(57)【要約】【課題】同期機の能力曲線や現運転点に加え、各種制限制御の検出点を能力曲線や現運転点に重ねて表示できる同期機の励磁制御装置を提供することである。【解決手段】電力系統に接続された同期機の界磁巻線を励磁する電力変換器５と、同期機の電圧が目標値となるよう電力変換器を操作するとともに同期機の界磁電流から同期機が過励磁状態になったことを検出したときは界磁電流を制限する制御装置９と、同期機の運転能力範囲と同期機の有効電力及び無効電力を表示する表示器１０とを有し、制御装置９は、同期機の有効電力と無効電力との次元に換算した界磁電流の制限検出値を計算し、同期機の運転能力範囲、同期機の有効電力及び無効電力、同期機の有効電力及び無効電力の次元に換算した界磁電流の制限検出値を表示器１０に表示する。【選択図】  図１
2008278571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に接続された同期機の界磁巻線を励磁する電力変換器と、同期機の電圧が目標値となるよう電力変換器を操作するとともに同期機の界磁電流から同期機が過励磁状態になったことを検出したときは界磁電流を制限する制御装置と、同期機の運転能力範囲と前記制御装置で演算した同期機の有効電力及び無効電力を表示する表示器とを有する同期機の励磁制御装置において、前記制御装置は、同期機の有効電力と無効電力との次元に換算した界磁電流の制限検出値を計算し、同期機の運転能力範囲、同期機の有効電力及び無効電力、同期機の有効電力及び無効電力の次元に換算した界磁電流の制限検出値を前記表示器に表示することを特徴とした同期機の励磁制御装置。
【請求項２】
電力系統に接続された同期機の界磁巻線を励磁する電力変換器と、同期機の電圧が目標値となるよう電力変換器を操作するとともに遅れ無効電力から同期機が過励磁状態になったことを検出したときは界磁電流を制限する制御装置と、同期機の運転能力範囲と前記制御装置で演算した同期機の有効電力及び無効電力を表示する表示器とを有する同期機の励磁制御装置において、前記制御装置は、無効電力を制限する遅れ無効電力制限検出値、同期機の能力曲線、現状の運転点を前記表示器に表示することを特徴とした同期機の励磁制御装置。
【請求項３】
電力系統に接続された同期機の界磁巻線を励磁する電力変換器と、同期機の電圧が目標値となるよう電力変換器を操作するとともに同期機の進相運転領域における無効電力を制限する制御装置と、同期機の運転能力範囲と前記制御装置で演算した同期機の有効電力及び無効電力を表示する表示器とを有する同期機の励磁制御装置において、前記制御装置は、同期機の有効電力と無効電力との大きさに対応した進相無効電力の制限値を計算し、同期機の運転能力範囲、同期機の有効電力及び無効電力、進相無効電力制限値を前記表示器に表示することを特徴とした同期機の励磁制御装置。
【請求項４】
電力系統に接続された同期機の界磁巻線を励磁する電力変換器と、同期機の電圧が目標値となるよう電力変換器を操作するとともに同期機の出力電流から同期機が過電流状態になったことを検出したときは出力電流を制限する制御装置と、同期機の運転能力範囲と前記制御装置で演算した同期機の有効電力及び無効電力を表示する表示器とを有する同期機の励磁制御装置において、前記制御装置は、同期機の有効電力と無効電力の次元に換算した出力電流の制限検出値を計算し、同期機の運転能力範囲、同期機の有効電力及び無効電力、同期機の有効電力と無効電力との次元に換算した出力電流の制限検出値を前記表示器に表示することを特徴とした同期機の励磁制御装置。
【請求項５】
前記制御装置は、同期機の無効電流から同期機が不足励磁状態になったことを検出したときは無効電流を制限するとともに、同期機の有効電力と無効電力との次元に換算した無効電流の制限検出値を計算し、同期機の運転能力範囲、同期機の有効電力及び無効電力、同期機の有効電力と無効電力との次元に換算した界磁電流の制限検出値及び無効電流の制限検出値を前記表示器に表示することを特徴とした請求項１記載の同期機の励磁制御装置。
【請求項６】
前記制御装置は、同期機の無効電流から同期機が不足励磁状態になったことを検出したときは無効電流を制限するとともに、同期機の有効電力と無効電力との次元に換算した無効電流の制限検出値を計算し、同期機の運転能力範囲、同期機の有効電力及び無効電力、同期機の有効電力と無効電力との次元に換算した界磁電流の制限検出値及び無効電流の制限検出値を前記表示器に表示することを特徴とした請求項２記載の同期機の励磁制御装置。
【請求項７】
前記制御装置は、同期機の出力電流から同期機が過電流状態になったことを検出したときは出力電流を制限するとともに、同期機の有効電力と無効電力との次元に換算した出力電流の制限検出値を計算し、同期機の運転能力範囲、同期機の有効電力及び無効電力、界磁電流の制限値、不足励磁状態の検出値、過電流状態の検出値を前記表示器に表示することを特徴とした請求項５記載の同期機の励磁制御装置。
【請求項８】
同期機の出力電流から同期機が過電流状態になったことを検出したときは出力電流を制限するとともに、同期機の有効電力と無効電力との次元に換算した出力電流の制限検出値を計算し、同期機の運転能力範囲、同期機の有効電力及び無効電力、同期機が過励磁状態になった場合の無効電力の制限検出値、同期機の有効電力と無効電力の次元とに換算した無効電流の制限検出値及び出力電流の制限検出値を前記表示器に表示することを特徴とした請求項６記載の同期機の励磁制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期機の出力端子電圧を所定値になるように励磁を制御する同期機の励磁制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力分野の同期機においては、同期機の運転状態の把握と監視とを目的として、同期機の能力曲線と現出力状態の表示を要求される場合が多い。電力系統に接続された同期機の安定度の計算に必要な諸量に基づいて同期機の安定度を計算し、計算された安定度と同期機が脱調することなく運用される予め設定された安定度とを比較し、その比較結果に基づき警報を発生したり、安定度の余裕度合を表示したりして、同期機の運転中に常時安定度を監視できるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３３は、同期機の能力曲線と現出力状態との表示機能を装備した同期機の励磁制御装置の構成図である。電力系統１に変圧器２を介して同期機３の電機子巻線が接続されており、同期機３の界磁巻線は励磁用変圧器４を介して電力変換器５へ接続されている。図３３では電力変換器５としてサイリスタ整流器を使用し、同期機３が出力する自己の電力の一部を励磁用変圧器４を介して電力変換器５へ供給する場合を示している。
【０００４】
同期機３の電機子巻線には同期機電圧Ｖｇを検出する電圧検出器６と同期機電流Ｉｇを検出する電流検出器７とが設けられており、電力変換器５の入力側には同期機界磁電流Ｉｆを検出する電流検出器８が設けられている。電力変換器５の出力側から同期機３の界磁巻線に界磁電圧Ｖｆが印加され、界磁巻線に界磁電流Ｉｆが流れる。同期機電圧Ｖｇ、同期機電流Ｉｇ、界磁電流Ｉｆは、制御装置（自動電圧調整装置）９に入力され、制御装置９は電力変換器５のサイリスタへゲートパルスＧＰを出力する。また、制御装置９には表示器１０が接続されており、制御装置９で算出された同期機有効電力Ｐ及び同期機無効電力Ｑが表示器１０に表示されている。
【０００５】
図３４は制御装置９の構成図である。電圧設定器１１には目標とすべき同期機電圧指令Ｖｇ*が設定される。電圧検出器６で検出された同期機電圧Ｖｇは、電圧設定器１１に設定された同期機電圧指令Ｖｇ*と加減算器１２で比較され、加減算器１２で得られた偏差ΔＶｇは、加減算器１３〜１６を介して演算器１７に入力される。演算器１７は、同期機電圧指令Ｖｇ*と同期機電圧Ｖｇとの偏差ΔＶｇが最小となるような同期機界磁電圧指令Ｖｆ*を算出する。界磁電圧指令Ｖｆ*は演算器１８でゲートパルスＧＰに変換され電力変換器５へ与えられる。これにより、電力変換器５は同期機３の界磁巻線に界磁電圧Ｖｆを印加する。同期機３の界磁巻線に界磁電圧Ｖｆが与えられたことで、同期機３の界磁巻線には界磁電流Ｉｆが発生し、同期機３の界磁巻線を介して発電機電圧Ｖｇが調整される。かくして、同期機電圧指令Ｖｇ*と同期機電圧Ｖｇとの偏差ΔＶｇが最小となるように制御される。
【０００６】
また、制御装置９の変換器１９は同期機電圧Ｖｇと同期機電流Ｉｇとを入力して同期機有効電力Ｐを算出して表示器１０に出力するとともに、制御装置９の変換器２０は同期機無効電力Ｑを算出して表示器１０へ出力する。
【０００７】
ここで、同期機３の制御には同期機３の電圧Ｖｇを目標値Ｖｇ*に制御する加減算器１２だけでなく、同期機の励磁方式や同期機の運用あるいはプラント運用の関係から各種の制限制御が存在する。すなわち、過励磁制限回路２１、遅れ無効電力制限回路２２、不足励磁制限回路２３、過電流制限回路２４が設けられている。
【０００８】
過励磁制限回路２１は、同期機３の界磁巻線の熱的な制約条件に基づき界磁電流Ｉｆに制限制御を加えるものであり、演算器２５とスイッチ２６と加減算器１３とから構成される。過励磁制限回路２１の演算器２５は界磁電流Ｉｆを入力し、界磁電流Ｉｆが制限値を超えた場合（過励磁となった場合）に、界磁電流Ｉｆが所定値内に戻るような過励磁抑制信号ΔＥOELを算出する。過励磁抑制信号ΔＥOELはスイッチ２６を介して加減算器１３により電圧偏差ΔＶｇに負の信号として与えられる。これによって、同期機３の励磁が弱められる。スイッチ２６は過励磁制限制御を許可する場合にオンとなるスイッチである。
【０００９】
遅れ無効電力制限回路２２は、界磁電流Ｉfを直接検出することが困難な励磁方式の場合に同期機界磁電流Ｉｆの制約条件を満たすように、同期機３の遅相無効電流Ｉｑに制限制御を設けるものであり、演算器２７とスイッチ２８と加減算器１４とから構成される。遅れ無効電力制限回路２２の演算器２７は変換器１９で変換された同期機有効電力Ｐと、変換器２０で変換された同期機無効電力Ｑとを入力し、同期機無効電力Ｑが発電機能力曲線の無効電力制限値を越えた場合（遅れ無効電力となった場合）、同期機無効電力Ｑが所定値内に戻るような遅れ無効電力抑制信号ＥOQLを算出する。遅れ無効電力抑制信号ＥOQLは、スイッチ２８を介して加減算器１４により電圧偏差ΔＶｇに正の信号として与えられる。これによって、同期機３の励磁が強められる。スイッチ２８は遅れ無効電力制限制御を許可する場合にオンとなるスイッチである。
【００１０】
不足励磁制限回路２３は、進相無効電流が増加すると同期機の電機子鉄心端部が過熱したり、同期機の運転点が同期機の定態安定限界を超えたりするのを防止するために進相無効電流Ｉｑに制限制御を加えるものであり、演算器２９とスイッチ３０と加減算器１５とから構成される。
【００１１】
不足励磁制限回路２３の演算器２９は、電圧検出器６で検出された同期機電圧Ｖｇと、変換器１９で変換された同期機有効電力Ｐ、変換器２０で変換された同期機無効電力Ｑとを入力とし、同期機無効電流Ｉｑが制限値を越えた場合（不足励磁となった場合）、同期機無効電流Ｉｑが所定値内に戻るような不足励磁抑制信号ΔＥUELを算出する。不足励磁抑制信号ΔＥUELは、スイッチ３０を介して加減算器１５により電圧偏差ΔＶｇに正の信号として与えられる。これによって、同期機３の励磁が強められる。スイッチ３０は不足励磁制限制御を許可する場合にオンとなるスイッチである。
【００１２】
過電流制限回路２４は、高有効電力かつ高力率の運転領域での同期機電機子巻線の熱的な制約条件を満たすように同期機電流Ｉｇに制限制御を加えるものであり、演算器３１とスイッチ３２と加減算器１６とから構成される。
【００１３】
過電流制限回路２４の演算器３１は、同期機電流Ｉｇが制限値を超えた場合（過電流となった場合）、同期機電流Ｉｇが所定値内に戻るような過電流抑制信号ΔＥOCLを算出する。過電流抑制信号ΔＥOCLはスイッチ３２を介して加減算器１６により電圧偏差ΔＶｇに負の信号として与えられる。これによって、例えば、同期機３が強め励磁状態で過電流に至った場合には励磁が弱められ、同期機電流Ｉｇの増加が抑制される。同期機３が弱め励磁状態で過電流に至った場合には励磁が強められ、同期機電流Ｉｇの増加が抑制される。スイッチ３２は過電流制限制御を許可する場合にオンとなるスイッチである。
【００１４】
図３５は表示器１０に表示される同期機の能力曲線の説明図である。表示器１０には、変換器１９で変換された同期機有効電力Ｐと、変換器２０で変換された同期機無効電力Ｑとが入力され、同期機の能力曲線Ａとともに同期有効電力Ｐと同期無効電力Ｑとで定まる現運転点（現出力状態）Ａ０を表示する。同期機の能力曲線Ａは、同期機３が出力可能な有効電力と無効電力とを示すもので、一般に有効電力と無効電力とを座標軸として、図３５に示すように閉じた曲線で表される。これにより、同期機３の通常運転において、同期機電圧Ｖｇが目標値に制御される下で、運転員は同期機３の現出力状態を把握することができ、監視することも可能となっている。
【００１５】
図３６は過励磁制限回路２１の演算器２５の構成図である。電流設定器３３には過励磁状態になった場合の界磁電流の引き戻し目標である界磁電流指令Ｉｆ*OELが与えられる。加減算器３４は電流設定器３３に設定された界磁電流指令Ｉｆ*OELと電流検出器８で検出された界磁電流Ｉｆとの偏差ΔＩｆを演算し、その偏差ΔＩｆをスイッチ３５を介して演算器３６に出力する。
【００１６】
比較器３７は、電流検出器８で検出された界磁電流Ｉｆ、電流設定器３８に設定された過励磁制限値Ｉｆ*OED、時間設定器３９に設定された過励磁許容時間ＴOELを入力し、これらに基づいて所定の条件が成立したときにスイッチ３５のオン信号（過励磁動作信号ＡＣＴOEL）を出力する。過励磁制限値Ｉｆ*OEDは過励磁状態を検出する目標となる制限値であり、過励磁許容時間ＴOELは過励磁状態を許容する時間である。比較器３７では、例えば、下記条件が成立した場合に、過励磁動作信号ＡＣＴOELをスイッチ３５に与えて、スイッチ３５をオンとする。  
Ｉｆ≧Ｉｆ*OED  かつ  過励磁状態経過時間≧ＴOEL
条件の成立により、スイッチ３５が動作したとき、界磁電流指令Ｉｆ*OELと界磁電流Ｉｆとの偏差ΔＩｆが最小となるように、演算器３６で過励磁抑制信号ΔＥOELが作成され、図３４のスイッチ２６を介して加減算器１３へ負の信号として与えられる。
【００１７】
図３７は過励磁制限回路２１の挙動の一例を示す説明図である。いま、動作点Ｂ１において強め励磁が行われ、界磁電流Ｉｆが上昇して動作点Ｂ１から動作点Ｂ２となり、動作点Ｂ２で界磁電流Ｉｆが過励磁制限値Ｉｆ*OED以上（界磁電流Ｉｆ≧過励磁制限値Ｉｆ*OED）となる。さらに、動作点Ｂ３へ移行し、動作点Ｂ３の状態での経過時間が過励磁許容時間ＴOELに達して動作点Ｂ４となった場合には、界磁電流指令Ｉｆ*OELへ引き戻されて動作点Ｂ５となる。
【００１８】
かくして、過励磁状態となったときは、過励磁許容時間ＴOELだけの限時動作により、界磁電流Ｉｆの引き戻し目標である界磁電流指令Ｉｆ*OELと界磁電流Ｉｆとの偏差ΔＩｆが最小となるように、同期機３に対して弱め励磁の制御が行われる。
【００１９】
図３８は遅れ無効電力制限回路２２の演算器２７の構成図である。無効電力設定器４０は同期機有効電力Ｐを入力し同期機無効電力指令値Ｑ*OQLを算出し設定するものである。加減算器４１は無効電力設定器４０で算出され設定された同期機無効電力指令値Ｑ*OQLと同期機無効電力Ｑの偏差ΔＱ*を算出し、スイッチ４２を介して演算器４３に出力する。
【００２０】
一方、無効電力設定器４４は同期機無効電力指令値Ｑ*OQLと遅れ無効電力制限値Ｑ*OQDとの差ΔＱ*OQDを設定するものであり、加減算器４５は遅れ無効電力制限値Ｑ*OQDを算出する。比較器４６は、同期機無効電力Ｑ、加減算器４５からの遅れ無効電力制限値Ｑ*OQD、時間設定器４７に設定された遅れ無効電力制限許容時間ＴOQLを入力し、これらに基づいて所定の条件が成立したときにスイッチ４２のオン信号（遅れ無効電力制限動作信号ＡＣＴOQL）を出力する。
【００２１】
この所定の条件は、同期機無効電力Ｑが遅れ無効電力制限値Ｑ*OQDを越え、時間設定器４７に設定された遅れ無効電力制限許容時間ＴOQLを経過したときであり、この条件が成立したときに、遅れ無効電力制限動作信号ＡＣＴOQL信号を出力する。スイッチ４２は遅れ無効電力制限動作信号ＡＣＴOQL信号によりオン動作し、同期機無効電力指令値Ｑ*OQLと同期機無効電力Ｑの偏差ΔＱ*を演算器４３に出力する。演算器４３では偏差ΔＱ*に基づき遅れ無効電力制御信号ΔＥOQLを作成し、図３４のスイッチ２８を介して加減算器１４に出力される。
【００２２】
図３９は遅れ無効電力制限回路２２の挙動の一例を示す説明図である。動作点Ｃ１において強め励磁が行われ、遅れ無効電力Ｑが増加して動作点Ｃ１から動作点Ｃ２となり、動作点Ｃ２で無効電力Ｑが無効電力制限値Ｑ*OQD以上（無効電力Ｑ≧無効電力制限値Ｑ*OQD）となる。さらに、動作点Ｃ３へ移行し、動作点Ｃ３の状態での経過時間が遅れ無効電力制限許容時間ＴOQLに達して時点Ｃ４となった場合には、無効電力Ｑが無効電力指令Ｑ*OQLへ引き戻されて動作点Ｃ５となる。
【００２３】
かくして、遅れ無効電力状態となったときは、遅れ無効電力制限許容時間ＴOQLだけの限時動作により、同期機無効電力Ｑの引き戻し目標である同期機無効電力指令Ｑ*と同期機無効電力Ｑとの偏差ΔＱ*が最小となるように、同期機３に対して遅れ無効電力制限制御が行われる。
【００２４】
図４０は不足励磁制限回路２３の演算器２９の構成図である。変換器４８は同期機電圧Ｖｇ及び同期機有効電力Ｐを入力し同期機有効電流Ｉｐを算出する。また、変換器４９は同期機電圧Ｖｇ及び同期機無効電力Ｑを入力し同期機無効電流Ｉｑを算出する。
【００２５】
電流設定器５０は、同期機電圧Ｖｇ及び変換器４８で得られた同期機有効電流Ｉｐを入力し、同期機３の能力曲線と定態安定度曲線とから決定されるＵＥＬ定数をもとに同期機進相無効電流指令Ｉｑ*を算出し加減算機５１に入力する。変換器４９で得られた同期機無効電流Ｉｑは加減算機５１に入力され、加減算機５１で同期機進相無効電流指令Ｉｑ*との偏差ΔＩｑが求められ、この偏差ΔＩｑがスイッチ５２を介して演算器５３に入力される。
【００２６】
一方、変換器４９で得られた同期機無効電流Ｉｑは比較器５４にも入力され、比較器５４では、同期機無効電流Ｉｑに基づいて、例えば下記の条件が成立したときにスイッチ５２のオン信号（不足励磁動作信号ＡＣＴUEL）を出力する。  
Ｉｑ≧Ｉｑ*
スイッチ５２が動作したとき、同期機進相無効電流指令Ｉｑ*と同期機無効電流Ｉｑとの偏差ΔＩｑが演算器５３に入力され、演算器５３はその偏差ΔＩｑが最小となるような不足励磁抑制信号ΔＥUELを作成し、図３４のスイッチ３０を介して加減算器１５へ正の信号として与えられる。
【００２７】
図４１は不足励磁制限回路２３の挙動の一例を示す説明図である。動作点Ｄ１において、同期機３の出力増加（あるいは減少）が行われ、動作点Ｄ２で同期機無効電流Ｉｑが同期機進相無効電流指令Ｉｑ*以上（同期機無効電流Ｉｑ≧同期機進相無効電流指令Ｉｑ*）となった場合、同期機無効電流Ｉｑが同期機進相無効電流指令Ｉｑ*で与えられる時点Ｄ３へ引き戻される。
【００２８】
かくして、不足励磁状態となったとき、同期機無効電流Ｉｑの引き戻し目標である同期機無効電流指令Ｉｑ*と同期機無効電流Ｉｑとの偏差ΔＩｑが最小となるように同期機３に対して強め励磁の制御が行われる。
【００２９】
図４２は過電流制限回路２４の演算器３１の構成図である。電流設定器５５には過電流状態になった場合の同期機電流の引き戻し目標である同期機電流指令Ｉｇ*OCLが設定される。加減算器５６では、電流設定器５５に設定された同期機電流指令Ｉｇ*OCLと同期機電流Ｉｇとの偏差ΔＩｇを求め、スイッチ５７を介して演算器５８に出力する。
【００３０】
また、電流設定器５９には同期機電流指令Ｉｇ*OCLからの増分ΔＩｇ*OCDが与えられる。この増分ΔＩｇ*OCDは過電流状態を検出するための目標を与えるものである。電流設定器５５に設定された電流指令Ｉｇ*OCLは加減算器６０に入力され、電流増分ΔＩｇ*OCDが加算されて、過電流状態を検出する目標となる電流指令Ｉｇ*OCDが算出され比較器６１へ入力される。比較器６１には同期機電流Ｉｇも入力され、比較器６１では、例えば下記条件が成立したときに過電流動作信号ＡＣＴOCLをスイッチ５７に出力する。  
Ｉｇ≧Ｉｇ*OCD
スイッチ５７が動作したとき、同期機電流指令Ｉｇ*OCLと同期機電流Ｉｇとの偏差ΔＩｇが演算器５８に入力され、演算器５８はその偏差ΔＩｇが最小となるような過電流抑制信号ΔＥOCLを作成し、スイッチ６２を介して図３４の加減算器１６へ負の信号として出力する。
【００３１】
一方、同期機無効電力Ｑは比較器６３に入力され、比較器６３で同期機３の励磁状態が判定されて励磁判定信号ＰＯＬQが作成される。励磁状態が強めの場合には励磁判定信号ＰＯＬQが正（Ｐos）となり、励磁状態が弱めの場合には励磁判定信号ＰＯＬQが負（Ｎeg）となる。演算器５８の出力には演算器６４で反転された信号も用意されており、スイッチ６２で励磁判定信号ＰＯＬQの正／負に基いて演算器５８の出力が選択され、過電流抑制信号ΔＥOCLが図３４のスイッチ３２を介して加減算器１６へ与えられる。
【００３２】
図４３は過電流制限回路２４の挙動の一例を示す説明図である。動作点Ｅ１において、同期機３の出力増加が行われ、動作点Ｅ２で同期機電流Ｉｇが過電流制限値Ｉｆ*OCD以上（同期機電流Ｉｇ≧過電流制限値Ｉｆ*OCD）となった場合、同期機電流Ｉｇが同期機電流指令Ｉｇ*OCLで与えられる動作点Ｅ３へ引き戻される。また、動作点Ｅ４において、同期機の出力増加が行われ、動作点Ｅ５で同期機電流Ｉｇが過電流制限値Ｉｆ*OCD以上（同期機電流Ｉｇ≧過電流制限値Ｉｆ*OCD）となった場合、同期機電流Ｉｇが同期機電流指令Ｉｇ*OCLで与えられる動作点Ｅ６へ引き戻される。
【００３３】
かくして、同期機３が強め励磁状態で過電流に至った場合には励磁が弱められ、弱め励磁状態で過電流に至った場合には励磁が強められて、同期機電流Ｉｇの引き戻し目標である同期機電流指令Ｉｇ*OCLと同期機電流Ｉｇとの偏差ΔＩｇが最小となるように制御される。
【００３４】
これら過励磁制限回路２１、遅れ無効電力制限回路２２、不足励磁制限回路２３、過電流制限回路２４による制限制御は、同期機の励磁方式や同期機の運用あるいはプラント運用の関係から、以下のような組合せで使用される場合が多い。
【００３５】
過励磁制限と不足励磁制限との組合せ、つまり、図３４のスイッチ２６とスイッチ３０とをオンする。過励磁制限と不足励磁制限と過電流制限との組合せ、つまり、スイッチ２６とスイッチ３０とスイッチ３２とをオンする。遅れ無効電力制限と不足励磁制限との組合せ、つまり、スイッチ２８とスイッチ３０とをオンする。遅れ無効電力制限と不足励磁制限と過電流制限との組合せ、つまり、スイッチ２８とスイッチ３０とスイッチ３２とをオンする。
【特許文献１】特開平５−３１６６５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３６】
しかしながら、従来の励磁制御装置では、過励磁制限制御において、過励磁制限値Ｉｆ*OEDの値が表示器１０の能力曲線Ａ上に表示されておらず、運転員が現運転点において、これからどの程度、強め励磁を行うことができるのかが直接的に判り難い。また、遅れ無効電力制限制御において、発電機能力曲線の内側にＱOQLの値が表示器１０の能力曲線上に表示されておらず、運転員が現運転点において、これからどの程度、遅れ無効電力制御を行うことができるのかが直接的に判り難い。
【００３７】
不足励磁制限制御において、同期機無効電流指令Ｉｑ*の値が表示器１０の能力曲線上に表示されておらず、運転員が現運転点において、これからどの程度進相無効電力を出力することができるのかが直接的に判り難い。過電流制限において、過電流検出Ｉｇ*OCDの値が表示器の能力曲線上に表示されておらず、運転員が現運転点において、これからどの程度、同期機出力の増加を行うことができるのかが直接的に判り難い。
【００３８】
本発明の目的は、同期機の能力曲線や現運転点に加え、各種制限制御の検出点を能力曲線や現運転点に重ねて表示できる同期機の励磁制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００３９】
本発明の同期機の励磁制御装置は、電力系統に接続された同期機の界磁巻線を励磁する電力変換器と、同期機の電圧が目標値となるよう電力変換器を操作するとともに同期機の界磁電流から同期機が過励磁状態になったことを検出したときは界磁電流を制限する制御装置と、同期機の運転能力範囲と前記制御装置で演算した同期機の有効電力及び無効電力を表示する表示器とを有する同期機の励磁制御装置において、前記制御装置は、同期機の有効電力と無効電力との次元に換算した界磁電流の制限検出値を計算し、同期機の運転能力範囲、同期機の有効電力及び無効電力、同期機の有効電力及び無効電力の次元に換算した界磁電流の制限検出値を前記表示器に表示することを特徴とする。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、同期機の能力曲線や現運転点に加え、各種制限制御の検出点を能力曲線や現運転点に重ねて表示できる同期機の励磁制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態における同期機の励磁制御装置の構成図である。この第１の実施の形態は、図３３に示した従来例に対し、制御装置９で算出した有効電力／無効電力座標系（ＰＱ座標系）に換算したＰＱ換算過励磁制限値Ｉｆ*OED-PQを表示器１０へ出力し表示するようにしたものである。図３３と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００４２】
図１において、制御装置９は、同期機３の有効電力Ｐと無効電力Ｑとの次元に換算した界磁電流の制限検出値Ｉｆ*OED-PQを計算して、有効電力Ｐと無効電力Ｑに加えて表示器１０に出力する。表示器１０は、同期機の運転能力範囲、同期機の有効電力及び無効電力、同期機の有効電力及び無効電力の次元に換算した界磁電流の制限検出値Ｉｆ*OED-PQを表示する。
【００４３】
図２は第１の実施の形態における制御装置９の構成図である。図３４に示した従来例に対し、過励磁制限回路２１の演算器２５に同期機電圧Ｖｇが入力されている点及び演算器２５から界磁電流の制限検出値Ｉｆ*OED-PQが表示器１０に出力されている点が異なる。また、図２では、遅れ無効電力制限回路２２、不足励磁制限回路２３、過電流制限回路２４の図示を省略している。図３４と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００４４】
第１の実施の形態では、過励磁制限回路２１の演算器２５の入力に同期機電圧Ｖｇを加え、演算器２５で算出した有効電力／無効電力座標系（ＰＱ座標系）に換算したＰＱ換算過励磁制限値Ｉｆ*OED-PQを表示器１０へ与えるようにしている。
【００４５】
図３は、第１の実施の形態における過励磁制限を行う演算器２５の構成図である。図３６に示した従来例に対し、同期機電圧Ｖｇを演算器６８に入力すると共に、新たに定格設定器６５、インピーダンス設定器６６、電流設定器６７、演算器６８を設け、演算器６８からＰＱ換算過励磁制限値Ｉｆ*OED-PQを表示器１０へ与えるようにしたものである。図３６と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００４６】
定格設定器６５には同期機３の定格有効電力Ｐｒと定格無効電力Ｑｒとが設定され、インピーダンス設定器６６には同期機３の同期インピーダンスＸｄが設定される。また、電流設定器６７には同期機３の定格界磁電流Ｉｆｒが設定される。演算器６８は、電流設定器３８で与えられた過励磁制限値Ｉｆ*OED、同期機電圧Ｖｇ、定格有効電力Ｐｒ及び定格無効電力Ｑｒ、同期インピーダンスＸｄ、定格界磁電流Ｉｆｒに基づいて、ＰＱ換算過励磁制限値Ｉｆ*OED-PQを算出し、表示器１０へ出力する。
【００４７】
一般に、同期機３の界磁電流Ｉｆの大きさと同期機３の出力の大きさとを一義的に関係付けることが困難であることから、同期機３の能力曲線Ａ上には、界磁電流Ｉｆの大きさが表現されていない。しかしながら、ある仮定をおくことによって、同期機３の界磁電流Ｉｆの大きさと同期機３の出力の大きさを関係付けることが可能となる。以下、この説明を行う。
【００４８】
図４は同期機３の内部誘起電圧をベースにした等価回路の回路図である。図４に示すように、系統に接続された同期機３は、一般に、界磁電流Ｉｆによって誘起される同期機内部誘起電圧Ｖｇｆと系統電圧ＶＬとの電位差によって同期機電流Ｉｇが出力されていると解釈できる。
【００４９】
図５は、同期機電圧Ｖｇとして同期機定格電圧を印加し同期機３の内部誘起電圧Ｖｇｆを同期機電圧Ｖｇと同相とした場合の等価回路の回路図である。同期機３の内部誘起電圧Ｖｇｆを同期機電圧Ｖｇと同相とした場合、同期機電流Ｉｇは無効電流成分Ｉｄだけとなり、その大きさは、次式で与えられる。  
Ｉｇ＝Ｉｄ＝（Ｖｇｆ−Ｖｇ）／Ｘｄ  …（１）  
上式は、内部誘起電圧Ｖｇｆが界磁電流Ｉｆによって誘起されること、界磁電流Ｉｆをアドミタンス座標系（１／Ｘ座標系、あるいは｛Ｐ／（Ｖｇ）2｝−｛Ｑ／（Ｖｇ）2｝座標系）で表すことが可能であることを示唆するものである。
【００５０】
図６は、図５において内部誘起電圧Ｖｇｆを（Ｖｇｆ＝０）とした場合の等価回路の回路図である。この場合、同期機電流Ｉｇの大きさは、次式で与えられる。  
Ｉｇ＝Ｉｄ＝−Ｖｇ／Ｘｄ  …（２）  
これは内部誘起電圧Ｖｇｆの原点すなわち界磁電流Ｉｆの原点が、アドミタンス座標系において無効成分に−１／Ｘｄだけ降りた所にあることを示すものである。
【００５１】
図７は、アドミタンス座標系で表した界磁電流Ｉｆの様子を示す特性図である。運転点Ａ０は同期機３の定格運転点を示している。同期機３の定格有効電力をＰｒ／（Ｖｇ）2、定格無効電力をＱｒ／（Ｖｇ）2、定格皮相電力をＶＡｒ／（Ｖｇ）2で示している。界磁電流Ｉｆの原点は前述したように、無効成分（Ｑ／（Ｖｇ）2軸）から−１／Ｘｄだけ降りた所である。
【００５２】
図７に示すように、アドミタンス座標系で表した同期機定格界磁電流Ｉｆｒ-PQは、（０、−１／Ｘｄ）を原点として、定格運転点Ａ０までの大きさとして与えられる。このように、アドミタンス座標系を使うことにより、界磁電流Ｉｆは有効電力／無効電力を基底にしたＰＱ換算値に置き換えられる。一般に、ＰＱ換算過励磁制限値Ｉｆ*OED-PQは、Ｉｆ*OED-PQ＝α（Ｉｆｒ-PQ）：（α＝１以上）であるため、図７のような、能力曲線の外側の値として与えられる。また、その範囲は、図７に示すように、（０、−１／Ｘｄ）を原点として半径Ｉｆ*OED-PQの円として与えられる。
【００５３】
これらのことを考慮して、以下、本発明の第１の実施の形態における作用を説明する。図３に示した演算器２５における電流設定器３８より演算器６８へ過励磁制限値Ｉｆ*OEDが与えられる。さらに、演算器６８へは、同期機電圧Ｖｇ、定格設定器６５より同期機の定格有効電力Ｐｒと定格無効電力Ｑｒ、インピーダンス設定器６６より同期機の同期インピーダンスＸｄ、電流設定器６７から同期機の定格界磁電流Ｉｆｒが与えられる。演算器６８では、図７に示すように、ＰＱ換算過励磁制限値Ｉｆ*OED-PQを次式の如くに算出する。  
Ｐｒ-1/X＝Ｐｒ／（Ｖｇ）2        …（３）
Ｑｒ-1/X＝Ｑｒ／（Ｖｇ）2        …（４）
Ｉｆｒ-PQ＝［（Ｐｒ-1/X）2＋｛Ｑｒ-1/X＋（1／Xd）｝2］1/2  …（５）
Ｉｆ*OED-PQ＝（Ｉｆ*OED／Ｉｆｒ）・Ｉｆｒ-PQ          …（６）
このＰＱ換算過励磁制限値Ｉｆ*OED-PQを表示器１０へ与える。すなわち、図２に示すように、制御装置９より表示器１０に、同期機の有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、ＰＱ換算過励磁制限値Ｉｆ*OED-PQを与えることになるため、表示器１０では同期機３の能力曲線Ａ、現運転点及びＰＱ換算過励磁制限値Ｉｆ*OED-PQを重ねて表示することが可能となる。
【００５４】
図８は本発明の第１の実施の形態を適用した場合の表示器１０の表示例の説明図である。従来例の図３５に比べ、ＰＱ換算過励磁制限値Ｉｆ*OED-PQが重ねられている。このＰＱ換算過励磁制限値Ｉｆ*OED-PQの範囲は、式（３）〜（６）からも判るように、同期機電圧Ｖｇが小のときは広く、同期機電圧Ｖｇが大のときは狭くなるという特性を示す。このように、同期機電圧Ｖｇの大きさによって時々刻々と変化するＰＱ換算過励磁制限値Ｉｆ*OED-PQを同期機３の能力曲線Ａ及び現運転点Ａ０と重ねて表示することにより、運転員が現運転点Ａ０において、これからどの程度、強め励磁を行うことができるのかが直接的に判るようになる。
【００５５】
本発明の第１の実施の形態によれば、運転員が現運転点Ａ０において、これからどの程度、強め励磁を行うことができるのかが直接的に判るようになり、強め励磁状態における同期機無効電力の正確な監視や、次への運転移行判断が容易にできるようになる。特に、過励磁検出が同期機能力曲線の内側にあるようなとき、すなわち初期状態が強め励磁状態で、さらに強め励磁を強いられるときにこの効果は大となる。
【００５６】
（第２の実施の形態）
図９は本発明の第２の実施の形態における同期機の励磁制御装置の構成図である。この第２の実施の形態は、図３３に示した従来例に対し、制御装置９で算出した遅れ無効電力制限値Ｑ*OQDを表示器１０へ出力し表示するようにしたものである。図３３と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００５７】
図９において、制御装置９は、無効電力を制限する遅れ無効電力制限値Ｑ*OQDを算出し、有効電力Ｐと無効電力Ｑに加えて表示器１０に出力する。表示器１０は、遅れ無効電力制限値Ｑ*OQD、同期機の能力曲線、現状の運転点を表示する。
【００５８】
図１０は第２の実施の形態における制御装置９の構成図である。図３４に示した従来例に対し、遅れ無効電力制限回路２２の演算器２７から遅れ無効電力制限値Ｑ*OQDが表示器１０に出力されている点が異なる。また、図１０では、過励磁制限回路２１、不足励磁制限回路２３、過電流制限回路２４の図示を省略している。図３４と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００５９】
図１１は第２の実施の形態における遅れ無効電力制限を行う演算器２７の構成図である。図３８に示した従来例に対し、遅れ無効電力制限を行う演算器２７の入力に同期機有効電力Ｐと同期機無効電力Ｑとを与える点は同じであるが、演算器２７の加減算器４５で算出した遅れ無効電力制限値Ｑ*OQDを表示器１０へ与えるようにした点が異なる。図３８と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００６０】
遅れ無効電力制限回路２２の同期機無効電力指令値Ｑ*OQLは一般的に次式で与えられる。ａ、ｂは同期機の能力曲線と定態安定度曲線から決定される定数である。  
Ｑ*OQL＝ａ−ｂＰ  …（７）
また、同期機遅れ無効電力指令値Ｑ*OQDは次式で与えられる。αは同期機無効電力指令値Ｑ*OQLのα分追加された定数である。  
Ｑ*OQD＝（１＋α）×Ｑ*OQL
＝（１＋α）×（ａ−ｂＰ）  …（８）
この（６）式で与えられた遅れ無効電力制限値Ｑ*OQDを、図１１の能力曲線上に示す表示器１０へ与えることになる。
【００６１】
図１２は本発明の第２の実施の形態を適用した場合の表示器１０の表示例の説明図である。従来例の図３５に比べ、遅れ無効電力制限値Ｑ*OQDが重ねられている。遅れ無効電力制限値Ｑ*OQDを同期機の能力曲線Ａ及び現運転点Ａ０と重ねて表示することにより、運転員が現運転点Ａ０において、これからどの程度、遅れ無効電力を出力することができるのかが直接的に判るようになる。
【００６２】
本発明の第２の実施の形態によれば、運転員が現運転点において、これからどの程度、遅れ無効電力出力を行うことができるのかが直接的に判るようになり、遅れ無効電力状態における同期機無効電力の正確な監視や次への運転移行判断が容易にできるようになる。
【００６３】
（第３の実施の形態）
図１３は本発明の第３の実施の形態における同期機の励磁制御装置の構成図である。この第３の実施の形態は、図３３に示した従来例に対し、制御回路９で算出した有効電力／無効電力座標系（ＰＱ座標系）に換算した同期機進相無効電力制限値Ｑ*UELを表示器１０へ出力し表示するようにしたものである。図３３と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００６４】
図１４は第３の実施の形態における制御装置９の構成図である。図３４に示した従来例に対し、不足励磁制限回路２３の演算器２９で算出した有効電力／無効電力座標系（ＰＱ座標系）に換算した同期機進相無効電力制限値Ｑ*UELが表示器１０に出力されている点が異なる。また、図１４では、過励磁制限回路２１、遅れ無効電力制限回路２２、過電流制限回路２４の図示を省略している。図３４と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００６５】
図１５は第３の実施の形態における不足励磁制限を行う演算器２９の構成図である。図４０に示した従来例に対し、同期機進相無効電流指令Ｉｑ*と同期機発電機電圧Ｖｇとを入力し、同期機進相無効電力制限値Ｑ*UELを算出する演算器６９を設け、同期機進相無効電力制限値Ｑ*UELを表示器１０へ出力するようにした点が異なる。図４０と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００６６】
不足励磁制限制御回路２３における同期機進相無効電流指令Ｉｑ*は一般に次式で与えられる。  
Ｉｑ*＝−ａ×Ｖｇ＋ｂ×Ｉｐ  …（９）
ここで、ａ、ｂは、同期機の能力曲線と定態安定度曲線とから決定される定数である。上式において、Ｉｑ*＝Ｑ*／Ｖｇ、Ｉｐ＝Ｐ／Ｖｇとおき、両辺にＶｇを乗じると下式が得られる。  
Ｑ*＝−ａ×Ｖｇ2＋ｂ×Ｐ  …（１０）
従って、同期機進相無効電力制限値Ｑ*UELを有効電力／無効電力座標系（ＰＱ座標系）に表現することが可能となる。
【００６７】
これらのことを考慮して、本発明の第３の実施の形態における作用を図１５を参照して説明する。電流設定器５０より演算器６９へ同期機進相無効電流指令Ｉｑ*を与える。さらに、演算器６９へは同期機発電機電圧Ｖｇが与えられる。演算器６９は同期機進相無効電力制限値Ｑ*UELを次式の如く算出する。  
Ｑ*UEL＝Ｉｑ*×Ｖｇ  …（１１）
この同期機進相無効電力制限値Ｑ*UELを表示器１０へ与える。すなわち、図１４に示すように、制御装置９より表示器１０へ同期機の有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、同期機進相無効電力制限値Ｑ*UELを与えることになるため、表示器１０では同期機の能力曲線、現運転点及び同期機進相無効電力制限値Ｑ*UELを重ねて表示することが可能となる。
【００６８】
図１６は本発明の第３の実施の形態を適用した場合の表示器１０の表示例を示す説明図である。同期機進相無効電力制限値Ｑ*UELの範囲は、式（１１）からも判るように、同期機電圧Ｖｇの大きさによって次々刻々と変化することから、同期機の能力曲線Ａ及び現運転点Ａ０と重ねて表示することにより、運転員が現運転点において、これからどの程度進相無効電力を出力することができるのかが、直接的に判るようになる。
【００６９】
本発明の第３の実施の形態によれば、運転員が現運転点において、これからどの程度進相無効電力を出力することができるのかが直接的に判るようになり、進相領域での運転における運転員の正確な監視や次への運転移行判断ができるようになる。
【００７０】
（第４の実施の形態）
図１７は本発明の第４の実施の形態における同期機の励磁制御装置の構成図である。この第４の実施の形態は、図３３に示した従来例に対し、制御装置９で算出した有効電力／無効電力座標系（ＰＱ座標系）に換算した過電流検出皮相電力ＶＡ*OCDを表示器１０へ出力し表示するようにしたものである。図３３と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００７１】
図１８は第４の実施の形態における制御装置９の構成図である。図３４に示した従来例に対し、過電流制限回路２４の演算器３１に同期機電圧Ｖｇを入力し、この過電流制限回路２４の演算器３１から有効電力／無効電力座標系（ＰＱ座標系）に換算した過電流検出皮相電力ＶＡ*OCDが表示器１０に出力されている点が異なる。また、図１８では、過励磁制限回路２１、遅れ無効電力制限回路２２、不足励磁制限回路２３の図示を省略している。図３４と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００７２】
図１９は第４の実施の形態における過励磁制限を行う演算器３１の構成図である。図４２に示した従来例に対し、加減算器６０で与えられた過電流検出Ｉｇ*OCDと同期機電圧Ｖｇとから過電流検出皮相電力ＶＡ*OCDを算出する演算器７０を設け、過電流検出皮相電力ＶＡ*OCDで算出された過電流検出皮相電力ＶＡ*OCDを表示器１０へ表示するようにしたものである。図４２と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００７３】
一般に、従来例の図４３で示した過電流検出Ｉｇ*OCDは、同期機電圧Ｖｇが定格（Ｖｇ＝１）の状態を基底にして決定される場合が多い。これは、その基となる過電流状態になった場合の同期機電流の引き戻し目標である同期機電流指令Ｉｇ*OCLが、同期機電圧Ｖｇが定格の状態を基底にして、同期機能力曲線の輪郭として与えられることに起因している。すなわち、過電流検出Ｉｇ*OCDが次式により決定されるからである。  
ＶＡｒ＝（Ｐｒ2＋Ｑｒ2）1/2（ただし、Ｖｇ＝１）  …（１２）
Ｉｇ*OCL＝ＶＡｒ／Ｖｇ  （ただし、Ｖｇ＝１）  …（１３）
Ｉｇ*OCD＝Ｉｇ*OCL＋ΔＩｇ*OCD  （ただし、Ｖｇ＝１）  …（１４）
ここで、Ｐｒは同期機定格有効電力、Ｑｒは同期機定格無効電力、ＶＡｒは同期機定格皮相電力、ΔＩｇ*OCDは過電流検出増分である。
【００７４】
しかしながら、同期機の運転状態によっては必ずしも同期機電圧Ｖｇが定格ではなく、その前後を増減させながら使用されることがある。一方、過電流検出Ｉｇ*OCDは同期機の運転状態によらず固定された値である。従って、固定された過電流検出Ｉｇ*OCDによって与えられる過電流検出皮相電力ＶＡ*OCDは、次式で示される。  
ＶＡ*OCD＝Ｉｇ*OCD・Ｖｇ（ただし、Ｖｇは可変）  …（１５）
このようにして、現運転点における過電流検出Ｉｇ*OCDを、ＰＱ座標系へ換算することが可能となる。
【００７５】
本発明の第４の実施の形態では、図１９に示すように、加減算器６０より演算器７０へ過電流検出Ｉｇ*OCDを与える。さらに、演算器７０へは同期機電圧Ｖｇを与え、過電流検出皮相電力ＶＡ*OCDを式（１５）の如くに算出する。そして、この過電流検出皮相電力ＶＡ*OCDを表示器１０へ与える。
【００７６】
このように、本発明の第４の実施の形態では、制御装置９より表示器１０へ同期機の有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、過電流検出皮相電力ＶＡ*OCDを与えることになるため、表示器１０では同期機の能力曲線、現運転点及び過電流検出皮相電力ＶＡ*OCDを重ねて表示することが可能となる。
【００７７】
図２０は本発明の第４の実施の形態を適用した場合の表示器１０の表示例を示す説明図である。公知技術の図３５に比べ、過電流検出皮相電力ＶＡ*OCDが重ねられている。この過電流検出皮相電力ＶＡ*OCDの範囲は、式（１５）からも判るように、同期機電圧Ｖｇが大の時は広く、同期機電圧Ｖｇが小のときは狭くなるという特性を示す。このように、同期機電圧Ｖｇの大きさによって時々刻々と変化する過電流検出皮相電力ＶＡ*OCDを同期機の能力曲線Ａ及び現運転点Ａ０と重ねて表示することにより、運転員が現運転点Ａ０において、これからどの程度、同期機出力の増加を行うことができるのかが、直接的に判るようになる。
【００７８】
本発明の第４の実施の形態によれば、運転員が現運転点Ａ０において、これからどの程度、同期機出力の増加を行うことができるのかが直接的に判るようになり、出力増加状態における同期機出力の正確な監視や次への運転移行の判断が容易にできるようになる。特に、高有効電力かつ高力率の運転領域において、過電流検出が同期機能力曲線の内側にあるようなとき、すなわち初期状態が電圧低め状態で、さらに出力増加を強いられるときにこの効果は大となる。
【００７９】
（第５の実施の形態）
図２１は本発明の第５の実施の形態における同期機の励磁制御装置の構成図である。この第５の実施の形態は、図３３に示した従来例に対し、制御装置９で算出した過励磁状態を検出するためのＰＱ換算過励磁制限値Ｉｆ*OED-PQと、不足励磁状態を検出するための同期機無効電力指令Ｑ*UELとを表示器１０へ出力し表示するようにしたものである。図３３と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００８０】
図２２は第５の実施の形態における制御装置９の構成図である。図３４に示した従来例に対し、過励磁制限回路２１の演算器２５からＰＱ換算過励磁制限検出値Ｉｆ*OED-PQが表示器１０に出力され、不足励磁制限回路２３の演算器２９から不足励磁状態の検出値である同期機進相無効電力制限値Ｑ*UELが表示器１０に出力されている点が異なる。また、図２２では、遅れ無効電力制限回路２２、過電流制限回路２４の図示を省略している。図３４と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００８１】
前述したように、過励磁制限と不足励磁制限とは組み合せて使用される場合が多い。本発明の第５の実施の形態では、過励磁制限と不足励磁制限とを組み合せて使用する。
【００８２】
図２３は本発明の第５の実施の形態を適用した場合の表示器１０の表示例を示す説明図である。第１の実施の形態の図８に比べ、ＰＱ換算過励磁制限値Ｉｆ*OED-PQに加え、第３の実施の形態で示した不足励磁状態の検出値である同期機無効電力制限値Ｑ*UELも重ねられている。第１の実施の形態及び第３の実施の形態でも説明したように、この二つの値によって示される範囲は、同期機電圧Ｖｇの大きさによって、広くなったり狭くなったりするという特性を示す。
【００８３】
このように、同期機電圧Ｖｇの大きさによって時々刻々と変化するＰＱ換算過励磁制限値Ｉｆ*OED-PQ及び不足励磁状態の検出値である同期機無効電力制限値Ｑ*UELを、能力曲線Ａ及び現運転点Ａ０と重ねて表示することにより、運転員が現運転点において、これからどの程度、強め励磁を行うことができるのか、及びこれからどの程度、弱め励磁を行うことができるのかが直接的に判るようになる。特に、図２３に示すように、現運転点がＡ０点、Ｂ０点、Ｃ０点、Ｄ０点へと移行していくような、すなわち無効電力供給限界の近傍を行き来するような運転を強いられる場合、実用上の無効電力供給の上下限を判断することが容易となる。
【００８４】
本発明の第５の実施の形態によれば、運転員が現運転点において、これからどの程度、強め励磁を行うことができるのか、及びこれからどの程度、弱め励磁を行うことができるのかが直接的に判るようになり、強め励磁状態及び弱め励磁状態における同期機無効電力の正確な監視や次への運転移行判断が容易にできるようになる。特に、無効電力供給限界の近傍を行き来するような運転を強いられる場合、実用上の無効電力供給の上下限を判断することが容易となるため、同期機を制限制御にかけることなく継続的に運転させることに寄与することができる。
【００８５】
（第６の実施の形態）
図２４は本発明の第６の実施の形態における同期機の励磁制御装置の構成図である。この第６の実施の形態は、図３３に示した従来例に対し、制御装置９で算出した遅れ無効電力制限値Ｑ*OQDと、不足励磁状態を検出するための同期機無効電力指令Ｑ*UELとを表示器１０へ出力し表示するようにしたものである。図３３と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００８６】
図２５は第６の実施の形態における制御装置９の構成図である。図３４に示した従来例に対し、遅れ無効電力制限回路２２の演算器２７から遅れ無効電力制限値Ｑ*OQDが表示器１０に出力され、不足励磁制限回路２３の演算器２９で算出した有効電力／無効電力座標系（ＰＱ座標系）に換算した同期機進相無効電力制限値Ｑ*UELが表示器１０に出力されている点が異なる。また、図２５では、過励磁制限回路２１、過電流制限回路２４の図示を省略している。図３４と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００８７】
前述したように、遅れ無効電力制限と不足励磁制限とは組み合せて使用される場合が多い。本発明の第６の実施の形態は、遅れ無効電力制限と不足励磁制限と組み合わせて使用する。
【００８８】
図２６は本発明の第６の実施の形態を適用した場合の表示器１０の表示例を示す説明図である。第２の実施の形態の図１２に比べ、遅れ無効電力制限値Ｑ*OQDに加え、不足励磁状態の制限値である同期機進相無効電力制限値Ｑ*UELも重ねられている。第２の実施の形態及び第３の実施の形態でも説明したように、この二つの値によって示される範囲は、同期機電圧Ｖｇの大きさによって、広くなったり狭くなったりするという特性を示す。このように、同期機電圧Ｖｇの大きさによって時々刻々と変化する遅れ無効電力制限値Ｑ*OQD及び同期機進相無効電力制限値Ｑ*UELを能力曲線Ａ及び現運転点Ａ０と重ねて表示することにより、運転員が、現運転点において、これからどの程度、強め励磁を行うことができるのか、及びこれからどの程度、弱め励磁を行うことができるのかが直接的に判るようになる。
【００８９】
特に、図２６に示すように、現運転点がＡ０点、Ｂ０点、Ｃ０点、Ｄ０点へと移行していくような無効電力供給限界の近傍を行き来するような運転を強いられる場合、実用上の無効電力供給の上下限を判断することが容易となる。
【００９０】
本発明の第６の実施の形態によれば、運転員が、現運転点において、これからどの程度、強め励磁を行うことができるのか、及びこれからどの程度、弱め励磁を行うことができるのかが直接的に判るようになり、強め励磁状態及び弱め励磁状態における同期機無効電力の正確な監視や次への運転移行判断が容易にできるようになる。特に、無効電力供給限界の近傍を行き来するような運転を強いられる場合この効果は大となる。
【００９１】
（第７の実施の形態）
図２７は本発明の第７の実施の形態における同期機の励磁制御装置の構成図である。この第７の実施の形態は、図３３に示した従来例に対し、制御回路９で算出した過励磁状態の検出値であるＰＱ換算過励磁制限値Ｉｆ*OED-PQと、不足励磁状態の検出値である同期機進相無効電力制限値Ｑ*UELと、過電流状態の制限値であるＰＱ換算過電流制限値Ｉｇ*OCD-PQとを表示器１０へ出力し表示するようにしたものである。図３３と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００９２】
図２８は第７の実施の形態における制御装置９の構成図である。図３４に示した従来例に対し、演算器２５で算出した過励磁状態の検出値であるＰＱ換算過励磁制限値Ｉｆ*OED-PQと、演算器２９で算出した不足励磁状態の検出値である同期機進相無効電力制限値Ｑ*UELと、演算器３１で算出した過電流状態の検出値であるＰＱ換算過電流制限値Ｉｇ*OCD-PQとが表示器１０に出力されている点が異なる。また、図２８では遅れ無効電力制限回路２２の図示を省略している。図３４と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００９３】
前述したように、遅れ無効電力制限、不足励磁制限、過電流制限の三者は組み合せて使用される場合が多い。本発明の第７の実施の形態では、遅れ無効電力制限、不足励磁制限、過電流制限の三者を組み合わせて使用する。
【００９４】
前述したように、過励磁制限、不足励磁制限、過電流制限の三者は組み合せて使用される場合が多い。本発明の第７実施の形態では、過励磁制限、不足励磁制限、過電流制限の三者を組み合わせて使用する。
【００９５】
図２９は本発明の第７の実施の形態を適用した場合の表示器１０の表示例を示す説明図である。第５の実施の形態の図２３に比べ、過電流状態の検出値であるＰＱ換算過電流制限値Ｉｇ*OCD-PQが追加されて過励磁状態の検出値であるＰＱ換算過励磁制限値Ｉｆ*OED-PQと、不足励磁状態の検出値である同期機進相無効電力制限値Ｑ*UELとが重ねられて表示されている。第１の実施の形態、第３の実施の形態及び第４の実施の形態で説明したように、この三つの値によって示された範囲は、同期機電圧Ｖｇの大きさによって、広くなったり狭くなったりするという特性を示す。このように、同期機電圧Ｖｇの大きさによって次々刻々と変化するＰＱ換算過励磁制限値Ｉｆ*OED-PQと、不足励磁状態の検出値である同期機進相無効電力制限値Ｑ*UELと、過電流状態の検出値であるＰＱ換算過電流制限値Ｉｇ*OCD-PQを能力曲線及び現運転点と重ねて表示することにより、運転員が現運転点において、これからどの程度、強め励磁を行うことができるのか、及びこれからどの程度、弱め励磁を行うことができるのかが直接的にわかるようになる。
【００９６】
特に、図２９に示すように、現運転点がＡ０点、Ｂ０点、Ｃ０点、Ｄ０点へと移行していくような高有効電力や高力率領域において無効電力供給限界近傍を行き来するような運転を強いられる場合、実用上の無効電力供給の上下限を判断することが容易となる。
【００９７】
本発明の第７の実施の形態によれば、運転員が現運転点において、これからどの程度、強め励磁を行うことができるのか、及びこれからどの程度、弱め励磁を行うことができるのかが直接的に判るようになり、強め励磁状態及び弱め励磁状態における同期機無効電力の正確な監視や次への運転移行判断が容易にできるようになる。特に、高有効電力や高力率領域において無効電力供給限界の近傍を行き来するような運転を強いられる場合にこの効果は大となる。
【００９８】
（第８の実施の形態）
図３０は本発明の第８の実施の形態における同期機の励磁制御装置の構成図である。この第８の実施の形態は、図３３に示した従来例に対し、制御装置９で算出した遅れ無効電力制限の検出値であるＱ*OQDと、不足励磁制限の検出値であるＱ*UELと、過電流状態の検出値である過電流検出皮相電力ＶＡ*OCDとを表示器１０へ出力し表示するようにしたものである。図３３と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００９９】
図３１は第８の実施の形態における制御装置９の構成図である。図３４に示した従来例に対し、演算器２７で算出した過励磁状態の検出値である遅れ無効電力制限検出値Ｑ*OQDと、演算器２９で算出した不足励磁制限の検出値である不足励磁制限検出値Ｑ*UELと、演算器３１で算出した過電流状態の検出値である過電流検出皮相電力ＶＡ*OCDとが表示器１０に出力されている点が異なる。また、図３１では過励磁制限回路２１の図示を省略している。図３４と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【０１００】
前述したように、遅れ無効電力制限、不足励磁制限、過電流制限の三者は組み合せて使用される場合が多い。本発明の第８の実施の形態では、遅れ無効電力制限、不足励磁制限、過電流制限の三者を組み合わせて使用する。
【０１０１】
図３２は本発明の第８の実施の形態を適用した場合の表示器１０の表示例を示す説明図である。第６の実施の形態の図２６に比べ、遅れ無効電力制限検出値Ｑ*OQDと、不足励磁制限検出値Ｑ*UELとに加え、過電流状態の検出値である過電流検出皮相電力ＶＡ*OCDも重ねられている。第２の実施の形態及び第６の実施の形態でも説明したように、この三つの値によって示される範囲は、同期機電圧Ｖｇの大きさによって、広くなったり狭くなったりするという特性を示す。このように、遅れ無効電力制限検出値Ｑ*OQDと、同期機電圧Ｖｇの大きさによって時々刻々と変化する不足励磁制限検出値Ｑ*UELと過電流検出皮相電力ＶＡ*OCDとの三者を、能力曲線及Ａび現運転点Ａ０と重ねて表示することにより、運転員が現運転点Ａ０において、これからどの程度、強め励磁を行うことができるのか、及びこれからどの程度、弱め励磁を行うことができるのか、さらにはこれからどの程度、同期機出力の増加を行うことができるのかが直接的に判るようになる。
【０１０２】
特に、図３２に示すように、現運転点がＡ０点、Ｂ０点、Ｃ０点、Ｄ０点、Ｅ０点へと移行していくような無効電力供給限界の近傍及び高有効電力かつ高力率の領域を行き来するような運転を強いられる場合に、実用上の有効電力及び無効電力供給の上下限を判断することが容易となる。
【０１０３】
本発明の第８の実施の形態によれば、運転員が現運転点において、これからどの程度、強め励磁を行うことができるのか、及びこれからどの程度、弱め励磁を行うことができるのか、さらにはこれからどの程度、同期機出力の増加を行うことができるのかが直接的に判るようになり、強め励磁状態及び弱め励磁状態ならびに高有効電力かつ高力率の状態における同期機有効電力／無効電力の正確な監視，次への運転移行判断が容易にできるようになる。特に、無効電力供給限界の近傍及び高有効電力かつ高力率の領域を行き来するような運転を強いられる場合、実用上の有効電力及び無効電力供給の上下限を判断することが容易となるため、同期機を制限制御にかけることなく、継続的に運転させることに寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の第１の実施の形態における同期機の励磁制御装置の構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態における制御装置の構成図。
【図３】本発明の第１の実施の形態における過励磁制限を行う演算器の構成図。
【図４】同期機の内部誘起電圧をベースにした等価回路の回路図。
【図５】同期機電圧Ｖｇとして同期機定格電圧を印加し同期機の内部誘起電圧Ｖｇｆを同期機電圧Ｖｇと同相とした場合の等価回路の回路図。
【図６】図５において内部誘起電圧Ｖｇｆを（Ｖｇｆ＝０）とした場合の等価回路の回路図。
【図７】アドミタンス座標系で表した界磁電流Ｉｆの様子を示す特性図。
【図８】本発明の第１の実施の形態を適用した場合の表示器の表示例の説明図。
【図９】本発明の第２の実施の形態における同期機の励磁制御装置の構成図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態における制御装置の構成図。
【図１１】本発明の第２の実施の形態における遅れ無効電力制限を行う演算器の構成図。
【図１２】本発明の第２の実施の形態を適用した場合の表示器の表示例の説明図。
【図１３】本発明の第３の実施の形態における同期機の励磁制御装置の構成図。
【図１４】本発明の第３の実施の形態における制御装置の構成図。
【図１５】本発明の第３の実施の形態における不足励磁制限を行う演算器の構成図。
【図１６】本発明の第３の実施の形態を適用した場合の表示器の表示例を示す説明図。
【図１７】本発明の第４の実施の形態における同期機の励磁制御装置の構成図。
【図１８】本発明の第４の実施の形態における制御装置の構成図。
【図１９】本発明の第４の実施の形態における過励磁制限を行う演算器の構成図。
【図２０】本発明の第４の実施の形態を適用した場合の表示器の表示例を示す説明図。
【図２１】本発明の第５の実施の形態における同期機の励磁制御装置の構成図。
【図２２】本発明の第５の実施の形態における制御装置の構成図。
【図２３】本発明の第５の実施の形態を適用した場合の表示器の表示例を示す説明図。
【図２４】本発明の第６の実施の形態における同期機の励磁制御装置の構成図。
【図２５】本発明の第６の実施の形態における制御装置の構成図。
【図２６】本発明の第６の実施の形態を適用した場合の表示器の表示例を示す説明図。
【図２７】本発明の第７の実施の形態における同期機の励磁制御装置の構成図。
【図２８】本発明の第７の実施の形態における制御装置の構成図。
【図２９】本発明の第７の実施の形態を適用した場合の表示器の表示例を示す説明図。
【図３０】本発明の第８の実施の形態における同期機の励磁制御装置の構成図。
【図３１】本発明の第８の実施の形態における制御装置の構成図。
【図３２】本発明の第８の実施の形態を適用した場合の表示器の表示例を示す説明図。
【図３３】従来の同期機の励磁制御装置の構成図。
【図３４】従来の同期機の励磁制御装置における制御装置の構成図。
【図３５】従来の同期機の励磁制御装置における表示器に表示される同期機の能力曲線の説明図。
【図３６】従来の同期機の励磁制御装置における過励磁制限回路の演算器の構成図。
【図３７】従来の同期機の励磁制御装置における過励磁制限回路の挙動の一例を示す説明図。
【図３８】従来の同期機の励磁制御装置における遅れ無効電力制限回路の演算器の構成図。
【図３９】従来の同期機の励磁制御装置における遅れ無効電力制限回路の挙動の一例を示す説明図。
【図４０】従来の同期機の励磁制御装置における不足励磁制限回路の演算器の構成図。
【図４１】従来の同期機の励磁制御装置における不足励磁制限回路の挙動の一例を示す説明図。
【図４２】従来の同期機の励磁制御装置における過電流制限回路の演算器の構成図。
【図４３】従来の同期機の励磁制御装置における過電流制限回路の挙動の一例を示す説明図。
【符号の説明】
【０１０５】
１：電力系統、２：変圧器、３：同期機、４：変圧器、５：電力変換器、６：電圧検出器、７：電流検出器、８：電流検出器、９：制御装置、１０…表示器、
１１…電圧設定器、１２…加減算器、１３…加減算器、１４…加減算器、１５…加減算器、１６…加減算器、１７…演算器、１８…演算器、１９…変換器、２０…変換器、２１…過励磁制限回路、２２…遅れ無効電力制限回路、２３…不足励磁制限回路、２４…過電流制限回路、２５…演算器、２６…スイッチ、２７…演算器、２８…スイッチ、２９…演算器、３０…スイッチ、３１…演算器、３２…スイッチ、３３…電流設定器、３４…加減算器、３５…スイッチ、３６…演算器、３７…比較器、３８…電流設定器、３９…時間設定器、４０…無効電力設定器、４１…加減算器、４２…スイッチ、４３…演算器、４４…無効電力設定器、４５…加減算器、４６…比較器、４７…時間設定器、４８…変換器、４９…変換器、５０…電流設定器、５１…加減算器、５２…スイッチ、５３…演算器、５４…比較器、５５…電流設定器、５６…加減算器、５７…スイッチ、５８…演算器、５９…電流設定器、６０…加減算器、６１…比較器、６２…スイッチ、６３…比較器、６４…演算器、６５…定格設定器、６６…インピーダンス設定器、６７…電流設定器、６８…演算器、６９…演算器、７０…演算器
【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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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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