(57)【要約】  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。
2018096930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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２】
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３】
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４】
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５】
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６】
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７】
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８】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３２８６０４９号公報（段落［００２６］〜［００２７］、図１等）
【発明の概要】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】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２】図２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に関わる機能構成を中心に示す構成図である。
【図３】図３は、図２中のリセット制御ロック条件判定部の内部構成の一例を示す図である。
【図４】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。
【図５】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に関わる機能構成を中心に示す構成図である。
【図６】図６は、図５中のリセット制御ロック条件判定部の内部構成の一例を示す図である。
【図７】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。
【図８】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に関わる機能構成を中心に示す構成図である。
【図９】図９は、図８中のリセット制御ロック条件判定部の内部構成の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、図９中の閾値処理回路での処理を説明するための図である。
【実施形態】
【００１１】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
（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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
以下に、閾値の具体的な設定例を挙げる。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
ここで仮に、Ｘｇを２０％、Ｘｔを１５％とする。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
（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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
（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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
（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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
（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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
（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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【図１】
2018096930.tif 000003
【図２】
2018096930.tif 000004
【図３】
2018096930.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2018096930.tif 000009
【図８】
2018096930.tif 000010
【図９】
2018096930.tif 000011
【図１０】
2018096930.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成30年3月13日(2018.3.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線形誘導機の固定子巻線側の回路に接続される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、前記巻線形誘導機の回転子巻線と交流励磁装置と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２】
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３】
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４】
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５】
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６】
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７】
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８】
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。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
実施形態によれば、巻線形誘導機の固定子巻線側の回路に接続される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、前記巻線形誘導機の回転子巻線と交流励磁装置と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が提供される。
【国際調査報告】
2018096930.tif 000013
2018096930.tif 000014