JPH0310127B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は一般的には同期機において低周波共振
現象を減衰させるために用いられる装置に関し、
特に同期機において交流電力系統を安定にさせる
ため低周波共振現象を減衰させるタービン駆動形
発電機の低周波共振抑制装置に関するものであ
る。

従来技術 電力系統の安定性に関してよく知られているこ
とは、無限母線に接続された同期機が或る回路状
態下において振動、すなわち「乱調」を起こすこ
とがあるということである。タービン駆動形発電
機においては、発電機に加わる周期的なトルク変
動により、周期的に速度変動や回転子振動が生じ
ていた。これは、ひいては電圧及び周波数の周期
的な変動を生じさせ、発電系統に影響を及ぼすこ
とになる。このようなトルクの機械的周期変動
ω_M（機械的共振周波数）は発電機電圧を調節し、
ひいては電気系統の公称周波数ω_Sに小さな側波
帯成分を生じさせることとなる。今までにわかつ
ていることは、同期機が長い送電線（これには直
列コンデンサが電圧調整用として接続されてい
る）に送電するとき、合成線路リアクタンスが機
械的共振周波数ω_Mと一致することがある共振周
波数を有する場合があり、負減衰と称される回転
子振動（機械的共振周波数ω_M）を大幅に増大さ
せることがある、ということである。この場合、
より低い、すなわち低周波共振側波帯成分により
極めて大きな電流が電気系統に流れることがあ
る。この大電流は磁気的に発電機の空隙を介して
フイードバツクし、更に、回転機械部分の振動を
励起して、発電機軸の折損等の可成りの物理的な
損傷を与える場合がある。

発電系統を安定化するための種々の方法が提案
されているが、特に注目すべき技術は、本出願人
の特願昭55−80306号（発明の名称「発電装置の
補償装置」として昭和55年６月16日付で出願）に
おいて開示されているものである。この技術にお
いては、△結線型でサイリスタ制御式の３相リア
クトルバンクが用いられている。このリアクトル
バンクに流れる電流は、通常のサイリスタ導通角
制御技術を用いた回転機械系統のねじれ振動に従
つて調節される。サイリスタ制御に用いられる調
節信号は、歯車ピツクアツプ装置等の機械結合装
置を用い、発電機軸の速度変動を測定することに
より導き出されている。

発明の目的 本発明の目的は、発電機軸の速度変動を直接測
定することなく、低周波共振現象が生じた場合に
それを減衰させることのできるタービン駆動形発
電機の低周波共振抑制装置を提供することであ
る。低周波共振現象を抑制するための新規な手段
は、負荷変動、スイツチング、駆動トルクの脈
動、自励によつて生ずる外乱、又は電圧及び周波
数変動を引き起こし得るその他の外乱に応答し
て、低周波共振現象を抑制し発電系統の周波数を
監視することにより与えられる。

発明の構成 本発明に係るタービン駆動形発電機の低周波共
振抑制装置は、発電系統に接続されサイリスタ及
びリアクトルからなる静止形無効電力発生装置、
上記発電系統の周波数と基準周波数とを比較して
低周波共振周波数を検出し、この低周波共振周波
数に比例した電圧を発生する周波数監視装置、並
びに上記低周波共振周波数に比例した電圧に基づ
いて低周波共振を抑制するように上記サイリスタ
の点弧遅延時間を調節する点弧パルス発生器を備
えたものである。

以下、添附図面に示された本発明の好ましい実
施例に沿つて本発明を詳細に説明する。

第１図には、タービン駆動形発電機の低周波共
振抑制装置の回路構成が示されている。この電気
系統は送電線に逓昇変圧器１１を介して送電する
タービン駆動形交流発電機１０を備えている。送
電線の受電端は電力系統の他の部分を表わす無限
母線で終端している。送電線のインダクタンスは
直列コンデンサCTによつて部分的に補償される。
送電線の中間端子には、３相サイリスタ制御形リ
アクトルＬから成る静止形無効電力発生装置
（SVG）が逓降変圧器１２を介して接続されてい
る。リアクトルＬを流れる電流は、印加された交
流電圧が最大となる基準時に対して点弧パルスを
遅らせることによつて制御される。アナログ制御
信号により点弧パルスを適当に遅らせるのが点弧
パルス発生器１３である。点弧パルス発生器の実
例は米国特許第3999117号に記載されている。点
弧パルス発生器１３の動作を開始させる制御信号
は、正負基準半周期発生器１４及び零交差パルス
発生器１９と高周波クロツクパルス発生器２０と
からなる半周期測定回路１５によつて導き出され
る。誤差パルス発生器１６は基準半周期発生器及
び半周期測定回路から誤差信号を発生する。誤差
積分器１７は交流ネツトワークの周波数に比例し
た電圧信号を発生し、バイアス信号源１８によつ
て決まる休止値から点弧パルス発生器１３の点弧
動作を開始させる。低周波共振現象を減衰させる
ための抑制装置の基本的な考え方は、３つの端子
電圧の各々の半サイクル周期を測定し、これらを
未調節の60Hz端子電圧に相当する基準半サイク
ル周期と比較することである。第２，３，及び４
図においては、端子電圧V_ab，V_bc，V_caの零交差
時点における、パルスP_TP(ab)（正方向零交差）及
びP_TN(ab)（負方向零交差）、P_TP(bc)及びP_TN(bc)、並
び
にP_TP(ca)及びP_TN(ca)、がそれぞれ示されており、
これらは零交差パルス発生器１９から出力され
る。各零交差パルスは基準半周期TP_(ab)及び
TN_(ab)、TP_(bc)及びTN_bc、並びにTP_ca及びTN_ca
の発生を開始させ、これらの各々は第２図に示さ
れる精巧な高周波クロツクパルス発生器２０から
導き出される。基準半周期発生器１４は、パルス
R_TP(ab)及びR_TN(ab)、R_TP(bc)及びR_TN(bc)、並びに
R_TP(ca)及びR_TN(ca)を発生する。パルスR_TP(ab)，
P_TN(ab)、及びR_TN(ab)，P_TP(ab)；R_TP(bc)，P_TN(bc)，
及
びR_TN(bc)，P_TP(bc)；R_TP(ca)，P_TN(ca)，及びR_TN(ca)
，
P_TP(ca)によつて刻まれた基準半周期と実際の半周
期との時間差は、定常状態周期の変動を表わす誤
差時間である。端子電圧に対するこの時間差すな
わち誤差時間は、実際の半周期の方が第３ａ−３
ｄ図及び第４ａ−４ｄ図に示した基準半周期より
長いかどうか、すなわち発電機周波数の方が低い
（正極性）のか或いは高い（負極性）のかどうか
を示す極性と一定の値を有するパルスE_ab，E_bc，
及びE_caによつて表わされている。これらの誤差
パルスを積分することにより、周波数（及び回転
子速度）変化に比例した電圧が得られる。第１図
に示す如く、この電圧は休止値（これはバイアス
信号源１８の出力電圧レベルによつて決まる）か
らサイリスタの点弧遅延時間を調節し、以て低周
波共振現象を減衰させることのできるインダクタ
ンスを挿入するために用いられる。

ここに提案する装置の動作が、第５−７図に示
された動作波形図において、より一層詳しく示さ
れている。第５ａ，５ｂ図は、位相ABについ
て、図示の比較器３０を利用する端子電圧V_ab
の、正方向零交差時及び負方向零交差時において
それぞれパルスP_TP(ab)及びP_TN(ab)が導出される過
程を示している。

第６ａ，６ｂ図は、高周波クロツクパルス発生
器２０及びゲート式カウンタ２１を用い、基準半
周期TP_(ab)及びこれに対応したパルスR_TP(ab)が導
出される過程を示している。カウンタ２１のゲー
トは零交差パルスP_TP(ab)によつて開かれ正確な時
間間隔（例えば60Hzに対応する半周期の１／
12000間隔毎）で発生される高周波クロツクパル
ス発生器２０のパルスＰがカウントされる。この
カウント値が基準半周期に対応する数（例えば上
記の例だと12000）に達すると、最後のパルスが
ゲートを閉じ、カウンタ２１は次のP_TP(ab)パルス
が再び動作開始するまで停止する。

第７ａ−７ｃ図は、基準半周期と測定した半周
期との時間差を表わす極性化された誤差パルスを
引き出すことのできる論理回路及びその動作波形
を示したものである。誤差パルスを積分して得ら
れたものも示されている。誤差パルスの積分はア
ナログ電圧信号として与えられ、その値及び極性
は端子電圧の周波数変動に正確に追従する。高周
波クロツクパルス発生器２０は60Hz発振器の周
波数にいくつかを乗じたもの（例えば２×12000
×60＝1.44MHz）で共振する精巧な水晶発振器
である。発電機の周波数調整器と水晶発振器との
定常状態における精度差により、一定の定常状態
誤差が生ずることがある。積分器が定常状態（直
流）誤差に応答しないようにするため、その直流
利得を下げなければならない。これは、例えば、
第７ａ図に示される如く、積分コンデンサの両端
間に接続された、コンデンサと２つの抵抗器とか
ら成る単純なＴ形回路網によつて行なうことがで
きる。高周波クロツクパルス発生器２０は、高周
波電圧制御発振器を組み込んだ位相ロツクループ
（PLL）によつても実現できる。その位相ロツク
ループの応答性を若干遅目にすると、電圧制御発
振器の周波数は発電機電圧の主周波数に相当する
こととなり、ねじり振動によつて生ずる低周波共
振に追従しなくなる。位相ロツクループにおける
電圧制御発振器の周波数は定常状態における発電
機周波数の丁度何倍かになつているので、誤差積
分器の前述した直流利得を下げる必要はない。

発明の効果 上記の事項から明らかなように発電機の軸速度
変化を直接測定することなく低周波共振現象を減
衰させるための手段について説明した。無視でき
る程の遅延時間で、端子電圧の周波数変動を測定
し、対応する信号を発生して無効電力発生装置に
おけるサイリスタの導通角を調節するための新規
な方法が考案されたわけである。

上記においては特定の実施例について説明を行
なつたが、これらは単なる例示にすぎず、当業者
には本発明の思想から逸脱せずに種々の変更が可
能なことは明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は低周波共振現象を減衰するために用い
られるタービン駆動形発電機の低周波共振抑制装
置の概略図、第２図は低周波共振現象の周波数を
監視する周波数監視装置を示すブロツク図、第３
ａ乃至３ｄ図はそれぞれ公称周波数より低い周波
数において第２図に示す周波数監視装置の動作を
説明するための波形図、第４ａ乃至４ｄ図はそれ
ぞれ公称周波数より高い周波数において第２図に
示す周波数監視装置の動作を説明するための波形
図、第５ａ及び５ｂ図はそれぞれ零交差パルス発
生器及びその動作波形を示す図、第６ａ及び６ｂ
図はそれぞれ基準半周期発生器及びその動作波形
を示す図、第７ａ乃至７ｃ図はそれぞれ誤差パル
ス発生器及び積分器並びにその動作波形を示す
図、である。 １０…交流発電機、１３…点弧パルス発生器、
１４…基準半周期発生器、１５…半周期測定回
路、１６…誤差パルス発生器、１７…誤差積分
器、２０…高周波クロツクパルス発生器、Ｌ…リ
アクトル。尚、図中同一符号は同一又は相当部分
を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 発電系統に接続されサイリスタ及びリアクト
   ルからなる静止形無効電力発生装置、 上記発電系統の周波数と基準周波数とを比較し
   て低周波共振周波数を検出し、この低周波共振周
   波数に比例した電圧を発生する周波数監視装置、 並びに 上記低周波共振周波数に比例した電圧に基づい
   て低周波共振を抑制するように上記サイリスタの
   点弧遅延時間を調節する点弧パルス発生器 を備えたことを特徴とするタービン駆動形発電機
   の低周波共振抑制装置。