(57)【要約】【課題】  誘導発電機を電力系統に接続する時に流れる突入電流を少なくする。【解決手段】遮断器Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を開いた状態で誘導発電機Ｇを同期速度で回転させた後、遮断器Ｓ２、Ｓ３を閉じ、可変無効電力発生器ＶＱの無効電力により誘導発電機Ｇの電圧を調整し遮断器Ｓ３に流れる電流がほぼゼロになった時遮断器Ｓ３を開き、誘導発電機Ｇの電圧と位相角を制御して電力系統の電圧および位相に等しくなった時、遮断器（Ｓ１）を投入する。【選択図】    図３
2005117879.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
図１に示すように、誘導発電機（Ｇ）に並列に可変無効電力発生器（ＶＱ）を取り付け、これらと電力系統（Ｅ）の間に遮断器（Ｓ１）を取り付け、誘導発電機を起動するときは、遮断器（Ｓ１）を開放したまま誘導発電機を同期速度まで回転数を上げ、誘導発電機の電圧が電力系統（Ｅ）の電圧と等しくなるよう可変無効電力発生器（ＶＱ）が発生する無効電力を調整し、誘導発電機（Ｇ）の電圧の位相角と電力系統（Ｅ）の電圧の位相角がほぼ一致した時、遮断器（Ｓ１）を投入することを特徴とする、誘導発電機の起動方式
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、誘導発電機を電力系統に接続するとき発生する突入電流を抑制する方式に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来の方式は、発電機を直接投入するもの、発電機に直列にインピーダンスを接続するもの、発電機の結線をスターデルタに切り替えるもの等であった。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  従来の装置では、誘導発電機を電力系統に接続するとき発生する突入電流を完全に無くすることが出来ないため、別に電圧変動を抑制する装置を付加したり、同期発電機を用いたりしていた。
【０００４】  本発明は、誘導発電機に同期発電機と同じ起動特性をもたせて、突入電流を同期発電機と同じ程度にすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  上記の目的を達成するために、本発明では発電機と並列に可変無効電力発生器を取り付け、発電機を規定の回転数（同期速度）に回転しながら、発電機の電圧が系統電圧と同じ値になるよう可変無効電力発生器が発生する無効電力を制御し、発電機の回転を制御して発電機と系統電圧の位相角が等しくなるようにして遮断器を投入する。
【０００６】  誘導発電機の場合、回転子の残留磁気が少なく、回転数を上げても電圧が立ち上がらないことがある。
これを解決するために固定巻線に瞬間的に直流電流を流したり、定格電圧の５％程度の交流電圧を固定子に加えたりして、初めの電圧を立ち上げる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】  発明の実施の形態を実施例にもとずき図面を参照して説明する。
図１は本発明の方式を示すブロック図である。
発電機（Ｇ）と並列に可変無効電力発生器（ＶＱ）を取り付け電力系統（Ｅ）とのあいだに遮断器（Ｓ１）を接続する。【０００８】  誘導発電機（Ｇ）に進みの無効電力を供給しながら回転数を規定値まで上げれば、発電機（Ｇ）は規定の周波数の電圧を発生する。
発電機（Ｇ）の電圧は可変無効電力発生器（ＶＱ）が供給する進みの電力が多いと上昇し少ないと低下する。【０００９】  このように誘導発電機（Ｇ）に供給する進みの無効電力は同期発電機の直流界磁電流と同じ作用をする。
したがって、その他の操作および必要な制御器は同期発電機と同じである。
誘導発電機（Ｇ）が発生する電圧の大きさと位相角が電力系統（Ｅ）と同じ時に遮断器（Ｓ１）を閉じれば同期発電機とまったく同様に起動することが出来る。
誘導発電機（Ｇ）が規定回転数に達した後、無効電力を制御しても同じである。【００１０】  同期発電機は界磁電流を他から供給するのに対して、本発明の場合は誘導発電機（Ｇ）の回転子の残留磁気を元に固定子巻線に微小な電圧を発生し、これを可変無電力発生器（ＶＱ）に加えて固定子巻線に進み電流を流して残留磁気を増幅し電圧を上げることになる。【００１１】  直流発電機の場合は界磁が常に同じ極なので保磁力の大きな鉄心を使用し、回転子に発生した電圧を界磁巻線に加えれば電圧が立ち上がるが、誘導発電機の場合回転子の鉄心は極性がすべり周波数によって変動するのでヒステリシス損失の少ない珪素鋼板を使用することが多い。【００１２】  従って、損失が多少増大することを承知の上であえて保磁力の大きい鉄心を用いた場合以外は電圧が立ち上がらないことがある。
これを解決するために一瞬直流電流を固定巻き線に加える方法もあるが、５％程度の交流電圧を固定巻線に加える方法が確実である。【００１３】  ５％程度の交流電圧を加える方法の一例を図２に示す。
図２では図１にインピーダンス（Ｚ）が遮断器（Ｓ１）に並列に接続され全体の開閉は遮断器（Ｓ２）による。【００１４】  図２の誘導発電機（Ｇ）を起動するには、遮断器（Ｓ１）を開き遮断器（Ｓ２）を閉じ、誘導発電機（Ｇ）を規定の回転にし、誘導発電機（Ｇ）の電圧の大きさと位相角が電力系統（Ｅ）と同じになって、インピーダンス（Ｚ）に流れる電流がほぼ０になった時、遮断器（Ｓ１）を閉じる。【００１５】  ５％程度の交流電圧を加える方法の他の例を図３に示す。
図３では図２のインピーダンス（Ｚ）の代わりに、遮断器（Ｓ３）と変圧器（Ｔ）が遮断器（Ｓ１）に並列に接続され全体の開閉は遮断器（Ｓ２）による。【００１６】  図３の誘導発電機（Ｇ）を起動するには、誘導発電機（Ｇ）を規定の回転にし、遮断器（Ｓ１）を開き遮断器（Ｓ２）、（Ｓ３）を閉じ、可変無効電力発生器（ＶＱ）の無効電力と誘導発電機（Ｇ）の回転を制御して変圧器（Ｔ）に流れる電流がほぼ０になった時、遮断器（Ｓ３）を開き遮断器（Ｓ１）の両端の電圧がほぼ０になった時、遮断器（Ｓ１）を閉じる。【００１７】  図３の場合変圧器（Ｔ）の容量は２次電圧が１次電圧の５％で、流れる電流が５％、さらに２秒程度の短時間定格なので、誘導発電機（Ｇ）の容量の０．１％でよい【００１８】  ５％程度の電圧を加える方法としては図３の遮断器（Ｓ３）に直列にインピーダンスを接続したり、このインピーダンスを可変無効電力発生器（ＶＱ）のコンデンサで代用したりすることも考えられる。【００１９】  可変無効電力発生器（ＶＱ）はコンデンサとサイリスタを用いた装置になるが、誘導発電機（Ｇ）の励磁特性は変わらないので可変容量が少なく、固定容量が多い設計とし価格を安くする。
この場合、誘導発電機（Ｇ）が急に無負荷になって、回転数が大幅に上昇したときは自己励磁現象で電圧が上昇して危険である。【００２０】  したがって、回転数が急上昇することが予知された場合は可変無効電力発生器（ＶＱ）を遮断する。
誘導発電機（Ｇ）が正常に発電している時は、可変無効電力発生器（ＶＱ）は系統電圧の安定に役立つよう制御される。
【発明の効果】
【００２１】  本発明は、以上説明したように構成されているので、下記のような効果がある。
誘導発電機でありながら起動時は同期発電機と同じように接続した瞬間の突入電流が少ない。
可変無効電力発生器は常時は系統電圧の安定に役立つよう制御するので経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の方式の実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
Ｇ    誘導発電機
ＶＱ  可変無効電力発生器
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３    遮断器
Ｅ    電力系統
Ｚ    インピーダンス
Ｔ    変圧器
【図１】
2005117879.tif 000003
【図２】
2005117879.tif 000004
【図３】
2005117879.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成15年12月19日(2003.12.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、誘導発電機を電力系統に接続するとき発生する突入電流を抑制する装置および操作に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来の起動方式は、誘導発電機を直接投入するもの、誘導発電機に直列にインピーダンスを接続するもの、誘導発電機の回転子巻線に抵抗を接続するもの、誘導発電機の結線をスターデルタに切り替えるもの、インバータで周波数変換するもの、等であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  解決しようとする問題点は、誘導発電機を電力系統に接続するとき発生する突入電流を完全に無くすることが出来ないため、別に電圧変動を抑制する装置を付加したり、同期発電機を用いたりしなければならない点である。
【課題を解決しようとする課題】
【０００４】  本発明は、誘導発電機の自己励磁現象を利用して起動するものである。具体的には誘導発電機に並列に可変無効電力発生器を取り付け、誘導発電機を規定の回転数（同期速度）に回転しながら、誘導発電機の電圧が系統電圧と同じ値になるよう可変無効電力発生器が発生する無効電力を制御し、誘導発電機の回転を制御して誘導発電機と系統電圧の位相角が等しくなるようにして遮断器を投入することを最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】  誘導発電機に同期発電機と同じ起動特性をもたせて、突入電流を同期発電機と同じ程度にすることが主な効果であるが、起動時に用いた可変無効電力発生器を通常運転中には系統電圧を安定させるために用い、誘導発電機が電力系統から脱落して自己励磁現象にともなう過電圧を発生する恐れがあるときは、可変無効電力発生器の進み無効電力を２０ｍＳ以内に減少させて過電圧を防止することが出来るので設備に無駄がない。
誘導発電機は巻線形の必要が無く、かご形でよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】  誘導発電機に２０ｍＳ以内で応答する可変無効電力発生器を取り付け起動時には自己励磁現象を用いて電圧を立ち上げ、発電機電圧の絶対値と位相角を系統と一致させてから系統に接続する。
回転子の残留磁気が少なく、回転数を上げても電圧が立ち上がらないことがある。
これを解決するために固定巻線または回転子巻き線に瞬間的に直流電流を流して残留磁気をもたせたり、定格電圧の５％程度の交流電圧を回転子と固定子の両方またはどちらか一方、に加えたりして、初めの電圧を立ち上げる。
しかし、固定子に５％程度の交流電圧を加えるのが技術的に易しい。
【実施例１】
【０００７】  図１は本発明の方式を示すブロック図で、誘導発電機Ｇと並列に可変無効電力発生器ＶＱを取り付け電力系統Ｅとのあいだに遮断器Ｓ１を接続する。
遮断器Ｓ１を開いて誘導発電機Ｇの回転数を同期速度にしてから可変無効電力発生器ＶＱを制御して誘導発電機Ｇが規定の電圧を発生するよう調整する。
誘導発電機Ｇの電圧は可変無効電力発生器ＶＱが供給する進みの無効電力が多いと上昇し少ないと低下する。
このように誘導発電機Ｇに供給する進みの無効電力は同期発電機の直流界磁電流と同じ作用をする。【０００８】  ただし、直流発電機が界磁電流を一定に保持するのが容易であるのに対して、誘導発電機の場合は自己励磁によって固定子から回転子に励磁電流が供給されるので、励磁電流は固定子の電圧に比例して変動する。
電圧が上がれば励磁電流が増加してさらに電圧が上昇し、電圧が下がればさらに電圧が下がる特性があり、また自己励磁現象を発生させるための無効電力発生源がコンデンサやリアクトルを用いたものである場合はこれらの容量が周波数によって変動するので自己励磁現象を利用して安定した電圧を得ることは困難である。【０００９】  しかし、半導体を用いた２０ｍＳ以下の応答速度を持つ可変無効電力発生器ＶＱを誘導発電機Ｇの固定子に並列に接続し、電圧を制御すれば、電圧を目標値になるよう制御することは容易である。
誘導発電機Ｇが規定回転数に達した後、無効電力を制御して誘導発電機Ｇが発生する電圧の大きさと位相角が電力系統Ｅと同じ時に遮断器Ｓ１を閉じれば同期発電機とまったく同様に起動することが出来る。【００１０】  同期発電機は界磁電流を他から供給するのに対して、本発明の場合は誘導発電機Ｇの回転子の残留磁気を元に固定子巻線に微小な電圧を発生し、これを可変無電力発生器ＶＱに加えて固定子巻線に進み電流を流して残留磁気を増幅し電圧を上げることになる。【００１１】  直流発電機の場合は界磁が常に同じ極なので保磁力の大きな鉄心を使用し、回転子に発生した電圧を界磁巻線に加えれば電圧が立ち上がるが、誘導発電機の場合回転子の鉄心は極性がすべり周波数によって変動するのでヒステリシス損失の少ない珪素鋼板を使用することが多い。【００１２】  従って、損失が多少増大することを承知の上であえて保磁力の大きい鉄心を用いた場合以外は電圧が立ち上がらないことがある。
これを解決するために起動時に瞬間的に直流電流を固定子または回転子に流して残留磁気を作りこれを基に電圧を立ち上げる方法もあるが、５％程度の交流電圧を固定巻線に加える方法が確実である。
５％程度の交流電圧を加える方法の一例を図２に示す。
図２ではインピーダンスＺが遮断器Ｓ１に並列に接続され全体の開閉は遮断器Ｓ２による。【００１３】  図２の誘導発電機Ｇを起動するには、遮断器Ｓ１、Ｓ２を開き誘導発電機Ｇを同期回転にしてから遮断器Ｓ２を閉じ、可変無効電力調整器ＶＱを調整して誘導発電機Ｇの電圧の大きさと位相角が電力系統Ｅと同じになって、インピーダンスＺに流れる電流がほぼ０になった時、遮断器Ｓ１を閉じる。
誘導発電機Ｇの回転数が同期速度に一致しなくても、回転子が誘導形であるためすべりを発生して対応し、突入電流や脱調現象は発生しない。【００１４】  ５％程度の交流電圧を加える方法の他の一例を図３に示す。
図３では図２のインピーダンスＺの代わりに、遮断器Ｓ３と変圧器Ｔが遮断器Ｓ１に並列に接続され全体の開閉は遮断器Ｓ２による。
図３の誘導発電機Ｇを起動するには、遮断器Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を開き誘導発電機Ｇを同期回転にしてから、遮断器Ｓ２、Ｓ３、を閉じ、変圧器Ｔによって５パーセント程度の電圧を誘導発電機Ｇに供給し電圧を立ち上げた後、可変無効電力発生器ＶＱの無効電力を制御して変圧器Ｔに流れる電流がほぼ０になった時、遮断器Ｓ３を開き可変無効電力発生器ＶＱの無効電力を制御して、遮断器Ｓ１の両端の電圧がほぼ０になった時、遮断器Ｓ１を閉じる。【００１５】  図３の場合変圧器Ｔの容量は２次電圧が１次電圧の５％で、流れる電流が５％、さらに２秒程度の短時間定格なので、誘導発電機Ｇの容量の０．１％でよい。
このことは変圧器Ｔが高いインピーダンスを持つことになり、変圧器Ｔは図２のインピーダンスＺを含むことを意味する。
風力発電の場合には風の変動が大きくて誘導発電機Ｇの電圧の位相と電源電圧の位相が合いにくいので、有効電力を消費する高速応答の可変抵抗を誘導発電機Ｇに並列に入れて位相角を調整しても良い。【００１６】  可変無効電力発生器ＶＱはコンデンサとサイリスタを用いた装置が安くなるが、インバータのほうが応答速度が早いので安定した制御ができる。
誘導発電機Ｇの励磁特性は変わらないので可変容量が少なく、固定容量が多い設計とし価格を安くする。
この場合、誘導発電機Ｇが急に無負荷になって、回転数が大幅に上昇したときに可変容量部分をゼロにしても固定容量だけで自己励磁現象で電圧が上昇して危険であることが予知された場合は、遮断器で可変無効電力発生器ＶＱを遮断する。
【産業上の利用可能性】
【００１７】  風力発電機や小水力発電機のように発電機が小型軽量安価であることが求められる用途に使用される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の方式の実施方法を示すブロック図である。（実施例１）
【図２】本発明の方式の実施方法を示すブロック図である。（実施例２）
【図３】本発明の方式の実施方法を示すブロック図である。（実施例３）
【符号の説明】
【００１９】          Ｇ    誘導発電機
ＶＱ  可変無効電力発生器
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３      遮断器
Ｅ    電力系統
Ｚ    インピーダンス
Ｔ    変圧器
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
図１に示すように、誘導発電機（Ｇ）に並列に可変無効電力発生器（ＶＱ）を取り付け、これらと電力系統（Ｅ）の間に遮断器（Ｓ１）を取り付け、誘導発電機を起動するときは、遮断器（Ｓ１）を開放したまま誘導発電機を同期速度まで回転数を上げ、誘導発電機の電圧が電力系統（Ｅ）の電圧と等しくなるよう可変無効電力発生器（ＶＱ）が発生する無効電力を調整し、誘導発電機（Ｇ）の電圧の位相角と電力系統（Ｅ）の電圧の位相角がほぼ一致した時、遮断器（Ｓ１）を投入することを特徴とする、誘導発電機の起動方式
【請求項２】
図２に示すように、誘導発電機（Ｇ）に並列に可変無効電力発生器（ＶＱ）を取り付け、これらと電力系統（Ｅ）の間に遮断器（Ｓ１、Ｓ２）を取り付け、遮断器（Ｓ１）に並列にインピーダンス（Ｚ）を接続し、誘導発電機を起動するときは、遮断器（Ｓ１、Ｓ２）を開放したまま誘導発電機の回転数を同期速度とし、遮断器（Ｓ２）を閉じて誘導発電機の電圧が電力系統（Ｅ）の電圧と等しくなるよう可変無効電力発生器（ＶＱ）が発生する無効電力を調整し、誘導発電機（Ｇ）の電圧の位相角と電力系統（Ｅ）の電圧の位相角がほぼ一致した時、遮断器（Ｓ１）を投入することを特徴とする、誘導発電機の起動方式
【請求項３】
図３に示すように、誘導発電機（Ｇ）に並列に可変無効電力発生器（ＶＱ）を取り付け、これらと電力系統（Ｅ）の間に遮断器（Ｓ１、Ｓ２）を取り付け、遮断器（Ｓ３）と変圧器（Ｔ）を直列にしたものを遮断器（Ｓ１）に並列に接続し、誘導発電機を起動するときは、遮断器（Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３）を開放したまま誘導発電機の回転数を同期速度とし、遮断器（Ｓ２、Ｓ３）を閉じて遮断器（Ｓ３）を通る電流がほぼゼロになるよう可変無効電力発生器（ＶＱ）が発生する無効電力を調整した後、遮断器（Ｓ３）を開き、誘導発電機（Ｇ）の電圧が電力系統（Ｅ）の電圧と等しくなるよう可変無効電力発生器（ＶＱ）が発生する無効電力を調整し、誘導発電機（Ｇ）の電圧の位相角と電力系統（Ｅ）の電圧の位相角がほぼ一致した時、遮断器（Ｓ１）を投入することを特徴とする、誘導発電機の起動方式
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2005117879.tif 000006
【図２】
2005117879.tif 000007
【図３】
2005117879.tif 000008