JPH01268499A

JPH01268499A - 可変速揚水発電システムの運転制御方法

Info

Publication number: JPH01268499A
Application number: JP63096298A
Authority: JP
Inventors: Goo Nohara; 野原　哈夫; Masuo Goto; 益雄後藤; Eiji Haraguchi; 原口　英二; Shigeaki Hayashi; 林　茂明
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Priority date: 1988-04-19
Filing date: 1988-04-19
Publication date: 1989-10-26
Anticipated expiration: 2012-09-10
Also published as: JP2652033B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、巻線形誘導機により任意の回転数で運転でき
る可変速揚水発電システムの運転制御方法に係り、特に
ＡＦＣ（自動周波数調整）運転の揚水運転時において最
適効率となるように安定に目標値に制御するに好敵な運
転制御方法に関する。

〔従来の技術〕

および〔発明が解決しようとする課題〕従来の揚水発電
システムは、揚水時に負荷の調整ができないこと、及び
、発電運転及び揚水運転時に、系統により要求される発
電電力の変化ならびに揚水時の揚程等により、発電シス
テムの効率が変化するという欠点があった。

このため、発電電力、揚程にかかわらず、上記システム
を最高効率で運転させるための研究が進められている。

上記目的を達成するため、従来から揚水発電機として用
いられている同期機を２次励磁付の誘導機（すなわち、
巻線型誘導機）で運転する。いわゆる可変速発電システ
ムの実現化のための研究が進められている。

ここで、可変速発電システムについて説明しておく。

第５図に、可変速発電システムの原理を示す。

第５図において、Ｇ工は巻線形誘導機（以下、可変速機
という。）、１は固定子、２は回転子を示している。５
ａ〜５ｃは固定子１のａ、ｂ、ａ各相の巻線、６ａ〜６
Ｃは回転子２の６．ｂ、ｃ各相の巻線を示す。定格周波
数をｆ、すべりをＳとすると、回転子２の速度はｆ（１
−ｓ）であり、回転子２の２次巻線６ａ〜６Ｃをすべり
Ｓの周波数で励磁することにより、回転子２の回転磁界
はすべり３を零（周期速度）で回転子、固定子１の回転
磁界の速度と同一になる０回転子２の回転数を測定部７
より測定し、この出力からすべり周波数検出器３により
すベリ周波数を検出し、ついで周波数／電圧変換器４で
すべり周波数に応じた電圧を発生させ、この電圧を２次
巻１ｉ６ａ〜６Ｃに与えて励磁する。このようにするこ
とにより、任意の回転数で運転を行っても、常に２次巻
線６８〜６ｃは、系統周波数の電圧を発生させることが
できる。すなわち、第５図の例では、回転子２の回転磁
界は、ｆ　（１−ｓ）　＋ｆ−ｓ＝ｆ　　　　　−−（１）と
なり、すベリＳにかかわらず、定格周波数の出力が得ら
れることとなる。

以上の可変速発電システムに関する文献として昭和５９
年電気学会全国大会（昭和５９年３月２８〜３０日開催
）論文Ｎａ５５３ｒ大容量同期電動機の可変速運転特性
」があるが、この文献には具体的な制御方式について何
ら開示されていない。

本発明は、可変速揚水発電システムにおいて、自動周波
数制御（以下、ＡＦＣという、）運転する場合に高効率
で、かつ、安定に目標電力値に制御しうる運転制御方法
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〕

上記目的を達成するため、本発明は、巻線形誘導機を系
統負荷の変動に応動させて運転する可変速揚水発電シス
テムの運転制御方法において、揚水運転時に当該発電シ
ステムの運転状態により定まる前記誘導機への実際の入
力電力値を求め、揚程をパラメータとして予め定められ
た前記誘導機への入力電力値に対する効率との相関によ
り、前記実際の入力電力値に基づいてガバナの弁開度を
制御することを特徴とするものである。

〔作用〕

可変速発電システムにおいて、任意の発電力をうる運転
条件は、揚程、回転数及びガバナの弁開度との関連より
定まる。このうち可変速発電システムの効率は、誘導機
の回転数及びガバナの弁開度で定まる。このうち、回転
数は誘導機の入力と出力の差より定まるため、揚水と入
力が定まった時、最高効率となるようガバナの弁開度を
制御することになる。一方、上記の回転数は、ポンプ入
力と誘導機出力との差で定まる。このため、誘導機出力
を指定値にあわせるように２次励磁電圧の位相角を制御
する必要がある。２次励磁付きの誘導機である巻線形誘
導機を用いた本発明に係る可変速発電システムでは、常
に最適効率となるように、２次励磁電圧の位相角を制御
すると共に、ガバナの弁開度を制御する。

ここで、揚水発電機には、一般にフランシス水車が使用
され、水車出力と効率との関係は、第３図のように示さ
れる。第３図は、横軸に水車出力、縦軸に効率をとり、
回転数をパラメータとして示したものである。Ｐ□、Ｐ
オは水車出力を、η□。

η２は効率を、　Ｎ、、　Ｎ、は回転数を、Ｙ□、Ｙ２
は弁開度を示す、出力Ｐ１では回転数Ｎ１．弁開度Ｙ１
で、出力Ｐ２では回転数Ｎ２、弁開度はＹ２で。

それぞれの出力における最高効率η８．η、となること
を示している。

このようにして、本発明によれば、最適効率を保持しつ
つ円滑に運転することが可能となる。

〔実施例〕

次に、本発明の可変速揚水発電システムの運転制御方法
の実施例を図面に基づいて説明する。

まず、可変速揚水発電システムの概要を第１図に示す。

このシステムは可変速機Ｇ１が水車１３により運転され
、可変速機Ｇ□の出力電力が送電線りを介して電力系統
１０に供給されるものである。

この第１図において、操作卓Ｔから与えられる揚程指令
Ｈ及び回転数検出器１１からの回転数Ｎに基づき、ガバ
ナ弁１２の最適弁開度Ｙを算出し、ガバナ弁１２の開度
制御を行う。一方操作卓Ｔから与えられる電力制御指令
Ｐ。に基づき、電圧変成器（ＰＴ）２０及び電流変成器
（ＣＴ）１９により検出した値により有効電力算出部２
１にて有効電力を求め、その有効電力と回転数Ｎを考慮
して可変速機Ｇ１の励磁回路Ｅ８に励磁電圧Ｖを与えて
制御を行う、つまり、ある定まった揚水遠点Ｆにおいて
出力制御を行うようにしたものである。

次に、上記第１図の可変速揚水発電システムをさらに具
体的にした例を第２図に示す。なお、第１図と重複する
部分には同一の符号を用いる。第２図において、揚水指
令Ｈが与えられると、最適弁開度算出部２５は、予め定
められた入力Ｐとガバナ弁開度Ｙとの特性（第４図）に
基づいて揚程指令Ｈとパラメータとして入力Ｐに見合っ
たガバナ弁開度Ｙを出力する。たとえば、第４図におい
て、入力Ｐ０からＰ２に変化した場合はガバナ弁開度を
ＹｌからＹ２とする。このガバナ弁開度Ｙはサーボ系１
４に与えられる。サーボ系１４は入力されたガバナ弁開
度Ｙに応じた操作量をガバナ弁１２に与えて調整する。

このように、水車１３は揚程指令Ｈに応じて制御される
。

一方、第２図において電力制御指令Ｐ０が与えられると
、この電力制御指令Ｐ０は遅延回路１５を介して位相角
算出部１６に入力される。この遅延回路１５は電力制御
指令Ｐ０がステップ状に与えられるため、そのまま可変
速機Ｇ１の２次巻線６ａ〜６ｃの励磁電圧Ｖの制御に用
いると可変速機Ｇ１の出力が大幅に変化してしまうこと
になるから、それを防止するために遅延させるものであ
る。遅延回路１５を経た電力制御指令Ｐ０は位相角算出
部１６に入力される。一方、変成器１９゜２０からの系
統の電圧、電流により有効電力Ｐが有効電圧算出部２１
で求められ１位相角算出部１６入力される。

位相角算出部１６は、２次巻線６ａ〜６ｃに与える励磁
電圧Ｖを算出するものである。すなわち、操作卓Ｔによ
り与えられた指令により、２次巻線６ａ〜６ｃの各相の
励磁量を得るための関数のうち、位相角Δδを制御する
。２次巻線６ａ〜６ｃのａ、ｂ、ｃ各相電圧をＶ　ｌ　
ａ　ＨＶ　ｆ　ｂ　＋　Ｖ　Ｚ　Ｃとすると、と与えられる。ここで、Ｅはすベリ及び可変速機の運転
状態で定まる電圧値、δ。は可変速機の運転状態で定ま
る位相角、Δδは制御指令部の出方で制御される位相角
である。

上記（２）式を用いて制御を行う場合に無効電力の制御
指令に対しては、電力Ｅで、有効電力Ｐの制御指令に対
しては、位相角Δδで制御すればよい。

このため、上記の構成において、２次巻線６ａ〜６ｃの
位相角（Δδ）を制御して、回転数Ｎ及び電力Ｐを目標
値にあわせると共に最適効率となるようにガバナ弁１２
の開度を制御することが必要となる。このため、位相角
を制御するための情報として、有効電力Ｐを用いる。す
なわち１位相角Δδは、 Δδ＝ｆｋ１（ｐ　　ｐｏ）　ｄｔ　＋　ｋｘｐ　（Ｐ
　　Ｐｏ）　−（３）とする。ここで、Ｐｏは有効電力
の目標値、Ｐは有効電力の実際の値、ｋｌ、に、ｐは定
数である。

このようにして求められた位相角Δδ１は励磁量設定器
１７に出力される。

励磁量設定器１７は、回転数Ｎ（周波数ｆ）及び位相角
Δδを基にして２次巻線６ａ〜６ｃの励磁電圧Ｖ！、Ｖ
ｂ、Ｖｂを求めるものであり、その算出式は（２）式に
示したとおりである。算出した励磁電圧Ｖ＆ｇ　Ｖｂｔ
　ｖｂは位相器２３ａ、２３ｂ。

２３ｃを介して各巻線６８〜６ｃに与えられる。

なお、１８は励磁電圧を修正するためのフィードバック
用！１１１１１部を示している。

以上のように、揚程指令Ｈの下で最適弁開度となるよう
に制御する一方、電力制御指令値Ｐ。と実際の出力の偏
差により２次巻線６８〜６ｃの位相角Δδを算出し、適
正な電力値となるように制御するものである。

以上の実施例によれば、揚程及び実際の入力値よりガバ
ナの弁開度を制御する機能及び電力の目標値と実際の値
との差により２次励磁電圧の位相角を制御する機能の両
者を備えており、揚水時のＡＦＣＭ転において、安定に
目標値に制御できるため、安定度上の効果は極めて大き
い。

さらに、系統の変動負荷をまかなうために昼間は発電、
夜間は揚水として運転する揚水発電システムにおいて、
揚水運転時にも系統より定まる電力に対しても、効率よ
く運転できるため、経済的効率は極めて大きい。

〔発明の効果〕

以上述べたごとく、本発明によれば、可変速発電システ
ムにおいて、ＡＦＣ運転する場合に、高効率を維持しつ
つ、安定に目標電力値に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の概要を示す系統図、第２図
はその具体例を示すブロック図、第３図は出力に対する
効率の変化を示す特性図、第４図は入力に対するガバナ
弁開度の変化を示す特性図、第５図は一般的な可変速発
電システムの原理を示すブロック図である。Ｅｘ・・・励磁回路、Ｇ工・・・可変速機、Ｃ・・・制
御指令部、Ｔ・・・操作端、１・・・固定子、２・・・
回転子、３・・・すべり周波数検出部、４・・・周波数
／電圧変換機、５ａ〜５ｃ・・・固定子ａ、ｂ、ｃの相巻線、６ａ〜６
ｃ・・・回転子ａ、ｂ、Ｑの相巻線。７・・回転数測定部、１０・・・電力系統、１１・・・
回転数検出器、１３・・・水車、１４・・・サーボ系、
１５・・・遅延回路、１６・・・２次巻線位相角算出部
、１７・・２次巻線励磁量設定部。１８・・・電圧調整部、１９・・・電流変成器、２０・
・・電圧変成器、２１・・・有効電力算出部、Ｐｏ・・
・電力制御指令値、Ｎ・・・速度、２３　ａ　、　２３
　ｂ　、　２３　ｃ　−移相部、２５・・・最適弁開度
算出部。

Claims

【特許請求の範囲】

１、巻線形誘導機を系統負荷の変動に応動させて運転す
る可変速揚水発電システムの運転制御方法において、揚
水運転時に当該発電システムの運転状態により定まる前
記誘導機への実際の入力電力値を求め、揚程をパラメー
タとして予め定められた前記誘導機への入力電力値に対
する効率との相関により、前記実際の入力電力値に基づ
いてガバナの弁開度を制御することを特徴とする可変速
揚水発電システムの運転制御方法。