(57)【要約】【課題】同期発電機の励磁制御を行う際、系統擾乱などに起因する発電機電圧や発電機周波数の動揺が発生した場合でも、規格で定められた運転可能範囲内であらかじめ設定された運転領域内に同期発電機の運転を抑制し、同期発電機の運転を安定化させる。【解決手段】発電機端子電圧ＶＧを検出する電圧検出手段５と、発電機周波数ｆを検出する周波数検出手段６１ｂと、同期発電機１の運転が発電機端子電圧ＶＧと発電機周波数ｆとの相関関係で決まる運転可能領域を逸脱した場合その逸脱を検出し、その逸脱量に応じた制限信号ΔＶＵＬ、ΔＶＬＬを出力して同期発電機１の運転を運転可能領域に戻す電圧設定制限手段６１Ｃ、６１Ｄとを設ける。【選択図】  図１
2004173359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期発電機が電力系統に接続された状態で、同期発電機の電機子端子電圧と電圧設定器により設定された設定電圧とを比較し、電機子端子電圧が一定になるように電力変換器を介して自動電圧調整装置により界磁巻線を励磁制御し、発電機電圧を制御する同期機の励磁制御装置において、発電機端子電圧を検出する電圧検出手段と、発電機周波数を検出する周波数検出手段と、同期発電機の運転が発電機端子電圧と発電機周波数との相関関係で決まる運転可能領域を逸脱した場合その逸脱を検出し、その逸脱量に応じた電圧上げ下げの制限信号を電圧設定器に出力する電圧設定制限手段とを設けたことを特徴とする同期機の励磁制御装置。
【請求項２】
同期発電機が電力系統に接続された状態で、同期発電機の電機子端子電圧と電圧設定器により設定された設定電圧とを比較し、電機子端子電圧が一定になるように電力変換器を介して自動電圧調整装置により界磁巻線を励磁制御し、発電機電圧を制御する同期機の励磁制御装置において、発電機端子電圧を検出する電圧検出手段と、発電機周波数を検出する周波数検出手段と、同期発電機の運転が発電機端子電圧と発電機周波数との相関関係で決まる運転可能領域を逸脱した場合その逸脱を検出し、その逸脱量に応じた電圧上げ下げの制限信号を発電機端子電圧と電圧設定器との偏差に加算する手段を設けたことを特徴とする同期機の励磁制御装置。
【請求項３】
同期発電機が電力系統に接続された状態で、同期発電機の電機子端子電圧と電圧設定器により設定された設定電圧とを比較し、電機子端子電圧が一定になるように電力変換器を介して自動電圧調整装置により界磁巻線を励磁制御し、発電機電圧を制御する同期機の励磁制御装置において、発電機端子電圧を検出する電圧検出手段と、発電機周波数を検出する周波数検出手段と、同期発電機の運転が発電機端子電圧と発電機周波数との相関関係で決まる運転可能領域を逸脱した場合その逸脱を検出し、その逸脱量に応じて電力変換器の点弧角に対して制限信号を出力する手段とを設けたことを特徴とする同期機の励磁制御装置。
【請求項４】
同期発電機が電力系統に接続された状態で、同期発電機の電機子端子電圧と電圧設定器により設定された設定電圧とを比較し、電機子端子電圧が一定になるように電力変換器を介して自動電圧調整装置により界磁巻線を励磁制御し、発電機電圧を制御する同期機の励磁制御装置において、発電機端子電圧を検出する電圧検出手段と、発電機周波数を検出する周波数検出手段と、同期発電機の運転が発電機端子電圧と発電機周波数との相関関係で決まる運転可能領域を逸脱した場合その逸脱を検出し、警報を出力する手段とを設けたことを特徴とする同期機の励磁制御装置。
【請求項５】
同期発電機が電力系統に接続された状態で、同期発電機の電機子端子電圧と電圧設定器により設定された設定電圧とを比較し、電機子端子電圧が一定になるように電力変換器を介して自動電圧調整装置により界磁巻線を励磁制御し、発電機電圧を制御する同期機の励磁制御装置において、発電機端子電圧を検出する電圧検出手段と、発電機周波数を検出する周波数検出手段と、同期発電機の運転が発電機端子電圧と発電機周波数との相関関係で決まる運転可能領域の内発電機端子電圧の領域を逸脱した場合に警報を出力する手段と、発電機周波数の領域を逸脱した場合に調速制御装置の負荷設定器に増減駆動指令を出力する手段とを設けたことを特徴とする同期機の励磁制御装置。
【請求項６】
発電機周波数を電機子巻線に取り付けた回転歯車より電磁ピックアップを介して検出することを特徴とする請求項１乃至６に記載の同期機の励磁制御装置。
【請求項７】
制限信号又は警報又は指令を制限タイマを介して出力するようにしたことを特徴とする請求項１乃至５に記載の同期機の励磁制御装置。
【請求項８】
制限信号又は警報又は指令を制限反限時タイマを介して出力するようにしたことを特徴とする請求項１乃至５に記載の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。
【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、同期発電機の電機子端子電圧を検出し、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の信号に応じて同期発電機の界磁巻線を励磁制御して発電機電圧を一定に制御する。  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１２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。１Ａは同期発電機１の電機子巻線、１Ｂは同じく界磁巻線である。５は同期発電機１の電機子端子電圧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６に接続されている。７は前記自動電圧調整装置６からの信号を基に同期発電機１の界磁巻線１Ｂを励磁する電力変換器、８は界磁遮断器、９は電力変換器７に電力を供給する励磁変圧器である。
【０００４】
図１３は前記自動電圧調整装置６の内部構成を示すブロック図である。図１３を参照して自動電圧調整装置６の作用を説明する。
計器用変圧器５より入力された同期発電機１の電機子端子電圧ＶＧは電圧設定器６Ａにより設定された設定電圧ＶＧＳと比較され、加減算器６Ｂでその偏差ΔＶＧを演算し、この偏差ΔＶＧが極小となるように電圧制御器６Ｃで励磁制御指令Ｖｆを算出する。
【０００５】
励磁制御指令Ｖｆは演算器６Ｄで電力変換器７を制御するための点弧角αに変換され、点弧角αはパルス発生器６ＥでゲートパルスＧＰに変換される。
ゲートパルスＧＰは電力変換器７のゲートに送られ、界磁巻線１Ｂに励磁電流を供給し電機子端子電圧ＶＧを発生させる。
【０００６】
このような閉ループ制御を行うことにより同期発電機１の電機子端子電圧ＶＧは電圧設定器６Ａの設定電圧ＶＧＳと一致するように自動電圧調整され発電機電圧が一定に制御される。
【０００７】
本来、自動電圧調整装置６の機能は発電機電圧を一定に制御する目的で使用されるため、系統擾乱などに起因する発電機電圧や発電機周波数の動揺の発生についてさほど考慮する必要はなく、発電機電圧と発電機周波数との相関関係によって決まる同期機の運転可能範囲についても図１４に示すごとくある程度の裕度をもたせている。この運転可能範囲については同期機に関する国内標準規格にて定められている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、励磁制御の対象となる同期機は、最近の材料品質の改良や、測定、解析技術の向上も相まって、その運転性能についてはより高い精度が要求されるようになってきた。
【０００９】
一例として同期機の国内標準規格も改訂され、同期機の運転可能範囲については、図１５の実線で示すごとく従来の運転可能範囲を示す図１４に比べてより細かな制約が規定されるようになってきている。
【００１０】
図１５について説明すると、図中の点線は図１４で示した従来規格の運転可能範囲を示す。図中の点線と実線とを比較すると、運転可能範囲が全体的に狭くなっている。この内、実線ａと実線ｂについては従来の運転可能範囲より一部外側に広がっている。
【００１１】
規格改訂後の運転可能範囲での運転を従来の同期機の励磁制御装置に当てはめて考えると、実線ａは過電圧継電器、実線ｂはＶ／Ｆ継電器、実線Ｃは不足電圧継電器により保護が成されるが、実線ｄについては保護機器は存在していない。
【００１２】
本発明は以上の点に鑑みて、系統擾乱などに起因する発電機電圧や、発電機周波数の動揺が発生した場合でも、同期機の運転を規格で定められた運転可能範囲内であらかじめ設定された運転領域内に抑制しつつ、安定した同期機の運転を行うことのできる同期機の励磁制御装置を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
以上の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、同期発電機が電力系統に接続された状態で、同期発電機の電機子端子電圧と電圧設定器により設定された設定電圧とを比較し、電機子端子電圧が一定になるように電力変換器を介して自動電圧調整装置により界磁巻線を励磁制御し、発電機電圧を制御する同期機の励磁制御装置において、発電機端子電圧を検出する電圧検出手段と、発電機周波数を検出する周波数検出手段と、同期発電機の運転が発電機端子電圧と発電機周波数との相関関係で決まる運転可能領域を逸脱した場合その逸脱を検出し、その逸脱量に応じた電圧上げ下げの制限信号を電圧設定器に出力する電圧設定制限手段とを設けたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、同期発電機が電力系統に接続された状態で、同期発電機の電機子端子電圧と電圧設定器により設定された設定電圧とを比較し、電機子端子電圧が一定になるように電力変換器を介して自動電圧調整装置により界磁巻線を励磁制御し、発電機電圧を制御する同期機の励磁制御装置において、発電機端子電圧を検出する電圧検出手段と、発電機周波数を検出する周波数検出手段と、同期発電機の運転が発電機端子電圧と発電機周波数との相関関係で決まる運転可能領域を逸脱した場合その逸脱を検出し、その逸脱量に応じた電圧上げ下げの制限信号を発電機端子電圧と電圧設定器との偏差に加算する手段を設けたことを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、同期発電機が電力系統に接続された状態で、同期発電機の電機子端子電圧と電圧設定器により設定された設定電圧とを比較し、電機子端子電圧が一定になるように電力変換器を介して自動電圧調整装置により界磁巻線を励磁制御し、発電機電圧を制御する同期機の励磁制御装置において、発電機端子電圧を検出する電圧検出手段と、発電機周波数を検出する周波数検出手段と、同期発電機の運転が発電機端子電圧と発電機周波数との相関関係で決まる運転可能領域を逸脱した場合その逸脱を検出し、その逸脱量に応じて電力変換器の点弧角に対して制限信号を出力する手段とを設けたことを特徴とする。
【００１６】
請求項１乃至３に記載の発明によれば、発電機電圧や発電機周波数の動揺が発生した場合でも、あらかじめ定められた運転可能領域において、安定した同期発電機の運転継続が行える。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、同期発電機が電力系統に接続された状態で、同期発電機の電機子端子電圧と電圧設定器により設定された設定電圧とを比較し、電機子端子電圧が一定になるように電力変換器を介して自動電圧調整装置により界磁巻線を励磁制御し、発電機電圧を制御する同期機の励磁制御装置において、発電機端子電圧を検出する電圧検出手段と、発電機周波数を検出する周波数検出手段と、同期発電機の運転が発電機端子電圧と発電機周波数との相関関係で決まる運転可能領域を逸脱した場合その逸脱を検出し、警報を出力する手段とを設けたことを特徴とする。
この発明によれば、あらかじめ定められた運転可能領域を逸脱した場合、発電機に支障を与える領域での運転であることを的確に検知し、警報を出力する。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、同期発電機が電力系統に接続された状態で、同期発電機の電機子端子電圧と電圧設定器により設定された設定電圧とを比較し、電機子端子電圧が一定になるように電力変換器を介して自動電圧調整装置により界磁巻線を励磁制御し、発電機電圧を制御する同期機の励磁制御装置において、発電機端子電圧を検出する電圧検出手段と、発電機周波数を検出する周波数検出手段と、同期発電機の運転が発電機端子電圧と発電機周波数との相関関係で決まる運転可能領域の内発電機端子電圧の領域を逸脱した場合に警報を出力する手段と、発電機周波数の領域を逸脱した場合に調速制御装置の負荷設定器に増減駆動指令を出力する手段とを設けたことを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、あらかじめ定められた運転可能領域を逸脱した場合、発電機に支障を与える領域での運転であることを的確に検知し、警報を出力し、また発電機周波数に関しては運転可能領域での運転となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について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１２〜１５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。
【００２１】
本発明による同期機の励磁制御装置の基本的な回路構成は図１２に示す従来の励磁制御回路と同一なので説明は省略する。
図１は本発明の同期機の励磁制御装置の第１の実施の形態における自動電圧調整装置を示す図で、以下のように構成されている。
【００２２】
すなわち、図１に示す自動電圧調整装置６１において、６１Ｂは計器用変圧器５で検出された同期発電機１の電機子端子電圧ＶＧが入力され、同期発電機１の発電機周波数ｆを検出する周波数検出器である。６１Ｃは電圧設定上側制限器、６１Ｄは電圧設定下側制限器で、前記周波数検出器６１Ｂで検出された発電機周波数ｆが入力される。また同時に電圧設定上側制限器６１Ｃ及び電圧設定下側制限器６１Ｄは計器用変圧器５で検出された同期発電機１の電機子端子電圧ＶＧが入力される。６１Ａは加算式電圧設定器で、その出力側には図１３で示す従来の構成と同様に加減算器６Ｂ、電圧制御器６Ｃ、演算器６Ｄ、パルス発生器６Ｅが接続されている。
また、この加算式電圧設定器６１Ａには前記電圧設定上側制限器６１Ｃ、及び電圧設定下側制限器６１Ｄからの信号が入力される。
【００２３】
次に、このように構成された自動電圧調整装置の作用について説明する。まず計器用変圧器５により検出された同期発電機１の電機子端子電圧ＶＧは周波数検出器６１Ｂに入力され発電機周波数ｆが検出される。検出された発電機周波数ｆは電圧設定上側制限器６１Ｃ及び電圧設定下側制限器６１Ｄにそれぞれ入力される。同時に電圧設定上側制限器６１Ｃ及び電圧設定下側制限器６１Ｄには電機子端子電圧ＶＧも入力される。
【００２４】
電圧設定上側制限器６１Ｃ及び電圧設定下側制限器６１Ｄは、図２に示すような同期発電機１の発電機電圧と発電機周波数との相関関係で決まる同期機の運転可能領域Ｚがあらかじめ記憶されている。したがって、周波数検出器６１Ｂから入力された発電機周波数ｆと同じく入力された発電機端子電圧ＶＧとから同期発電機１がこの運転可能領域Ｚ内で運転されているかどうかを判定し、運転可能領域Ｚ内で運転されている場合には電圧設定上側制限器６１Ｃ及び電圧設定下側制限器６１Ｄからは何の信号も出力されない。
前記運転可能領域Ｚは図１４に示す運転可能範囲の内側で設定されている。
【００２５】
一方発電機端子電圧ＶＧは加減算器６Ｂに入力され、加算式電圧設定器６１Ａにより設定された設定電圧ＶＧＳと比較され、加減算器６Ｂでその偏差ΔＶＧを演算し、以下従来と同様の励磁制御を行う。
【００２６】
このような運転状態において、同期発電機１の運転点が図２の運転可能領域Ｚから外れ領域αに移行した場合、即時に電圧設定上側制限器６１Ｃでそれを検出し、運転可能領域Ｚからの逸脱量に応じた電圧下げ指令ΔＶＵＬの制限出力を加算式電圧設定器６１Ａに出力する。加算式電圧設定器６１Ａでは電圧設定上側制限器６１Ｃからの制限出力を電圧設定値に負極性にて加算し、設定電圧ＶＧＳを補正する。
これにより電機子端子電圧ＶＧは下げ方向となり、同期発電機１の運転点は運転可能領域Ｚに戻る。
【００２７】
その後、同期発電機１の運転点が運転可能領域Ｚの内側に移動したことを確認した後、電圧設定上側制限器６１Ｃからの制限出力は０となり制限制御は完了する。
【００２８】
また同じく、運転状態において、同期発電機１の運転点が図２の運転可能領域Ｚから外れ領域βに移行した場合は、即時に電圧設定下側制限器６１Ｄでそれを検出し、運転可能領域Ｚからの逸脱量に応じた電圧上げ指令ΔＶＬＬの制限出力を加算式電圧設定器６１Ａに出力する。加算式電圧設定器６１Ａでは電圧設定下側制限器６１Ｄからの制限出力を電圧設定値に正極性にて加算し、設定電圧ＶＧＳを補正する。
これにより電機子端子電圧ＶＧは上げ方向となり、同期発電機１の運転点は運転可能領域Ｚに戻る。
【００２９】
その後、同期発電機１の運転点が運転可能領域Ｚの内側に移動したことを確認した後、電圧設定下側制限器６１Ｄからの制限出力は０となり制限制御は完了する。
【００３０】
このような同期機の励磁制御装置であると、発電機電圧や発電機周波数の動揺が発生し、同期発電機１の運転点があらかじめ定められた発電機電圧と発電機周波数との相関関係で決まる運転可能領域Ｚから外れてもそれを直ちに検出し、加算式電圧設定器６１Ａに制限出力をかけることにより同期機の運転点を運転可能領域Ｚ内に戻し、安定した同期発電機の運転の継続が行われる。
【００３１】
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。図３は本発明の第２の実施の形態を示す図で、図１に示す第１の実施の形態と比較して、本実施の形態においては、電圧設定上側制限器６１Ｃの電圧下げ指令ΔＶＵＬと、電圧設定下側制限器６１Ｄの電圧上げ指令ΔＶＬＬ及び加減算器６Ｂから出力される偏差ΔＶＧ信号が入力される第２の加減算器６２が設けられている点が相違する。
【００３２】
加減算器６２の出力側は図１に示す第１の実施の形態と同様に電圧制御器６Ｃ、演算器６Ｄ、パルス発生器６Ｅが接続されている。また電圧設定器６Ａは通常の電圧設定器である。
【００３３】
次に、このように構成された自動電圧調整装置６１の作用について説明する。本実施の形態においては、加減算器６Ｂの演算結果ΔＶＧと、電圧設定上側制限器６１Ｃの電圧下げ指令ΔＶＵＬと、電圧設定下側制限器６１Ｄの電圧上げ指令ΔＶＬＬとを加減算器６２で演算し、この演算結果Ｖ１１が極小となるように電圧制御器６Ｃで励磁制御指令Ｖｆを算出する。この場合、電圧下げ指令ΔＶＵＬは負極性、電圧上げ指令ΔＶＬＬは正極性として加減算器６２に加算している。
【００３４】
このような運転状態において、同期発電機１の運転点が図２の運転可能領域Ｚから外れ領域αに移行した場合、即時に電圧設定上側制限器６１Ｃでそれを検出し、運転可能領域Ｚからの逸脱量に応じた電圧下げ指令ΔＶＵＬの制限出力を加減算器６２に加算出力する。加減算器６２では電圧設定上側制限器６１Ｃからの制限出力と加減算器６Ｂの演算結果との演算を行い、電圧指令ΔＶ１１を算出する。
これにより電機子端子電圧ＶＧは下げ方向となり、同期発電機１の運転点は運転可能領域Ｚに戻る。
【００３５】
その後、同期発電機１の運転点が運転可能領域Ｚの内側に移動したことを確認した後、電圧設定上側制限器６１Ｃからの制限出力は０となり制限制御は完了する。
【００３６】
また同じく、運転状態において、同期発電機１の運転点が図２の運転可能領域Ｚから外れ領域βに移行した場合は、即時に電圧設定下側制限器６１Ｄでそれを検出し、運転可能領域Ｚからの逸脱量に応じた電圧上げ指令ΔＶＬＬの制限出力を加減算器６２に出力する。加減算器６２では電圧設定下側制限器６１Ｄからの制限出力と加減算器６Ｂの演算結果との演算を行い、電圧指令ΔＶ１１を算出する。
これにより電機子端子電圧ＶＧは上げ方向となり、同期発電機１の運転点は運転可能領域Ｚに戻る。
【００３７】
その後、同期発電機１の運転点が運転可能領域Ｚの内側に移動したことを確認した後、電圧設定下側制限器６１Ｄからの制限出力は０となり制限制御は完了する。
【００３８】
このような同期機の励磁制御装置であると、発電機電圧や発電機周波数の動揺が発生し、同期発電機１の運転点があらかじめ定められた発電機電圧と発電機周波数との相関関係で決まる運転可能領域Ｚから外れてもそれを直ちに検出し、加減算器６２に制限出力をかけることにより同期機の運転点を運転可能領域Ｚ内に戻し、安定した同期発電機の運転の継続が行われる。
【００３９】
次に本発明の第３の実施の形態について説明する。図４は本発明の第３の実施の形態を示す図で、図１に示す第１の実施の形態と比較して、本実施の形態においては、演算器６Ｄとパルス発生器６Ｅとの間に点弧角上下限器６３が接続されている。また、電圧設定上側制限器６１Ｃの電圧下げ指令ΔＶＵＬは上側α角演算器６４に入力され、電圧設定下側制限器６１Ｄの電圧上げ指令ΔＶＬＬは下側α角演算器６５に入力され、上側α角演算器６４と下側α角演算器６５の出力αＵＬ、αＬＬは点弧角上下限器６３に入力されている。
【００４０】
次に、このように構成された自動電圧調整装置６１の作用について説明する。通常の運転状態では上側α角演算器６４からはあらかじめ設定された最大上げ相当のα角が、下側α角演算器６５からは最大下げ相当のα角が各々上限制限値、下限制限値として点弧角上下限器６３に出力される。
【００４１】
電圧制御器６Ｃから出力された励磁制御指令Ｖｆは演算器６Ｄで電力変換器７を制御するための点弧角αに変換され、点弧角上下限器６３にて上限、下限制限値により制限される点弧角α｀となる。点弧角α｀はパルス発生器６ＥでゲートパルスＧＰに変換される。ゲートパルスＧＰは電力変換器７に与えられ界磁巻線に励磁電流を供給して電機子端子電圧ＶＧを発生させる。
【００４２】
このような運転状態において、同期発電機１の運転点が図２の運転可能領域Ｚから外れ領域αに移行した場合、即時に電圧設定上側制限器６１Ｃでそれを検出し、運転可能領域Ｚからの逸脱量に応じた電圧下げ指令ΔＶＵＬの制限出力を上側α角演算器６４に出力する。上側α角演算器６４では上側α角制限値αＵＬが点弧角上下限器６３に出力される。点弧角αは点弧角上下限器６３にて上側α角制限値αＵＬに制限されるため、これにより電機子端子電圧ＶＧは下げ方向となり、同期発電機１の運転点は運転可能領域Ｚに戻る。
【００４３】
その後、同期発電機１の運転点が運転可能領域Ｚの内側に移動したことを確認した後、電圧設定上側制限器６１Ｃからの制限出力は０となり制限制御は完了する。
【００４４】
また同じく、運転状態において、同期発電機１の運転点が図２の運転可能領域Ｚから外れ領域βに移行した場合は、即時に電圧設定下側制限器６１Ｄでそれを検出し、運転可能領域Ｚからの逸脱量に応じた電圧上げ指令ΔＶＬＬの制限出力を下側α角演算器６５に出力する。下側α角演算器６５では下側α角制限値αＬＬが点弧角上下限器６３に出力される。点弧角αは点弧角上下限器６３にて下側α角制限値αＬＬに制限されるため、これにより電機子端子電圧ＶＧは上げ方向となり、同期発電機１の運転点は運転可能領域Ｚに戻る。
【００４５】
その後、同期発電機１の運転点が運転可能領域Ｚの内側に移動したことを確認した後、電圧設定下側制限器６１Ｄからの制限出力は０となり制限制御は完了する。
【００４６】
このような同期機の励磁制御装置であると、発電機電圧や発電機周波数の動揺が発生し、同期発電機１の運転点があらかじめ定められた発電機電圧と発電機周波数との相関関係で決まる運転可能領域Ｚから外れてもそれを直ちに検出し、てか弧核上下限器６３に制限出力をかけることにより同期機の運転点を運転可能領域Ｚ内に戻し、安定した同期発電機の運転の継続が行われる。
【００４７】
次に本発明の第４の実施の形態について説明する。図５は本発明の第４の実施の形態を示す図で、図１に示す第１の実施の形態と比較して、本実施の形態においては、周波数検出器６１Ｂの出力側に電圧高側逸脱検出器６１０Ａ、電圧低側逸脱検出器６１０Ｂ、周波数逸脱検出器６１０ｃが並列に接続され、これらの検出器の出力が逸脱検出器６１０Ｄに入力されている点が相違する。
また、電圧高側逸脱検出器６１０Ａ、電圧低側逸脱検出器６１０Ｂには電機子端子電圧ＶＧも入力されている。
【００４８】
次に、このように構成された自動電圧調整装置６１の作用について説明する。通常の運転状態では計器用変圧器５より入力した電機子端子電圧ＶＧを周波数検出器６１Ｂに入力し、発電機周波数ｆを検出する。発電機周波数ｆは電機子端子電圧ＶＧと共に電圧高側逸脱検出器６１０Ａ、電圧低側逸脱検出器６１０Ｂに入力される。また、発電機周波数ｆは周波数逸脱検出器６１０Ｃにも入力される。
【００４９】
電圧高側逸脱検出器６１０Ａ、電圧低側逸脱検出器６１０Ｂは図２に示すような発電機電圧と発電機周波数との相関関係で決まる同期発電機の運転可能領域Ｚがあらかじめ記憶されている。したがって、周波数検出器６１Ｂから入力された発電機周波数ｆと同じく入力された発電機端子電圧ＶＧとから同期発電機１がこの運転可能領域Ｚ内で運転されているかどうかを判定し、運転可能領域Ｚで運転されている場合には電圧高側逸脱検出器６１０Ａ、電圧低側逸脱検出器６１０Ｂからは何の信号も出力されない。
【００５０】
このような運転状態において、同期発電機１の運転点が図２の運転可能領域Ｚから外れ領域αに移行した場合、即時に電圧高側逸脱検出器６１０Ａより電圧高側逸脱を知らせる高側逸脱信号Ｖ／ｆＨを出力する。
【００５１】
一方、同じく上記運転状態において、同期発電機１の運転点が図３の運転可能領域Ｚから外れ領域βに移行した場合は、即時に電圧低側逸脱検出器６１０Ｂより電圧低側逸脱を知らせる低側逸脱信号Ｖ／ｆＬを出力する。
【００５２】
もう一方、上記運転状態において、同期発電機１の運転点が図２の運転可能領域Ｚから外れ領域γに移行した場合は、同期発電機１の励磁制御では制限できない領域であるため即時に周波数逸脱検出器６１０Ｃにより周波数逸脱信号ＦＯを出力する。
逸脱検出器６１０Ｄは高側逸脱信号Ｖ／ｆＨ、低側逸脱信号Ｖ／ｆＬ、周波数逸脱信号ＦＯの何れかの信号が入力された時即時に警報信号ＡＮＮを出力する。
【００５３】
これにより、領域α、領域β及び領域γのいずれに移行した場合でも警報信号ＡＮＮにより運転員が異常を検知することができ、運転員の判断により電機子端子電圧ＶＧの上げまたは下げ操作をすることにより同期発電機１の運転点を運転可能領域Ｚに戻すことができる。
【００５４】
このような同期機の励磁制御装置であると、発電機電圧や発電周波数の動揺が発生し、同期発電機１の運転点が運転可能領域Ｚを逸脱した場合、同期発電機１に支障を与える領域での運転であることを的確に検知し、警報を出力し、安定した同期発電機の運転の継続が行われる。
【００５５】
次に本発明の第５の実施の形態について説明する。図６は本発明の第５の実施の形態を示す図で、図１に示す第１の実施の形態と比較して、本実施の形態においては、周波数検出器６１Ｂの出力側に周波数設定上側制限器６１１Ａ、周波数設定下側制限器６１１Ｂ、電圧設定上側制限器６１Ｃ、電圧設定下側制限器６１Ｄが並列に接続されている点が相違する。また、周波数設定上側制限器６１１Ａ、周波数設定下側制限器６１１Ｂ、電圧設定上側制限器６１Ｃ、電圧設定下側制限器６１Ｄには電機子端子電圧ＶＧも入力されている。
【００５６】
周波数設定上側制限器６１１Ａと周波数設定下側制限器６１１Ｂの出力側は調速制御装置の負荷設定器６１２に接続されている。
また、電圧設定上側制限器６１Ｃと電圧設定下側制限器６１Ｄとは論理和回路６１３に接続されている。
【００５７】
次に、このように構成された自動電圧調整装置６１の作用について説明する。通常の運転状態では計器用変圧器５より入力した電機子端子電圧ＶＧを周波数検出器６１Ｂに入力し、発電機周波数ｆを検出する。発電機周波数ｆは電機子端子電圧ＶＧと共に周波数設定上側制限器６１１Ａ、周波数設定下側制限器６１１Ｂ、電圧設定上側制限器６１Ｃ、電圧設定下側制限器６１Ｄに入力される。
【００５８】
電圧設定上側制限器６１Ｃ、電圧設定下側制限器６１Ｄは図２に示すような発電機電圧と発電機周波数との相関関係で決まる同期発電機１の運転可能領域Ｚがあらかじめ記憶されている。したがって、周波数検出器６１Ｂから入力された発電機周波数ｆと同じく入力された発電機端子電圧ＶＧとから同期発電機１がこの運転可能領域Ｚ内で運転されているかどうかを判定し、運転可能領域Ｚで運転されている場合には電圧設定上側制限器６１Ｃ、電圧設定下側制限器６１Ｄからは何の信号も出力されない。
【００５９】
このような運転状態において、同期発電機１の運転点が図２の運転可能領域Ｚから外れ領域αに移行した場合、即時に電圧設定上側制限器６１Ｃより過電圧条件信号ＶＧＨを論理和回路６１３に出力し、警報信号ＡＮＮを出力する。
【００６０】
また、同じく上記運転状態において、同期発電機１の運転点が図２の運転可能領域Ｚから外れ領域βに移行した場合は、即時に電圧設定下側制限器６１Ｄより不足電圧条件信号ＶＧＬを論理和回路６１３に出力し、警報信号ＡＮＮを出力する。
【００６１】
これにより、領域α、領域βのいずれに移行した場合でも警報信号ＡＮＮにより運転員が異常を検知することができ、運転員の判断により電機子端子電圧ＶＧの上げまたは下げ操作をすることにより同期発電機１の運転点を運転可能領域Ｚに戻すことができる。
【００６２】
一方上記の運転状態において、同期発電機の運転点が図７の領域γ２に移行した場合は、即時に周波数設定上側制限器６１１Ａより負荷設定器減条件信号ＧＯＶＵＬを調速制御装置の負荷設定器６１２に出力し、同期発電機１の運転点が運転可能領域Ｚに戻るまで負荷設定器６１２を減駆動する。
これにより同期発電機の発電機周波数ｆが下がるため同期発電機１の運転点は運転可能領域Ｚに戻る。
【００６３】
その後、同期発電機１の運転点が運転可能領域Ｚの内側に移動したことを確認した後、周波数設定上側制限器６１１Ａからの制限出力は０となり制限制御は完了する。
【００６４】
一方また、同期発電機の運転点が図７の領域γ１に移行した場合には、即時に周波数設定下側制限器６１１Ｂより負荷設定器増条件信号ＧＯＶＬＬを負荷設定器６１２に出力し、同期発電機１の運転点が運転可能領域Ｚに戻るまで負荷設定器６１２を増駆動する。
これにより同期発電機の発電機周波数ｆが上がるため同期発電機１の運転点は運転可能領域Ｚに戻る。
【００６５】
その後、同期発電機１の運転点が運転可能領域Ｚの内側に移動したことを確認した後、周波数設定下側制限器６１１Ｂからの制限出力は０となり制限制御は完了する。
【００６６】
このような同期機の励磁制御装置であると、発電機電圧や発電機周波数の動揺が発生した場合でもあらかじめ定められた発電機電圧と発電機周波数との相関関係で決まる運転可能領域Ｚを逸脱した場合、同期発電機に支障を与える領域での運転であることを的確に検知し、警報を出力することが可能となり、また、発電機周波数に関してはあらかじめ定められた発電機電圧と発電機周波数との相関関係で決まる運転可能領域Ｚでの運転となるため、安定した同期発電機の運転継続が行われる。
【００６７】
次に本発明の第６の実施の形態について説明する。図８は本発明の第６の実施の形態を示す図で、図１に示す第１の実施の形態と比較して、本実施の形態においては、周波数検出器６１Ｂの出力側に電圧設定上側制限器６１Ｃ、電圧設定下側制限器６１Ｄとγ検出器６６とが並列に接続されている。
【００６８】
このγ検出器６６は同期発電機１の運転点が図２の領域γに移行した場合同期発電機１の励磁制御では制限ができない領域であるためγ領域検出器６６により瞬時に警報出力ＡＮＮを出力するものである。
これにより、同期発電機１の運転点が励磁制御では制御できないγ領域に移行したことを瞬時に警報することができる。
【００６９】
図９は本発明の変形例を示すもので、同期発電機１の発電機周波数ｆの検出手段を変えたものである。第１乃至第６の実施の形態においては計器用変圧器５を用いて同期発電機１の電機子端子電圧ＶＧから発電機周波数をｆ検出しているが、図９に示すように同期発電機１の電機子巻線１Ａに取り付けた回転歯車１０より電磁ピックアップ１１を介し、発電機周波数検出器１２で発電機周波数ｆを検出し自動電圧調整装置６に入力するようにしても良い。
【００７０】
この周波数検出手段であると周波数検出器６１Ｂは不要となり、周波数検出手段が簡単になると共に発電機周波数ｆは各々所望の機器に直接入力することができる。
【００７１】
また、図１０は本発明の別の変形例を示すもので、図１に示す自動電圧調整装置６１の電圧設定上側制限器６１Ｃと電圧設定下側制限器６１Ｄとの出力側にそれぞれ上側制限タイマ６７Ｃと下側制限タイマ６７Ｄとを接続したものである。
【００７２】
このようにすると、電圧設定上側制限器６１Ｃの出力である電圧下げ指令ΔＶＵＬと電圧設定下側制限器６１Ｄの出力である電圧上げ指令ΔＶＬＬとに限時特性を持たせることができ、一時的な電圧変動に対する不必要な即時応答を抑制する効果が期待できる。
【００７３】
さらに、図１１は本発明のさらに別の変形例を示すもので、図１に示す自動電圧調整装置６１の電圧設定上側制限器６１Ｃと電圧設定下側制限器６１Ｄとの出力側にそれぞれ上側制限反限時タイマ６８Ｃと下側制限反時限タイマ６８Ｄとを接続したものである。
【００７４】
このようにすると、電圧設定上側制限器６１Ｃの出力である電圧下げ指令ΔＶＵＬと電圧設定下側制限器６１Ｄの出力である電圧上げ指令ΔＶＬＬとに反限時特性を持たせることができ、一時的な電圧変動に対する不必要な即時応答を抑制すると共に、大幅な電圧変動に対しては速やかに応答を開始できるという効果が期待できる。
【００７５】
上記図１０及び図１１に示す変形例は、本発明の第２から第６の実施の形態においても実施し得るものである。すなわち、図５に示す第４の実施の形態においては、電圧高側逸脱検出器６１０Ａおよび電圧低側逸脱検出器６１０Ｂの出力側に、また、図６に示す第５の実施の形態においては、周波数設定上側制限器６１１Ａおよび周波数設定下側制限器６１１Ｂの出力側に、タイマまたは反限時タイマを接続すれば同様の作用効果が得られる。
【００７６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、同期発電機が電力系統に接続された状態で、同期発電機の電機子端子電圧と電圧設定器により設定された設定電圧とを比較し、電機子端子電圧が一定になるように電力変換器を介して自動電圧調整装置により界磁巻線を励磁制御し、発電機電圧を制御する同期機の励磁制御装置において、発電機端子電圧を検出する電圧検出手段と、発電機周波数を検出する周波数検出手段と、同期発電機の運転が発電機端子電圧と発電機周波数との相関関係で決まる運転可能領域を逸脱した場合その逸脱を検出し、その逸脱量に応じた制限信号を出力する電圧設定制限手段とを設けたので、系統擾乱などに起因する発電機電圧や、発電機周波数の動揺が発生した場合でも、同期機の運転を規格で定められた運転可能範囲内であらかじめ設定された運転領域内に抑制しつつ、安定した同期機の運転を行うことの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の実施の形態による同期機の励磁制御装置の自動電圧調整装置を示すブロック図。
【図２】同期発電機の運転可能領域を示す説明図。
【図３】本発明の第２の実施の形態による同期機の励磁制御装置の自動電圧調整装置を示すブロック図。
【図４】本発明の第３の実施の形態による同期機の励磁制御装置の自動電圧調整装置を示すブロック図。
【図５】本発明の第４の実施の形態による同期機の励磁制御装置の自動電圧調整装置を示すブロック図。
【図６】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の自動電圧調整装置を示すブロック図。
【図７】同期発電機の運転可能領域を示す説明図。
【図８】本発明の第６の実施の形態による同期機の励磁制御装置の自動電圧調整装置を示すブロック図。
【図９】本発明の第１の変形例を示す回路構成図。
【図１０】本発明の第２の変形例を示すブロック図。
【図１１】本発明の第３の変形例を示すブロック図。
【図１２】一般的な同期機の励磁制御装置を示す回路構成図。
【図１３】従来の同期機の励磁制御装置の自動電圧調整装置を示すブロック図。
【図１４】従来の同期発電機の運転可能範囲を示す説明図。
【図１５】従来の同期発電機の運転可能範囲の別の例を示す説明図。
【符号の説明】
１…同期発電機、１Ａ…電機子巻線、１Ｂ…界磁巻線、２…主変圧器、３…系統並列用遮断器、４…電力系統、５…計器用変圧器、７…電力変換器、６Ａ…電圧設定器、６１…自動電圧調整装置、６１Ａ…加算式電圧設定器、６Ｂ…加減算器、６Ｃ…電圧制御器、６Ｄ…演算器、６Ｅ…パルス発生器、１０…回転歯車、１１…電磁ピックアップ、１２…発電機周波数検出器、６１Ｂ…周波数検出器、６１Ｃ…電圧設定上側制限器、６１Ｄ…電圧設定下側制限器、６２…加減算器、６３…点弧角上下限器、６４…上側α角演算器、６５…下側α角演算器、６６…γ検出器、６７Ｃ…上側制限タイマ、６７Ｄ…下側制限タイマ、６８Ｃ…上側制限反限時タイマ、６８Ｄ…下側制限反限時タイマ、６１１Ａ…周波数設定上側制限器、６１１Ｂ…周波数設定下側制限器、６１２…負荷設定器、６１３…論理和回路、ＶＧ…電機子端子電圧、ΔＶＧ…偏差、Ｖｆ…励磁制御指令、α…点弧角、ＧＰ…ゲートパルス、ＶＧＳ…設定電圧、ΔＶＵＬ…電圧下げ指令、ΔＶＬＬ…電圧上げ指令、αＵＬ…上側α角制限値、αＬＬ…下側α角制限値、Ｖ／ｆＨ…高側逸脱信号、Ｖ／ｆＬ…低側逸脱信号、Ｆ０…周波数逸脱信号、ＡＮＮ…警報信号、ＧＯＶＵＬ…負荷設定器減条件信号、ＧＯＶＬＬ…負荷設定器増条件信号、Ｚ…運転可能領域。
【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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