(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの界磁巻線を有する同期機の出力端子電圧を検出する電圧検出手段と、
上記同期機の位相角を検出する位相角検出手段と、
上記電圧検出手段と上記位相角検出手段の出力に基づいて上記同期機の励磁量と上記出力端子電圧と励磁ベクトルのなす角度を演算する演算手段と、
上記演算手段により演算される上記角度が一定となるように、上記同期機の励磁制御を行い、正負両方に励磁することができる励磁手段と
を備え、
上記２つの界磁巻線は、上記同期機のｄ軸およびｑ軸に対してそれぞれ１つずつ配置されている
ことを特徴とする同期機の励磁制御装置。
【請求項２】
上記同期機の出力有効電力を検出する有効電力検出手段を備え、該有効電力検出手段の検出出力を上記演算手段に入力して上記同期機の有効電力を一定に制御するようにした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】
上記同期機の周波数を検出する周波数検出手段を備え、該周波数検出手段の検出出力を上記演算手段に入力して上記同期機の周波数を一定に制御するようにした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４】
上記同期機の回転数を検出する回転数検出手段を備え、該回転数検出手段の検出出力を上記演算手段に入力して上記同期機の回転数を一定に制御するようにした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５】
上記同期機の加減速を検出する加減速検出手段を備え、該加減速検出手段の検出出力を上記演算手段に入力して上記同期機の加減速を一定にパルス制御するようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の同期機の励磁制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、同期機の励磁制御装置に関し、特に、電圧系統に接続された同期機の安定度向上を図る発電機の励磁制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、例えば特開昭５８−１７６０００号公報に示されている従来の同期機の励磁制御装置を示す構成図である。
図７において、１は同期機、２は同期機１の出力端子電圧Ｖｔを測定する計器用変圧器（以下、ＰＴと称する）、３は出力端子電圧Ｖｔを一定に制御するための励磁量の演算を行う自動電圧調整器（以下、ＡＶＲと称する）、４はＡＶＲ３の指令により励磁制御を行う励磁機、５は励磁機４により励磁される同期機１の界磁巻線、６は同期機１の出力有効電力（あるいは周波数、回転数）を検出する検出器、７は同期機１の検出器６の出力から、電力動揺を抑制する為の補正信号を演算し、ＡＶＲ３へ出力する系統安定化装置（以下、ＰＳＳと称する）である。
【０００３】
次に、動作について説明する。
ＡＶＲ３は、ＰＴ２を介して同期機１の出力端子電圧Ｖｔを検出する。同期機１の出力端子電圧Ｖｔと目標電圧Ｖｔ０との偏差を取り、偏差がゼロとなるように、励磁機４を制御する。励磁機４は、ＡＶＲ３からの制御指令により界磁巻線５を励磁する。ＰＳＳ７は、同期機１の出力有効電力（あるいは周波数、回転数）を検出する検出器６の出力を適当なゲイン、位相に制御し、電力系統安定化信号をＡＶＲ３の補正信号として出力する。
【０００４】
上記について、ベクトル図に示したものを図８に示す。
図８において、８は界磁巻線５による励磁ベクトルＥｆ、９は同期機１の出力端子電圧Ｖｔ、１０は内部位相角δである。
図８において、通常同期機１の負荷の大きさ等により、一定の内部位相角１０（＝δ）で同期機１は制御されている。事故等で、同期機１が加減速した場合に内部位相角１０（＝δ）が変化する。したがって、ＰＳＳ７は内部位相角１０（＝δ）の変化を抑えるようにゲイン、位相を制御し、電力系統安定度を向上させる制御を行っている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の同期機の励磁制御装置は、上記のように構成されているため、事故などで同期機が加速あるいは減速した場合の制御は、ＡＶＲの補正信号としてのＰＳＳしかなく、同期機の加減速抑制には限界があった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、同期機に界磁巻線を２つ持たせ、事故などにより同期機が加減速した場合でも、励磁ベクトルの角度を制御することで内部位相角を一定に保ち、同期機の安定度を向上できる同期機の励磁制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る同期機の励磁制御装置は、２つの界磁巻線を有する同期機の出力端子電圧を検出する電圧検出手段と、上記同期機の位相角を検出する位相角検出手段と、上記電圧検出手段と上記位相角検出手段の出力に基づいて上記同期機の励磁量と上記出力端子電圧と励磁ベクトルのなす角度を演算する演算手段と、上記演算手段により演算される上記角度が一定となるように、上記同期機の励磁制御を行い、正負両方に励磁することができる励磁手段とを備え、上記２つの界磁巻線は、上記同期機のｄ軸およびｑ軸に対してそれぞれ１つずつ配置されているものである。
【０００８】
また、この発明に係る同期機の励磁制御装置は、上記同期機の出力有効電力を検出する有効電力検出手段を備え、該有効電力検出手段の検出出力を上記演算手段に入力して上記同期機の有効電力を一定に制御するものである。
【０００９】
また、この発明に係る同期機の励磁制御装置は、上記同期機の周波数を検出する周波数検出手段を備え、該周波数検出手段の検出出力を上記演算手段に入力して上記同期機の周波数を一定に制御するものである。
【００１０】
また、この発明に係る同期機の励磁制御装置は、上記同期機の回転数を検出する回転数検出手段を備え、該回転数検出手段の検出出力を上記演算手段に入力して上記同期機の回転数を一定に制御するものである。
【００１１】
また、この発明に係る同期機の励磁制御装置は、上記同期機の加減速を検出する加減速検出手段を備え、該検出手段の検出出力を上記演算手段に入力して上記同期機の加減速を一定にパルス制御するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を、図に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による同期機の励磁制御装置を示す構成図である。
図１において、１１は２つの界磁巻線を有する同期機（以下、２軸励磁同期機と称する）、１２は２軸励磁同期機１１の出力端子電圧Ｖｔを検出するＰＴ、１３は２軸励磁同期機１１の出力端子電圧Ｖｔを一定に制御するＡＶＲ、１４は２軸励磁同期機１１の内部位相角δを検出する位相角検出手段としてのδ検出器、１５はＡＶＲ１３とδ検出器１４の出力から励磁量と励磁ベクトルの角度を演算する演算手段としての演算器、１６は２軸励磁同期機１１のｑ軸界磁巻線１７を正負両方に励磁することができる励磁機、１８は２軸励磁同期機１１のｄ軸界磁巻線１９を正負両方に励磁することができる励磁機である。なお、ＰＴ１２とＡＶＲ１３は実質的に電圧検出手段を構成し、励磁機１６，１８は励磁手段を構成する。
【００１３】
また、図２は、２軸励磁同期機のベクトル図を示している。
図２において、２０は２軸励磁同期機１１のｑ軸界磁巻線１７による励磁ベクトルＥｆｄ、２１は２軸励磁同期機１１のｄ軸巻線１９による励磁ベクトルＥｆｑ、２２は励磁ベクトル２０，２１の合成で、２軸励磁同期機１１の励磁ベクトルＥｆ、２３は２軸励磁同期機１１の出力端子電圧Ｖｔ、２４は励磁ベクトル２０と２２のなす角α、２５はｑ軸を基準にした位相角δ、２６は励磁ベクトル２２と出力端子電圧Ｖｔのなす角δ’である。
【００１４】
次に、動作について説明する。
ＡＶＲ１３は、２軸励磁同期機１１の出力端子電圧Ｖｔを、ＰＴ１２を介して検出し、出力端子電圧Ｖｔと目標電圧Ｖｔ０との偏差がゼロとなるように励磁量を制御する。δ検出器１４は、２軸励磁同期機１１の位相角２５（＝δ）を検出し、内部位相角２６（＝δ’）が一定になるように制御する。演算器１５は、ＡＶＲ１３およびδ検出器１４の出力によって、励磁機１６、１８に適当な励磁制御を行わせ、界磁巻線１７、１９により、内部位相角２６（＝δ’）が一定となるように界磁電圧２２（＝Ｅｆ）で制御させる。
【００１５】
このようにして、本実施の形態では、内部位相角（＝δ’）が一定となるため、２軸励磁同期機が加減速した場合でも内部位相角が変化し、不安定になることがないため、従来の同期機よりも安定度が向上するという効果がある。また、同様の理由により送電電力限界が向上し、また、進相運転での無効電力の吸収限界も安定度による制約が無くなるという効果がある。
【００１６】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２による同期機の励磁制御装置を示す構成図である。なお、図３において、図１と対応する部分には、同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
図３において、２７は２軸励磁同期機１１の出力有効電力Ｐｔを検出する電力検出器、２８は電力検出器２７で検出された出力有効電力値Ｐｔが目標出力有効電力値Ｐｔ０となるように制御する電力制御装置、１５ＡはＡＶＲ１３とδ検出器１４の出力から励磁量と励磁ベクトルの角度を演算すると共に、電力制御装置２８の出力から電力動揺量を演算する演算手段としての演算器である。なお、電力検出器２７と電力制御装置２８は実質的に有効電力検出手段を構成する。
【００１７】
次に、動作について説明する。なお、ＡＶＲ１３とδ検出器１４の出力から励磁量と励磁ベクトルの角度を演算する動作は、上述の演算器１５の場合と同様であるので、ここではその説明を省略する。
本実施の形態では、電力検出器２７により２軸励磁同期機１１の出力有効電力Ｐｔを検出し、電力制御装置２８で例えば出力有効電力値Ｐｔが目標出力有効電力値Ｐｔ０となるように制御する。そして、電力制御装置２８の出力も演算器１５Ａに入力して、ここで電力動揺量を算出し、この電力動揺量を励磁機１６、１８にフィードバックして励磁制御を行う。
【００１８】
このようにして、本実施の形態でも、上記実施の形態１と同様の効果が得られると共に、本実施の形態では、さらに電力動揺に対して安定度の高い励磁制御が可能になるという効果がある。
【００１９】
実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３による同期機の励磁制御装置を示す構成図である。なお、図４において、図１と対応する部分には、同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
図４において、２９は２軸励磁同期機１１の周波数を検出する周波数検出器、３０は周波数検出器２９で検出された周波数が一定になるように制御する周波数制御装置、１５ＢはＡＶＲ１３とδ検出器１４の出力から励磁量と励磁ベクトルの角度を演算すると共に、周波数制御装置３０の出力から周波数変化量を演算する演算手段としての演算器である。なお、周波数検出器２９と周波数制御装置３０は実質的に周波数検出手段を構成する。
【００２０】
次に、動作について説明する。なお、ＡＶＲ１３とδ検出器１４の出力から励磁量と励磁ベクトルの角度を演算する動作は、上述の演算器１５の場合と同様であるので、ここでもその説明を省略する。
本実施の形態では、周波数検出器２９により２軸励磁同期機１１の周波数を検出し、周波数制御装置３０で２軸励磁同期機１１の周波数の動揺を抑制するように制御する。そして、周波数制御装置３０の出力も演算器１５Ｂに入力して、ここで周波数変化量を算出し、この周波数変化量を励磁機１６、１８にフィードバックして励磁制御を行う。
【００２１】
このようにして、本実施の形態でも、上記実施の形態１と同様の効果が得られると共に、本実施の形態では、さらに周波数変化量に対して安定度の高い励磁制御が可能になるという効果がある。
【００２２】
実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４による同期機の励磁制御装置を示す構成図である。なお、図５において、図１と対応する部分には、同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
図５において、３１は２軸励磁同期機１１の回転数を検出する回転数検出器、３２は回転数検出器３１で検出された回転数が一定になるように制御する回転数制御装置、１５ＣはＡＶＲ１３とδ検出器１４の出力から励磁量と励磁ベクトルの角度を演算すると共に、回転数制御装置３２の出力から回転数の変化量を演算する演算手段としての演算器である。なお、回転数検出器３１と回転数制御装置３２は実質的に回転数検出手段を構成する。
【００２３】
次に、動作について説明する。なお、ＡＶＲ１３とδ検出器１４の出力から励磁量と励磁ベクトルの角度を演算する動作は、上述の演算器１５の場合と同様であるので、ここでもその説明を省略する。
本実施の形態では、回転数検出器３１により２軸励磁同期機１１の回転数を検出し、回転数制御装置３２で２軸励磁同期機１１の回転数の動揺を抑制するように制御する。そして、回転数制御装置３２の出力も演算器１５Ｃに入力して、ここで回転数の変化量を算出し、この回転数の変化量を励磁機１６、１８にフィードバックして励磁制御を行う。
【００２４】
このようにして、本実施の形態でも、上記実施の形態１と同様の効果が得られると共に、本実施の形態では、さらに回転数の変化量に対して安定度の高い励磁制御が可能になるという効果がある。
【００２５】
実施の形態５．
図６は、この発明の実施の形態５による同期機の励磁制御装置を示す構成図である。なお、図６において、図１と対応する部分には、同一符号を付し、その詳細説明を省略する。
図６において、３３は２軸励磁同期機１１の加減速、即ち電力、周波数、回転数を含む出力の変化を検出する加減速検出手段としての検出器、３４は検出器３３の出力に基づいてパルス制御を行い、２軸励磁同期機１１の加減速を抑えるパルス制御装置、１５ＤはＡＶＲ１３とδ検出器１４の出力から励磁量と励磁ベクトルの角度を演算すると共に、パルス制御装置３４の出力から加減速量を演算する演算手段としての演算器である。なお、検出器３３とパルス制御装置３４は実質的に加減速検出手段を構成する。
【００２６】
次に、動作について説明する。なお、ＡＶＲ１３とδ検出器１４の出力から励磁量と励磁ベクトルの角度を演算する動作は、上述の演算器１５の場合と同様であるので、ここでもその説明を省略する。
本実施の形態では、検出器３３により２軸励磁同期機１１の加減速を検出し、パルス制御装置３４で２軸励磁同期機１１の加減速を抑えるようにパルス制御する。そして、パルス制御装置３４の出力も演算器１５Ｄに入力して、ここで加減速量を算出し、この加減速量を励磁機１６、１８にフィードバックして励磁制御を行う。
【００２７】
このようにして、本実施の形態でも、上記実施の形態１と同様の効果が得られると共に、本実施の形態では、さらに急激な２軸励磁同期機の加減速によって位相角（＝δ）の変化に制御がついていけないような場合でも、パルス制御により加減速を抑えることにより、内部位相角（＝δ’）を継続して一定に制御することが可能となり、特に過渡安定度が向上する効果がある。
なお、本実施の形態は，上記実施の形態２〜４を併せて使用してもよいことは言うまでもない。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、２つの界磁巻線を有する同期機の出力端子電圧を検出する電圧検出手段と、上記同期機の位相角を検出する位相角検出手段と、上記電圧検出手段と上記位相角検出手段の出力に基づいて上記同期機の励磁量と上記出力端子電圧と励磁ベクトルのなす角度を演算する演算手段と、上記演算手段により演算される上記角度が一定となるように、上記同期機の励磁制御を行い、正負両方に励磁することができる励磁手段とを備え、上記２つの界磁巻線は、上記同期機のｄ軸およびｑ軸に対してそれぞれ１つずつ配置されているので、従来の同期機よりも安定度が向上し、送電電力限界および進相運転での無効電力の吸収限界も安定度による制約が無くなるという効果がある。
【００２９】
また、この発明によれば、上記同期機の出力有効電力を検出する有効電力検出手段を備え、該有効電力検出手段の検出出力を上記演算手段に入力して上記同期機の有効電力を一定に制御するので、さらに電力動揺に対して安定度の高い励磁制御が可能になるという効果がある。
【００３０】
また、この発明によれば、上記同期機の周波数を検出する周波数検出手段を備え、該周波数検出手段の検出出力を上記演算手段に入力して上記同期機の周波数を一定に制御するので、さらに周波数変化量に対して安定度の高い励磁制御が可能になるという効果がある。
【００３１】
また、この発明に係る同期機の励磁制御装置は、上記同期機の回転数を検出する回転数検出手段を備え、該回転数検出手段の検出出力を上記演算手段に入力して上記同期機の回転数を一定に制御するので、さらに回転数変化量に対して安定度の高い励磁制御が可能になるという効果がある。
【００３２】
また、この発明に係る同期機の励磁制御装置は、上記同期機の加減速を検出する加減速検出手段を備え、該加減速検出手段の検出出力を上記演算手段に入力して上記同期機の加減速を一定にパルス制御するので、急激な同期機の加減速によって位相角の変化に制御がついていけないような場合でも、パルス制御により加減速を抑えて、内部位相角を継続して一定に制御することが可能となり、特に、過渡安定度が向上するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による同期機の励磁制御装置を示す構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態１〜３におけるベクトル図である。
【図３】  この発明の実施の形態２による同期機の励磁制御装置を示す構成図である。
【図４】  この発明の実施の形態３による同期機の励磁制御装置を示す構成図である。
【図５】  この発明の実施の形態４による同期機の励磁制御装置を示す構成図である。
【図６】  この発明の実施の形態５による同期機の励磁制御装置を示す構成図である。
【図７】  従来の同期機の励磁制御装置を示す構成図である。
【図８】  従来の同期機のベクトル図である。
【符号の説明】
１１  ２軸励磁同期機、１２  計器用変圧器（ＰＴ）、１３  自動電圧調整器（ＡＶＲ）、１４  δ検出器、１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ  演算器、１６，１８  励磁機、２７  電力検出器、２８  電力制御装置、２９  周波数検出器、３０  周波数制御装置、３１  回転数検出器、３２  回転数制御装置、３３  検出器、３４  パルス制御装置。
【図１】
0004031286.tif 000002
【図２】
0004031286.tif 000003
【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】
0004031286.tif 000008
【図８】
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