JP4017933B2 - 交流励磁形発電電動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流励磁形発電電動装置に係わり、交流励磁形発電電動機の特に弱め励磁域における励磁の制限制御を行うことにより交流励磁発電電動機の過熱を防止でき、また弱め励磁域における保護を行うことのできる交流励磁形発電電動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１５は、例えば特開平１０−２５７８００号公報に示された従来の交流励磁発電電動装置の構成図である。交流励磁形発電電動装置の場合、ｄ軸制御により交流励磁形発電電動機１の一次電圧あるいは無効電力を、ｑ軸制御により有効電力あるいは回転数を制御するシステム構成となっているが、図１５はｑ軸の制御部分及び位相検出部分等は省略し、一次電圧を制御するｄ軸制御部分の構成を示している。
【０００３】
図１５において、１は交流励磁形発電電動機、２は交流励磁発電電動機１の一次電圧を送電系統電圧に昇圧するための昇圧変圧器である。３はＰＴ（計器用変圧器）であり、交流励磁形発電電動機１の一次電圧を測定用に降圧して電圧信号を発する。４は電圧検出器であり、ＰＴ３からの発信された電圧信号に基づき一次電圧Ｖを検出する。５は減算器、６は一次電圧の制御目標値Ｖ０を設定する電圧設定器であり、減算器５は制御目標値Ｖ０と１次電圧Ｖとの偏差ΔＶ（＝Ｖ０−Ｖ）を検出する。
【０００４】
７は制御器であり、制御系の応答性、安定性を調整するための比例要素、積分要素、微分要素を有し、減算器５にて検出された偏差ΔＶに基づいて信号Ｓ１を発信する。８は励磁用電力変換器であり、発生周波数、発生電圧、位相等を任意に変更することができ、信号Ｓ１に基づいて交流励磁発電電動機１の回転子巻線を励磁する。
【０００５】
図１５に示す交流励磁発電電動装置の動作は次の通りである。交流励磁形発電電動機１の一次電圧Ｖは、ＰＴ３を介して電圧検出器４で検出され、減算器５にて電圧設定器６にて設定された制御目標値Ｖ０との偏差ΔＶ（＝Ｖ０−Ｖ）が求められる。この偏差ΔＶは、比例要素、積分要素、微分要素を有する制御器７を介してｄ軸電流制御信号である信号Ｓ１として励磁用電力変換器８に与えられる。
【０００６】
励磁用電力変換器８は、このｄ軸電流制御信号（信号Ｓ１）、図示しないｑ軸電流制御信号発信装置からのｑ軸電流制御信号、すべり周波数及び交流励磁形発電電動機１の一次電圧の位相に応じた交流励磁形発電電動機１の二次電流となるよう交流励磁形発電電動機１の回転子巻線を励磁し、交流励磁形発電電動機１の一次電圧を電圧設定器６にて設定された制御目標値Ｖ０に維持する。
【０００７】
このように、従来の交流励磁発電電動装置では、交流励磁発電電動機１が弱め励磁域でも安定な運転が確保できること、不足励磁制限を設けると運転域が狭くなることから、弱め励磁を制限する機能及び保護機能を有していなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、交流形励磁発電電動機自身に運転許容限界があること及び交流励磁発電電動装置においても制御状態によっては、例えば一定励磁周波数にて励磁する運転状態の場合は従来の直流励磁形同期機と同様の安定運転限界が存在する。このため、交流励磁形発電電動機の許容運転範囲を逸脱した運転による交流励磁形発電電動機の損傷あるいは安定運転範囲を逸脱した域での運転により脱調に至る問題点があった。
【０００９】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、次に記載するような交流励磁形発電電動装置を得ることを目的とする。
ａ．弱め励磁域における励磁の制限をして、交流励磁形発電電動機の過熱を防止できる。
ｂ．弱め励磁域における励磁の制限制御を行うことにより、安定に運転できる。
ｃ．弱め励磁域における交流励磁形発電電動機の保護を行うことができる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明における交流励磁形発電電動装置においては、交流励磁形発電電動機を励磁する励磁装置及び励磁装置による弱め励磁域での励磁を交流励磁形発電電動機の許容出力から定められる運転限界値に基づいて制限するとともに交流励磁形発電電動機を励磁する周波数が固定されたとき運転限界値を交流励磁形発電電動機の安定運転限界から定められる運転限界値に変更する弱め励磁制限装置を備えたものである。
交流励磁形発電電動機の許容出力から定められる運転限界値に基づいて弱め励磁域での励磁を制限することにより、交流励磁形発電電動機に流入する無効電力が増加して運転限界値を超えないように弱め励磁を制限することができる。また、励磁装置等の制約から交流励磁形発電電動機を励磁する周波数が固定されたときは、交流励磁形発電電動機には直流励磁形発電電動機と同様の安定運転限界が存するので、運転限界値を当該安定運転限界から定められる運転限界値に変更することにより、安定に運転できるとともに運転限界値を超えないように弱め励磁を制限できる。
【００１１】
さらに、弱め励磁制限装置は、運転限界値を交流励磁形発電電動機の安定運転限界から定められる運転限界値に対応して定められた時限にて交流励磁形発電電動機の安定運転限界から定められる運転限界値に変更するものであることを特徴とする。
許容時間に応じた制限制御を実現できる。
【００１２】
さらに、弱め励磁制限装置の交流励磁形発電電動機の許容出力から定められる運転限界値は、交流励磁形発電電動機の皮相電力が一定であるとの条件下でそのときの交流励磁形発電電動機の有効電力から求めた無効電力であることを特徴とする。
運転限界値を交流励磁形発電電動機の皮相電力が一定であるとした条件から求めた無効電力にすれば、交流励磁形発電電動機が過電流にならないように弱め励磁を制限できる。
【００１３】
そして、弱め励磁制限装置の交流励磁形発電電動機の許容出力から定められる運転限界値は、交流励磁形発電電動機の定格電流であることを特徴とする。
同様に、交流励磁形発電電動機が過電流にならないように弱め励磁を制限できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１及び図２は、この発明の実施の一形態を示すもので、図１は交流励磁発電電動装置の構成図、図２は交流励磁発電電動機１の運転範囲を示す説明図である。交流励磁形発電電動機の場合、ｄ軸制御により交流励磁形発電電動機１の一次電圧あるいは無効電力を、ｑ軸制御により有効電力あるいは回転数を制御するシステム構成となっているが、図１においては、ｑ軸の制御部分及び位相検出部分等は省略し、一次電圧を制御するｄ軸制御部分の構成を示している。
【００１５】
図１において、１は交流励磁形発電電動機、２は交流励磁発電電動機１の一次電圧を送電系統電圧に昇圧するための昇圧変圧器である。３はＰＴ（計器用変圧器）であり、交流励磁形発電電動機１の一次電圧を測定用に降圧して電圧信号を発する。４は電圧検出器であり、ＰＴ３からの発信された電圧信号に基づき一次電圧Ｖを検出する。５は減算器、６は一次電圧の制御目標値Ｖ０を設定する電圧設定器であり、減算器５は制御目標値Ｖ０と１次電圧Ｖとの偏差ΔＶ（＝Ｖ０−Ｖ）を検出する。
【００１６】
７は制御器であり、制御系の応答性、安定性を調整するための比例要素、積分要素、微分要素を有し、減算器５にて検出された偏差ΔＶに基づいて信号Ｓ１を発信する。８は励磁用電力変換器であり、発生周波数、発生電圧、位相等を任意に変更することができ、信号Ｓ１又は後述の弱め励磁制御器１３からの信号Ｓ２に基づいて交流励磁発電電動機１の回転子巻線を励磁する。
【００１７】
９はＣＴ（計器用変流器）であり、交流励磁形発電電動機１の一次電流を所定の比率で変流して電流信号を発する。１０は信号検出器であり、ＰＴ３とＣＴ９からの電圧信号及び電流信号Ｖに基づき、有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、一次電流Ｊを検出する。１１は運転限界設定器であり、弱め励磁側の無効電力の運転限界値Ｑ０を算出して設定する。この運転限界値Ｑ０は、弱め励磁側においてはマイナスの値である。
【００１８】
１２は減算器であり運転限界値Ｑ０と信号検出器１０にて検出された無効電力Ｑとの偏差ΔＱ（＝Ｑ０−Ｑ）を検出する。１３は弱め励磁制御器であり、制御系の応答性、安定性を調整するための比例要素、積分要素、微分要素を有し、偏差ΔＱに基づき信号Ｓ２を発する。１４は高値選択器であり、制御器７からの信号Ｓ１と弱め励磁制御器１３からの信号Ｓ２とのうちの、値の大きい方の信号を選択して励磁用電力変換器８に出力する。
【００１９】
なお、減算器５、電圧設定器６及び制御器７が励磁装置であり、信号検出器１０、運転限界設定器１１、減算器１２、弱め励磁制御器１３及び高値選択器１４がこの発明における弱め励磁制限制御装置である。
【００２０】
図２は交流励磁形発電電動機１の運転範囲を示すもので、横軸は交流励磁形発電電動機１の有効電力で、右（＋）側が発電運転、左（−）側が電動機運転域を示す。縦軸は無効電力で、上（＋）側が電力系統に無効電力を供給する強め励磁側、下（−）側が電力系統から交流励磁形発電電動機１に無効電力を供給する弱め励磁側を示す。４０はＰ＝０、Ｑ＝０を中心とし、半径が交流励磁形発電電動機１の定格皮相電力に相当する円で、この円４０内が交流励磁形発電電動機１の固定子巻線の許容容量としての定格運転範囲である。
【００２１】
強め励磁側は、交流励磁形発電電動機１の二次側である回転子巻線の加熱等により運転範囲が制限されるが、本発明は弱め励磁側の運転範囲に関する制御方式に関するものであるので、円４０内における交流励磁形発電電動機１の弱め励磁側の運転範囲の制限について説明する。４１は限界曲線であり、交流励磁形発電電動機１の回転子巻線に電流を供給している励磁用電力変換器８の出力の周波数を固定して運転している場合の安定運転限界特性を示すものである。つまり、励磁用電力変換器８の出力周波数を固定した運転の場合、位相角の制御ができないため直流励磁形発電電動機と同じように安定運転限界が存在する。
【００２２】
運転限界設定器１１から出力される弱め励磁側の無効電力の運転限界値Ｑ０は、信号検出器１０からの有効電力信号Ｐに応じて、皮相電力を表す円４０あるいは限界曲線４１を表す数式から求められた無効電力値である。
【００２３】
次に動作について説明する。交流励磁形発電電動機１の一次電圧が電圧設定器６にて設定された制御目標値Ｖ０となるようｄ軸電流が制御されているときに、電力系統の状態が変化、つまり系統側の電圧Ｖが上昇すると、あるいは系統電圧を維持するために制御目標値Ｖ０を低下させると、無効電力は弱め励磁側へ変化する。すなわち、減算器５から制御目標値Ｖ０と検出電圧Ｖとの偏差ΔＶ（＝Ｖ０−Ｖ）（マイナスの値となる）が出力され、制御器７はこの偏差ΔＶに基づく信号Ｓ１を偏差ΔＶを減少する方向に制御するために高値選択器１４に出力する。
【００２４】
運転限界設定器１１は、円４０を表す数式にこのときの有効電力Ｐを代入して運転限界値Ｑ０を求める。そして、信号検出器１０で検出される無効電力Ｑが運転限界値Ｑ０より弱め励磁側になると、つまり無効電力Ｑが運転限界値Ｑ０を超えると（弱め界磁側においては無効電力Ｑの絶対値が運転限界値Ｑ０の絶対値よりも大きくなる）、上記円４０から図２における下方に超えることにある。従って、減算器１２からの偏差ΔＱ（＝Ｑ０−Ｑ）はプラスの値となり、励磁を増加させる方向の出力となり、その偏差ΔＱに対応した信号Ｓ２が制御器７から出力される。
【００２５】
この信号Ｓ２が、弱め励磁制御器１３を介して高値選択器１４に与えられる。高値選択器１４では、演算器７からの信号Ｓ１よりも、より励磁を増加させる方向の信号である弱め励磁制御器１３からの信号Ｓ２が大きいので、この信号Ｓ２を選択し、励磁用電力変換器８に与える。高値選択器１４にて弱め励磁制御器１３からの信号Ｓ２が選択されている間は、無効電力Ｑが運転限界設定器１１から出力される運転限界値Ｑ０になるように励磁用電力変換器８を介して制御されるため、交流励磁形発電電動機１の運転状態は運転限界値Ｑ０に維持される。
【００２６】
この状態で、系統の状態が元に戻る、つまり系統側の電圧が低下し弱め励磁側であって運転限界設定器１１から出力される無効電力Ｑの絶対値が運転限界値Ｑ０の絶対値よりも小さくなると、上記信号Ｓ２がマイナスの値となり、かつ制御器７からの信号Ｓ１よりも小さくなると、高値選択器１４は両者のうちの大きい方の値である信号Ｓ１を選択して励磁用電力変換器８に与え、通常の電圧制御に復帰する。
【００２７】
以上により、交流励磁形発電電動機１はその無効電力Ｑの絶対値が運転限界設定器１１から出力される運転限界値Ｑ０の絶対値を超えることなく運転を行うことが可能となり、交流励磁形発電電動機１の固定子側の過熱や不安定な運転を防止できる。
【００２８】
なお、図１では制御器７が出力する信号Ｓ１と弱め励磁制御器１３が出力する信号Ｓ２とのうちの一方を高値選択器１４により選択するものを示したが、減算器５から出力される偏差ΔＶと減算器１２から出力される偏差ΔＱとのうちの一方を選択して、制御器７を介して励磁用電力変換器８に出力するようにしてもよい。
【００２９】
なお、運転限界設定器１１が出力する運転限界値Ｑ０は、交流励磁形発電電動機１の有効電力Ｐに応じ円４０を表す数式から無効電力値を求めるものを説明したが、上記円４０を折れ線等にて近似した数式から求めてもよいし、データテーブルを用意して近似点を選択しそれを補間して求めることもできる。
【００３０】
また、以上は定格運転範囲を示す円４０にて表される特性になるように制限制御されるものを説明したが、この特性に余裕を見た特性、あるいは交流励磁形発電電動機１の過負荷耐量を考慮した特性になるように制限されるものであってもよい。
【００３１】
実施の形態２．
図３は、この発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。図１に示した実施の形態では、高値選択器１４を用いたものを示した。この代わりに、図３に示すように加算器５１を設けたものである。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。なお、以下の各実施の形態を示す図においても、同じ符号を付したものは、同一あるいは互いに同様なものであるので、以後の実施の形態において重複しての説明を省く。
【００３２】
加算器５１は、制御器７からの信号Ｓ１と弱め励磁制御器１３からの信号Ｓ２とを加算して、励磁用電力変換器８に与えている。すなわち、通常、制御器７からの信号Ｓ１が負値となり励磁を減じた場合に、弱め励磁となる。従って、弱め励磁制御器１３からの信号Ｓ２（制限域となった場合はプラスの値)を加算器５１にて加算し、励磁用電力変換器８に与えることにより励磁量が低下するのを制限する。
【００３３】
なお、弱め励磁制御器１３からの信号Ｓ２を加算する代わりに、電圧設定器６の制御目標値Ｖ０を変更するようにしてもよい。要するに、交流励磁形発電電動機１の無効電力Ｑの絶対値が運転限界設定器１１から出力される運転限界値Ｑ０の絶対値を超えることがないように励磁用電力変換器８を介して交流励磁発電電動機１の回転子巻線の励磁電流を制御すればよい。
【００３４】
実施の形態３．
図４は、さらにこの発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。この実施の形態は、定格運転範囲を示す円４０は交流励磁形発電電動機１の固定子の温度上昇が一定となる特性、つまり一次電流が一定である特性であるので、無効電力が弱め励磁側であることを条件に、交流励磁形発電電動機１の一次電流が円４０で定まる制限電流値を超えないように制限を行って、同様の効果を得るものである。
【００３５】
すなわち、運転限界設定器６１にて許容一次電流値Ｊ０が設定され、この許容一次電流電流Ｊ０と信号検出器１０にて検出された電流Ｊとの偏差ΔＪ（＝Ｊ０−Ｊ）を減算器６２にて求めて、弱め励磁制御器６３に入力する。そして、弱め励磁制御器６３は偏差ΔＪに基づいて信号Ｓ３を発し、切替器１７を介して高値選択器１４に与える。
【００３６】
弱め励磁検出器６４は、無効電力Ｑが発電運転時は進相、揚水運転時は遅相方向であることに基づき交流励磁形発電電動機１が弱め励磁側で運転されていることを検出して、つまり、弱め励磁側の運転状態であるときに限り、切替器１７に切替指令を発する。この切替指令を受けて切替器１７は、励磁制御器６３からの信号Ｓ３を高値選択器１４に入力するように切替え、弱め励磁側の制限機能を有効とする。これにより、弱め励磁側の制限制御を実現している。なお、信号検出器１０、運転限界設定器６１、減算器６２、弱め励磁制御器６３、弱め励磁検出器６４、切替器１７及び高値選択器１４がこの発明における弱め励磁制限制御装置である。
【００３７】
なお、弱め励磁側の運転状態でないときは、切替器１７が開路されている。このため、図示しないが低レベル設定器を設け、切替器１７が開路しているときは、切替器１７を介して信号Ｓ３が入力される高値選択器１４の端子の電圧レベルを制御器７からの信号Ｓ１のレベル（通常、プラスマイナスのある範囲内を変化する）より充分に低いマイナス側の値に設定し、切替器１７が開路しているときは高値選択器１４において必ず制御器７からの信号Ｓ１が選択されるようにしている。また、弱め励磁検出器６４が弱め励磁側の運転状態であるときに限り切替器１７に切替指令を発するのは、運転範囲特性の円４０により一次電流を制限する場合、弱め励磁側で上記制限電流値を超えた運転状態から制限電流値内に引戻すためには、励磁を増加させる方向に制御すればよいからである。
【００３８】
なお、交流励磁形発電電動機１の一次電流を用いるものを説明したが、交流励磁形発電電動機１の皮相電力あるいは皮相電力を一次電圧にて除して求めた一次電流を用いるもの等であっても同様の効果が得られる。
【００３９】
実施の形態４．
図５は、さらにこの発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。上記実施の形態１では、交流励磁発電電動機１の運転状態が定格運用範囲である円４０から外側に来ると直ちに弱め励磁の制限が有効となるものを示した。これに対し、円４０の大きさは、交流励磁形発電電動機１の一次電流つまり固定子の温度上昇にて決まっており、日本電気学会規格（ＪＥＣ２１３０）等でこの耐量が時間の関数として規定されている。従って、電力系統の電圧維持あるいは無効電力吸収のために一時的に定格運用範囲である円４０を超えてその外側にある状態にて運転することが要求される場合がある。
【００４０】
図５に示す交流励磁発電電動装置は、このような要求を満足させるためのものであり、交流励磁発電電動機１の運転状態が運転限界設定器１１にて設定された運転限界値Ｑ０を超えたことを、すなわち弱め励磁制御器１３から出力される信号Ｓ２が所定値を超えたことを検出する運転状態検出器１５、運転状態検出器１５からの信号により起動される時限回路１６及び時限回路１６から指令信号を受けて弱め励磁制御器１３からの信号Ｓ２を高値選択器１４に入力する切替器１７が設けられている。
【００４１】
次に、動作について説明する。運転状態検出器１５は、交流励磁発電電動機１の運転状態が運転限界設定器１１にて設定され運転限界値Ｑ０を超えたことを、すなわちΔＱ（＝Ｑ０−Ｑ）の値がプラスになったことを検出すると、時限回路１６を起動する。時限回路１６は、起動信号を受けて一定時間間隔にて発されるパルス数をカウントして運転限界値Ｑ０を超えた運転状態が所定時間継続すると、切替器１７に切替信号を与える。切替器１７は、この切替信号を受けて弱め励磁制御器１３からの信号Ｓ２を高値選択器１４に与える。これにより、弱め励磁の制限を開始し、運転限界設定器１１にて設定された運転限界値Ｑ０まで無効電力を引戻す。
【００４２】
これにより、一時的に定格運用範囲を超えての運転を許容し、かつ交流励磁発電電動機１の固定子温度が許容上昇限度を超えることを防止することが可能である。なお、運転状態検出器１５は、上記運転限界値Ｑ０で動作し、この運転限界値Ｑ０より小さい別の値で復帰するようして、動作値と復帰値に差を設けたヒステリシス特性を有するものとしてもよい。
【００４３】
また、時限回路１６は、上記のような運転状態検出器１５からの起動信号により、一定時間間隔にて発されるパルス数をカウントして所定時間後に動作するような定限時特性を有するものでもよいし、積分回路等を用いて運転限界値Ｑ０からの超過の大きさに反比例した時間経過後に動作するような反限時特性を有するものでもあってもよい。
【００４４】
実施の形態５．
図６は、さらにこの発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。交流励磁形発電電動機１は通常、励磁用電力変換器８によりすべり周波数（系統の周波数と交流励磁形発電電動機１の実回転数との差）の変化に応じた周波数にて運転されており、このときの定格運用範囲は図２の円４０の内側である。しかしながら、一般的に、励磁用電力変換器８で運転可能なすべり周波数は、励磁用電力変換器８の大きさ、価格、系統運用上からの要求等を加味して決められており、その限度値を超えたすべり周波数での励磁はできない。
【００４５】
このため、この限度値を超えたすべり周波数での運転状態とならないように、すべり周波数が限度値に達した場合は励磁周波数を限度値に固定する方式が取られる場合がある。このように、励磁周波数を固定した場合は、交流励磁形発電電動機１は、励磁制御により加減速ができない直流励磁形発電電動機と同じ運転状態となり、直流励磁形発電電動機と同様の図２の限界曲線４１に示す安定運転限界が存在する。この実施の形態は、このような運転状態の変化に対応して、交流励磁形発電電動機が安定した、安全な範囲での運転を行わせるためのものである。
【００４６】
図６において、７１は周波数固定時運転限界設定器であり、図２における限界曲線４１にて表される特性に基づいて交流励磁発電電動機１の有効電力Ｐとそのときの無効電力の運転限界値Ｑ０を求める。７２は設定値切替手段であり、励磁用電力変換器８の出力電流の周波数が上限あるいは下限に達し交流励磁発電電動機１の励磁周波数が固定されたことを検出して、運転限界設定器１１にて設定された運転限界設定値と、周波数固定時運転限界設定器７１にて設定された周波数固定時運転限界設定値と切替えて、減算器１２に運転限界値Ｑ０として与える。それ以後の動作は、図１に示した実施の形態と同様である。
【００４７】
このようにすることにより、すべり周波数が励磁用電力変換器８が対応しうる上限あるいは下限に固定された場合や、この上下限内のある周波数で固定された場合でも、弱め励磁域における励磁の制限制御を行うことにより安定した運転をすることができる。
【００４８】
実施の形態６．
図７は、さらにこの発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。図６に示した実施の形態では弱め励磁制御器１３の信号Ｓ２が直接励磁用電力変換器８に出力されるものを示した。この実施の形態は、図６に示したものに運転状態検出器１５、時限回路１６、第二時限回路７５、時限信号切替手段７６を設けたものである。第二時限回路７５は、交流励磁発電電動機１のすべり周波数が固定された状態で運転されるときの安定運転限界特性である限界曲線４１に対応して定められた時限にて動作するようにされている。
【００４９】
運転状態検出器１５は、交流励磁発電電動機１の運転状態が運転限界設定器１１にて設定され運転限界値Ｑ０を超えたことを、すなわちΔＱ（＝Ｑ０−Ｑ）の値がプラスになったことを検出すると、時限回路１６及び第二時限回路７５を起動する。時限信号切替手段７６は、励磁用電力変換器８の出力周波数が固定されていないときは時限回路１６の出力信号を切替器１７に与え、出力周波数が固定されたときは第二時限回路７５の出力信号を切替器１７に与えるようにされている。
【００５０】
交流励磁発電電動機１が可変周波数で励磁されている場合は、設定値切替手段７２は、運転限界設定器１１にて設定された運転限界値が運転限界値Ｑ０として減算器１２に与えられ、交流励磁発電電動機１の励磁周波数が固定されると、周波数固定時運転限界設定器７１にて設定された運転限界値が運転限界値Ｑ０として減算器１２に与えられる。
【００５１】
そして、この運転限界値Ｑ０を超えた運転状態が時限回路１６にて設定された時間継続した場合は時限回路１６が動作して出力信号を発し、第二時限回路７５にて設定された時間継続した場合は第二時限回路７５が動作して出力信号を発する。そのいずれかの出力信号にて切替器１７を動作させ、弱め励磁制御器１３からの信号Ｓ２を高値選択器１４に与え、弱め励磁の制限を開始し、運転限界設定値Ｑ０まで無効電力を引戻す。
【００５２】
このように、すべり周波数が可変状態であるか、あるいはすべり周波数が固定状態にあるかに応じて、運転限界値Ｑ０を切替えるとともに、時限信号切替手段７６により時限設定値を切替えることにより許容時間に応じた制限制御を実現できる。
【００５３】
なお、一定周波数励磁運転状態で安定限界を超えたとき（限界曲線４１よりも無効電力がマイナス側になったとき）で時間的な余裕が無い場合は、第二時限回路７５の設定時限を０にするか、あるいは第二時限回路７５を省き、運転状態検出器１５の信号を直接時限信号切替手段７６に入力するようにしてもよい。
【００５４】
実施の形態７．
図８は、さらにこの発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。図８において、２４は信号ロジック回路であり、弱め励磁制御器１３の信号Ｓ２が弱め励磁制限方向の出力で、電圧検出器４から入力される一次電圧Ｖが交流励磁発電電動機１の限度値以内であれば、切替器１７を介して高値選択器１４に信号を供給するが、一次電圧が限度値以上となった場合は、切替器１７にてこの信号Ｓ２を切り離し、高値選択器１４に供給しないようにするものである。なお、信号ロジック回路２４がこの発明における弱め励磁制限装置の動作を禁止する動作禁止手段である。
【００５５】
交流励磁形発電電動機１が容量性の電力系統に接続されて運転されているとき、交流励磁形発電電動機１は弱め励磁方向の運転となる。このような電力系統の状態で弱め励磁制限制御機能が動作し交流励磁形発電電動機１の励磁を増加させても、一次電圧は増加するが、無効電力は強め励磁側に変化しない場合があり、この状態が継続すると、交流励磁形発電電動機１の一次電圧が限度値以上に上昇し、交流励磁形発電電動機が絶縁破壊等により損傷する可能性がある。そこで、一次電圧が限度値以上となった場合は、切替器１７にてこの信号Ｓ２を切り離し、高値選択器１４に供給しないようにするものである。
【００５６】
この実施の形態によれば、弱め励磁制限制御により交流励磁形発電電動機１が一次電圧の過電圧により損傷するのを防止することができる。
【００５７】
実施の形態８．
図９は、さらにこの発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。図９において、２５は交流励磁形発電電動機１の上限電圧Ｖｕを設定する限度電圧設定器、２６は減算器であり、電圧検出器４にて検出された一次電圧Ｖと限度電圧設定器２５にて設定された上限電圧Ｖｕとの偏差ΔＶｕ（＝Ｖｕ−Ｖ）を求める。
【００５８】
２７は比例、積分、微分等の要素で構成される電圧抑制制御回路の制御器であり、減算器２６から入力された偏差ΔＶｕに基づき偏差ΔＶｕを減少させる方向の信号Ｓ４を発する。２８は低値選択器であり、弱め励磁制御器１３の信号Ｓ２と制御器２７の信号Ｓ４とを比較し、低値側の信号（より励磁を減ずる方向の信号）を選択する。なお、限度電圧設定器２５、減算器２６及び制御器２７がこの発明における電圧制限手段である。
【００５９】
この実施の形態によれば、弱め励磁制御器１３からの信号Ｓ２により励磁が増加し交流励磁形発電機１の一次電圧が限度電圧設定器２５にて設定された上限電圧Ｖｕを超えると、低値選択器２８にて制御器２７から出される励磁を減ずる方向の信号Ｓ４が選択される。高値選択器１４は、低値選択器２８にて選択された信号Ｓ２又はＳ４が入力されると、制御器７からの信号Ｓ１を遮断し、高い方ので信号である信号Ｓ１又はＳ４を選択し、励磁用電力変換器８に供給する。
【００６０】
これにより、交流励磁形発電電動機１の一次電圧は限度電圧設定器２５の設定値Ｖｕ以下に抑制され、図８における切替器１７を使用せずに、交流励磁形発電電動機１が過電圧により損傷するのを防止できる。
【００６１】
なお、図９では低値選択器２８を適用する例を示したが、制御器１３の信号Ｓ２から制御器２７の信号Ｓ４を減ずるような減算回路を設けたり、あるいは制御器１３の信号Ｓ２の上限値を制御器２７からの信号Ｓ４にて制限するような出力制限回路を設けたものでも同様な効果を得ることができる。
【００６２】
また、一次電圧が交流励磁形発電電動機１の限度値以上となった場合に、運転を停止させるようにしても交流励磁形発電電動機１が過電圧により損傷するのを防止できる。
【００６３】
実施の形態９．
図１０は、さらにこの発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。図１０において、２９は第二の限界値設定器であり、図２の円４０、限界曲線４１あるいはこれに相当する特性に基づきそのときの有効電力Ｐに応じて、図７の実施の形態における運転限界設定器１１又は周波数固定時運転限界設定器７１にて設定される運転限界値Ｑ０よりも大きい所定の限度値である第二の運転限界値Ｑ２を設定する。
【００６４】
３０は、第二の運転限界設定器２９にて設定された第二の運転限界値Ｑ２と無効電力Ｑとの偏差ΔＱ２（＝Ｑ２−Ｑ）を求める減算器である。３１は、減算器３０からの偏差ΔＱ２がプラスになったとき停止信号を発する第二限界検出器である。３９は、第二の限界検出器３１から停止信号を受けて交流励磁発電電動機１の運転を停止する運転停止装置である。なお、第二の運転限界設定値２９、減算器３０、第二限界検出器３１及び運転停止装置３９がこの発明における運転停止指令手段である。
【００６５】
交流励磁発電電動機１の運転状態が、第二の運転限界設定器２９にて設定された第二の運転限界値Ｑ２を超えたことを、第二限界検出器３０にて検出して停止信号を発し、運転停止装置３９により交流励磁発電電動機１を停止させることにより、限界を超えた弱め励磁による交流励磁発電電動機１の焼損等の損傷を防止することができる。
【００６６】
実施の形態１０．
図１１は、さらにこの発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。図１１において、図１０に示した交流励磁発電電動装置に、時限回路３３を付加したものである。第二限界検出器３１の停止信号が時限回路３３を介して運転停止装置３９に供給される。
【００６７】
第二限界検出器３１は、交流励磁発電電動機１の運転状態が、第二の限界設定器２９にて設定された第二の運転限界値Ｑ２を超えたことを検出し、停止信号を発する。この停止信号が発信されている状態が所定時間継続した場合に、時限回路３３が運転停止装置３９に交流励磁発電電動機１の運転停止指令を発信し、交流励磁形発電電動機１を停止させる。なお、第二の運転限界設定値２９、減算器３０、第二限界検出器３１、時限回路３３及び運転停止装置３９がこの発明における運転停止指令手段である。
【００６８】
これにより、交流励磁形発電電動機１が弱め励磁における所定の限界値を超えても許容できる時間以内については運転を継続できる。従って、交流励磁発電電動機１が有する過負荷耐量を活用した運転が可能となる。
なお、時限回路３３は、一定時限特性を有するものでも、上記所定の限界値を超えた度合い（ΔＱ２の大きさ）に応じた反限時特性を有するものでもよいが、後者の方が交流励磁発電電動機１が有する耐量をより有効に活用した運転が可能となる。
【００６９】
実施の形態１１．
図１２は、さらにこの発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。図１２における交流励磁発電電動装置は、図１に示した実施の形態である弱め励磁を制限する制御をするものと、図１０に示した実施の形態である第二の運転限界値Ｑ２を超えたとき交流励磁発電電動機１の運転を停止し交流励磁発電電動機１を保護するものとを組み合わせたものである。
【００７０】
運転限界設定器１１にて設定された運転限界値Ｑ０よりも第二の限界設定器２９の第二の運転限界値Ｑ２を弱め励磁側に設定する、すなわち運転限界値Ｑ０の絶対値より第二の運転限界値Ｑ２の絶対値を大きく設定することにより、弱め励磁制限制御を行ったにも拘わらず、弱め励磁状態が継続し交流励磁形発電電動機１が焼損したりするのを防止することが可能である。
【００７１】
実施の形態１２．
図１３は、さらにこの発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。図１３において、時限回路３３が第二限界検出器３１と運転停止装置３９との間に設けられている。時限回路３３は、一定時限あるいは無効電力Ｑが第二の運転限界値Ｑ２を超えた程度に応じた反限時特性を有するものである。
【００７２】
このように構成することにより、弱め励磁域における制限制御による運転状態で弱め励磁において第二の運転限界値Ｑ２を超えた状態が継続した場合でも、交流励磁形発電電動機１の持つ弱め励磁側の運転許容能力を活用しかつ許容される時間限度内での運転を可能とすることができる。
【００７３】
実施の形態１３．
図１４は、さらにこの発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。図１４に示す交流励磁発電電動装置は、図５に示したものと、図１３に示したものとを組み合わせたものである。時限回路３３が第二限界検出器３１と運転停止装置３９との間に設けられている。時限回路３３は、一定時限あるいは無効電力Ｑが第二の運転限界値Ｑ２を超えた程度に応じた反限時特性を有するものである。
【００７４】
このように構成することにより、運転状態検出器１５は、交流励磁発電電動機１の運転状態が運転限界設定器１１にて設定され運転限界値Ｑ０を超えたことを、すなわちΔＱ（＝Ｑ０−Ｑ）の値がプラスになったことを検出すると、時限回路１６を起動する。運転限界値Ｑ０を超えた運転状態が所定時間継続すると、時限回路１６から切替器１７に切替え信号を与え、弱め励磁制御器１３からの信号Ｓ２を高値選択器１４に与え、弱め励磁の制限を開始し、運転限界設定器１１の設定値Ｑ０まで無効電力を引戻す。
【００７５】
また、交流励磁発電電動機１の運転状態が、第二の運転限界設定器２９にて設定された第二の運転限界値Ｑ２を超えた場合、これを第二限界検出器３１にて検出して停止信号を発する。この停止信号が発信されている状態が所定時間継続した場合に、時限回路３３が運転停止装置３９に交流励磁発電電動機１の運転停止指令を発信し、交流励磁形発電電動機１を停止させる。
【００７６】
これにより、弱め励磁域における制限制御による運転状態で弱め励磁における所定の限界値を超えた状態が継続した場合でも、交流励磁形発電電動機１の持つ弱め励磁側の運転許容能力を活用しかつ許容される時間限度内での運転を可能とすることができる。
【００７７】
なお、弱め励磁域における制限制御については、ｄ軸制御による電圧及び無効電力制御を行うものを示したが、交流励磁形発電電動機の場合、ｑ軸励磁制御により有効電力を調整可能であり、有効電力の制御あるいは無効電力と有効電力の両方を制御しても弱め側の制限制御を実現可能である。
【００７８】
また、有効電力は励磁制御以外にガイドベーンの開度を調整することによっても制御可能であり、励磁制御系とガイドベーン制御系との両方を制御することによっても実現可能である。
【００７９】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００８０】
この発明における交流励磁形発電電動装置は、交流励磁形発電電動機を励磁する励磁装置及び励磁装置による弱め励磁域での励磁を交流励磁形発電電動機の許容出力から定められる運転限界値に基づいて制限するとともに交流励磁形発電電動機を励磁する周波数が固定されたとき運転限界値を交流励磁形発電電動機の安定運転限界から定められる運転限界値に変更する弱め励磁制限装置を備えたので、
交流励磁形発電電動機の許容出力から定められる運転限界値に基づいて弱め励磁域での励磁を制限することにより、交流励磁形発電電動機に流入する無効電力が増加して運転限界値を超えないように弱め励磁を制限し、交流励磁形発電電動機の過熱を防止できる。また、励磁装置等の制約から交流励磁形発電電動機を励磁する周波数が固定されたときは、交流励磁形発電電動機には直流励磁形発電電動機と同様の安定運転限界が存するので、運転限界値を当該安定運転限界から定められる運転限界値に変更することにより、安定に運転できるとともに運転限界値を超えないように弱め励磁を制限し、交流励磁形発電電動機の過熱を防止できる。
【００８１】
さらに、弱め励磁制限装置は、運転限界値を交流励磁形発電電動機の安定運転限界から定められる運転限界値に対応して定められた時限にて交流励磁形発電電動機の安定運転限界から定められる運転限界値に変更するものであることを特徴とするので、
許容時間に応じた制限制御を実現できる。
【００８２】
さらに、弱め励磁制限装置の交流励磁形発電電動機の許容出力から定められる運転限界値は、交流励磁形発電電動機の皮相電力が一定であるとの条件下でそのときの交流励磁形発電電動機の有効電力から求めた無効電力であることを特徴とするので、
運転限界値を交流励磁形発電電動機の皮相電力が一定であるとした条件から求めた無効電力にすれば、交流励磁形発電電動機が過電流にならないように弱め励磁を制限して、交流励磁形発電電動機の過熱を防止できる。
【００８３】
そして、弱め励磁制限装置の交流励磁形発電電動機の許容出力から定められる運転限界値は、交流励磁形発電電動機の定格電流であることを特徴とするので、
同様に、交流励磁形発電電動機が過電流にならないように弱め励磁を制限できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の一形態である交流励磁発電電動装置の構成を示す構成図である。
【図２】 交流励磁発電電動機１の運転範囲を示す説明図である。
【図３】 この発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。
【図４】 さらに、この発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。
【図５】 さらに、この発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。
【図６】 さらに、この発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。
【図７】 さらに、この発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。
【図８】 さらに、この発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。
【図９】 さらに、この発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。
【図１０】 さらに、この発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。
【図１１】 さらに、この発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。
【図１２】 さらに、この発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。
【図１３】 さらに、この発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。
【図１４】 さらに、この発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。
【図１５】 従来の交流励磁発電電動装置の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 交流励磁形発電電動機、２ 昇圧変圧器、３ ＰＴ、４ 電圧検出器、
５ 減算器、６ 電圧設定器、７ 制御器、８ 励磁用電力変換器、
９ ＣＴ、１０ 信号検出器、１１ 運転限界設定器、１２ 減算器、
１３ 弱め励磁制御器、１４ 高値選択器、１５ 運転状態検出器、
１６ 時限回路、１７ 切替器、２４ 信号ロジック回路、
２５ 限度電圧設定器、２６ 減算器、２７ 制御器、２８ 低値選択器、
２９ 第二の運転限界設定器、３０ 減算器、３１ 第二限界検出器、
３３ 時限回路、３９ 運転停止装置、４０ 円、４１ 限界曲線、
５２ 加算器、６１ 運転限界設定器、６２ 減算器、
６３ 弱め励磁制御器、６４ 弱め励磁検出器、
７１ 周波数固定時運転限界設定器、７２ 設定値切替手段、
７５ 第二時限回路、７６ 時限信号切替手段。
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流励磁形発電電動装置に係わり、交流励磁形発電電動機の特に弱め励磁域における励磁の制限制御を行うことにより交流励磁発電電動機の過熱を防止でき、また弱め励磁域における保護を行うことのできる交流励磁形発電電動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１５は、例えば特開平１０−２５７８００号公報に示された従来の交流励磁発電電動装置の構成図である。交流励磁形発電電動装置の場合、ｄ軸制御により交流励磁形発電電動機１の一次電圧あるいは無効電力を、ｑ軸制御により有効電力あるいは回転数を制御するシステム構成となっているが、図１５はｑ軸の制御部分及び位相検出部分等は省略し、一次電圧を制御するｄ軸制御部分の構成を示している。
【０００３】
図１５において、１は交流励磁形発電電動機、２は交流励磁発電電動機１の一次電圧を送電系統電圧に昇圧するための昇圧変圧器である。３はＰＴ（計器用変圧器）であり、交流励磁形発電電動機１の一次電圧を測定用に降圧して電圧信号を発する。４は電圧検出器であり、ＰＴ３からの発信された電圧信号に基づき一次電圧Ｖを検出する。５は減算器、６は一次電圧の制御目標値Ｖ０を設定する電圧設定器であり、減算器５は制御目標値Ｖ０と１次電圧Ｖとの偏差ΔＶ（＝Ｖ０−Ｖ）を検出する。
【０００４】
７は制御器であり、制御系の応答性、安定性を調整するための比例要素、積分要素、微分要素を有し、減算器５にて検出された偏差ΔＶに基づいて信号Ｓ１を発信する。８は励磁用電力変換器であり、発生周波数、発生電圧、位相等を任意に変更することができ、信号Ｓ１に基づいて交流励磁発電電動機１の回転子巻線を励磁する。
【０００５】
図１５に示す交流励磁発電電動装置の動作は次の通りである。交流励磁形発電電動機１の一次電圧Ｖは、ＰＴ３を介して電圧検出器４で検出され、減算器５にて電圧設定器６にて設定された制御目標値Ｖ０との偏差ΔＶ（＝Ｖ０−Ｖ）が求められる。この偏差ΔＶは、比例要素、積分要素、微分要素を有する制御器７を介してｄ軸電流制御信号である信号Ｓ１として励磁用電力変換器８に与えられる。
【０００６】
励磁用電力変換器８は、このｄ軸電流制御信号（信号Ｓ１）、図示しないｑ軸電流制御信号発信装置からのｑ軸電流制御信号、すべり周波数及び交流励磁形発電電動機１の一次電圧の位相に応じた交流励磁形発電電動機１の二次電流となるよう交流励磁形発電電動機１の回転子巻線を励磁し、交流励磁形発電電動機１の一次電圧を電圧設定器６にて設定された制御目標値Ｖ０に維持する。
【０００７】
このように、従来の交流励磁発電電動装置では、交流励磁発電電動機１が弱め励磁域でも安定な運転が確保できること、不足励磁制限を設けると運転域が狭くなることから、弱め励磁を制限する機能及び保護機能を有していなかった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、交流形励磁発電電動機自身に運転許容限界があること及び交流励磁発電電動装置においても制御状態によっては、例えば一定励磁周波数にて励磁する運転状態の場合は従来の直流励磁形同期機と同様の安定運転限界が存在する。このため、交流励磁形発電電動機の許容運転範囲を逸脱した運転による交流励磁形発電電動機の損傷あるいは安定運転範囲を逸脱した域での運転により脱調に至る問題点があった。
【０００９】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、次に記載するような交流励磁形発電電動装置を得ることを目的とする。
ａ．弱め励磁域における励磁の制限をして、交流励磁形発電電動機の過熱を防止できる。
ｂ．弱め励磁域における励磁の制限制御を行うことにより、安定に運転できる。
ｃ．弱め励磁域における交流励磁形発電電動機の保護を行うことができる。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明における交流励磁形発電電動装置においては、交流励磁形発電電動機を励磁する励磁装置及び励磁装置による弱め励磁域での励磁を交流励磁形発電電動機の許容出力から定められる運転限界値に基づいて制限するとともに交流励磁形発電電動機を励磁する周波数が固定されたとき運転限界値を交流励磁形発電電動機の安定運転限界から定められる運転限界値に変更する弱め励磁制限装置を備えたものである。
交流励磁形発電電動機の許容出力から定められる運転限界値に基づいて弱め励磁域での励磁を制限することにより、交流励磁形発電電動機に流入する無効電力が増加して運転限界値を超えないように弱め励磁を制限することができる。また、励磁装置等の制約から交流励磁形発電電動機を励磁する周波数が固定されたときは、交流励磁形発電電動機には直流励磁形発電電動機と同様の安定運転限界が存するので、運転限界値を当該安定運転限界から定められる運転限界値に変更することにより、安定に運転できるとともに運転限界値を超えないように弱め励磁を制限できる。
【００１１】
さらに、弱め励磁制限装置は、運転限界値を交流励磁形発電電動機の安定運転限界から定められる運転限界値に対応して定められた時限にて交流励磁形発電電動機の安定運転限界から定められる運転限界値に変更するものであることを特徴とする。
許容時間に応じた制限制御を実現できる。
【００１２】
さらに、弱め励磁制限装置の交流励磁形発電電動機の許容出力から定められる運転限界値は、交流励磁形発電電動機の皮相電力が一定であるとの条件下でそのときの交流励磁形発電電動機の有効電力から求めた無効電力であることを特徴とする。
運転限界値を交流励磁形発電電動機の皮相電力が一定であるとした条件から求めた無効電力にすれば、交流励磁形発電電動機が過電流にならないように弱め励磁を制限できる。
【００１３】
そして、弱め励磁制限装置の交流励磁形発電電動機の許容出力から定められる運転限界値は、交流励磁形発電電動機の定格電流であることを特徴とする。
同様に、交流励磁形発電電動機が過電流にならないように弱め励磁を制限できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１及び図２は、この発明の実施の一形態を示すもので、図１は交流励磁発電電動装置の構成図、図２は交流励磁発電電動機１の運転範囲を示す説明図である。交流励磁形発電電動機の場合、ｄ軸制御により交流励磁形発電電動機１の一次電圧あるいは無効電力を、ｑ軸制御により有効電力あるいは回転数を制御するシステム構成となっているが、図１においては、ｑ軸の制御部分及び位相検出部分等は省略し、一次電圧を制御するｄ軸制御部分の構成を示している。
【００１５】
図１において、１は交流励磁形発電電動機、２は交流励磁発電電動機１の一次電圧を送電系統電圧に昇圧するための昇圧変圧器である。３はＰＴ（計器用変圧器）であり、交流励磁形発電電動機１の一次電圧を測定用に降圧して電圧信号を発する。４は電圧検出器であり、ＰＴ３からの発信された電圧信号に基づき一次電圧Ｖを検出する。５は減算器、６は一次電圧の制御目標値Ｖ０を設定する電圧設定器であり、減算器５は制御目標値Ｖ０と１次電圧Ｖとの偏差ΔＶ（＝Ｖ０−Ｖ）を検出する。
【００１６】
７は制御器であり、制御系の応答性、安定性を調整するための比例要素、積分要素、微分要素を有し、減算器５にて検出された偏差ΔＶに基づいて信号Ｓ１を発信する。８は励磁用電力変換器であり、発生周波数、発生電圧、位相等を任意に変更することができ、信号Ｓ１又は後述の弱め励磁制御器１３からの信号Ｓ２に基づいて交流励磁発電電動機１の回転子巻線を励磁する。
【００１７】
９はＣＴ（計器用変流器）であり、交流励磁形発電電動機１の一次電流を所定の比率で変流して電流信号を発する。１０は信号検出器であり、ＰＴ３とＣＴ９からの電圧信号及び電流信号Ｖに基づき、有効電力Ｐ、無効電力Ｑ、一次電流Ｊを検出する。１１は運転限界設定器であり、弱め励磁側の無効電力の運転限界値Ｑ０を算出して設定する。この運転限界値Ｑ０は、弱め励磁側においてはマイナスの値である。
【００１８】
１２は減算器であり運転限界値Ｑ０と信号検出器１０にて検出された無効電力Ｑとの偏差ΔＱ（＝Ｑ０−Ｑ）を検出する。１３は弱め励磁制御器であり、制御系の応答性、安定性を調整するための比例要素、積分要素、微分要素を有し、偏差ΔＱに基づき信号Ｓ２を発する。１４は高値選択器であり、制御器７からの信号Ｓ１と弱め励磁制御器１３からの信号Ｓ２とのうちの、値の大きい方の信号を選択して励磁用電力変換器８に出力する。
【００１９】
なお、減算器５、電圧設定器６及び制御器７が励磁装置であり、信号検出器１０、運転限界設定器１１、減算器１２、弱め励磁制御器１３及び高値選択器１４がこの発明における弱め励磁制限制御装置である。
【００２０】
図２は交流励磁形発電電動機１の運転範囲を示すもので、横軸は交流励磁形発電電動機１の有効電力で、右（＋）側が発電運転、左（−）側が電動機運転域を示す。縦軸は無効電力で、上（＋）側が電力系統に無効電力を供給する強め励磁側、下（−）側が電力系統から交流励磁形発電電動機１に無効電力を供給する弱め励磁側を示す。４０はＰ＝０、Ｑ＝０を中心とし、半径が交流励磁形発電電動機１の定格皮相電力に相当する円で、この円４０内が交流励磁形発電電動機１の固定子巻線の許容容量としての定格運転範囲である。
【００２１】
強め励磁側は、交流励磁形発電電動機１の二次側である回転子巻線の加熱等により運転範囲が制限されるが、本発明は弱め励磁側の運転範囲に関する制御方式に関するものであるので、円４０内における交流励磁形発電電動機１の弱め励磁側の運転範囲の制限について説明する。４１は限界曲線であり、交流励磁形発電電動機１の回転子巻線に電流を供給している励磁用電力変換器８の出力の周波数を固定して運転している場合の安定運転限界特性を示すものである。つまり、励磁用電力変換器８の出力周波数を固定した運転の場合、位相角の制御ができないため直流励磁形発電電動機と同じように安定運転限界が存在する。
【００２２】
運転限界設定器１１から出力される弱め励磁側の無効電力の運転限界値Ｑ０は、信号検出器１０からの有効電力信号Ｐに応じて、皮相電力を表す円４０あるいは限界曲線４１を表す数式から求められた無効電力値である。
【００２３】
次に動作について説明する。交流励磁形発電電動機１の一次電圧が電圧設定器６にて設定された制御目標値Ｖ０となるようｄ軸電流が制御されているときに、電力系統の状態が変化、つまり系統側の電圧Ｖが上昇すると、あるいは系統電圧を維持するために制御目標値Ｖ０を低下させると、無効電力は弱め励磁側へ変化する。すなわち、減算器５から制御目標値Ｖ０と検出電圧Ｖとの偏差ΔＶ（＝Ｖ０−Ｖ）（マイナスの値となる）が出力され、制御器７はこの偏差ΔＶに基づく信号Ｓ１を偏差ΔＶを減少する方向に制御するために高値選択器１４に出力する。
【００２４】
運転限界設定器１１は、円４０を表す数式にこのときの有効電力Ｐを代入して運転限界値Ｑ０を求める。そして、信号検出器１０で検出される無効電力Ｑが運転限界値Ｑ０より弱め励磁側になると、つまり無効電力Ｑが運転限界値Ｑ０を超えると（弱め界磁側においては無効電力Ｑの絶対値が運転限界値Ｑ０の絶対値よりも大きくなる）、上記円４０から図２における下方に超えることにある。従って、減算器１２からの偏差ΔＱ（＝Ｑ０−Ｑ）はプラスの値となり、励磁を増加させる方向の出力となり、その偏差ΔＱに対応した信号Ｓ２が制御器７から出力される。
【００２５】
この信号Ｓ２が、弱め励磁制御器１３を介して高値選択器１４に与えられる。高値選択器１４では、演算器７からの信号Ｓ１よりも、より励磁を増加させる方向の信号である弱め励磁制御器１３からの信号Ｓ２が大きいので、この信号Ｓ２を選択し、励磁用電力変換器８に与える。高値選択器１４にて弱め励磁制御器１３からの信号Ｓ２が選択されている間は、無効電力Ｑが運転限界設定器１１から出力される運転限界値Ｑ０になるように励磁用電力変換器８を介して制御されるため、交流励磁形発電電動機１の運転状態は運転限界値Ｑ０に維持される。
【００２６】
この状態で、系統の状態が元に戻る、つまり系統側の電圧が低下し弱め励磁側であって運転限界設定器１１から出力される無効電力Ｑの絶対値が運転限界値Ｑ０の絶対値よりも小さくなると、上記信号Ｓ２がマイナスの値となり、かつ制御器７からの信号Ｓ１よりも小さくなると、高値選択器１４は両者のうちの大きい方の値である信号Ｓ１を選択して励磁用電力変換器８に与え、通常の電圧制御に復帰する。
【００２７】
以上により、交流励磁形発電電動機１はその無効電力Ｑの絶対値が運転限界設定器１１から出力される運転限界値Ｑ０の絶対値を超えることなく運転を行うことが可能となり、交流励磁形発電電動機１の固定子側の過熱や不安定な運転を防止できる。
【００２８】
なお、図１では制御器７が出力する信号Ｓ１と弱め励磁制御器１３が出力する信号Ｓ２とのうちの一方を高値選択器１４により選択するものを示したが、減算器５から出力される偏差ΔＶと減算器１２から出力される偏差ΔＱとのうちの一方を選択して、制御器７を介して励磁用電力変換器８に出力するようにしてもよい。
【００２９】
なお、運転限界設定器１１が出力する運転限界値Ｑ０は、交流励磁形発電電動機１の有効電力Ｐに応じ円４０を表す数式から無効電力値を求めるものを説明したが、上記円４０を折れ線等にて近似した数式から求めてもよいし、データテーブルを用意して近似点を選択しそれを補間して求めることもできる。
【００３０】
また、以上は定格運転範囲を示す円４０にて表される特性になるように制限制御されるものを説明したが、この特性に余裕を見た特性、あるいは交流励磁形発電電動機１の過負荷耐量を考慮した特性になるように制限されるものであってもよい。
【００３１】
実施の形態２．
図３は、この発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。図１に示した実施の形態では、高値選択器１４を用いたものを示した。この代わりに、図３に示すように加算器５１を設けたものである。その他の構成については、図１に示した実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。なお、以下の各実施の形態を示す図においても、同じ符号を付したものは、同一あるいは互いに同様なものであるので、以後の実施の形態において重複しての説明を省く。
【００３２】
加算器５１は、制御器７からの信号Ｓ１と弱め励磁制御器１３からの信号Ｓ２とを加算して、励磁用電力変換器８に与えている。すなわち、通常、制御器７からの信号Ｓ１が負値となり励磁を減じた場合に、弱め励磁となる。従って、弱め励磁制御器１３からの信号Ｓ２（制限域となった場合はプラスの値)を加算器５１にて加算し、励磁用電力変換器８に与えることにより励磁量が低下するのを制限する。
【００３３】
なお、弱め励磁制御器１３からの信号Ｓ２を加算する代わりに、電圧設定器６の制御目標値Ｖ０を変更するようにしてもよい。要するに、交流励磁形発電電動機１の無効電力Ｑの絶対値が運転限界設定器１１から出力される運転限界値Ｑ０の絶対値を超えることがないように励磁用電力変換器８を介して交流励磁発電電動機１の回転子巻線の励磁電流を制御すればよい。
【００３４】
実施の形態３．
図４は、さらにこの発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。この実施の形態は、定格運転範囲を示す円４０は交流励磁形発電電動機１の固定子の温度上昇が一定となる特性、つまり一次電流が一定である特性であるので、無効電力が弱め励磁側であることを条件に、交流励磁形発電電動機１の一次電流が円４０で定まる制限電流値を超えないように制限を行って、同様の効果を得るものである。
【００３５】
すなわち、運転限界設定器６１にて許容一次電流値Ｊ０が設定され、この許容一次電流電流Ｊ０と信号検出器１０にて検出された電流Ｊとの偏差ΔＪ（＝Ｊ０−Ｊ）を減算器６２にて求めて、弱め励磁制御器６３に入力する。そして、弱め励磁制御器６３は偏差ΔＪに基づいて信号Ｓ３を発し、切替器１７を介して高値選択器１４に与える。
【００３６】
弱め励磁検出器６４は、無効電力Ｑが発電運転時は進相、揚水運転時は遅相方向であることに基づき交流励磁形発電電動機１が弱め励磁側で運転されていることを検出して、つまり、弱め励磁側の運転状態であるときに限り、切替器１７に切替指令を発する。この切替指令を受けて切替器１７は、励磁制御器６３からの信号Ｓ３を高値選択器１４に入力するように切替え、弱め励磁側の制限機能を有効とする。これにより、弱め励磁側の制限制御を実現している。なお、信号検出器１０、運転限界設定器６１、減算器６２、弱め励磁制御器６３、弱め励磁検出器６４、切替器１７及び高値選択器１４がこの発明における弱め励磁制限制御装置である。
【００３７】
なお、弱め励磁側の運転状態でないときは、切替器１７が開路されている。このため、図示しないが低レベル設定器を設け、切替器１７が開路しているときは、切替器１７を介して信号Ｓ３が入力される高値選択器１４の端子の電圧レベルを制御器７からの信号Ｓ１のレベル（通常、プラスマイナスのある範囲内を変化する）より充分に低いマイナス側の値に設定し、切替器１７が開路しているときは高値選択器１４において必ず制御器７からの信号Ｓ１が選択されるようにしている。また、弱め励磁検出器６４が弱め励磁側の運転状態であるときに限り切替器１７に切替指令を発するのは、運転範囲特性の円４０により一次電流を制限する場合、弱め励磁側で上記制限電流値を超えた運転状態から制限電流値内に引戻すためには、励磁を増加させる方向に制御すればよいからである。
【００３８】
なお、交流励磁形発電電動機１の一次電流を用いるものを説明したが、交流励磁形発電電動機１の皮相電力あるいは皮相電力を一次電圧にて除して求めた一次電流を用いるもの等であっても同様の効果が得られる。
【００３９】
実施の形態４．
図５は、さらにこの発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。上記実施の形態１では、交流励磁発電電動機１の運転状態が定格運用範囲である円４０から外側に来ると直ちに弱め励磁の制限が有効となるものを示した。これに対し、円４０の大きさは、交流励磁形発電電動機１の一次電流つまり固定子の温度上昇にて決まっており、日本電気学会規格（ＪＥＣ２１３０）等でこの耐量が時間の関数として規定されている。従って、電力系統の電圧維持あるいは無効電力吸収のために一時的に定格運用範囲である円４０を超えてその外側にある状態にて運転することが要求される場合がある。
【００４０】
図５に示す交流励磁発電電動装置は、このような要求を満足させるためのものであり、交流励磁発電電動機１の運転状態が運転限界設定器１１にて設定された運転限界値Ｑ０を超えたことを、すなわち弱め励磁制御器１３から出力される信号Ｓ２が所定値を超えたことを検出する運転状態検出器１５、運転状態検出器１５からの信号により起動される時限回路１６及び時限回路１６から指令信号を受けて弱め励磁制御器１３からの信号Ｓ２を高値選択器１４に入力する切替器１７が設けられている。
【００４１】
次に、動作について説明する。運転状態検出器１５は、交流励磁発電電動機１の運転状態が運転限界設定器１１にて設定され運転限界値Ｑ０を超えたことを、すなわちΔＱ（＝Ｑ０−Ｑ）の値がプラスになったことを検出すると、時限回路１６を起動する。時限回路１６は、起動信号を受けて一定時間間隔にて発されるパルス数をカウントして運転限界値Ｑ０を超えた運転状態が所定時間継続すると、切替器１７に切替信号を与える。切替器１７は、この切替信号を受けて弱め励磁制御器１３からの信号Ｓ２を高値選択器１４に与える。これにより、弱め励磁の制限を開始し、運転限界設定器１１にて設定された運転限界値Ｑ０まで無効電力を引戻す。
【００４２】
これにより、一時的に定格運用範囲を超えての運転を許容し、かつ交流励磁発電電動機１の固定子温度が許容上昇限度を超えることを防止することが可能である。なお、運転状態検出器１５は、上記運転限界値Ｑ０で動作し、この運転限界値Ｑ０より小さい別の値で復帰するようして、動作値と復帰値に差を設けたヒステリシス特性を有するものとしてもよい。
【００４３】
また、時限回路１６は、上記のような運転状態検出器１５からの起動信号により、一定時間間隔にて発されるパルス数をカウントして所定時間後に動作するような定限時特性を有するものでもよいし、積分回路等を用いて運転限界値Ｑ０からの超過の大きさに反比例した時間経過後に動作するような反限時特性を有するものでもあってもよい。
【００４４】
実施の形態５．
図６は、さらにこの発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。交流励磁形発電電動機１は通常、励磁用電力変換器８によりすべり周波数（系統の周波数と交流励磁形発電電動機１の実回転数との差）の変化に応じた周波数にて運転されており、このときの定格運用範囲は図２の円４０の内側である。しかしながら、一般的に、励磁用電力変換器８で運転可能なすべり周波数は、励磁用電力変換器８の大きさ、価格、系統運用上からの要求等を加味して決められており、その限度値を超えたすべり周波数での励磁はできない。
【００４５】
このため、この限度値を超えたすべり周波数での運転状態とならないように、すべり周波数が限度値に達した場合は励磁周波数を限度値に固定する方式が取られる場合がある。このように、励磁周波数を固定した場合は、交流励磁形発電電動機１は、励磁制御により加減速ができない直流励磁形発電電動機と同じ運転状態となり、直流励磁形発電電動機と同様の図２の限界曲線４１に示す安定運転限界が存在する。この実施の形態は、このような運転状態の変化に対応して、交流励磁形発電電動機が安定した、安全な範囲での運転を行わせるためのものである。
【００４６】
図６において、７１は周波数固定時運転限界設定器であり、図２における限界曲線４１にて表される特性に基づいて交流励磁発電電動機１の有効電力Ｐとそのときの無効電力の運転限界値Ｑ０を求める。７２は設定値切替手段であり、励磁用電力変換器８の出力電流の周波数が上限あるいは下限に達し交流励磁発電電動機１の励磁周波数が固定されたことを検出して、運転限界設定器１１にて設定された運転限界設定値と、周波数固定時運転限界設定器７１にて設定された周波数固定時運転限界設定値と切替えて、減算器１２に運転限界値Ｑ０として与える。それ以後の動作は、図１に示した実施の形態と同様である。
【００４７】
このようにすることにより、すべり周波数が励磁用電力変換器８が対応しうる上限あるいは下限に固定された場合や、この上下限内のある周波数で固定された場合でも、弱め励磁域における励磁の制限制御を行うことにより安定した運転をすることができる。
【００４８】
実施の形態６．
図７は、さらにこの発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。図６に示した実施の形態では弱め励磁制御器１３の信号Ｓ２が直接励磁用電力変換器８に出力されるものを示した。この実施の形態は、図６に示したものに運転状態検出器１５、時限回路１６、第二時限回路７５、時限信号切替手段７６を設けたものである。第二時限回路７５は、交流励磁発電電動機１のすべり周波数が固定された状態で運転されるときの安定運転限界特性である限界曲線４１に対応して定められた時限にて動作するようにされている。
【００４９】
運転状態検出器１５は、交流励磁発電電動機１の運転状態が運転限界設定器１１にて設定され運転限界値Ｑ０を超えたことを、すなわちΔＱ（＝Ｑ０−Ｑ）の値がプラスになったことを検出すると、時限回路１６及び第二時限回路７５を起動する。時限信号切替手段７６は、励磁用電力変換器８の出力周波数が固定されていないときは時限回路１６の出力信号を切替器１７に与え、出力周波数が固定されたときは第二時限回路７５の出力信号を切替器１７に与えるようにされている。
【００５０】
交流励磁発電電動機１が可変周波数で励磁されている場合は、設定値切替手段７２は、運転限界設定器１１にて設定された運転限界値が運転限界値Ｑ０として減算器１２に与えられ、交流励磁発電電動機１の励磁周波数が固定されると、周波数固定時運転限界設定器７１にて設定された運転限界値が運転限界値Ｑ０として減算器１２に与えられる。
【００５１】
そして、この運転限界値Ｑ０を超えた運転状態が時限回路１６にて設定された時間継続した場合は時限回路１６が動作して出力信号を発し、第二時限回路７５にて設定された時間継続した場合は第二時限回路７５が動作して出力信号を発する。そのいずれかの出力信号にて切替器１７を動作させ、弱め励磁制御器１３からの信号Ｓ２を高値選択器１４に与え、弱め励磁の制限を開始し、運転限界設定値Ｑ０まで無効電力を引戻す。
【００５２】
このように、すべり周波数が可変状態であるか、あるいはすべり周波数が固定状態にあるかに応じて、運転限界値Ｑ０を切替えるとともに、時限信号切替手段７６により時限設定値を切替えることにより許容時間に応じた制限制御を実現できる。
【００５３】
なお、一定周波数励磁運転状態で安定限界を超えたとき（限界曲線４１よりも無効電力がマイナス側になったとき）で時間的な余裕が無い場合は、第二時限回路７５の設定時限を０にするか、あるいは第二時限回路７５を省き、運転状態検出器１５の信号を直接時限信号切替手段７６に入力するようにしてもよい。
【００５４】
実施の形態７．
図８は、さらにこの発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。図８において、２４は信号ロジック回路であり、弱め励磁制御器１３の信号Ｓ２が弱め励磁制限方向の出力で、電圧検出器４から入力される一次電圧Ｖが交流励磁発電電動機１の限度値以内であれば、切替器１７を介して高値選択器１４に信号を供給するが、一次電圧が限度値以上となった場合は、切替器１７にてこの信号Ｓ２を切り離し、高値選択器１４に供給しないようにするものである。なお、信号ロジック回路２４がこの発明における弱め励磁制限装置の動作を禁止する動作禁止手段である。
【００５５】
交流励磁形発電電動機１が容量性の電力系統に接続されて運転されているとき、交流励磁形発電電動機１は弱め励磁方向の運転となる。このような電力系統の状態で弱め励磁制限制御機能が動作し交流励磁形発電電動機１の励磁を増加させても、一次電圧は増加するが、無効電力は強め励磁側に変化しない場合があり、この状態が継続すると、交流励磁形発電電動機１の一次電圧が限度値以上に上昇し、交流励磁形発電電動機が絶縁破壊等により損傷する可能性がある。そこで、一次電圧が限度値以上となった場合は、切替器１７にてこの信号Ｓ２を切り離し、高値選択器１４に供給しないようにするものである。
【００５６】
この実施の形態によれば、弱め励磁制限制御により交流励磁形発電電動機１が一次電圧の過電圧により損傷するのを防止することができる。
【００５７】
実施の形態８．
図９は、さらにこの発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。図９において、２５は交流励磁形発電電動機１の上限電圧Ｖｕを設定する限度電圧設定器、２６は減算器であり、電圧検出器４にて検出された一次電圧Ｖと限度電圧設定器２５にて設定された上限電圧Ｖｕとの偏差ΔＶｕ（＝Ｖｕ−Ｖ）を求める。
【００５８】
２７は比例、積分、微分等の要素で構成される電圧抑制制御回路の制御器であり、減算器２６から入力された偏差ΔＶｕに基づき偏差ΔＶｕを減少させる方向の信号Ｓ４を発する。２８は低値選択器であり、弱め励磁制御器１３の信号Ｓ２と制御器２７の信号Ｓ４とを比較し、低値側の信号（より励磁を減ずる方向の信号）を選択する。なお、限度電圧設定器２５、減算器２６及び制御器２７がこの発明における電圧制限手段である。
【００５９】
この実施の形態によれば、弱め励磁制御器１３からの信号Ｓ２により励磁が増加し交流励磁形発電機１の一次電圧が限度電圧設定器２５にて設定された上限電圧Ｖｕを超えると、低値選択器２８にて制御器２７から出される励磁を減ずる方向の信号Ｓ４が選択される。高値選択器１４は、低値選択器２８にて選択された信号Ｓ２又はＳ４が入力されると、制御器７からの信号Ｓ１を遮断し、高い方ので信号である信号Ｓ１又はＳ４を選択し、励磁用電力変換器８に供給する。
【００６０】
これにより、交流励磁形発電電動機１の一次電圧は限度電圧設定器２５の設定値Ｖｕ以下に抑制され、図８における切替器１７を使用せずに、交流励磁形発電電動機１が過電圧により損傷するのを防止できる。
【００６１】
なお、図９では低値選択器２８を適用する例を示したが、制御器１３の信号Ｓ２から制御器２７の信号Ｓ４を減ずるような減算回路を設けたり、あるいは制御器１３の信号Ｓ２の上限値を制御器２７からの信号Ｓ４にて制限するような出力制限回路を設けたものでも同様な効果を得ることができる。
【００６２】
また、一次電圧が交流励磁形発電電動機１の限度値以上となった場合に、運転を停止させるようにしても交流励磁形発電電動機１が過電圧により損傷するのを防止できる。
【００６３】
実施の形態９．
図１０は、さらにこの発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。図１０において、２９は第二の限界値設定器であり、図２の円４０、限界曲線４１あるいはこれに相当する特性に基づきそのときの有効電力Ｐに応じて、図７の実施の形態における運転限界設定器１１又は周波数固定時運転限界設定器７１にて設定される運転限界値Ｑ０よりも大きい所定の限度値である第二の運転限界値Ｑ２を設定する。
【００６４】
３０は、第二の運転限界設定器２９にて設定された第二の運転限界値Ｑ２と無効電力Ｑとの偏差ΔＱ２（＝Ｑ２−Ｑ）を求める減算器である。３１は、減算器３０からの偏差ΔＱ２がプラスになったとき停止信号を発する第二限界検出器である。３９は、第二の限界検出器３１から停止信号を受けて交流励磁発電電動機１の運転を停止する運転停止装置である。なお、第二の運転限界設定値２９、減算器３０、第二限界検出器３１及び運転停止装置３９がこの発明における運転停止指令手段である。
【００６５】
交流励磁発電電動機１の運転状態が、第二の運転限界設定器２９にて設定された第二の運転限界値Ｑ２を超えたことを、第二限界検出器３０にて検出して停止信号を発し、運転停止装置３９により交流励磁発電電動機１を停止させることにより、限界を超えた弱め励磁による交流励磁発電電動機１の焼損等の損傷を防止することができる。
【００６６】
実施の形態１０．
図１１は、さらにこの発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。図１１において、図１０に示した交流励磁発電電動装置に、時限回路３３を付加したものである。第二限界検出器３１の停止信号が時限回路３３を介して運転停止装置３９に供給される。
【００６７】
第二限界検出器３１は、交流励磁発電電動機１の運転状態が、第二の限界設定器２９にて設定された第二の運転限界値Ｑ２を超えたことを検出し、停止信号を発する。この停止信号が発信されている状態が所定時間継続した場合に、時限回路３３が運転停止装置３９に交流励磁発電電動機１の運転停止指令を発信し、交流励磁形発電電動機１を停止させる。なお、第二の運転限界設定値２９、減算器３０、第二限界検出器３１、時限回路３３及び運転停止装置３９がこの発明における運転停止指令手段である。
【００６８】
これにより、交流励磁形発電電動機１が弱め励磁における所定の限界値を超えても許容できる時間以内については運転を継続できる。従って、交流励磁発電電動機１が有する過負荷耐量を活用した運転が可能となる。
なお、時限回路３３は、一定時限特性を有するものでも、上記所定の限界値を超えた度合い（ΔＱ２の大きさ）に応じた反限時特性を有するものでもよいが、後者の方が交流励磁発電電動機１が有する耐量をより有効に活用した運転が可能となる。
【００６９】
実施の形態１１．
図１２は、さらにこの発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。図１２における交流励磁発電電動装置は、図１に示した実施の形態である弱め励磁を制限する制御をするものと、図１０に示した実施の形態である第二の運転限界値Ｑ２を超えたとき交流励磁発電電動機１の運転を停止し交流励磁発電電動機１を保護するものとを組み合わせたものである。
【００７０】
運転限界設定器１１にて設定された運転限界値Ｑ０よりも第二の限界設定器２９の第二の運転限界値Ｑ２を弱め励磁側に設定する、すなわち運転限界値Ｑ０の絶対値より第二の運転限界値Ｑ２の絶対値を大きく設定することにより、弱め励磁制限制御を行ったにも拘わらず、弱め励磁状態が継続し交流励磁形発電電動機１が焼損したりするのを防止することが可能である。
【００７１】
実施の形態１２．
図１３は、さらにこの発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。図１３において、時限回路３３が第二限界検出器３１と運転停止装置３９との間に設けられている。時限回路３３は、一定時限あるいは無効電力Ｑが第二の運転限界値Ｑ２を超えた程度に応じた反限時特性を有するものである。
【００７２】
このように構成することにより、弱め励磁域における制限制御による運転状態で弱め励磁において第二の運転限界値Ｑ２を超えた状態が継続した場合でも、交流励磁形発電電動機１の持つ弱め励磁側の運転許容能力を活用しかつ許容される時間限度内での運転を可能とすることができる。
【００７３】
実施の形態１３．
図１４は、さらにこの発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。図１４に示す交流励磁発電電動装置は、図５に示したものと、図１３に示したものとを組み合わせたものである。時限回路３３が第二限界検出器３１と運転停止装置３９との間に設けられている。時限回路３３は、一定時限あるいは無効電力Ｑが第二の運転限界値Ｑ２を超えた程度に応じた反限時特性を有するものである。
【００７４】
このように構成することにより、運転状態検出器１５は、交流励磁発電電動機１の運転状態が運転限界設定器１１にて設定され運転限界値Ｑ０を超えたことを、すなわちΔＱ（＝Ｑ０−Ｑ）の値がプラスになったことを検出すると、時限回路１６を起動する。運転限界値Ｑ０を超えた運転状態が所定時間継続すると、時限回路１６から切替器１７に切替え信号を与え、弱め励磁制御器１３からの信号Ｓ２を高値選択器１４に与え、弱め励磁の制限を開始し、運転限界設定器１１の設定値Ｑ０まで無効電力を引戻す。
【００７５】
また、交流励磁発電電動機１の運転状態が、第二の運転限界設定器２９にて設定された第二の運転限界値Ｑ２を超えた場合、これを第二限界検出器３１にて検出して停止信号を発する。この停止信号が発信されている状態が所定時間継続した場合に、時限回路３３が運転停止装置３９に交流励磁発電電動機１の運転停止指令を発信し、交流励磁形発電電動機１を停止させる。
【００７６】
これにより、弱め励磁域における制限制御による運転状態で弱め励磁における所定の限界値を超えた状態が継続した場合でも、交流励磁形発電電動機１の持つ弱め励磁側の運転許容能力を活用しかつ許容される時間限度内での運転を可能とすることができる。
【００７７】
なお、弱め励磁域における制限制御については、ｄ軸制御による電圧及び無効電力制御を行うものを示したが、交流励磁形発電電動機の場合、ｑ軸励磁制御により有効電力を調整可能であり、有効電力の制御あるいは無効電力と有効電力の両方を制御しても弱め側の制限制御を実現可能である。
【００７８】
また、有効電力は励磁制御以外にガイドベーンの開度を調整することによっても制御可能であり、励磁制御系とガイドベーン制御系との両方を制御することによっても実現可能である。
【００７９】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００８０】
この発明における交流励磁形発電電動装置は、交流励磁形発電電動機を励磁する励磁装置及び励磁装置による弱め励磁域での励磁を交流励磁形発電電動機の許容出力から定められる運転限界値に基づいて制限するとともに交流励磁形発電電動機を励磁する周波数が固定されたとき運転限界値を交流励磁形発電電動機の安定運転限界から定められる運転限界値に変更する弱め励磁制限装置を備えたので、
交流励磁形発電電動機の許容出力から定められる運転限界値に基づいて弱め励磁域での励磁を制限することにより、交流励磁形発電電動機に流入する無効電力が増加して運転限界値を超えないように弱め励磁を制限し、交流励磁形発電電動機の過熱を防止できる。また、励磁装置等の制約から交流励磁形発電電動機を励磁する周波数が固定されたときは、交流励磁形発電電動機には直流励磁形発電電動機と同様の安定運転限界が存するので、運転限界値を当該安定運転限界から定められる運転限界値に変更することにより、安定に運転できるとともに運転限界値を超えないように弱め励磁を制限し、交流励磁形発電電動機の過熱を防止できる。
【００８１】
さらに、弱め励磁制限装置は、運転限界値を交流励磁形発電電動機の安定運転限界から定められる運転限界値に対応して定められた時限にて交流励磁形発電電動機の安定運転限界から定められる運転限界値に変更するものであることを特徴とするので、
許容時間に応じた制限制御を実現できる。
【００８２】
さらに、弱め励磁制限装置の交流励磁形発電電動機の許容出力から定められる運転限界値は、交流励磁形発電電動機の皮相電力が一定であるとの条件下でそのときの交流励磁形発電電動機の有効電力から求めた無効電力であることを特徴とするので、
運転限界値を交流励磁形発電電動機の皮相電力が一定であるとした条件から求めた無効電力にすれば、交流励磁形発電電動機が過電流にならないように弱め励磁を制限して、交流励磁形発電電動機の過熱を防止できる。
【００８３】
そして、弱め励磁制限装置の交流励磁形発電電動機の許容出力から定められる運転限界値は、交流励磁形発電電動機の定格電流であることを特徴とするので、
同様に、交流励磁形発電電動機が過電流にならないように弱め励磁を制限できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の一形態である交流励磁発電電動装置の構成を示す構成図である。
【図２】 交流励磁発電電動機１の運転範囲を示す説明図である。
【図３】 この発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。
【図４】 さらに、この発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。
【図５】 さらに、この発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。
【図６】 さらに、この発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。
【図７】 さらに、この発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。
【図８】 さらに、この発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。
【図９】 さらに、この発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。
【図１０】 さらに、この発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。
【図１１】 さらに、この発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。
【図１２】 さらに、この発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。
【図１３】 さらに、この発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。
【図１４】 さらに、この発明の他の実施の形態を示す交流励磁発電電動装置の構成図である。
【図１５】 従来の交流励磁発電電動装置の構成を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 交流励磁形発電電動機、２ 昇圧変圧器、３ ＰＴ、４ 電圧検出器、
５ 減算器、６ 電圧設定器、７ 制御器、８ 励磁用電力変換器、
９ ＣＴ、１０ 信号検出器、１１ 運転限界設定器、１２ 減算器、
１３ 弱め励磁制御器、１４ 高値選択器、１５ 運転状態検出器、
１６ 時限回路、１７ 切替器、２４ 信号ロジック回路、
２５ 限度電圧設定器、２６ 減算器、２７ 制御器、２８ 低値選択器、
２９ 第二の運転限界設定器、３０ 減算器、３１ 第二限界検出器、
３３ 時限回路、３９ 運転停止装置、４０ 円、４１ 限界曲線、
５２ 加算器、６１ 運転限界設定器、６２ 減算器、
６３ 弱め励磁制御器、６４ 弱め励磁検出器、
７１ 周波数固定時運転限界設定器、７２ 設定値切替手段、
７５ 第二時限回路、７６ 時限信号切替手段。
Claims (4)
- 交流励磁形発電電動機を励磁する励磁装置及び上記励磁装置による弱め励磁域での励磁を上記交流励磁形発電電動機の許容出力から定められる運転限界値に基づいて制限するとともに上記交流励磁形発電電動機を励磁する周波数が固定されたとき上記運転限界値を上記交流励磁形発電電動機の安定運転限界から定められる運転限界値に変更する弱め励磁制限装置を備えた交流励磁形発電電動装置。
- 上記弱め励磁制限装置は、上記運転限界値を上記交流励磁形発電電動機の安定運転限界から定められる運転限界値に対応して定められた時限にて上記交流励磁形発電電動機の安定運転限界から定められる運転限界値に変更するものであることを特徴とする請求項１に記載の交流励磁形発電電動装置。
- 上記弱め励磁制限装置の上記交流励磁形発電電動機の許容出力から定められる運転限界値は、上記交流励磁形発電電動機の皮相電力が一定であるとの条件下でそのときの上記交流励磁形発電電動機の有効電力から求めた無効電力であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の交流励磁形発電電動装置。
- 上記弱め励磁制限装置の上記交流励磁形発電電動機の許容出力から定められる運転限界値は、上記交流励磁形発電電動機の定格電流であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の交流励磁形発電電動装置。
Priority Applications (1)
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