本申請(qǐng)享受以日本專利申請(qǐng)2016－064441號(hào)(申請(qǐng)日：2016年3月28日)為基礎(chǔ)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。本申請(qǐng)通過參照該基礎(chǔ)申請(qǐng)而包含基礎(chǔ)申請(qǐng)的全部的內(nèi)容。

本發(fā)明的實(shí)施方式涉及可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)的過電壓保護(hù)裝置。

背景技術(shù)：

在二次勵(lì)磁式的可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)的過電壓保護(hù)裝置中，在發(fā)電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)連接(對(duì)應(yīng)日語：連系する)的地點(diǎn)或者其極近端處的三相短路故障等事故電流較大的重大故障的情況下，通過使用次級(jí)電路中所設(shè)置的短路器對(duì)次級(jí)電路所感應(yīng)的過大的電壓進(jìn)行短路來抑制該過電壓。

可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)的交流勵(lì)磁裝置(二次勵(lì)磁裝置)由頻率變換器構(gòu)成，在使該短路中持續(xù)動(dòng)作時(shí)，可能由于短路電流而產(chǎn)生損壞，因此，在上述故障時(shí)將該二次勵(lì)磁裝置停止。

在上述次級(jí)電路的短路狀態(tài)持續(xù)時(shí)，可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電電動(dòng)機(jī)成為進(jìn)行了二次短路的感應(yīng)電機(jī)的構(gòu)成，從系統(tǒng)接受勵(lì)磁電源并且在與系統(tǒng)之間進(jìn)行較大有效電力的給予和接受，因此，為了系統(tǒng)的穩(wěn)定，需要早期對(duì)與系統(tǒng)連接的主電路斷路器進(jìn)行解列，使由于次級(jí)電路的短路持續(xù)而喪失勵(lì)磁源的可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)停止。

但是，在作為大電容的發(fā)電設(shè)備的可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)中重要的課題是：即使在這樣的極近端的重大事故中，也能夠在事故通過系統(tǒng)斷路器被去除后，不對(duì)其主電路斷路器進(jìn)行斷路地持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

作為解決這樣的問題的手段提出一種可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)的過電壓保護(hù)裝置，能夠在利用系統(tǒng)斷路器將系統(tǒng)事故去除后，通過作為二次勵(lì)磁裝置而使用的頻率變換器將由次級(jí)電路的短路器造成的短路狀態(tài)強(qiáng)制地解除，使由二次勵(lì)磁裝置造成的穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)在早期再次開始，使主機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)持續(xù)。

但是，在以往的方法中，由于用電流容量高的晶閘管構(gòu)成短路器，因此，需要用二次勵(lì)磁用變換器施加逆電壓，強(qiáng)制地使短路器的電流為零，為了解除短路狀態(tài)，必須等到在短路器中流動(dòng)的包括過渡直流分量的較大的短路電流變成二次勵(lì)磁用變換器的正常電流以下，還具有需要進(jìn)行由更早解除短路器所造成的穩(wěn)定的通常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)再次開始實(shí)施的情況。

另一方面，盡管在短路器中流動(dòng)的包括該過渡直流分量的電流比二次勵(lì)磁裝置的正常電流大，但嘗試以短時(shí)間電流容量以內(nèi)作為條件用二次勵(lì)磁用變換器施加逆電壓，在早期解除短路器的短路狀態(tài)時(shí)，該較大的短路電流流入二次勵(lì)磁用變換器，使直流電壓上升，使過電壓保護(hù)裝置的過電壓保護(hù)功能再次動(dòng)作，因此，為了在早期穩(wěn)定地進(jìn)行過電壓保護(hù)裝置的短路狀態(tài)解除，需要設(shè)置使二次勵(lì)磁裝置的電流電容超過通常運(yùn)轉(zhuǎn)所需的電容的大電容的變換器。

對(duì)于僅以一年幾次的頻度進(jìn)行動(dòng)作的過電壓保護(hù)裝置，在安設(shè)面積的確保以及變換器的大電容化上花費(fèi)數(shù)億日元以上的費(fèi)用，這使經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)變大，并且可能在可變速揚(yáng)水發(fā)電所進(jìn)行導(dǎo)入時(shí)變成較大的阻礙。

由此，希望提出一種可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)的過電壓保護(hù)裝置，即使在故障電流的影響較大的發(fā)電所連接點(diǎn)附近處的三相短路故障時(shí)，也能夠通過高速解除次級(jí)電路的短路器的短路狀態(tài)，使由交流勵(lì)磁裝置造成的穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)再次開始，從而，在由系統(tǒng)斷路器進(jìn)行的事故去除成功進(jìn)行后，不需要進(jìn)行由并聯(lián)用斷路器造成的從系統(tǒng)進(jìn)行的解列、主機(jī)的停止。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)實(shí)施方式，提供一種可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)的過電壓保護(hù)裝置，具備短路器，該短路器連接于繞組型感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組與交流勵(lì)磁裝置之間的電路，在該電路產(chǎn)生過電壓時(shí)使該電路短路，上述繞組型感應(yīng)電機(jī)將定子繞組連接于變壓器的低壓側(cè)的電源，上述變壓器的高壓側(cè)連接于電力系統(tǒng)，在上述過電壓保護(hù)裝置中，具備控制裝置，該控制裝置進(jìn)行以上述短路器的短路動(dòng)作中的通電電流為預(yù)先規(guī)定的電流規(guī)定值以下并且上述短路器的短路動(dòng)作的經(jīng)過時(shí)間為預(yù)先規(guī)定的動(dòng)作持續(xù)時(shí)間規(guī)定值以上的情況作為條件，強(qiáng)制地解除上述短路器的短路狀態(tài)的控制

附圖說明

圖1是表示一實(shí)施方式涉及的包括過電壓保護(hù)裝置的可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成的一個(gè)例子的圖。

圖2是表示短路器的電路構(gòu)成的一個(gè)例子的圖。

圖3是表示將過電壓保護(hù)裝置連續(xù)動(dòng)作規(guī)定時(shí)間作為轉(zhuǎn)差率的函數(shù)來作成的一個(gè)例子的圖。

圖4是表示將過電壓保護(hù)裝置連續(xù)動(dòng)作規(guī)定時(shí)間作為有效電力的函數(shù)來作成的一個(gè)例子的圖。

圖5是表示過電壓保護(hù)裝置的動(dòng)作的一個(gè)例子的時(shí)間圖。

圖6是表示過電壓保護(hù)裝置的動(dòng)作的其他例子的時(shí)間圖。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖對(duì)實(shí)施的方式進(jìn)行說明。

圖1是表示一實(shí)施方式涉及的包括過電壓保護(hù)裝置的可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)的構(gòu)成的一個(gè)例子的圖。

如圖1所示，本實(shí)施方式涉及的可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)包括繞組型感應(yīng)電機(jī)1、頻率變換器4、控制裝置5、短路器6、主變壓器8、并聯(lián)用斷路器9a、勵(lì)磁用變壓器16以及電流檢知器11。頻率變換器4相當(dāng)于繞組型感應(yīng)電機(jī)1的交流勵(lì)磁裝置(二次勵(lì)磁裝置)，除了包括自激式的轉(zhuǎn)換器2以及自激式的逆變器3之外，還包括直流鏈路電容器12、以及由電阻器13以及功率半導(dǎo)體元件14構(gòu)成的斬波器15。在此，以自激式的頻率變換器作為例子進(jìn)行說明，但是還可以使用循環(huán)換流器等他激式的變換器。控制裝置5進(jìn)行控制頻率變換器4的逆變器3、轉(zhuǎn)換器2，在系統(tǒng)事故時(shí)在次級(jí)電路中產(chǎn)生了過電壓時(shí)立即使短路器6短路的控制、以及在后述的條件成立后斷開短路器6的控制，以便在可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)的通常的運(yùn)轉(zhuǎn)中賦予與繞組型感應(yīng)電機(jī)1的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的二次勵(lì)磁電流。控制裝置5以及短路器6構(gòu)成本實(shí)施方式涉及的可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)的過電壓保護(hù)裝置(以下，具有稱為“ovp”的情況)。過電壓保護(hù)裝置例如還可以由頻率變換器4、短路器6、控制裝置5以及電流檢知器11構(gòu)成，對(duì)于其控制還能夠使用在可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)中檢測(cè)出的逆變器輸出電流、次級(jí)電路電壓、直流鏈路電壓。

繞組型感應(yīng)電機(jī)1的定子繞組端子(一次繞組端子)經(jīng)由并聯(lián)用斷路器9a與主變壓器8連接，繞組型感應(yīng)電機(jī)1的定子繞組端子的電壓通過主變壓器8被升壓至電力系統(tǒng)10的電壓之后，經(jīng)由系統(tǒng)斷路器9與電力系統(tǒng)10連接。

另一方面，在繞組型感應(yīng)電機(jī)1的轉(zhuǎn)子繞組端子(二次繞組端子)連接有頻率變換器4。該頻率變換器4經(jīng)由勵(lì)磁用變壓器16被連接于繞組型感應(yīng)電機(jī)1的轉(zhuǎn)子繞組端子與主變壓器8之間的電路，引進(jìn)三相交流電壓。

在頻率變換器4內(nèi)，通過轉(zhuǎn)換器2將三相交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，維持有直流鏈路電容器12的直流電壓。直流電壓經(jīng)由逆變器3被轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)差率頻率相當(dāng)?shù)念l率的三相交流電壓。另外，為了抑制二次繞組所感應(yīng)的故障電流較小的系統(tǒng)事故時(shí)的直流鏈路電壓上升，提高轉(zhuǎn)換器2/逆變器3的運(yùn)轉(zhuǎn)持續(xù)能力，因此，頻率變換器4具有由電阻器13和功率半導(dǎo)體元件14(例如gto，igbt)構(gòu)成的斬波器15。

短路器6連接于繞組型感應(yīng)電機(jī)1的轉(zhuǎn)子繞組端子與頻率變換器4之間的電路，在該電路或者直流鏈路電路中產(chǎn)生超過預(yù)先規(guī)定的值的過電壓時(shí)，基于控制裝置5的控制使該電路短路。具體地講，該短路器6與將頻率變換器4與繞組型感應(yīng)電機(jī)1的轉(zhuǎn)子繞組端子連結(jié)的勵(lì)磁電源供給線的各線間電連接，例如如圖2所示，使用晶閘管等他激元件被構(gòu)成。另外，在圖2的例子中，示出了在u相、v相、w相的各相間分別設(shè)置1個(gè)晶閘管的情況，但是并不限定于該例子。

控制裝置5通過在各處設(shè)置的各種傳感器，取得直流鏈路電容器12中的電壓(電容器電壓)或者次級(jí)電路電壓的計(jì)測(cè)值、從頻率變換器4流動(dòng)的電流(變換器電流)的計(jì)測(cè)值、在短路器6中流動(dòng)的電流的計(jì)測(cè)值。例如，在短路器6中流動(dòng)的電流能夠通過電流檢知器11進(jìn)行檢知。控制裝置5基于取得的各種計(jì)測(cè)值，對(duì)構(gòu)成短路器6、轉(zhuǎn)換器2/逆變器3的各元件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。另外，更具體地講，如圖2所示，電流檢知器11還可以由檢測(cè)在短路器6的各線間設(shè)置的晶閘管等短路開關(guān)中分別流動(dòng)的電流的多個(gè)電流檢知器11a、11b、11c構(gòu)成。

尤其是，本實(shí)施方式的控制裝置5進(jìn)行如下控制：在對(duì)應(yīng)電力系統(tǒng)10的事故(例如發(fā)電所極近端送電線中的短路事故)的發(fā)生而通過上述的傳感器檢測(cè)出繞組型感應(yīng)電機(jī)1的二次側(cè)電路的過電壓的情況下，使短路器6短路，之后，以短路器6的短路動(dòng)作中的通電電流為預(yù)先規(guī)定的電流規(guī)定值ith以下，并且，短路器6的短路動(dòng)作的經(jīng)過時(shí)間為預(yù)先規(guī)定的動(dòng)作持續(xù)時(shí)間規(guī)定值tth以上為條件，通過頻率變換器4對(duì)構(gòu)成短路器6的晶閘管施加逆電壓，由此，強(qiáng)制地解除短路器6的短路狀態(tài)(以下，稱為“特征1”)。

在此，上述的電流規(guī)定值ith在為不造成頻率變換器4發(fā)生元件破損等障礙的電平時(shí)，設(shè)為超過頻率變換器4的額定電流的值(以下，稱為“特征2”)。這樣，能夠使短路器6的短路狀態(tài)更早地解除。在這種情況下，電流規(guī)定值ith設(shè)為頻率變換器4所具備的元件的最大斷路電流以下的值(以下，稱為“特征3”)，或者設(shè)為相對(duì)頻率變換器4作為用于保證來自過電流的保護(hù)的電平而預(yù)先設(shè)定的過電流保護(hù)設(shè)定值以下的值(以下，稱為“特征4”)。

另一方面，上述的動(dòng)作持續(xù)時(shí)間規(guī)定值tth設(shè)為電力系統(tǒng)10的系統(tǒng)事故的去除所涉及的時(shí)間即事故去除時(shí)間以上(以下，稱為“特征5”)。能夠?qū)⒋藭r(shí)的事故去除時(shí)間設(shè)為在系統(tǒng)保護(hù)繼電器裝置正在正常動(dòng)作的情況下進(jìn)行該系統(tǒng)事故的去除的系統(tǒng)斷路器9進(jìn)行解列且到事故去除為止的最長(zhǎng)時(shí)間。通過這樣，能夠進(jìn)行在可靠地進(jìn)行事故的去除后使短路器6恢復(fù)的控制。在此，動(dòng)作持續(xù)時(shí)間規(guī)定值tth還可以設(shè)為在電力系統(tǒng)10的系統(tǒng)事故的去除處理中最快完成去除的時(shí)間(最短事故去除時(shí)間)以上(以下，稱為“特征6”)。例如實(shí)際進(jìn)行到去除系統(tǒng)事故的保護(hù)繼電器、斷路器的開路動(dòng)作的時(shí)間通常比上述最長(zhǎng)時(shí)間早的情況較多，能夠?qū)th設(shè)為其最短的事故去除時(shí)間。

進(jìn)而，為了進(jìn)一步縮短動(dòng)作持續(xù)時(shí)間規(guī)定值tth，例如還考慮到該過電壓保護(hù)裝置實(shí)施過電壓保護(hù)處理的動(dòng)作時(shí)間(該過電壓保護(hù)裝置檢測(cè)到二次側(cè)電路的過電壓后使短路器6短路所花費(fèi)的時(shí)滯)，還可以將動(dòng)作持續(xù)時(shí)間規(guī)定值tth設(shè)為從上述最短事故去除時(shí)間減去該過電壓保護(hù)裝置實(shí)施過電壓保護(hù)處理的動(dòng)作時(shí)間后得到時(shí)間以上(以下，稱為“特征7”)。這樣，能夠在系統(tǒng)事故去除后更早地實(shí)施短路器6的短路動(dòng)作后的短路狀態(tài)的強(qiáng)制解除動(dòng)作。更早地實(shí)施該強(qiáng)制解除動(dòng)作是因?yàn)楸M可能能夠進(jìn)行使用了頻率變換器4后的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)而快速地再次開始對(duì)于可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)是優(yōu)選的。

在增大電流規(guī)定值ith，縮短動(dòng)作持續(xù)時(shí)間規(guī)定值tth時(shí)，即使通過頻率變換器4暫時(shí)強(qiáng)制地解除短路器6的短路狀態(tài)，也會(huì)有再次在次級(jí)電路、直流鏈路電壓中產(chǎn)生過電壓，短路器6再次進(jìn)行作的情況。于是，控制裝置5進(jìn)行如下控制：在通過頻率變換器4強(qiáng)制地解除短路器6的短路狀態(tài)后，在預(yù)先規(guī)定的過電壓保護(hù)裝置再次動(dòng)作規(guī)定時(shí)間tr以內(nèi)該過電壓保護(hù)裝置的過電壓保護(hù)功能再次動(dòng)作的情況下，以短路器6的短路再次動(dòng)作中的通電電流為電流規(guī)定值ith以下，并且，短路器6的短路再次動(dòng)作的經(jīng)過時(shí)間為被預(yù)先設(shè)定為比動(dòng)作持續(xù)時(shí)間規(guī)定值tth短的時(shí)間后得到的再次動(dòng)作持續(xù)時(shí)間規(guī)定值tth2以上為條件，強(qiáng)制地解除短路器6的短路狀態(tài)(以下，稱為“特征8”)。通過這樣，即使在事故去除前過電壓保護(hù)裝置的過電壓保護(hù)功能再次動(dòng)作，也能夠在頻率變換器4或者短路器6的通電容量的范圍內(nèi)，重復(fù)實(shí)施短路器6的短路動(dòng)作以及短路狀態(tài)的強(qiáng)制解除動(dòng)作。

另外，控制裝置5在重復(fù)進(jìn)行短路器6的短路動(dòng)作以及短路狀態(tài)的強(qiáng)制解除動(dòng)作的情況下，在保證短路器6或者頻率變換器4的通電容量的次數(shù)、通電時(shí)間或者元件溫度以內(nèi)來實(shí)施該重復(fù)的動(dòng)作(以下，稱為“特征9”)。通過這樣，能夠提前防止由于無限制的重復(fù)而產(chǎn)生裝置故障。

另外，動(dòng)作持續(xù)時(shí)間規(guī)定值tth還可以設(shè)為與電力系統(tǒng)10的系統(tǒng)事故中最快完成去除的事故的去除所花費(fèi)的時(shí)間(最短事故去除時(shí)間)相比更短的時(shí)間(以下，稱為“特征10”)。在這樣的情況下，能夠使動(dòng)作持續(xù)時(shí)間規(guī)定值tth與系統(tǒng)斷路器9進(jìn)行解列且進(jìn)行事故去除的時(shí)間相比更早。由于系統(tǒng)事故持續(xù)中而重復(fù)過電壓保護(hù)裝置的短路動(dòng)作的可能性變高，但是，由于在頻率變換器4或者短路器6的通電容量的范圍內(nèi)的運(yùn)用，因此，能夠不損壞機(jī)器地進(jìn)行能力極限下的運(yùn)轉(zhuǎn)。

另外，控制裝置5進(jìn)行如下控制：以該過電壓保護(hù)裝置的動(dòng)作持續(xù)時(shí)間為預(yù)先規(guī)定的過電壓保護(hù)裝置連續(xù)動(dòng)作規(guī)定時(shí)間tc以上作為條件，使并聯(lián)用斷路器9a開路且使該可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)從電力系統(tǒng)10分開的控制(以下，稱為“特征11”)。通過這樣，能夠提前防止該可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)中的裝置故障等不良情況的產(chǎn)生。

在這種情況下，過電壓保護(hù)裝置連續(xù)動(dòng)作規(guī)定時(shí)間tc設(shè)為例如保證短路器6的通電容量的動(dòng)作持續(xù)時(shí)間ta，或者設(shè)為例如如頻率、電壓的系統(tǒng)保護(hù)繼電器到達(dá)動(dòng)作電平的時(shí)間那樣保證該可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)作持續(xù)時(shí)間tb，或者是設(shè)為這兩者中任意較短的一方(以下，稱為“特征12”)。另外，過電壓保護(hù)裝置連續(xù)動(dòng)作規(guī)定時(shí)間tc還可以設(shè)為一定值，但是可替代地規(guī)定例如設(shè)為該可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)事故前的轉(zhuǎn)差率(對(duì)應(yīng)日語：すべり)、轉(zhuǎn)差率頻率或旋轉(zhuǎn)速度的函數(shù)、或者設(shè)為該可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)事故前的有效電力的函數(shù)進(jìn)行規(guī)定(以下，稱為“特征13”)。

在此，用圖3的曲線圖來表示將過電壓保護(hù)裝置連續(xù)動(dòng)作規(guī)定時(shí)間(ovp重置時(shí)間)tc作為該可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)事故前的轉(zhuǎn)差率的函數(shù)進(jìn)行表現(xiàn)的情況的例子。圖3的曲線圖是，以emtp等瞬時(shí)值解析的方式求出揚(yáng)水運(yùn)轉(zhuǎn)中的系統(tǒng)的極近端處的系統(tǒng)事故時(shí)在次級(jí)電路中流動(dòng)的電流，即使變成上述ith以下也能在頻率變換器4中施加逆電壓而強(qiáng)制地?cái)嚅_短路器6的情況下的最大時(shí)間作為轉(zhuǎn)差率的函數(shù)而進(jìn)行圖示并求得的圖。通過使用這樣的函數(shù)，能夠立刻判斷出由短路器6的強(qiáng)制的斷開所造成的可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)持續(xù)的成功與否，在不能運(yùn)轉(zhuǎn)持續(xù)的情況下，能夠立刻使該可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)從電力系統(tǒng)10分開，減少對(duì)系統(tǒng)的影響，能夠進(jìn)行系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)用。

進(jìn)而，還可以在作為上述轉(zhuǎn)差率、轉(zhuǎn)差率頻率或旋轉(zhuǎn)速度的函數(shù)進(jìn)行規(guī)定的過電壓保護(hù)裝置連續(xù)動(dòng)作規(guī)定時(shí)間tc超過保證短路器6的通電容量的動(dòng)作持續(xù)時(shí)間ta、保證該可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)能夠穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)作持續(xù)時(shí)間tb中任意較短的一方的情況下，將此時(shí)的過電壓保護(hù)裝置連續(xù)動(dòng)作規(guī)定時(shí)間tc設(shè)為上述動(dòng)作持續(xù)時(shí)間ta、tb內(nèi)的最短的時(shí)間(以下，稱為“特征14”)。通過這樣，能夠更進(jìn)一步正確地判斷是否應(yīng)通過并聯(lián)用斷路器9a使該可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)從電力系統(tǒng)10分開。另外，在這樣的情況下，能夠具備如下功能：也就是說，在具有與設(shè)為轉(zhuǎn)差率、轉(zhuǎn)差率頻率或旋轉(zhuǎn)速度的函數(shù)、或者設(shè)為有效電力的函數(shù)進(jìn)行規(guī)定的時(shí)間相比，過電壓保護(hù)裝置連續(xù)動(dòng)作規(guī)定時(shí)間tc變短的范圍的情況下，事先規(guī)定該轉(zhuǎn)差率、或者轉(zhuǎn)差率頻率、旋轉(zhuǎn)速度、或者有效電力的運(yùn)轉(zhuǎn)限制區(qū)域，排除該運(yùn)轉(zhuǎn)限制區(qū)域處的運(yùn)轉(zhuǎn)的功能(以下，稱為“特征15”)，或者，在該運(yùn)轉(zhuǎn)限制區(qū)域處的運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生系統(tǒng)事故的情況下，不進(jìn)行短路器6的強(qiáng)制的解除控制，使并聯(lián)用斷路器9a開路，立刻使可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)從電力系統(tǒng)10分開的功能(以下，稱為“特征16”)。

另外，用圖4的曲線圖來表示使過電壓保護(hù)裝置連續(xù)動(dòng)作規(guī)定時(shí)間(ovp重置時(shí)間)tc作為該可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)事故前的運(yùn)轉(zhuǎn)輸出(有效電力)的函數(shù)進(jìn)行表現(xiàn)的情況下的例子。圖4的曲線圖是，以emtp等瞬時(shí)值解析的方式求出揚(yáng)水運(yùn)轉(zhuǎn)中的系統(tǒng)的極近端處的系統(tǒng)事故時(shí)在次級(jí)電路中流動(dòng)的電流，即使變成上述ith以下也能夠在頻率變換器4中施加逆電壓而強(qiáng)制地?cái)嚅_短路器6的情況下的最大時(shí)間作為運(yùn)轉(zhuǎn)輸出(有效電力)的函數(shù)進(jìn)行圖示并求出的圖。通過使用這樣的函數(shù)，即使在具有上述運(yùn)轉(zhuǎn)限制區(qū)域的情況下也能避免該運(yùn)轉(zhuǎn)限制區(qū)域處的運(yùn)轉(zhuǎn)，并且即使在萬一通過該運(yùn)轉(zhuǎn)限制區(qū)域中產(chǎn)生事故的情況下，也能夠不用等到短路器6的斷開而瞬時(shí)地從系統(tǒng)解列可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)而減少對(duì)系統(tǒng)的影響，能夠進(jìn)行系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)用。

隨后，使用圖5對(duì)這樣構(gòu)成的繞組型感應(yīng)電機(jī)1的過電壓保護(hù)裝置的動(dòng)作進(jìn)行說明。圖5的(a)表示控制裝置5生成的各種信號(hào)的時(shí)間圖，圖5的(b)表示頻率變換器4的直流鏈路電路的電壓的波形，圖5的(c)表示短路器6的通電電流(的大小)的波形。

如圖5的(a)所示，在時(shí)刻t1電力系統(tǒng)10產(chǎn)生事故，繞組型感應(yīng)電機(jī)1的一次側(cè)繞組中流動(dòng)有事故電流時(shí)，繞組型感應(yīng)電機(jī)1的二次繞組也感應(yīng)到該事故電流。該事故電流經(jīng)由逆變器3對(duì)直流鏈路電容器12進(jìn)行充電，在超過在輕微的系統(tǒng)事故中具有充分的電壓抑制能力的斬波器15的能力時(shí)，如圖5的(b)所示，頻率變換器4的直流電壓較大地上升。

如圖5的(a)所示，控制裝置5在頻率變換器4的直流電壓超過了規(guī)定值的定時(shí)(時(shí)刻t2)檢測(cè)到過電壓，通過ovp柵極信號(hào)使短路器6動(dòng)作，同時(shí)地輸出ovp動(dòng)作持續(xù)請(qǐng)求信號(hào)，開始動(dòng)作持續(xù)時(shí)間規(guī)定值tth(例如60ms)的計(jì)數(shù)。由此，在短路器6中如圖5的(c)所示那樣流動(dòng)有通電電流，頻率變換器4的直流電壓如圖5的(b)所示那樣下降。

之后，通過系統(tǒng)保護(hù)繼電器系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)作，從而，電力系統(tǒng)10內(nèi)的系統(tǒng)斷路器9開路，在時(shí)刻t0完成系統(tǒng)事故的去除時(shí)，系統(tǒng)電壓恢復(fù)到額定電壓附近，故障電流暫時(shí)變小，但是，在維持使短路器6短路的狀態(tài)下，之后急速增加。

隨后，控制裝置5在經(jīng)過如圖5的(a)所示的動(dòng)作持續(xù)時(shí)間規(guī)定值tth，并且，如圖5的(c)所示的短路器6的短路動(dòng)作中的通電電流成為預(yù)先規(guī)定的電流規(guī)定值ith以下的定時(shí)(時(shí)刻t3)，通過ovp重置控制信號(hào)發(fā)出再次啟動(dòng)頻率變換器4的指令，進(jìn)而通過電流檢知器11觀測(cè)在短路器6的各相中流動(dòng)的電流，由此取得電流的極性的信息，通過適當(dāng)?shù)貨Q定頻率變換器4的進(jìn)行點(diǎn)火(對(duì)應(yīng)日語：點(diǎn)弧する)的分路，由此向抵消電流的方向施加直流電壓，瞬時(shí)使正對(duì)短路器6通電的電流變成零，由此來實(shí)施短路器6的短路狀態(tài)的解除，在時(shí)刻t4使短路器6的短路狀態(tài)的解除完成。由此，如圖5的(c)所示，變得在短路器6沒有流動(dòng)通電電流，如圖5的(b)所示，頻率變換器4的直流電壓在瞬間下降后返回到正常的值。

在正常解除了短路狀態(tài)的時(shí)間點(diǎn)使頻率變換器4進(jìn)行通常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而，與事故前相同地從頻率變換器4輸出與轉(zhuǎn)差率頻率同等的頻率的交流電壓，在去除了事故點(diǎn)的時(shí)間點(diǎn)使該可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)恢復(fù)成通常的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

上述的特征1～4表示與這樣進(jìn)行動(dòng)作的過電壓保護(hù)裝置的ith的設(shè)定有關(guān)的特征，具有如下效果：進(jìn)一步增大作為在以往技術(shù)中通常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的最大電流的設(shè)定值，由此，能夠提高將短路器6從短路狀態(tài)解除的能力。進(jìn)而，上述的特征5～7表示與tth的設(shè)定有關(guān)的特征，具有如下效果：使短路器6從短路狀態(tài)的解除更早，由此，能夠提高使短路器從短路狀態(tài)解除的能力。

隨后，使用圖6對(duì)重復(fù)實(shí)施短路器6的短路動(dòng)作以及短路狀態(tài)的強(qiáng)制解除動(dòng)作的情況下的動(dòng)作進(jìn)行說明。圖6的(a)表示控制裝置5生成的各種信號(hào)的時(shí)間圖，圖6的(b)表示頻率變換器4的直流鏈路電路的電壓的波形，圖6的(c)表示短路器6的通電電流(的大小)的波形。

圖6的(a)所示的從時(shí)刻t1到t4的動(dòng)作與圖5的(a)相同。但是，再加上使ith更大，使tth更短，使得解除短路狀態(tài)后的過渡直流分量的影響較大，在定時(shí)t4之后的處理中，在頻率變換器4再次開始通常的運(yùn)轉(zhuǎn)后抑制不了直流電壓的上升，如圖6的(b)所示在時(shí)刻t5成為過電壓，如圖6的(c)所示，具有短路器6再次動(dòng)作，通電電流再次流動(dòng)的情況。即使在這種情況下，由于在二次電流中存在該系統(tǒng)頻率的交流成分，因此，在下一個(gè)周期再次變成ith以下，在能夠捕捉到該定時(shí)(時(shí)刻t6)時(shí)，再次通過變換器4對(duì)短路器6施加逆電壓，強(qiáng)制地使通電電流為零，由此，在時(shí)刻t7解除短路狀態(tài)，之后，能夠以頻率變換器4再次開始通常運(yùn)轉(zhuǎn)。

該短路器6的再次動(dòng)作并不是由系統(tǒng)事故所造成的較大的故障電流所引起的動(dòng)作，因此，無需為了再次開始運(yùn)轉(zhuǎn)而將與最初的動(dòng)作相同的時(shí)間設(shè)為tth并且等待，應(yīng)該在經(jīng)過在短路器6的再次動(dòng)作時(shí)因過電壓或者過電流產(chǎn)生而暫時(shí)停止的頻率變換器4的元件能夠安全地再次開始運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間以上之后進(jìn)行。

作為一個(gè)例子，將從t2到t3的最初的tth在考慮到系統(tǒng)斷路器9的動(dòng)作保證時(shí)間的情況下設(shè)為50ms，將第二次的從t5到t6的再次動(dòng)作持續(xù)時(shí)間規(guī)定值tth2設(shè)為5ms。

該再次動(dòng)作持續(xù)時(shí)間規(guī)定值tth2并不是在系統(tǒng)事故的情況下感應(yīng)到的較大的故障電流通過事故去除、過渡直流分量的衰減而充分變小的時(shí)間，因此，充分考慮到在系統(tǒng)事故時(shí)在該時(shí)間中對(duì)短路器強(qiáng)制地進(jìn)行短路解除時(shí)，再次產(chǎn)生過電壓的情況。因此，采用該時(shí)間的期間應(yīng)該對(duì)充分需要的期間加上限制。在上述一個(gè)例子中，將作為該期間的過電壓保護(hù)裝置再次動(dòng)作規(guī)定時(shí)間tr設(shè)為根據(jù)需要對(duì)二次電流所含有的該系統(tǒng)頻率成分的1個(gè)周期施加余量后得到的期間以下，設(shè)為30ms。在這種情況下，控制裝置5在短路器6再次動(dòng)作后，在經(jīng)過比上述的動(dòng)作持續(xù)時(shí)間規(guī)定值tth更短的時(shí)間即再次動(dòng)作持續(xù)時(shí)間規(guī)定值tth2，并且，短路器6的短路動(dòng)作中的通電電流成為預(yù)先規(guī)定的電流規(guī)定值以下的定時(shí)t6，發(fā)出再次啟動(dòng)頻率變換器4的指令，進(jìn)而，通過電流檢知器11觀測(cè)在短路器6的各相中流動(dòng)的電流，由此取得電流的極性的信息，通過適當(dāng)?shù)貨Q定頻率變換器4進(jìn)行點(diǎn)火的分路，由此向抵消電流的方向施加直流電壓，瞬時(shí)使正對(duì)短路器6通電的電流為零，由此解除短路狀態(tài)。

在正常解除短路狀態(tài)的定時(shí)(時(shí)刻t7)使頻率變換器4通常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而，與事故前相同地從頻率變換器4輸出與轉(zhuǎn)差率頻率同等的頻率的交流電壓，在事故點(diǎn)被去除的時(shí)間點(diǎn)使該可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)恢復(fù)成通常的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。

上述的特征8、特征9表示如上述所示短路器6再次動(dòng)作的情況下的控制的特征，如上述的特征1～7所示在早期進(jìn)行短路器6的短路，由此，即使產(chǎn)生短路器6的再次動(dòng)作，也能夠再次在之后在系統(tǒng)頻率的1個(gè)周期左右期間再次解除短路進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的持續(xù)，因此，能夠選擇使在包括該特征1～7的控制中使用的ith更大，使tth更短的情況。

另外，在上述再次動(dòng)作多次連續(xù)產(chǎn)生時(shí)，由半導(dǎo)體元件構(gòu)成的短路器6、變換器4的溫度上升，可能會(huì)進(jìn)行誤動(dòng)作、損壞，因此，如上述的特征9所示，還能夠限制在能夠保證這些通電容量的預(yù)先決定的時(shí)間內(nèi)的重復(fù)次數(shù)、通電時(shí)間、或者元件溫度以內(nèi)。

根據(jù)上述的特征8、特征9，能夠安全地實(shí)施過電壓保護(hù)裝置在容量以內(nèi)的短路器6的動(dòng)作以及解除的高速的重復(fù)，所以，即使在短路器6變成再次動(dòng)作的可能性高的系統(tǒng)故障中，也能夠在次級(jí)電路電流暫時(shí)低于ith時(shí)不進(jìn)行短路器6的強(qiáng)制解除，提高能夠更早地再次開始通常的運(yùn)轉(zhuǎn)的可能性。例如，在設(shè)為上述的特征10的情況時(shí)，不用在系統(tǒng)事故去除后限定系統(tǒng)故障產(chǎn)生時(shí)的動(dòng)作持續(xù)時(shí)間規(guī)定值tth，更短地進(jìn)行系統(tǒng)事故持續(xù)中的強(qiáng)制解除動(dòng)作。

另外，在上述的動(dòng)作中，控制裝置5在根據(jù)短路器6的短路狀態(tài)，對(duì)應(yīng)相對(duì)電源電壓的轉(zhuǎn)差率在預(yù)先規(guī)定的時(shí)間以內(nèi)不能進(jìn)行短路解除的情況下檢測(cè)出該情況，為了避免對(duì)電力系統(tǒng)10產(chǎn)生的不良影響，能夠使并聯(lián)用斷路器9a開路，從電力系統(tǒng)10分開該可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)。另外，控制裝置5還能夠?qū)⒆鳛榫哂屑词菇?jīng)過過電壓保護(hù)裝置連續(xù)動(dòng)作規(guī)定時(shí)間tc也不能恢復(fù)的可能性的情況而預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)差率的范圍(運(yùn)轉(zhuǎn)范圍)設(shè)為運(yùn)轉(zhuǎn)禁止地帶來避免運(yùn)轉(zhuǎn)、或者以在規(guī)定時(shí)間內(nèi)高速通過的方式進(jìn)行控制。過電壓保護(hù)裝置連續(xù)動(dòng)作規(guī)定時(shí)間tc在圖5、圖6中沒有記載，但是，與該圖的重置完成的定時(shí)相比上述tc更早的情況是上述的狀態(tài)，在圖3中示出了避免變成該運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、或者進(jìn)行在規(guī)定時(shí)間內(nèi)高速通過的控制的運(yùn)轉(zhuǎn)范圍的一個(gè)例子。

這樣，根據(jù)各種運(yùn)轉(zhuǎn)條件適當(dāng)?shù)貨Q定運(yùn)轉(zhuǎn)方法，由此，無論從繞組型感應(yīng)電機(jī)1的二次繞組、頻率變換器4的保護(hù)的觀點(diǎn)來看，還是從對(duì)電力系統(tǒng)10的不良影響的觀點(diǎn)來看都能夠安全地運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而，不會(huì)使短路狀態(tài)變長(zhǎng)，能夠?qū)崿F(xiàn)短時(shí)間內(nèi)的恢復(fù)。這樣的效果還能夠從例如上述的特征11～16得出。

如以上詳細(xì)說明的內(nèi)容所示，根據(jù)上述的實(shí)施方式能夠提供一種可變速揚(yáng)水發(fā)電系統(tǒng)的過電壓保護(hù)裝置，即使在故障電流的影響較大的發(fā)電所連接點(diǎn)附近處的三相短路故障時(shí)，也能通過高速解除次級(jí)電路的短路器的短路狀態(tài)，再次開始由交流勵(lì)磁裝置造成的穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)，從而，在由系統(tǒng)斷路器進(jìn)行的事故去除成功后，無需進(jìn)行由并聯(lián)用斷路器造成的從系統(tǒng)的解列、主機(jī)的停止。

對(duì)本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式進(jìn)行了說明，但這些實(shí)施方式是作為例子而提出的，并沒有意圖限定發(fā)明的范圍。這些實(shí)施方式可以以其他各種方式進(jìn)行實(shí)施，在不超出發(fā)明主旨的范圍內(nèi)，可進(jìn)行各種省略、調(diào)換以及變更。這些實(shí)施方式及其變形包括在發(fā)明的范圍和主旨內(nèi)，同樣，也包括在專利請(qǐng)求所記載的發(fā)明和與其等同的范圍內(nèi)。