JPH04193100A - 可変速揚水発電システムの電圧制御装置 - Google Patents

可変速揚水発電システムの電圧制御装置

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JPH04193100A
JPH04193100A JP2322033A JP32203390A JPH04193100A JP H04193100 A JPH04193100 A JP H04193100A JP 2322033 A JP2322033 A JP 2322033A JP 32203390 A JP32203390 A JP 32203390A JP H04193100 A JPH04193100 A JP H04193100A
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佐々 千景
Mitsuyuki Abe
阿部 充幸
Hirokazu Kaneko
金子 寛和
Masaru Hirano
勝 平野
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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) 本発明は巻線形同期発電電動機の2次側を周波数変換器
により可変周波数の交流で励磁する可変速揚水発電シス
テムにおいて、特に試送電運転を行なう際に巻線形同期
発電電動機の1次電圧の大きさに応じて制御ゲインを変
え、電圧制御系全体のゲインが低下しないように周波数
変換器の出力電圧を制御するようにした可変速揚水発電
システムの電圧制御装置に関する。
(従来の技術) 火力発電所や水力発電所は、電力需要の変化に応じた発
電量の制御が容易なことから、系統の周波数を一定に制
御する周波数調整のための発電所′として脚光を浴びて
いる。
しかるに、最近原子力発電所の増加により電力需要の少
ない夜間に停止する火力発電所や水力発電圧か増加する
傾向にあるため、夜間の周波数調整容量か不足してきて
いる。従って、夜間の周波数調整容量を増加させる方法
として、夜間の余剰電力を用いて揚水を行なう揚水発電
所を可変速化し、電力需要の変化に応して発電電動機の
回転速度を制御して揚水電力を調整する可変速揚水発電
システムか検討されている。
ところで、揚水発電所においては、万−予想されない何
らかの原因で広範囲停電事故に至った場合に、系統復旧
のために起動させようとする火力または原子力発電所の
所内電力を供給する所謂試送電運転か行なわれることか
ある。この試送電運転は、揚水発電所の発電電動機を発
電モードで運転して火力または原子力発電所までの線路
を充電し、その後火力または原子力発電所の所内負荷に
電力を供給し、発電機か系統に並列されるまで続けられ
る。この場合、揚水発電所の送電端電圧は、線路充電時
は勿論のこと、所内負荷か順次投入される過程において
も一定に維持することが必要である。
しかし、従来の揚水発電所の発電電動機としては、直流
でのみ励磁され、且つ一定速度でしか運転できない同期
発電電動機(以下従来機という)か用いられているため
、発電機の端子電圧は励磁電流により誘起される電圧と
系統に接続される負荷の状況により決定される。従って
、系統に他の電源が接続されている状態では系統電圧の
位相は安定しているか、試送電運転の場合には例えば系
統に負荷が投入されたり、開放されたりするとその過渡
現象として系統電圧の大きさや位相か変化するため、系
統の安定化に問題かある。
(発明か解決しようとする課題) このように従来機により試送電運転を行なうと、系統の
負荷等の変化により系統電圧の位相か過渡的に変化し、
電圧変動が大きくなり、しかも回復特性か悪くなるとい
う問題かある。
本発明は巻線形同期発電電動機を備えた可変速揚水発電
システムにおいて、巻線形同期発電電動機の1次電圧に
応して制御ゲインを変え、電圧制御系全体のゲインか低
下しないようにすることにより、負荷変動等か生しても
系統電圧や位相を安定に制御することかできる良好な電
圧制御特性を持つ可変速揚水発電システムの電圧制御装
置を提供することを目的とする。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は上記の目的を達成するため、1次側か交流系統
に接続され、2次側が周波数変換器を介して前記交流系
統に接続され、且つ原動機により駆動される巻線形同期
発電電動機からなる可変速揚水発電システムにおいて、
前記巻線形同期発電電動機の1次電圧を検出し、電圧信
号を出力する電圧検出手段と、この電圧検出手段より入
力される電圧信号の大きさに応して電圧制御系の制御ゲ
インを変化するゲイン調節手段と、前記電圧検出手段に
より検出された電圧信号と前記巻線形同期発電電動機の
1次電圧の基準信号とを比較し、その偏差と前記ゲイン
調節手段より入力される制御ゲインにより偏差が収束す
るような位相制御信号を出力する電圧制御手段と、この
電圧制御手段より入力されるtn LSI ff;!I
御信号に応して前記周波数変換器の出力電圧を電圧制御
系全体のゲインが低下しないように制御する位相制御手
段とを備えた構成とするものである。
(作用) このような構成の可変速揚水発電システムの電圧制御装
置にあっては、電圧検出手段により検出された電圧信号
とその基準止なる電圧基準信号との偏差か収束するよう
な位相制御信号により周波数変換器の出力電圧を制御す
る電圧制御系の制御ゲインを電圧信号の大きさに応じて
変化させることで、周波数変換器の変換ゲインの変化に
よる制御特性の低下が補償されるので、良好な制御特性
を持つ電圧制御を行なうことができると共に、負荷変動
か生じても系統電圧や位相の安定化を図ることか可能と
なる。
(実施例) 以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図は本発明による可変速揚水発電システムの電圧制
御装置の第1の実施例を示す回路構成図である。第1図
において、1は可変速揚水発電システムを構成する巻線
形同期発電電動機で、図示しない水車等の原動機で駆動
される。この巻線形同期発電電動機1の1次巻線はイン
ダクタンスとキャパシタンスの分布定数で近似できる系
統2に接続され、また巻線形同期発電電動機1の2次巻
線は系統2に接続された周波数変換器3により励磁され
る。これらは主回路を構成しており、単結線にて示す。
一方、4は巻線形同期発電電動機1の1次側に計器用変
圧器PTを介して接続された電圧検出器で、この電圧検
出器4は巻線形同期発電電動機1の1次電圧を検出し、
電圧信号を比較器6に入力すると共に、ゲイン調節器7
に入力する。比較器6は電圧検出器4より入力される電
圧信号と第1の電圧基準発生器5より入力される1次電
圧の基準となる電圧基$信号とを比較し、その偏差ev
を電圧制御器9に入力する。ゲイン調節器7は第2の電
圧基準信号と電圧検出器4て検出された電圧信号の偏差
に応して電圧制御器9の制御ゲインを変化させる。電圧
制御器9はゲイン調節器7からのゲインと比較器6から
の電圧の偏差evを人力し、この偏差に制御ケインを乗
算した位相制御信号を位相制御器10に与える。この位
相制御器10は位相制御信号に応して周波数変換器3の
出力電圧の振幅と位相を制御する。
次に二のような構成の電圧制御装置の作用を迎べる。
いま、電圧検出器4により巻線形同期発電電動機1の1
次電圧が検出され、その電圧信号が比較器6に入力され
ると、この比較器6ては第1の電圧基準発生器5より入
力される電圧基準信号と比較してその偏差evか電圧制
御器9に入力される。
また、電圧検出器4により検出された電圧信号はゲイン
調節器7に入力されると、このゲイン調節器7は電圧信
号と第2の電圧基準発生器8より人力される第2の電圧
基準信号との偏差に応じて電圧制御器9の制御ゲインを
変化させる。即ち、電圧信号が第2の電圧基準信号より
も低下すれば、周波数変換器の変換ケイン(周波数変換
器を動作させる位相制御器の人力信号と周波数変換器の
出力電圧の比)が小さくなるので、制御ゲインを上げ、
その反対の場合には制御ゲインを下げる。この場合、第
1の基準電圧発生器5と第2の電圧基準発生器8で設定
される電圧基準の値は必ずしも同してはない。
電圧制御器9にゲイン調節器7からの制御ゲインと、比
較器6からの電圧の偏差が入力されると、この電圧制御
器9では偏差に制御ゲインを乗算した位相制御信号を位
相制御器10に与える。
ここで、電圧制御器9として一般的な比例積分器を考え
ると、その制御ゲインとして比例ゲインに、と積分ゲイ
ンに1かある。電圧の偏差evと制御ゲインに、、に、
から演算される位相制御信号yは y−(Kp +に、/5)xev である。ここで、Sはラプラス演算子である。このに、
とに1がゲイン調節器7から入力される。
そして、これらは電圧信号か大きくなればなる程大きく
なり、小さくなればなる程小さくなる。
位相制御器10ては位相制御信号に応じて周波数変換器
3の出力電圧の振幅と位相を制御する。
もし、マイナーループに周波数変換器の出力電流を制御
する電流制御系を持つ場合には、周波数変換器3の電流
を図示しない電流検出器により検出し、その電流信号と
電圧制御器9から人力される位相制御信号を電流基準と
して制御する図示しない電流制御器を設け、その出力信
号を基準に位相制御器で周波数変換器3を制御するよう
にすればよい。
第2図および第3図は各々制御ゲインが固定の場合と本
発明の第1の実施例により制御ゲインを可変にした場合
て、系統に負荷が投入されたときの電圧低下およびその
電圧回復のシミュレーションの結果を示すものである。
各図は電圧基準信号と実効値の電圧信号の波形を示す。
第2図および第3図において、T1は系統に誘導性負荷
を投入した時点であり、電圧は単位法で示す。また、負
荷投入前の電圧、負荷投入後の最低電圧、負荷投人から
300m5ec後の電圧を各々V 1611.V m、
n +■、。11 とする。
制御ケインを固定した場合には、第2図に示すようにT
1時点て負荷か投入されると、負荷投入前の電圧の70
%の電圧まで低下し、300 m5ec経過後において
約8596の電圧にまで回復している。
これに対して、第1の実施例のように制御ケインを可変
にする場合には、第3図に示すように14時点で負荷か
投入され、電圧か低下すると制御ケインを上げるように
ゲインか調整されるので、負荷投入時点の電圧は負荷投
入前の電圧の78%にまで低下L 、 300mr、e
c経過後においては約95%の電圧にまで回復している
このように制御ゲインを巻線形同期発電電動機1の1次
電圧の大きさに応、して変化させることにより、1次電
圧の過渡変化量を小さくすることができる。
第4図は本発明の第2の実施例を示す回路図で、第1図
と同一部分には同一記号を付してその説明を省略する。
第2の実施例においては、第4図に示すようにゲイン調
節器7に比較器6からの電圧の偏差信号を人力し、この
偏差信号の値に応じて電圧制御器9の制御ケインを可変
するようにしたものである。
このような構成とすれば、第1図に示す電圧基準発生器
8を省略でき、特に第1図において第1および第2の基
準電圧発生器から出力する各々の電圧基準信号の値を等
しくしたときと同様の制御特性か得られる。
第5図は本発明の第3の実施例を示す回路構成図で、第
1図と同一部分には同一記号を付してその説明を省略す
る。
第3の実施例では、第5図に示すようにケイン調節器7
に比較器6からの電圧の偏差信号を人力し、その偏差に
応して変化するケインKxを求める。例えばKXは Kx =1+に、xev である。ここで、evは電圧の偏差であり、K。
は任意のゲインである。
また、電圧制御器9は固定の制御ケインと電圧の偏差よ
り演算するPI制御器91と上記ケインに8を乗算する
乗算器92からなる。この乗算器92の出力を基準に周
波数変換器の位相を位相制御器10て制御するようにし
たものである。
このような構成とすれば、比例積分ケイ7に、。
K1を固定としているので、例えば他の電源が系統に投
入後電圧か安定したときに、K、を零にすることて正規
の制御ゲインによる運転に復帰させることができる。
[発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、巻線形同期発電電動
機を備えた可変速揚水発電システムにおいて、巻線形同
期発電電動機の1次電圧を検出し、この電圧の大きさに
応して制御ゲインを変え、電圧制御系全体のゲインか変
化しないように周波数変換器の出力電圧を制御するよう
にしたので、例えば負荷投入時などの過渡時に系統の端
子電圧の低下により、巻線形同期発電電動機の1次電圧
か一低下しても周波数変換器の変換ゲインが低下しない
ように補償され、良好な制御特性で電圧制御を行なうこ
とができる可変速揚水発電システムの電圧制御装置を提
供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による可変速揚水発電システムの電圧制
御装置の第1の実施例を示す回路構成図、第2図は制御
ゲインを固定した場合の負荷投入時の電圧の応答波形図
、第3図は第1の実施例による電圧制御時の負荷投入時
の電圧の応答波形図、第4図および第5図は本発明の第
2および第3の実施例をそれぞれ示す回路構成図である
。 1・・・巻線形同期発電電動機、2・・・系統、3・・
・周波数変換器、4・・・電圧検出器、5・・第1の電
圧基準発生器、6・・比較器、7・・・ゲイン調節器、
8・第2の電圧基準発生器、9・・・電圧制御器、91
・・・PI制御器、92・−乗算器、10・−位相制御
器。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第 1 z 第4二 61!5  二: 手続補正書4.2.26 平成  年  月  日

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1次側が交流系統に接続され、2次側が周波数変換器を
    介して前記交流系統に接続され、且つ原動機により駆動
    される巻線形同期発電電動機からなる可変速揚水発電シ
    ステムにおいて、 前記巻線形同期発電電動機の1次電圧を検出し、電圧信
    号を出力する電圧検出手段と、この電圧検出手段より入
    力される電圧信号の大きさに応じて制御ゲインが変化す
    るゲイン調節手段と、前記電圧検出手段により検出され
    た電圧信号と前記巻線形同期発電電動機の1次電圧の基
    準信号とを比較し、その偏差と前記ゲイン調節手段より
    入力される制御ゲインにより偏差が収束するような位相
    制御信号を出力する電圧制御手段と、この電圧制御手段
    より入力される位相制御信号に応じて前記周波数変換器
    の出力電圧を電圧制御系全体のゲインが低下しないよう
    に制御する位相制御手段とを備えたことを特徴とする可
    変速揚水発電システムの電圧制御装置。
JP2322033A 1990-11-26 1990-11-26 可変速揚水発電システムの電圧制御装置 Expired - Fee Related JP2950606B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017175902A (ja) * 2016-03-22 2017-09-28 ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ スマートグリッド同期化スキーム

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