(57)【要約】【課題】同期発電機の界磁巻線がレアショートした場合などは、同期発電機の出力自体は正常値を示すが、界磁巻線がレアショートしているため、界磁電流がその分を補おうとして大きな値となり、同期発電機を損傷させる恐れがある。【解決手段】同期発電機１の出力電流ＩＧ及び出力電圧ＶＧを基にした検出値と同期発電機電気定数とにより同期発電機機の界磁電流または界磁電圧を演算し、この演算値と界磁電流または界磁電圧の実測値とを比較し、その差が許容範囲を超えた場合に同期発電機の異常と判断する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期機の出力電流及び出力電圧を基にした検出値と同期機電気定数とにより同期機の界磁電流を演算し、この演算値と界磁電流の実測値とを比較し、その差が許容範囲を超えた場合に同期機の異常と判断するようにしたことを特徴とする同期機の励磁制御装置。
【請求項２】
同期機の出力電流及び出力電圧を基にした検出値と同期機電気定数とにより同期機の界磁電圧を演算し、この演算値と界磁電圧の実測値とを比較し、その差が許容範囲を超えた場合に同期機の異常と判断するようにしたことを特徴とする同期機の励磁制御装置。
【請求項３】
同期機の出力電流及び出力電圧を基に算出した同期機の無効電力を検出値としたことを特徴とする請求項１または２記載の同期機の励磁制御装置。
【請求項４】
同期機の出力電流及び出力電圧を基に算出した同期機の無効電流を検出値としたことを特徴とする請求項１または２記載の同期機の励磁制御装置。
【請求項５】
同期機の出力電流及び出力電圧を基に算出した同期機の有効電力を検出値としたことを特徴とする請求項１または２記載の同期機の励磁制御装置。
【請求項６】
同期機の出力電流及び出力電圧を基に算出した同期機の有効電流を検出値としたことを特徴とする請求項１または２記載の同期機の励磁制御装置。
【請求項７】
同期機の出力電圧と同期機電気定数とにより同期機の界磁電圧を演算し、この演算値と界磁電圧の実測値とを比較し、その差が許容範囲を超えた場合に同期機の異常と判断するようにしたことを特徴とする同期機の励磁制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、同期機の励磁制御装置に関するもので、特に同期機が異常であることを判別する異常検出機能を備えた同期機の励磁制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
同期発電機の発電機電圧を一定に制御するために同期機の励磁制御装置が設けられている。この同期機の励磁制御装置は、同期発電機の出力電圧を検出し、電圧設定器で設定された設定電圧と比較し、その偏差が極小となるように自動電圧調整装置で電力変換器を制御する。電力変換器は自動電圧調整装置からの信号に応じて同期発電機の界磁巻線を励磁制御して同期発電機の出力電圧が一定になるように制御する。
電力変換器としては近年サイリスタ素子を用いたサイリスタ式電力変換器が多く用いられるようになってきている。
【０００３】
図５に従来の同期機の励磁制御装置を示す。１は同期発電機で、主変圧器２、系統並列用遮断器３を介して電力系統４に接続されている。５は同期発電機１の界磁巻線である。６は同期発電機１の出力電圧ＶＧを検出する計器用変圧器で、その２次側は自動電圧調整装置７に接続されている。８は前記自動電圧調整装置７からの信号を基に同期発電機１の界磁巻線５を励磁するサイリスタ式の電力変換器、９は界磁遮断器、１０は電力変換器８に電力を供給する励磁変圧器である。１１は前記自動電圧調整装置７に設けられた制御装置で、計器用変圧器６の２次側から得られる同期発電機１の出力電圧ＶＧと電圧設定器１２で設定された設定電圧ＶＳとを比較し、その差が極小となるように電力変換器８のゲートを制御するゲート信号ＧＰを出力する。（例えば特許文献１参照）
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１２５５９７号公報（第３頁左欄２７行目〜同右欄２７行目、図９）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の同期機の励磁制御装置においては、例えば、同期発電機１の界磁巻線５がレアショートした場合などは、同期発電機１の出力自体は正常値を示すが、界磁巻線５がレアショートしているため、界磁電流がその分を補おうとして大きな値となる。
【０００６】
このような状態では異常を早期に発見して同期発電機を速やかに停止させる必要がある。しかしながら同期発電機の出力自体が正常な値を示しているため異常の発見が遅れ、その状態が長く続くと同期発電機１の損失の発生や、著しくは同期発電機を損傷する場合がある。
【０００７】
本発明は以上の課題を解決し、同期機に異常が発生した場合、同期機の出力が正常値を維持している場合でも異常を早期に発見し、同期発電機の損失を未然に防ぎ、安全に停止させることができる同期機の励磁制御装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の請求項１に記載の発明は、同期機の出力電流及び出力電圧を基にした検出値と同期機電気定数とにより同期機の界磁電流を演算し、この演算値と界磁電流の実測値とを比較し、その差が許容範囲を超えた場合に同期機の異常と判断するようにしたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、同期機の出力電流及び出力電圧を基にした検出値と同期機電気定数とにより同期機の界磁電圧を演算し、この演算値と界磁電圧の実測値とを比較し、その差が許容範囲を超えた場合に同期機の異常と判断するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項７に記載の発明は、同期機の出力電圧と同期機電気定数とにより同期機の界磁電圧を演算し、この演算値と界磁電流の実測値とを比較し、その差が許容範囲を超えた場合に同期機の異常と判断するようにしたことを特徴とする同期機の励磁制御装置。
【００１１】
以上の本発明によれば、同期機の界磁巻線がレアショートしたような場合は、同期機の出力自体は正常な値を示していても界磁巻線がレアショートしているような異常な状態を速やかに検出し、同期機を安全に停止させる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。以下の実施の形態の説明において、図５に示す従来の同期機の励磁制御装置と同一部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００１３】
図１は本発明の第１の実施の形態による同期機の励磁制御装置を示す回路図である。図１において、７は自動電圧調整装置、１３は同期発電機１の出力電流ＩＧを検出する計器用変流器、１４は計器用変圧器６により検出される同期発電機１の出力電圧ＶＧと計器用変流器１３により検出される出力電流ＩＧとが入力され、同期発電機１の無効電力に変換する変換器、１５は変換器１４からの信号が入力される模擬発電機演算装置、１６は計器用変流器１７により検出される同期発電機１の界磁電流Ｉｆの実測値と前記模擬発電機演算装置１５からの出力が入力される差分検出器、１８は差分検出器１６の出力側に接続された異常検出器である。
【００１４】
次に、同期発電機１が非突極機の場合について第１の実施の形態による同期機の励磁制御装置の作用について説明する。計器用変圧器６により検出された同期発電機１の出力電圧ＶＧと計器用変流器１３により検出された出力電流ＩＧとが変換器１４に入力され、この値を基に同期発電機１の無効電力Ｑを求める。変換器１４にて変換された無効電力Ｑは検出値として模擬発電機演算装置１５に入力される。模擬発電機演算装置１５では、前記検出値と同期発電機電気定数とにより下記（式Ｉ）の（１０）式を使って界磁電流算出の演算を行う。
【００１５】
模擬発電機演算装置１５において演算された界磁電流の演算値Ｉｏは計器用変流器１７で検出された実際の界磁電流の実測値Ｉｆと共に差分検出器１６に入力され、演算値Ｉｏと実測値Ｉｆとの差分を検出する。差分検出器１６で検出された差分量は異常検出器１８に入力され、その差分量が異常値であるかどうかの判定を行い、その差分量が許容範囲を超えた場合は異常値であると判定され、異常検出信号ＡＳを出力する。
【００１６】
（式Ｉ）
図４に示す本発明の実施の形態における同期発電機機のフェーザ線図より
Ｅｆ＝Ｖｑ＋Ｘｄ・Ｉｄ        …（１）
Ｖｄ＝Ｘｑ・Ｉｑ              …（２）
Ｐ＝Ｖｑ・Ｉｑ＋Ｅｄ・Ｉｄ    …（３）
Ｑ＝Ｖｑ・Ｉｄ−Ｅｄ・Ｉｑ    …（４）
Ｖｄ２＋Ｖｑ２＝Ｖｇ２            …（５）
Ｉｄ２＋Ｉｑ２＝Ｉｇ２            …（６）
非突極機の場合、Ｘｄ＝Ｘｑとなることから
（３）式に（１）、（２）式を代入すると
Ｐ＝Ｅｆ・Ｉｑ                …（７）
（４）式に（１）、（２）式を代入すると
Ｑ＝Ｅｆ・Ｉｑ−Ｘｄ・Ｉｇ２    …（８）
上記の結果（７）、（８）式を（６）式に代入すると
（Ｐ／Ｅｆ）２＋（（Ｑ＋Ｘｄ・Ｘｄ・Ｉｇ）／Ｅｆ）２＝Ｉｇ２…（９）
上記（９）式より、Ｅｆを求める。
（Ｐ／Ｅｆ）２＋（（Ｑ＋Ｘｄ・Ｉｇ）／Ｅｆ）２＝Ｉｇ２
Ｅｆ２＝（Ｐ／Ｉｑ）２＋（（Ｑ＋Ｘｄ・Ｉｇ）／Ｉｑ）２
＝Ｖｇ２＋２・Ｑ・Ｘｄ＋Ｘｄ２・Ｉｇ２
Ｅｆ＝√（Ｖｇ２＋２・Ｑ・Ｘｄ＋Ｘｄ２・Ｉｇ２）
同期機の飽和を考慮しない場合、Ｅｆ＝Ｉｆであるため、
Ｅｆ＝Ｉｆ＝√（Ｖｇ２＋２・Ｑ・Ｘｄ＋Ｘｄ２・Ｉｇ２）…（１０）
ここで、
Ｅｆ：内部同期リアクタンス電圧、    Ｉｆ：同期機の界磁電流、
Ｘｄ：直軸同期リアクタンス、        Ｘｑ：横軸同期リアクタンス、
Ｖｄ：直軸電機子電圧、              Ｖｑ：横軸電機子電圧、
Ｉｄ：直軸電機子電流、              Ｉｑ：横軸電機子電流、
Ｖｇ：同期機の端子電圧、            Ｉｇ：同期機の出力電流、
Ｐ  ：同期機の有効電力、            Ｑ  ：同期機の無効電力、
これにより、同期発電機１の界磁巻線５がレアショートした場合など、同期発電機１の出力自体は正常な値を示している場合でも、界磁巻線５がレアショートしているような異常な状態を速やかに検出し、同期発電機１を安全に停止することができる。
【００１７】
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。本発明の第２の実施の形態においては、励磁制御装置の構成は図１に示す第１の実施の形態の構成と基本的に同じであるが、第１の実施の形態における変換器１４の代わりに計器用変圧器６により検出される同期発電機１の出力電圧ＶＧと計器用変流器１３により検出される出力電流ＩＧとが入力され、この値を基に同期発電機１の無効電流ＩＱの演算を行う演算器２０を設けている。
【００１８】
模擬発電機演算装置１５では、同期発電機１の無効電流ＩＱを検出値としてこれと同期発電機電気定数とにより下記（式ＩＩ）の（３）式を使って界磁電流算出の演算を行う。その他の作用は第１の実施の形態と同一である。
【００１９】
（式ＩＩ）
ＩＱ＝Ｑ／Ｖｇ                                …（１）
Ｅｆ＝√（Ｖｇ２＋２・Ｑ・Ｘｄ＋Ｘｄ２・Ｉｇ２）…（２）
（１）を（２）に代入すると
Ｅｆ＝Ｉｆ＝√（Ｖｇ２＋２・Ｖｇ・ＩＱ・Ｘｄ＋Ｘｄ２・Ｉｇ２）…（３）
ここで、
ＩＱ：同期機の無効電流
本実施の形態においても前記第１の実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００２０】
次に本発明の第３の実施の形態について説明する。本発明の第３の実施の形態においては、励磁制御装置の構成は図１に示す第１の実施の形態の構成と基本的に同じであるが、変換器１４には計器用変圧器６により検出される同期発電機１の出力電圧ＶＧと計器用変流器１３により検出される出力電流ＩＧとが入力され、この値を基に同期発電機１の有効電力Ｐを求める。模擬発電機演算装置１５では、同期発電機１の有効電力Ｐを検出値としてこれと同期発電機電気定数とにより下記（式ＩＩＩ）の（５）式を使って界磁電流算出の演算を行う。その他の作用は第１の実施の形態と同一である。
【００２１】
（式ＩＩＩ）
Ｐ＝Ｅｆ・Ｉｑ                …（１）
Ｑ＝Ｅｆ・Ｉｑ−Ｘｄ・Ｉｇ２   …（２）
（２）式に（１）を代入すると
Ｑ＝Ｐ−Ｘｄ・Ｉｇ２            …（３）
Ｅｆ＝√（Ｖｇ２＋２・Ｑ・Ｘｄ＋Ｘｄ２・Ｉｇ２）…（４）
（４）式に（３）式を代入すると
Ｅｆ＝√（Ｖｇ２＋２・（Ｐ−Ｘｄ・Ｉｇ２）・Ｘｄ＋Ｘｄ２・Ｉｇ２）＝Ｉ…（５）
本実施の形態においても前記第１の実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００２２】
次に本発明の第４の実施の形態について説明する。本発明の第４の実施の形態においては、励磁制御装置の構成は図１に示す第１の実施の形態の構成と基本的に同じであるが、第１の実施の形態における変換器１４の代わりに計器用変圧器６により検出される同期発電機１の出力電圧ＶＧと計器用変流器１３により検出される出力電流ＩＧとが入力され、この値を基に同期発電機１の有効電流ＩＰの演算を行う演算器２１を設けている。
【００２３】
模擬発電機演算装置１５では、同期発電機１の有効電流ＩＰを検出値としてこれと同期発電機電気定数とにより下記（式ＩＶ）の（３）式を使って界磁電流算出の演算を行う。その他の作用は第１の実施の形態と同一である。
【００２４】
（式ＩＶ）
ＩＰ＝Ｐ／Ｖｇ    …（１）
ｆ＝√（Ｖｇ２＋２・Ｑ・Ｘｄ＋Ｘｄ２・Ｉｇ２）…（２）
（２）式に（１）を代入すると
Ｅｆ＝√（Ｖｇ２＋２・（ＩＰ・Ｖｇ−Ｘｄ・Ｉｇ２）・Ｘｄ＋Ｘｄ２・Ｉｇ２）＝Ｉｆ…（３）
ここで
ＩＰ：同期機の有効電流、
本実施の形態においても前記第１の実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００２５】
図２は本発明の第５の実施の形態による同期機の励磁制御装置を示す回路図である。図２において、図１に示す第１の実施の形態による同期機の励磁制御装置と同一部分には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
図２において、１９は同期発電機１の界磁電圧Ｖｆを検出する変換器で、変換器１９で検出された界磁電圧Ｖｆの値は差分検出器１６に入力される。
【００２６】
一方、模擬発電機演算装置１５では変換器１４から入力された同期発電機１の無効電力Ｑを検出値としてこれと同期発電機電気定数とにより下記（式Ｖ）の（３）式を使って界磁電圧算出の演算を行う。
【００２７】
模擬発電機演算装置１５において演算された界磁電圧の演算値Ｖｏは変換器１９で検出された実際の界磁電圧の実測値Ｖｆと共に差分検出器１６に入力され、演算値Ｖｏと実測値Ｖｆとの差分を検出する。差分検出器１６で検出された差分量は異常検出器１８に入力され、その差分量が異常値であるかどうかの判定を行い、その差分量が許容範囲を超えた場合は異常値であると判定され、異常検出信号ＡＳを出力する。
【００２８】
これにより、同期発電機１の界磁巻線５がレアショートした場合など、同期発電機１の出力自体は正常な値を示している場合でも、界磁巻線５がレアショートしているような異常な状態を速やかに検出し、同期発電機１を安全に停止することができる。
【００２９】
（式Ｖ）
Ｖｆ＝Ｉｆ・Ｒｆ    …（１）
Ｅｆ＝Ｉｆ＝√（Ｖｇ２＋２・Ｑ・Ｘｄ＋Ｘｄ２・Ｉｇ２）…（２）
（２）式に（１）式を代入すると
Ｖｆ＝（√（Ｖｇ２＋２・Ｑ・Ｘｄ＋Ｘｄ２・Ｉｇ２））・Ｒｆ（３）
ここで
Ｖｆ：同期機の界磁電圧、        Ｒｆ：同期機の界磁抵抗、
【００３０】
次に本発明の第６の実施の形態について説明する。本発明の第６の実施の形態においては、励磁制御装置の構成は図２に示す第５の実施の形態の構成と基本的に同じであるが、第５の実施の形態における変換器１４の代わりに計器用変圧器６により検出される同期発電機１の出力電圧ＶＧと計器用変流器１３により検出される出力電流ＩＧとが入力され、この値を基に同期発電機１の無効電流ＩＱの演算を行う演算器２０を設けている。
【００３１】
模擬発電機演算装置１５では、同期発電機１の無効電流ＩＱを検出値としてこれと同期発電機電気定数とにより下記（式）の（３）式を使って界磁電圧算出の演算を行う。その他の作用は第５の実施の形態と同一である。
【００３２】
（式ＶＩ）
Ｖｆ＝Ｉｆ・Ｒｆ        …（１）
Ｅｆ＝Ｉｆ＝√（Ｖｇ２＋２・Ｖｇ・ＩＱ・Ｘｄ＋Ｘｄ２・Ｉｇ２）…（２）
（２）式に（１）式を代入すると
Ｖｆ＝（√（Ｖｇ２＋２・Ｖｇ・ＩＱ・Ｘｄ＋Ｘｄ２・Ｉｇ２））・Ｒｆ…（３）
本実施の形態においても前記第５の実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００３３】
次に本発明の第７の実施の形態について説明する。本発明の第７の実施の形態においては、励磁制御装置の構成は図２に示す第５の実施の形態の構成と基本的に同じであるが、変換器１４には計器用変圧器６により検出される同期発電機１の出力電圧ＶＧと計器用変流器１３により検出される出力電流ＩＧとが入力され、この値を基に同期発電機１の有効電力Ｐを求める。
【００３４】
模擬発電機演算装置１５では、同期発電機１の有効電力Ｐを検出値としてこれと同期発電機電気定数とにより下記（式ＶＩＩ）（３）式を使って界磁電圧算出の演算を行う。その他の作用は第５の実施の形態と同一である。
【００３５】
（式ＶＩＩ）
Ｖｆ＝Ｉｆ・Ｒｆ        …（１）
Ｅｆ＝Ｉｆ＝√（Ｖｇ２＋２・（Ｐ−Ｘｄ・Ｉｇ２）・Ｘｄ＋Ｘｄ２・Ｉｇ２）…（２）
（２）式に（１）式を代入すると
Ｖｆ＝（√（Ｖｇ２＋２・（Ｐ−Ｘｄ・Ｉｇ２）・Ｘｄ＋Ｘｄ２・Ｉｇ２））・Ｒｆ…（３）
本実施の形態においても前記第５の実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００３６】
次に本発明の第８の実施の形態について説明する。本発明の第８の実施の形態においては、励磁制御装置の構成は図２に示す第５の実施の形態の構成と基本的に同じであるが、第５の実施の形態における変換器１４の代わりに計器用変圧器６により検出される同期発電機１の出力電圧ＶＧと計器用変流器１３により検出される出力電流ＩＧとが入力され、同期発電機１の有効電流ＩＰの演算を行う演算器２１を設けている。
【００３７】
模擬発電機演算装置１５では、同期発電機１の有効電流ＩＰを検出値としてこれと同期発電機電気定数とにより下記（式ＶＩＩＩ）の（３）式を使って界磁電圧算出の演算を行う。その他の作用は第５の実施の形態と同一である。
【００３８】
（式ＶＩＩＩ）
Ｖｆ＝Ｉｆ・Ｒｆ        …（１）
Ｅｆ＝Ｉｆ＝√（Ｖｇ２＋２・（ＩＰ・Ｖｇ−Ｘｄ・Ｉｇ２）・Ｘｄ＋Ｘｄ２・Ｉｇ２）…（２）
（２）式に（１）式を代入すると
Ｖｆ＝（√（Ｖｇ２＋２・（ＩＰ・Ｖｇ−Ｘｄ・Ｉｇ２）・Ｘｄ＋Ｘｄ２・Ｉｇ２））・Ｒｆ…（３）
本実施の形態においても前記第５の実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００３９】
次に本発明の第９の実施の形態について図３を参照して説明する。本発明の第９の実施の形態においては、励磁制御装置の構成は図２に示す第５の実施の形態の構成と基本的に同じであるが、模擬発電機演算装置１５には計器用変圧器６により検出される同期発電機１の出力電圧ＶＧが検出値として入力される。模擬発電機演算装置１５では、同期発電機１の出力電圧ＶＧと同期発電機電気定数とにより下記（式ＩＸ）の（２）式を使って界磁電圧算出の演算を行う。その他の作用は第５の実施の形態と同一である。
【００４０】
（式ＩＸ）
Ｖｇ＝Ｖｆ／（１＋Ｔｄｏ’）…（１）
Ｖｆ＝Ｖｇ・（１＋Ｔｄｏ’）    …（２）
本実施の形態においても前記第５の実施の形態と同様の作用効果が得られる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、同期機の出力電流及び出力電圧を基にした検出値と同期機電気定数とにより同期機の界磁電流、または界磁電圧を演算し、この演算値と界磁電流、または界磁電圧の実測値とを比較し、その差が許容範囲を超えた場合に同期機の異常と判断するようにしたので、同期機に異常が発生した場合、同期機の出力が正常値を維持している場合でも異常を早期に発見し、同期発電機の損失を未然に防ぎ、安全に停止させることができる同期機の励磁制御装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１から第４の実施の形態による同期機の励磁制御装置を示す回路図。
【図２】本発明の第５から第８の実施の形態による同期機の励磁制御装置を示す回路図。
【図３】本発明の第９の実施の形態による同期機の励磁制御装置を示す回路図。
【図４】本発明の実施の態様における同期機のフェーザ線図。
【図５】従来の同期機の励磁制御装置を示す回路図。
【符号の説明】
１…同期発電機、２…主変圧器、３…系統並列用遮断器、４…電力系統、５…界磁巻線、６…計器用変圧器、７…自動電圧調整装置、８…電力変換器、９…界磁遮断器、１０…励磁電源変圧器、１１…制御装置、１２…電圧設定器、１３、１７…計器用変流器、１４（２０，２１）…変換器（演算器）、１５…模擬発電機演算装置、１６…差分検出器、１８…異常検出器、１９…変換器、ＶＧ…出力電圧、ＩＧ…出力電流、ＧＰ…ゲートパルス、ＶＳ…設定電圧、ＡＳ…異常検出信号。
【図１】
2004229392.tif 000003
【図２】
2004229392.tif 000004
【図３】
2004229392.tif 000005
【図４】
2004229392.tif 000006
【図５】
2004229392.tif 000007