特許 6563378 自動電圧調整器、自動電圧調整方法、自動電圧調整プログラム、発電機励磁システムおよび発電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6563378

(24)【登録日】2019年8月2日

(45)【発行日】2019年8月21日

(54)【発明の名称】自動電圧調整器、自動電圧調整方法、自動電圧調整プログラム、発電機励磁システムおよび発電システム

(51)【国際特許分類】

   H02P 9/30 20060101AFI20190808BHJP

   H02P 9/14 20060101ALI20190808BHJP

【ＦＩ】

   H02P9/30 K

   H02P9/14 A

   H02P9/30 G

【請求項の数】12

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-216610(P2016-216610)

(22)【出願日】2016年11月4日

(65)【公開番号】特開2018-74884(P2018-74884A)

(43)【公開日】2018年5月10日

【審査請求日】2019年2月6日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001380

【氏名又は名称】特許業務法人東京国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】向山 信治

(72)【発明者】

【氏名】柴田 雅彦

(72)【発明者】

【氏名】平松 大典

(72)【発明者】

【氏名】上村 洋市

(72)【発明者】

【氏名】野崎 大

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 一浩

(72)【発明者】

【氏名】岩下 大輔

(72)【発明者】

【氏名】新井田 国臣

(72)【発明者】

【氏名】十川 和真

(72)【発明者】

【氏名】沖中 陽

(72)【発明者】

【氏名】荒井 祐太郎

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 仁飛

【審査官】 池田 貴俊

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−２１５８９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２９５５１８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ９／３０

Ｈ０２Ｐ ９／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発電機出力電圧を監視して前記発電機出力電圧が既定範囲から外れた場合に発電機励磁システムの発電機界磁回路に発生した界磁諸量の検出を指示する指示信号を発信する検出指令部と、
前記指示信号に従って前記界磁諸量を検出する界磁諸量検出部と、
前記発電機励磁システムを構成する各機器が有する既定の電圧の許容上限値と前記界磁諸量との比較値を算出する比較算出部と、を備えることを特徴とする自動電圧調整器。

【請求項2】

前記比較値に基づいて前記発電機界磁回路に出力している前記界磁電圧の許容値を超えないように調整をするゲートパルス調整部を備える請求項１に記載の自動電圧調整器。

【請求項3】

前記発電機出力電圧を監視して前記既定範囲から外れた場合に前記検出指令部に通知する発電機電圧検出・比較部を備える請求項１又は請求項２に記載の自動電圧調整器。

【請求項4】

前記発電機励磁システムの励磁装置は、ブラシレス励磁装置であり、
前記発電機界磁回路に設けられて発電機界磁を励磁させる発電機界磁回路と、
前記発電機界磁回路に接続されて前記界磁諸量を出力する出力端子と、
前記指示信号の受信により駆動して前記界磁諸量検出部の検出端子を前記出力端子に接触させる駆動部と、を備える請求項１または請求項２に記載の自動電圧調整器。

【請求項5】

前記発電機励磁システムの励磁装置は、サイリスタ励磁装置である請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の自動電圧調整器。

【請求項6】

前記検出端子は２以上並列に接続される請求項４または請求項５に記載の自動電圧調整器。

【請求項7】

前記検出端子の摩耗による寿命満了時期をカウントするカウンタと、
前記カウンタによる通告に従って使用する前記検出端子を切り換える切換部と、を備える請求項６に記載の自動電圧調整器。

【請求項8】

前記発電機界磁回路に前記検出端子を接触させた際に前記界磁諸量検出部が検出した電圧値に基づいて前記検出端子の不良を検知する故障検知部を備える請求項４から請求項７のいずれか１項に記載の自動電圧調整器。

【請求項9】

請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の自動電圧調整器を備える発電機励磁システム。

【請求項10】

請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の自動電圧調整器を備える発電システム。

【請求項11】

発電機出力電圧を監視して前記発電機出力電圧が既定範囲から外れた場合に発電機励磁システムの発電機界磁回路に発生した界磁諸量の検出を指示する指示信号を発信するステップと、
前記界磁諸量の許容上限値を設定するステップと、
前記指示信号に従って前記界磁諸量を検出するステップと、
前記発電機励磁システムを構成する各機器が有する既定の電圧の許容上限値と前記界磁諸量との比較値を算出するステップと、を含むことを特徴とする自動電圧調整方法。

【請求項12】

コンピュータに、
発電機出力電圧を監視して前記発電機出力電圧が既定範囲から外れた場合に発電機励磁システムの発電機界磁回路に発生した界磁諸量の検出を指示する指示信号を発信するステップと、
前記界磁諸量の許容上限値を設定するステップと、
前記指示信号に従って前記界磁諸量を検出するステップと、
前記発電機励磁システムを構成する各機器が有する既定の電圧の許容上限値と前記界磁諸量との比較値を算出するステップと、を実行させることを特徴とする自動電圧調整プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、発電機の界磁を制御する自動電圧調整技術に関する。

【背景技術】

【0002】

回転界磁形の同期発電機においては、励磁システムから発電機界磁回路に直流電流が流されることで、発電機界磁が電磁石になる。
この発電機界磁の励磁方式は、電気を収集するブラシおよびこのブラシを発電機界磁の回転軸に電気的に接続するスリップリングなどの摺動接触体を要するサイリスタ励磁方式と、これらの摺動接触体が不要なブラシレス励磁方式と、に大別される。
ブラシレス励磁方式の同期発電機は、摺動接触体が不要なため、ブラシの交換や頻繁な保守が必要なく、欧州などでは積極的に採用されている。

【0003】

ブラシレス励磁システムは、主に発電機界磁を励磁する交流励磁機と、この交流励磁機を励磁する永久磁石発電機（ＰＭＧ：Permanent Magnet Generator）と、で構成される。
ＰＭＧによって交流励磁機界磁の包囲空間に生成された静磁場中を、交流励磁機電機子が回転することで、交流励磁機電機子に交流電流が発生する。
この交流電流が、回転軸に設けられた整流回路で直流電流に整流された後、発電機界磁回路を流通することで発電機界磁が励磁される。

【0004】

ブラシレス励磁システムでは、ＰＭＧ電機子回路から交流励磁機界磁回路へ流れる電流量を増減することで、発電機界磁回路への出力電流量を制御し、発電機界磁の励磁を制御することができる。
通常は、発電機出力電圧を監視してＰＭＧの出力を自動で調整する自動電圧調整器（ＡＶＲ：Automatic Voltage Regulator）によって発電量は一定に維持される。
電力系統の事故発生時、例えば落雷などによって発電機出力電圧が急落した場合、ＡＶＲはＰＭＧの出力を制御し、発電機定格界磁電圧以上の界磁電圧を印加する（以下、フォーシングと記す）ことで、発電機出力電圧を短時間で上昇させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１１−２７９９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上述した発電機出力電圧に基づいて発電機界磁の出力を制御する従来の技術では、発電機界磁回路に機器としての設計許容値を超える電圧が発生するおそれがあるという課題があった。

【0007】

例えば、発電機電圧検出・比較部などの不具合などによって発電機界磁回路に実際に発生する電圧と発電機出力電圧から算出される電圧とに乖離がある場合や、電圧値の変化に発電機出力電圧の変化が大幅に遅延する場合がある。
特に、ブラシレス励磁装置の場合は、その伝達構造に起因して、ＡＶＲからの指令に対する発電機出力電圧の応答が遅延しやすい。

【0008】

よって、発電機出力電圧の上昇を確認した後に界磁電圧を定格負荷に戻した場合、機器としての設計許容値以上の電圧が発電機界磁回路に発生することがある。
発電機界磁回路に発生する電圧がこの機器としての設計許容値を超えると、発電機界磁回路に接続された整流回路または整流回路内の保護ヒューズ等が損傷するおそれがある。

【0009】

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、発電機界磁回路に実際に印加されている界磁電圧を加味した制御が可能な自動電圧調整器、自動電圧調整方法、自動電圧調整プログラム、発電機励磁システムおよび発電システムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本実施形態にかかる自動電圧調整器は、発電機出力電圧を監視して前記発電機出力電圧が既定範囲から外れた場合に発電機励磁システムの発電機界磁回路に発生した界磁諸量の検出を指示する指示信号を発信する検出指令部と、前記指示信号に従って前記界磁諸量を検出する界磁諸量検出部と、前記発電機励磁システムを構成する各機器が有する既定の電圧の許容上限値と前記界磁諸量との比較値を算出する比較算出部と、を備えるものである。

【0011】

本実施形態にかかる自動電圧調整方法は、発電機出力電圧を監視して前記発電機出力電圧が既定範囲から外れた場合に発電機励磁システムの発電機界磁回路に発生した界磁諸量の検出を指示する指示信号を発信するステップと、前記界磁諸量の許容上限値を設定するステップと、前記指示信号に従って前記界磁諸量を検出するステップと、前記発電機励磁システムを構成する各機器が有する既定の電圧の許容上限値と前記界磁諸量との比較値を算出するステップと、を含むことを特徴とする自動電圧調整方法。を含むものである。

【0012】

本実施形態にかかる自動電圧調整プログラムは、コンピュータに、発電機出力電圧を監視して前記発電機出力電圧が既定範囲から外れた場合に発電機励磁システムの発電機界磁回路に発生した界磁諸量の検出を指示する指示信号を発信するステップと、前記界磁諸量の許容上限値を設定するステップと、前記指示信号に従って前記界磁諸量を検出するステップと、前記発電機励磁システムを構成する各機器が有する既定の電圧の許容上限値と前記界磁諸量との比較値を算出するステップと、を実行させるものである。

【発明の効果】

【0013】

本発明により、発電機界磁回路に実際に印加されている界磁電圧を加味した制御が可能な自動電圧調整器、自動電圧調整方法、自動電圧調整プログラム、発電機励磁システムおよび発電システムが提供される。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】ブラシレス発電機励磁システムを含む発電システムの概略構成図。

【図2】第１実施形態にかかる自動電圧調整器を備えた発電機励磁システムの概略回路図。

【図3】（Ａ）故障発生時の発電機出力電圧のタイミングチャート、（Ｂ）故障発生時の発電機界磁電圧のタイミングチャート。

【図4】第１実施形態にかかる自動電圧調整方法を説明するシーケンス図。

【図5】第２実施形態にかかる発電機励磁システムの概略構成図。

【図6】第２実施形態にかかる発電機励磁システムの変形例の概略構成図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、ブラシレス励磁装置を含む発電システム１０の概略構成図である。
回転界磁形の発電システム１０では、図１に示されるように、回転軸１３に発電機界磁１１、交流励磁機電機子１４および永久磁石界磁１９（ＰＭＧ界磁１９）が設けられる。

【0016】

交流励磁機電機子１４と発電機界磁１１とが電気的に接続されて発電機界磁回路１６（図２）を形成する。
交流励磁機１５、永久磁石発電機（ＰＭＧ）１７、ＰＭＧ界磁１９の回転によって、ＰＭＧ電機子２２に生成された交流電流は、整流器２４で直流電流にされて交流励磁機界磁１８において静磁場を生成する。
この静磁場中を交流励磁機電機子１４が回転することで、発電機界磁回路１６に交流電流が生成され、発電機界磁１１が励磁される。

【0017】

発電機界磁１１が回転することで、発電機電機子２７に発生した誘導起電力が、発電システム１０の発電機出力電圧になる。
発電機電機子２７に接続された電力出力系統２８には、自動電圧調整器２９（ＡＶＲ２９）が接続される。

【0018】

ＡＶＲ２９は、ブラシレス励磁方式の多くの発電システム１０では、発電機出力電圧に合わせて、交流励磁機界磁１８の励磁の強度を調整して、発電機出力電圧を安定化させる。
以下の実施形態にかかるＡＶＲ２９は、発電システム１０の発電機出力電圧に加えて、発電機界磁１１に関する界磁諸量を検出することで、制御性を向上させたものである。

【0019】

界磁諸量とは、例えば、界磁電流Ｉ_ｆ、発電機界磁電圧Ｖ_ｆまたは界磁抵抗など発電機界磁１１の状態を特定する各種の物理量のことである。
以下、実施形態においては、界磁諸量は、発電機界磁１１における発電機界磁電圧Ｖ_ｆであるとして説明する。

【0020】

（第１実施形態）
図２は、第１実施形態にかかるＡＶＲ２９を備えた発電機励磁システム３０の概略回路図である。
ＡＶＲ２９において、一般に、発電機電圧検出・比較部３１（以下、単に「検出・比較部３１」という）が発電システム１０の発電機電機子２７の出力電圧（以下、「発電機出力電圧」という）を監視する。

【0021】

検出・比較部３１は、変圧器３２で監視可能な大きさに調整された発電機出力電圧と発電機電圧設定部３３によって設定される設定値との大小関係を監視する。
発電機電圧設定部３３の設定値は、例えば発電機出力電圧の定格出力値である。
なお、検出・比較部３１は、発電機出力電圧に代えて、交流励磁機界磁１８に入力される電圧値などを監視対象にしてもよい。

【0022】

発電機出力電圧が発電機電圧設定部３３の設定値よりも小さい場合、検出・比較部３１は、正のフォーシングをかける。
すなわち、検出・比較部３１は、ゲートパルス発生部３４が整流器２４に発信するゲートパルスを変調して、ＰＭＧ１７の交流励磁機界磁１８を流れる直流電流を増加させる。
交流励磁機界磁１８の磁場強度を強めることで、発電機界磁回路１６に流れる誘導電流の流量を増加させる。

【0023】

また、検出・比較部３１は、通常、発電機界磁電圧Ｖ_ｆの許容上限値を保持している。
発電機界磁電圧Ｖ_ｆの許容上限値は、例えば、整流回路２６に用いられる整流素子などの発電機界磁電圧Ｖ_ｆに対する機器としての設計許容値の７０〜８０％程度に設定される。

【0024】

ここで、図３（Ａ）は故障発生時の発電機出力電圧のタイミングチャート、図３（Ｂ）は故障発生時の発電機界磁電圧Ｖ_ｆのタイミングチャートである。
故障の発生によって発電機出力電圧が急落すると、検出・比較部３１がゲートパルス発生部３４を変調して、図３に示されるように、発電機界磁電圧Ｖ_ｆを上昇させる。

【0025】

このとき、定格の発電機界磁電圧Ｖ_ｆに対して、発電機出力電圧の急落時（ｔ＝ｔ_０）には、例えば２倍の界磁電圧を目標設定値としてゲートパルスを変調する。
電機子出力電圧が回復するまでは、定格負荷よりも高い発電機界磁電圧Ｖ_ｆを発生させて、電機子出力電圧が回復したのを確認して発電機界磁電圧Ｖ_ｆを定格負荷の出力に戻す。

【0026】

発電機出力を早期に回復させるため、発電機界磁１１の出力を増加させる必要がある。
発電機界磁１１の出力を増加させるためには、発電機界磁電圧Ｖ_ｆを定格負荷よりも高い設定電圧（頂上電圧）まで急速に立ち上げる必要がある。
頂上電圧の目標設定値を高く設定すると発電機界磁電圧Ｖ_ｆの真の目標値に到達する時間が短くなり、発電機出力電圧が早期に回復する。
事故の態様によっては、その頂上電圧に到達することなく回復することもある。

【0027】

しかし、頂上電圧の目標設定値が機器としての設計許容値に近いと、正のフォーシング時に発電機界磁電圧Ｖ_ｆがこの設計許容値を超えることがある。
実際には、発電機界磁電圧Ｖ_ｆが頂上電圧に到達した後（ｔ＝ｔ_１）、発電機界磁電圧Ｖ_ｆは、界磁制御の伝達遅延により時間の経過とともに僅かに増加するためである。

【0028】

よって、発電機出力電圧が定格出力値に回復したことを検出・比較部３１が検出したとき（ｔ＝ｔ_１）に発電機界磁電圧Ｖ_ｆを定格負荷に戻すとすると、この設計許容値を超過してしまうことがある。
発電機出力電圧が定格出力値に回復したことを知ったとき（ｔ＝ｔ_１）から発電機界磁電圧Ｖ_ｆが変化するまで（ｔ＝ｔ_２）の間に長い交流励磁機１５の磁場強度の変更など情報伝達工程があるからである。

【0029】

そこで、第１実施形態にかかるＡＶＲ２９は、図２に示されるように、さらに、発電機界磁電圧Ｖ_ｆを直接検出してＡＶＲ２９による制御の補助に用いる補助ゲートパルス調整部４０を備える。
補助ゲートパルス調整部４０は、発電機出力電圧を監視してこの電圧情報が既定値を下回った場合に発電機界磁回路１６に発生した界磁電圧の検出を指示する指示信号を発信する検出指令部４１と、指示信号に従って発電機界磁電圧Ｖ_ｆを検出する発電機界磁電圧検出部４２（界磁諸量検出部４２）と、発電機励磁システム３０を構成する各機器（例えば、発電機界磁回路１６）が有する既定の電圧の許容上限値と発電機界磁電圧Ｖ_ｆとの比較値を算出する比較算出部４４と、を備える。

【0030】

検出指令部４１は、検出・比較部３１に接続されて発電機出力電圧を監視する。
そして、電圧情報が既定値を下回った場合に発電機界磁回路１６に発生した発電機界磁電圧Ｖ_ｆの検出を指示する指示信号を発信する。
以下、電圧情報を発電機１２から出力される発電機出力電圧とする一例で説明する。

【0031】

ＡＶＲ２９が利用される発電機励磁システム３０は、例えば図２に示されるようにブラシレス励磁装置を備える。
ブラシレス励磁装置は、発電機界磁回路１６が回転し、この発電機界磁回路１６にはブラシなどの接触摺動体がない。
そこで、発電機励磁システム３０がブラシレス励磁装置を含んで構成される場合、検出指令部４１が発信する指示信号を受信して駆動して検出端子４６を発電機界磁回路１６に接触させる駆動部４５を設ける。

【0032】

また、発電機界磁回路１６には、発電機界磁回路１６に接続されて発電機界磁電圧Ｖ_ｆを出力する出力端子４８が設けられる。
例えば、図２に示されるように、発電機界磁１１の両端部の電位を測定する出力端子４８に、２つの検出端子４６が電気的に接触する。

【0033】

発電機界磁電圧検出部４２は、検出指令部４１で指示があった場合にのみ、検出端子４６を用いて発電機界磁電圧Ｖ_ｆを検出する。

【0034】

比較算出部４４は、設計許容値記憶部４３が保持する各機器が有する既定の電圧の許容上限値と発電機界磁電圧Ｖ_ｆとの電圧差を算出する。この電圧差の情報はゲートパルス調整部５２に送られる。

【0035】

ゲートパルス調整部５２は、比較算出部４４で算出した電圧差に基づいて、ゲートパルス発生部３４が交流励磁機界磁回路１５に出力しているフォーシング信号が指令する発電機界磁電圧Ｖ_ｆの目標設定値を引き下げる。
なお、ゲートパルス調整部５２に代えて、比較算出部４４の判定に基づいて、作業員が手動で発電機界磁電圧Ｖ_ｆの目標設定値を引き下げてもよい。
このような構成によって、発電機界磁電圧Ｖ_ｆが過電圧にならないように監視しながら、発電機出力電圧を定格出力の出力に回復させることができる。

【0036】

次に、第１実施形態にかかる自動電圧調整方法を図４のシーケンス図を用いて説明する（適宜図１および図２を参照）。
すなわち、発電機出力電圧が急落した場合の電圧調整方法について説明する。

【0037】

検出・比較部３１は、常時、発電機出力電圧を検出して発電機電圧の設定値と比較して監視している（Ｓ１１）。
また、ゲートパルス発生部３４は、平常時には定常的にゲートパルスを発生させている（Ｓ１２）。

【0038】

発電機出力電圧が急落していない場合は（Ｓ１３：ＮＯ：Ｓ１１へ）、発電機出力電圧の検出および監視を継続する。
発電機出力電圧が急落した場合は（Ｓ１３：ＹＥＳ）、検出・比較部３１の発信指令によってゲートパルス発生部３４が整流器２４に正のフォーシング信号を発信する（Ｓ１４）。
正のフォーシング信号を受信した整流器２４は、交流励磁機界磁１８の磁場出力を増強させる。

【0039】

交流励磁機界磁１８の磁場出力の増強によって、発電機界磁回路１６に発生する誘導起電力は上昇し、発電機界磁電圧Ｖ_ｆが上昇する（Ｓ１５）。
一方、補助ゲートパルス調整部４０においては、検出指令部４１が発電機出力電圧の急落を感知して、検出指令部４１が指令信号を発信する（Ｓ１６）。
指令信号を受信した駆動部４５が、発電機界磁電圧検出部４２の検出端子４６を発電機界磁回路１６の発電機界磁回路１６の出力端子４８に接続する（Ｓ１７）。
そして、発電機界磁電圧検出部４２は、発電機界磁電圧Ｖ_ｆを検出する（Ｓ１８）。

【0040】

次に、比較算出部４４が、発電機界磁電圧Ｖ_ｆが検出・比較部３１に保持された許容上限値を超えているか判定をする（Ｓ１９）。
発電機界磁電圧Ｖ_ｆが許容上限値を超えている場合は、ゲートパルス調整部５２によってゲートパルス発生部３４のゲートパルスが変調される（Ｓ２０：ＹＥＳ：Ｓ２１）。

【0041】

このような補助ゲートパルス調整部４０の発電機界磁電圧Ｖ_ｆの検出による監視の動作が、発電機出力電圧が定格出力値に回復するまで繰り返される（Ｓ２３：ＮＯ：Ｓ１８へ）。
発電機界磁電圧Ｖ_ｆが定格負荷よりも高い目標設定値付近に維持されることで、発電機出力電圧の出力は、上昇する（Ｓ２２）。
この発電機出力電圧の上昇は、検出・比較部３１によって検出される。
発電機出力電圧が定格出力値に到達するまで、発電機界磁電圧Ｖ_ｆは引き上げられた目標設定値に維持される（Ｓ２３：ＮＯ：Ｓ２０へ）。

【0042】

発電機出力電圧が定格出力値に到達した場合、検出・比較部３１は、ゲートパルスを変調して、発電機界磁電圧Ｖ_ｆを引き下げて、定格負荷にする（Ｓ２３：ＹＥＳ：Ｓ２４）。
発電機出力電圧は、定格出力値に維持されて、動作が終了する（ＥＮＤ）。

【0043】

なお、このような動作は、記憶装置に記憶された所定のプログラムをプロセッサＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ(Random Access Memory)、或いはＨＤＤ（Hard Disk Drive）等の記憶装置、を具備するコンピュータで実行してもよい。
例えば、検出指令部４１、発電機界磁電圧検出部４２、比較算出部４４、ゲートパルス調整部５２は、記憶装置に記憶された所定のプログラムをプロセッサが実行することによって実現することができる。

【0044】

また、このようなソフトウェア処理に換えて、ＡＳＩＣ（Application Specific Integration Circuit）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアで実現することができる。
さらに、これらは、ソフトウェア処理とハードウェアによる処理を組み合わせて実現することもできる。
また、図２に示す構成のうち、閾値記憶部３７は、ＲＯＭまたはＲＡＭ等の記憶装置によって実現される。

【0045】

以上のように、第１実施形態にかかるＡＶＲ２９によれば、発電機界磁１１に実際に印加されている発電機界磁電圧Ｖ_ｆを加味した制御をすることができる。
つまり、過渡時の発電機界磁回路１６の状態をＡＶＲ２９にフィードバックすることで、発電機界磁回路１６の過電圧を回避して機器を保護することができる。

【0046】

（第２実施形態）
図５は、第２実施形態にかかる発電機励磁システム３０の概略構成図である。

【0047】

第２実施形態にかかる発電機励磁システム３０は、図５に示されるように、検出端子４６は２以上並列に接続される。
そして、発電機励磁システム３０は、検出端子４６の摩耗による寿命満了時期をカウントするカウンタ５１と、カウンタ５１による通告に従って使用する検出端子４６を切り換える切換部４９と、を備える。

【0048】

検出端子４６は、指令信号が発信された場合、発電機界磁回路１６と接触して、その表面上を回転に合わせて摺動するので、経時とともに摩耗する。
検出端子４６の寿命満了時期の度に、発電システム１０を停止して検出端子４６の交換または補修をするのは、発電システム１０の継続性などの観点から望ましくない。
この摩耗の程度は、検出端子４６の接触回数または発電システム１０の稼動期間などによって、ある程度推定することができる。

【0049】

そこで、発電機界磁電圧検出部４２に検出端子４６を２以上並列に接続するとともに、カウンタ５１および切換部４９を設置する。
そして、カウンタ５１による寿命満了時期の通告を受信した切換部４９が、検出端子４６が並列に接続された他の検出端子４６に切り換える。
このように第２実施形態によれば、検出端子４６の自動的な交換をすることができる。

【0050】

なお、寿命満了時期は、検出端子４６の接触回数に基づいて定められても、発電システム１０の稼動期間に基づいて定められてもよい。
カウンタ５１および切換部４９は、ＡＶＲ２９に内蔵されても、ＡＶＲ２９とは別個に設けられてもよい。

【0051】

次に、図６を用いて、第２実施形態にかかる発電機励磁システム３０の変形例について説明する。
図６に示されるように、発電機界磁回路１６に検出端子４６を接触させた際に発電機界磁電圧検出部４２が検出した電圧値に基づいて検出端子４６の不良を検知する故障検知部５３を備える。

【0052】

検出端子４６の接触回数や使用期間が寿命満了時期になっていなくても、検出端子４６が破損などによって十分に発電機界磁電圧検出部４２に電圧を伝達させることができないことがある。
そこで、故障検知部５３を用いて、発電機界磁電圧Ｖ_ｆが既知であるときなどに、検出端子４６を発電機界磁回路１６に接触させて、正常な検出ができるか確認をする。

【0053】

故障検知部５３は、発電機界磁電圧検出部４２および切換部４９に接続される。
故障検知部５３は、発電機界磁電圧検出部４２が検出した実際の発電機界磁電圧Ｖ_ｆが既知の発電機界磁電圧Ｖ_ｆになっていなかった場合に、切換部４９に割り込み信号を発信する。

【0054】

切換部４９は、故障検知部５３からの割り込み信号を受信すると、カウンタ５１が寿命満了時期になっていなくても、検出端子４６を他のものに切り換える。
このような構成によって、検出端子４６が寿命満了時期に達していなくても、適宜不良な検出端子４６を正常なものに切り換えることができる。

【0055】

なお、検出端子４６が２以上並列に備えられることおよびこの検出端子４６が自動で切り替えられること、および検出端子４６の故障を検知すること以外は、第２実施形態は第１実施形態と同じ構造および動作手順となるので、重複する説明を省略する。
図面においても、共通の構成または機能を有する部分は同一符号で示し、重複する説明を省略する。

【0056】

このように、第２実施形態にかかる発電機励磁システム３０によれば、第１実施形態の効果に加え、検出端子４６の自動的な交換をすることができるので、発電システム１０の持続性を向上させて、保守管理の負担を軽減することができる。
また、検出端子４６が寿命満了時期に達していなくても、適宜不良な検出端子４６を正常なものに切り換えることができる。

【0057】

以上述べた少なくとも一つの実施形態の発電機励磁システム３０によれば、発電機界磁電圧Ｖ_ｆを用いてＡＶＲ２９の制御を補助することにより、発電機界磁１１に実際に印加されている発電機界磁電圧Ｖ_ｆを加味した制御が可能となる。

【0058】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。
これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。
これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【0059】

例えば、ＡＶＲ２９が適用される発電機励磁システム３０はブラシレス励磁装置を含んで構成される例で説明したが、サイリスタ励磁装置についても同様の制御をすることができる。

【符号の説明】

【0060】

１０…発電システム、１１…発電機界磁、１２…発電機、１３…回転軸、１４…交流励磁機電機子、１５…交流励磁機（交流励磁界磁回路）、１６…発電機界磁回路、１７…永久磁石発電機（ＰＭＧ）、１８…交流励磁機界磁、１９…ＰＭＧ界磁、２２…ＰＭＧ電機子、２４…整流器、２６…整流回路、２７…発電機電機子、２８…電力出力系統、２９…自動電圧調整器（ＡＶＲ）、３０…発電機励磁システム、３１…発電機電圧検出・比較部（検出・比較部）、３２…変圧器、３３…発電機電圧設定部、３４…ゲートパルス発生部、４０…補助ゲートパルス調整部、４１…検出指令部、４２…発電機界磁電圧検出部（界磁諸量検出部）、４３…設計許容値記憶部、４４…比較算出部、４５…駆動部、４６…検出端子、４８…出力端子、４９…切換部、５１…カウンタ、５２…ゲートパルス調整部（ゲートパルス調整部）、５３…故障検知部、Ｉ_ｆ…界磁電流（界磁諸量）、Ｖ_ｆ…界磁電圧（界磁諸量）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】