high-voltage side winding end.
- the reset control lock condition determination unit 27 is used when a failure occurs on the high voltage side of the main transformer M or when no failure occurs on the low voltage side of the main transformer M or inside the main transformer M.
- a predetermined event that occurs here, the operation of the predetermined protective relay device in the period before performing the control to forcibly cancel the short-circuit state of the short-circuiting device 16
- the event has occurred. Configured to detect absence.
- the switching control circuits F1 and F2 the switches SW1 and SW2, etc., it is determined whether or not the control for forcibly releasing the operation of the overvoltage suppressing device 13 can be performed. .
- the control for forcibly canceling the operation of the overvoltage suppressing device 13 is executed on condition that the above event is detected.
- the fourth embodiment even in the configuration in which the operations of the generator current differential relay, the main circuit bus current differential relay, the main transformer differential current relay, etc. are used for the reset control lock condition determination, the first implementation The same effect as the form can be obtained.
- FIG. 4 is a diagram showing a configuration of the entire power system including the variable speed pumped storage power generation system according to the fifth embodiment.
- FIG. 5 is a configuration diagram mainly showing a functional configuration related to the overvoltage protection device 20 of the variable speed pumped storage power generation system according to the embodiment.
- FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the internal configuration of the reset control lock condition determination unit 27 ′ in FIG. 5.
- symbol is attached
- the “low-voltage side voltage of the main transformer M” in the period before the control for forcibly canceling the short-circuit state of the short-circuit 16 is not less than or equal to the predetermined voltage-specified value (or voltage).
- the reset control is performed before the control for forcibly canceling the short-circuit state of the short-circuiting device 16 is performed.
- One of the conditions for performing the reset control is that the “high-voltage side voltage of the main transformer M” in the period is not less than or equal to the voltage regulation value defined in advance (or never falls below the voltage regulation value).
- the reset control lock condition determination unit 27 ′ is used when a failure occurs on the high voltage side of the main transformer M or when no failure occurs on the low voltage side of the main transformer M or inside the main transformer M.
- the high voltage side voltage of the main transformer M in the period before the control for forcibly canceling the short circuit state of the short circuit 16 is not less than or equal to the predetermined voltage value or the voltage It is configured to detect that the event has not fallen below, or to detect that the event has not occurred.
- the switching control circuits F1 and F2, the switches SW1 and SW2, etc. it is determined whether or not the control for forcibly releasing the operation of the overvoltage suppressing device 13 can be performed. .
- the control for forcibly canceling the operation of the overvoltage suppressing device 13 is executed on condition that the above event is detected.
- the request for continuation of operation at the time of system failure is not required until the voltage on the high voltage side of the main transformer is 0 V (that is, complete short-circuit at the system linkage end), and is detected by the voltage detector 104, for example.
- the high-voltage side voltage of the main transformer M obtained from the value of each phase voltage V S is specified to be a certain value (eg, “20% of the rated voltage of the primary circuit”) or more.
- An overvoltage protection device having a capacity can be provided.
- the same effect as that of the first embodiment can be obtained even in the configuration in which the “high voltage side voltage of the main transformer M” is used for determining the lock condition.
- FIG. 7 is a diagram showing a configuration of the entire power system including the variable speed pumped storage power generation system according to the sixth embodiment.
- FIG. 8 is a block diagram mainly showing a functional configuration related to the overvoltage protection device 20 of the variable speed pumped storage power generation system according to the embodiment.
- 9 is a diagram illustrating an example of the internal configuration of the reset control lock condition determination unit 27 ′′ in FIG. 8. Elements common to those in FIGS. 1 to 3 are denoted by the same reference numerals. Yes.
- the “low-voltage side voltage of the main transformer M” in the period before the control for forcibly canceling the short-circuit state of the short-circuit 16 is not less than or equal to the predetermined voltage-specified value (or voltage).
- the reset control is performed before the control for forcibly canceling the short circuit state of the short circuit 16 is performed. The reset control is performed so that the impedance (complex impedance having the real part R and the imaginary part X) obtained from the “voltage and current on the high voltage side of the main transformer M” in the period is not within a predetermined range.
- the impedance complex impedance having the real part R and the imaginary part X
- the main transformer M instead of supplying the value of each phase voltage V L detected by the primary circuit voltage detector 9 on the low voltage side of the main transformer M to the reset control lock condition determination unit 27 ′′, the main transformer M The value of each phase voltage V S detected by the high voltage side voltage detector 104 of the main transformer M and the value of each phase current I S detected by the high voltage side current detector 105 of the main transformer M are supplied. This is realized by appropriately changing the design of the arithmetic expression of the arithmetic circuit 32 ′′ and the threshold value of the threshold processing circuit 33 ′′.
- the reset control lock condition determination unit 27 ′′ determines that a failure has occurred on the high voltage side of the main transformer M or a failure has not occurred on the low voltage side of the main transformer M or inside the main transformer M. (In this case, an impedance determined from the high-voltage side voltage and the high-voltage side current of the main transformer M in a period before the control for forcibly canceling the short-circuit state of the short-circuit 16 is defined in advance)
- the logic circuits L1 and L2, the switching control circuits F1 and F2, and the switch SW1, based on the detection result, are configured to detect that the event does not occur. In SW2 or the like, it is determined whether or not the control for forcibly canceling the operation of the overvoltage suppression device 13 is performed. Control is executed on condition that the event has been detected.
- Calculation circuit 32 ' calculates the phase of the impedance. For example, in the case of a short circuit accident, the impedance (magnitude and phase angle) for each phase is calculated and output according to the following formula.
- Z ab (V Sa ⁇ V Sb ) / (I Sa ⁇ I Sb ) (2)
- Z b-c (V Sb -V Sc) / (I Sb -I Sc) ...
- Z c ⁇ a (V Sc ⁇ V Sa ) / (I Sc ⁇ I Sa ) (4)
- Z c-a c phase -a phase of the impedance
- V Sa Voltage of a phase
- V Sb b phase voltage
- V Sc c-phase voltage
- I Sa : a-phase current I Sb : b-phase current I Sc : c-phase current
- the threshold processing circuit 33 ′′ has an impedance (size and phase angle) of each phase, respectively.
- the specified range A is not limited to the example of FIG.
- the specified range A may be appropriately changed in design according to the operation continuation specification required for the power plant.
- the specified range A does not prevent the reset control from being performed in the case of a failure on the high voltage side of the main transformer M, and the reset control is performed in the case of a failure on the low voltage side of the main transformer M or inside the main transformer M.
- it is set from the viewpoint of preventing a current that may damage a device such as the short circuit device 16 including a semiconductor element from flowing.
- the point of failure when a failure occurs Is defined from the output value of the threshold processing circuit 33 ′′.
- the value output from the arithmetic circuit 32 (that is, the impedance of each phase) is out of the specified range A
- the value output from the arithmetic circuit 32 (that is, the impedance of each phase) A threshold is set.
- the reset control lock condition determination unit 27 determines that a failure has occurred on the high voltage side of the main transformer M based on the output value of the threshold processing circuit 33 (or the main transformer). The low voltage side of M or not occurring within the main transformer M), and that a fault has occurred within the low voltage side of the main transformer M or within the main transformer M (or the main It is possible to detect that it does not occur on the high voltage side of the transformer M).
- the same effect as that of the first embodiment can be obtained even in the configuration in which “the impedance on the high voltage side of the main transformer M” is used for determining the lock condition.
- an overvoltage protection device is applied to a variable speed pumped storage power generation system that uses “pumping” as energy is shown.
- the overvoltage protection device may be applied to a variable speed power generation system that uses different types of energy.
Landscapes
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Abstract
実施形態による可変速発電システムの過電圧保護装置は、主要変圧器の高圧側で故障が発生した場合にまたは前記主要変圧器の低圧側もしくは前記主要変圧器の内部で故障が発生していない場合に生じる所定の事象を検知する、あるいはその事象が生じていないことを検知する検出手段(27)と、前記検出手段(27)の検知結果に基づいて過電圧抑制装置(13)の動作を強制的に解除する制御の実行可否を判別する制御手段(L1,L2,F1,F2,SW1,SW2)とを有する。
Description
本発明の実施形態は、可変速発電システムの過電圧保護装置に関する。
二重給電交流機を用いた可変速揚水発電システムでは、系統故障時に発生する二次回路の過電圧を抑制し、発電電動機、変換器等主回路機器を過電圧から保護するため、たとえば、サイリスタのような大容量半導体素子による大電流短時間定格の短絡器を用いた過電圧抑制装置を装備している。該システムにおいて、系統故障の発生後、当該短絡事故が系統遮断器により除去された際に、過電圧抑制装置の短絡器を構成するサイリスタに二次励磁装置のインバータの直流電圧が逆電圧として印加されるようにインバータのスイッチング素子を操作することによって、サイリスタに流れる電流をゼロにして強制的に当該サイリスタをオフにして、過電圧抑制装置の短絡状態を早期に確実に解除し二次励磁装置の運転を再開し、可変速揚水発電システムを停止させることなく高速に系統復帰させる機能が実現されている(例えば特許文献1参照)。以降、当該機能による制御を過電圧抑制装置のリセット制御と呼ぶ。
上述した過電圧抑制装置において、系統事故除去後に可変速揚水発電システムを運転継続させるために過電圧抑制装置のリセット制御を行う場合、その短絡回路を構成するサイリスタ等の半導体素子は系統故障時のリセット制御完了後に線間電圧を受けるため、リセット直後の半導体の接合部温度は、二次回路電圧に耐える接合部温度以下でなければならない。
そのため、リセット制御を行う場合には、リセット制御を実施しない場合に比べ、許容される温度上昇を低く抑えることとなり、過電圧抑制装置の半導体素子に通電できる最大電流は小さくなり、当該半導体素子の並列回路数を必要に応じて増やす必要があった。
本来、過電圧抑制装置のリセット制御を実施し運転継続を図る必要があるのは、発電所内部の故障時ではなく、主要変圧器の高圧側の系統故障時に限られる。したがって、過電圧抑制装置の短絡器を構成する半導体素子に必要な当該制御のための責務は主要変圧器の高圧側での系統故障時の最大故障電流に対応できるようにすることであり、主要変圧器の低圧側で起こる発電所内部故障でのより大きな事故電流に対してはリセット制御を行う必要がなく、したがって、半導体の接合部温度が上がっても、短絡状態のまま通電できる耐量を考慮すればよい。
しかしながら、主要変圧器の高圧側の系統故障時の最大故障電流に基づいて過電圧抑制装置の設計を行った場合、主要変圧器の低圧側の故障の判別ができず過電圧抑制装置のリセット制御を誤って行うと、半導体素子を含む短絡器等の機器が損傷する可能性がある。そのため、従来の過電圧抑制装置の設計では、主要変圧器の低圧側の三相短絡故障発生時の最大事故電流でリセット制御を行っても機器が損傷しないように、半導体素子の並列回路数を増やすなどして過電圧抑制装置を大型化させる設計を行っていた。熱容量の小さい半導体の過電流耐量は小さいため、短時間の動作責務でも機器が大型化してしまい、短絡器の価格、装置の寸法、発電所スペースの増加の要因になっていた。
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、機器を損傷させない適切なリセット制御を実現し、短絡器を構成する半導体素子の並列回路数の低減、製造コストの低減、装置寸法の低減、建屋寸法の低減等を図ることのできる、可変速発電システムの過電圧保護装置を提供することを目的とする。
実施形態によれば、高圧側が電力系統に接続される変圧器と、当該変圧器の低圧側の回路に固定子巻線を接続した巻線形誘導機と、当該巻線形誘導機の回転子巻線の回路に接続した交流励磁装置と、当該交流励磁装置と回転子巻線の間の回路に接続した短絡器を介してまたは短絡器と抵抗器とを介して各相を接続する過電圧抑制装置と、当該過電圧抑制装置の動作を強制的に解除する制御を行う制御装置とを備えた可変速発電システムの過電圧保護装置であって、前記主要変圧器の高圧側で故障が発生した場合にまたは前記主要変圧器の低圧側もしくは前記主要変圧器の内部で故障が発生していない場合に生じる所定の事象を検知する、あるいはその事象が生じていないことを検知する検出手段と、前記検出手段の検知結果に基づいて前記過電圧抑制装置の動作を強制的に解除する制御の実行可否を判別する制御手段とを有する、過電圧保護装置が提供される。
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
最初に、第1の実施形態について説明する。
最初に、第1の実施形態について説明する。
図1は、第1の実施形態に係る可変速揚水発電システムを含む電力システム全体の構成を示す図である。
図1に示すように、発電所及び発電所開閉設備Pには、電力系統Sに接続される発電所高圧開閉設備100と、この発電所高圧開閉設備100に電力ケーブルC及び主要変圧器Mを介して接続される可変速揚水発電システム200とが備えられる。主要変圧器Mの低圧側は発電所の所内回路に相当する。なお、主要変圧器Mは可変速揚水発電システムの一部として構成されていてもよい。
発電所高圧開閉設備100は、電力系統S側の例えば1号送電線及び2号送電線に繋がる電線をそれぞれ開路/閉路する複数の遮断器101及び102を備えると共に、主要変圧器M側の電力ケーブルCに繋がる電線を開路/閉路する遮断器103を備える。
可変速揚水発電システムは、ポンプ水車1、二重給電交流機で実現される可変速発電電動機(巻線形誘導機)2、この可変速発電電動機2の二次巻線に接続し可変周波数の交流を印加する周波数変換器で実現されるコンバータ3A及びインバータ3Bを含む自励式の二次励磁装置(交流励磁装置)3、この二次励磁装置3が出力する交流電圧、電流、周波数、位相の制御を行うと共に開閉設備5A及び5Bなどの開閉制御などを行う制御装置4、可変速発電電動機2の固定子巻線側に接続される系統連系用の並列用遮断器5A及び相反転遮路器5B、可変速発電電動機2の固定子巻線端を三相短絡するための始動/ブレーキ用断路器6、二次励磁装置3が使用する交流電源を生成する励磁用変圧器7、励磁用変圧器7へ供給する交流電力を遮断するための励磁用遮断器8、可変速発電電動機2の固定子巻線側の一次回路の電圧を測定するための一次回路電圧検出器(計器用変圧器)9、可変速発電電動機2の回転子巻線側の二次回路に流れる電流を測定する二次回路電流検出器10、可変速発電電動機2の回転子巻線側の二次回路の電圧もしくは二次励磁装置3の直流リンク電圧を測定する二次回路電圧検出器11、可変速発電電動機2の回転子巻線側の二次回路における三相短絡電流を測定する短絡電流検出器12、サイリスタのような大容量半導体素子による大電流短時間定格の短絡器を用いた過電圧抑制装置13などを備えている。過電圧抑制装置13は、二次励磁装置3と可変速発電電動機2の回転子巻線の間の回路に接続した短絡器を介してまたは短絡器と抵抗器とを介して各相を接続する。
図2は、本実施形態に係る可変速揚水発電システムの過電圧保護装置に関わる機能構成を中心に示す構成図である。なお、図1と共通する要素には、同一の符号を付している。
当該可変速揚水発電システムの過電圧保護装置20は、前述した過電圧抑制装置13と制御装置4の少なくとも一部を含むほか、各部の電流や電圧などの電気的諸量や素子温度、各種保護リレーの動作状態を測定・検出する測定器・検出器類なども含む。さらに、過電圧保護装置20は、主要変圧器Mの高圧側で故障が発生した場合にまたは主要変圧器Mの低圧側もしくは主要変圧器Mの内部で故障が発生していない場合に生じる所定の事象を検知する、あるいはその事象が生じていないことを検知する検出手段(後述する「リセット制御ロック条件判定部27」等に相当)と、この検出手段の検知結果に基づいて前記過電圧抑制装置の動作を強制的に解除する制御の実行可否を判別する制御手段(後述する「論理回路L1,L2、切替え制御回路F1,F2、スイッチSW1,SW2」等に相当)とを備えている。
過電圧抑制装置13は、可変速発電電動機2の二次巻線の相間にそれぞれ接続されるサイリスタ14と当該サイリスタ14の電流を検出するサイリスタ電流検出器15とを含む短絡器16を備えている。サイリスタ電流検出器15は、例えば前述の短絡電流検出器12に相当する。また、過電圧抑制装置13には、各サイリスタ14の点弧/消弧を制御するゲート信号を各サイリスタ14のゲートに与える過電圧抑制装置ゲート回路17が備えられる。
制御装置4は、半導体素子を含む短絡器16等の機器を損傷させない適切なリセット制御を実現する。例えば、制御装置4は、短絡器16の短絡動作中の通電電流が予め規定した電流規定値以下であり、且つ、短絡器16の短絡動作の経過時間が予め規定した動作継続時間規定値以上であり(あるいは電力系統Sと連系する遮断器の解列が完了しており)、且つ、可変速発電電動機2の回転子巻線側あるいは固定子巻線側から得られる電気的諸量の測定値が一定の条件を満たす場合に、短絡器16の短絡状態を強制的に解除する制御を行う。ここでいう条件とは、具体的には例えば、短絡器16の短絡状態を強制的に解除する制御を行う前の予め規定した判定期間における「主要変圧器Mの低圧側電圧」(固定子巻線側電圧)が予め規定した電圧規定値以下でない(あるいは電圧規定値を下回ることが無い)ことを指す。
上記制御装置4は、インバータゲート信号発生装置21、通常運転用ゲート制御部22、リセット制御用ゲート制御部23、二次回路過電圧判定部24、短絡状態検出部25、リセット可否判定部26、リセット制御ロック条件判定部27、スイッチSW1,SW2、論理回路L1,L2,切替え制御回路F1,F2等で構成される。
インバータゲート信号発生装置21は、二次励磁装置3のインバータ3Bを駆動するゲート信号を発生する。
通常運転用ゲート制御部22は、通常運転用のゲート信号を制御する信号を出力する。
リセット制御用ゲート制御部23は、リセット制御用のゲート信号を制御する信号を出力する。
二次回路過電圧判定部24は、可変速発電電動機2の回転子巻線側の二次回路における一定以上の過電圧の発生の有無を判定し、過電圧が発生したと判定した場合に過電圧発生を示す信号、すなわち過電圧保護(OVP)の動作を指示する信号(例えば「1」の値の信号)を出力する。
短絡状態検出部25は、短絡器16の短絡動作中の通電電流の値、すなわちサイリスタ14の電流値に基づき、短絡器16の状態を検出し、短絡器16が短絡したことを検出した場合にその旨を示す信号(例えば「1」の値の信号)を出力する。
リセット可否判定部26は、サイリスタ14の電流値に基づいてOVP動作のリセットの可否を判定し、サイリスタ14の電流値が予め定めた電流規定値以下である場合にリセット可を示す信号(例えば「1」の値の信号)を出力する。
リセット制御ロック条件判定部27は、一次回路電圧検出器9により検出される三相交流の各相電圧VLと二次回路過電圧判定部24から出力される信号とに基づいてリセット制御をロックする(リセット制御を実施させない)ための条件が成立するか否かを判定し、当該条件が成立すると判定した場合にリセット制御のロックを指示する信号(例えば「1」の値の信号)を出力し、一方、当該条件が成立しないと判定した場合にはリセット制御をロックしないこと示す信号(例えば「0」の値の信号)を出力する。
スイッチSW1は、オン/オフ状態の切替えに応じて通常運転用のゲート信号発生指令の供給/停止の切替えを行う。
スイッチSW2は、オン/オフ状態の切替えに応じてリセット制御用のゲート信号発生指令の供給/停止の切替えを行う。
論理回路L1は、二次回路過電圧判定部24から出力される信号の反転信号と、短絡状態検出部25から出力される信号と、リセット可否判定部26から出力される信号と、リセット制御ロック条件判定部27から出力される信号の反転信号とを入力し、入力したそれぞれの信号のAND条件が成立した場合に(例えば全ての信号の値が「1」である場合に)、リセット制御の実施を指示する信号(例えば「1」の値の信号)を出力する。
論理回路L2は、論理回路L1から出力される信号と、短絡状態検出部25から出力される信号の反転信号とを入力し、入力したそれぞれの信号のAND条件が成立した場合に(例えば両方の信号の値が「1」である場合に)、リセット制御の解除(及び通常運転の実施)を指示する信号(例えば「1」の値の信号)を出力する。
切替え制御回路F1は、論理回路L2から出力される信号(例えば「1」の値の信号)に応じてスイッチSW1をオンにし、二次回路過電圧判定部24から出力される信号(例えば「1」の値の信号)に応じてスイッチSW1をオフにする。
切替え制御回路F2は、論理回路L1から出力される信号に応じてスイッチSW2をオンにし、論理回路L2から出力される信号に応じてスイッチSW2をオフにする。
図3は、リセット制御ロック条件判定部27の内部構成の一例を示す図である。
リセット制御ロック条件判定部27は、ワンショットタイマ31、演算回路32、閾値処理回路33、論理回路34、論理否定回路35、切替え制御回路36等を備えている。
ワンショットタイマ31は、二次回路過電圧判定部24から過電圧保護(OVP)の動作を指示する信号(例えば「1」の値の信号)を入力した時点からリセット制御の実施までの規定時間(判定時間規定値)を計時し、該信号の入力時点から当該規定時間が経過するまで所定の信号(例えば「1」の値の信号)を出力する。
演算回路32は、一次回路電圧検出器9から出力される三相交流の各相電圧VLから電圧ベクトルの絶対値を算出して出力する。
閾値処理回路33は、演算回路32から出力される値が予め定めた閾値(たとえば、一次回路の定格電圧の40%)になる(あるいは閾値を下回る)場合に、所定の信号(例えば「1」の値の信号)を出力し、そうでない場合には、上記信号とは異なる所定の信号(例えば「0」の値の信号)を出力する。
当該閾値は、主要変圧器Mの高圧側の故障のときにはリセット制御の実施を妨げないとともに、主要変圧器Mの低圧側もしくは主要変圧器Mの内部の故障のときにはリセット制御が実施された場合に半導体素子を含む短絡器16等の機器を損傷させるおそれのある電流が流れることを未然に防止する観点で設定される。そのためには、例えば、故障が発生したときの故障発生点(故障が主要変圧器Mの高圧側で発生したのか、それとも主要変圧器Mの低圧側もしくは主要変圧器Mの内部で発生したのか)を、閾値処理回路33の出力値から識別できるように、当該閾値が設定される。
より具体的には、故障発生点が主要変圧器Mの高圧側である場合には演算回路32から出力される値(即ち、各相電圧VLから算出された電圧ベクトルの絶対値)が閾値を超えるようにあるいは閾値以上となるように、また、故障発生点が主要変圧器Mの低圧側もしくは主要変圧器Mの内部である場合には演算回路32から出力される値(即ち、各相電圧VLから算出された電圧ベクトルの絶対値)が閾値以下となるようにあるいは閾値を下回るように、当該閾値が設定される。
このように閾値を設定することにより、リセット制御ロック条件判定部27においては、閾値処理回路33の出力値に基づき、故障が主要変圧器Mの高圧側で発生したこと(または主要変圧器Mの低圧側もしくは主要変圧器Mの内部で発生していないこと)を検知することができ、また、故障が主要変圧器Mの低圧側もしくは主要変圧器Mの内部で発生したこと(または主要変圧器Mの高圧側で発生していないこと)を検知することができる。
以下に、閾値の具体的な設定例を挙げる。
例えば主要変圧器Mの高圧側で故障が発生した場合、その瞬間に主要変圧器Mの低圧側の一次回路電圧検出器9で検出される電圧VLは、次の式で求められる。
VL = Vex(Xt+Xf)/(Xg+Xt+Xf) …(1)
但し、
Ve:発電機の内部誘起電圧(pu値)
Xg:発電機の内部インピーダンス(pu値)
Xt:主要変圧器のインピーダンス(pu値)
Xf:事故点までのインピーダンス(pu値)
この(1)式を用いることによって、VLの低下量から、故障の位置(事故点)を判定することが可能になる。
但し、
Ve:発電機の内部誘起電圧(pu値)
Xg:発電機の内部インピーダンス(pu値)
Xt:主要変圧器のインピーダンス(pu値)
Xf:事故点までのインピーダンス(pu値)
この(1)式を用いることによって、VLの低下量から、故障の位置(事故点)を判定することが可能になる。
ここで仮に、Xgを20%、Xtを15%とする。
主要変圧器Mの高圧側に最も近い位置での故障の場合、Xf=0とみなせるので、電圧VLは、(1)式より、「一次回路の定格電圧の40%」程度となる。すなわち、この値が主要変圧器Mの高圧側での事故発生の瞬間に最も電圧が下がる場合の値であることがわかる。よって、この値よりも電圧が低下しているときは、主要変圧器Mの高圧側での故障ではなく、主要変圧器Mの低圧側もしくは主要変圧器Mの内部での故障が発生していることになる。したがって、この値を閾値処理回路33の閾値に適用することにより、故障が発生したときの故障発生点(故障が主要変圧器Mの高圧側で発生したのか、それとも主要変圧器Mの低圧側もしくは主要変圧器Mの内部で発生したのか)を識別することが可能となる。
上記は基本的な考え方を記載したが、実際の発電電動機では励磁制御が高速に動作して、内部誘起電圧Veが故障発生中にも変化しているため、実機に現れる電圧をEMTP(Electro-Magnetic Transients Program)などの計算機解析プログラムで数値計算した結果を元に、上記閾値を決定することにより、正確な識別が可能となる。
論理回路34は、ワンショットタイマ31から出力される信号と閾値処理回路33から出力される信号とのAND条件が成立した場合に(例えば両方の信号の値が「1」である場合に)、リセット制御のロックを指示する信号を出力する。
論理否定回路35は、並列用遮断器5Aの開閉状態を示す信号を受ける。例えば、リセット制御がロックされた後、当該可変速揚水発電システム200が図示しない保護リレーシステムにより保護停止される過程において、論理否定回路35は、並列用遮断器5Aの開状態を示す信号(例えば「0」の値の信号)を受けると、その信号を反転させ、反転後の信号(例えば「1」の値の信号)を、ロックの解除を指示する信号として出力する。
切替え制御回路36は、論理回路34からリセット制御のロックを指示する信号(例えば「1」の値の信号)を受けた場合には、リセット制御のロックを指示する信号(例えば「1」の値の信号)をそのまま出力し、一方、論理否定回路35からロックの解除を指示する信号(例えば「1」の値の信号)を受けた場合には、リセット制御のロックを指示しない信号(例えば「0」の値の信号)を出力する。
このようなシステム構成において、例えば、通常運転中に電力系統Sの1号送電線あるいは2号送電線で系統故障が発生した場合を考える。この系統故障により可変速発電電動機2の回転子巻線側の二次回路に過渡直流分を含む故障電流が発生すると、インバータ3Bの逆並列ダイオードを通して直流コンデンサが充電され、当該二次回路に過電圧が発生する。
このとき、二次回路電圧検出器11により検出される電圧の値が二次回路過電圧判定部24に伝えられ、これにより二次回路過電圧判定部24が二次回路に過電圧が発生した判定すると、二次回路過電圧判定部24は、切替え制御回路F1及びスイッチSW1を通じて通常運転用ゲート制御部22の制御による通常運転用のゲート信号の発生を停止させると共に、過電圧抑制装置ゲート回路17を通じて短絡器16を短絡させ当該短絡器16に故障電流を流入させることにより二次回路の過電圧を抑制させる。
故障電流が時間と共に減衰し、インバータ3Bにより制御できる電流以下になったことをリセット可否判定部26が検出すると、リセット可否判定部26は、リセット可を示す信号(例えば「1」の値の信号)を出力する。このとき、短絡状態検出部25は、短絡器16の状態を検出しており、短絡器16が短絡していることを示す信号(例えば「1」の値の信号)を出力している。また、リセット制御ロック条件判定部27は、各相電圧VLから求めた電圧ベクトルの絶対値が予め定めた閾値を超過する(あるいは閾値以上である)ことから、リセット制御をロックするための条件が成立していないことを示す信号(例えば「0」の値の信号)を出力している。また、二次回路過電圧判定部24は、過電圧が発生していないことを示す信号(例えば「0」の値の信号)を出力している。
この場合、論理回路L1に入力されるそれぞれの信号のAND条件が成立する(例えば全ての信号の値が「1」である)ため、論理回路L1は、リセット制御の実施を指示する信号(例えば「1」の値の信号)を出力し、切替え制御回路F2及びスイッチSW2を通じて、リセット制御用ゲート制御部23の制御によるリセット制御用のゲート信号をインバータ3Bに供給させる。これにより、リセット制御用ゲート制御部23は、導通している各サイリスタ14にインバータ3Bから逆電圧が印加されるようにインバータゲート信号発生装置21にゲート信号を与える制御を実施し、短絡器16の短絡状態を高速に解除させる。
短絡器16の短絡状態の解除を短絡状態検出部25が検出すると、論理回路L1は、リセット制御の実施の指示を停止する。一方、論理回路L2は、切替え制御回路F2及びスイッチSW2を通じてリセット制御用ゲート制御部23の制御によるリセット制御用のゲート信号の発生を停止させると共に、切替え制御回路F1及びスイッチSW1を通じて通常運転用ゲート制御部22の制御による通常運転用のゲート信号の発生を再開させる。これにより、二次励磁装置3の通常運転が再開され、可変速揚水発電システム200が事故除去後の通常運転に戻り、運転が継続される。
次に、前述したシステム構成において、主要変圧器Mの低圧側にある可変速揚水発電システム200の内部で三相短絡故障が発生した場合を考える。ここでは、前述の系統故障の場合と共通する動作の説明を省略し、異なる動作を中心に説明する。
可変速揚水発電システム200の内部で三相短絡故障が発生したときは、上記リセット制御ロック条件判定部27においては、各相電圧VLから求めた電圧ベクトルの絶対値はゼロとなるため、この値は上記閾値より小さいことから、リセット制御ロック条件判定部27は、予め規定した判定期間以内にリセット制御をロックするための条件が成立したことを判定し、当該出力信号(例えば「1」の値の信号)を出力する。
この場合、論理回路L1に入力されるそれぞれの信号のAND条件は成立しない(全ての信号の値が「1」にはならない)ため、論理回路L1は、リセット制御の実施を指示する信号(例えば「1」の値の信号)を出力せず、切替え制御回路F2及びスイッチSW2の状態は変化せず、リセット制御用ゲート制御部23によるリセット制御はロックされる。
リセット制御がロックされた後、当該可変速揚水発電システム200が保護リレーシステムにより保護停止される過程において、並列用遮断器5Aの開状態を示す信号(例えば「0」の値の信号)を上記リセット制御ロック条件判定部27が受けると、上記リセット制御ロック条件判定部27は、リセット制御のロックを指示しない信号(例えば「0」の値の信号)を出力する。これにより、ロック状態は解除される。
第1の実施形態によれば、例えば可変速揚水発電システム200の内部で三相短絡故障が発生し、大きな短絡電流により短絡器16におけるサイリスタ14などの半導体素子の温度が通常運転時に許容される温度を超えて上昇したとしても、短絡器16の半導体素子は電圧印加を受けて損傷するおそれはなく、短絡状態を解除することなくその状態を継続し、可変速揚水発電システム200は当該短絡故障により動作する保護リレーシステムにより安全にシステム停止させることができる。また、このときの故障は系統故障ではないため、事故除去後の可変速揚水発電システム200の運転継続は要求されず、支障は生じない。
また、サイリスタ14などの半導体素子は高温状態で電圧印加を受けて損傷するおそれがないので、過電圧抑制装置13の設計を系統故障時の最大故障電流に基づき決定することができ、リセット制御の機能を付加する場合の過電圧抑制装置13の短絡器16を構成する半導体素子の並列回路数の低減、製造コストの低減、装置寸法の低減、建屋寸法の低減等を図ることができる。
本実施形態では、リセット制御ロック条件判定部27において、一次回路電圧検出器9により検出される各相電圧VLから求まる電圧ベクトルの絶対値に対する条件に、短絡器16の短絡状態を強制的に解除する制御を行う前の「予め規定した判定期間」との条件を加えている。
系統故障であるが故障発生時の過渡直流分が大きく故障除去後直ちに短絡器16の短絡状態を強制的に解除することができなかった場合でも、系統故障時の故障電流の最大値は短絡器16の設計した最大電流値以下であるため、半導体素子の温度は許容値以内でありリセット制御を行ってもよい。たとえば、図1の1号送電線との連係端で発生した系統故障により発電所高圧開閉設備100の遮断器101が開放して事故除去すると、事故除去後に2号送電線の電圧に復帰した系統と発電システム間で電力の授受が再開し、そのときの運転状態によって電圧が再度低下して、系統故障の判定用に設定した閾値を下回る場合があり、何らかの工夫をしないとリセット制御を不必要にロックしてしまうことになる。そこで、たとえばワンショットタイマ31により「予め規定した判定期間」を上記の系統故障除去までの時間とすれば、このときの電圧低下によりリセット制御をロックすることを防止することができる。この場合において、一定時間後に短絡器16の通電電流が減衰し通電電流が予め規定した電流値以下となりリセット条件が満足すれば、リセット制御ロック条件判定部27はリセットロック信号を出力していないため、リセット制御を実施させることができ、可変速揚水発電システム200の運転継続を行うことが可能となる。
一方、系統故障除去後直ちに短絡器の短絡状態を強制的に解除できない場合には、発電設備を停止させて良い場合、リセット制御ロック条件判定部27において短絡器16の短絡状態を強制的に解除する制御を実施するか否かの判定を実施する期間を、当該制御を行う前の期間に行うこととしてよい。
その場合、リセット制御ロック条件判定部27は、主要変圧器Mの高圧側で故障が発生した場合にまたは主要変圧器Mの低圧側もしくは主要変圧器Mの内部で故障が発生していない場合に生じる所定の事象(ここでは、短絡器16の短絡状態を強制的に解除する制御を行う前の期間(たとえばリセット可否判定部26から出力1が出力されるまでの期間)における主要変圧器Mの低圧側電圧(固定子巻線側電圧)が予め規定した電圧規定値以下でないあるいは電圧規定値を下回ることが無いこと)を検知するように、あるいはその事象が生じていないことを検知するように構成される。その検知結果に基づき、論理回路L1,L2、切替え制御回路F1,F2、スイッチSW1,SW2等においては、過電圧抑制装置13の動作を強制的に解除する制御の実行可否が判別されることとなる。過電圧抑制装置13の動作を強制的に解除する制御は、上記事象が検知されたことを条件に実行される。
なお、短絡器16の電流容量は、主要変圧器Mの低圧側の三相短絡故障時の最大二次巻線電流において当該短絡器16の短絡状態を強制的に解除する制御を実施できる電流容量より小さい電流容量であって、且つ、主要変圧器Mの低圧側での三相短絡故障時の最大二次巻線電流において当該短絡器16の短絡状態を強制的に解除する制御を実施することなく発電電動機が停止できるまで通電できる電流容量あるいは主要変圧器Mの高圧側の三相短絡故障時の最大二次巻線電流において当該短絡器16の短絡状態を強制的に解除する制御を実施できる電流容量のいずれか大きい電流容量以上の容量を有するように構成することが望ましい。このように構成することにより、主要変圧器Mの低圧側の三相短絡故障発生時の最大事故電流でリセット制御を行っても機器を損傷させることなく、短絡器16を含む過電圧抑制装置13全体の小型化を実現でき、コストの低減、発電所スペースの低減を実現することができる。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。
以下では、第1の実施形態と共通する部分の説明を省略し、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
次に、第2の実施形態について説明する。
以下では、第1の実施形態と共通する部分の説明を省略し、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
前述の第1の実施形態では、短絡器16の短絡状態を強制的に解除する制御を行う前の期間における「主要変圧器Mの低圧側電圧」が予め規定した電圧規定値以下でない(あるいは電圧規定値を下回ることが無い)ことを、リセット制御を実施する条件の1つとしたが、この第2の実施形態では、代わりに、短絡器16の短絡状態を強制的に解除する制御を行う前の期間における「回転子巻線電流」(可変速発電電動機2の回転子巻線の巻線端あるいは二次励磁装置3側のアーム電流(OVPアーム電流)が予め規定した電流規定値以上でない(あるいは電流規定値を超えることが無い)ことを、リセット制御を実施する条件の1つとする。
この場合、リセット制御ロック条件判定部27に対して、各相電圧VLの値を供給する代わりに、可変速発電電動機2の回転子巻線の巻線端あるいは二次励磁装置3側のアーム電流(OVPアーム電流)を検出する検出器12あるいは15で測定される値を供給するように構成すると共に、演算回路32の演算式や閾値処理回路33の閾値を適宜、設計変更することによって実現する。
その場合、リセット制御ロック条件判定部27は、主要変圧器Mの高圧側で故障が発生した場合にまたは主要変圧器Mの低圧側もしくは主要変圧器Mの内部で故障が発生していない場合に生じる所定の事象(ここでは、短絡器16の短絡状態を強制的に解除する制御を行う前の期間における回転子巻線電流が予め規定した電流規定値以上でないあるいは電流規定値を超えることが無いこと)を検知するように、あるいはその事象が生じていないことを検知するように構成される。その検知結果に基づき、論理回路L1,L2、切替え制御回路F1,F2、スイッチSW1,SW2等においては、過電圧抑制装置13の動作を強制的に解除する制御の実行可否が判別されることとなる。過電圧抑制装置13の動作を強制的に解除する制御は、上記事象が検知されたことを条件に実行される。
第2の実施形態によれば、「回転子巻線電流」をロック条件判定に用いる構成においても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について説明する。
以下では、第1の実施形態と共通する部分の説明を省略し、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
次に、第3の実施形態について説明する。
以下では、第1の実施形態と共通する部分の説明を省略し、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
前述の第1の実施形態では、短絡器16の短絡状態を強制的に解除する制御を行う前の期間における「主要変圧器Mの低圧側電圧」が予め規定した電圧規定値以下でない(あるいは電圧規定値を下回ることが無い)ことを、リセット制御を実施する条件の1つとしたが、この第3の実施形態では、代わりに、短絡器16の短絡状態を強制的に解除する制御を行う前の期間における「所定の素子の温度」(短絡器16に含まれるサイリスタ14などの半導体素子の温度あるいは二次励磁装置3に含まれる半導体素子の温度)が予め規定した素子温度規定値以上でないあるいは素子温度規定値を超えることが無いことを、リセット制御を実施する条件の1つとする。
この場合、リセット制御ロック条件判定部27に対して、各相電圧VLの値を供給する代わりに、短絡器16に含まれるサイリスタ14などの半導体素子の温度あるいは二次励磁装置3に含まれる半導体素子の温度を検出する検出器(図示せず)で測定される値を供給するように構成すると共に、演算回路32の演算式や閾値処理回路33の閾値を適宜、設計変更することによって実現する。
その場合、リセット制御ロック条件判定部27は、主要変圧器Mの高圧側で故障が発生した場合にまたは主要変圧器Mの低圧側もしくは主要変圧器Mの内部で故障が発生していない場合に生じる所定の事象(ここでは、短絡器16の短絡状態を強制的に解除する制御を行う前の期間における所定の素子の温度が予め規定した素子温度規定値以上でないあるいは素子温度規定値を超えることが無いこと)を検知するように、あるいはその事象が生じていないことを検知するように構成される。その検知結果に基づき、論理回路L1,L2、切替え制御回路F1,F2、スイッチSW1,SW2等においては、過電圧抑制装置13の動作を強制的に解除する制御の実行可否が判別されることとなる。過電圧抑制装置13の動作を強制的に解除する制御は、上記事象が検知されたことを条件に実行される。
第3の実施形態によれば、「所定の素子の温度」をロック条件判定に用いる構成においても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態について説明する。
以下では、第1の実施形態と共通する部分の説明を省略し、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
次に、第4の実施形態について説明する。
以下では、第1の実施形態と共通する部分の説明を省略し、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
前述の第1の実施形態では、短絡器16の短絡状態を強制的に解除する制御を行う前の期間における「主要変圧器Mの低圧側電圧」が予め規定した電圧規定値以下でない(あるいは電圧規定値を下回ることが無い)ことを、リセット制御を実施する条件の1つとしたが、この第4の実施形態では、代わりに、過電圧発生の原因となる電気故障の発生箇所が主要変圧器の高圧側巻線端よりも電力系統側にあることを、リセット制御を実施する条件の1つとする。
この場合、リセット制御ロック条件判定部27に対して、各相電圧VLの値を供給する代わりに、発電所高圧開閉設備を含む可変速揚水発電システムを保護停止させるプラント内故障あるいは電力系統の故障の故障発生箇所を検出する区分保護リレー等(発電機電流差動継電器、主回路母線電流差動継電器、主要変圧器差動電流継電器など)の動作信号、あるいはこれらにより特定される故障発生箇所を示す値を供給するように構成すると共に、演算回路32の演算式や閾値処理回路33の出力について可変速揚水発電システムを保護停止させる故障の場合にリセット制御ロックさせる信号(たとえば「1」の値の信号)を出力するよう処理回路を設計変更することによって実現する。
その場合、リセット制御ロック条件判定部27は、主要変圧器Mの高圧側で故障が発生した場合にまたは主要変圧器Mの低圧側もしくは主要変圧器Mの内部で故障が発生していない場合に生じる所定の事象(ここでは、短絡器16の短絡状態を強制的に解除する制御を行う前の期間における所定の保護リレー装置の動作がないこと)を検知するように、あるいはその事象が生じていないことを検知するように構成される。その検知結果に基づき、論理回路L1,L2、切替え制御回路F1,F2、スイッチSW1,SW2等においては、過電圧抑制装置13の動作を強制的に解除する制御の実行可否が判別されることとなる。過電圧抑制装置13の動作を強制的に解除する制御は、上記事象が検知されたことを条件に実行される。
第4の実施形態によれば、発電機電流差動継電器、主回路母線電流差動継電器、主要変圧器差動電流継電器などの動作をリセット制御ロック条件判定に用いる構成においても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
(第5の実施形態)
次に、第5の実施形態について説明する。
以下では、第1の実施形態と共通する部分の説明を省略し、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
次に、第5の実施形態について説明する。
以下では、第1の実施形態と共通する部分の説明を省略し、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
図4は、第5の実施形態に係る可変速揚水発電システムを含む電力システム全体の構成を示す図である。また、図5は、同実施形態に係る可変速揚水発電システムの過電圧保護装置20に関わる機能構成を中心に示す構成図である。また、図6は、図5中のリセット制御ロック条件判定部27’の内部構成の一例を示す図である。なお、図1乃至図3と共通する要素には、同一の符号を付している。
前述の第1の実施形態では、短絡器16の短絡状態を強制的に解除する制御を行う前の期間における「主要変圧器Mの低圧側電圧」が予め規定した電圧規定値以下でない(あるいは電圧規定値を下回ることが無い)ことを、リセット制御を実施する条件の1つとしたが、この第5の実施形態では、代わりに、短絡器16の短絡状態を強制的に解除する制御を行う前の期間における「主要変圧器Mの高圧側電圧」が予め規定した電圧規定値以下でない(あるいは電圧規定値を下回ることが無い)ことを、リセット制御を実施する条件の1つとする。
この場合、リセット制御ロック条件判定部27’に対して、主要変圧器Mの低圧側の一次回路電圧検出器9により検出される各相電圧VLの値を供給する代わりに、主要変圧器Mの高圧側の電圧検出器104により検出される各相電圧VSの値を供給するように構成すると共に、演算回路32’の演算式や閾値処理回路33’の閾値を適宜、設計変更することによって実現する。
その場合、リセット制御ロック条件判定部27’は、主要変圧器Mの高圧側で故障が発生した場合にまたは主要変圧器Mの低圧側もしくは主要変圧器Mの内部で故障が発生していない場合に生じる所定の事象(ここでは、短絡器16の短絡状態を強制的に解除する制御を行う前の期間における主要変圧器Mの高圧側電圧が予め規定した電圧規定値以下でないあるいは電圧規定値を下回ることが無いこと)を検知するように、あるいはその事象が生じていないことを検知するように構成される。その検知結果に基づき、論理回路L1,L2、切替え制御回路F1,F2、スイッチSW1,SW2等においては、過電圧抑制装置13の動作を強制的に解除する制御の実行可否が判別されることとなる。過電圧抑制装置13の動作を強制的に解除する制御は、上記事象が検知されたことを条件に実行される。
発電所によっては、系統故障時の運転継続の要求が主要変圧器高圧側の電圧で0V(すなわち、系統連係端での完全短絡)まで要求されておらず、たとえば、電圧検出器104により検出される各相電圧VSの値から求められる主要変圧器Mの高圧側電圧がある値(例えば「一次回路の定格電圧の20%」)以上と指定される場合がある。この場合、その値を閾値処理回路33での閾値に適用してリセット制御を実施する条件の1つとすることにより、第1の実施形態と同様に、運転継続の要求がある場合に必要十分な容量をもつ過電圧保護装置を提供することが可能となる。
第5の実施形態によれば、「主要変圧器Mの高圧側電圧」をロック条件判定に用いる構成においても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
(第6の実施形態)
次に、第6の実施形態について説明する。
以下では、第1の実施形態と共通する部分の説明を省略し、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
次に、第6の実施形態について説明する。
以下では、第1の実施形態と共通する部分の説明を省略し、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。
図7は、第6の実施形態に係る可変速揚水発電システムを含む電力システム全体の構成を示す図である。また、図8は、同実施形態に係る可変速揚水発電システムの過電圧保護装置20に関わる機能構成を中心に示す構成図である。また、図9は、図8中のリセット制御ロック条件判定部27”の内部構成の一例を示す図である。なお、図1乃至図3と共通する要素には、同一の符号を付している。
前述の第1の実施形態では、短絡器16の短絡状態を強制的に解除する制御を行う前の期間における「主要変圧器Mの低圧側電圧」が予め規定した電圧規定値以下でない(あるいは電圧規定値を下回ることが無い)ことを、リセット制御を実施する条件の1つとしたが、この第6の実施形態では、代わりに、短絡器16の短絡状態を強制的に解除する制御を行う前の期間における「主要変圧器Mの高圧側の電圧及び電流」から得られるインピーダンス(実部Rおよび虚部Xを有する複素インピーダンス)が予め規定した規定範囲内にないことを、リセット制御を実施する条件の1つとする。
この場合、リセット制御ロック条件判定部27”に対して、主要変圧器Mの低圧側の一次回路電圧検出器9により検出される各相電圧VLの値を供給する代わりに、主要変圧器Mの高圧側の電圧検出器104により検出される各相電圧VSの値を供給すると共に、主要変圧器Mの高圧側の電流検出器105により検出される各相電流ISの値を供給するように構成し、演算回路32”の演算式や閾値処理回路33”の閾値を適宜、設計変更することによって実現する。
その場合、リセット制御ロック条件判定部27”は、主要変圧器Mの高圧側で故障が発生した場合にまたは主要変圧器Mの低圧側もしくは主要変圧器Mの内部で故障が発生していない場合に生じる所定の事象(ここでは、短絡器16の短絡状態を強制的に解除する制御を行う前の期間における主要変圧器Mの高圧側電圧と高圧側電流とから求まるインピーダンスが予め規定した規定範囲内にないこと)を検知するように、あるいはその事象が生じていないことを検知するように構成される。その検知結果に基づき、論理回路L1,L2、切替え制御回路F1,F2、スイッチSW1,SW2等においては、過電圧抑制装置13の動作を強制的に解除する制御の実行可否が判別されることとなる。過電圧抑制装置13の動作を強制的に解除する制御は、上記事象が検知されたことを条件に実行される。
演算回路32”は、電圧検出器104により検出される各相電圧VSの値と、電流検出器105により検出される各相電流ISの値とに基づき、各相のインピーダンスを算出する。例えば、短絡事故の場合は、以下の式により各相についてのインピーダンス(大きさ及び位相角)を算出して出力する。
Za-b=(VSa-VSb)/(ISa-ISb) …(2)
Zb-c=(VSb-VSc)/(ISb-ISc) …(3)
Zc-a=(VSc-VSa)/(ISc-ISa) …(4)
但し、
Za-b:a相-b相間のインピーダンス
Zb-c:b相-c相間のインピーダンス
Zc-a:c相-a相間のインピーダンス
VSa:a相の電圧
VSb:b相の電圧
VSc:c相の電圧
ISa:a相の電流
ISb:b相の電流
ISc:c相の電流
閾値処理回路33”は、各相のインピーダンス(大きさ及び位相角)が、それぞれ、図10に示すようなR軸およびX軸から成るインピーダンス複素平面上の所定の規定範囲Aに収まるか否かを判定し、収まるものがある場合には「1」の値の信号)を出力し、そうでない場合には、「0」の値の信号を出力する。ただし、規定範囲Aは、図10の例に限定されるものではない。規定範囲Aは、発電所に要求される運転継続の仕様などに応じて、適宜、設計変更してもよい。
Zb-c=(VSb-VSc)/(ISb-ISc) …(3)
Zc-a=(VSc-VSa)/(ISc-ISa) …(4)
但し、
Za-b:a相-b相間のインピーダンス
Zb-c:b相-c相間のインピーダンス
Zc-a:c相-a相間のインピーダンス
VSa:a相の電圧
VSb:b相の電圧
VSc:c相の電圧
ISa:a相の電流
ISb:b相の電流
ISc:c相の電流
閾値処理回路33”は、各相のインピーダンス(大きさ及び位相角)が、それぞれ、図10に示すようなR軸およびX軸から成るインピーダンス複素平面上の所定の規定範囲Aに収まるか否かを判定し、収まるものがある場合には「1」の値の信号)を出力し、そうでない場合には、「0」の値の信号を出力する。ただし、規定範囲Aは、図10の例に限定されるものではない。規定範囲Aは、発電所に要求される運転継続の仕様などに応じて、適宜、設計変更してもよい。
当該規定範囲Aは、主要変圧器Mの高圧側の故障のときにはリセット制御の実施を妨げないとともに、主要変圧器Mの低圧側もしくは主要変圧器Mの内部の故障のときにはリセット制御が実施された場合に半導体素子を含む短絡器16等の機器を損傷させるおそれのある電流が流れることを未然に防止する観点で設定される。そのためには、例えば、故障が発生したときの故障発生点(故障が主要変圧器Mの高圧側で発生したのか、それとも主要変圧器Mの低圧側もしくは主要変圧器Mの内部で発生したのか)を、閾値処理回路33”の出力値から識別できるように、当該規定範囲Aが設定される。
より具体的には、故障発生点が主要変圧器Mの高圧側である場合には演算回路32から出力される値(即ち、各相のインピーダンス)が規定範囲A外となるように、また、故障発生点が主要変圧器Mの低圧側もしくは主要変圧器Mの内部である場合には演算回路32から出力される値(即ち、各相のインピーダンス)が規定範囲A内となるように、当該閾値が設定される。
このように規定範囲Aを設定することにより、リセット制御ロック条件判定部27においては、閾値処理回路33の出力値に基づき、故障が主要変圧器Mの高圧側で発生したこと(または主要変圧器Mの低圧側もしくは主要変圧器Mの内部で発生していないこと)を検知することができ、また、故障が主要変圧器Mの低圧側もしくは主要変圧器Mの内部で発生したこと(または主要変圧器Mの高圧側で発生していないこと)を検知することができる。
第6の実施形態によれば、「主要変圧器Mの高圧側のインピーダンス」をロック条件判定に用いる構成においても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
なお、上述した各実施形態では、エネルギーとして「揚水」を用いる可変速揚水発電システムに過電圧保護装置を適用する場合の例を示したが、これに限ることなく、例えば「風力」など、他の種類のエネルギーを用いる可変速発電システムに過電圧保護装置を適用してもよい。
以上詳述したように、各実施形態によれば、機器を損傷させない適切な制御を実現し、短絡器を構成する半導体素子の並列回路数の低減、製造コストの低減、装置寸法の低減、建屋寸法の低減等を図ることができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
Claims (8)
- 高圧側が電力系統に接続される変圧器と、当該変圧器の低圧側の回路に固定子巻線を接続した巻線形誘導機と、当該巻線形誘導機の回転子巻線の回路に接続した交流励磁装置と、当該交流励磁装置と回転子巻線の間の回路に接続した短絡器を介してまたは短絡器と抵抗器とを介して各相を接続する過電圧抑制装置と、当該過電圧抑制装置の動作を強制的に解除する制御を行う制御装置とを備えた可変速発電システムの過電圧保護装置であって、
前記主要変圧器の高圧側で故障が発生した場合にまたは前記主要変圧器の低圧側もしくは前記主要変圧器の内部で故障が発生していない場合に生じる所定の事象を検知する、あるいはその事象が生じていないことを検知する検出手段と、
前記検出手段の検知結果に基づいて前記過電圧抑制装置の動作を強制的に解除する制御の実行可否を判別する制御手段と、
を有する、可変速発電システムの過電圧保護装置。 - 請求項1に記載の可変速発電システムの過電圧保護装置において、
前記検出手段は、前記短絡器の短絡状態を強制的に解除する制御を行う前の期間における回転子巻線電流が予め規定した電流規定値以上でないあるいは電流規定値を超えることが無いことを検知し、前記制御手段は、この検知結果に基づき前記短絡器の短絡状態を強制的に解除する制御を行う、可変速発電システムの過電圧保護装置。 - 請求項1に記載の可変速発電システムの過電圧保護装置において、
前記検出手段は、前記短絡器の短絡状態を強制的に解除する制御を行う前の期間における前記変圧器の低圧側または高圧側の電圧が予め規定した電圧規定値以下でないあるいは電圧規定値を下回ることが無いことを検知し、前記制御手段は、この検知結果に基づき前記短絡器の短絡状態を強制的に解除する制御を行う、可変速発電システムの過電圧保護装置。 - 請求項1に記載の可変速発電システムの過電圧保護装置において、
前記検出手段は、前記短絡器の短絡状態を強制的に解除する制御を行う前の予め規定した判定期間における前記変圧器の低圧側または高圧側の電圧が予め規定した電圧規定値以下でないあるいは電圧規定値を下回ることが無いことを検知し、前記制御手段は、この検知結果に基づき前記短絡器の短絡状態を強制的に解除する制御を行う、可変速発電システムの過電圧保護装置。 - 請求項1に記載の可変速発電システムの過電圧保護装置において、
前記検出手段は、前記短絡器の短絡状態を強制的に解除する制御を行う前の期間における所定の素子の温度が予め規定した素子温度規定値以上でないあるいは素子温度規定値を超えることが無いことを検知し、前記制御手段は、この検知結果に基づき前記短絡器の短絡状態を強制的に解除する制御を行う、可変速発電システムの過電圧保護装置。 - 請求項1に記載の可変速発電システムの過電圧保護装置において、
前記検出手段は、前記短絡器の短絡状態を強制的に解除する制御を行う前の期間における所定の保護リレー装置の動作がないことを検知し、前記制御手段は、この検知結果に基づき前記短絡器の短絡状態を強制的に解除する制御を行う、可変速発電システムの過電圧保護装置。 - 請求項1に記載の可変速発電システムの過電圧保護装置において、
前記検出手段は、前記短絡器の短絡状態を強制的に解除する制御を行う前の期間における前記変圧器の高圧側の電圧および電流から求まるインピーダンスが予め規定した規定範囲内にないことを検知し、前記制御手段は、この検知結果に基づき前記短絡器の短絡状態を強制的に解除する制御を行う、可変速発電システムの過電圧保護装置。 - 請求項1乃至7のいずれか1項に記載の可変速発電システムの過電圧保護装置において、
前記短絡器は、前記主要変圧器の低圧側の三相短絡故障時の最大二次巻線電流において当該短絡器の短絡状態を強制的に解除する制御を実施できる電流容量より小さい電流容量であって、且つ、前記主要変圧器の低圧側での三相短絡故障時の最大二次巻線電流において当該短絡器の短絡状態を強制的に解除する制御を実施することなく発電電動機が停止できるまで通電できる電流容量あるいは前記主要変圧器の高圧側の三相短絡故障時の最大二次巻線電流において当該短絡器の短絡状態を強制的に解除する制御を実施できる電流容量のいずれか大きい電流容量以上の容量を有する、可変速発電システムの過電圧保護装置。
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