(57)【要約】【課題】自家発電設備による負荷への給電時に短絡事故が発生した場合に負荷遮断器のトリップが確実に行われるようにする。【解決手段】励磁機５の励磁電流を前記自動電圧調整器４の出力にフィードバックするフィードバック回路171、このフィードバック回路171によってフィードバックされた励磁電流と自動電圧調整器４の出力との差を出力する第１の加減算手段４５、発電機２の出力電流を入力し整流要素１６を介して出力する励磁用変流器１５、および第１の加減算手段４５の出力と励磁用変流器１５の出力とを加算する第２の加減算手段15adを備え、発電機２から給電される負荷122の保護リレー132による保護範囲で生じた短絡事故による自動電圧調整器４の出力低下による励磁機５の励磁電流の減少を励磁用変流器１５の出力で補償して発電機２の出力電圧を短絡事故時でもほぼ所定値に維持して保護リレー132の短絡時の不動作を防止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁用変圧器を介して発電機の出力から電源をとり計器用変圧器を介して入力した前記発電機の出力電圧に応動して可変の内部設定値に基づいて出力する自動電圧調整器、前記発電機の励磁機の励磁電流を前記自動電圧調整器の出力にフィードバックするフィードバック回路、このフィードバック回路によってフィードバックされた前記励磁電流と前記自動電圧調整器の出力との差を出力する第１の加減算手段、前記発電機の出力電流を入力し整流要素を介して出力する励磁用変流器、および前記第１の加減算手段の出力と前記励磁用変流器の出力とを加算する第２の加減算手段を備え、前記発電機から給電される負荷の保護リレーによる保護範囲で生じた短絡事故による前記自動電圧調整器の出力低下による前記励磁機の励磁電流の減少を前記励磁用変流器の出力で補償して前記発電機の前記出力電圧を前記短絡事故時でもほぼ所定値に維持して前記保護リレーの前記短絡時の不動作を防止する自家発電設備における自励交流発電機の励磁制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の自家発電設備における自励交流発電機の励磁制御装置において、前記第１の加減算手段が前記自動電圧調整器に内蔵されていることを特徴とする自家発電設備における自励交流発電機の励磁制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載の自家発電設備における自励交流発電機の励磁制御装置において、前記第１の加減算手段と前記第２の加減算手段との間に過励磁制限機能部が介挿されていることを特徴とする自家発電設備における自励交流発電機の励磁制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の自家発電設備における自励交流発電機の励磁制御装置において、前記過励磁制限機能部が前記自動電圧調整器に内蔵されていることを特徴とする自家発電設備における自励交流発電機の励磁制御装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４の何れか一に記載の自家発電設備における自励交流発電機の励磁制御装置において、前記励磁機が回転形励磁機であることを特徴とする自家発電設備における自励交流発電機の励磁制御装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項４の何れか一に記載の自家発電設備における自励交流発電機の励磁制御装置において、前記励磁機が静止形励磁機であることを特徴とする自家発電設備における自励交流発電機の励磁制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動電圧調整器により出力電圧が所定電圧に自動的に調整される自家発電設備における自励交流発電機の励磁制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の自家発電設備における自励交流発電機の励磁制御装置は図８に示すように、駆動機１によって回転駆動される交流発電機２の出力端に接続された励磁用変圧器３の出力を電源とする自動電圧調整器（ＡＶＲ）４の直流出力を、交流発電機２に直結された回転形の励磁機５の励磁機界磁巻線６に界磁遮断器７を介して供給し、励磁機５の出力は整流器８を介して交流発電機２の発電機界磁巻線９に供給されるように構成されている。自動電圧調整器４は、交流発電機２の出力電圧を計器用変圧器１０を介して入力し交流発電機２の出力電圧が所定の電圧となるように励磁機界磁巻線６への給電量を制御する。（特許文献１参照）
【０００３】
負荷121，122は交流発電機２から給電線１１を介して給電される。例えば負荷122側に短絡事故が発生した場合は、負荷122は、過電流リレー132の動作により負荷遮断器142がトリップすることにより短絡電流から保護される。
【０００４】
【特許文献１】特開平４−２８５４５８号公報（図５及びその説明）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図８に示す自家発電設備における自励交流発電機の励磁制御装置においては、例えば負荷122側に短絡事故が発生した場合、発電機２の出力電圧が急激に低下することにより自動電圧調整器４の電源電圧（励磁用変圧器３の出力電圧）も急激に低下し、その結果、自動電圧調整器４から給電される励磁機励磁巻線６の励磁電流も急減し、発電機励磁巻線９の励磁電流も急減するため、過電流リレー132の動作電流不足により負荷遮断器142がトリップしない場合が生じる可能性があり、その場合は、発電機２の出力が急減することから、負荷121も動作できなくなる。従って、短絡事故発生時には対応負荷遮断器142のトリップが確実に行われるようにする必要がある。
【０００６】
この発明は、前述のような実情に鑑みてなされたもので、自家発電設備による負荷への給電時に短絡事故が発生した場合に負荷遮断器のトリップが確実に行われるようにすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る自家発電設備における自励交流発電機の励磁制御装置は、励磁用変圧器を介して発電機の出力から電源をとり計器用変圧器を介して入力した前記発電機の出力電圧に応動して可変の内部設定値に基づいて出力する自動電圧調整器、前記発電機の励磁機の励磁電流を前記自動電圧調整器の出力にフィードバックするフィードバック回路、このフィードバック回路によってフィードバックされた前記励磁電流と前記自動電圧調整器の出力との差を出力する第１の加減算手段、前記発電機の出力電流を入力し整流要素を介して出力する励磁用変流器、および前記第１の加減算手段の出力と前記励磁用変流器の出力とを加算する第２の加減算手段を備え、前記発電機から給電される負荷の保護リレーによる保護範囲で生じた短絡事故による前記自動電圧調整器の出力低下による前記励磁機の励磁電流の減少を前記励磁用変流器の出力で補償して前記発電機の前記出力電圧を前記短絡事故時でもほぼ所定値に維持して前記保護リレーの前記短絡時の不動作を防止するものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明は、励磁用変圧器を介して発電機の出力から電源をとり計器用変圧器を介して入力した前記発電機の出力電圧に応動して可変の内部設定値に基づいて出力する自動電圧調整器、前記発電機の励磁機の励磁電流を前記自動電圧調整器の出力にフィードバックするフィードバック回路、このフィードバック回路によってフィードバックされた前記励磁電流と前記自動電圧調整器の出力との差を出力する第１の加減算手段、前記発電機の出力電流を入力し整流要素を介して出力する励磁用変流器、および前記第１の加減算手段の出力と前記励磁用変流器の出力とを加算する第２の加減算手段を備え、前記発電機から給電される負荷の保護リレーによる保護範囲で生じた短絡事故による前記自動電圧調整器の出力低下による前記励磁機の励磁電流の減少を前記励磁用変流器の出力で補償して前記発電機の前記出力電圧を前記短絡事故時でもほぼ所定値に維持して前記保護リレーの前記短絡時の不動作を防止するようにしたので、自家発電設備による負荷への給電時に短絡事故が発生した場合に負荷遮断器のトリップが確実に行われる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
以下この発明の実施の形態１を図１〜図３により説明する。図１は自家発電設備およびその給電系統の一例を示す接続図、図２は図１における励磁制御装置の励磁制御系を各部の伝達関数を含めて例示するブロック図、図３は図１の機能および動作を説明する図である。
【００１０】
図１において、駆動機１によって回転駆動される交流発電機２の出力端に接続された励磁用変圧器３の出力を電源とする自動電圧調整器（ＡＶＲ）４の直流出力を、交流発電機２に直結された回転形の励磁機５の励磁機界磁巻線６に界磁遮断器７を介して供給し、励磁機５の出力は整流器８を介して交流発電機２の発電機界磁巻線９に供給されるように構成されている。自動電圧調整器４は、交流発電機２の出力電圧を計器用変圧器１０を介して入力し交流発電機２の出力電圧が所定の電圧となるように励磁機界磁巻線６への給電量を制御する。なお、交流発電機２の起動は、初期駆動電源１８から励磁機５の励磁機界磁巻線６に給電し、他励式の励磁方式で行われ、起動後は初期駆動電源１８がその内蔵遮断器により切り離され、それ以降は、前記自励磁方式で発電機２の運転が行われる。
【００１１】
交流発電機２の出力は給電線１１を介して、自家発電設備の負荷121，122に供給される。負荷121は、対応する過電流リレー131が当該負荷121側での短絡事故の発生により作動すると、対応する負荷遮断器141がトリップし、交流発電機２から切り離される。同様に、負荷122は、対応する過電流リレー132が当該負荷122側での短絡事故の発生により作動すると、対応する負荷遮断器142がトリップし、交流発電機２から切り離される。
【００１２】
多数のタップが設けられた励磁用変流器１５は整流器１６を介して、励磁機５の励磁機界磁巻線６と自動電圧調整器４との間に接続点15adで接続され、接続点15adは加減算手段となり励磁用変流器１５の出力と自動電圧調整器４の出力とを加算する。この加算により、後述のように、発電機２から給電される負荷の過電流リレー（保護リレー）による保護範囲で生じた短絡事故による自動電圧調整器４の出力低下による励磁機５の励磁電流の減少を補償して発電機の出力電圧を短絡事故時でもほぼ所定値に維持して保護リレーの短絡時の不動作を防止し、また、健全な他の負荷への発電機２からの給電が維持される。なお、励磁機５の励磁電流はシャント（分流器）１７で検出され伝送路171を介して自動電圧調整器４の入力端17inから自動電圧調整器４にフィードバックされ、自動電圧調整器４は励磁機５の実励磁電流が所定値になるような出力をその出力端4outから出す。
【００１３】
負荷121，122は交流発電機２から給電線１１を介して給電され、例えば負荷122側に短絡事故が発生した場合は、負荷122は、過電流リレー132の動作により負荷遮断器142がト
リップすることにより短絡電流から保護される。
【００１４】
次に図１における励磁制御装置の励磁制御系を各部の伝達関数を含めて図２によって説明する。
【００１５】
図２において、自動電圧調整器４内では、計器用変圧器１０を含む伝送路101を介して入力端101inで入力した発電機２の出力電圧と制御目標値とを加算手段４１で加算し、発電機２の出力電圧と制御目標値との差の信号が加算手段４１から出力される。
【００１６】
加算手段４１の出力はゲインK1の増幅部Ａ４２で増幅され、増幅部Ａ４２の出力は可変の伝達関数（（１＋Tlead・S）／（１＋Tlag・S））の位相補償部４３を経て次段のゲインK2の増幅部Ｂ４４で増幅されて第１の加減算手段４５の一方の入力側に入力される。
【００１７】
第１の加減算手段４５の他方の入力側には、固定の伝達関数（KE／（１＋TE・S））の励磁機５の実励磁電流がシャント１７を含むフィードバック信号路171を介して自動電圧調整器４の入力端17eから入力される。
【００１８】
第１の加減算手段４５における一方の入力側の前記入力と他方の入力側の前記入力との差の信号が、自動電圧調整器４の出力として自動電圧調整器４の出力端4outから出力され、次段の第２の加減算手段（前記接続点）15adの一方の入力側に入力される。
【００１９】
第２の加減算手段（前記接続点）15adの他方の入力側には、可変の伝達関数（KEXCT／（１＋TEXCT・S））の励磁用変流器１５で検出された発電機２の実出力電流が、励磁用変流器１５を含む伝送路161を介して入力される。
【００２０】
第２の加減算手段（前記接続点）15adにおける一方の入力側の前記入力に他方の入力側の前記入力を加えたトータルのとの和（電流の和）が励磁機５の界磁巻線６に励磁電流として流れる。
【００２１】
前述の段落００１５〜００２０に記載の制御系により制御された励磁電流の励磁機５の出力により発電機２の出力制御が行われ、図３に例示の機能および動作をする。
【００２２】
図３において、発電機２は、前述の可変の各伝達関数の設定、励磁用変流器１５のタップの選定に基づき、前述の段落００１５〜００２０に記載の伝送系による制御により、定常運転時には負荷121，122に見合った所定の電圧2out、所定の出力の運転が行われる。
【００２３】
図８に例示の例示制御装置では、定常運転状態において、例えば、時刻ｔ１で負荷122
側で短絡事故が発生した場合は、短絡電流の発生に伴い発電機２の出力電圧2outは一点差線（28out（図８））に示すように急減し、正常動作できなくなった自動電圧調整器（ＡＶＲ）４の出力4outも一点差線（158out（図８）））に示すように急減し、励磁機界磁巻線６の励磁電流も一点差線（6018 励磁電流（図８））に示すように急減し、発電機２以外に他から電力補給がない状態では短絡電流も急減するため、動作時間Ｔの過電流リレー132は不動作状態となり時刻ｔ２で遮断器142はトリップすることができず負荷122側の短絡事故区間の切り離しができない上、健全な負荷121への発電機２からの給電も行われなくなる可能性が残る。
【００２４】
これに対し、図１および図２に例示の本実施の形態によれば、前述の可変の各伝達関数の設定、励磁用変流器１５のタップの選定に基づき、前述の段落００１５〜００２０に記載の伝送系による制御により、定常運転時には負荷121，122に見合った所定の電圧2out、所定の出力の定常運転が行われている状態において、例えば、時刻ｔ１で負荷122側で短絡事故が発生した場合は、短絡電流の発生に伴い発電機２の出力電圧2outは急減しようとし、自動電圧調整器（ＡＶＲ）４の出力4outも急減しようとし、励磁機界磁巻線６の励磁電流も急減しようとするが、励磁用変流器１５の出力が短絡電流により増加しこの増加した出力15outが前記第２の加減算手段（接続点）15adで、減少しようとする自動電圧調整器（ＡＶＲ）４の出力4outに依存して減少しようとする励磁電流に加算され、この短絡時に加算されたトータル励磁電流（4out＋15out）が図３に太い実線で示されているように定常運転時のトータル励磁電流（4out＋15out）と同じほぼ同じであれば、つまりほぼ同じになるように前述の可変の各伝達関数の設定、励磁用変流器１５のタップの選定を行ってあれば、短絡電流は所定期間持続し過電流リレー132が動作し、時刻ｔ２で遮断器142がトリップして負荷122側の短絡事故区間の切り離しが行われ、自動電圧調整器４の出力4outも図３に太い実線で示されているように大幅に急減することなく、発電機２の出力も図３に太い実線で示されているように大幅に急減することなく、他の健全負荷121への給電が継続して行われる。
【００２５】
このように、励磁用変圧器３を介して発電機２の出力から電源をとり計器用変圧器１０を介して入力した前記発電機２の出力電圧に応動して可変の内部設定値に基づいて出力する自動電圧調整器４、前記発電機２の励磁機５の励磁電流を前記自動電圧調整器４の出力にフィードバックするフィードバック回路171、このフィードバック回路171によってフィードバックされた前記励磁電流と前記自動電圧調整器４の出力との差を出力する第１の加減算手段４５、前記発電機２の出力電流を入力し整流要素１６を介して出力する励磁用変流器１５、および前記第１の加減算手段４５の出力と前記励磁用変流器１５の出力とを加算する第２の加減算手段15adを備え、前記発電機２から給電される負荷122の保護リレー132による保護範囲で生じた短絡事故による前記自動電圧調整器４の出力低下による前記励磁機５の励磁電流の減少を前記励磁用変流器１５の出力で補償して前記発電機２の前記出力電圧を前記短絡事故時でもほぼ所定値に維持して前記保護リレー132の前記短絡時の不動作を防止することにより、自家発電設備による給電時に負荷122側で短絡事故が発生した場合に負荷遮断器142のトリップが確実に行われる。また、他の健全負荷121への給電が継続して行われる。
【００２６】
また、前述とは異なる観点で、前述の短絡時に加算されたトータル励磁電流（4out＋15out）が図３に太い実線で示されているように定常運転時のトータル励磁電流（4out＋15out）と同じほぼ同じになるように前述の可変の各伝達関数の設定、励磁用変流器１５のタップの選定等の設定、調整作業は、これまでの一般通念からすれば、発電設備の現地据付時の調整試験作業で行うことになるが、本実施の形態によれば、現地据付時の調整試験作業で行わずに設計段階での設定、励磁用変流器１５のタップの選定などを行うことが可能となる。
【００２７】
例えば、励磁用変流器１５のタップの選定に当たっては、持続短絡電流を流すために大きくしすぎると、負荷遮断時に電圧変動が大きくなるなどの問題が生じるので、これまでの一般通念からすれば、発電設備の現地据付時の調整試験作業で励磁用変流器１５のタップを変更したり、自動電圧調整器（ＡＶＲ）４の制御定数を再調整することになるが、本実施の形態によれば、現地据付時の調整試験作業で行わずに設計段階で励磁用変流器１５のタップの適正選定、自動電圧調整器（ＡＶＲ）４の制御定数の調整などを行うことが可能となる。
【００２８】
以下、前記設計段階での設定調整、励磁用変流器１５のタップの選定などをどのようにして行うか、その事例を簡明に説明する。
励磁用変流器のタップ選定については、発電機定格電流、三相短絡時の界磁電流から励磁用変流器の一次電流、二次電流、容量を計算ツールで別途計算し、最適なタップを選定する。
またＡＶＲの制御定数は発電機、励磁機および励磁機用変流器の定格や定数のデータを自動計算ツールに入力することで設定値が自動計算される。
【００２９】
実施の形態２．
本実施の形態２は、図４および図５に例示してあるように、励磁機５として静止形励磁機を使用する場合の事例である。図４は自家発電設備およびその給電系統の一例を示す接続図、図５は図４における励磁制御装置の励磁制御系を各部の伝達関数を含めて例示するブロック図である。
図５では、励磁機５の伝達関数が（KE／（１＋TE・S）３）となる点が前述の実施の形態１の図２と異なる。
【００３０】
本実施の形態２も、前述の実施の形態１と同様の機能で同様な効果を奏する。
【００３１】
実施の形態３．
以下、本実施の形態３を、励磁制御装置の励磁制御系を各部の伝達関数を含めて例示するブロック図である図６により説明する。
【００３２】
従来の自励交流発電機の励磁制御装置は、過励磁制限機能を設ける場合は外部に界磁を減ずる装置を設置する必要があったが、本実施の形態３では、前述の実施の形態１の図２における伝達関数ブロック図に、過励磁制限ブロック４６を追加することより、励磁用変流器１５からの電流を加味した界磁電流制御が可能となるため、自動電圧調整器（ＡＶＲ）４で過界磁を制限することができる。
【００３３】
なお、本実施の形態３では、過励磁制限ブロック４６は、伝達関数（KF461）、伝達関数（１／（TF・S））、および加算手段463を有しているものを例示してある。
また、本実施の形態３も、前述の実施の形態１と同様の機能で同様な効果を奏する。
【００３４】
実施の形態４．
以下、本実施の形態４を、励磁制御装置の励磁制御系を各部の伝達関数を含めて例示するブロック図である図７により説明する。
【００３５】
本実施の形態４では、前述の実施の形態２の図５における伝達関数ブロック図に、過励磁制限ブロック４６を追加することより、励磁機５として静止形励磁機を使用する場合においても、励磁用変流器１５からの電流を加味した界磁電流制御が可能となるため、自動電圧調整器（ＡＶＲ）４で過界磁を制限することができる。
また、本実施の形態４も、前述の実施の形態１と同様の機能で同様な効果を奏する。
【００３６】
なお、図１〜図８において、同一符合は同一または相当部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明の実施の形態１を示す図で、自家発電設備およびその給電系統の一例を示す接続図である。
【図２】この発明の実施の形態１を示す図で、図１における励磁制御装置の励磁制御系を各部の伝達関数を含めて例示するブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１を示す図で、図１の機能および動作を説明する図である。
【図４】この発明の実施の形態２を示す図で、自家発電設備およびその給電系統の一例を示す接続図である。
【図５】この発明の実施の形態２を示す図で、図４における励磁制御装置の励磁制御系を各部の伝達関数を含めて例示するブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態３を示す図で、励磁制御装置の励磁制御系を各部の伝達関数を含めて例示するブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態４を示す図で、励磁制御装置の励磁制御系を各部の伝達関数を含めて例示するブロック図である。
【図８】従来の自家発電設備およびその給電系統の例を示す接続図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    駆動機、
２    交流発電機、
３    励磁用変圧器、
４    自動電圧調整器（ＡＶＲ）、
401    伝送路、
4out    出力端、
４５    第１の加減算手段、
５    励磁機、
６    励磁機界磁巻線、
７    界磁遮断器、
８    整流器、
９    発電機界磁巻線、
１０    計器用変圧器、
101    伝送路、
10in    入力端、
１１    給電線、
121，122    負荷、
131，132    過電流リレー、
141，142    負荷遮断器、
１５    励磁用変流器、
151    伝送路、
15ad    第２の加減算手段、
１６    整流器、
１７    シャント（分流器）、
171    伝送路、
17in    入力端、
１８    初期駆動電源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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