(57)【要約】【課題】進相運転可能領域の変化に応じて低励磁制限値が常に適切に設定されるようにして、進相側における無効電力の調整範囲を従来よりも拡大することが可能な同期発電機の励磁制御装置を提供する。【解決手段】励磁制御装置４はＭＥＬ機能部４４とＡＶＲ４５とを備え、ＭＥＬ機能部４４は、低励磁制限値を一義的に設定するのではなく、電力系統状態や同期発電機１の運転状態等の条件に応じて進相運転可能領域を判別し、これを反映した同期発電機１の低励磁運転範囲を制限する低励磁制限値（ＭＥＬ曲線）を設定する。ＡＶＲ４５は、ＭＥＬ機能部４４で設定された低励磁制限値（ＭＥＬ曲線）を越えないように同期発電機１の励磁巻線２に供給する励磁電流を制限してその出力電圧を自動調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期発電機の出力電圧および電力系統のインピーダンスの値に基づいて定態安定度限界または動態安定度限界の値を算出する安定度限界算出手段と、この安定度限界算出手段で算出された定態安定度限界または動態安定度限界の値に基づいて、この値を反映した上記同期発電機の低励磁運転範囲を制限する低励磁制限値を設定する低励磁制限値設定手段と、この低励磁制限値設定手段で設定された低励磁制限値を越えないように上記同期発電機の励磁巻線に供給する励磁電流を制限してその出力電圧を調整する自動電圧調整手段と、を備えることを特徴とする同期発電機の励磁制御装置。
【請求項２】
予め電力系統の切り替えパターンが登録されるとともに、この切り替えパターンの選択に応じてこれに対応したインピーダンスを決定して上記安定度限界算出手段に与えるインピーダンス選択手段を備えることを特徴とする請求項１記載の同期発電機の励磁制御装置。
【請求項３】
上記同期発電機の出力電圧の変化と無効電力の変化とから上記電力系統のインピーダンスを演算して上記安定度限界算出手段に与えるインピーダンス演算手段を備えることを特徴とする請求項１記載の同期発電機の励磁制御装置。
【請求項４】
上記低励磁制限値設定手段は、上記安定度限界算出手段で算出された定態安定度限界または動態安定度限界の複数点の値に基づいて、これら複数点を通過する直線でもって上記低励磁制限値を設定するものであることを特徴とする請求項１記載ないし請求項３のいずれか１項に記載の同期発電機の励磁制御装置。
【請求項５】
上記低励磁制限値設定手段は、上記安定度限界算出手段で算出された定態安定度限界または動態安定度限界の複数点の値に基づいて、これら複数点を通過する円弧でもって上記低励磁制限値を設定するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の同期発電機の励磁制御装置。
【請求項６】
上記低励磁制限値設定手段は、予め設定された複数の低励磁制限曲線を備えており、上記安定度限界算出手段で算出された定態安定度限界または動態安定度限界の値に応じて上記複数の低励磁制限曲線の内の一つを選択するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の同期発電機の励磁制御装置。
【請求項７】
上記低励磁制限値設定手段は、上記同期発電機の現時点の有効電力の値と、上記安定度限界算出手段で算出された現時点の定態安定度限界または現時点の動態安定度限界の値とから、この現時点の有効電力の下での低励磁制限値を逐次個別に設定するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の同期発電機の励磁制御装置。
【請求項８】
上記安定度限界算出手段に代えて、同期発電機の冷却ガスの圧力や温度等の出力可能範囲を規定する出力可能限界の値を算出する出力可能限界算出手段を備え、上記低励磁制限値設定手段は、この出力可能限界算出手段で算出された出力可能限界の値に基づいて、この値を反映した上記同期発電機の低励磁運転範囲を制限する低励磁制限値を設定するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の同期発電機の励磁制御装置。
【請求項９】
上記同期発電機の冷却ガスの圧力や温度等の出力可能範囲を規定する出力可能限界を算出する出力可能限界算出手段を備え、上記低励磁制限値設定手段は、上記安定度限界算出手段で算出された定態安定度限界または動態安定度限界、および上記出力可能限界算出手段で算出された出力可能限界の双方の値に基づいて、これらの値を反映した上記同期発電機の低励磁運転範囲を制限する低励磁制限値を設定するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の同期発電機の励磁制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期発電機の励磁制御装置に関し、特には自動電圧調整装置（以下、ＡＶＲと称する）に対して設けられる低励磁制限値（以下、ＭＥＬと称する）の設定技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、同期発電機においては、ガバナ（調速機）によりガイドベーンの開度を調整することでタービン出力（有効電力）が制御される。また、ＡＶＲで同期発電機の回転子の界磁巻線に供給する界磁電流を調整することにより、同期発電機の出力電圧が調整される。
【０００３】
このような同期発電機においては、図２７における有効電力Ｐと無効電力Ｑとの関係を示すＰ−Ｑ特性図において、同期発電機を構成する界磁巻線や固定子巻線、コアなどの各部の温度限界に基づく出力可能限界曲線Ｌ１が規定されており、同期発電機が故障することなく安全運転するためには、この出力可能限界曲線Ｌ１の範囲内で稼働する必要がある。
【０００４】
また、同期発電機の出力が不安定になって電力系統から脱調するなどの不都合を生じることなく常に安定した運転を継続するためには、電力系統と同期発電機のインピーダンスなどの要因によって決まる定態安定度限界曲線Ｌ２を越えないようにする必要がある。なお、この図では、定態安定度限界曲線Ｌ２は、出力可能限界曲線Ｌ１で囲まれる領域よりも外側に位置しているが、運転中の電力系統状態によっては出力可能限界曲線Ｌ１で囲まれる領域よりも内側に入り込むことがある。
【０００５】
さらに、同期発電機の出力電圧が極度に低下したときには保護リレーが動作して同期発電機を電力系統からトリップして系統への電力供給を遮断するように保護リレー作動曲線Ｌ３が設定されている。
【０００６】
そして、上記のように同期発電機の出力が出力可能限界曲線Ｌ１から外れると故障の原因となり、また、同期発電機の無効電力が定態安定度限界曲線Ｌ２以下になると電力系統から脱調して同期運転ができなくなり、さらに、保護リレー作動曲線Ｌ３以下になると保護リレーが動作して同期発電機を系統からトリップして系統への電力供給が遮断されてしまう。
【０００７】
そこで、このような事態が生じないように、予め同期発電機の励磁巻線に供給する励磁電流を制限して無効電力が過剰に低下しないように、安全運転を見越した低励磁制限曲線（以下、ＭＥＬ曲線という）Ｌ０が規定されている。
【０００８】
このＭＥＬ曲線Ｌ０の設定に際しては、同期発電機の実際の運転中に電力系統の切り替えや負荷の変動等が発生すると、これに伴って上記の出力可能限界曲線Ｌ１や定態安定度限界曲線Ｌ２も変動することから、悪条件の下での運転を考慮して、ＭＥＬ曲線Ｌ０は、進相側において、各曲線Ｌ１〜Ｌ３よりも常に上側（無効電力の小さい側）に位置するように、ある程度のマージンをもって設定される。そして、従来では、このＭＥＬ曲線Ｌ０は、一旦設定された後は、運転中の電力系統状態の変動に影響されることなく固定された値に維持される。つまり、従来、ＭＥＬ曲線Ｌ０は、出力可能限界曲線Ｌ１や定態安定度限界曲線Ｌ２に対する一定のマージンをもって一義的に設定されている。
【０００９】
そして、同期発電機の運転中、有効電力Ｐｅは、同期発電機のタービン出力によって決定され、そのタービン出力に応じて上記の出力可能限界曲線Ｌ１とＭＥＬ曲線Ｌ０とで決まる運転可能範囲により無効電力の調整範囲Ｑｅ−Ｑｅ’が決定され、この調整範囲Ｑｅ−Ｑｅ’内で無効電力の調整が行われる。
【００１０】
すなわち、ＡＶＲで同期発電機の界磁電流を調整することにより同期発電機の出力電圧が制御され、これに伴う電機子反作用によって有効電力に対応する無効電力が調整範囲Ｑｅ−Ｑｅ’内に常に収まるように同期発電機の無効電力が調整される。特に、負荷運転中の同期発電機の無効電力が小さくなって（つまり進相運転側に移行して）ＭＥＬ曲線Ｌ０に到達すると、無効電力がＭＥＬ曲線Ｌ０以下にならないように同期発電機の界磁電流が増加されて同期発電機の故障発生を防止する。
【００１１】
なお、従来技術では、系統事故が発生した場合には、定態安定度限界曲線Ｌ２に沿わせて予め設定した第１のＭＥＬ曲線から、出力可能限界曲線Ｌ１に沿わせて予め設定した第２のＭＥＬ曲線に切り替えることで、同期発電機の故障発生を防止するようにした技術も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【００１２】
【特許文献１】特開平２−７９００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
ところで、上述したように、ＭＥＬ曲線Ｌ０は、悪条件の下での運転を考慮して、進相側において、各曲線Ｌ１〜Ｌ３よりも常に上側（無効電力の小さい側）に位置するように、十分なマージンをもって設定され、かつ、このＭＥＬ曲線Ｌ０は、一旦設定した後は、運転中の電力系統状態の変動に影響されることなく固定された値となっている。このため、従来技術では、進相側における無効電力の調整範囲が狭くなり、ひいては系統の電圧維持が困難になるという事態が生じ易いという問題がある。
【００１４】
また、電力系統状態の変化や同期発電機の冷却ガス圧低下などによって、進相運転可能領域が設計値よりも狭くなってしまった場合、例えば、予めＭＥＬ曲線Ｌ０を設定していても、出力可能限界曲線Ｌ１の進相運転側の領域が冷却ガス圧低下などで狭くなったような場合、ＭＥＬ曲線Ｌ０を従来のように一義的に設定していると低励磁状態を正しく制限できないという問題がある。
【００１５】
さらに、特許文献１記載の従来技術は、系統事故が発生した場合の対処方法であって、系統事故が発生していない通常運転時には、予め一義的に設定されたＭＥＬ曲線の下で低励磁制限を行っているので、進相側における無効電力の調整範囲が依然として狭く、また、進相運転可能領域が設計値よりも狭くなってしまった場合には低励磁状態を正しく制限できないという課題を有する点は同じである。
【００１６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、従来のように、ＭＥＬを一義的に設定するのではなく、電力系統状態や同期発電機の運転状態等の条件に応じて進相運転可能領域を自動的に判別し、その進相運転可能領域の変化に応じてＭＥＬが常に適切に設定されるようにして、同期発電機の故障発生を確実に回避しつつ、進相側における無効電力の調整範囲を従来よりも拡大することが可能な同期発電機の励磁制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の同期発電機の励磁制御装置は、同期発電機の出力電圧および電力系統のインピーダンスの値に基づいて定態安定度限界または動態安定度限界の値を算出する安定度限界算出手段と、この安定度限界算出手段で算出された定態安定度限界または動態安定度限界の値に基づいて、この値を反映した上記同期発電機の低励磁運転範囲を制限する低励磁制限値を設定する低励磁制限値設定手段と、この低励磁制限値設定手段で設定された低励磁制限値を越えないように上記同期発電機の励磁巻線に供給する励磁電流を制限してその出力電圧を調整する自動電圧調整手段と、を備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、従来のように、ＭＥＬを一義的に設定するのではなく、電力系統状態や同期発電機の運転状態等の条件に応じて進相運転可能領域を自動的に判別し、その進相運転可能領域の変化に応じてＭＥＬが設定される。つまり、電力系統状態や同期発電機の運転状態等の条件に応じてＭＥＬが動的に設定されるので、ＭＥＬ設定に際して過剰なマージンを確保する必要がなく、ＭＥＬを常に適切に設定することができる。これにより、同期発電機の故障発生を確実に回避しつつ、進相側における無効電力の調整範囲を従来よりも拡大することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における同期発電機の励磁制御装置を含む発電システムを示す構成図である。
【００２０】
この実施の形態１において、１は同期発電機、２はこの同期発電機１の界磁巻線、３はこの界磁巻線２に界磁電流を供給するサイリスタ等の素子を備えた励磁機、４は励磁機３から出力される励磁電流を制御する励磁制御装置である。また、５は同期発電機１の電力系統への出力電圧（端子電圧）を検出する電圧検出器（ＰＴ）、６は同期発電機１の電力系統への出力電流（端子電流）を検出する電流検出器（ＣＴ）である。
【００２１】
上記の励磁制御装置４は、電圧設定器４１、差分器４２、電力算出部４３、ＭＥＬ機能部４４、およびＡＶＲ４５を備える。
【００２２】
ここに、電圧設定器４１は、制御目標となる基準電圧を設定するものであり、また、差分器４２は、電圧設定器４１で設定される基準電圧と電圧検出器（ＰＴ）５で検出された出力電圧との電圧偏差ΔＶを出力する。電力算出部４３は、電圧検出器５と電流検出器６の両検出出力に基づいて有効電力および無効電力をそれぞれ算出する。
【００２３】
ＭＥＬ機能部４４は、電圧検出器５で検出された出力電圧Ｖｇと電力系統の現時点のインピーダンスＸｅの値に基づいて定態安定度限界曲線Ｌ２を算出するとともに、この算出された定態安定度限界曲線Ｌ２および電力算出部４３で算出された有効電力Ｐｇと無効電力Ｑｇの値に基づいて同期発電機１の低励磁運転範囲を制限するＭＥＬ曲線Ｌ０を設定する。さらに、ＭＥＬ機能部４４は、無効電力Ｑｇが進相側に移行してＭＥＬ曲線Ｌ０に到達する場合、このＭＥＬ曲線Ｌ０を越えないようにＡＶＲ４５に対して低励磁制限信号を出力する。なお、このＭＥＬ機能部４４が、特許請求の範囲における安定度限界算出手段および低励磁制限値設定手段に対応している。
【００２４】
ＡＶＲ４５は、通常の運転可能領域の範囲内では差分器４２から出力される電圧偏差ΔＶに基づいて励磁機３を制御して同期発電機１の界磁巻線２に供給する界磁電流を加減することで出力電圧を調整するが、ＭＥＬ機能部４から低励磁制限信号が出力された場合には、偏差器４２からの出力よりもこの低励磁制限信号を優先して取り込み、この低励磁制限信号に基づいてＭＥＬ曲線Ｌ０を越えないように励磁機３を制御して同期発電機１の出力電圧を調整する。
【００２５】
次に、上記構成を有する励磁制御装置における動作について、図２に示すフローチャート、および図３の説明図を参照して説明する。
【００２６】
電圧検出器（ＰＴ）５で検出された出力電圧Ｖｇは、差分器４２、電力算出部４３、およびＭＥＬ機能部４４にそれぞれ与えられる。また、電流検出器（ＣＴ）６で検出された出力電流は電力算出部４３に与えられる。
【００２７】
差分器４２は、電圧設定器４１で設定される基準電圧と電圧検出器（ＰＴ）５で検出された出力電圧Ｖｇとの電圧偏差ΔＶを出力する。そして、この電圧偏差ΔＶの値がＡＶＲ４５に与えられる。また、電力算出部４３は、電圧検出器５と電流検出器６の両検出出力に基づいて有効電力Ｐｇおよび無効電力Ｑｇをそれぞれ算出する（ステップＡ１）。そして、これらの有効電力Ｐｇおよび無効電力Ｑｇの値はＭＥＬ機能部４４に与えられる。さらに、ＭＥＬ機能部４４には外部の図示しない機器で計測された電力系統の現時点のインピーダンスＸｅの値が入力される（ステップＡ２）。
【００２８】
ＭＥＬ機能部４４は、電圧検出器５で検出された出力電圧ＶｇとインピーダンスＸｅの値に基づいて、図３に示す定態安定度限界曲線Ｌ２を算出する（ステップＡ３）。
【００２９】
次いで、ＭＥＬ機能部４４は、無負荷（有効電力＝０）Ｐ０および定格有効電力Ｐ１における進相運転可能点を演算する。すなわち、この実施の形態１では、出力可能限界曲線Ｌ１、定態安定度限界曲線Ｌ２、保護リレー作動曲線Ｌ３を考慮して、無負荷（有効電力＝０）Ｐ０および定格有効電力Ｐ１に対応した定態安定度限界曲線Ｌ２上の各無効電力の値を求め、これらの値を進相運転可能点とする（ステップＡ４）。そして、これらの各進相運転可能点に対して一定のマージンを含めた２点Ｑ０，Ｑ１を選定し、両点Ｑ０，Ｑ１を直線で結んだＭＥＬ曲線Ｌ０を設定する（ステップＡ５）。
【００３０】
こうして、ＭＥＬ機能部４４は、ＭＥＬ曲線Ｌ０を設定すると、続いて、電力算出部４３で算出された有効電力Ｐｇと無効電力Ｑｇの値に基づいて、現時点の有効電力Ｐｇに対応する無効電力Ｑｇの値とＭＥＬ曲線Ｌ０とを比較し、現時点の無効電力Ｑｇの値がＭＥＬ曲線Ｌ０を越えるようならば、ＡＶＲ４５に対して低励磁制限信号を出力する。
【００３１】
ＡＶＲ４５は、通常の運転可能領域の範囲内では差分器４２から出力される電圧偏差ΔＶに基づいて励磁機３を制御して同期発電機１の界磁巻線２に供給する界磁電流を加減することで出力電圧を調整しているが、ＭＥＬ機能部４から低励磁制限信号が出力された場合には、差分器４２からの出力よりもこの低励磁制限信号を優先して取り込む。そして、この低励磁制限信号に基づいて励磁機３を制御して同期発電機１の出力電圧を調整する。すなわち、ＡＶＲ４５の制御により励磁機３から同期発電機１の励磁巻線２に供給される励磁電流が増加されて出力電圧が上昇する。これに伴う電機子反作用により、同期発電機１の無効電力がＭＥＬ曲線Ｌ０を越えないように調整される。
【００３２】
このように、この実施の形態１では、従来のようにＭＥＬ曲線Ｌ０を一義的に設定するのではなく、電力系統の現時点のインピーダンスＸｅを入力することにより、定態安定度限界曲線Ｌ２を逐次算出し、この算出された定態安定度限界曲線Ｌ２を反映させたＭＥＬ曲線Ｌ０を動的に設定するので、ＭＥＬ曲線Ｌ０の設定に際して従来のような過剰なマージンを確保する必要がなくなる。そのため、同期発電機１の故障発生を確実に回避しつつ、進相側における無効電力の調整範囲を従来よりも拡大することが可能となる。
【００３３】
なお、この実施の形態１では、励磁制御装置４は、各機能ブロックによりハードウェア的に構成されているが、これに限らず、ソフトウェア的に構成することも可能である。これは以降の各実施の形態についても同様である。
【００３４】
実施の形態２．
図４はこの実施の形態２の同期発電機の励磁制御装置における低励磁制限値の設定動作を示すフローチャート、図５はこの実施の形態２において低励磁制限値を設定する場合の説明図である。
【００３５】
上記の実施の形態１では、ＭＥＬ機能部４４に対して外部の図示しない機器で計測された電力系統の現時点のインピーダンスＸｅの値が入力されるようにしているが（図２のステップＡ２参照）、電力系統パターンによってインピーダンスが変化するとすれば、ＭＥＬ機能部４４において、複数の電力系統パターンに対応した各インピーダンスを予め設定しておき、電力系統パターンを切り替えることで、これに対応したインピーダンスを設定することが可能である。
【００３６】
そこで、この実施の形態２において、ＭＥＬ機能部４４には予め複数の電力系統パターンと、これらの電力系統パターンに対応した各インピーダンスＸｅが設定登録されている。例えば、電力系統の昼間パターンと夜間パターンにそれぞれ対応したインピーダンスの値が設定されている。さらに、ＭＥＬ機能部４４には、それらの各インピーダンスの値に対応した各定態安定度限界曲線Ｌ２が予め設定登録されている。
【００３７】
そして、ＭＥＬ機能部４４は、電力系統パターンの内の一つが選択されると（Ｂ２）、その選択された電力系統パターンに対応したインピーダンスを決定し（Ｂ３）、続いて、このインピーダンスに対応した定態安定度限界曲線Ｌ２を選択する（Ｂ４）。そして、以降は、実施の形態１と同様にして、ＭＥＬ曲線Ｌ０を設定する。
【００３８】
このように、この実施の形態２では、電力系統パターンに対応して、各インピーダンスＸｅおよび定態安定度限界曲線Ｌ２を予め設定しておくことができるため、実施の形態１に比べてＭＥＬ曲線Ｌ０を設定する際の演算処理を簡略化できるという利点がある。
その他の構成および動作は、実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００３９】
実施の形態３．
図６は本発明の実施の形態３のおける同期発電機の励磁制御装置を含む発電システムを示す構成図、図７はこの実施の形態３の励磁制御装置における低励磁制限値の設定動作を示すフローチャート、図８はこの実施の形態３において低励磁制限値を設定する場合の説明図である。
【００４０】
上記の実施の形態１では、ＭＥＬ機能部４４に対して外部の図示しない機器で計測された電力系統の現時点のインピーダンスＸｅの値が入力されるようにしているが（図２のステップＡ２参照）、同期発電機１の出力電圧Ｖｇの変化ΔＶｇとそれに伴う無効電力Ｑｇの変化ΔＱｇとから電力系統のインピーダンスＸｅを、次式によって算出することが可能である。
Ｘｅ＝ΔＶｇ／ΔＱｇ                                    （１）
（ここにΔは変化量を示す）
【００４１】
そこで、この実施の形態３では、電圧検出部５で検出される同期発電機１の出力電圧Ｖｇと、電力算出部４３で算出される無効電力Ｑｇの各値を取り込み、出力電圧Ｖｇの変化ΔＶｇとそれに伴う無効電力Ｑｇの変化ΔＱｇとから上記（１）式によって電力系統のインピーダンスＸｅを演算するインピーダンス演算部４６を設けている。そして、このインピーダンス演算部４６で得られたインピーダンスＸｅがＭＥＬ機能部４４に与えられるようにしている（図７のステップＣ２参照）。
【００４２】
このように、この実施の形態３では、外部の図示しない機器で計測された電力系統のインピーダンスＸｅの値をＭＥＬ機能部４４に入力しなくても、励磁制御装置４の内部で現時点のインピーダンスＸｅを算出できるため、外部に計測機器を設けたり、外部配線を行うといった手間や労力を省くことができるという利点がある。
その他の構成および動作は、実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００４３】
実施の形態４．
図９はこの実施の形態４の励磁制御装置における低励磁制限値の設定動作を示すフローチャート、図１０はこの実施の形態４において低励磁制限値を設定する場合の説明図である。
【００４４】
上記の実施の形態１〜３において、ＭＥＬ機能部４４は、出力可能限界曲線Ｌ１、定態安定度限界曲線Ｌ２、保護リレー作動曲線Ｌ３を考慮して、無負荷Ｐ０および定格有効電力Ｐ１に対応した２点Ｑ０，Ｑ１を選定して両点Ｑ０，Ｑ１を直線で結んだＭＥＬ曲線Ｌ０を設定しているが、これに限らず、例えば５０％負荷の有効電力に対応した点Ｑ２をさらに求め，これらの各点Ｑ０，Ｑ２，Ｑ１を直線で結んだ折れ線でもってＭＥＬ曲線Ｌ０を設定することもできる（図９のステップＤ４、および図１０参照）。
【００４５】
この実施の形態４のように、ＭＥＬ曲線Ｌ０を折れ線で設定することにより、実施の形態１〜３の場合よりもさらに進相側における無効電力の調整範囲を拡大することが可能となる。
その他の構成および動作は、実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００４６】
実施の形態５．
図１１はこの実施の形態５の励磁制御装置における低励磁制限値の設定動作を示すフローチャート、図１２はこの実施の形態５において低励磁制限値を設定する場合の説明図である。
【００４７】
上記の実施の形態１〜４において、ＭＥＬ機能部４４は、複数点を直線で結んでＭＥＬ曲線Ｌ０を設定しているが、これら限らず、複数点を通過する円弧でもってＭＥＬ曲線Ｌ０を設定することもできる。例えば、無負荷Ｐ０および定格有効電力Ｐ１に対応した２点Ｑ０，Ｑ１を選定して両点Ｑ０，Ｑ１を通る中心Ｒの円弧によりＭＥＬ曲線Ｌ０を設定する（図１１のステップＥ４、および図１２参照）。
【００４８】
この実施の形態５によれば、同期発電機１の出力可能限界曲線Ｌ１や定態安定度限界曲線Ｌ２の進相側の部分が円弧で設定されている場合でも、これらの曲線Ｌ１，Ｌ２に沿ってＭＥＬ曲線Ｌ０を適切に設定できるので、ＭＥＬ曲線Ｌ０の設定に際して過剰なマージンを確保する必要がさらに少なくなり、進相側における無効電力の調整範囲を一層拡大することが可能となる。
その他の構成および動作は、実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００４９】
実施の形態６．
図１３はこの実施の形態６の励磁制御装置における低励磁制限値の設定動作を示すフローチャート、図１４はこの実施の形態６において低励磁制限値を設定する場合の説明図である。
【００５０】
上記の実施の形態１〜５では、ＭＥＬ機能部４４において、定態安定度限界曲線Ｌ２が求まるたびに、その都度、ＭＥＬ曲線Ｌ０を演算して設定しているが、その代わりに、ＭＥＬ機能部４４に複数（本例では４本）のＭＥＬ曲線Ｌ０１〜Ｌ０４を予め設定登録しておき、定態安定度限界曲線Ｌ２が求まるたびに、その求めた定態安定度限界曲線Ｌ２の値に応じて複数のＭＥＬ曲線Ｌ０１〜Ｌ０４の内の一つを選択するようにしてもよい（図１３のステップＦ５、図１４参照）。
【００５１】
この実施の形態６によれば、ＭＥＬ機能部４４において、予め設定しておいた複数のＭＥＬ曲線Ｌ０の内の一つの選択するだけで済むため、定態安定度限界曲線Ｌ２が求まるたびに、その都度、ＭＥＬ曲線Ｌ０を演算して設定する場合に比べて、ＭＥＬ曲線Ｌ０を決定する際の演算処理を簡略化できるという利点がある。
その他の構成および動作は、実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００５２】
実施の形態７．
図１５はこの実施の形態７の励磁制御装置における低励磁制限値の設定動作を示すフローチャート、図１６はこの実施の形態７において低励磁制限値を設定する場合の説明図である。
【００５３】
上記の実施の形態１〜６では、ＭＥＬ機能部４４において、定態安定度限界曲線Ｌ２が求まるたびに、その都度、直線や折れ線、円弧により表されるＭＥＬ曲線Ｌ０を求めているが、これに限らず、ＭＥＬ機能部４４において、同期発電機１の現時点の有効電力の値と、現時点の定態安定度限界曲線Ｌ２の値とから、この現時点の有効電力の下での低励磁制限値を逐次個別に設定することもできる。
【００５４】
例えば、同期発電機１の運転状態における現時点の有効電力がＰａのときには、出力可能限界曲線Ｌ１、定態安定度限界曲線Ｌ２、保護リレー作動曲線Ｌ３を考慮して、この有効電力Ｐａに対応した定態安定度限界曲線Ｌ２上の各無効電力の値を求め、この無効電力の値を進相運転可能点とし、この進相運転可能点に対して一定のマージンを含めた低励磁制限値Ｑａを設定する。同様に、現時点の運転状態における有効電力がＰｂのときには、この有効電力Ｐｂに対応した定態安定度限界曲線Ｌ２上の各無効電力の値を求め、この無効電力の値を進相運転可能点とし、この進相運転可能点に対して一定のマージンを含めた低励磁制限値Ｑｂを設定する（図１５のステップＧ４、図１６参照）。
【００５５】
このように、この実施の形態７では、ＭＥＬ機能部４４において、同期発電機１の現時点の有効電力の値と、現時点の定態安定度限界曲線Ｌ２の値とから、運転中の現時点の有効電力の下での低励磁制限値を逐次個別に設定するので、同期発電機の現状の運転状態や電力系統状態を反映した最も適合する低励磁制限値を個別に設定することができる。このため、実施の形態１〜６に比べて、進相側における無効電力の調整範囲を最大限に拡大することが可能となる。
その他の構成および動作は、実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００５６】
実施の形態８．
図１７はこの実施の形態８の励磁制御装置における低励磁制限値の設定動作を示すフローチャート、図１８はこの実施の形態８において低励磁制限値を設定する場合の説明図である。
【００５７】
上記の実施の形態１〜６では、定態安定度限界曲線Ｌ２上の各無効電力の値を求め、これらの値を進相運転可能点とし、これらの各進相運転可能点に対して一定のマージンを考慮してＭＥＬ曲線Ｌ０を設定しているが、同期発電機１の実際の運転中は、ＡＶＲ４５によって同期発電機１の出力電圧調整が行われているため、動態安定度限界曲線Ｌ２’を反映したＭＥＬ曲線Ｌ０を設定することが可能である。
【００５８】
すなわち、この実施の形態８では、ＭＥＬ機能部４４において、外部の図示しない機器で計測された電力系統の現時点のインピーダンスＸｅを入力し（ステップＨ２）、このインピーダンスＸｅと電圧検出器５で検出された出力電圧Ｖｇとの値に基づいて、図１８に示す動態安定度限界曲線Ｌ２’を算出する（ステップＨ３）。続いて、ＭＥＬ機能部４４は、出力可能限界曲線Ｌ１、動態安定度限界曲線Ｌ２’、保護リレー作動曲線Ｌ３を考慮して、無負荷Ｐ０および定格有効電力Ｐ１に対応した動態安定度限界曲線Ｌ２’上の各無効電力の値を求め、これらの値を進相運転可能点とし（ステップＨ４）、これらの各進相運転可能点に対して一定のマージンを含めた２点Ｑ０，Ｑ１を選定する。そして、両点Ｑ０，Ｑ１を直線で結んだＭＥＬ曲線Ｌ０を設定する（ステップＨ５）。
【００５９】
なお、ＭＥＬ曲線Ｌ０を設定する代わりに、実施の形態７の場合と同様に、ＭＥＬ機能部４４において、同期発電機１の現時点の有効電力の値と、現時点の動態安定度限界曲線Ｌ２’の値とから、現時点の有効電力の下での低励磁制限値を逐次個別に設定するようにしてもよい。
【００６０】
このように、この実施の形態８では、ＡＶＲ４５による出力電圧調整機能を考慮して、定態安定度限界曲線Ｌ２によりも進相運転可能領域の広い動態安定度限界曲線Ｌ２’を反映させたＭＥＬ曲線Ｌ０を動的に設定したり、あるいは個別に低励磁制限値を逐次設定できるので、進相側における無効電力の調整範囲をさらに拡大することが可能となる。
その他の構成および動作は、実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００６１】
実施の形態９．
図１９はこの実施の形態９の励磁制御装置における低励磁制限値の設定動作を示すフローチャート、図２０はこの実施の形態９において低励磁制限値を設定する場合の説明図である。
【００６２】
上記の実施の形態８では、ＭＥＬ機能部４４において、外部の図示しない機器で計測された電力系統の現時点のインピーダンスＸｅを入力しているが（図１７のステップＨ２参照）、前述の実施の形態３の場合と同様に、インピーダンス演算部４６を設け、同期発電機１の出力電圧Ｖｇの変化ΔＶｇとそれに伴う無効電力Ｑｇの変化ΔＱｇとから電力系統のインピーダンスＸｅを、前述の（１）式によって算出し（ステップＩ２）し、この算出したインピーダンスＸｅと電圧検出器５で検出された出力電圧Ｖｇの値に基づいて、動態安定度限界曲線Ｌ２’を算出するようにしてもよい（ステップＩ３）。
【００６３】
あるいは、前述の実施の形態２の場合と同様、電力系統パターンによってインピーダンスが変化するとすれば、ＭＥＬ機能部４４において、予め複数の電力系統パターンに対応した各インピーダンスを設定しておき、電力系統パターンを切り替えることで、これに応じたインピーダンスを設定してもよい。
【００６４】
これにより、上記の実施の形態８の効果に加えて、実施の形態２，３で述べた効果を付加することができる。
その他の構成および動作は、実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００６５】
実施の形態１０．
図２１はこの実施の形態１０の励磁制御装置における低励磁制限値の設定動作を示すフローチャート、図２２はこの実施の形態１０において低励磁制限値を設定する場合の説明図である。
【００６６】
上記の実施の形態１〜９では、同期発電機１の出力可能限界曲線Ｌ１は固定されたものとしているが、同期発電機１の出力可能限界曲線Ｌ１は、冷却ガスの圧力や温度などの条件によって変化する。
【００６７】
そこで、この実施の形態１０では、ＭＥＬ機能部４４は、同期発電機１の冷却ガスの圧力や温度等の稼働状態の信号を入力し（ステップＪ２）、これに基づいて現時点の出力可能限界曲線Ｌ１を求める（ステップＪ３）。そして、この出力可能限界曲線Ｌ１、および定態安定度限界曲線Ｌ２や保護リレー作動曲線Ｌ３を考慮して、無負荷Ｐ０および定格有効電力Ｐ１に対応した出力可能限界曲線Ｌ１上の各無効電力の値を求め、これらの値を進相運転可能点とする（ステップＪ４）。そして、これらの各進相運転可能点に対して一定のマージンを含めた２点Ｑ０，Ｑ１を選定し、両点Ｑ０，Ｑ１を直線で結んだＭＥＬ曲線Ｌ０を設定する（ステップＪ５）。
【００６８】
なお、ＭＥＬ曲線Ｌ０を設定する代わりに、前述の実施の形態７と同様、ＭＥＬ機能部４４において、同期発電機１の現時点の有効電力の値と、現時点の出力可能限界曲線Ｌ１の値とから、この現時点の有効電力の下での低励磁制限値を逐次個別に設定するようにしてもよい。
【００６９】
このように、この実施の形態１０では、出力可能限界曲線Ｌ１を逐次算出し、この算出された現時点の出力可能限界曲線Ｌ１を反映させたＭＥＬ曲線Ｌ０、あるいは現時点の有効電力の下での低励磁制限値を逐次個別に設定しているので、同期発電機１の冷却ガス圧などが低下した場合など、進相運転領域を狭くしなければならない場合でも、同期発電機１の運転条件を考慮した適切なＭＥＬ曲線Ｌ０を設定することが可能となる。
その他の構成および動作は、実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００７０】
実施の形態１１．
図２３はこの実施の形態１１の励磁制御装置における低励磁制限値の設定動作を示すフローチャート、図２４はこの実施の形態１１において低励磁制限値を設定する場合の説明図である。
【００７１】
上記の実施の形態１０では、同期発電機１の定態安定度限界曲線Ｌ２は固定されたものとして、出力可能限界曲線Ｌ１に基づいてＭＥＬ曲線Ｌ０を設定している。これに対して、この実施の形態１１では、ＭＥＬ機能部４４は、電力系統の現時点のインピーダンスＸｅを入力するとともに、同期発電機１の冷却ガスの圧力や温度等の稼働状態の信号を入力して（ステップＫ２’）、同期発電機１の現時点の定態安定度限界曲線Ｌ２と出力可能限界曲線Ｌ１の双方を算出し（ステップＫ３，Ｋ３’）、無負荷Ｐ０および定格有効電力Ｐ１に対応した出力可能限界曲線Ｌ１上および定態安定度限界曲線Ｌ２上の各々の無効電力の値を求め（ステップＫ４）、これらの各点の無効電力の値を比較した上でマージンを含めた２点Ｑ０，Ｑ１を選定し、両点Ｑ０，Ｑ１を直線で結んだＭＥＬ曲線Ｌ０を設定する（ステップＫ５）。
【００７２】
このように、この実施の形態１１では、同期発電機１の現時点の出力可能限界曲線Ｌ１および現時点の定態安定度限界曲線Ｌ２の双方を考慮したＭＥＬ曲線Ｌ０が動的に設定されるので、最適なＭＥＬ曲線Ｌ０の設定を行うことが可能となる。
その他の構成および動作は、実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００７３】
実施の形態１２．
図２５はこの実施の形態１２の励磁制御装置における低励磁制限値の設定動作を示すフローチャート、図２６はこの実施の形態１２において低励磁制限値を設定する場合の説明図である。
【００７４】
上記の実施の形態１１では、同期発電機１の現時点の出力可能限界曲線Ｌ１と定態安定度限界曲線Ｌ２の双方を算出しているが（図２３のステップＫ３，Ｋ３’参照）。これに対して、この実施の形態１２では、同期発電機１の現時点の出力可能限界曲線Ｌ１と現時点の動態安定度限界曲線Ｌ２’の双方を算出し（ステップＭ３，Ｍ３’）、無負荷Ｐ０および定格有効電力Ｐ１に対応した出力可能限界曲線Ｌ１上および動態安定度限界曲線Ｌ２’上の各々の無効電力の値を求め（ステップＭ４）、これらの各点の無効電力の値を比較した上でマージンを含めた２点Ｑ０，Ｑ１を選定し、両点Ｑ０，Ｑ１を直線で結んだＭＥＬ曲線Ｌ０を設定する（ステップＭ５）。
【００７５】
このように、この実施の形態１２では、現時点の出力可能限界曲線Ｌ１に加えて、ＡＶＲ４５による出力電圧調整機能を考慮して、定態安定度限界曲線Ｌ２によりも進相運転可能領域の広い動態安定度限界曲線Ｌ２’を反映させたＭＥＬ曲線Ｌ０を動的に設定できるので、実施の形態１１よりも進相側における無効電力の調整範囲をさらに拡大することが可能となる。
その他の構成および動作は、実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００７６】
なお、本発明は、上記の各実施の形態１〜１２の構成に限定されものではなく、各実施の形態１〜１２の構成を適宜に組み合わせることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の形態１における励磁制御装置の全体を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１の励磁制御装置における励磁制限値の設定動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１において低励磁制限値を設定する場合の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態２の励磁制御装置における低励磁制限値の設定動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２において低励磁制限値を設定する場合の説明図である。
【図６】本発明の実施の形態３における励磁制御装置の全体を示す構成図である。
【図７】本発明の実施の形態３の励磁制御装置における低励磁制限値の設定動作を示すフローチャートである。
【図８】本発明の実施の形態３において低励磁制限値を設定する場合の説明図である。
【図９】本発明の実施の形態４の励磁制御装置における低励磁制限値の設定動作を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の実施の形態４において低励磁制限値を設定する場合の説明図である。
【図１１】本発明の実施の形態５の励磁制御装置における低励磁制限値の設定動作を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施の形態５において低励磁制限値を設定する場合の説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態６の励磁制御装置における低励磁制限値の設定動作を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の実施の形態６において低励磁制限値を設定する場合の説明図である。
【図１５】本発明の実施の形態７の励磁制御装置における低励磁制限値の設定動作を示すフローチャートである。
【図１６】本発明の実施の形態７において低励磁制限値を設定する場合の説明図である。
【図１７】本発明の実施の形態８の励磁制御装置における低励磁制限値の設定動作を示すフローチャートである。
【図１８】本発明の実施の形態８において低励磁制限値を設定する場合の説明図である。
【図１９】本発明の実施の形態９の励磁制御装置における低励磁制限値の設定動作を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の実施の形態９において低励磁制限値を設定する場合の説明図である。
【図２１】本発明の実施の形態１０の励磁制御装置における低励磁制限値の設定動作を示すフローチャートである。
【図２２】本発明の実施の形態１０において低励磁制限値を設定する場合の説明図である。
【図２３】本発明の実施の形態１１の励磁制御装置における低励磁制限値の設定動作を示すフローチャートである。
【図２４】本発明の実施の形態１１において低励磁制限値を設定する場合の説明図である。
【図２５】本発明の実施の形態１２の励磁制御装置における低励磁制限値の設定動作を示すフローチャートである。
【図２６】本発明の実施の形態１２において低励磁制限値を設定する場合の説明図である。
【図２７】従来の同期発電機において低励磁制限値の設定の仕方を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  同期発電機、２  励磁巻線、３  励磁機、４  励磁制御装置、
５  電圧検出器（ＰＴ）、６  電流検出器（ＣＴ）、４１  電圧設定器、４２  差分器、４３  電力算出部、
４４  ＭＥＬ機能部（定態安定度限界算出手段，動態安定度限界算出手段，出力可能限界算出手段，低励磁制限値設定手段，インピーダンス選択手段）、
４５  自動電圧調整装置（ＡＶＲ）、４６  インピーダンス演算部。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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