JPH02250699A - 可変速発電システムの運転方法およびその装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、可変速発電システムの運転方法およびその装
置に係り、特に、原動機に連結された巻線型誘導発電機
の二次側の電流を制御して誘導発電機の発電電力を調整
するに好適な可変速発電システムの運転方法およびその
装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の発電システムにおいては、電気工学ハンドブック
昭和５３年４月発行１１０８〜１１０９頁に記載されて
いるように、ガバナにより原動機の出力を制御する方法
が採用されている。すなわち負荷が一定の場合、水車は
規定回転速度で運転されるが、負荷が変化すると水車出
力との平衡が破れて回転速度が変化するので、この変化
に応じてガバナを作動して水車の流量を制御し、同期発
電機の発電量を制御することがおこなわれている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、ガバナを用いて電力を制御する構成では
、制御機構の複雑なガバナが必要であると共にガバナの
保守点検に多くの時間を要し、さらにカバナによる電力
制御では効率よく電力を制御することが困難である。

なお、発電機を効率よく運転する方法として、特開昭６
２−１１８０６８号公報に記載されているように、発電
機の回転速度と発電電力とを基に発電機のトルクを制御
する方法を用いることも可能であるが、水車に連結され
た巻線型誘導発電機の二次側の電流を制御して発電機の
発電電力を効率よく制御するシステムには、前記制御方
法をそのまま適用することはできない。

本発明の目的は、誘導発電機の二次側の電流を制御して
誘発電機の発電電力を常に最大電力に維持することがで
きる可変速発電システムの運転方法およびその装置を提
供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するために、本発明は、第１の運転方法
として、原動機に連結された誘導発電機の回転速度と発
電電力を逐次検出し、各検出値から回転速度と発電電力
の時間的変化を監視してその変化分を算出し、回転速度
と発電電力の変化分の増減傾向が共に一致するときには
高速速度指令を生成し、回転速度と発電電力の変化分の
増減傾向が互いに異なるときには低速速度指令を生成し
。

前記いずれか一方の速度指令と検出した回転速度との偏
差を零に抑制するための二次電流指令を生成し、この二
次電流指令に基づいて前記発電機の二次側の電流を制御
する可変速発電システムの運転方法を採用したものであ
る。

第１の運転方法を含む第２の運転方法として、誘導発電
機の回転速度の変動を検出し、この検出値に応じて回転
速度の変動分を抑制するための補正値を生成し、この補
正値を高速速度指令と低速速度指令に加算する可変速発
電システムの運転方法を採用したものである。

第２の運転方法を含む第３の運転方法として、回転速度
の変動は、回転速度の検出値のうち回転速度の変化分の
算出周期よりも短かい周期の検出値から生成してなる可
変速発電システムの運転方法を採用したものである。

第１の運転装置として、原動機に連結された誘導発電機
の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記誘導発
電機の発電電力を検出する発電電力検出手段と、前記両
検出手段の各検出出力の時間的変化を監視してその変化
分をそれぞれ算出する状態変化算出手段と、状態変化算
出手段の算出値を基に、回転速度と発電電力の変化分の
増減傾向が共に一致するときには高速速度指令を生成し
、回転速度と発電電力の変化分の増減傾向が互いに異な
るときには低速速度指令を生成する速度指令生成手段と
、速度指令生成手段の出力指令と回転速度検出手段の検
出出力との偏差を零に抑制するための二次電流指令を生
成する二次電流指令生成手段と、二次電流指令に基づい
て前記発電機の二次側の電流を制御する二次電流制御手
段とを有する可変速発電システムの運転装置を構成した
ものである。

第１の運転装置を含む第２の運転装置として、誘導発電
機の回転速度の変動を検出する速度変動検出手段と、速
度変動検出手段の検出出力に応じて回転速度の変動分を
抑制するための補正値を生成する補正値生成手段と、速
度指令生成手段の生成による速度指令に補正値生成手段
出力の補正値を加算する加算手段とを有する可変速発電
システムの運転装置を構成したものである。

第２の運転装置を含む第３の運転装置として、回転速度
の変動は、回転速度検出手段の検出値のうち状態変化算
出手段の算出周期よりも短かい周期の検出値から生成し
てなる可変速発電システムの運転装置を構成したもので
ある。

〔作用〕

誘導発電機の回転速度と発電電力を逐次検出し、その検
出値からその変化分を算出する。そして回転速度と発電
電力の変化分の増減傾向が共に一致するとき、すなわち
回転速度と発電電力が共に増加傾向にあるときあるいは
回転速度と発電電力が減少傾向にあるときには誘導発電
機の回転速度を高める運転を行なう。逆に、回転速度と
発電電力の変化分の増減傾向が互いに異なるとき、すな
わち回転速度が増加傾向にあり、発電電力が減少傾向に
あるときあるいは回転速度が減少傾向にあり、発電電力
が増加傾向にあるときには、誘導発電機の回転速度を低
速度で運転する。これにより、誘導発電機の最大電力に
対応した回転速度を中心に、誘導発電機の回転速度が高
速側の領域と低速側の領域を交互に移り、発電機の発電
電力が最大電力に維持される。また、この回転速度が制
御されるに際して１発電機の回転速度が変動した場合に
は、この変動分が各速度指令に加算されるので、回転速
度の変動が抑制される。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において、巻線型誘導発電機１は原動機として水
車３に連結されており、−次側が三相の送電系に接続さ
れ、二次側が順変換器４に接続されている。順変換器４
はダイオードなどの整流素子を有し、発電機１の二次側
の交流電力を直流電力に交換するように構成されており
、順変換＠４の出力側が逆流素子用ダイオード６、平滑
用コンデンサ７を介して逆変換器８に接続されている。

また順変換器４の出力側には二次チョッパ回路を構成す
るトランジスタ５が設けられており、トランジスタ５の
オン・オフにより順変換器４の出方電流が制御されると
共に発電機１の二次側の電流が制御されるようになって
いる。

逆変換器８はトランジスタ、ダイオードなどの素子を有
し、Ｔ　Ｗ　Ｍ　！ＩＪ御回路１５からの出力信号によ
ってトランジスタがオン・オフすることにより直流電力
を交流電力に変換し、変換した交流電力を変圧器９を介
して送電系へ出方するようになっている。すなわち、平
滑用コンデンサ７の充電電圧が逆交換に必要な所定値を
越えたときには、コンデンサ７に蓄積された余剰電力を
変圧器９を介して発電機１の一次側に回生ずるように構
成されている。

誘導発電機１は、誘導発電機を用いることができる。す
なわち、二次励磁された誘導電動機を水車３により同期
速度以上（滑りＳが負の範囲）で運転すれば、誘導電動
機を誘導発電機として用いることができる。この発電機
１は回転速度と二次側の電流とを基に発電電力が制御さ
れるようになっており、発電機１の回転速度が速度検出
器（回転速度検出手段）２によって検出され、発電機１
の二次側の電流が電流検出器（電流検出手段）１２によ
って検出されるようになっている。そして速度掟屈器（
回転速度検出手段）２の出方信号ｎが速度調節器１１と
発電電力検出器１６に入力され、電流検出器１２の出力
信号１２が電流調節器１３に入力されている。速度調節
器１１には速度検出器２からの速度信号ｎとトラッキン
グ制御回路１７からの速度指令信号Ｎとが入力されてお
り。

速度調節器１１はこれらの信号の偏差を零に抑制するた
めの二次電流指令信号■２を電流調節器１３および発電
電力検出器１６へ出力するようになっている。電流調節
器１３は電流検出器１２に出力の検出信号１２と二次電
流指令信号工２とを受け、両信号の偏差を零に抑制する
ためのスイッチング信号をパルス増幅器１４へ出力する
ようになっている。パルス増幅器１４はスイッチング信
号を基にトランジスタ５のスイッチング制御をおこなう
ように構成されている。すなわち、電流調節器１３、パ
ルス増幅器１４．トランジスタ５は二次電流指令信号工
２に基づいて発電機１の二次側の電流を制御する二次電
流制御手段として構成されている。また、速度調節器１
１は速度信号ｎと速度指令信号Ｎとから二次電流指令信
号Ｉ２を生成する二次電流指令生成手段として構成され
ている。

発電機１は水車３の流量あるいは落差が一定のときには
回転速度によってその発電量が変化するようになってい
る。このため、発電機１の回転速度ｎの変化をトラッキ
ング制御回路１７で監視すると共に、発電電力検出器１
６により発電電力を検出し、その検出値をトラッキング
制御回路１７によって監視するようになっている。さら
に発電機１の発電電力Ｐは回転速度とトルクとの積によ
って求められるため、本実施例においては、回転速度ｎ
と発電機１のトルクに対応した二次電流指令信号工２と
を乗算して発電電力Ｐを算出するようになっている。そ
してこの発電電力Ｐの算出値がトラッキング制御回路１
７へ供給されるようになっている。すなわち発電電力検
出器１６は発電電力検出手段として構成されている。

トラッキング制御回路１７は、第２図に示されるように
、差分回路２１，２２．ＥＸ−ＯＲ回路２３、インバー
タ２４．レベル変換器２５．積分回路２６から構成され
ており、差分回路２１に発電電力検出器１６の出力Ｐが
入力され、差分回路２２に速度検出器２の出力信号ｎが
入力され、積分回路２６の出力信号Ｎが速度調節器１１
に入力されるようになっている。

差分回路２１はクロックパルスに同期して現時点の発電
電力Ｐと前回（クロックパルスの１パルス前）の発電電
力との差分を発電電力Ｐの時間的変化の変化分として算
出し、発電電力Ｐが増加傾向にあるときはＩＩ　１　′
１の信号を出力し、発電電力Ｐが減少傾向にあるときに
はｅｇｏ”の信号を出力するようになっている。一方、
差分回路２２はクロックパルスに同期して現時点の回転
速度ｎと前回（クロックパルスの１パルス前）の回転速
度ｎとの差分を回転速度の時間的変化分として算出し、
回転速度ｎの変化分が増加傾向にあるときにはＬＬ　Ｉ
　ＩＩの信号を出力し、回転速度ｎの変化分が減少傾向
にあるときには“Ｏｎの信号を出力するよ・うになって
いる。すなわち、差分回路２１．２２は状態変化算出手
段として構成されている。

ＥＸ−ＯＲ回路２３は２人力信号のレベルが相異なると
きのみパ１′″の信号を出力し、それ以外のときには“
Ｏ”の信号を出力するようになっている。そしてＥＸ−
ＯＲ回路２３の出力信号はインバータ２４を介して反転
され、反転された信号がレベル変換器２５に入力される
ようになっている。レベル変換器２５は入力信号がｔｒ
　１　ｎのときには正のパルス信号を出力し、入力信号
がＩｔ　ＯＩＩのときには負のパルス信号を出力するよ
うになっている。積分回路２６はレベル変換器２５から
の出力信号を積分し、レベル変換器２５から正のパルス
信号が出力されたときには高速速度指令としての速度指
令信号Ｎを出力し、負のパルス信号が出力されたときに
は低速度速度指令としての速度指令信号Ｎを出力するよ
うになっている。すなわち、ＥＸ−ＯＲ回路２３、イン
バータ２４、レベル変換器２５．積分回路２６は、回転
速度と発電電力の変化分の増減傾向が共に一致するとき
、差分回路２１．２２の出力信号が共に“１”またはｔ
ｔ　Ｏｔｍのときに高速速度指令を生成し、回転速度と
発電電力の変化分の増減傾向が互いに異なるとき、差分
回路２１．２２の出力信号が“１”、“０′″または＃
　Ｏｊｌ　　　１１１７１のときに低速速度指令を生成
する速度指令生成手段として構成されている。

以上の構成において、第３図に示されるように、発電機
１の回転速度ｎがｎユからｎ２に変化すると、発電電力
Ｐおよび回転速度ｎが共に増加傾向にあるため、ＥＸ−
ＯＲ回路２３の出力信号が“Ｏ”となり、この信号がイ
ンバータ２４を介してレベル変換器２５に入力される。

これにより積分回路２６からは高速速度指令としての速
度指令信号Ｎが出力され、発電機１の回転速度ｎが上昇
する。

このような状態は、回転速度ｎがｎｌからｎ４まで同様
な制御によって継続される。

一方、回転速度ｎが回転速度ｎ、になると、回転速度ｎ
は増加傾向にあるが１発電電力Ｐは減少傾向にあるため
、差分回路２１の出力が“１″から１′０”に反転し、
ＥＸ−ＯＲ回路２３の出力が“０″から“１″に反転し
、積分回路２６からは低速度指令に対応した速度指令信
号Ｎが出力され、発電機１の回転速度ｎが低下する。

次に、回転速度ｎがｎ５からｎ４に下降すると、発電電
力Ｐは増加傾向にあるが、回転速度ｎが減少傾向にある
ため、差分回路２１の出力がＩｔ　ＯＩＩから“１”に
反転し、差分回路２２の出力が１１１”から“０”に反
転し、ＥＸ−ＯＲ回路２３の出力が１″′に維持され、
積分回路２６からは低速速度指令に対応した速度指令信
号Ｎが継続して出力され１発電機１の回転速度が徐々に
下降する。そして回転速度ｎがｎ４からｎ、に下降する
と１発電電力Ｐは増加傾向から減少傾向に移行するが、
回転速度ｎは減少傾向にあるため、差分回路２１の出力
が１′″から“０″に反転し、差分回路２２の出力が“
０”に維持され、ＥＸ−ＯＲ回路２３の出力が“１″′
から“０”に反転し、積分回路２６からは高速速度指令
に対応した速度指令信号Ｎが出力され、発電機１の回転
速度が再び上昇する。

すなわち、発電機１の回転速度ｎは最大発電電力Ｐに対
応した回転速度ｎ４を中心にして高回転領域と低回転領
域とに交互に変わるため、発電機１の発電電力を最大電
力に維持することができる。

このように、本実施例においては１発電機１の発電電力
が常に最大となるように運転することができるため、ガ
バナを用いなくても発電システムの高効率運転が可能と
なる。

次に、本発明の他の実施例を第４図に基づいて説明する
。

本実施例においては、トラッキング制御回路１７に加算
回路２７と補償回路２８を設けたものであり、他の構成
は前記実施例と同様であるので、同一のものには同一の
符号を付してそれらの説明は省略する。

補償回路２８は比例要素と積分要素とを有し。

回転速度ｎに比例した信号を生成すると共に、この信号
を微分した信号を生成し、この信号から発電機１の回転
速度の変動を検出するようになっている。さらに、この
検出値に応じ、回転速度ｎの変動分を抑制するための補
正値を生成するようになっている。すなわち、補償回路
２８は速度変動検出手段と補正値生成手段として構成さ
れている。

そして、この回転速度の変動を検出するに際しては、回
転速度ｎの検出値のうち、差分回路２１゜２２の算出周
期よりも短かい周期の検出値から生成するようになって
いる。すなわち回転速度ｎの短周期における変動を検出
するようになっている。

そして補償回路２８の出力信号は加算回路２７に入力さ
れるようになっている。加算回路２７は積分回路２６の
出力信号と補償回路２８からの信号を加算し、加算した
信号を速度指令信号Ｎとして速度調整器１１へ出力する
ようになっている。すなわち加算回路２７は加算手段と
して構成されている。そして加算回路２７において、補
償回路２８からの信号が加算されると、速度信号ｎが高
い方に変動したときは補償回路２８からの信号が減算さ
れ、速度信号ｎが低い方に変動した場合には補償回路２
８からの信号が加算され、速度信号ｎの変動が速度指令
信号Ｎに生じるのを抑制するようになっている。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、誘導発電機の発
電電力を常に最大に維持することができるため、発電シ
ステムの効率の向上に寄与することができると共に、ガ
バナを用いる必要がないため、コストの低減に寄与する
ことができる。また回転速度の変動の影響を受けること
なく誘導発電機の発電電力を常に最大電力に維持するこ
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を示す構成図、第２図はトラ
ッキング制御回路の具体的構成図、第３図は本発明の詳
細な説明するための回転速度と発電電力との関係を示す
線図、第４図はトラッキング制御回路の他の実施例を示
す構成図である。 １・・・巻線型誘導発電機、２・・・速度検出器、３・
・・水車、４・・・順変換器、５・・・トランジスタ、
８・・・逆変換器、９・・・変圧器、１１・・・速度調
節器、１３・・・電流調節器、１４・・・パルス増幅器
、１６・・・発電電力検出器、 １７・・・トラッキング制御回路、 ２１．２２・・・差分回路、２３・・・ＥＸ−ＯＲ回路
、２４・・・インバータ、２５・・・レベル変換器。 ２６・・・積分回路、２７・・・加算回路、２８・・・
補償回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、原動機に連結された誘導発電機の回転速度と発電電
   力を逐次検出し、各検出値から回転速度と発電電力の時
   間的変化を監視してその変化分を算出し、回転速度と発
   電電力の変化分の増減傾向が共に一致するときには高速
   速度指令を生成し、回転速度と発電電力の変化分の増減
   傾向が互いに異なるときには低速速度指令を生成し、前
   記いずれか一方の速度指令と検出した回転速度との偏差
   を零に抑制するための二次電流指令を生成し、この二次
   電流指令に基づいて前記発電機の二次側の電流を制御す
   る可変速発電システムの運転方法。 ２、誘導発電機の回転速度の変動を検出し、この検出値
   に応じて回転速度の変動分を抑制するための補正値を生
   成し、この補正値を高速速度指令と低速速度指令に加算
   する請求項１記載の可変速発電システムの運転方法。 ３、回転速度の変動は、回転速度の検出値のうち回転速
   度の変化分の算出周期よりも短かい周期の検出値から生
   成してなる請求項２記載の可変速発電システムの運転方
   法。 ４、原動機に連結された誘導発電機の回転速度を検出す
   る回転速度検出手段と、前記誘導発電機の発電電力を検
   出する発電電力検出手段と、前記両検出手段の各検出出
   力の時間的変化を監視してその変化分をそれぞれ算出す
   る状態変化算出手段と、状態変化算出手段の算出値を基
   に、回転速度と発電電力の変化分の増減傾向が共に一致
   するときには高速速度指令を生成し、回転速度と発電電
   力の変化分の増減傾向が互いに異なるときには低速速度
   指令を生成する速度指令生成手段と、速度指令生成手段
   の出力指令と回転速度検出手段の検出出力との偏差を零
   に抑制するための二次電流指令を生成する二次電流指令
   生成手段と、二次電流指令に基づいて前記発電機の二次
   側の電流を制御する二次電流制御手段とを有する可変速
   発電システムの運転装置。 ５、誘導発電機の回転速度の変動を検出する速度変動検
   出手段と、速度変動検出手段の検出出力に応じて回転速
   度の変動分を抑制するための補正値を生成する補正値生
   成手段と、速度指令生成手段の生成による速度指令に補
   正値生成手段出力の補正値を加算する加算手段とを有す
   る請求項第４項記載の可変速発電システムの運転装置。 ６、回転速度の変動は、回転速度検出手段の検出値のう
   ち状態変化算出手段の算出周期よりも短かい周期の検出
   値から生成してなる請求項５記載の可変速発電システム
   の運転装置。