(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機の端子電圧である系統電圧に基づき出力が一定の交流電圧となるように電圧調整を行う電圧補償手段と、
前記電圧補償手段を交流電源として動作するとともに前記系統電圧が一定になるように前記発電機の界磁巻線に供給する界磁電流を制御する整流手段とを有する界磁電流の制御システムであって、
前記電圧補償手段は、電力貯蔵装置と、この電力貯蔵装置の出力である直流電圧を一定の交流電圧に変換する交直変換装置と、大きな外乱の発生に伴い前記系統電圧に基づく電流を遮断する高速遮断機とを有しており、前記交直変換装置と前記高速遮断機とをそれぞれの出力側で接続することによりこの出力側から一定の交流電圧を出力するように構成したものであることを特徴とする界磁電流の制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載する界磁電流の制御システムにおいて、
前記電力貯蔵装置の充電は前記交直変換装置の直流出力を用いて行うように構成したことを特徴とする界磁電流の制御システム。
【請求項３】
請求項１に記載する界磁電流の制御システムにおいて、
前記電力貯蔵装置の充電は別途設けた充電手段を用いて行うように構成したことを特徴とする界磁電流の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は界磁電流の制御システムに関し、特に静止型のＡＶＲ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）方式の励磁装置に適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は静止型のＡＶＲ方式の励磁装置に適用する従来技術に係る界磁電流の制御システムを示すブロック線図である。同図に示すように、発電機１は界磁巻線２に供給する界磁電流で母線３に印加する系統電圧を調整する。このため、検出部４、設定器５、増幅・制御部６及び検出部７からなる制御手段Ｉを有しており、この制御手段Ｉで整流装置８の出力電圧を制御することにより前記界磁電流を調整するように構成してある。ここで、整流装置８は母線３に接続された励磁用変圧器９を介して電力を供給される。すなわち、整流装置８は系統電圧である交流電圧を電源とし、これを整流して直流電圧に変換している。なお、図中の太線は電力系統、細線は制御系統であることをそれぞれ示している。
【０００３】
かかる、界磁電流の制御システムは次のように動作する。
１） 検出部４により系統電圧及び電流をＰＴ及びＣＴを介して検出し、設定器５へ伝送する。
２） 設定器５には、発電機１の端子電圧（系統電圧）の目標値が設定してあり、検出部４ から得られた電圧との差異を検出してこの情報を増幅・制御部６へ伝送する。
３） 検出部４は，電圧計１０及び電流計１１を介して界磁回路の電圧乃至電流を検出し、この情報を増幅・制御部６へ伝送する。
４） 増幅・制御部６は、設定器５及び検出部７からの情報をもとに、発電機１の端子電圧が目標値となるよう界磁巻線２に供給する励磁電流を制御する指令を整流装置８に伝送する。
５） 整流装置８は励磁用変圧器９を介して系統へつながる交流を整流して直流に変換する。このとき、増幅・制御部６から指令された値の界磁電流が界磁巻線２に供給されるよう制御を行う。
６） 以上の動作により、外乱などによって発電機１の端子電圧が変動した場合でも速やかに目標電圧となるように制御される。
【０００４】
発電機の励磁系に対する系統過渡安定度の向上に関する技術としては励磁制御方式の高度化を図るもの（特許文献１参照）、界磁巻線の改造を目的とするもの（特許文献２参照）、系統電圧の変動を相殺する制御回路を設けたもの（特許文献３、特許文献４参照）等が知られている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−４８９１５号公報
【特許文献２】特開２００３−３２４９９５号公報
【特許文献３】特開平１０−８０１９９号公報
【特許文献４】特開平１０−１６４８９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図５に示す界磁電流の制御システムでは系統電圧を電源としている結果、大きな外乱等により系統電圧が変動すると励磁用変圧器９の二次電圧である整流装置８の電源電圧が変動するため、系統電圧の変動が界磁電流を変動させ、過渡安定度を損なう要因となっていた。
【０００７】
ちなみに、現在、多くの発電機で採用されている自励式励磁装置は、一般に発電所母線に接続された整流装置により直流電力を得て励磁装置の電源としているため、励磁制御方式や界磁巻線の方式に関わらず系統電圧の変動が界磁電流を変動させて過渡安定度を損なう要因となってしまう。事実、上述の特許文献３，４は系統電圧の変動の影響を制御回路により抑制する技術であるが、系統を唯一の電源としているため、大きな系統電圧の変動には対応できず、また制御遅れが存在すること等の要因により励磁回路への影響を完全に排除することはできない。
【０００８】
本発明は、上記従来技術に鑑み、系統事故時等に発生する大きな外乱の影響を除去して良好な過渡安定度を得ることができる界磁電流の制御システム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】
【００１３】
上記目的を達成する本発明の第１の態様は、
発電機の端子電圧である系統電圧に基づき出力が一定の交流電圧となるように電圧調整を行う電圧補償手段と、
前記電圧補償手段を交流電源として動作するとともに前記系統電圧が一定になるように前記発電機の界磁巻線に供給する界磁電流を制御する整流手段とを有する界磁電流の制御システムであって、
前記電圧補償手段は、電力貯蔵装置と、この電力貯蔵装置の出力である直流電圧を一定の交流電圧に変換する交直変換装置と、大きな外乱の発生に伴い前記系統電圧に基づく電流を遮断する高速遮断機とを有しており、前記交直変換装置と前記高速遮断機とをそれぞれの出力側で接続することによりこの出力側から一定の交流電圧を出力するように構成したものであることを特徴とする界磁電流の制御システムである。
【００１４】
本態様によれば、外乱等により系統の電圧が大きく変動し、電圧補償手段の入力電圧が大きく変動してもその出力電圧は常に一定の交流電圧に調整されるので、整流手段の入力電圧が一定となる。したがって、整流手段は系統電圧が一定になるような界磁電流を常に安定的に発電機の界磁巻線に供給し続けることができる。すなわち、系統電圧の外乱等による大きな変動の影響を除去することができる。このため、より適切な界磁制御が可能となり、過渡安定度を向上させることができる。また、外乱の発生が検出された場合には速やかに高速遮断機を動作させて系統電圧を切り離し、整流手段には電力貯蔵装置の出力電圧に基づき形成した一定の交流電圧を入力することができる。
【００１８】
この結果、整流手段には常に一定に調整された交流電圧が入力されて、系統電圧の大きな変動の界磁電流に対する影響を除去することができる。この際、外乱等の発生を検出する必要はない。外乱等が発生しても界磁電流を制御する制御手段の入力電圧は影響を受けないからである。
【００１９】
本発明の第２の態様は、
第１の態様に記載する界磁電流の制御システムにおいて、
前記電力貯蔵装置の充電は前記交直変換装置の直流出力を用いて行うように構成したことを特徴とする界磁電流の制御システムである。
【００２０】
本態様によれば交直変換装置を充電装置として機能させることにより、電力貯蔵装置の必要な充電を行うことができる。この結果、整流手段の入力電圧を常に安定して一定に維持することができる。
【００２１】
本発明の第３の態様は、
第１の態様に記載する界磁電流の制御システムにおいて、
前記電力貯蔵装置の充電は別途設けた充電手段を用いて行うように構成したことを特徴とする界磁電流の制御システムである。
【００２２】
本態様によれば別途設けた電源で駆動される独立した充電手段により電力貯蔵装置の必要な充電を行うことができる。この結果、第５の態様の場合よりもさらに良好に整流手段の入力電圧の安定化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２３】
上述の如き本発明によれば系統電圧を入力して、その電圧を調整する電圧補償手段により整流手段の交流入力電圧を一定に維持することができるので、発電機の界磁電流に対する系統電圧の変動の影響を除去することができ、より適切な界磁制御が可能となって過渡安定度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２５】
図１は本発明の実施の形態に係る界磁電流の制御システムを示すブロック線図である。同図に示すように、本形態に係る界磁電流の制御システムは図５に示す従来技術に係る界磁電流の制御システムに電圧補償装置１２を追加したものである。他の多くの構成は図５に示す界磁電流の制御システムと同様であるので、同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００２６】
図１に示すように、電圧補償装置１２は励磁用変圧器９を介して発電機１の端子電圧である系統電圧を取り込んで出力が一定の交流電圧Ｖ０となるように調整するとともに、この交流電圧Ｖ０を整流装置８に入力電圧として供給する。整流装置８は電圧補償装置１２で常に一定に維持される交流電圧Ｖ０を交流電源として所定の整流動作を行うとともに、増幅・制御部６の指令により系統電圧が一定になるように発電機１の界磁巻線２に供給する界磁電流を制御する。
【００２７】
かかる本形態によれば、外乱等により系統の電圧が大きく変動し、電圧補償装置１２の入力電圧が大きく変動してもその出力電圧は常に一定の交流電圧Ｖ０に調整されるので、整流装置８の入力電圧は一定となる。したがって、整流装置８は系統電圧が一定になるような界磁電流を常に安定的に発電機１の界磁巻線２に供給し続けることができる。
【００２８】
上記電圧補償装置１２の具体的な構成としては種々考えられるが、その中の好適な３つの実施例について説明しておく。
【００２９】
＜第１の実施例＞
図２は第１の実施例に係る電圧補償装置を示すブロック線図である。同図に示すように、本実施例に係る電圧補償装置１２は、交直変換装置１３、電力貯蔵装置１４及び交直変換装置１５からなる。ここで、交直変換装置１３は前記系統電圧に基づく励磁用変圧器９の出力電圧である交流電圧を直流電圧に変換する。電力貯蔵装置１４は、交直変換装置１３と並列に接続され、両者の出力電圧として一定の値に調整された直流電圧Ｖ１を出力する。交直変換装置１５は直流電圧Ｖ１を入力電圧として交流電圧に変換することにより一定の交流電圧Ｖ０を出力する。すなわち、交直変換装置１５は常に一定の直流電圧Ｖ１を入力電圧として駆動されて一定の交流電圧Ｖ０を出力する。したがって、交直変換装置１５の出力電圧であり整流装置８の入力電圧である交流電圧Ｖ０は常に一定の値になる。
【００３０】
本実施例によれば、系統電圧が大きく変動し、交直変換装置１３の直流出力電圧が変化しようとしてもこの直流電圧の変化は電力貯蔵装置１４の出力電圧で抑制され交直変換装置１５に入力される直流電圧Ｖ１は常に一定の値となる。これに基づき交直変換装置１５は一定の交流電圧Ｖ０を出力する。
【００３１】
この結果、整流装置８は一定に維持された交流電圧Ｖ０を入力電圧として、増幅・制御部６の制御指令のみに基づく安定的な整流動作を行うことができる。この結果、系統電圧の大きな変動の界磁電流に対する影響を除去して前記界磁電流を所定の値に安定的に制御することができる。この際、外乱等の発生を検出する必要はない。外乱等が発生しても界磁電流を制御する整流装置８の入力電圧は影響を受けないからである。
【００３２】
なお、前記電力貯蔵装置１４は交直変換装置１３の出力により必要に応じて充電するようになっている。
【００３３】
＜第２の実施例＞
図３は第２の実施例に係る電圧補償装置を示すブロック線図である。同図に示すように、本実施例に係る電圧補償装置１２は、高速遮断機１６、交直変換装置１７及び電力貯蔵装置１８からなる。ここで、高速遮断機１６は大きな外乱の発生に伴い前記系統電圧に基づく電流を遮断する、換言すれば励磁用変圧器９と当該電圧補償装置１２とを切り離すものである。一方、交直変換装置１７は電力貯蔵装置１８の出力である直流電圧を一定の交流電圧Ｖ０に変換する。ここで、交直変換装置１７の出力側は高速遮断機１６の出力側と接続してあり、この出力側から一定の交流電圧Ｖ０を出力する。
【００３４】
本実施例によれば、通常時には高速遮断機１６を介して励磁用変圧器９の出力電圧である一定の交流電圧Ｖ０が整流装置８に供給される。一方、外乱の発生が検出された場合には速やかに高速遮断機１６を動作させて系統電圧を切り離し、整流装置８には電力貯蔵装置１８の出力電圧に基づき交直変換装置１７で形成した一定の交流電圧Ｖ０を入力する。
【００３５】
この結果、整流装置８には常に一定に調整された交流電圧Ｖ０が入力され、系統電圧の大きな変動の界磁電流に対する影響を除去することができる。
【００３６】
なお、前記電力貯蔵装置１８は交直変換装置１７の出力により必要に応じて充電するようになっている。
【００３７】
＜第３の実施例＞
図４は第３の実施例に係る電圧補償装置を示すブロック線図である。同図に示すように、本実施例に係る電圧補償装置１２は、直列変圧器１９、交直変換装置２０、電力貯蔵装置２１及び制御部２２からなる。ここで、直列変圧器１９は、一次側巻線の入力側に前記系統電圧に対応する励磁用変圧器９の二次側が接続されており、この直列変圧器１９の一次側巻線の出力側が出力する交流電圧Ｖ０が整流装置８の入力側に印加されるように構成したものである。
【００３８】
交直変換装置２０は電力貯蔵装置２１の出力である直流電圧を交流電圧に変換して直列変圧器１９の二次側巻線に印加する。ここで、直列変圧器１９の入力側には電圧計２３が配設してあり、この電圧計２３で入力側の交流電圧Ｖ２を検出するようになっている。制御部２２は電圧計２３が検出した電圧情報と予め設定された設定電圧値とを比較して両者の差に応じた出力電圧Ｖ３を交直変換装置２０が出力するようにこの交直変換装置２０を制御する。ここで、前記設定電圧値は当該電圧補償装置１２の出力である交流電圧Ｖ０に対応させて設定してある。この結果、直列変圧器１９の入力側の電圧が変動した場合には、この変動分を抑制するように交直変換装置２０の出力電圧Ｖ３が直列変圧器１９の二次側巻線に印加され、これに対応する電圧が一次側巻線に重畳される。
【００３９】
かかる本形態によれば、系統電圧に基づく直列変圧器１９の入力側の交流電圧Ｖ２の変化を補完するように、電力貯蔵装置２１の出力電圧に基づき調整した交直変換装置２０の出力電圧Ｖ３を一次側巻線に重畳して、この直列変圧器１９の出力である交流電圧Ｖ０を一定にする。
【００４０】
この結果、整流装置８には常に一定に調整された交流電圧Ｖ０が入力されて、系統電圧の大きな変動の界磁電流に対する影響を除去することができる。この際、外乱等の発生を検出する必要はない。外乱等が発生しても界磁電流を制御する整流装置８の入力である交流電圧Ｖ０は影響を受けないからである。
【００４１】
＜他の実施例＞
上記各実施例における電力貯蔵装置１４，１８，２１は最も一般的にはバッテリーで構成することができるが、これに限るものではない。例えばキャパシタ、特に電気二重層キャパシタで好適に構成することができる。キャパシタの場合、駆動のための電力を必要としないため、この点でも好適である。
【００４２】
また、電力貯蔵装置１４，１８，２１の充電は外部の電源に接続された充電装置を用いて行うようにしても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は電力の供給乃至電力の供給系統の保守等を行う産業分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態に係る界磁電流の制御システムを示すブロック線図である。
【図２】図１における電圧補償装置の第１の実施例を示すブロック線図である。
【図３】図１における電圧補償装置の第２の実施例を示すブロック線図である。
【図４】図１における電圧補償装置の第３の実施例を示すブロック線図である。
【図５】従来技術に係る界磁電流の制御システムを示すブロック線図である。
【符号の説明】
【００４５】
Ｉ  制御手段
１  発電機
２  界磁巻線
３  母線
８  整流装置
１０  電圧計
１１  電流計
１２  電圧補償装置
１３，１５，１７，２０  交直変換装置
１４，１８，２１  電力貯蔵装置
１６  高速遮断器
１９  直列変圧器
【図１】
0004679418.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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