(57)【要約】【課題】電磁ピックアップケーブルに断線等が生じて回転速度信号の検出が不可能になった場合でも、系統安定化装置を継続して運転することを可能にし、系統の安定化に寄与する。【解決手段】同期発電機１の電圧信号２２、電流信号２３および回転速度信号２１より、電圧検出値２６、角速度検出値２４、周波数検出値２９および有効電力検出値２５を算出し、これらの信号を入力信号とする同期機の励磁制御装置１０において、周波数検出値２９が異常の場合、励磁制御装置１０内部に設けられた系統安定化手段１３に入力される入力信号の組合わせを有効電力検出値２５と角速度検出値２４の組合わせから、有効電力検出値２５と周波数検出値２９の組合わせに切り替える入力信号選択手段１４を備えた。【選択図】図１
2012157101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期発電機から得られた発電機電圧信号、発電機電流信号および発電機回転速度信号をアナログ入力変換器に入力して発電機電圧検出値、有効電力検出値、角速度検出値および周波数検出値を演算出力し、これらアナログ入力変換器から出力された検出値のうち、前記有効電力検出値と、前記角速度検出値または前記周波数検出値を系統安定化装置に導入して系統安定化制御信号を演算し、当該系統安定化制御信号、前記発電機電圧検出値および電圧設定値を自動電圧調整器に導入して発電機励磁制御信号を演算し、当該発電機励磁制御信号に基づいて発電機の励磁量を制御するように構成された同期機の励磁制御装置において、
前記角速度検出値および前記周波数検出値を導入して前記角速度検出値が正常であると診断された場合は当該角速度検出値を選択出力し、前記角速度検出値が異常であると診断された場合は前記周波数検出値を出力する入力信号選択手段を設け、前記系統安定化装置は前記入力信号選択器から出力された信号と、前記有効電力検出値とに基づいて前記系統安定化制御信号を演算するように構成したことを特徴とする同期機の励磁制御装置。
【請求項２】
前記入力信号選択手段は、前記角速度検出値の異常診断を行う異常信号診断手段と、前記角速度検出値および前記周波数検出値の差分を演算する差分演算器と、前記差分演算器の出力信号および初期値を入力し、前記異常信号診断手段からの信号により前記差分演算器の出力信号あるいは初期値のいずれか一方を選択し、当該選択した信号を予め設定されている時定数に基づいて一次遅れ演算を行い演算結果を出力する一次遅れ回路と、前記一次遅れ回路の出力信号と前記周波数検出値とを加算して周波数補正値信号として出力する加算器と、前記異常信号診断手段からの信号により前記角速度検出値あるいは前記周波数補正値信号のいずれか一方を選択出力する信号選択スイッチとを備え、前記異常信号診断手段の診断により前記角速度検出値が正常と診断されたとき、前記信号選択スイッチから前記角速度検出値を系統安定化装置入力選択信号として出力し、前記異常信号診断手段の診断により前記角速度検出値が異常と診断されたとき、前記信号選択スイッチから前記周波数補正値信号を系統安定化装置入力選択信号として出力することを特徴とする請求項１記載の同期機の励磁制御装置。
【請求項３】
前記異常信号診断手段は、入力された角速度信号値があらかじめ設定された上限設定値以上の場合に上限逸脱検出信号を発生する上限リミッタと、入力された角速度信号値があらかじめ設定された下限設定値以下の場合に下限逸脱検出信号を発生する下限リミッタとを具備し、これらの上限逸脱検出信号または下限逸脱検出信号を角速度異常検出信号として出力することを特徴とする請求項２に記載の同期機の励磁制御装置。
【請求項４】
同期発電機から得られた発電機電圧信号、発電機電流信号および発電機回転速度信号をアナログ入力変換器に入力して発電機電圧検出値、有効電力検出値および角速度検出値を演算出力し、これらアナログ入力変換器から出力された検出値のうち、前記有効電力検出値と前記角速度検出値とを系統安定化装置に導入して系統安定化制御信号を演算し、当該系統安定化制御信号、前記発電機電圧検出値および電圧設定値を自動電圧調整器に導入して発電機励磁制御信号を演算し、当該発電機励磁制御信号に基づいて発電機の励磁量を制御するように構成された同期機の励磁制御装置において、
前記角速度検出値および定数「０」を入力し、前記角速度検出値が正常であると診断された場合は当該角速度検出値を選択出力し、前記角速度検出値が異常であると診断された場合は前記定数「０」を出力する第２の入力信号選択器を設け、前記第２の入力信号選択器が角速度検出値を出力したとき、前記系統安定化装置は当該角速度検出値と前記有効電力検出値とに基づいて前記系統安定化制御信号を演算し、前記第２の入力信号選択器が定数「０」を出力したとき、前記系統安定化装置は前記有効電力検出値のみに基づいて前記系統安定化制御信号を演算するように構成したことを特徴とする同期機の励磁制御装置。
【請求項５】
前記励磁制御装置を常用系励磁制御装置および待機系励磁制御装置として冗長化し、２重化コントローラ系制御回路により両系を制御するように構成し、前記常用系励磁制御装置に入力される角速度信号値が異常となった場合、前記２重化コントローラ系制御回路により前記常用系励磁制御装置から前記待機系励磁制御装置に切り替え、その後、待機系の角速度信号値が異常となった場合は前記系統安定化手段の入力信号を角速度検出値から周波数検出値に切り替えることを特徴とする請求項１乃至４記載の同期機の励磁制御装置。
【請求項６】
同期発電機から得られた発電機電圧信号、発電機電流信号および発電機回転速度信号をアナログ入力変換器に入力して発電機電圧検出値、有効電力検出値、角速度検出値および周波数検出値を演算出力し、これらアナログ入力変換器から出力された検出値のうち、前記有効電力検出値と、前記角速度検出値または前記周波数検出値を系統安定化装置に導入して系統安定化制御信号を演算し、当該系統安定化制御信号、前記発電機電圧検出値および電圧設定値を自動電圧調整器に導入して発電機励磁制御信号を演算するようにした同期機の励磁制御方法において、
前記角速度検出値および前記周波数検出値を入力信号選択手段に導入し、前記角速度検出値が正常であると診断された場合は当該角速度検出値を選択出力し、前記角速度検出値が異常であると診断された場合は前記角速度検出値から前記周波数検出値に切り替えて当該周波数検出値を出力し、前記入力信号選択器から選択出力された信号と、前記有効電力検出値とを前記系統安定化装置に入力して前記系統安定化制御信号を演算することを特徴とする同期機の励磁制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、系統安定化装置および自動電圧調整器を備えた同期機の励磁制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、重要な電力系統に接続される同期発電機には、励磁制御装置に同期発電機の端子電圧を目標電圧に一定に保つための自動電圧調整器（ＡＶＲ）と、その目標電圧を調整することにより発電機運転の安定化を図る系統安定化装置（ＰＳＳ）とを設けるようにしている。なお、同期発電機を単に同期機と呼称する場合もある。
【０００３】
従来の系統安定化装置は、同期発電機からの有効電力の変化分ΔＰ、または発電機回転速度の変化分Δω、または発電機周波数の変化分Δｆを検出し、これらの変化分を所定の演算式に導入して演算し、適切な電圧調整信号（系統安定化制御信号ともいう）に加工して自動電圧調整器に与えるように構成されている。
【０００４】
ΔＰタイプの系統安定化装置では、周波数が短い１［Ｈｚ］〜３［Ｈｚ］程度の電力動揺を抑制するのに有効であり、Δωタイプの系統安定化装置は０．１［Ｈｚ］程度のゆっくりした電力動揺から１［Ｈｚ］程度までの動揺を抑制するのに有効である。また、Δｆタイプの系統安定化装置についても、Δωタイプの系統安定化装置とほぼ同等の効果が得られる。このため、広い周波数帯（０．１［Ｈｚ］から２．０［Ｈｚ］）の電力動揺の抑制に効果がある系統安定化装置として、ＩＥＥＥ ４２１にて定義されているＰＳＳ ＴＹＰＥ２Ｂモデルが存在する。
【０００５】
この系統安定化装置には２つの入力信号が必要であり、１つは有効電力信号の変化分ΔＰ、もう１つは発電機回転速度の変化分Δωまたは発電機回転速度相当信号として周波数の変化分Δｆのどちらか一方である。回転速度信号と、周波数信号の検出方法と得失について、以下説明する。
【０００６】
回転速度信号は発電機の回転子に取り付けられた歯車の回転速度を電磁ピックアップで検出するのが一般的である。回転速度信号を採用する利点は、発電機の電機子電圧や電機子電流の急変などの影響を受けずに回転速度を検出できることである。
【０００７】
しかし、電磁ピックアップで検出した信号を励磁制御装置に伝送するケーブル（以下、電磁ピックアップケーブルという）に断線や接触不良などの不具合が発生した場合には検出不可となる可能性がある。
【０００８】
一方、周波数信号ｆは発電機の計器用変圧器、計器用変流器から検出した発電機の電機子電圧と電機子電流をサンプリングし、所定のベクトル計算を行って算出した内部電圧周波数を回転速度相当の信号として使用するのが一般的である。周波数信号ｆを採用する利点としては、計器用変圧器と計器用変流器からの出力信号は励磁制御装置として必要な検出信号であるため、周波数検出を行うための特別な部品は不要であることが挙げられる。
【０００９】
しかし、ベクトル演算には、発電機定数（過渡リアクタンス）を使用するため、設定値からのずれに対しては検出誤差が生じる。また、発電機の電機子電圧や電機子電流は系統事故の種類や事故点によって大きさや位相が急変することもあり、算出方法によっては検出値に誤差が生じる場合がある。
【００１０】
これらの得失より、発電機の回転子に歯車を取り付けることが可能なプラントでは、ΔＰ＋Δωタイプの系統安定化装置が採用されており、一方、歯車の取付けが不可能なプラントでは、ΔＰ＋Δｆタイプの系統安定化装置が採用されている。
【００１１】
図１１にΔＰ＋Δωタイプの系統安定化装置を採用した従来の励磁制御装置１０を含む同期機の励磁制御システム構成例を示す。  
図１１において、１は電機子１ａおよび界磁巻線１ｂを備えた同期発電機であり、発電機出力端子を主変圧器２０１、遮断器２０２を介して電力系統２０３に連系されている。同期発電機１の出力端子と主変圧器２０１間の主回路には、計器用変圧器３や計器用変流器４に加え励磁電源変圧器２０４が接続されている。計器用変圧器３により発電機電圧信号２２が検出され、計器用変流器４により発電機電流信号２３が検出され、これらの検出信号２２、２３は後述する励磁制御装置１０に入力されるようになっている。そして、励磁電源変圧器２０４で電圧変成された発電機の出力は、サイリスタ整流器１６で整流したのち励磁量Ｉｆとして界磁巻線１ｂに供給するように構成されている。
【００１２】
一方、同期発電機１の回転軸には歯車２が取り付けられ、この歯車２の回転数は電磁ピックアップ５により発電機角速度信号２１として検出されたのち、電磁ピックアップケーブル５１を通して励磁制御装置１０に入力されるようになっている。
【００１３】
励磁制御装置１０は、上述したアナログ入力信号（発電機電圧信号２２、発電機電流信号２３および発電機角速度信号２１）を励磁制御装置１０内部で使用できる信号レベルに変換するアナログ信号入力変換器１１と、発電機の端子電圧を制御するための信号を発電機の界磁回路に設けられた整流装置１６に出力する自動電圧調整器（ＡＶＲ）１２と、電力系統の電力動揺を抑制するための系統安定化制御信号２７を自動電圧調整器１２に出力する系統安定化装置（ＰＳＳ）１３とから構成されている。
【００１４】
そして、上述したアナログ入力変換器１１は、発電機角速度信号２１を入力して角速度検出値２４を出力する角速度検出器１１-１と、発電機電圧信号２２および発電機電流信号２３を入力して有効電力検出値２５を出力する有効電力検出器１１-２と、発電機電圧信号２２を入力して発電機電圧検出値２６を出力する発電機電圧検出器１１-３とから構成されている。
【００１５】
このように構成された励磁制御装置１０において、自動電圧調整器１２は、発電機電圧検出値２６、電圧設定値（９０Ｒ）および系統安定化信号２７を用いて発電機励磁制御信号２８を演算して出力し、この発電機励磁制御信号２８を用いてサイリスタ整流器１６の点弧位相角を制御し、励磁電源変圧器２０４から界磁巻線１ｂに供給される励磁量Ｉｆを制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平９−２５２５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述した励磁制御装置１０は、電磁ピックアップ５で検出した信号を伝送する電磁ピックアップケーブル５１がねずみ等の小動物によって齧られて断線したり、あるいは接触不良等が生じて回転速度信号の検出が不可能になった場合、励磁制御装置は系統安定化装置の運転を除外せざるを得ないため、系統の安定化に寄与できなくなるという課題がある。
【００１８】
そこで、本発明の実施形態は、上述した課題を解決するためになされたものであり、電磁ピックアップにより検出した回転速度信号が電磁ピックアップケーブルの断線あるいは接触不良等により検出不能になった場合でも系統安定化装置を継続して運転することができ、制御性が良く信頼性の高い同期機の励磁制御装置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】
【００１９】
上記の課題を達成するため、本発明の実施形態は、同期発電機から得られた発電機電圧信号、発電機電流信号および発電機回転速度信号をアナログ入力変換器に入力して発電機電圧検出値、有効電力検出値、角速度検出値および周波数検出値を演算出力し、これらアナログ入力変換器から出力された検出値のうち、前記有効電力検出値と、前記角速度検出値または前記周波数検出値を系統安定化装置に導入して系統安定化制御信号を演算し、当該系統安定化制御信号、前記発電機電圧検出値および電圧設定値を自動電圧調整器に導入して発電機励磁制御信号を演算し、当該発電機励磁制御信号に基づいて発電機の励磁量を制御するように構成された同期機の励磁制御装置において、前記角速度検出値および前記周波数検出値を導入して前記角速度検出値が正常であると診断された場合は当該角速度検出値を選択出力し、前記角速度検出値が異常であると診断された場合は前記周波数検出値を出力する入力信号選択手段を設け、前記系統安定化装置は前記入力信号選択器から出力された信号と、前記有効電力検出値とに基づいて前記系統安定化制御信号を演算するように構成したことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態１における同期機の励磁制御システム構成図。
【図２】実施形態１における入力信号選択器の構成図。
【図３】実施形態１における異常信号診断回路の構成図。
【図４】実施形態１における信号補正器の構成図。
【図５】実施形態２における同期機の励磁制御システム構成図。
【図６】実施形態２における入力信号選択器の構成図。
【図７】ＩＥＥＥ ４２１で定義されているＰＳＳ ＴＹＰＥ２Ｂモデルのブロック線図。
【図８】実施形態３における同期機の励磁制御システム構成図。
【図９】実施形態３における入力信号選択器の構成図。
【図１０】実施形態３における２重化コントローラ系制御回路の構成図。
【図１１】従来技術における同期機の励磁制御システム構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、各図を通して同一部品には同一符号または対応する符号を付けることにより重複する説明は適宜省略する。
【００２２】
［実施形態１］
本発明の実施形態１に係る同期機の励磁制御装置について、図１ないし図４を参照して説明する。  
図１は、本発明の実施形態１に係る同期機の励磁制御システム構成図である。
【００２３】
本実施形態１の同期機の励磁制御装置１０が図１１の従来例と異なる点は、アナログ信号入力変換器１１を新たなアナログ信号入力変換器１１Ａに置き換えたことと、このアナログ信号入力変換器１１Ａから出力された角速度検出値２４および周波数検出値２９のいずれかを選択して系統安定化装置１３に入力する入力信号選択器１４を設けたことである。その他は図１１に示した従来例と同じである。
【００２４】
図１に示すように本実施形態１に係る同期機の励磁制御システムは、同期発電機１の回転軸に取り付けられた歯車２と、発電機の端子電圧を検出するための計器用変圧器３と、発電機の端子電流を検出するための計器用変流器４と、歯車２に対向して設けられ発電機の回転数から発電機角速度信号２１を検出する電磁ピックアップ５と、この電磁ピックアップ５で検出した発電機角速度信号２１、計器用変圧器３で検出した発電機電圧信号２２および計器用変流器４で検出した発電機電流信号２３等の各種アナログ信号を入力して発電機励磁制御信号２８を出力する励磁制御装置１０とから構成されている。
【００２５】
この励磁制御装置１０は、入力した各種アナログ信号を励磁制御装置１０内部で使用できる信号レベルに変換するアナログ信号入力変換器１１Ａと、発電機の端子電圧を制御するための信号を発電機の界磁回路に設けられた整流装置１６に出力する自動電圧調整器（ＡＶＲ）１２と、電力系統の電力動揺を抑制するための信号を自動電圧調整器１２に出力する系統安定化装置（ＰＰＳ）１３と、系統安定化装置１３に入力される信号を選択する入力信号選択器１４とから構成される。なお、入力信号選択器１４は、後述する実施形態２の入力信号選択器と区別するために、第１の入力信号選択器と呼称する場合がある。
【００２６】
ここで、本実施形態１によるアナログ信号入力変換器１１Ａは、発電機角速度信号２１を入力して角速度検出値２４を演算し出力する角速度検出器１１-１と、発電機電圧信号２２および発電機電流信号２３を入力して有効電力検出値２５を演算し出力する有効電力検出器１１-２と、発電機電圧信号２２を入力して発電機電圧検出値２６を演算し出力する発電機電圧検出器１１-３と、さらに、発電機電圧信号２２および発電機電流信号２３を入力して周波数検出値２９を演算し出力する周波数検出器１１-４とから構成されている。
【００２７】
入力信号選択器１４は、角速度検出器１１-１から入力された角速度検出値２４と周波数検出器１１-４から入力された周波数検出値２９のいずれかの入力信号を選択出力し、系統安定化装置入力選択信号３０として系統安定化装置１３に出力する。  
系統安定化装置１３は、系統安定化装置入力選択信号３０と有効電力検出値２５とを入力して系統安定化制御信号２７を演算し、自動電圧調整器１２に出力する。
【００２８】
自動電圧調整器１２は、発電機電圧検出値２６、電圧設定値９０Ｒおよび系統安定化制御信号２７を用いて演算し発電機励磁制御信号２８を出力する。そして、この発電機励磁制御信号２８によりサイリスタ整流器１６の点弧位相角を制御することによって励磁電源変圧器２０４から同期発電機１の界磁巻線１ｂに供給される励磁量Ｉｆを制御する。
【００２９】
次に、図２を参照して前述した入力信号選択器１４の詳細構成の一例について説明する。  
図２において、入力信号選択器１４は入力された角速度検出値２４の異常診断を行い、入力信号が正常な場合は論理値「０」、異常な場合は論理値「１」なる角速度異常検出信号５２を出力する異常信号診断回路４２と、角速度検出値２４、周波数検出値２９および角速度異常検出信号５２を入力し、入力信号が角速度検出値２４から周波数検出値２９に切り替わる際に前述した系統安定化装置入力選択信号３０が急変することを防止するための周波数補正値信号５１を出力する信号補正器４３と、入力信号である前記角速度検出値２４を入力端子Ｂ側に入力し、前記周波数補正値信号５１を入力端子Ａ側に入力し、さらに角速度異常検出信号５２により角速度検出値２４または周波数補正値信号５１のいずれか一方の入力信号を選択し系統安定化装置入力選択信号３０として出力するアナログ信号選択スイッチ４１とから構成される。
【００３０】
以下、入力信号選択器１４の機能を説明する。  
アナログ入力変換器１１Ａから出力された角速度検出値２４は、まず異常信号診断回路４２に入力されて異常診断が行われる。なお、この異常信号診断回路４２の詳細については更に図３により説明し、また、信号補正器４３については更に図４により詳細に説明する。
【００３１】
図３において、異常信号診断回路４２は、入力した角速度検出値２４が正常であると診断した場合には論理値「０」なる角速度異常検出信号５２を出力し、入力した角速度検出値２４が異常であると診断した場合には論理値「１」なる角速度異常検出信号５２を出力する。なお、以下の説明では論理値「０」、論理値「１」を単に「０」、「１」とそれぞれ略称する。
【００３２】
アナログ信号選択スイッチ４１は、角速度検出値２４が異常信号診断回路４２によって正常であると診断された場合（角速度異常検出信号５２が「０」の場合）には入力端子Ｂに入力された角速度検出値２４を選択し、これを系統安定化装置１３に系統安定化装置入力選択信号３０として出力する。逆に角速度検出値２４が異常であると診断された場合（角速度異常検出信号５２が「１」の場合）には入力端子Ａに入力された周波数補正値信号５１を選択して、これを系統安定化装置１３に系統安定化装置入力選択信号３０として出力する。
【００３３】
信号補正器４３は、前述したようにアナログ信号選択スイッチ４１にて入力信号を切り替える際に、系統安定化装置入力選択信号３０が急変することを防止するために、角速度検出値２４が正常なときは周波数検出値２９を補正して、周波数補正値信号５１として角速度検出値２４に追従させる。
【００３４】
以下、図３を用いて異常信号診断回路４２の具体的な構成例について説明する。  
図３において、異常信号診断回路４２は、入力した角速度検出値２４と上限設定値とを比較して角速度検出値２４が上限設定値以上となった場合に信号７１を発生する上限リミッタ６１と、入力した角速度検出値２４と下限設定値とを比較して角速度検出値２４が下限設定値以下となった場合に信号７２を発生する下限リミッタ６２と、これら２つの出力信号７１、７２の論理和を角速度異常検出信号５２として出力する異常信号診断オア回路６３とから構成される。
【００３５】
次に異常信号診断回路４２の作用について説明する。  
アナログ入力変換器１１Ａの角速度検出器１１-１から出力された角速度検出値２４は、上限リミッタ６１と下限リミッタ６２にそれぞれ入力される。上限リミッタ６１には、角速度信号上限設定値が予め設定されており、入力信号と上限設定値を比較して入力信号が上限設定値以上の場合に上限逸脱検出信号７１を出力する。
【００３６】
一方、下限リミッタ６２には、角速度信号下限設定値が予め設定されており、入力信号と下限設定値を比較して入力信号が下限設定値以下の場合に下限逸脱検出信号７２を出力する。これらの上限逸脱検出信号７１および下限逸脱検出信号７２はオア回路６３に入力され、どちらか一方の信号が「１」となった場合に「１」なる角速度異常検出信号５２を出力し、上限逸脱検出信号７１および下限逸脱検出信号７２がともに「０」の場合は「０」なる角速度異常検出信号５２を出力する。
【００３７】
さらに、信号補正器４３の具体的な構成について図４を参照して説明する。  
図４において、信号補正器４３は、角速度検出値２４と周波数検出値２９との差分、すなわち、角速度検出値２４から周波数検出値２９を減算して入力差分信号７３として出力する差分演算器６４と、前述の異常信号診断回路４２から出力された角速度異常検出信号５２が「１」であるか、「０」であるかに基づいて２つの入力信号のいずれかを選択して取り込み、取り込んだ信号を内部に設定されている時定数Ｔに基づいて一次遅れ演算（１／（１+ｓＴ））を行い補正値演算信号７４を出力する一次遅れ回路６５と、周波数検出値２９および前記補正値演算信号７４を加算することにより角速度検出値２４相当の周波数補正値信号５１を出力する加算器６６とから構成される。なお、一次遅れ回路６５に入力される２つの入力信号とは、入力端子１側に入力される初期値「０」と、入力端子２側に入力される入力差分信号７３である。
【００３８】
以下に信号補正器４３の作用について説明する。  
差分演算器６４は、アナログ入力変換器１１Ａの角速度検出器１１-１および周波数検出器１１-４からそれぞれ入力された角度検出値２４から周波数検出値２９を減算し、入力差分信号７３として一次遅れ回路６５の入力端子２側に入力する。一次遅れ回路６５は、図２の異常信号診断回路４２より出力される角速度異常検出信号５２が「０」の場合は、入力差分信号７３について一次遅れ演算（１／（１+ｓＴ））を行い、その演算結果を補正値演算信号７４として出力する。加算器６６では、この補正値演算信号７４と周波数検出値２９とを加算することにより、角速度検出値２４相当の周波数補正値信号５１を生成し出力する。つまり、角度検出値２４が正常状態のとき、図２のアナログ信号選択スイッチ４１の入力端子Ａ側に入力される周波数補正値信号５１は、角速度検出値２４相当の信号である。
【００３９】
もし、角度検出値２４が電磁ピックアップケーブル５１の断線により異常状態となり、角速度異常検出信号５２が「１」に変化した場合は、一次遅れ回路６５には入力端子１側に入力されている初期値「０」が入力される。この結果、一次遅れ回路６５から出力される補正値演算信号７４は、角度検出値２４と周波数検出値２９との差分値相当分から一次遅れ演算（１／（１+ｓＴ））による時間をかけて緩やかに「０」に変化する。
【００４０】
この「０」に向かって緩やかに減少する補正値演算信号７４が加算器６６において周波数検出値２９と加算されるので、周波数補正値信号５１も正常時に出力していた角速度検出値２４から、周波数検出値２９に向かって緩やかに変化する。この周波数補正値信号５１が図２のアナログ信号選択スイッチ４１の入力端子Ａに入力されることは前述したとおりである。
【００４１】
次に、図１〜図４を参照して本実施形態１に係る励磁制御装置の作用効果を説明する。
（１）  まず、図１の励磁制御装置１０において、発電機角速度信号２１が正常である場合を仮定して説明する。
【００４２】
図１において、電磁ピックアップ５で検出された発電機角速度信号２１は、アナログ入力変換器１１Ａにて角速度検出値２４に変換されて入力信号選択器１４に送られる。この入力信号選択器１４の内部に設けられた図２に示す異常信号診断回路４２は、角速度検出信号２４が正常であると診断し、「０」の角速度異常検出信号５２を出力する。
【００４３】
これにより、入力信号選択器１４の内部に設けられている図２に示すアナログ信号選択スイッチ４１は、入力端子Ｂ側の入力されている角速度検出値２４を選択し、この角速度検出値２４を系統安定化装置入力選択信号３０として出力する。この結果、系統安定化装置１３には入力信号選択器１４から出力された角速度検出値２４と、有効電力検出器１１-２から出力された有効電力検出値２５との２つの信号が入力される。なお、このとき、アナログ信号選択スイッチ４１の選択されない方の入力端子Ａには、周波数検出値２９と補正値演算信号７４とを加算した、角速度検出値２４相当の周波数補正値信号５１が入力されている。
【００４４】
（２）  次に、図１の励磁制御装置１０において、発電機角速度信号２１が上記のような正常状態から電磁ピックアップケーブル５１の断線、接触不良等により異常となった場合を仮定して説明する。
【００４５】
電磁ピックアップ５で検出された発電機角速度信号２１は、アナログ入力変換器１１Ａにて角速度検出値２４に変換されて入力信号選択器１４の内部に設けられている異常信号診断回路４２に送られる。
【００４６】
電磁ピックアップ５とアナログ入力変換器１１Ａとの間の電磁ピックアップケーブル５１が断線したことにより、角速度検出器１１-１から出力される角速度検出値２４はある有限値から「０」に変化する。これにより、入力信号選択器１４の内部に設けられている異常信号診断回路４２を構成する下限リミッタ６２（図３参照）が働き、異常信号診断回路４２から出力される角速度異常検出信号５２は「０」から「１」に変化する。
【００４７】
このため、入力信号選択器１４の内部に設けられている図２のアナログ信号選択スイッチ４１は入力端子Ａ側に入力されている周波数補正値信号５１を選択し、この周波数補正値信号５１を系統安定化装置入力選択信号３０として出力する。この結果、系統安定化装置１３に入力されている２つの入力信号は、正常時の「角速度検出値（Δω）２４および有効電力検出値（ΔＰ）２５」の組み合わせから、「周波数補正値信号（Δｆ）５１と有効電力検出値（ΔＰ）２５」の組み合わせに切り替わる。
【００４８】
また、入力信号が切り替わる際に、図２の信号補正器４３を構成する図４の一次遅れ回路６５の入力信号が、角速度異常検出信号５２によって「角速度検出値２４」と「周波数検出値２９」の差分から初期値「０」に切り替えられる。このため、「角速度検出値２４」が正常状態の時にその「角速度検出値２４」に追従していた「周波数補正値信号５１」は、一次遅れ回路６５の時定数に基づいて「周波数検出値２９」に向かって緩やかに変化し、最終的に「周波数検出値２９」に切り替わる。
【００４９】
これにより、系統安定化装置１３に入力される２つの入力信号のうち、角速度検出値２４が異常になったことに伴って角速度検出値２４から周波数検出値２９に切り替わるときに、自動電圧調整器１２に入力される系統安定化制御信号２７の突変を防止することができる。
【００５０】
以上述べたように本実施形態１によれば、系統安定化装置１３は、発電機の角速度信号２１が正常な場合は、角速度検出値２４と有効電力検出値２５とに基づいて系統安定化制御信号２７を生成し、発電機の角速度信号２１が異常となった場合は、角速度検出値２４と有効電力検出値２５の組み合わせから、周波数検出値２９と有効電力検出値２５の組合わせにバンプレスに切り替えることができ、角速度信号２１の正常あるいは異常に拘らず系統安定化装置１３を継続して使用することができるので、制御性がよくかつ信頼性の高い同期機の励磁制御装置を提供することができる。
【００５１】
［実施形態２］
本発明の実施形態２に係る同期機の励磁制御装置について、図５〜図７を参照して説明する。  
図５は、本発明の実施形態２に係る同期機の励磁制御システム構成図、図６は、本実施形態２の入力信号選択器１４Ａの一例を示す構成図、図７は本実施形態２で使用する系統安定化装置１３Ａのブロック線図である。
【００５２】
本実施形態２が前述の実施形態１と異なる点は、アナログ入力変換器１１Ａを図１１の従来技術同様のアナログ入力変換器１１に置き換えて、角速度検出値２４、有効電力検出値２５および発電機電圧検出値２６の３種類の信号のみを演算出力するようにしたこと、および入力信号選択器１４を１入力タイプの入力信号選択器１４Ａに置き換えるとともに、系統安定化装置１３をＩＥＥＥ ４２１で定義されている周知のＰＳＳ ＴＹＰＥ２Ｂモデルの系統安定化装置１３Ａに置き換えるように構成したことである。
【００５３】
図６で示す本実施形態２の入力信号選択器１４Ａが図２の入力信号選択器１４と異なる点は、信号補正器４３を不要とし、アナログ信号選択スイッチ４１の入力端子Ａ側に入力される信号を周波数補正値信号５１から定数「０」に変更するように構成した点である。なお、入力信号選択器１４Ａは、前述した実施形態１の入力信号選択器１４と区別するために、第２の入力信号選択器と呼称する場合がある。
【００５４】
以下、本実施形態２の入力信号選択器１４Ａの機能について説明する。  
図５において、アナログ入力変換器１１の角速度検出部１１-１から出力された角速度検出値２４は、入力信号選択器１４Ａの内部に設けられている異常信号診断回路４２に送られて正常あるいは異常の診断が行われる。図６に示す異常信号診断回路４２は、入力した角速度検出値２４が正常であると診断した場合は、「０」なる角速度異常検出信号５２を出力し、入力した角速度検出値２４が異常であると診断した場合は、「１」なる角速度異常検出信号５２を出力する。
【００５５】
アナログ信号選択スイッチ４１は、異常信号診断回路４２によって角速度検出値２４が正常であると診断された場合、角速度異常検出信号５２が「０」なので入力端子Ｂ側に入力されている角速度検出値２４を選択し、これを系統安定化装置入力選択信号３０として出力する。
【００５６】
これに対して、異常信号診断回路４２によって角速度検出値２４が異常であると診断された場合は、角速度異常検出信号５２が「１」となり、入力端子Ａ側の定数「０」を選択してこれを系統安定化装置入力選択信号３０として出力する。
【００５７】
以下、図５〜図７を用いて、本発明の実施形態２に係る励磁制御装置の作用および効果について説明する。  
発電機角速度信号２１が電磁ピックアップケーブル５１の断線などにより異常となった場合を仮定して説明する。
【００５８】
図５において、電磁ピックアップ５で検出された発電機角速度信号２１は、アナログ入力変換器１１にて角速度検出値２４に変換されて入力信号選択器１４Ａに送られる。  
角速度検出値２４は、電磁ピックアップケーブル５１の断線によって「０」になる。すると、前述した図３において、異常信号診断回路４２内の下限リミッタ６２が働き、オア回路６３を経て「１」なる角速度異常検出信号５２を出力する。これにより、図６の入力信号選択器１４Ａは、アナログ信号選択スイッチ４１の入力端子をＢ側からＡ側に切り替え、「０」なる系統安定化装置入力選択信号３０を出力し、系統安定化装置１３Ａに入力する。
【００５９】
本実施形態２の系統安定化装置１３Ａは、図７で示すように、入力信号選択器１４Ａから出力された系統安定化装置入力選択信号３０（ωまたはｆ）を入力する発電機角速度信号／周波数信号入力制限部９１と、この入力制限部９１の次段に設けられた発電機角速度信号／周波数信号シグナルリセットフィルタ９２と、有効電力検出器１１-２から出力された有効電力検出値２５を入力する有効電力信号入力制限部９３と、この入力制限部９３の次段に設けられた有効電力信号シグナルリセットフィルタ９４と、この有効電力信号シグナルリセットフィルタ９４の出力信号９４ｅにゲインＫｓ３を乗じるＰＳＳゲイン（２）回路９５と、このＰＳＳゲイン（２）回路９５の出力信号と前記発電機角速度信号／周波数信号シグナルリセットフィルタ９２の出力信号とを加算する加算器９６と、この加算器９６の出力信号を入力するランプトラッキングフィルタ９７と、このランプトラッキングフィルタ９７の出力信号から前記有効電力信号シグナルリセットフィルタ９４の出力信号９４ｅを減算する減算器９８と、この減算器９８の出力信号にゲインＫｓ１を乗じるＰＳＳゲイン（１）回路９９と、このＰＳＳゲイン（１）回路９９の出力信号を入力するＰＳＳ位相補償関数１００と、このＰＳＳ位相補償関数１００の出力信号を入力するＰＳＳ出力制限部１０１とから構成されている。そして、ＰＳＳゲイン（２）回路９５のゲインＫｓ３を前記角速度異常検出信号５２が「１」となったタイミングで、ゲインＫｓ３の設定値を「０」に変更して前記有効電力信号シグナルリセットフィルタ９４の出力信号９４ｅが加算器９６に入力されないようにし、１入力タイプの系統安定化装置（ΔＰタイプ）に切り替える。
【００６０】
以上述べたように、本実施形態２のように周波数信号ｆを取り込まない励磁制御装置１０においても、発電機の角速度検出値（Δω）が異常となった場合は、系統安定化装置の２つの入力信号である角速度検出値（Δω）と有効電力検出値（ΔＰ）との組み合わせから、有効電力検出値（ΔＰ）のみの１入力に切り替えることで系統安定化装置１３Ａを角速度検出値（Δω）の異常後も継続して使用することができる。
【００６１】
この結果、本実施形態２においても、実施形態１と同様に発電機角速度信号２１が電磁ピックアップケーブル５１の断線などにより異常となった場合でも、制御性がよくかつ信頼性の高い同期機の励磁制御装置を提供することができる。
【００６２】
［実施形態３］
以下、本発明の実施形態３に係る同期機の励磁制御装置について、図８ないし図１０を参照して説明する。
【００６３】
図８は、本実施形態による冗長化された同期機の励磁制御システム構成図である。  
本実施形態３は、励磁制御装置１０を常用系励磁制御装置１０ｃと待機系励磁装置１０ｓとにより２重化し、２重化コントローラ系制御回路１５によって常用系励磁制御装置１０ｃと待機系励磁装置１０ｓとを切り替えるように構成している。なお、２重化コントローラ系制御回路１５についは、図１０で詳細に説明する。また、本実施形態では「コントローラ」なる用語を一部の部品名および信号名に用いているが、「コントローラ」と「励磁制御装置」とは同意語である。
【００６４】
常用系励磁制御装置１０ｃおよび待機系励磁制御装置１０ｓに設けられているそれぞれのアナログ信号入力変換器１１Ａは、互いに独立して設置された電磁ピックアップ５Ａおよび５Ｂから電磁ピックアップケーブル５１Ａおよび５１Ｂを経て発電機角速度信号２１Ａおよび２１Ｂを入力し、計器用変圧器３から発電機電圧信号２２を入力し、さらに、互いに独立して設けた計器用変流器４１および４２から発電機電流信号２３Ａおよび２３Ｂを入力するように構成されている。
【００６５】
なお、励磁制御装置を２重化したことに伴って常用系励磁制御装置１０ｃおよび待機系励磁制御装置１０ｓとも一部の構成機器の機能が追加されている。すなわち、常用系励磁制御装置１０ｃでは、入力信号選択器１４ｃが新たに常用系コントローラ角速度異常検出信号３１を出力して２重化コントローラ系制御回路１５に入力するとともに、この２重化コントローラ系制御回路１５から出力された常用系コントローラ周波数切替信号３２を入力するように構成されている。なお、入力信号選択器１４ｃについては、図９で詳細に説明する。
【００６６】
また、常用系の自動電圧調整器１２ｃは、新たに常用系コントローラ使用中信号３３を２重化コントローラ系制御回路１５に出力し、この２重化コントローラ系制御回路１５からの常用系コントローラ選択信号３４を入力するように構成されている。
【００６７】
同様に、待機系励磁制御装置１０ｓにおいても、入力信号選択器１４ｓが新たに待機系コントローラ角速度異常検出信号３５を出力して２重化コントローラ系制御回路１５に入力するとともに、この２重化コントローラ系制御回路１５から出力された待機系コントローラ周波数切替信号３６を入力するように構成されている。
【００６８】
そして、待機系の自動電圧調整器１２ｓが新たに待機系コントローラ使用中信号３７を２重化コントローラ系制御回路１５に出力し、この２重化コントローラ系制御回路１５からの待機系コントローラ選択信号３８を入力するように構成されている。
【００６９】
一方、２重化コントローラ系制御回路１５は、常用系の自動電圧調整機１２ｃより常用系コントローラ使用中信号３３を入手し、励磁制御装置の系の切替を行う場合には、待機系の自動電圧調整機１２ｓに対して待機系コントローラ選択信号３８を出力する。そして、系統安定化装置１３の入力信号を切り替える必要がある場合、常用系コントローラ周波数切替信号３２を入力信号選択器１４ｃに出力する。これにより、常用系コントローラ周波数切替信号３２は入力信号選択器１４ｃの内部に設けられている図９に示すアナログ信号選択スイッチ４１に送られ、系統安定化装置１３の入力信号を切り替える。
【００７０】
次に、図９を参照して入力信号選択器１４ｃの一例について説明する。  
入力信号選択器は常用系も待機系も同じ構成なので、ここでは、常用系の入力信号選択器１４ｃを代表して説明する。
【００７１】
入力信号選択器１４ｃは、角速度検出値２４、周波数検出値２９に加えて常用系コントローラ周波数切替信号３２を入力する。入力信号選択器１４ｃ内の異常診断回路４２は角速度検出値２４の異常診断を行ない、その診断結果を常用系コントローラ異常検出信号３１として出力する。この常用系コントローラ異常検出信号３１は、図２のようにアナログ信号選択スイッチ４１や信号補正器４３の制御には使用されず、２重化コントローラ系制御回路１５に出力されて励磁制御装置の系の切り替えを行うか、系統安定化装置１３の入力信号を切り替えるかの判断が行わる。新たに入力された常用系コントローラ周波数切替信号３２は、図２の角速度異常検出信号５２に代わってアナログ信号選択スイッチ４１の切替に使用される。
【００７２】
次に、図１０を参照して２重化コントローラ系制御回路１５の具体的な構成例について説明する。  
図１０中、８１、８２、８３および８４はアンド回路であり、１１１および１１２は入力信号を反転して出力するノット回路である。アンド回路８１は、常用系コントローラ使用中信号３３、常用系コントローラ角速度異常検出信号３１および待機系コントローラ異常信号４０の反転信号を入力し、入力された３信号のアンド条件が成立したときに待機系コントローラ選択信号３８および常用系コントローラ異常信号３９を出力する。
【００７３】
アンド回路８２は、常用系コントローラ使用中信号３３、常用系コントローラ角速度異常検出信号３１および待機系コントローラ異常信号４０を入力し、この３信号のアンド条件が成立したとき常用系コントローラ周波数切替信号３２を出力する。
【００７４】
同様にして、アンド回路８３は、待機系コントローラ使用中信号３７、待機系コントローラ角速度異常検出信号３５および常用系コントローラ異常信号３９の反転信号を入力し、入力された３信号のアンド条件が成立したとき常用系コントローラ選択信号３４および待機系コントローラ異常信号４０を出力する。
【００７５】
アンド回路８４は、待機系コントローラ使用中信号３７、待機系コントローラ角速度異常検出信号３５および常用系コントローラ異常信号３９を入力し、入力された３信号のアンド条件が成立したとき待機系コントローラ周波数切替信号３６を出力する。
【００７６】
以下、図８ないし図１０を用いて、本発明の実施形態３に係る励磁制御装置の作用効果について説明する。
【００７７】
図８に示す２重化された常用系励磁制御装置１０ｃおよび待機系励磁制御装置１０ｓにおいて、定常時は常用系が選択されて運転しているものとし、実施形態１と同様に常用系励磁制御装置１０ｃに接続される電磁ピックアップケーブル５１Ａに断線あるいは接触不良が発生したことにより、発電機角速度信号２１Ａが異常となった場合を仮定する。
【００７８】
常用系Ｃのアナログ入力変換器１１Ａから出力された角速度検出値２４は、電磁ピックアップケーブル５１Ａが断線しているため「０」となる。このため、図９において入力選択器１４ｃ内に設けられている異常信号診断回路４２の下限リミッタ６２（図３参照）が働き、常用系コントローラ角速度異常検出信号３１は「１」として出力され、２重化コントローラ系制御回路１５に送られる。
【００７９】
定常時においては、常用系励磁制御装置１０ｃが選択されているため、常用系励磁制御装置１０ｃ側の自動電圧調整器１２ｃから出力される常用系コントローラ使用中信号３３は「１」となっている。
【００８０】
このとき待機系励磁制御装置１０ｓが正常である場合は、待機系コントローラ異常信号４０が「０」となっているため、常用系コントローラ異常検出アンド回路８１に入力される３入力信号のアンド条件が成立し、待機系コントローラ選択信号３８が出力されるとともに、常用系コントローラ異常信号３９が出力される。そして、待機系励磁制御装置１０ｓ側の自動電圧調整器１２ｓは２重化コントローラ系制御回路１５から送られてきた待機系コントローラ選択信号３８により励磁制御装置の系切り替えを行う。
【００８１】
これにより、常用系の自動電圧制御装置１２ｃの発電機励磁制御信号２８が使用できなくなるが、待機系自動電圧制御装置１２ｓの発電機励磁制御信号２８により同期発電機１の励磁制御を継続して行うことができる。
【００８２】
もし、常用系の異常信号診断回路４２が異常である旨判断した時点で、既に待機系励磁制御装置１０ｓが異常状態となっている場合は、常用系コントローラ周波数切替アンド回路８２の条件が成立して常用系コントローラ周波数切替信号３２が常用系励磁制御装置１０ｃ側のアナログ信号選択スイッチ４１に送られ、系統安定化装置１３の入力信号を切り替えることができる。信号切替時は実施形態１と同様の効果が得られる。
【００８３】
以上述べたように、本実施形態３によれば、冗長化された同期機の励磁制御装置において、常用系の角速度信号２１Ａが異常となった場合でも待機系励磁制御装置１０ｓが正常である場合は待機系励磁制御装置１０ｓに切り替わり、万一、常用系および待機系の両系の励磁制御装置１０ｃ、１０ｓに入力されている角速度信号２１が共に異常となっている場合は系統安定化装置に入力される２つの入力信号を角速度信号と有効電力信号との組み合わせから、周波数信号と有効電力信号との組合わせにバンプレスに切り替えて系統安定化装置を継続使用することができ、制御性がよく信頼性の高い励磁制御装置を提供することができる。
【００８４】
以上述べたように少なくとも一つの実施形態の同期機の励磁制御装置によれば、系統安定化装置は、発電機の角速度信号が正常な場合は、角速度検出値と有効電力検出値とに基づいて系統安定化制御信号を生成し、発電機の角速度信号が異常となった場合は、角速度検出値と有効電力検出値の組み合わせから、周波数検出値と有効電力検出値の組合わせにバンプレスに切り替えるようにしたので、角速度信号の正常あるいは異常に拘らず系統安定化装置を継続して使用することができ、制御性がよくかつ信頼性の高い同期機の励磁制御装置を提供することができる。
【００８５】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８６】
１… 同期発電機、１ａ…電機子、１ｂ…界磁巻線、Ｉｆ…励磁量、２…歯車、３…計器用変圧器（ＰＴ）、４…計器用変流器（ＣＴ）、５、５Ａ、５Ｂ…電磁ピックアップ、５１、５１Ａ、５１Ｂ…電磁ピックアップケーブル、１０、１０ｃ、１０ｓ…励磁制御装置、１１、１１Ａ…アナログ入力変換器、１１-１…角速度検出器、１１−２…有効電力検出器、１１-３…電圧検出器、１１-４…周波数検出器、１２、１２ｃ、１２ｓ…自動電圧調整器、１３、１３Ａ…系統安定化装置、１４、１４ｃ、１４ｓ…入力信号選択器、１５…２重化コントローラ系制御回路、１６…整流装置、１７…切替スイッチ、２１、２１Ａ、２１Ｂ…発電機角速度信号、２２…発電機電圧信号、２３…発電機電流信号、２４…角速度検出値、２５…有効電力検出値、２６…発電機電圧検出値、２７…系統安定化制御信号、２８…発電機励磁制御信号、２９…周波数検出値、３０…系統安定化装置入力選択信号、３１…常用系コントローラ角速度異常検出信号、３２…常用系コントローラ周波数切替信号、３３…常用系コントローラ使用中信号、３４…常用系コントローラ選択信号、３５…待機系コントローラ角速度異常検出信号、３６…待機系コントローラ周波数切替信号、３７…待機系コントローラ使用中信号、３８…待機系コントローラ選択信号、３９…常用系コントローラ異常信号、４０…待機系コントローラ異常信号、４１…アナログ信号選択スイッチ、４２…異常信号診断回路、４３…信号補正器、５１…周波数補正値信号、５２…角速度異常検出信号、６１…上限リミッタ、６２…下限リミッタ、６３…異常信号診断ＯＲ回路、６４…差分演算器、６５…一次遅れ回路、６６…加算器、７１…上限逸脱検出信号、７２…下限逸脱検出信号、７３…入力差分信号、７４…補正値演算信号、８１…常用系コントローラ異常検出アンド回路、８２…常用系コントローラ周波数切替アンド回路、８３…待機系コントローラ異常検出アンド回路、８４…待機系コントローラ周波数切替アンド回路、１０ｃ…常用系励磁制御装置、１０ｓ…待機系励磁制御装置、１４Ａ…入力信号選択器、８１〜８４…アンド回路、９１…発電機角速度信号／周波数信号入力制限部、９２…発電機角速度信号／周波数信号シグナルリセットフィルタ、９３…有効電力信号入力制限部、９４…有効電力信号シグナルリセットフィルタ、９５… ＰＳＳゲイン（２）回路、９６…加算部、９７…ランプトラッキングフィルタ、９８…減算部、９９…ＰＳＳゲイン（１）回路、１００…ＰＳＳ位相補償関数、１０１…ＰＳＳ出力制限部、１１１、１１２…ノット回路。
【図１】
2012157101.tif 000003
【図２】
2012157101.tif 000004
【図３】
2012157101.tif 000005
【図４】
2012157101.tif 000006
【図５】
2012157101.tif 000007
【図６】
2012157101.tif 000008
【図７】
2012157101.tif 000009
【図８】
2012157101.tif 000010
【図９】
2012157101.tif 000011
【図１０】
2012157101.tif 000012
【図１１】
2012157101.tif 000013