(57)【要約】【課題】  励磁装置主回路に挿入、接続する構成要素を少なくして設備容量を小さくでき、かつ、系統事故時の過渡安定度を向上させることができるようにすること。【解決手段】  同期機１の出力電圧を調整するための自動電圧調整器９から供給されるゲート信号に従って励磁用変圧器８の出力電圧を直流電圧に変換して同期機１の界磁巻線に界磁電流を供給するサイリスタ整流器７と、系統事故により同期機１の出力電圧が所定の値より低下したときに蓄電手段１４Ｄに充電した電力を同期機１の界磁巻線に放電する機能を有する蓄電装置２０とを具備する、同期機１の励磁装置において、蓄電装置２０が、励磁用変圧器８の出力電圧を整流して直流電圧を生成する蓄電装置電源回路１３と、蓄電装置電源回路１３が出力する直流電圧を電源として蓄電手段１４Ｄを充電する蓄電装置主回路１４と、蓄電手段１４Ｄの充電電流が所定の値になるように制御するとともに蓄電手段１４Ｄの充電電圧が所定の範囲に入るように制御する蓄電装置制御回路１６とを備える。【選択図】図１
2016096704.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期機の出力電圧を入力して所望の電圧に変圧して出力する励磁用変圧器と、前記同期機の出力電圧を調整するための自動電圧調整器から供給されるゲート信号に従って前記励磁用変圧器の出力電圧を直流電圧に変換して前記同期機の界磁巻線に界磁電流を供給するサイリスタ整流器と、系統事故により前記同期機の出力電圧が所定の値より低下したときに蓄電手段に充電した電力を前記同期機の界磁巻線に放電する機能を有する蓄電装置とを具備する、同期機の励磁装置であって、
前記蓄電装置が、前記励磁用変圧器の出力電圧を整流して直流電圧を生成する蓄電装置電源回路と、前記蓄電装置電源回路が出力する直流電圧を電源として前記蓄電手段を充電する蓄電装置主回路と、前記蓄電手段の充電電流が所定の値になるように制御するとともに前記蓄電手段の充電電圧が所定の範囲に入るように制御する蓄電装置制御回路と、を備えていることを特徴とする同期機の励磁装置。
【請求項２】
請求項１に記載の同期機の励磁装置において、
前記蓄電装置は、前記同期機の出力電圧が所定の値より低下したときに点弧して、前記蓄電手段に充電していた電力を前記同期機の界磁巻線に放電するサイリスタ素子をさらに備えていることを特徴とする同期機の励磁装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の同期機の励磁装置において、
前記蓄電装置は、前記蓄電装置主回路の入力電源を開閉する電源開閉器と、前記蓄電手段の充電電流が所定の値を超えたら前記電源開閉器を開放する手段と、をさらに備えていることを特徴とする同期機の励磁装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の同期機の励磁装置において、
前記蓄電装置は、前記蓄電装置主回路の入力電源を開閉する電源開閉器と、前記蓄電手段の充電電圧が増加する変化率が所定の値を超えたら前記電源開閉器を開放する手段と、をさらに備えていることを特徴とする同期機の励磁装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の同期機の励磁装置において、
前記蓄電装置は、前記蓄電装置主回路の入力電源を開閉する電源開閉器と、前記蓄電手段の充電電圧が所定の値を超えたら前記電源開閉器を開放する手段と、をさらに備えていることを特徴とする同期機の励磁装置。
【請求項６】
同期機の出力電圧を入力して所望の電圧に変圧して出力する励磁用変圧器と、前記同期機の出力電圧を調整するための自動電圧調整器から供給されるゲート信号に従って前記励磁用変圧器の出力電圧を直流電圧に変換して前記同期機の界磁巻線に界磁電流を供給するサイリスタ整流器と、を備えた同期機の励磁装置において、系統事故により前記同期機の出力電圧が所定の値より低下したときに蓄電手段に充電した電力を前記同期機の界磁巻線に放電する機能を有する蓄電装置であって、
前記励磁用変圧器の出力電圧を整流して直流電圧を生成する蓄電装置電源回路と、
前記蓄電装置電源回路が出力する直流電圧を電源として前記蓄電手段を充電する蓄電装置主回路と、
前記蓄電手段の充電電流が所定の値になるように制御するとともに前記蓄電手段の充電電圧が所定の範囲に入るように制御する蓄電装置制御回路と
を具備することを特徴とする蓄電装置。
【請求項７】
同期機の出力電圧を入力して所望の電圧に変圧して出力する励磁用変圧器と、前記同期機の出力電圧を調整するための自動電圧調整器から供給されるゲート信号に従って前記励磁用変圧器の出力電圧を直流電圧に変換して前記同期機の界磁巻線に界磁電流を供給するサイリスタ整流器と、系統事故により前記同期機の出力電圧が所定の値より低下したときに蓄電手段に充電した電力を前記同期機の界磁巻線に放電する機能を有する蓄電装置とを具備する励磁装置による、同期機の励磁方法であって、
第１の回路により、前記励磁用変圧器の出力電圧を整流して直流電圧を生成し、
第２の回路により、前記蓄電装置電源回路が出力する直流電圧を電源として前記蓄電手段を充電し、
第３の回路により、前記蓄電手段の充電電流が所定の値になるように制御するとともに前記蓄電手段の充電電圧が所定の範囲に入るように制御する
ことを特徴とする同期機の励磁方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、同期機の励磁装置、蓄電装置、および同期機の励磁方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
同期機の励磁方式は、半導体技術の進歩により現代ではサイリスタ励磁方式やブラシレス励磁方式が広く採用されている。
【０００３】
以下、従来の技術について同期機の自励式サイリスタ励磁装置を例に説明する。
【０００４】
自励式サイリスタ励磁装置は、同期機の交流出力電圧を励磁用変圧器を介してサイリスタ整流器に入力し、自動電圧調整器からのゲート信号によりサイリスタ整流器が出力する直流電圧で界磁巻線に界磁電流を流し、同期機を励磁するものである（非特許文献１および特許文献１参照）。
【０００５】
同期機の交流出力電圧が無電圧の状態ではサイリスタ整流器で界磁電流を流すことができないため初期励磁回路が設けられている。
【０００６】
上述した自励式サイリスタ励磁装置では、同期機が並列運転中に電力系統で短絡事故または地絡事故が発生すると、電力系統の電圧が低下するとともに同期機の交流出力電圧も低下する。このため、自動電圧調整器がサイリスタ整流器へ出力するゲート信号の位相を進めてもサイリスタ整流器の出力電圧は低く抑えられ、事故期間中に同期機の界磁磁束が低下することで事故復帰後の界磁電流が低下して脱調に至る可能性がより高くなる。すなわち、自励式サイリスタ励磁装置では、事故期間中の励磁電源電圧の低下が過渡安定度を低下させる原因となっている。
【０００７】
過渡安定度を改善する対策として、励磁用変圧器８の２次電圧を高くして系統事故期間中のサイリスタ整流器出力電圧をより高くすることが行われているが、励磁用変圧器容量の増加やサイリスタ整流器で使用するサイリスタ素子の定格電圧の増加につながるため経済的にも得策ではない。
【０００８】
励磁電源電圧が低下しているときに何らかの手段で界磁回路に供給する電力を維持または補う技術としては、サイリスタ整流器の交流側にＡＣ／ＤＣ変換器、コンデンサ（または電力貯蔵装置）、ＤＣ／ＡＣ変換器を設置し、コンデンサ（または電力貯蔵装置）に電圧維持機能を持たせたもの（特許文献１の図１〜図３、特許文献４の図２参照）、サイリスタ整流器の交流側にＡＣ／ＤＣ変換器、コンデンサ（または電力貯蔵装置）を設置し、コンデンサに電圧維持機能を持たせたもの（特許文献１の図４、特許文献４の図４参照）、サイリスタ整流器の出力側に双方向の自己消弧型スイッチング素子（ＧＴＯ）を介してコンデンサを設置して通常時に充電し、系統事故時に放電することで電圧維持機能を持たせたもの（特許文献１の図５、６参照）、励磁用変圧器の２次側電圧または所内交流電源を整流してコンデンサに充電し、系統事故時に自己消弧型スイッチング素子を介してサイリスタ整流器の出力側に放電するもの（特許文献１の図７、８参照）、励磁用変圧器の２次側にＡＣ／ＤＣ変換器、コンデンサ、ＤＣ／ＤＣ変換器を設置し（元々あったサイリスタ整流器は削除し）、コンデンサに電圧維持機能を持たせたもの（特許文献１の図９参照）、系統事故時には、サイリスタ整流器の出力側に設けた電圧調整装置と電力貯蔵装置に切替えて同期機の交流出力電圧制御を行うもの（特許文献２参照）、サイリスタ整流器の出力側に電力貯蔵装置を設けて、通常運転時も系統事故時もサイリスタ出力電圧を一定に維持し、その一定電圧をＤＣ／ＤＣ変換器を介して界磁巻線に接続し同期機の交流出力電圧制御を行うもの（特許文献３参照）が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開ＷＯ９９／５３６０６号公報
【特許文献２】特開２００７−２８８８３４号公報
【特許文献３】特開２００７−２８８８３５号公報
【特許文献４】特開２００７−２８８８３６号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】電気学会編、「電気工学ハンドブック」、昭和５３年４月、第７０５頁、７章励磁方式、７．１．２交流励磁方式
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述した従来の同期機の励磁装置には、以下のような問題がある。
【００１２】
・励磁装置主回路に追加挿入される構成要素が多く、信頼性の低下が懸念される（例えば、特許文献１の図１、図９、特許文献３、特許文献４の図２）。
【００１３】
・系統事故中は同期機の交流出力電圧が低下しており、当然のことながら励磁用変圧器の２次電圧も低下しているため、系統事故時に励磁用変圧器の２次電圧を維持することは実現性に乏しい（例えば、特許文献１の図２〜図４、特許文献４の図４）。
【００１４】
・サイリスタ整流器の出力電圧は鋸波上であり、そのピーク電圧はゲート信号の位相によっても変化するのでコンデンサの充電電圧を所望の値にするのが難しく、また充電電流も過大となる（例えば、特許文献１の図５、図６）。
【００１５】
・充電用の電源が励磁用変圧器の２次側または所内交流電源なので充電電圧は、ある程度の範囲内に収まるが、充電電流が制御されていないため充電回路には過大な電流が流れる（例えば、特許文献１の図７、図８）。
【００１６】
・励磁用変圧器の２次側と電力貯蔵装置側の切替えを高速遮断器で行うが、遮断器の動作時間分は電力貯蔵装置の出力による励磁が遅延する。また、電力貯蔵装置側の通電経路を確保しない状態で高速遮断器を開放すると高速遮断器の主極接点が損傷する。さらに、励磁容量に見合った高速遮断器は高価である（例えば、特許文献４の図３）。
【００１７】
・特許文献２には、通常運転時にサイリスタ整流器の出力側から電力貯蔵装置への充電を行い、系統事故時には同期機の交流出力電圧制御を行いながら界磁電流を供給する電圧調整装置の記述があるが、具体的な実現方法が示されていない。
【００１８】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、励磁装置主回路に挿入、接続する構成要素を少なくして設備容量を小さくでき、かつ、系統事故時の過渡安定度を向上させることができる、同期機の励磁装置、蓄電装置、および同期機の励磁方法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】
実施形態によれば、同期機の出力電圧を入力して所望の電圧に変圧して出力する励磁用変圧器と、前記同期機の出力電圧を調整するための自動電圧調整器から供給されるゲート信号に従って前記励磁用変圧器の出力電圧を直流電圧に変換して前記同期機の界磁巻線に界磁電流を供給するサイリスタ整流器と、系統事故により前記同期機の出力電圧が所定の値より低下したときに蓄電手段に充電した電力を前記同期機の界磁巻線に放電する機能を有する蓄電装置とを具備する、同期機の励磁装置であって、前記蓄電装置が、前記励磁用変圧器の出力電圧を整流して直流電圧を生成する蓄電装置電源回路と、前記蓄電装置電源回路が出力する直流電圧を電源として前記蓄電手段を充電する蓄電装置主回路と、前記蓄電手段の充電電流が所定の値になるように制御するとともに前記蓄電手段の充電電圧が所定の範囲に入るように制御する蓄電装置制御回路と、を備えていることを特徴とする同期機の励磁装置が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、励磁装置主回路に挿入、接続する構成要素を少なくして設備容量を小さくでき、かつ、系統事故時の過渡安定度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１の実施形態に関わる同期機の励磁装置の構成を示す図。
【図２】同実施形態における自動電圧調整器の構成を示す図。
【図３】第２の実施形態に関わる同期機の励磁装置の構成を示す図。
【図４】同実施形態における自動電圧調整器の構成を示す図。
【図５】第３の実施形態に関わる同期機の励磁装置の構成を示す図。
【図６】同実施形態における自動電圧調整器の構成を示す図。
【図７】第４の実施形態に関わる同期機の励磁装置の構成を示す図。
【図８】第５の実施形態に関わる同期機の励磁装置の構成を示す図。
【図９】第６の実施形態に関わる同期機の励磁装置の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２３】
［第１の実施形態］
まず、図１を参照して第１の実施形態について説明する。
【００２４】
（構成）
図１は、第１の実施形態に関わる同期機の励磁装置の構成を示す図である。
【００２５】
１は同期機であり、固定子鉄心に巻装された電機子巻線（または固定子巻線ともいう）１Ａと、回転子リムに固定された磁極鉄心に巻装された界磁巻線１Ｂとから構成され、界磁巻線１Ｂにはスリップリングおよびブラシからなる摺動接触部２を介して静止部側の励磁電源から界磁電流Ｉｆが供給されるようになっている。
【００２６】
同期機１の主回路において、３は同期機１で発生した電圧を系統電圧まで昇圧する主要変圧器であり、４は同期機１を電力系統５に連系する並列用遮断器である。
【００２７】
一方、同期機１の界磁回路において、６は同期機１の界磁回路を開閉するための界磁遮断器であり、放電抵抗６Ａを通して界磁巻線１Ｂを短絡する放電極接点６Ｂを有している。７は励磁用変圧器８を介して同期機１から供給される交流電力を整流して界磁遮断器６および摺動接触部２を経て界磁巻線１Ｂに界磁電流Ｉｆを供給するためのサイリスタ整流器である。
【００２８】
９は自動電圧調整器（ＡＶＲ）であり、計器用変成器１０で検出した同期機１の交流出力電圧Ｖｇを電圧設定値Ｖｒと比較して同期機１の交流出力電圧Ｖｇが電圧設定値Ｖｒに一致するように、すなわち電圧偏差Ｖｅがなくなる方向に前記サイリスタ整流器７にゲート信号Ｐを与える。
【００２９】
１１は初期励磁回路であり、逆電流を阻止する初期励磁用ダイオード１１Ａと、初期励磁電流を所定の値に制限する初期励磁用抵抗１１Ｂと、初期励磁回路１１を界磁遮断器６を介して界磁巻線１Ｂに接続するための初期励磁用開閉器１１Ｃとで構成されており、直流電源１２を入力して同期機１の交流出力電圧Ｖｇの確立に必要な初期励磁電流を界磁巻線１Ｂに供給する。
【００３０】
１３は蓄電装置電源回路であり、励磁用変圧器の２次電圧を所望の電圧に変換する交流電源変圧器１３Ａと、交流電源変圧器１３Ａが出力する交流電圧を整流して直流に変換するダイオード整流器１３Ｂと、ダイオード整流器１３Ｂが出力する直流電圧を平滑化して直流電圧Ｖｄとして出力するキャパシタ１３Ｃとで構成されており、蓄電装置電源回路１３の出力は蓄電装置主回路１４に接続されている。このような構成において、蓄電装置電源回路１３は、励磁用変圧器８の出力電圧を整流して直流電圧Ｖｄを生成する。
【００３１】
１４は蓄電装置主回路であり、蓄電装置電源回路１３から出力された直流電圧Ｖｄを時分割してスイッチング電圧Ｖｓとして出力する半導体スイッチング素子１４Ａと、半導体スイッチング素子１４Ａがオフの時に充電電流Ｉｃを迂回させるバイパスダイオード１４Ｂと、充電電流を平滑化するリアクトル１４Ｃと、系統事故発生時に同期機１の界磁巻線１Ｂに放電する電力を充電する蓄電手段１４Ｄと、充電電流Ｉｃを検出して充電電流検出値Ｉｃｄを出力する充電電流検出器１４Ｅと、蓄電手段１４Ｄに充電した電力を界磁遮断器６を介して界磁巻線１Ｂに放電する蓄電装置放電用サイリスタ１４Ｆとで構成される。このような構成において、蓄電装置主回路１４は、蓄電装置電源回路１３が出力する直流電圧Ｖｄを電源として蓄電手段１４Ｄを充電する。
【００３２】
蓄電手段１４Ｄには静電容量の大きい電気２重層キャパシタを用いることが好ましい。
【００３３】
蓄電手段１４Ｄの静電容量と定格電圧は、系統事故が発生したときに界磁巻線１Ｂに印加すべき電圧の大きさと印加時間に応じて選定される。
【００３４】
１５は、自動電圧調整器９から出力される点弧指令Ｇｂに従って蓄電装置放電用サイリスタ１４Ｆにゲートオン信号Ｐｂを出力して導通させるパルス発生手段である。蓄電装置放電用サイリスタ１４Ｆは、同期機１の交流出力電圧Ｖｇが所定の値より低下したときに点弧して、蓄電手段１４Ｄに充電していた電力を同期機１の界磁巻線１Ｂに放電する。
【００３５】
１６は蓄電装置制御回路であり、パルス発生手段１５と、運転指令Ｏｃと蓄電手段１４Ｄの充電電圧Ｖｃに応じて半導体スイッチング素子１４Ａの動作指令Ｏｐを出力する充電電圧制御回路１７と、充電電流Ｉｃが所定の値になるように制御するために充電電流制御信号Ｖａを出力する充電電流制御回路１８と、動作指令Ｏｐと充電電流制御信号Ｖａに基づいて半導体スイッチング素子１４Ａをオンオフ制御する駆動回路１９とで構成される。このような構成において、蓄電装置制御回路１６は、蓄電手段１４Ｄの充電電流Ｉｃが所定の値になるように制御するとともに蓄電手段１４Ｄの充電電圧Ｖｃが所定の範囲に入るように制御する。
【００３６】
ここで、運転指令Ｏｃは、蓄電手段１４Ｄの充電を要求する指令であり、本実施形態では同期機１の交流出力電圧Ｖｇが所定の値以上に確立した後にオンとなる。
【００３７】
充電電圧制御回路１７は、蓄電手段１４Ｄの充電電圧Ｖｃに比例する充電電圧検出値Ｖｃｄを出力する電圧検出手段１７Ａと、充電電圧検出値Ｖｃｄがあらかじめ設定した下限値以下になったときに充電開始指令Ｃｏｎを出力する下限比較器１７Ｂと、充電電圧検出値Ｖｃｄがあらかじめ設定した上限値以上になったときに充電停止指令Ｃｏｆｆを出力する上限比較器１７Ｃと、充電開始指令Ｃｏｎで充電指令Ｃｃをオンし充電停止指令Ｃｏｆｆで充電指令Ｃｃをオフするフリップフロップ１７Ｄと、運転指令Ｏｃと充電指令Ｃｃの論理積を演算して動作指令Ｏｐを出力するアンド回路１７Ｅとで構成される。なお、充電電圧の上限値および下限値は、系統事故が発生したときに界磁巻線１Ｂに印加すべき電圧の大きさに応じて設定する。
【００３８】
充電電流制御回路１８は、充電電流指令値Ｉｃｒを与える電流設定手段１８Ａと、充電電流指令値Ｉｃｒから充電電流検出値Ｉｃｄを減算して充電電流偏差信号Ｉｃｅを出力する減算器１８Ｂと、充電電流偏差信号Ｉｃｅを増幅して充電電流制御信号Ｖａを出力する電流制御手段１８Ｃとで構成される。
【００３９】
駆動回路１９は、動作指令Ｏｐがオフの時は半導体スイッチング素子１４Ａを常時オフとする。逆に、動作指令Ｏｐがオンの時は充電電流制御信号Ｖａに対応したデューティー比で半導体スイッチング素子１４Ａをオンオフ制御（いわゆるパルス幅変調）することで、スイッチング電圧Ｖｓの平均値が充電電流制御信号Ｖａに比例した値になるようにしている。
【００４０】
なお、充電電圧制御回路１７と充電電流制御回路１８とは、自動電圧調整器９と合わせて、１つの制御装置として構成してもよい。
【００４１】
ここで、上述した蓄電装置電源回路１３と、蓄電装置主回路１４と、蓄電装置制御回路１６とを含むものを、蓄電装置２０と称する。
【００４２】
本実施形態の自動電圧調整器９の詳細を図２に示す。
【００４３】
自動電圧調整器９は、計器用変成器１０を介して同期機１の交流出力電圧Ｖｇに比例した交流電圧検出値Ｖｇｄを出力する交流電圧検出手段９Ａと、電圧設定値Ｖｒを与える電圧設定手段９Ｂと、電圧設定値Ｖｒから交流電圧検出値Ｖｇｄを減算して電圧偏差Ｖｅを出力する減算器９Ｃと、電圧偏差Ｖｅを増幅して位相制御信号αを出力する電圧制御手段９Ｄと、位相制御信号αに応じたタイミングでサイリスタ整流器７のゲート信号Ｐを出力するパルス発生手段９Ｅと、系統事故発生時にパルス発生手段１５に点弧指令Ｇｂを出力する放電用素子点弧手段２１とで構成される。
【００４４】
放電用素子点弧手段２１は、例えば同期機１が接続されている電力系統５で事故が発生したときに交流電圧検出値Ｖｇｄが所定の値より低下したことを検出する交流電圧比較器２１Ａと、交流電圧比較器２１Ａの出力と並列用遮断器４の閉状態の論理積を出力するアンド回路２１Ｂと、アンド回路２１Ｂの出力がオンになったときに所定の期間だけオン出力するワンショット回路２１Ｃとで構成される。
【００４５】
なお、本実施形態おいて「〜手段」と称した個々の要素は、ハードウェアで実現してもよいが、少なくとも一部をソフトウェアで実現してもよい。
【００４６】
（作用）
同期機１が所定の回転速度に到達した時点で、界磁遮断器６と初期励磁用開閉器１１Ｃが投入される。初期励磁用開閉器１１Ｃが投入されると、界磁巻線１Ｂに初期励磁電流が流れ始め、同期機１の交流出力電圧Ｖｇが所定の値に到達した時点でサイリスタ整流器７へのゲート信号Ｐの印加が開始される。サイリスタ整流器７の運転により交流出力電圧Ｖｇが上昇し、所定の値を超えると初期励磁用開閉器１１Ｃが開放される。その後、自動電圧調整器（ＡＶＲ）９により同期機１の交流出力電圧Ｖｇが定格値まで上昇して電圧確立が完了すると、同期操作の後に並列用遮断器４を投入し、同期機１の出力電力を所定の値まで上昇させて通常の運用に入る。
【００４７】
蓄電装置２０の運転指令Ｏｃは、同期機１の交流出力電圧Ｖｇが所定の値以上に確立した後にオンするので、この時に蓄電手段１４Ｄが放電した状態、すなわち充電電圧検出値Ｖｃｄがあらかじめ設定した下限値以下であり充電指令Ｃｃがオンの状態であった場合の作用について説明する。
【００４８】
この時、駆動回路１９により半導体スイッチング素子１４Ａのオンオフ制御が開始され、ダイオード整流器１３Ｂとキャパシタ１３Ｃによって整流、平滑化された直流電圧Ｖｄは、半導体スイッチング素子１４Ａがオンの期間のみスイッチング電圧Ｖｓに表れる。逆に、半導体スイッチング素子１４Ａがオフの期間は、スイッチング電圧Ｖｓ＝０となる。スイッチング電圧Ｖｓと充電電圧Ｖｃとの差電圧がリアクトル１４Ｃに印加されるため、スイッチング電圧Ｖｓ＝直流電圧Ｖｄの期間は充電電流Ｉｃが増加し、スイッチング電圧Ｖｓ＝０の期間は充電電流Ｉｃが減少するが、スイッチング電圧Ｖｓの平均値＞充電電圧Ｖｃであれば充電電流Ｉｃは増減を繰り返しながら増加方向へ移行し、逆にスイッチング電圧Ｖｓの平均値＜充電電圧Ｖｃであれば充電電流Ｉｃは増減を繰り返しながら減少方向へ移行する。充電電流制御回路１８によって、充電電流Ｉｃが充電電流指令値Ｉｃｒと一致するように半導体スイッチング素子１４Ａのオンオフ制御のデューティー比が変化しスイッチング電圧Ｖｓの平均値が変化するので、充電期間中の充電電流Ｉｃは所定の値に制御される。
【００４９】
なお、半導体スイッチング素子１４Ａのオンオフ時に表れる充電電流Ｉｃの増減（リップル電流）は、リアクトル１４Ｃのインダクタンスを大きくすることや半導体スイッチング素子１４Ａのスイッチング周波数を高くすることで所望のレベル以下に低減することができる。
【００５０】
蓄電手段１４Ｄの充電が完了し、充電電圧検出値Ｖｃｄがあらかじめ設定した上限値以上になると、充電停止指令Ｃｏｆｆがオンすることで充電指令Ｃｃと動作指令Ｏｐがオフし、半導体スイッチング素子１４Ａがオフとなって充電電流Ｉｃ＝０になる。
【００５１】
その後、同期機１が並列運転しているときに系統事故が発生して同期機１の交流出力電圧Ｖｇが所定の値よりも低下すると、自動電圧調整器９が出力する点弧指令Ｇｂによりパルス発生手段１５が蓄電装置放電用サイリスタ１４Ｆにゲートオン信号Ｐｂを与える。この時、サイリスタ整流器７の出力電圧は同期機１の交流出力電圧Ｖｇの低下に伴って低下しており、蓄電手段１４Ｄの充電電圧Ｖｃの値を下回っているため、サイリスタ整流器７の出力電流は零へ移行し、界磁巻線１Ｂを流れる界磁電流は全て蓄電手段１４Ｄから供給されるようになる。その後、系統事故から復旧し同期機１の交流出力電圧Ｖｇが回復する過程でサイリスタ整流器７の出力電圧が蓄電手段１４Ｄの充電電圧Ｖｃの値を上回る状態になると、蓄電手段１４Ｄからの放電電流Ｉｂが零へ移行し、界磁巻線１Ｂを流れる界磁電流Ｉｆは全てサイリスタ整流器７から供給されるようになる。この時、蓄電装置放電用サイリスタ１４Ｆがターンオフし、蓄電装置２０から界磁巻線１Ｂへの放電動作は終了する。
【００５２】
蓄電装置２０を設けていなければ、系統事故発生中のサイリスタ整流器７の出力電圧は同期機１の交流出力電圧Ｖｇの低下に伴い大きく低下するが、蓄電装置２０を設けて動作させることにより、系統事故発生中に界磁巻線１Ｂに印加する電圧を蓄電手段１４Ｄの充電電圧Ｖｃ相当に増加させることができる。
【００５３】
（効果）
以上述べたように、本実施形態によれば、系統事故発生中に同期機１の界磁巻線１Ｂに印加する電圧を蓄電手段１４Ｄの充電電圧Ｖｃ相当に増加させることができるので、いわゆる過渡安定度を向上させることができる。また、通常運転時に従来の励磁装置部分の運転に与える影響が少ない構成としているため、従来の励磁装置の信頼性を維持できる。さらに、蓄電装置主回路１４と蓄電装置制御回路１６とにより充電電圧Ｖｃおよび充電電流Ｉｃを所定の値以下に抑制するので、蓄電装置主回路１４および蓄電装置電源回路１３の設備容量を低減し小容量の部品で構成することができる。
【００５４】
［第２の実施形態］
次に、図３および図４を参照して第２の実施形態について説明する。
【００５５】
（構成）
図３は、第２の実施形態に関わる同期機の励磁装置の構成を示す図である。
【００５６】
本実施形態は、上述した第１の実施形態（図１）において、蓄電装置放電用サイリスタ１４Ｆを蓄電装置放電用自己消弧型サイリスタ１４Ｇに置換え、パルス発生手段１５を蓄電装置放電用自己消弧型サイリスタ１４Ｇ用のゲートオン信号Ｐｂとゲートオフ信号Ｐｓを出力するパルス発生手段１５Ａに置換え、自動電圧調整器９に放電用素子消弧手段２２を追加したものである。
【００５７】
このような構成において、蓄電装置放電用自己消弧型サイリスタ素子１４Ｇは、同期機１の交流出力電圧Ｖｇが所定の値より低下したときに点弧して、蓄電手段１４Ｄに充電していた電力を同期機１の界磁巻線１Ｂに放電するとともに、事故復帰時に同期機１の交流出力電圧Ｖｇが所定の値より上昇したときに消弧する。
【００５８】
放電用素子消弧手段２２は、交流電圧検出値Ｖｇｄが所定の値以上に復帰したときにオン出力する交流電圧比較器２２Ａと、アンド回路２１Ｂのオン出力でオンし交流電圧比較器２２Ａのオン出力でオフするフリップフロップ２２Ｂと、フリップフロップ２２Ｂの出力がオフになったときに所定の期間だけパルス発生手段１５Ａに消弧指令Ｇｓをオン出力する入力オフ時ワンショット回路２２Ｃで構成される。
【００５９】
（作用）
第１の実施形態との相違点は、系統事故からの復帰時に蓄電装置２０からの放電を強制的に停止する手段を設けたことである。
【００６０】
同期機１の交流出力電圧Ｖｇが確立した後の蓄電装置２０の充電方法や、系統事故発生時の放電方法については第１の実施形態と同様である。第１の実施形態では、系統事故が除去されて同期機１の交流出力電圧Ｖｇが上昇する過程で蓄電装置放電用サイリスタ１４Ｆが自然消弧すると記述したが、何らかの原因で蓄電装置放電用サイリスタ１４Ｆが自然消弧しなかったと仮定すると蓄電手段１４Ｄの充電電圧Ｖｃが界磁巻線１ｂに印加され続けるので、同期機１の交流出力電圧Ｖｇが過剰に上昇する可能性が生じる。本実施形態では、系統事故発生後に同期機１の交流出力電圧Ｖｇが所定の電圧以上に復帰すると蓄電装置放電用自己消弧型サイリスタ１４Ｇにゲートオフ信号Ｐｓが入力されてターンオフするので蓄電装置２０の放電動作が停止する。この時、同期機１の界磁電流Ｉｆは全てサイリスタ整流器７を介して流れるようになり、系統事故前の状態に戻る。
【００６１】
（効果）
本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて、系統事故からの復帰時に蓄電装置２０からの放電をより確実に停止することができるようになる。
【００６２】
［第３の実施形態］
次に、図５および図６を参照して第３の実施形態について説明する。
【００６３】
（構成）
図５は、第３の実施形態に関わる同期機の励磁装置の構成を示す図である。
【００６４】
本実施形態は、上述した第１の実施形態（図１）において、蓄電装置放電用サイリスタ１４Ｆの出力側に蓄電装置用遮断器２３を追加し、自動電圧調整器９に蓄電装置用遮断器開放手段２４を追加したものである。
【００６５】
このような構成において、蓄電装置用遮断器２３は、事故復帰時に同期機１の出力電圧が所定の値より上昇したときに蓄電手段１４Ｄが放電を継続していたら蓄電手段１４Ｄを同期機１の界磁巻線１Ｂから切り離す。
【００６６】
蓄電装置用遮断器開放手段２４は、交流電圧検出値Ｖｇｄが所定の値以上に復帰したときにオン出力する交流電圧比較器２４Ａと、アンド回路２１Ｂのオン出力でオンし交流電圧比較器２４Ａのオン出力でオフするフリップフロップ２４Ｂと、フリップフロップ２４Ｂの出力を反転するノット回路２４Ｃと、充電電圧検出値Ｖｃｄを入力して、充電電圧変化率ｄＶｃｄ／ｄｔを演算出力する変化率検出手段２４Ｄと、充電電圧変化率ｄＶｃｄ／ｄｔが所定の下限値を下回ったらオン出力する下限比較器２４Ｅと、ノット回路２４Ｃの出力と下限比較器２４Ｅの出力の論理積を演算出力するアンド回路２４Ｆと、アンド回路２４Ｆの出力がオンになったときに所定の期間だけ蓄電装置用遮断器２３に開放指令Ｃｂｏを出力するワンショット回路２４Ｇとで構成される。
【００６７】
（作用）
第１の実施形態との相違点は、系統事故からの復帰時に蓄電装置２０からの放電を強制的に停止する手段を設けたことである。
【００６８】
同期機１の交流出力電圧Ｖｇが確立した後の蓄電装置２０の充電方法や、系統事故発生時の放電方法については第１の実施形態と同様である。第１の実施形態では、系統事故が除去されて同期機１の交流出力電圧Ｖｇが上昇する過程で蓄電装置放電用サイリスタ１４Ｆが自然消弧すると記述したが、何らかの原因で蓄電装置放電用サイリスタ１４Ｆが自然消弧しなかったと仮定すると蓄電手段１４Ｄの充電電圧Ｖｃが界磁巻線１ｂに印加され続けるので、同期機１の交流出力電圧Ｖｇが過剰に上昇する可能性が生じる。本実施形態では、系統事故発生後に同期機１の交流出力電圧Ｖｇが所定の電圧以上に復帰したときに、蓄電手段１４Ｄの充電電圧Ｖｃの変化率が所定の値を下回っていたら放電継続中と判断し、蓄電装置用遮断器２３を開放することで蓄電装置２０の放電動作を停止させる。この時、同期機１の界磁電流Ｉｆは全てサイリスタ整流器７を介して流れるようになり、系統事故前の状態に戻る。
【００６９】
（効果）
本実施形態によれば、第１の実施形態の効果に加えて、系統事故からの復帰時に蓄電装置２０からの放電をより確実に停止することができるようになる。
【００７０】
［第４の実施形態］
次に、図７を参照して第４の実施形態について説明する。
【００７１】
（構成）
図７は、第４の実施形態に関わる同期機の励磁装置の構成を示す図である。
【００７２】
本実施形態は、上述した第１の実施形態（図１）において、蓄電装置主回路１４の入力電源を開閉する電源開閉器２５と、充電電流検出値Ｉｃｄが所定の値を超えたら電源開閉器２５の開放信号Ｃｔｐｏを出力する上限比較器１８Ｄを追加したものである。
【００７３】
電源の供給を遮断する手段は、電源開閉器２５の代わりに交流電源変圧器１３Ａとダイオード整流器１３Ｂの間など、より上流側に設けてもよい。
【００７４】
（作用）
第１の実施形態との相違点は、充電電流検出値Ｉｃｄが所定の値を超えたら蓄電装置主回路１４の入力電源を遮断する手段を備えた点である。これにより、例えば半導体スイッチング素子１４Ａが短絡故障した場合には充電電流Ｉｃが異常に増加するが、これを上限比較器１８Ｄが検知して電源開閉器２５を開放することで蓄電装置主回路１４の充電動作を停止する。
【００７５】
（効果）
本実施形態によれば、充電電流検出値Ｉｃｄが異常に大きくなった場合に電源開閉器２５を開放することで蓄電装置主回路１４の入力電源を遮断できるので、蓄電装置主回路１４の事故拡大を防止することができる。
【００７６】
なお、本実施形態における充電電流制御回路１８と電源開閉器２５とは、第２の実施形態や第３の実施形態に対しても適用することができ、上記と同様の作用と効果が得られる。
【００７７】
［第５の実施形態］
次に、図８を参照して第５の実施形態について説明する。
【００７８】
（構成）
図８は、第５の実施形態に関わる同期機の励磁装置の構成を示す図である。
【００７９】
本実施形態は、上述した第１の実施形態（図１）において、蓄電装置主回路１４の入力電源を開閉する電源開閉器２５と、充電電圧検出値Ｖｃｄを入力して、充電電圧変化率ｄＶｃｄ／ｄｔを演算出力する変化率検出手段１７Ｆと、充電電圧変化率ｄＶｃｄ／ｄｔが所定の上限値を超えたら電源開閉器２５の開放信号Ｃｔｐｏを出力する上限比較器１７Ｇを追加したものである。
【００８０】
変化率検出手段１７Ｆは充電電圧変化率ｄＶｃｄ／ｄｔを平滑化するための一次遅れ回路を含んでもよい。
【００８１】
また、電源の供給を遮断する手段は、電源開閉器２５の代わりに交流電源変圧器１３Ａとダイオード整流器１３Ｂの間など、より上流側に設けてもよい。
【００８２】
（作用）
第１の実施形態との相違点は、充電電圧検出値Ｖｃｄが増加する変化率が所定の値を超えたら蓄電装置主回路１４の入力電源を遮断する手段を備えた点である。これにより、例えば充電電流検出器１４Ｅが故障して充電電流検出値Ｉｃｄが充電電流指令値Ｉｃｒより小さい値になった場合は、充電電流制御信号Ｖａが増加して充電電流Ｉｃが増加するため充電電圧Ｖｃが異常な変化率で増加するので、これを変化率検出手段１７Ｆと上限比較器１７Ｇが検知して電源開閉器２５を開放する。
【００８３】
（効果）
本実施形態によれば、充電電圧検出値Ｖｃｄの変化率が異常に大きくなった場合に電源開閉器２５を開放することで蓄電装置主回路１４の入力電源を遮断できるので、蓄電装置主回路１４の事故拡大を防止することができる。
【００８４】
なお、本実施形態における充電電圧制御回路１７と電源開閉器２５とは、第２の実施形態や第３の実施形態に対しても適用することができ、上記と同様の作用と効果が得られる。
【００８５】
［第６の実施形態］
次に、図９を参照して第６の実施形態について説明する。
【００８６】
（構成）
図９は、第６の実施形態に関わる同期機の励磁装置の構成を示す図である。
【００８７】
本実施形態は、上述した第１の実施形態（図１）において、蓄電装置主回路１４の入力電源を開閉する電源開閉器２５と、充電電圧検出値Ｖｃｄが所定の上限値を超えたら電源開閉器２５の開放信号Ｃｔｐｏを出力する上限比較器１７Ｈを追加したものである。
【００８８】
電源の供給を遮断する手段は、電源開閉器２５の代わりに交流電源変圧器１３Ａとダイオード整流器１３Ｂの間など、より上流側に設けてもよい。
【００８９】
（作用）
第１の実施形態との相違点は、充電電圧検出値Ｖｃｄが所定の値を超えたら蓄電装置主回路１４の入力電源を遮断する手段を備えた点である。これにより、例えば半導体スイッチング素子１４Ａが短絡故障した場合には、充電電圧検出値Ｖｃｄが異常に増加したことを上限比較器１７Ｈが検知して電源開閉器２５を開放する。
【００９０】
（効果）
本実施形態によれば、充電電圧検出値Ｖｃｄが異常に大きくなった場合に電源開閉器２５を開放することで蓄電装置主回路１４の入力電源を遮断できるので、蓄電装置主回路１４の事故拡大を防止することができる。
【００９１】
なお、本実施形態における充電電圧制御回路１７と電源開閉器２５とは、第２の実施形態や第３の実施形態に対しても適用することができ、上記と同様の作用と効果が得られる。
【００９２】
このように、各実施形態によれば、系統事故発生中に同期機１の界磁巻線１Ｂに印加する電圧を蓄電手段１４Ｄの充電電圧Ｖｃ相当に増加させることができるので、いわゆる過渡安定度を向上させることができる。また、通常運転時に従来の励磁装置部分の運転に与える影響が少ない構成としているため、従来の励磁装置の信頼性を維持できる。さらに、蓄電装置主回路１４と蓄電装置制御回路１６とにより充電電圧Ｖｃおよび充電電流Ｉｃを所定の値以下に抑制するので、蓄電装置主回路１４および蓄電装置電源回路１３の設備容量を低減し小容量の部品で構成することができる。
【００９３】
電源開閉器２５を設けた実施形態では、蓄電装置主回路に異常が発生した場合に電源開閉器２５を開放することで蓄電装置主回路１４の入力電源を遮断するので、蓄電装置主回路１４の事故拡大を防止することができる。
【００９４】
以上詳述したように、各実施形態によれば、励磁装置主回路に挿入、接続する構成要素を少なくして設備容量を小さくでき、かつ、系統事故時の過渡安定度を向上させることができる。
【００９５】
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。
【符号の説明】
【００９６】
１…同期機、１Ａ…電機子巻線、１Ｂ…界磁巻線、２…摺動接触部、３…主要変圧器、４…並列用遮断器、５…電力系統、６…界磁遮断器、６Ａ…放電抵抗、６Ｂ…放電極接点、７…サイリスタ整流器、８…励磁用変圧器、９…自動電圧調整器、９Ａ…交流電圧検出手段、９Ｂ…電圧設定手段、９Ｃ…減算器、９Ｄ…電圧制御手段、９Ｅ…パルス発生手段、１０…計器用変成器、１１…初期励磁回路、１１Ａ…初期励磁用ダイオード、１１Ｂ…初期励磁用抵抗、１１Ｃ…初期励磁用開閉器、１２…直流電源、１３…蓄電装置電源回路、１３Ａ…交流電源変圧器、１３Ｂ…ダイオード整流器、１３Ｃ…キャパシタ、１４…蓄電装置主回路、１４Ａ…半導体スイッチング素子、１４Ｂ…バイパスダイオード、１４Ｃ…リアクトル、１４Ｄ…蓄電手段、１４Ｅ…充電電流検出器、１４Ｆ…蓄電装置放電用サイリスタ、１４Ｇ…蓄電装置放電用自己消弧型サイリスタ、１５…パルス発生手段、１５Ａ…パルス発生手段、１６…蓄電装置制御回路、１７…充電電圧制御回路、１７Ａ…電圧検出手段、１７Ｂ…下限比較器、１７Ｃ…上限比較器、１７Ｄ…フリップフロップ、１７Ｅ…アンド回路、１７Ｆ…変化率検出手段、１７Ｇ…上限比較器、１７Ｈ…上限比較器、１８…充電電流制御回路、１８Ａ…電流設定手段、１８Ｂ…減算器、１８Ｃ…電流制御手段、１８Ｄ…上限比較器、１９…駆動回路、２０…蓄電装置、２１…放電用素子点弧手段、２１Ａ…交流電圧比較器、２１Ｂ…アンド回路、２１Ｃ…ワンショット回路、２２…放電用素子消弧手段、２２Ａ…交流電圧比較器、２２Ｂ…フリップフロップ、２２Ｃ…入力オフ時ワンショット回路、２３…蓄電装置用遮断器、２４…蓄電装置用遮断器開放手段、２４Ａ…交流電圧比較器、２４Ｂ…フリップフロップ、２４Ｃ…ノット回路、２４Ｄ…変化率検出手段、２４Ｅ…下限比較器、２４Ｆ…アンド回路、２４Ｇ…ワンショット回路、２５…電源開閉器。
【図１】
2016096704.tif 000003
【図２】
2016096704.tif 000004
【図３】
2016096704.tif 000005
【図４】
2016096704.tif 000006
【図５】
2016096704.tif 000007
【図６】
2016096704.tif 000008
【図７】
2016096704.tif 000009
【図８】
2016096704.tif 000010
【図９】
2016096704.tif 000011