(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次側巻線が三相交流系統に接続され二次側巻線が星形結線された交流励磁同期機と、スイッチング素子群のスイッチング動作により前記三相交流系統からの交流信号を系統周波数とは異なる周波数の交流励磁信号に変換しこの交流励磁信号を前記交流励磁同期機の各相の二次側巻線と中性点に出力する交流励磁手段と、前記交流励磁同期機の二次側巻線の中性点と前記交流励磁手段の各相の出力側とを結ぶ回路を流れる中性点電流のうち前記交流励磁同期機と前記交流励磁手段との間に挿入された二次回路負荷を基準として前記交流励磁同期機側の中性点電流を検出する第１中性点電流検出手段と、前記二次回路負荷を基準として前記交流励磁手段側の中性点電流を検出する第２中性点電流検出手段と、前記第１中性点電流検出手段の検出電流と前記第２中性点電流検出手段の検出電流とを比較して両者の位相が一致するか否かを判定する位相判定手段と、前記位相判定手段の判定結果に応じて前記交流励磁手段を制御する制御手段とを備えてなる交流励磁発電電動装置。
【請求項２】
一次側巻線が三相交流系統に接続され二次側巻線が星形結線された交流励磁同期機と、スイッチング素子群のスイッチング動作により前記三相交流系統からの交流信号を系統周波数とは異なる周波数の交流励磁信号に変換しこの交流励磁信号を前記交流励磁同期機の各相の二次側巻線と中性点に出力する交流励磁手段と、前記交流励磁同期機の二次側巻線の中性点と前記交流励磁手段の各相の出力側とを結ぶ回路を流れる中性点電流のうち前記交流励磁同期機と前記交流励磁手段との間に挿入された二次回路負荷を基準として前記交流励磁同期機側の中性点電流を検出する第１中性点電流検出手段と、前記二次回路負荷を基準として前記交流励磁手段側の各相の中性点電流を検出する第２中性点電流検出手段と、前記第１中性点電流検出手段の検出電流と前記第２中性点電流検出手段の各相の検出電流の和とを比較して両者の極性が一致するか否かを判定する位相判定手段と、前記位相判定手段の判定結果に応じて前記交流励磁手段を制御する制御手段とを備えてなる交流励磁発電電動装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記第２中性点電流検出手段の代わりに、前記交流励磁手段の各相の出力電流のうち前記二次回路負荷を基準として前記交流励磁手段側の各相の出力電流を検出する第１出力電流検出手段と、前記第１出力電流検出手段の検出による各相の電流の和を基に前記二次回路負荷を基準として前記交流励磁手段側の各相の中性点電流の和に相当する中性点電流を算出する第１中性点電流演算手段とを備え、前記位相判定手段は、前記第１中性点電流検出手段の検出電流と前記第１中性点電流演算手段の算出による中性点電流とを比較して両者の極性が一致するか否かを判定してなることを特徴とする交流励磁発電電動装置。
【請求項４】
請求項１または２において、前記第１中性点電流検出手段の代わりに、前記交流励磁手段の各相の出力電流のうち前記二次回路負荷を基準として前記交流励磁同期機側の各相の出力電流を検出する第２出力電流検出手段と、前記第２出力電流検出手段の検出による各相の電流の和を基に前記二次回路負荷を基準として前記交流励磁同期機側の中性点電流を算出する第２中性点電流演算手段とを備え、前記位相判定手段は、前記第２中性点電流検出手段の検出電流と前記第２中性点電流演算手段の算出による中性点電流とを比較して両者の極性が一致するか否かを判定してなることを特徴とする交流励磁発電電動装置。
【請求項５】
請求項１または２において、前記第２中性点電流検出手段の代わりに、前記交流励磁手段の各相の出力電流のうち前記二次回路負荷を基準として前記交流励磁手段側の各相の出力電流を検出する第１出力電流検出手段と、前記第１出力電流検出手段の検出による各相の電流の和を基に前記二次回路負荷を基準として前記交流励磁手段側の各相の中性点電流の和に相当する中性点電流を算出する第１中性点電流演算手段とを備え、前記第１中性点電流検出手段の代わりに、前記交流励磁手段の各相の出力電流のうち前記二次回路負荷を基準として前記交流励磁同期機側の各相の出力電流を検出する第２出力電流検出手段と、前記第２出力電流検出手段の検出による各相の電流の和を基に前記二次回路負荷を基準として前記交流励磁同期機側の中性点電流を算出する第２中性点電流演算手段とを備え、前記位相判定手段は、前記第１中性点電流演算手段の算出による中性点電流と前記第２中性点電流演算手段の算出による中性点電流とを比較して両者の極性が一致するか否かを判定してなることを特徴とする交流励磁発電電動装置。
【請求項６】
請求項１、２、３、４または５のうちいずれか１項に記載の交流励磁発電電動装置において、前記位相判定手段の代わりに、比較対象として検出または算出された複数の中性点電流の偏差を算出する偏差算出手段と、前記偏差算出手段の算出による偏差が設定値を越えるか否かを判定する偏差判定手段を備え、前記制御手段は、前記偏差判定手段の判定結果に応じて前記交流励磁手段を制御してなることを特徴とする交流励磁発電電動装置。
【請求項７】
請求項１、２、３、４、５または６のうちいずれか1項に記載の交流励磁発電電動装置において、前記制御手段は、前記位相判定手段から否定の判定結果が得られたときまたは偏差判定手段から肯定の判定結果が得られたときに前記交流励磁手段に対して運転停止制御を実行してなることを特徴とする交流励磁発電電動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流励磁発電電動装置に係り、特に、発電所のポンプなどに連結された交流励磁同期機の２次側の異常を検出して保護するに好適な交流励磁発電電動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、揚水発電所などに設置されたポンプを用いて発電したり、交流系統からの電力によってポンプを駆動したりするに際して、交流励磁同期機をポンプに連結するとともに、交流励磁同期機の１次側を三相交流系統に接続し、交流励磁同期機の２次側を周波数変換装置（周波数変換器）に接続し、周波数変換装置から交流励磁同期機に系統周波数とは異なる周波数の交流励磁信号を与えて交流励磁同期機を運転するようにした交流励磁発電電動装置が知られている。この種の装置においては、交流励磁同期機の２次側巻線は星型結線され、周波数変換装置の出力側は交流励磁同期機の各相の２次側巻線と中性点に接続されている。そして周波数変換装置の出力側における異常から周波数変換装置を保護するために、例えば、特許第２０１７８０７号に記載されているように、交流励磁同期機の２次側における中性点電流を検出し、この中性点電流が設定値を超えたときに、周波数変換装置を速やかに停止して周波数変換装置を保護する構成が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来技術においては、交流励磁同期機の２次側における中性点電流を単に検出しているだけであり、異常の内容を判別することができない。
【０００４】
すなわち、交流励磁発電電動装置の周波数変換装置に他励式半導体電力変換装置を用いた場合、回路の不平衡は、（１）周波数変換装置の出力側の異常、例えば交流励磁同期機と周波数変換装置との間に挿入された２次回路機器（２次回路負荷）の異常による回路不平衡、（２）周波数変換装置自身の転流失敗による電源不平衡、の二つの要因で生じ、いずれの場合も交流励磁同期機の２次側には中性点電流が流れる。
【０００５】
前者の場合、異常による回路不平衡は、２次回路負荷、例えば、避雷器の短絡などによって生じることがあり、周波数変換装置を速やかに停止して周波数変換装置を保護する必要がある。
【０００６】
一方、後者の場合、すなわち周波数変換装置の転流失敗の場合は、特開平２−２６２８３２号公報に記載されているように、外部電源の異常が回復すれば、回路の不平衡は自然と回復するので、異常に伴う電流とその継続時間が周波数変換装置の耐量内にあれば、特に、周波数変換装置の運転を停止する必要はない。
【０００７】
したがって、交流励磁同期機の２次側における中性点電流の値が異常値を示すことによって周波数変換装置を直ちに停止させたのでは、周波数変換装置の転流失敗時に周波数変換装置の運転を停止させることになる。
【０００８】
本発明の目的は、２次回路負荷の異常と交流励磁手段の異常を判別することができる交流励磁発電電動装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、一次側巻線が三相交流系統に接続され二次側巻線が星形結線された交流励磁同期機と、スイッチング素子群のスイッチング動作により前記三相交流系統からの交流信号を系統周波数とは異なる周波数の交流励磁信号に変換しこの交流励磁信号を前記交流励磁同期機の各相の二次側巻線と中性点に出力する交流励磁手段と、前記交流励磁同期機の二次側巻線の中性点と前記交流励磁手段の各相の出力側とを結ぶ回路を流れる中性点電流のうち前記交流励磁同期機と前記交流励磁手段との間に挿入された二次回路負荷を基準として前記交流励磁同期機側の中性点電流を検出する第１中性点電流検出手段と、前記二次回路負荷を基準として前記交流励磁手段側の中性点電流を検出する第２中性点電流検出手段と、前記第１中性点電流検出手段の検出電流と前記第２中性点電流検出手段の検出電流とを比較して両者の位相が一致するか否かを判定する位相判定手段と、前記位相判定手段の判定結果に応じて前記交流励磁手段を制御する制御手段とを備えてなる交流励磁発電電動装置を構成したものである。
【００１０】
前記交流励磁発電電動装置を構成するに際しては、以下の要素を付加することができる。
【００１１】
（１）前記第２中性点電流検出手段の代わりに、前記二次回路負荷を基準として前記交流励磁手段側の各相の中性点電流を検出する第２中性点電流検出手段を用い、前記位相判定手段の代わりに、前記第１中性点電流検出手段の検出電流と前記第２中性点電流検出手段の各相の検出電流の和とを比較して両者の極性が一致するか否かを判定する位相判定手段を用いてなる。
【００１２】
（２）前記第２中性点電流検出手段の代わりに、前記交流励磁手段の各相の出力電流のうち前記二次回路負荷を基準として前記交流励磁手段側の各相の出力電流を検出する第１出力電流検出手段と、前記第１出力電流検出手段の検出による各相の電流の和を基に前記二次回路負荷を基準として前記交流励磁手段側の各相の中性点電流の和に相当する中性点電流を算出する第１中性点電流演算手段とを備え、前記位相判定手段は、前記第１中性点電流検出手段の検出電流と前記第１中性点電流演算手段の算出による中性点電流とを比較して両者の極性が一致するか否かを判定してなる。
【００１３】
（３）前記第１中性点電流検出手段の代わりに、前記交流励磁手段の各相の出力電流のうち前記二次回路負荷を基準として前記交流励磁同期機側の各相の出力電流を検出する第２出力電流検出手段と、前記第２出力電流検出手段の検出による各相の電流の和を基に前記二次回路負荷を基準として前記交流励磁同期機側の中性点電流を算出する第２中性点電流演算手段とを備え、前記位相判定手段は、前記第２中性点電流検出手段の検出電流と前記第２中性点電流演算手段の算出による中性点電流とを比較して両者の極性が一致するか否かを判定してなる。
【００１４】
（４）前記第２中性点電流検出手段の代わりに、前記交流励磁手段の各相の出力電流のうち前記二次回路負荷を基準として前記交流励磁手段側の各相の出力電流を検出する第１出力電流検出手段と、前記第１出力電流検出手段の検出による各相の電流の和を基に前記二次回路負荷を基準として前記交流励磁手段側の各相の中性点電流の和に相当する中性点電流を算出する第１中性点電流演算手段とを備え、前記第１中性点電流検出手段の代わりに、前記交流励磁手段の各相の出力電流のうち前記二次回路負荷を基準として前記交流励磁同期機側の各相の出力電流を検出する第２出力電流検出手段と、前記第２出力電流検出手段の検出による各相の電流の和を基に前記二次回路負荷を基準として前記交流励磁同期機側の中性点電流を算出する第２中性点電流演算手段とを備え、前記位相判定手段は、前記第１中性点電流演算手段の算出による中性点電流と前記第２中性点電流演算手段の算出による中性点電流とを比較して両者の極性が一致するか否かを判定してなる。
【００１５】
（５）前記位相判定手段の代わりに、比較対象として検出または算出された複数の中性点電流の偏差を算出する偏差算出手段と、前記偏差算出手段の算出による偏差が設定値を越えるか否かを判定する偏差判定手段を備え、前記制御手段は、前記偏差判定手段の判定結果に応じて前記交流励磁手段を制御してなる。
【００１６】
（６）前記制御手段は、前記位相判定手段から否定の判定結果が得られたときまたは偏差判定手段から肯定の判定結果が得られたときに前記交流励磁手段に対して運転停止制御を実行してなる。
【００１７】
前記した手段によれば、第１中性点電流検出手段により、２次回路負荷を基準として交流励磁同期機側の中性点電流を検出し、第２中性点電流検出手段により、２次回路負荷を基準として交流励磁手段側の各相の中性点電流を検出し、第１中性点電流検出手段の検出電流と第２中性点電流検出手段の各相の検出電流の和とを比較して両者の極性が一致するか否かを判定するようにしているため、２次回路の異常と交流励磁手段の異常を判別することができる。
【００１８】
具体的には、交流励磁同期機と交流励磁手段との間に挿入された２次回路負荷において短絡事故などの異常が生じた場合、交流励磁同期機側では、交流励磁同期機のすべりにより生ずる誘導起電力によって電流が流れる。一方、交流励磁手段側では、電力変換制御に伴う電流が流れる。このとき、交流励磁同期機の２次側巻線の中性点と交流励磁手段の一方の出力とを結ぶ中性点回路を流れる中性点電流は、事故点、すなわち２次回路負荷を境に、交流励磁同期機側に流れるものと交流励磁手段側に流れるものとに分かれる。このため、交流励磁同期機側の中性点電流と交流励磁手段側の中性点電流をそれぞれ検出すると、各中性点電流の向きは互いに逆となる（極性の不一致）。
【００１９】
一方、交流励磁手段の内部で異常が生じた場合、例えば、交流励磁手段としてサイリスタ変換器を用い、このサイリスタ変換器の転流失敗に伴う異常が生じた場合には、等価的に、事故点がサイリスタ変換器の内部に生じるため、交流励磁同期機側で検出された中性点電流と交流励磁手段側で検出された中性点電流は同一向きの電流を示す（極性の一致）。
【００２０】
したがって、交流励磁同期機側の中性点電流と交流励磁手段側の中性点電流の極性が一致するか否かを判定することで、２次回路負荷の異常状態と交流励磁手段の異常状態（サイリスタ変換器の転流失敗）とを判別することができる。そして各中性点電流の極性が不一致、すなわち各中性点電流の極性が異なるときにのみ交流励磁手段の運転を停止する制御を行なうことで、交流励磁手段を異常状態から保護することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示す交流励磁発電電動装置の全体構成図である。図１において、交流励磁発電電動装置は、電流指令発生器１０、１２、電流指令演算器１４、電流制御器１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、周波数変換器１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、２次電流検出器２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、中性点電流検出器２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、中性点電流検出器２４、交流励磁同期機２６、位相検出器２８ａ、２８ｂ、保護ロジック回路３０、電流異常検出器３２を備えて構成されており、周波数変換器１８ａ〜１８ｃの電源入力側が受電変圧器３４ａ、３４ｂ、３４ｃを介して三相交流系統３６に接続され、交流励磁同期機２６の１次側が三相交流系統３６に接続され、周波数変換器１８ａ〜１８ｃの交流出力側と交流励磁同期機２６の２次側との間に２次回路負荷としての２次回路機器３８ａ、３８ｂ、３８ｃが挿入されている。
【００２２】
電流指令発生器１０は、交流励磁同期機２６の２次側電流のうち１次側からみた交流系統３６の電圧位相に等しい成分（ｑ軸成分と称する。）の指令値であるｑ軸成分電流指令を発生するｑ軸成分電流指令発生手段として構成されており、この指令値は、例えば、交流励磁同期機２６の有効電力出力、トルク、回転数もしくは交流系統３６の周波数設定値と検出値との偏差に応じた指令値を示すように設定されている。電流指令発生器１２は、交流励磁同期機２６の２次電流のうち１次側からみた交流系統３６の電圧位相と電気角でπ／２だけ位相の異なる成分（ｄ軸成分と称する。）の指令値であるｄ軸成分電流指令を発生するｄ軸成分電流指令発生手段として構成されており、この指令値は、例えば、交流励磁同期機２６の無効電力出力もしくは交流系統３６の電圧設定値と検出値との偏差に応じた指令値として設定されている。そして、各電流指令発生器１０、１２の出力が電流指令演算器１４に入力されている。
【００２３】
電流指令演算器１４には、電流指令発生器１０からのｑ軸成分電流指令Ｉｑ※と電流指令発生器１２からのｄ軸成分電流指令Ｉｄ※が入力されているとともに、交流系統３６の電圧位相と交流励磁同期機２６の回転角（電気角で表わした回転角）との差に等しいすべり位相を検出する位相検出器２８ａ、２８ｂの出力信号ｃｏｓθ、ｓｉｎθが入力されており、電流指令演算器１４は、各入力信号を基に、交流励磁同期機２６の２次側の各相に対する電流指令Ｉａ※、Ｉｂ※、Ｉｃ※を次の演算式（１）式にしたがって演算し、演算によって得られた電流指令Ｉａ※、Ｉｂ※、Ｉｃ※をそれぞれ電流制御器１６ａ、１６ｂ、１６ｃに出力するようになっている。ただしＫは定数である。
【数１】
0004006670.tif 000002
電流制御器１６ａ〜１６ｃには電流指令演算器１４から各相の電流指令Ｉａ※、Ｉｂ※、Ｉｃ※が入力されているとともに、２次電流検出器２０ａ〜２０ｃの検出による電流（周波数変換器１８ａ〜１８ｃの出力側の電流）が入力されており、電流制御器１６ａ〜１６ｃは、電流指令値と検出電流値とを比較し、両者の偏差を零に抑制するためのサイリスタ点弧角を求め、このサイリスタ点弧角にしたがったサイリスタ点弧角信号を周波数変換器１８ａ〜１８ｃに出力するようになっている。
【００２４】
周波数変換器１８ａ〜１８ｃは、例えば、スイッチング素子としてのサイリスタを主要素とする２組の電力変換器を有するサイクロコンバータで構成されており、サイリスタ点弧角信号にしたがってサイリスタをスイッチング動作させて、交流系統３６からの交流信号を交流系統３６の周波数、例えば、５０Ｈｚとは異なる周波数、例えば、５Ｈｚ〜１０Ｈｚの交流励磁信号に変換し、この交流励磁信号を交流励磁同期機２６に出力する交流励磁手段として構成されている。
【００２５】
交流励磁同期機２６は、１次側巻線が三相交流系統３６に接続され、２次側巻線が星型結線されており、周波数変換器１８ａ〜１８ｃからの交流励磁信号が各相の２次側巻線と中性点に入力されている。そして交流励磁信号が周波数５Ｈｚを示すときには、系統周波数（５０Ｈｚ）との差の周波数４５Ｈｚにしたがって回転子が回転するようになっている。
【００２６】
周波数変換器１８ａ〜１８ｃからの交流励磁信号にしたがって交流励磁同期機２６が回転している過程で、周波数変換器１８ａ〜１８ｃのうちいずれか１台で転流失敗が生じると回路不平衡が発生する。この場合、転流失敗に伴う電流とその継続時間が周波数変換器１８ａ〜１８ｃの耐量内であれば、特に周波数変換器１８ａ〜１８ｃを停止させて保護する必要はない。しかし、２次回路機器３８ａ〜３８ｃのいずれかが短絡したときには、周波数変換器１８ａ〜１８ｃを速やかに停止するための制御が必要となる。
【００２７】
すなわち、２次回路機器３８ａ〜３８ｃは、例えば、図２に示すように、周波数変換器の２次回路の電圧を計測する電圧検出器４０、２次回路に発生する過電圧を吸収するための非線形素子で構成された避雷器４２、回路停止時に２次回路を短絡するための短絡スイッチ４４で構成されており、これら２次回路機器は交流励磁同期機２６の各相の２次側巻線と並列接続され、通常時には流れる電流は無視できる程度に小さく、高インピーダンス状態にあるが、短絡したときには大電流が流れるので、周波数変換器１８ａ〜１８ｃの運転を停止する必要がある。
【００２８】
そこで、本実施形態においては、各周波数変換器１８ａ〜１８ｃの転流失敗に伴う異常と２次回路機器３８ａ〜３８ｃの短絡事故に伴う異常を判別するために、各周波数変換器１８ａ〜１８ｃの一方の出力側と交流励磁同期機２６の中性点とを結ぶ中性点回路中に、２次回路機器３８ａ〜３８ｃを境に、交流励磁同期機２６側の中性点電流を検出する第１中性点電流検出手段としての中性点電流検出器２４を設けるとともに、周波数変換器１８ａ〜１８ｃ側の各相の中性点電流を検出する第２中性点電流検出手段としての中性点電流検出器２２ａ〜２２ｃが設けられており、各検出器の検出電流が電流異常検出器３２に入力されている。
【００２９】
電流異常検出器３２は、中性点電流検出器２２ａの検出電流Ｉｎｃａ、中性点電流２２ｂの検出電流Ｉｎｃｂ、中性点電流検出器２２ｃの検出電流Ｉｎｃｃの和（Ｉｎｃ）と中性点電流検出器２４の検出による中性点電流Ｉｎｒとを比較し、両者の極性が一致するか否かを判定し、この判定結果にしたがった信号を保護ロジック回路３０に出力する位相判定手段として構成されている。保護ロジック回路３０は、電流異常検出器３２から、両者の極性が不一致であるとの否定の判定結果が得られるときにのみ周波数変換器１８ａ〜１８ｃに対して運転を停止するための制御を実行する制御手段として構成されている。
【００３０】
電流異常検出器３２は、図３に示すように、加算回路４６、反転回路４８、５０、比較器５２、５４、５６、５８、排他的論理和演算回路６０、６２、論理和演算回路６４を備えて構成されており、中性点電流検出器２４の検出電流Ｉｎｒが反転回路４８、比較器５２の一方の入力端子に入力され、中性点電流検出器２２ａ〜２２ｃの検出電流Ｉｎｃａ、Ｉｎｃｂ、Ｉｎｃｃがそれぞれ加算回路４６に入力されている。加算回路４６は各中性点電流検出器２２ａ〜２２ｃの検出電流の和を示す中性点電流Ｉｎｃを算出し、この中性点電流Ｉｎｃを反転回路５０と比較器５６の一方の入力端子に出力するようになっている。各比較器５２〜５８のマイナス入力端子にはチャタリング防止を目的とした閾値Ｉｔｈを示す信号が入力されている。反転回路４８、５０はそれぞれ入力信号の極性を反転し、反転した信号を比較器５４、５８に出力するようになっている。比較器５２〜５８は入力信号と閾値Ｉｔｈとの大小を比較し、正相入力が閾値より大きいときに１（真）、それ以外のときには０（偽）の信号を排他的論理和演算回路６０、６２に出力するようになっている。排他的論理和演算回路６０は、比較器５２と比較器５６の出力信号の排他的論理和を演算し、この演算値を論理和演算回路６４に出力するようになっている。排他的論理和演算回路６２は、比較器５４と比較器５８の出力信号の排他的論理和を演算し、この演算値にしたがった信号を論理和演算回路６４に出力するようになっている。論理和演算回路６４は、排他的論理和演算回路６０、６２からの信号の論理和を求め、この論理和にしたがった信号を保護ロジック回路３０に出力するようになっている。
【００３１】
上記構成において、正常時においては、周波数変換器１８ａ〜１８ｃの出力電流はそれぞれ電流制御器１６ａ〜１６ｃによって制御されており、三相平衡の状態にあるため、交流励磁同期機２６の中性点電流は周波数変換機１８ａ〜１８ｃの出力電流に比較して小さい値となっている。このため、比較器５２〜５８の閾値Ｉｔｈを適当な値に設定しておくことで、検出された中性点電流Ｉｎｒ、Ｉｎｃはともに±Ｉｔｈの範囲内となり、比較器５２〜５８の出力は全て０（偽）となり、論理和演算回路６４の出力も０となり、保護ロジック回路３０による保護動作は停止状態にある。
【００３２】
一方、周波数変換器１８ａ〜１８ｃの中の１台が転流失敗したことに伴う異常状態が発生すると、交流励磁同期機２６の２次回路は、一相電源短絡に相当する不平衡電源で励磁されるため、交流励磁同期機２６の２次側には中性点電流が発生する。この場合、中性点電流検出器２２ａ〜２２ｃ、２４のいずれの検出器からみても、異常発生点（事故点）は転流失敗の生じた周波数変換器側となるため、各中性点電流検出器２２ａ〜２２ｃ、２４の間では電流の大きさに変化がなく、検出された中性点電流Ｉｎｒと中性点電流Ｉｎｃは同一の信号となる。この結果、電流異常検出器３２内の比較器５２と比較器５６、比較器５４と比較器５８は各々対で同じ真偽の値（１または０）をとる。このため、排他的論理和演算回路６０、６２の２入力は、必ず（真、真）もしくは（偽、偽）となり、いずれの場合も偽（０）を出力する。この結果、論理和演算回路６４の出力であるＳｄは常に偽（０）となり、保護ロジック回路３０が動作することは無い。
【００３３】
次に、異常状態のうち、交流励磁同期機２６の２次回路のある一相に接続された２次回路機器が短絡事故を生じた場合、例えば、２次回路機器３８ａが短絡した場合、交流励磁同期機２６の２次回路自体が三相不平衡の回路となるため、中性点電流が発生する。この場合は、前述した転流失敗の場合とは異なり、異常発生点（事故点）は、中性点電流検出器２４からみると周波数変換器１８ａ側であり、中性点電流検出器２２ａからみると交流励磁同期機２６側である。このため、二つの中性点電流検出器２４、２２ａとの間では事故電流が分流し、中性点電流ＩｎｒとＩｎｃは、大きさと位相が異なる信号となる。
【００３４】
ここで、ある瞬間において、中性点電流Ｉｎｒが正でＩｎｃが負となり、共にその大きさ｜Ｉｎｒ｜，｜Ｉｎｃ｜が｜Ｉｔｈ｜を超えた場合には、比較器５２、５８の出力が真（１）、比較器５４、５６の出力が偽（０）となる。この結果、排他的論理和演算回路６０、６２の出力が真（１）となり、論理和演算回路６４の出力Ｓｄは真（１）となる。
【００３５】
一方、Ｉｎｃが正、Ｉｎｒが負となり、共にその大きさ｜Ｉｎｒ｜，｜Ｉｎｃ｜が｜Ｉｔｈ｜を超えた場合は、比較器５４、５６の出力が真（１）、比較器５２、５８の出力が偽（０）となり、排他的論理和演算回路６０、６２の出力が真（１）となって、論理和演算回路６４の出力Ｓｄが真（１）となる。また｜Ｉｎｒ｜，｜Ｉｎｃ｜が共に｜Ｉｔｈ｜以下となる若干の期間は論理和演算回路６４の出力Ｓｄは偽（０）となる。
【００３６】
このように、交流励磁同期機２６の２次回路に流れる中性点電流は交流であって、論理和演算回路６４の出力Ｓｄは、中性点電流ＩｎｃとＩｎｒの大きさと位相の差に応じた若干の偽（０）の期間を挟んで、断続的に真（１）となる。このため、２次回路機器３８ａが短絡事故を生じたときには電流異常検出器３２から真（１）の信号が保護ロジック回路３０に出力され、保護ロジック回路３０の保護動作に伴う信号によって周波数変換器１８ａ〜１８ｃの運転が速やかに停止される。
【００３７】
このように、本実施形態においては、中性点電流検出器２４の検出による中性点電流Ｉｎｒと中性点電流検出器２２ａ〜２２ｃの検出に基づく中性点電流Ｉｎｃの大きさと位相を比較し、異常時に、両者の極性が一致したときには周波数変換器１８ａ〜１８ｃのいずれかに転流失敗が生じたと判定し、両者の極性が不一致のときには２次回路機器３８ａ〜３８ｃのいずれかで短絡事故が発生したと判定することができ、正常時と転流失敗時には保護ロジック回路３０による保護動作を停止し、２次回路機器の短絡時にのみ保護ロジック回路３０保護動作によって周波数変換器１８ａ〜１８ｃの運転を速やかに停止させることができる。
【００３８】
次に、本発明の第２実施形態を図４にしたがって説明する。
【００３９】
本実施形態は、図１に示す中性点電流検出器２２ａ〜２２ｃの代わりに、２次電流検出器２０ａ〜２０ｃを、周波数変換器（交流励磁手段）１８ａ〜１８ｃの各相の出力電流を検出する第１出力電流検出手段として用いるとともに、各２次電流検出器２０ａ〜２０ｃの検出電流Ｉａｃ、Ｉｂｃ、Ｉｃｃから中性点電流Ｉｎｃを演算する演算器６６を設けたものであり、他の構成は図１と同様である。
【００４０】
演算器６６は、図５に示すように、加算器６８と反転回路７０から構成されており、反転回路７０の出力による中性点電流Ｉｎｃが電流異常検出器３２の比較器５６と反転回路５０に入力される。
【００４１】
本実施形態において、２次電流検出器２０ａ〜２０ｃの検出電流Ｉａｃ、Ｉｂｃ、Ｉｃｃは加算回路６８で加算され、加算された信号はその極性が反転回路７０で反転された後、中性点電流Ｉｎｃとして出力される。すなわち演算器６６の演算による中性点電流Ｉｎｃは、三相の相電流の和で表わされ、中性点電流検出器２４の正方向の向きと合わせるために、反転回路７０によって加算回路６８の出力が反転されるようになっており、反転回路７０の出力によるＩｎｃは、図３に示す加算回路４６の出力によるＩｎｃと全く等価である。
【００４２】
このように、本実施形態においても、２次電流検出器２０ａ〜２０ｃの検出電流Ｉａｃ、Ｉｂｃ、Ｉｃｃにより得られた中性点電流Ｉｎｃと、中性点電流検出器２４の検出による中性点電流Ｉｎｒの大きさと位相を電流異常検出器３２で比較しているため、前記実施形態と同様に、正常状態と転流失敗時には保護ロジック回路３０を動作させずに、２次回路機器の短絡異常時にのみ保護ロジック回路３０の保護動作によって周波数変換器１８ａ〜１８ｃの運転を速やかに停止させることができる。
【００４３】
さらに、本実施形態によれば、２次電流検出器２０ａ〜２０ｃを中性点電流検出器として用いているため、図１に示す実施形態のものよりも構成の簡素化および小型化を図ることができる
次に、本発明の第３実施形態を図６にしたがって説明する。
【００４４】
本実施形態は、図１に示す中性点電流検出器２４の代わりに、２次電流検出器２０ａ〜２０ｃを用いるために、２次電流検出器２０ａ〜２０ｃを、２次回路機器３８ａ〜３８ｃを基準として交流励磁同期機２６側に配置して第２出力電流検出手段として用い、各２次電流検出器２０ａ〜２０ｃの検出電流Ｉａｒ、Ｉｂｒ、Ｉｃｒの和から中性点電流Ｉｎｒを演算器７２で求め、この中性点電流Ｉｎｒを電流異常検出器３２に出力するようにしたものであり、他の構成は図１と同様である。
【００４５】
本実施形態においても、中性点電流ＩｎｃとＩｎｒの大きさと位相を比較しているため、正常状態と転流失敗時には保護ロジック回路３０を動作させずに、２次回路機器の短絡事故時にのみ保護ロジック回路３０を保護動作させて周波数変換器１８ａ〜１８ｃの運転を速やかに停止させることができるとともに、２次電流検出器２０ａ〜２０ｃを中性点電流検出器として用いることができるため、図１に示す実施形態のものよりも構成の簡素化および小型化を図ることができる。
【００４６】
また、図１に示す中性点電流検出器２２ａ〜２２ｃ、中性点電流検出器２４を用いる代わりに、２次電流検出器２０ａを、２次回路機器３８ａ〜３８ｃを基準として周波数変換器１８ａ〜１８ｃ側に配置するとともに交流励磁同期機２６側にもそれぞれ配置し、各２次電流検出器２０ａ〜２０ｃの出力をそれぞれ演算器６６、７２を介して電流異常検出器３２に出力する構成を採用することもできる。
【００４７】
次に、電流異常検出器３２の他の実施形態を図７にしたがって説明する。
【００４８】
前記各実施形態における電流異常検出器３２においては、二つの中性点電流の極性の差に着目して異常検出を行なうに際して、各比較器５２、５４、５６、５８に対してチャタリング防止のための閾値が設定されているため、中性点電流が閾値以下では異常を検出することができない。
【００４９】
そこで、本実施形態においては、この点を改善するために、電流異常検出器を反転回路７４、加算回路７６、絶対値回路７８、比較器８０で構成し、検出された中性点電流Ｉｎｒを加算回路７６に入力し、加算回路７６の出力信号であるアナログ量を絶対値回路７８で絶対値に変換し、絶対値回路７８の出力と閾値Ｉｔｈ’とを比較器８０で比較する構成を採用している。
【００５０】
この電流異常検出器においては、正相入力が逆相入力の閾値Ｉｔｈ’を超えたときに真（１）、それ以外のときには偽（０）が比較器８０から出力されるように構成されており、比較器８０から真（１）の信号が出力されたときには、保護ロジック回路３０の保護動作により周波数変換器１８ａ〜１８ｃの運転が速やかに停止され、比較器８０から偽（０）の信号が出力されたときには、保護ロジック回路３０による保護動作は行なわれない。
【００５１】
本実施形態においては、反転回路７４と加算回路７６において中性点電流ＩｎｒとＩｎｃとの差をとっているため、中性点電流ＩｎｒとＩｎｃの極性が逆である場合、信号はより大きくなり、逆に極性が同一の場合、信号はより小さくなる。しかも、比較器８０は、中性点電流Ｉｎｒ側と、Ｉｎｃ側の二つの寄与に対して一つしか設けられていないため、無視される信号のレベルは等価的に小さくなる。このため、目的の異極性の信号検出に対して感度を上げ、目的外である同極性の信号に対してはより抑圧的に働くことができ、好感度に異常を検出することができる。すなわち反転回路７４と加算回路７６は、比較対象として検出または算出された中性点電流Ｉｎｒと中性点電流Ｉｎｃとの偏差を算出する偏差算出手段として構成されており、比較器８０は、偏差が設定値を超えるか否かを判定する偏差判定手段として構成されている。
【００５２】
本実施形態においては、中性点電流ＩｎｃとＩｎｒの大きさと位相を比較しているため、正常状態と転流失敗時には保護ロジック回路３０を動作させずに、２次回路機器の短絡事故時にのみ保護ロジック回路３０を保護動作させて周波数変換器１８ａ〜１８ｃの運転を速やかに停止させることができるとともに、比較器にチャタリング防止のための閾値を設定する必要がないので、高感度に異常を検出することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第１中性点電流検出手段により、２次回路負荷を基準として交流励磁同期機側の中性点電流を検出し、第２中性点電流検出手段により、２次回路負荷を基準として交流励磁手段側の各相の中性点電流を検出し、第１中性点電流検出手段の検出電流と第２中性点電流検出手段の各相の検出電流の和とを比較して両者の極性が一致するか否かを判定するようにしているため、２次回路の異常と交流励磁手段の異常を判別することができる。
【００５４】
さらに、各中性点電流の極性が不一致、すなわち各中性点電流の極性が異なるときにのみ交流励磁手段の運転を停止する制御を行なうことで、交流励磁手段を異常状態から保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示すブロック構成図である。
【図２】２次回路機器の構成図である。
【図３】電流異常検出器のブロック構成図である。
【図４】本発明の第２実施形態を示すブロック構成図である。
【図５】演算器のブロック構成図である。
【図６】本発明の第３実施形態を示すブロック構成図である。
【図７】電流異常検出器の他の実施形態を示す構成図である。
【符号の説明】
１０、１２  電流指令発生器
１４  電流指令演算器
１６ａ〜１６ｃ  電流制御器
１８ａ〜１８ｃ  周波数変換器
２０ａ〜２０ｃ  ２次電流検出器
２２ａ〜２２ｃ  中性点電流検出器
２４  中性点電流検出器
２６  交流励磁同期機
２８ａ、２８ｂ  位相検出器
３０  保護ロジック回路
３２  電流異常検出器
３４ａ〜３４ｃ  受電変圧器
３６  三相交流系統
３８ａ〜３８ｃ  ２次回路機器
４６  加算回路
４８、５０  反転回路
５２、５４、５６、５８  比較器
６０、６２  排他的論理和演算回路
６４  論理和演算回路
６６、７２  演算器
【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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