JPH0447150B2 - - Google Patents
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- JPH0447150B2 JPH0447150B2 JP61099845A JP9984586A JPH0447150B2 JP H0447150 B2 JPH0447150 B2 JP H0447150B2 JP 61099845 A JP61099845 A JP 61099845A JP 9984586 A JP9984586 A JP 9984586A JP H0447150 B2 JPH0447150 B2 JP H0447150B2
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- Japan
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- power generation
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- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
Landscapes
- Control Of Water Turbines (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は可変速水車発電装置に係り、特に発電
機に誘導発電機が用いられ、この誘導発電機の同
期速度付近での発電出力範囲を、最小の周波数変
換器容量で運転可能とするのに好適な可変速水車
発電装置に関するものである。
機に誘導発電機が用いられ、この誘導発電機の同
期速度付近での発電出力範囲を、最小の周波数変
換器容量で運転可能とするのに好適な可変速水車
発電装置に関するものである。
従来一般に採用されているこの種可変速水車発
電装置は、たとえば特開昭59−72998号に記載さ
れているようなものが知られている。すなわち第
４図にも概略図で示すように、一，二次巻線を備
えた巻線形の誘導発電機１があり、この誘導発電
機はその回転子に直結された水車２によつて回転
駆動されるとともに、誘導発電機１の二次巻線１
ｂには、サイクロコンバータ（周波数変換器）３
により誘導発電機の回転速度に応じて所定の位相
に調整された交流励磁電流が供給され、誘導発電
機１の一次巻線１ａからは電力系統４と等しい周
波数の交流電力が出力されるように可変速運転が
行われる。５は関数発生器で、外部から与えられ
る発電出力指令Ppおよび水位検出信号Ｈが入力さ
れ、最高効率で運転するための最高回転速度指令
Naoと最適案内弁開度指令Yaoを発生する。７は
スリツプ位相検出用誘導機で、その回転子が誘導
発電機１に直結されるとともに、一次巻線７ａが
誘導発電機１の出力側に接続され、又二次巻線７
ｂからスリツプ位相信号SPを出力するように形成
されている。このスリツプ信号SPと前記最適回転
速度指令Naoはサイクロコンバータ３に与えら
れ、前述もしたように、誘導発電機１の二次巻線
１ｂに供給される交流励磁電流の位相等を制御す
る。一方最適案内弁開度指令Yaoは、案内弁駆動
装置８に与えられ、水車出力PTが最適値になる
ように案内弁９の開度を制御する。
電装置は、たとえば特開昭59−72998号に記載さ
れているようなものが知られている。すなわち第
４図にも概略図で示すように、一，二次巻線を備
えた巻線形の誘導発電機１があり、この誘導発電
機はその回転子に直結された水車２によつて回転
駆動されるとともに、誘導発電機１の二次巻線１
ｂには、サイクロコンバータ（周波数変換器）３
により誘導発電機の回転速度に応じて所定の位相
に調整された交流励磁電流が供給され、誘導発電
機１の一次巻線１ａからは電力系統４と等しい周
波数の交流電力が出力されるように可変速運転が
行われる。５は関数発生器で、外部から与えられ
る発電出力指令Ppおよび水位検出信号Ｈが入力さ
れ、最高効率で運転するための最高回転速度指令
Naoと最適案内弁開度指令Yaoを発生する。７は
スリツプ位相検出用誘導機で、その回転子が誘導
発電機１に直結されるとともに、一次巻線７ａが
誘導発電機１の出力側に接続され、又二次巻線７
ｂからスリツプ位相信号SPを出力するように形成
されている。このスリツプ信号SPと前記最適回転
速度指令Naoはサイクロコンバータ３に与えら
れ、前述もしたように、誘導発電機１の二次巻線
１ｂに供給される交流励磁電流の位相等を制御す
る。一方最適案内弁開度指令Yaoは、案内弁駆動
装置８に与えられ、水車出力PTが最適値になる
ように案内弁９の開度を制御する。
このような発電装置において、誘導発電機１を
同期速度付近で運転する場合のことを考えてみる
と、サイクロコンバータ３の電流容量は、電流極
性変更の間隔が長いために、電流は逆並列の変換
器より成るサイクロコンバータ３の片側のみを流
れることになり、結果的にサイクロコンバータ３
の出力電流容量は大幅に低下することになる。こ
のような、サイクロコンバータ容量の低下を生ず
る回転速度範囲は、サイクロコンバータ出力禁止
帯と呼ばれ、当然のことながら、出力禁止帯無で
設計されたサイクロコンバータの容量は、出力禁
止帯有で設計されたものに比べ大幅に大きくな
る。
同期速度付近で運転する場合のことを考えてみる
と、サイクロコンバータ３の電流容量は、電流極
性変更の間隔が長いために、電流は逆並列の変換
器より成るサイクロコンバータ３の片側のみを流
れることになり、結果的にサイクロコンバータ３
の出力電流容量は大幅に低下することになる。こ
のような、サイクロコンバータ容量の低下を生ず
る回転速度範囲は、サイクロコンバータ出力禁止
帯と呼ばれ、当然のことながら、出力禁止帯無で
設計されたサイクロコンバータの容量は、出力禁
止帯有で設計されたものに比べ大幅に大きくな
る。
従つて、従来においては、サイクロコンバータ
を出力禁止帯有で設計し、サイクロコンバータの
容量を小さな容量のものとし、その領域の発電出
力範囲を犠牲にするか、あるいは逆に、全ての発
電出力範囲を運転可能として出力禁止帯無の大き
な容量のサイクロコンバータを用いるかしてい
た。
を出力禁止帯有で設計し、サイクロコンバータの
容量を小さな容量のものとし、その領域の発電出
力範囲を犠牲にするか、あるいは逆に、全ての発
電出力範囲を運転可能として出力禁止帯無の大き
な容量のサイクロコンバータを用いるかしてい
た。
したがつて従来より出力禁止帯無が、小さな容
量のサイクロコンバータを用いることのできるこ
の種発電装置が要望されていた。
量のサイクロコンバータを用いることのできるこ
の種発電装置が要望されていた。
本発明はこれにかんがみなされたもので、その
目的とするところは、出力禁止帯無であつても最
小のサイクロコンバータ容量で実現できるこの種
可変速水車発電装置を提供するにある。
目的とするところは、出力禁止帯無であつても最
小のサイクロコンバータ容量で実現できるこの種
可変速水車発電装置を提供するにある。
すなわち、本発明は、発電出力指令Poを入力
し、回転速度指令及び案内弁開度指令を出力する
関数発生器の回転速度指令側に、前述したサイク
ロコンバータ出力禁止帯に回転速度指令が存在し
たときだけ、回転速度指令の変化率をサイクロコ
ンバータ出力禁止帯部分のみ変えてやることので
きる回転速度指令変化レート設定器を設ける。
し、回転速度指令及び案内弁開度指令を出力する
関数発生器の回転速度指令側に、前述したサイク
ロコンバータ出力禁止帯に回転速度指令が存在し
たときだけ、回転速度指令の変化率をサイクロコ
ンバータ出力禁止帯部分のみ変えてやることので
きる回転速度指令変化レート設定器を設ける。
すなわち、本発明は、第５図を用いて説明する
と、この第５図は発電出力指令と落差を入力した
場合に設定される回転速度指令を示したもので、
本来なら水車を最高効率点で運転するため、回数
発生器は回転速度指令をNaoのように定める。し
かし、この速度ではサイクロコンバータ出力禁止
帯をゆつくり通過してしまい、先に述べた問題が
生じる。従つて本発明では、同期速度付近のサイ
クロコンバータ出力禁止帯（回転速度Nmin〜
Nmaxの範囲）に存在する回転速度指令の変化率
（入力時変化率）のみを大きくして出力できるよ
うに回転速度指令Naを設定する。
と、この第５図は発電出力指令と落差を入力した
場合に設定される回転速度指令を示したもので、
本来なら水車を最高効率点で運転するため、回数
発生器は回転速度指令をNaoのように定める。し
かし、この速度ではサイクロコンバータ出力禁止
帯をゆつくり通過してしまい、先に述べた問題が
生じる。従つて本発明では、同期速度付近のサイ
クロコンバータ出力禁止帯（回転速度Nmin〜
Nmaxの範囲）に存在する回転速度指令の変化率
（入力時変化率）のみを大きくして出力できるよ
うに回転速度指令Naを設定する。
以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細に
説明する。
説明する。
第１図は、本発明の一実施例に係る発電装置の
ブロツク図である。なお、第１図中、第４図と同
一符号は同一物または相当物を示し説明は省略す
る。関数発生器５には従来同様発電出力指令Po
と水位検出信号Ｈが入力され、出力側に最適回転
速度指令Naoと最適案内弁開度指令Yaoが発生す
る。この時、第５図のように発電出力指令Poに
応じて回転速度指令がNaoが設定されるが、サイ
クロコンバータ出力禁止帯を通過するので、回転
速度指令変化レート設定器により設定した速度を
変化させる。つまり、サイクロコンバータ出力禁
止帯に存在する回転速度指令の変化率（入力時変
化率）のみ充分大きな変化率となるように回転速
度指令Naoを回転速度指令Naとして設定しなお
し、出力する。従つて、サイクロコンバータ出力
禁止帯に存在する部分のみ変化率を大きくするの
でサイクロコンバータ素子に対する熱影響が僅か
なものとなり、本発明の目的を充分に差しえるも
のである。
ブロツク図である。なお、第１図中、第４図と同
一符号は同一物または相当物を示し説明は省略す
る。関数発生器５には従来同様発電出力指令Po
と水位検出信号Ｈが入力され、出力側に最適回転
速度指令Naoと最適案内弁開度指令Yaoが発生す
る。この時、第５図のように発電出力指令Poに
応じて回転速度指令がNaoが設定されるが、サイ
クロコンバータ出力禁止帯を通過するので、回転
速度指令変化レート設定器により設定した速度を
変化させる。つまり、サイクロコンバータ出力禁
止帯に存在する回転速度指令の変化率（入力時変
化率）のみ充分大きな変化率となるように回転速
度指令Naoを回転速度指令Naとして設定しなお
し、出力する。従つて、サイクロコンバータ出力
禁止帯に存在する部分のみ変化率を大きくするの
でサイクロコンバータ素子に対する熱影響が僅か
なものとなり、本発明の目的を充分に差しえるも
のである。
このようにして得た回転速度指令Naは、回転
速度検出器６で検出された実際の回転速度指令Ｎ
と、比較器１０で比較され、その偏差ΔN（＝Na
−Ｎ）が演算器１１に入力される。演算器１１は
比例要素K1、積分要素K2／Ｓ、微分要素K3Ｓお
よび加算器１２からなり、前記偏差ΔNがある限
りこれを零にするように、最適案内弁開度指令
Yaoを補正する補正信号ΔCを出力する。この補
正信号ΔCは加算器１３で最適案内弁開度指令
Yaoと加算され、加算器１３からの出力、すなわ
ち補正された案内弁開度指令（Yao＋ΔC）が案
内弁駆動装置８に入力される。案内弁駆動装置８
は加算器１４と積分要素K4／Ｓからなり、その
出力が加算器１４に負帰還されている。また、前
記発電出力指令Poは比較器１５にも入力され、
他方の入力である発電出力検出器１６で検出され
た実際の発電出力信号PGと比較されて、その偏
差ΔP（＝Po−PG）が電力制御装置１７に入力さ
れる。電力制御装置１７は、比例要素K5、積分
要素K6／Ｓおよび加算器１８からなり、その出
力がサイクロコンバータ３に入力される。
速度検出器６で検出された実際の回転速度指令Ｎ
と、比較器１０で比較され、その偏差ΔN（＝Na
−Ｎ）が演算器１１に入力される。演算器１１は
比例要素K1、積分要素K2／Ｓ、微分要素K3Ｓお
よび加算器１２からなり、前記偏差ΔNがある限
りこれを零にするように、最適案内弁開度指令
Yaoを補正する補正信号ΔCを出力する。この補
正信号ΔCは加算器１３で最適案内弁開度指令
Yaoと加算され、加算器１３からの出力、すなわ
ち補正された案内弁開度指令（Yao＋ΔC）が案
内弁駆動装置８に入力される。案内弁駆動装置８
は加算器１４と積分要素K4／Ｓからなり、その
出力が加算器１４に負帰還されている。また、前
記発電出力指令Poは比較器１５にも入力され、
他方の入力である発電出力検出器１６で検出され
た実際の発電出力信号PGと比較されて、その偏
差ΔP（＝Po−PG）が電力制御装置１７に入力さ
れる。電力制御装置１７は、比例要素K5、積分
要素K6／Ｓおよび加算器１８からなり、その出
力がサイクロコンバータ３に入力される。
前述のようにΔN→演算器１１→加算器１３、
案内弁駆動装置８→案内弁９→水車２→回転速度
指令器６→Ｎ→ΔNで構成される制御グループは
負帰還ループであり演算器１１内の積分器K2／Ｓに よつて定常的にはΔNは零になるよう即ちＮ＝
Naになるよう制御される。
案内弁駆動装置８→案内弁９→水車２→回転速度
指令器６→Ｎ→ΔNで構成される制御グループは
負帰還ループであり演算器１１内の積分器K2／Ｓに よつて定常的にはΔNは零になるよう即ちＮ＝
Naになるよう制御される。
かくて、実際の回転速度Ｎは定常的には必ず禁
止帯の外に落ち着きかつ禁止帯を横断して設定変
更される際も、短時間で禁止帯を通過させられる
ので、サイクロコンバータ容量を小さくできシス
テムの経済設計ができる。
止帯の外に落ち着きかつ禁止帯を横断して設定変
更される際も、短時間で禁止帯を通過させられる
ので、サイクロコンバータ容量を小さくできシス
テムの経済設計ができる。
尚発電出力指令Poは電力制御装置１７に含ま
れる積分要素K6／Ｓと、電力制御装置１７、サ
イクロコンバータ３、誘導発電機１、発電出力検
出器１６および比較器１５によつて構成される負
帰還回路により、偏差ΔP（＝Po−PG）は次第に
減少して、定常時にPG＝Poとなる。前記案内弁
開度指令Yaに対しての案内弁９の開度Ｙ応答性
は、前述の発電出力指令Poに対しての発電出力
Poの応答性よりも遅い。ところで定常時、偏差
ΔY（＝Yao−Ｙ）＝０、すなわちYao＝Ｙは次の
ようにして達成される。(イ)関数発生器５から出力
される最適案内弁開度指令Yaoは当然のことであ
るが発電出力指令Poに相当するものである。(ロ)
前述したように、定常時PG＝Poとなる。(ハ)水車
２のランナ、発電機１の回転子等の総ての回転部
の慣性効果は水車出力PTと発電出力PGの差によ
つて加速されたり、減速されたりするもので、一
種の積分要素とみられることができ、しかも前記
したように演算器１１、加算器１３、案内弁駆動
装置８、案内弁９、水車２、発電機１、回転速度
検出器６および比較器１０によつて負帰還回路が
構成されているので、定常時にはPT＝PGとなる。
(ニ)案内弁開度Ｙは水車出力PTに相当するもので
ある。以上(イ)〜(ニ)を総合すれば、偏差ΔC＝（Yao
−Ｙ）＝０、すなわちYao＝Ｙとなる。
れる積分要素K6／Ｓと、電力制御装置１７、サ
イクロコンバータ３、誘導発電機１、発電出力検
出器１６および比較器１５によつて構成される負
帰還回路により、偏差ΔP（＝Po−PG）は次第に
減少して、定常時にPG＝Poとなる。前記案内弁
開度指令Yaに対しての案内弁９の開度Ｙ応答性
は、前述の発電出力指令Poに対しての発電出力
Poの応答性よりも遅い。ところで定常時、偏差
ΔY（＝Yao−Ｙ）＝０、すなわちYao＝Ｙは次の
ようにして達成される。(イ)関数発生器５から出力
される最適案内弁開度指令Yaoは当然のことであ
るが発電出力指令Poに相当するものである。(ロ)
前述したように、定常時PG＝Poとなる。(ハ)水車
２のランナ、発電機１の回転子等の総ての回転部
の慣性効果は水車出力PTと発電出力PGの差によ
つて加速されたり、減速されたりするもので、一
種の積分要素とみられることができ、しかも前記
したように演算器１１、加算器１３、案内弁駆動
装置８、案内弁９、水車２、発電機１、回転速度
検出器６および比較器１０によつて負帰還回路が
構成されているので、定常時にはPT＝PGとなる。
(ニ)案内弁開度Ｙは水車出力PTに相当するもので
ある。以上(イ)〜(ニ)を総合すれば、偏差ΔC＝（Yao
−Ｙ）＝０、すなわちYao＝Ｙとなる。
第２図は本発明の別の実施例を示し第１図の変
形例である。
形例である。
ここでは、回転速度Ｎの最適化制御をする演算
器１１の出力ΔCを案内弁操作信号を補正する形
で入力する代りに発電出力信号Poを補正する形
で入力している。その他は第１図と同じである。
器１１の出力ΔCを案内弁操作信号を補正する形
で入力する代りに発電出力信号Poを補正する形
で入力している。その他は第１図と同じである。
尚、ΔCの与え方であるが回転速度Ｎが（水車
出力PT一実際の発電出力PG）によつて変動する
ことを考慮すればＮの最適化制御を第１図のよう
にPT側でやつても第２図のようにPG側でやつて
も構わないことが分る。
出力PT一実際の発電出力PG）によつて変動する
ことを考慮すればＮの最適化制御を第１図のよう
にPT側でやつても第２図のようにPG側でやつて
も構わないことが分る。
第２図の場合も定常的にはΔCはゼロになりPo
＝P′o＝PGの関係が得られる。
＝P′o＝PGの関係が得られる。
更に第２図にもPoに対するPGの追従をサイク
ロコンバータの励磁制御系から外し案内弁制御系
に移し最適案内弁開度指令Yaoの補正の形で入力
する等変形が考えられるが本発明の主旨はそれら
変形例に対しても適用可能である。
ロコンバータの励磁制御系から外し案内弁制御系
に移し最適案内弁開度指令Yaoの補正の形で入力
する等変形が考えられるが本発明の主旨はそれら
変形例に対しても適用可能である。
又第２図において発電出力指令Po加算器２５
には与えずP′o＝ΔCとした簡略化システムでも本
発明の適用は可能である。
には与えずP′o＝ΔCとした簡略化システムでも本
発明の適用は可能である。
以上説明したように、本発明によれば、サイク
ロコンバータ容量は、発電機回転速度が同期速度
付近のサイクロコンバータ出力禁止帯を設けた条
件で設定でき、しかも、発電出力範囲は、サイク
ロコンバータ出力禁止帯が無い場合と同じである
ので、最大の発電出力範囲を最小のサイクロコン
バータ容量で実現できる。
ロコンバータ容量は、発電機回転速度が同期速度
付近のサイクロコンバータ出力禁止帯を設けた条
件で設定でき、しかも、発電出力範囲は、サイク
ロコンバータ出力禁止帯が無い場合と同じである
ので、最大の発電出力範囲を最小のサイクロコン
バータ容量で実現できる。
第１図は、本発明の一実施例に係る可変速水車
発電装置のブロツク図、第２図は本発明の別の実
施例に係る可変速水車発電装置のブロツク図、第
３図は、水車出力と回転数および案内弁開度との
関係例を示す図、第４図は、従来の可変速水車発
電装置の一例を示すブロツク図、第５図は本発明
を適用して最適回転速度指令を設定変更している
様子を示すグラフである。 １……巻線形の誘導発電機、２……水車、３…
…サイクロコンバータ、４……電力系統、５……
関数発生器、６……回転速度検出器、７……スリ
ツプ位相検出用誘導機、８……案内弁駆動装置、
９……案内弁、１０……比較器、１１……演算
器、１３……加算器、１５……比較器、１６……
発電出力検出器、１７……電力制御装置、１９…
…回転速度指令変化レート設定器、２５……加算
器。
発電装置のブロツク図、第２図は本発明の別の実
施例に係る可変速水車発電装置のブロツク図、第
３図は、水車出力と回転数および案内弁開度との
関係例を示す図、第４図は、従来の可変速水車発
電装置の一例を示すブロツク図、第５図は本発明
を適用して最適回転速度指令を設定変更している
様子を示すグラフである。 １……巻線形の誘導発電機、２……水車、３…
…サイクロコンバータ、４……電力系統、５……
関数発生器、６……回転速度検出器、７……スリ
ツプ位相検出用誘導機、８……案内弁駆動装置、
９……案内弁、１０……比較器、１１……演算
器、１３……加算器、１５……比較器、１６……
発電出力検出器、１７……電力制御装置、１９…
…回転速度指令変化レート設定器、２５……加算
器。
Claims (1)
- １ 一次巻線及び二次巻線を備え、一次巻線は電
力系統に接続されていると共に二次巻線が交流励
磁されている誘導発電機と、該誘導発電機を駆動
する水車と、該水車に供給される水量を調整する
案内弁と、該案内弁の開度を制御駆動する案内弁
駆動装置と、前記誘導発電機の回転速度を検出す
る回転速度検出器と、少なくとも該発電出力指令
又は実際の発電出力に応じて回転速度指令を出力
する関数発生器、前記回転速度検出器の回転速度
信号と前記回転速度指令とを入力する回転速度制
御装置を備え、回転速度制御装置の出力により誘
導発電機の二次巻線に与えられる交流励磁量又は
前記案内弁の開度を制御して誘導発電機の回転速
度を調整する可変速水車発電装置において、関数
発生器により設定された回転速度指令を入力し、
該回転速度指令が発電機の同期速度より大きく設
定された上限速度より大であるとき、又は回転速
度指令が発電機の同期速度より小さく設定された
下限速度より小であるときは、前記関数発生器の
出力を回転速度指令として回転速度制御装置に与
え、回転速度指令が前記上限速度と下限速度の間
に存在するときの出力の変化率をその入力の変化
率よりも大とする回転速度指令変化レート設定器
を設けたことを特徴とする可変速水車発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61099845A JPS62255585A (ja) | 1986-04-30 | 1986-04-30 | 可変速水車発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61099845A JPS62255585A (ja) | 1986-04-30 | 1986-04-30 | 可変速水車発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62255585A JPS62255585A (ja) | 1987-11-07 |
| JPH0447150B2 true JPH0447150B2 (ja) | 1992-08-03 |
Family
ID=14258140
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61099845A Granted JPS62255585A (ja) | 1986-04-30 | 1986-04-30 | 可変速水車発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62255585A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2880167B2 (ja) * | 1988-03-11 | 1999-04-05 | 株式会社日立製作所 | 交流励磁発電電動装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57182920A (en) * | 1981-05-06 | 1982-11-11 | Mitsubishi Electric Corp | Switch |
| JPS5972998A (ja) * | 1982-10-20 | 1984-04-25 | Hitachi Ltd | 可変速水車発電機の運転装置 |
-
1986
- 1986-04-30 JP JP61099845A patent/JPS62255585A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62255585A (ja) | 1987-11-07 |
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