JPH01300068A - 可変速水力発電設備の始動方法 - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は水力発電設備の制御方法に係わり、特に口■変
速運転が＝１能な水車・ポンプ水車等の水力機械と、こ
の水力機械に直結された発電機あるいは発電電動機をス
ムーズに始動させる制御方法に関する。

（従来の技術） 従来、水ツノ発電設備においては主機として同期発電機
や同期発電電動機が多用されていたが、最近はそれらの
替わりに、誘導発電機や誘導発電電動機が使用されるよ
うになってきた。

第２図は、主機として誘導発電機または誘導発電電動機
を備えた可変速水力発電設備の制御系統を示す。

この可変速水力発電設備を始動する場合には、先ず、発
電指令に基づき目標出力Ｐ＊が出力制御装ｆｌ！ｔｌに
入力される。この出力制御装置は目標出力２本に対応す
る目標回転速度Ｎ＊を算定するとともに開度調節器２に
指令を発し、水車またはポンプ水車等（以下、ｉｌｌに
水車という）のガイドベーン３を操作してランナ４を回
転させる。このランナ４に直結されている誘導発電機あ
るいは誘導発電電動機（以下、単に誘導発電機という）
５の回転速度は速度検出器６で検出される。速度制御回
路７は速度検出器６で検出された実回転速度Ｎと、出力
＃Ｊ御装置１から出力される目標回転速度Ｎ＊の差を検
出し、この差に応じた制御信号を速度制御装置８に出力
する。

速度制御回路７には、可変速制御する際に主機の回転速
度の追従性をよくするために制御時定数回路（図示せず
）が内蔵されており、誘導発電機５が目標とする回転速
度から離脱しないように作動している。

なお、誘導発電機５を始動時から電力系統に並列して制
御することは、速度制御装置８の必要容量が大きくなり
、現実的でないため、可変速制御の可能な回転速度範囲
が定められている。従って始動時には、誘導発電機５は
可変速制御可能な下限回転速度に達してから初めて電気
系統に並列され、その時点から前述した速度制御回路７
による速度制御が開始される。

（発明が解決しようとする課題） 上述のような制御方法により可変速水車を起動する場合
には、次のような問題が発生する。

すなわち、誘導発電機５の回転速度が上昇し、可変速制
御が可能な下限回転速度に達した段階で誘導発電機５を
電力系統に並列させると、この並列と同時に速度制御回
路７による制御が開始されるため、速度制御装置８によ
って回転速度の上昇が急激に抑制される。その結果、誘
導発電機５に大きな制動トルクが瞬間的に発生し、誘導
発電機５に大きな出力が発生することとなる。

その詳細を第３図を参照して説明する。同図は従来方法
による可変速水力発電設備の始動時における出力Ｐ、ガ
イドベーン開度Ａ、回転速度Ｎおよび速度制御時定数Ｔ
Ｇの時間的変化の様子を示すもので、ガイドベーンは先
ず起動ガイドベーン開度Ａ２まで開操作され、主機の回
転速度Ｎが上昇して可変速制御可能な下限回転速度Ｎ１
に近ずいたら無負荷開度Ａｔに調整される。回転速度Ｎ
が下限回転速度Ｎｌに達した時刻１１で誘導発電機５は
電力系統に並列され、同時に並列時の目標回転速度Ｎ本
は下限回転速度Ｎｌに設定される。

この時、速度制御回路７が作動し、速度制御装置８によ
って回転速度Ｎの上昇が急激に抑制される。その結果、
時刻ｔｌで誘導発電機５の出力Ｐが瞬時にステップ状に
変化し、出力ΔＰが発生する。

このように大きく、かつ過渡的な電力変動は系統運用に
悪影響を及ぼすおそれがある上、誘導発電機５に機械的
な衝撃力を加えることになり、好ましくない。

なお、上述したステップ状に発生する出力ΔＰを無くす
ため、起動ガイドベーン開度Ａ２を無負荷開度Ａ１に設
定しておくことも考えられるが、その場合には回転速度
Ｎが下限回転速度Ｎ１に達するまでに長時間を要し、水
力発電設備の機能的運用に支障をきたすという不都合が
ある。

本発明は、前述したような主機の電力系統への並列時に
発生する大きな電力変動を無くし、可変速水力発電設備
を短時間でスムーズに始動させることのできる制御方法
を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の可変速水力発電設備の始動方法は発電機あるい
は発電電動機が電力系統から解列され、水虫またはポン
プ水虫等の水力機械が停止している状態から始動・加速
する際は、速度制御回路の応答が遅くなるように制御時
定数を相対的に大きい第１の値に設定して主機の回転速
度を制御し、この状態で発電機あるいは発電電動機を電
力系統に並列し、並列後には、あらかじめ定められた条
件によって並入時の電気的、機械的動揺が収まったこと
を確認した後、速度制御回路の制御定数を第１の値より
小さい第２の値に切替えることによって速度制御回路の
応答を早くし、定常運転に移行させるものである。

（作　用） 本発明の可変速水力発電設備の始動方法は、前述のよう
に主機を電力系統に並列する際の速度制御回路の応答が
遅いため、主機は電力系統に並列されると回転速度を緩
やかに上昇した後、目標回転速度になる。その結果、発
電機あるいは発１！！電動機に回転速度の上昇を抑制す
るために必要なトルク、即ち第３図のような大きな出力
ΔＰは発生しない。

一方、並列後に所定の時間が経過した時点で、速度制御
回路の制御時定数を当初の値より小さい第２の値に切替
えるため、定常運転時における速度制御回路の応答は早
くなり、回転速度の追従性も損なわれない。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を第１図および第２図を参照して
説明する。なお、本発明の実施例において使用される制
御系統のハード構成は、速度制御回路７に制御時定数Ｔ
Ｇを第１の値と第２の値に切替える機構が内蔵されてい
る点を除けば、第２図と同じである。また、第１図は出
力Ｐ、ガイドベーン開度Ａ１回転速度Ｎおよび速度制御
回路７の制御利得ＴＧの時間的変化を示すものである。

第１図および第２図において、発電指令が発せられると
、それに基づいて目標出力２本が出力制御装置１に人力
される。この出力制御装置は開度調整器２に指令してガ
イドベーン３を起動ガイドベーン開度Ａ２まで開操作さ
せ、ランナ４に直結されている誘導発電機５を起動させ
る。

回転速度Ｎが上昇して可変速制御が可能な下限回転速度
Ｎｌに近付いたらガイドベーン３を無負荷開度Ａ１に調
整する。この時、速度制御回路７の制御時定数ＴＧは大
きな値ＴＧＩに設定されており、回転速度Ｎを急激に目
標回転速度Ｎ＊　（この場合は下限回転速度Ｎｌ）にす
るような制御はできなくなっている。

次に、回転速度Ｎが上昇し、可変速制御が可能な下限回
転速度Ｎｌに達した時刻１１で誘導発電機５を電力系統
に並列し、並列後、所定の時間が経過した時刻ｔ２で速
度制御回路７の制御時定数ＴＧを小さな値ＴＧ２に切替
える。

このように、時刻ｔ１で誘導発電機５を電力系統に並列
する際、目標回転速度Ｎ本は上限回転速度Ｎｌに設定さ
れているが、速度制御回路７の制御時定数ＴＧが大きな
値ＴＧＩになっているために、回転速度Ｎの上昇は急激
には抑制されず、回転速度Ｎは緩やかに上昇し、その後
、目標回転速度Ｎ＊になる。そのため誘導発電機５には
回転速度Ｎの上昇を急激に抑制するのに必要なトルク、
つまり第３図に示したような大きな出力ΔＰは発生しな
い。

また、速度制御回路７の制御時定数ＴＧの値は回転速度
Ｎが上限回転速度Ｎ２を越えないように調節されている
ため、過大な回転速度Ｎの上昇による制御不能に陥るよ
うなことはない。

一方、制御時定数ＴＧの値が大きな値ＴＧＩのままでは
定常運転に移行した際、回転速度Ｎの目標回転速度Ｎ本
への追従性が悪くなるため、並列後、一定時間を経過し
た時刻ｔ２にて、速度制御回路７の制御時定数ＴＧを小
さな値ＴＧ２に切替え、定常運転時における回転速度Ｎ
の追従性を良くしている。

このように本実施例においては、可変速水力発電装置を
始動して電力系統に並列する際に、多大な電力変動が発
生しないため、電力系統への悪影響が排除されている。

なお、前述の実施例では、主機の並入後、速度制御の制
御時定数を第１の値ＴＧＩよりも小さな第２の値ＴＧ２
に切替える条件として系統並入からの時間を用いたが、
本発明はこれに限定されるものではなく、個々の条件に
応じて別の条件を用いることもできる。

すなわち、本発明の主目的は、電力系統への並入の瞬間
、及びその直後に、種々の動揺（たとえば回転速度の変
動、発電機出力の変動）か発生している期間中、速度制
御装置の制御時定数を大きくすることで達成されるため
、主機を電力系統へ並入した後、並入時の動揺がおさま
ったことが確認されれば、直ちに速度制御装置の制御時
定数を゛第２の値に切替えてよい。

その際、動揺がおさまったことを確認する条件としては
、前述したように並入からの経過時間を用いるほか、並
入後、発電機出力を検出し、それが所定の値（第１図の
説明では省略したが、たとえ本発明を適用した場合でも
、系統並入時には、ごくわずかな発電機出力の動揺［第
３図中の出力変動ΔＰを小さくしたもの］が発生してい
る）の範囲内にあることを条件としてもよい。

また第１図に示すように回転速度は多少オーバーシュー
トするので、回転速度Ｎが再び並入した時に下限回転速
度になったものといて切替え条件としてもよい。尤も、
この場合には、回転速度がアンダーシュートすることも
あるので、実用的には、回転速度の変動率も同時に監視
することが必要で、回転速度Ｎの値が下限回転速度から
許容される範囲にあり、かつその時間変化率（ＩｄＮ／
ｄｅｌ）があらかじめ定められた範囲内にあることを切
替え条件としてもよい。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば可変速水力発電設備
を始動して電力系統に並列する際、瞬時に大きな出力が
発生することなくスムーズに出力を上昇させることがで
きるため、電力系統に多大な電力変動は発生させること
はなく、従って可変速水力発電設備をスムーズに始動さ
せることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法における発電機出力、ガイドベーン
開度、回転速度および制御利得の時間変化を示すグラフ
、第２図は可変速水力発電設備の制御方法を示すブロッ
ク図、第３図は従来方法の作動例を示すグラフである。 １・・・出力制御装置、２・・・開度調節器、３・・・
ガイドベーン、４・・・ランナ、５・・・誘導発電機ま
たは誘導発電電動機、６・・・速度検出器、７・・・速
度制御回路、８・・・速度制御装置。 ！ｂｌ　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ガイドベーンを備えた水車あるいはポンプ水車等の水力
   機械と、この水力機械に連結された可変速発電機あるい
   は可変速発電電動機と、この発電機あるいは発電電動機
   の速度を目標速度に制御する速度制御装置を備えた可変
   速水力発電設備において、前記発電機あるいは発電電動
   機が電気系統から解列され、前記水力機械が停止してい
   る状態からこれを始動・加速させ、前記発電機あるいは
   発電電動機を電気系統に並入させ、並入後あらかじめ定
   められた判定条件により並入時の動揺が収まったことが
   確認されるまでは、速度制御装置の時定数を第１の値に
   設定してその応答を遅くし、前記判定条件で並入時の動
   揺が収まったことが確認された後は、前記速度制御装置
   の時定数を第２の値に切替え、その応答を速くして定常
   運転に移行させることを特徴とする可変速水力発電設備
   の始動方法。