[发明专利]二次励磁发电电动装置

说明书

在为使励磁电流检测值与励磁电流指令值一致而将第一点弧脉冲指令输入到3电平NPC功率变换器的二次励磁发电电动装置中，具备：按照电流绝对值的大小顺序识别第一相、第二相、第三相的功能；以及脉冲指令器，其在对第一和第二直流电容器进行充电的方向上将第一相P组或者N组的点弧脉冲固定在接通侧，将相反侧固定在断开侧，第二相P组的点弧脉冲固定在与第一相N组相同的一侧，N组的点弧脉冲固定在与第一相P组相同的一侧，将第三相第一组的点弧脉冲固定为接通，将第二组的点弧脉冲固定为断开，作为第二点弧脉冲指令输出。将点弧脉冲指令输出到3电平NPC功率变换器的脉冲切换器，在电流绝对值超过过电流设定电平1时切换为第二点弧脉冲指令，当电流绝对值在3相均成为过电流设定电平2以下时切换为第一点弧脉冲指令。

技术领域

本发明涉及使用了二次励磁用功率变换器的二次励磁发电电动装置。

背景技术

使用了二次励磁用功率变换器的交流励磁发电电动机与以往的固定速度同步机同样地能够控制无功功率输出，并且能够在同步速度周边的旋转速度范围内实现高速转矩控制或者高速有功功率控制。因此，与以往的固定速度发电电动机相比，具有能够在更宽的运转条件下对泵水轮机系统、风力发电系统等原动机进行最佳运转的优点。另外，具有通过将旋转部分的飞轮能量暂时释放、吸收到电力系统来有助于电力系统的频率稳定化的优点。

另一方面，虽然二次励磁用功率变换器能够比发电机的电枢电容小，但是与以往的固定速度同步机的励磁用功率变换器相比，不仅电容变大，而且电路也变得复杂。因此，即使确保与以往的固定速度同步机的励磁用功率变换器同等的过电流耐量，也难以经济地确保励磁顶峰电压。

因此，一般采用如下方法：在交流系统侧发生了异常时，使针对励磁绕组过电流的短路电路动作，对励磁用功率变换器进行旁路动作来抑制过电流容量。特别是在使励磁绕组短路的情况下，发电电动机的转矩急剧变化为二次电阻短路的绕组型感应电机转矩，而且转矩因短路前的旋转速度而大幅改变。其结果是，发电电动装置的运转即使能够继续，也存在对电力系统施加大的变动而使系统不稳定化的缺点。另外，在二次电阻短路时，为了消耗无功功率而进一步助长交流系统的电压降低，因此，导致存在阻碍向需求方的电力供给的缺点。

非专利文献1中公开了如下方法：为了应对该缺点，在反向并联连接有不具有自消弧功能的晶闸管变换器的他激式二次励磁功率变换器中检测到励磁过电压时，将与励磁电流指令相反极性的功率变换器进行点弧而继续运转。另外，存在如下的400MW级二次励磁发电电动装置的例子：根据功率用半导体的电流值来运算产生损失，根据冷却水温始终运算元件结温而使过电流保护具有时限，由此在完全没有短路动作的情况下，在25年间250次以上的系统接地短路事故中也不中断励磁控制而实现了连续运转。

另一方面，近年来的自消弧型半导体功率元件的技术进步显著，应用了IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、IGCT(Integrated Gate CommutatedThyristor)等的自激式功率变换器的大容量化、高压化正在发展。在自激式功率变换器中具有变换器功率因数的调整功能等在他激式变换器中没有的优点。另一方面，在电力系统侧的异常时也要求继续运转、无功功率供给的继续的二次励磁发电电动装置的情况下，在使用了自消弧型半导体元件的变换器中，存在难以经济地确保短时间的过电流耐量这样的问题。这是因为，晶闸管等现有元件能够通过元件自身的热容量，直到结温上限为止具有从100毫秒起的秒级的过电流耐量，与此相对，在自消弧元件的情况下，电流元件额定值由瞬间的电流断路耐量决定。

为了应对该缺点，存在着眼于与自消弧元件反向并联的二极管在与晶闸管相同的双极性元件中具有过电流耐量的方法。

作为最简单的方法，有针对所有自消弧元件将栅极断开而进行二极管桥接动作的方法。根据该方法，励磁电路的电流自由度从通常时的2下降到1，因此存在难以稳定且高速地恢复到电流自由度2来返回到通常的控制的课题。