JPH0225033B2 - - Google Patents

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JPH0225033B2
JPH0225033B2 JP60237391A JP23739185A JPH0225033B2 JP H0225033 B2 JPH0225033 B2 JP H0225033B2 JP 60237391 A JP60237391 A JP 60237391A JP 23739185 A JP23739185 A JP 23739185A JP H0225033 B2 JPH0225033 B2 JP H0225033B2
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JP
Japan
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frequency
guide vane
variable speed
output
excitation
Prior art date
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JP60237391A
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JPS6299677A (ja
Inventor
Eiji Haraguchi
Hiroto Nakagawa
Goo Nohara
Masuo Goto
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Kansai Electric Power Co Inc
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Kansai Denryoku KK
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

Landscapes

  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Control Of Velocity Or Acceleration (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Control Of Water Turbines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、2次励磁付の誘導機により任意の回
転数で運転できる可変速揚水システムの運転制御
方式に係り、特に揚水でのガバナフリー運転に好
適な運転制御方式に関する。
〔発明の背景〕
従来の同期機を用いた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、系統より要求される発電力
の変化ならびに揚水時の揚程等の変化により、シ
ステムの効率が変化するという欠点があつた。
このため、発電力、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、昭和59年
電気学会全国大会論文No.553「大容量同期電動機の
可変速運転特性」で知られるように従来の同期機
である揚水発電機を2次励磁付の誘導機で運転す
る、いわゆる可変速システムとすることにより、
発電力、揚程にかかわらず、システムの最高率で
運転が可能であるとの観点より、これを実現する
ための研究が進められている。しかし、このよう
なシステムに関しては、前記のような論文がある
が、具体的な制御方式については、ふれられてい
ない。
〔発明の目的〕
本発明は、上記欠点を補い、揚水時の各種運転
状態で、高効率で運転する可変速揚水システムに
おいて、ガバナフリー運転時に安定に制御する運
転制御方式を提供することにある。
〔発明の概要〕
可変速揚水システムにおいて、任意のポンプ出
力をうる運転条件は、揚程、回転数及びポンプの
ガイドベーン開度との関連より定まる。このう
ち、可変速揚水システムの効率は回転数及びガイ
ドベーン開度で定まる。このため、揚程と回転数
が定まつたとき、最高効率となるようにガイドベ
ーン開度を制御することになる。一方、上記の回
転数は、ポンプ出力と電動機入力との差で定ま
る。このため、電動機入力を指令値にあわせるよ
うに2次励磁電圧の位相角を制御する必要があ
る。2次励磁付の誘導機を使用する可変速揚水シ
ステムでは、このように、2次励磁電圧の位相角
を制御すると共に、ガイドベーン開度を制御する
ことになる。
以上のことから、本発明では、具体的には、ガ
バナフリー運転時には、電力の指令値と実際の値
との差及び周波数の目標値と実際の値との差を電
力に変換した値を用いて、前記位相角を制御する
と共に、ガイドベーン開度を制御しようとするも
のである。
〔発明の実施例〕
第1図は、可変速電動機Mの概要を示すもので
あり、電動機の一次、二次側共、3相巻線からな
る。
同図で、1が固定子を、2が回転子を示す。5
a〜5cは固定子のa、b、c相巻線を、6a〜
6cは回転子のa、b、c相巻線を示す。更に、
定格周波数、すべりをSとすると、回転子の速
度は(1−S)であり、回転子の励磁巻線をす
べりSの周波数で励磁することにより、回転子の
回転磁界はすべり零(同期速度)で回転し、固定
子の回転磁界の速度と同一になる。ここで、回転
子の回転数を用いてすべり周波数を検出し、すべ
り周波数に応じた電圧で、2次巻線5a〜5cを
励磁することにより、任意の回転数で運転を行つ
ても、常に電機子巻線に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1図の例で
は、回転子の回転磁界は、 ・(1−S)+・S= …(1) となり、すべりにかかわらず、定格周波数の出力
が得られることになる。この方式において、揚水
のガバナフリー運転時に任意の回転数で安定に目
標値に制御できる方式を立案しようとするのが本
発明の主旨である。
第2図は、従来システムの具体例を示すもので
あり、可変速電動機Mが系統10に接続し、運転
している場合を示している。10は電力系統を、
1,2は第1図と同一の固定子及び回転子を示し
ている。揚程H及び出力指令P0が与えられると、
出力指令P0は遅延回路15を介して、位相角算
出部16へ与えられる。
一方、揚程H及び回転数Nよりあらかじめ与え
られている関数に従つて、ブロツク25で最適な
ガイドベーン12の開度が求められ、この出力が
サーボ系14に与えられ、時間遅れをもつてガイ
ドベーン12の開度となる。13はポンプであ
り、サーボ系14の遅れを持つたガイドベーン開
度及び回転数Nで特性が定まる。このポンプ特性
により、可変速機の回転子2は回転する。11は
速度発電機を示し、この出力により、速度Nが検
出される。19は電流変成器を、20は電圧変成
器を示し、有効電力導出部21で電流変成器19
及び電圧変成器20の出力をもとに、有効電力を
算出する。16は2次巻線の位相角算出部であ
り、有効電力導出部21の出力及び遅延回路15
の時間遅れを持つた出力指令P0により位相角が
算出される。17は、2次回路の励磁量を設定す
る設定部であり、18は励磁量の電圧値を制御す
る電圧調整部を示す。23a,23b,23cは
2次巻線励磁量設定部17で設定した励磁量を
a、b、c相に与えるために移相する移相部であ
る。6a,6b,6cは移相部23a〜23cで
移相した励磁量でa、b、c相を励磁する励磁巻
線である。このように、電力制御指令値P0と実
際の出力との差により、2次巻線の位相角を算出
して制御を行う。一方、揚程及び回転数より最適
値となるようにガイドベーン12の開度を制御す
る。
従来のシステムでは、この図より明らかなよう
に、系統周波数の変動に対して応動する、いわゆ
るガバナフリーの機能を有していなかつた。この
ため、系統の発電力と負荷のアンバランスによ
り、系統周波数が大幅に変化していた。これに対
し、本システムでは、第3図に示すように、周波
数の目標値と実際の周波数の差をもとに、電力の
制御量を算出し、この値を電力指令値に加算し、
系統周波数を目標値に制御する。
このようにすることにより、電力のアンバラン
ス分を可変速機で吸収又は補償できるため、系統
周波数の低下又は上昇を防止でき、安定な電力の
供給を確保できる。
第3図は、基準周波数0と実際の周波数L差を
検出し、この値をもとに電力の制御指令値P0
制御する場合の一例を示したものである。
ブロツク40は周波数検出部の伝達関数を示す
ものであり、実際の周波数Lはブロツク40の伝
達関数を介して得られ、この出力と基準周波数0
の差が演算部41で求められる。この出力に演算
部42で係数が乗ぜられる。この演算部42の出
力をリミツタ43を介して制御指令値45と演算
部44で加算する。このようにして得た演算部4
4の出力を第2図の出力指令値P0として使用し、
第2図と第3図から明らかなように、電動機2の
交流励磁量を調整することで、初期の目的を達成
する。
ところで、一般に、ポンプ13としては、フラ
ンシスポンプが使用され、この場合ポンプ出力と
効率との関係は、第4図のように示される。同図
は、横軸にポンプ出力、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。P1
P2はポンプ出力を、η1,η2は効率を、N1,N2
回転数を、Y1,Y2はガイドベーン開度を示す。
出力P1では、回転数N1、ガイドベーン開度Y1
で、出力P2では回転数N2、ガイドベーン開度Y2
で、それぞれの出力における最高効率η1,η2とな
ることを示している。このように、出力によつ
て、効率が最高となる回転数は異なつており、ガ
バナフリー運転時においても、これらの最高効率
の点で運転しようとすることが本発明の主旨であ
る。
第5図は、回転数N及び揚程Hより最高効率と
なるガイドベーン開度を求める場合の一例とし
て、各運転点において、システムの効率が最高と
なる点を、横軸に回転数N、縦軸にガイドベーン
開度Yをとり、揚程をパラメータとして示してあ
る。この図は揚程H1>揚程H2の場合である。こ
の図で、揚程H1で運転中に回転数がN1からN2
変化した場合には、ガイドベーン開度はY1から
Y2に制御する必要のあることを示している。
一方、電動機回転数の定格よりのずれは、励磁
回路の情報として、すべり周波数を用いることに
より、前述のように、定格周波数の出力が得られ
ることになる。
次に2次励磁の具体例について説明する。第2
図に示すように、3相の2次励磁巻線は、次のよ
うにあらわされる。
すなわち、指令P0により、a、b、c相の励
磁量をうるための関数のうち、位相角Δδを制御
する。2次励磁回路のa、b、c相電圧をVa,
Vb,Vcとすると、 Va=Esin(2π・s+δ0+Δδ) Vb=Esin(2π・s+δ0+Δδ−120゜) Vc=Esin(2π・s+δ0+Δδ−240゜)…(2) と与えられる。ここで、E:すべり及び可変速機
の運転状態で定まる電圧値、δ0:可変速機の運転
状態で定まる位相角、Δδ:制御指令部の出力で
制御される位相角とする。
上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、電圧Eで、有効電力の制御指
令に対しては、位相角Δδで制御すればよい。
本発明は、上記システムにおいて、揚水のガバ
ナフリー運転時に安定に制御することを目的とす
る。このため、上記の構成において、励磁回路の
位相角(Δδ)を制御して、回転数及び電力を目
標値にあわせると共に最適効率となるようにガイ
ドベーン開度を制御することが必要となる。この
ために、位相角を制御するための情報として、有
効電力を用いる。すなわち、位相角Δδは、 Δδ==K1(P−P0)dt+K1P(P−P0)…(3) とする。ここで、P0:系統周波数の基準周波数
よりの偏差を考慮した有効電力の目票値、P:有
効電力の実際の値、K1、K1P:定数とする。
一方、ポンプ入力はガイドベーン開度を調整す
ることにより制御する。すなわち、第2図に示す
ように、揚程及び回転数の実際の値をもとに、あ
らかじめ与えてある最適ガイドベーン開度となる
ように、ガイドベーン開度を制御する。
第6図〜第8図は、本発明の効果を説明するた
めの図であり、第6図のM1は揚水運転する可変
速機を、G2〜G4は同期機を、Tr1〜Tr4は変圧器
を、l1,l2は送電機を、L1,L2は負荷を示す。こ
の図で遮断器SWの投入により、負荷を増加させ
た場合の結果を第7図、第8図に示す。これらの
図は横軸に時間、縦軸には曲線、aは可変速機の
すべり周波数、曲線bは可変速機以外の同期機の
基準周波数からの偏差で示してある。
第7図は揚水運転する可変速機にガバナフリー
機能を設けない場合の場合の結果であり、可変速
機のすべり周波数を示す曲線aは一定の値とな
り、これに対し、可変速機以外の周波数の基準値
からの偏差は、負荷増加のため、減少の一途を仙
つている。
第8図は、本発明の方式を採用した場合の結果
であり、負荷の増加分を可変速機で補うため、可
変速機のすべり周波数曲線は低下する。この効果
のため、可変速機以外の同期機の周波数はわずか
に低下するが一定値におちついており、顕著に本
発明の効果があらわれている。
〔発明の効果〕
本発明によれば、系統周波数と目標周波数をも
とに、周波数偏差を算出し、この値を電力制御量
変換して、電力制御量を周波数偏差に応じて制御
するガバナフリー機能を備えることにより、揚水
時のガバナフリー運転において、負荷の増大又は
減少に対し、系統周波数を一定に維持できるた
め、安定度上の効果は極めて大きい。
更に、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、経済的効果
は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は可変速電動係の概要を示す図、第2図
は可変速揚水システムの制御概要図、第3図は本
発明の一実施例を示す図、第4図は可変速機の出
力と効率の関係例を示す図、第5図は最適ガイド
ベーン開度を求める場合の一例を示す図、第6図
は本発明の効果を求めたモデル系統、第7図は本
発明を採用しない場合の結果、第8図は本発明の
効果を示す図。 1……固定子、2……回転子、5a〜5c……
固定子のa、b、c相巻線、6a〜6b……回転
子のa、b、c相巻線、10……系統、11……
速度発電機、12……ガイドベーン、13……ポ
ンプ特性部、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……
有効電力導出部、22a,22b,22c……2
仕励機のa、b、c相巻線、P0……出力指令値、
N……速度、23a,23b,23c……移相
部、25……最適ガイドベーン開度算出部、40
……周波数検出部伝達関数、41,42,44…
…演算部、43……リミツタ、45……制御指令
値。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 一次巻線が電力系統に接続され二次巻線が交
    流励磁される電動機、該電動機軸に結合されたポ
    ンプ、該ポンプ出口のガイドベーンとから構成さ
    れる可変速揚水システムにおいて、系統周波数の
    変動分に応じて電力制御指令値を設定し、これに
    応じて前記電動機二次巻線の交流励磁あるいはポ
    ンプ出口のガイドベーン開度を制御することを特
    徴とする可変速揚水システムの運転制御方式。
JP60237391A 1985-10-25 1985-10-25 可変速揚水システムの運転制御方式 Granted JPS6299677A (ja)

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JP2625736B2 (ja) * 1987-07-03 1997-07-02 富士電機株式会社 電力系統の監視・制御・保護装置
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