JPH0636680B2 - Variable speed generator - Google Patents

Variable speed generator

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JPH0636680B2
JPH0636680B2 JP62201712A JP20171287A JPH0636680B2 JP H0636680 B2 JPH0636680 B2 JP H0636680B2 JP 62201712 A JP62201712 A JP 62201712A JP 20171287 A JP20171287 A JP 20171287A JP H0636680 B2 JPH0636680 B2 JP H0636680B2
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JP
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generator
rotation speed
command
speed
guide valve
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尚夫 桑原
博人 中川
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Kansai Electric Power Co Inc
Hitachi Ltd
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Kansai Electric Power Co Inc
Hitachi Ltd
Kansai Denryoku KK
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  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は可変速発電装置に係り、特に駆動機であるポン
プ水車(又は水車)が水車領域でいわゆるS字特性を有
する場合に好適な可変速発電装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a variable speed power generator, and in particular, it is suitable when a pump turbine (or turbine) that is a drive machine has a so-called S-shaped characteristic in a turbine region. The present invention relates to a variable speed generator.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

本発明の適用される可変速発電装置はポンプ水車又は水
車(以下単に水車という)により駆動される発電機とし
て巻線型誘導発電機を使用したものであり、その2次巻
線を周波数変換装置を介して交流励磁する。このため発
電機の出力周波数は系統周波数に保持したままの状態で
任意の水車回転数とすることができ、水車効率の良い回
転数で運転できる、あるいは発電機を電動機として可変
速揚水運転とするときには電動機として運転しているに
も関わらずAFC運転をすることができるといつた特徴
を有しており注目されている。
The variable-speed power generator to which the present invention is applied uses a wound-rotor induction generator as a generator driven by a pump turbine or a turbine (hereinafter simply referred to as a turbine). AC excitation through. For this reason, the output frequency of the generator can be set to an arbitrary turbine speed while maintaining the system frequency, and the turbine can be operated at a speed with good turbine efficiency, or the generator is used as a motor to perform variable speed pumping operation. It is attracting attention because it sometimes has the characteristic of being able to perform AFC operation while operating as an electric motor.

ところでこの可変速発電装置の水車の場合にも従来の固
定速水車と同じくいわゆるS字特性があり、この為の回
避対策が不可欠である。特開昭59−72998 号は可変速発
電装置において無負荷から定格負荷に移行する段階でS
字特性の不安定運転領域に入ることを避けるための一手
法を提案している。この公知例では水車の運転点がS字
特性領域に突入しないようにするためには水車の案内羽
根開度制御を誘導発電機による回転速度制御に優先させ
ることとしている。即ち発電機に与えられる出力指令に
応じて発電機出力を制御する一方で、まず案内羽根開度
をできるだけ急速に変化後の出力に見合つた開度へと導
き、回転速度適正化制御はその後ゆつくり行うというも
のであり、水車起動時にS字特性の不安定運転領域に入
ることを阻止できるという効果がある。
By the way, the water turbine of this variable speed generator also has so-called S-shaped characteristics like the conventional fixed speed turbine, and measures to avoid this are indispensable. Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-72998 discloses S at the stage of shifting from no load to rated load in a variable speed generator.
We propose a method to avoid entering the unstable driving area of the character characteristics. In this known example, in order to prevent the operating point of the hydraulic turbine from entering the S-shaped characteristic region, the guide blade opening control of the hydraulic turbine is prioritized over the rotational speed control by the induction generator. That is, while controlling the generator output according to the output command given to the generator, first the guide vane opening is brought to the opening corresponding to the output after the change as rapidly as possible, and the rotation speed optimization control is thereafter changed. This is to carry out the construction, and there is an effect that it is possible to prevent entering into an unstable operation region having an S-shaped characteristic when the water turbine is started.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかるに、可変速発電装置は時々刻々異なる条件下で運
転される訳であり、起動時以外の通常運転時に不安定運
転領域に近づく、あるいは入つてしまうことが十分に予
想されるが、上記公知例はこの場合の回避・脱出策とし
ては有効でない。
However, the variable speed power generator is operated under different conditions from moment to moment, and it is fully expected that the variable speed generator will approach or enter the unstable operation region during normal operation other than startup. Is not effective as an avoidance / escape measure in this case.

以上のことから本発明においては不安定運転領域に近づ
くこと安定運転領域に引き戻すことのできる可変速発電
装置を提供することを目的とする。
In view of the above, it is an object of the present invention to provide a variable speed power generation device that can approach an unstable operation region and return to a stable operation region.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明では現在の運転点を水車特性図上で把握し、不安
定運転領域に近づいたときに強制的に水車の回転数を低
下させる。
In the present invention, the current operating point is grasped on the turbine characteristic diagram, and the rotational speed of the turbine is forcibly reduced when approaching the unstable operating region.

回転数低下の具体的実現策としては発電機出力を増大さ
せるべく周波数変換装置を制御し、あるいは水車出力を
減少させるべく案内羽根開度を制御し、もつて回転数を
低下させる。
As a concrete measure for reducing the rotation speed, the frequency conversion device is controlled to increase the generator output, or the guide vane opening is controlled to decrease the turbine output, thereby lowering the rotation speed.

〔作用〕[Action]

水車特性において安定運転側は水車回転数の低い領域で
あり、系統周波数とは別個独立に回転数が選択できると
いう可変速発電装置では回転数の低下により安定運転側
への復帰が可能である。
In the turbine characteristics, the stable operation side is a region where the rotational speed of the turbine is low, and in the variable speed power generator in which the rotational speed can be selected independently of the system frequency, it is possible to return to the stable operating side by decreasing the rotational speed.

水車は水車出力と発電機出力の差で加速されたり減速さ
れたりするので回転速度を下げ戻す時に発電機出力を増
大せしめる、あるいは水車出力を減少させることが有効
である。
The turbine is accelerated or decelerated due to the difference between the turbine output and the generator output. Therefore, it is effective to increase the generator output or reduce the turbine output when lowering the rotation speed.

〔実施例〕〔Example〕

以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。このうち
第1図の実施例は配電機出力を増大させることで安定運
転側に復帰させるものであり、発明内容の説明に先立ち
可変速発電装置及びその制御装置について説明をしてお
く。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Among them, the embodiment of FIG. 1 is for returning to the stable operation side by increasing the output of the distribution machine, and the variable speed power generator and its control device will be described prior to the description of the contents of the invention.

第1図において、1は誘導機で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共に誘導機1の2次巻
線1bには周波数変換器を備えた2次励磁制御装置3に
より誘導機1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、誘導機1の1次巻線1aか
らは交流系統4と等しい周波数の交流電力が出力される
様に可変速運転が行なわれる。なお、12は励磁用変圧
器であり、可変速発電装置は概略以上のように構成され
る。この可変速発電装置の操作端の1つは2次励磁制御
装置3であり、この制御のためにスリツプ位相検出器7
が設けられ、これで前記交流系統4の電圧位相と電気角
で表わした前記誘導機2次側回転位相の差に等しいスリ
ツプ位相SPを検出する。スリツプ位相検出器の回転子
には誘導機1の1次巻線1aと並列に接続された3相巻
線が設けられ、スリツプ位相検出器7の固定子側には電
気角でπ/2だけ異なる位置にボールコンバータがそれ
ぞれ1個設けられていて誘導機1の2次側から見た交流
系統4の電圧位相が一致した信号が該ホールコンバータ
より検出され、スリツプ位相SPに変換される。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an induction machine, which is rotationally driven by a water turbine 2 which is directly connected to its rotor, and a secondary excitation controller 3 having a frequency converter on a secondary winding 1b of the induction machine 1. The AC exciting current adjusted to have a predetermined phase according to the rotation speed of the induction machine 1 is supplied by the induction winding 1, and the primary winding 1a of the induction machine 1 outputs the AC power having the same frequency as the AC system 4. Variable speed operation is performed. In addition, 12 is a transformer for excitation, and the variable speed power generator is configured as described above. One of the operating ends of this variable speed power generator is the secondary excitation control device 3, and the slip phase detector 7 is used for this control.
Is provided for detecting the slip phase S P equal to the difference between the voltage phase of the AC system 4 and the secondary side rotation phase of the induction machine expressed in electrical angle. The rotor of the slip phase detector is provided with a three-phase winding connected in parallel with the primary winding 1a of the induction machine 1, and the stator side of the slip phase detector 7 has only an electrical angle of π / 2. One ball converter is provided at each different position, and a signal in which the voltage phase of the AC system 4 viewed from the secondary side of the induction machine 1 matches is detected by the hall converter and converted into the slip phase S P.

また、この2次励磁制御装置3の制御のために有効電力
検出器9が設けられ、有効電力Pは発電出力指令P
に対する帰還信号とされる。発電出力指令P′とスリ
ツプ位相信号SPは2次励磁装置3に入力され、有効電
力検出器9で検出される誘導機1の出力検出信号Pが発
電出力指令P′に等しくなる様に誘導機1の2次側巻
線1bに供給する交流励磁電流を制御する。具体的に特
公昭57−60645 号で提案されている制御方法などが適用
できる。
Further, an active power detector 9 is provided for controlling the secondary excitation control device 3, and the active power P is the power generation output command P 0 ′.
It is used as a feedback signal for. The power generation output command P 0 ′ and the slip phase signal S P are input to the secondary excitation device 3 so that the output detection signal P of the induction machine 1 detected by the active power detector 9 becomes equal to the power generation output command P 0 ′. In addition, the AC exciting current supplied to the secondary winding 1b of the induction machine 1 is controlled. Specifically, the control method proposed in Japanese Examined Patent Publication No. 57-60645 can be applied.

なお、可変速発電装置の他の操作端は水車2の案内羽根 11である。The other operation end of the variable speed power generator is the guide blade 11 of the water turbine 2.

次にこれらの操作端の制御装置について説明する。5は
水車特性関数発生器で、外部からの発電出力指令P
水位信号Hから適正案内羽根開度指令Yaと適正回転速
度指令Naを発生する。なお水位変動が小さい場合は水
位信号Hを省略することも出来る。16は回転速度制御
装置で適正回転指令Naと回転速度検出器6で検出され
る回転速度信号Nを比較して案内羽根開度補正信号ΔY
を出力する。そして水車特性関数発生器5からの適正案
内羽根開度指令Yaは前記案内羽根開度補正信号ΔYに
加算器21で加算されて案内羽根駆動装置10に入力さ
れ案内羽根11の開度がこれに応じて調整され水車力P
Tが制御される。
Next, the control device for these operating ends will be described. A water wheel characteristic function generator 5 generates a proper guide blade opening degree command Ya and a proper rotation speed command Na from a power generation output command P 0 and a water level signal H from the outside. If the water level fluctuation is small, the water level signal H can be omitted. Reference numeral 16 denotes a rotation speed control device which compares the proper rotation command Na with the rotation speed signal N detected by the rotation speed detector 6 to correct the guide blade opening correction signal ΔY.
Is output. Then, the proper guide blade opening command Ya from the water wheel characteristic function generator 5 is added to the guide blade opening correction signal ΔY by the adder 21 and input to the guide blade driving device 10 so that the opening of the guide blade 11 is added to this. Adjusted accordingly
T is controlled.

第2図はこのうち回転速度制御装置16の一実施例を示
す。17は比較器で回転速度偏差ΔNを出力する。この
回転速度偏差ΔNは18の比較要素K1と19の積分要
素(K2/S)に入力され、これらの出力は加算器20
により加算され案内羽根開度補正信号ΔYとされる。
FIG. 2 shows an embodiment of the rotation speed control device 16 among them. Reference numeral 17 denotes a comparator which outputs the rotation speed deviation ΔN. This rotation speed deviation ΔN is input to 18 comparison elements K1 and 19 integration elements (K2 / S), and their outputs are added by the adder 20.
Is added to obtain a guide blade opening correction signal ΔY.

この第1図において、25,26,30,31を除く回
路部分の制御装置は従来より知られているものであり、
,Hを入力して安定に運転されている。第3図は発
電出力指令Pを増大させたときの各部の諸量の変動の
様子を示したものであり、指令P変化後は新らしい運
転状態で諸量が安定することが理解できる。以下第3図
を参照して過渡状態の各部諸量の変動について説明す
る。
In FIG. 1, the control device of the circuit portion except 25, 26, 30, 31 is conventionally known,
Input P 0 and H to ensure stable operation. FIG. 3 shows how the various amounts of each part change when the power generation output command P 0 is increased, and it can be understood that after the command P 0 changes, the various amounts stabilize in a new operating state. . The variation of various components in the transient state will be described below with reference to FIG.

この様に構成された制御装置において、いま時点t0で
例えば発電出力Pをステツプ状に上昇させるようにして
発電出力指令Pを第3図(a)に示す様にステツプ状
に上昇させると、誘導機1の発電出力Pは第3図(g)
に示すように発電出力指令Pの変化に追従して上昇す
る。一方、発電出力指令Pが与えられた後発電出力P
の応答よりも案内羽根11の開度Yの応答は遅い。この
ため、発電出力Pよりも水車出力PTの方が小さくなり
回転速度Nは発電出力指令P急変後一時的に減速さ
れ、その後時点t1で発電出力Pと水車出力PTが等し
くなり回転速度Nは極小となる。なおこの時点t1では
速度偏差ΔNは正なので案内羽根開度補正信号ΔYは正
で、案内羽根開度Yは適正案内弁開度指令Yaよりも更
に上昇する。従つて水車出力PTは発電出力Pよりも大
きくなり、回転速度Nは第3図(f)の様に上昇し始め
る。そして回転速度Nの上昇と共に適正回転速度指令N
aとの偏差が小さくなり、案内羽根開度補正信号ΔYの
減少と共に水車出力PTが減少し、回転速度Nの加速度
は減少する。
In the control device configured as described above, when the power generation output command P 0 is increased stepwise as shown in FIG. 3A, for example, the power generation output P is increased stepwise at time t0. The power generation output P of the induction machine 1 is shown in Fig. 3 (g).
As shown in, the power generation output command P 0 rises following the change. On the other hand, after the power generation output command P 0 is given, the power generation output P
The response of the opening Y of the guide blade 11 is slower than the response of. Therefore, the turbine output PT becomes smaller than the power generation output P, and the rotation speed N is temporarily decelerated after the power generation output command P 0 suddenly changes. Thereafter, at the time point t1, the power generation output P and the turbine output PT become equal and the rotation speed N Is minimal. Since the speed deviation ΔN is positive at this time point t1, the guide blade opening correction signal ΔY is positive, and the guide blade opening Y further rises above the proper guide valve opening command Ya. Therefore, the turbine output PT becomes larger than the power generation output P, and the rotation speed N begins to rise as shown in FIG. 3 (f). Then, as the rotation speed N increases, the proper rotation speed command N
The deviation from “a” becomes small, the water turbine output PT decreases as the guide blade opening correction signal ΔY decreases, and the acceleration of the rotation speed N decreases.

第1図の実施例を用いると定常状態における速度偏差Δ
Nは積分要素19により零になる。一方、水車特性関数
発生器5からの適正案内羽根開度指令Yaと案内羽根開
度Yの偏差は水車特性関数発生器5内に記憶された水車
特性と水車2の現実の特性の誤差に対応するもので水車
特性関数の精度を上昇させる事により殆ど零にする事が
可能である。従つて、定常時の案内羽根開度偏差(Ya
−Y)のみを積分要素19が発生すれば良い事になる。
Using the embodiment of FIG. 1, the speed deviation Δ in the steady state
N becomes zero by the integral element 19. On the other hand, the deviation between the proper guide blade opening command Ya from the turbine characteristic function generator 5 and the guide blade opening Y corresponds to the error between the turbine characteristic stored in the turbine characteristic function generator 5 and the actual characteristic of the turbine 2. It is possible to make it almost zero by increasing the accuracy of the turbine characteristic function. Therefore, the guide vane opening deviation (Ya
It is only necessary that the integration element 19 generate only -Y).

以上を式を使つて再度説明する。The above will be explained again using the formula.

二次励磁装置3にはPをPに合せるために積分要素等
が組込まれており定常時は P=P …(1) 回転速度制御装置16に組込まれた積分要素により定常
時に N=Na …(2) 又案内羽根駆動装置10により定常時は Y=Ya+ΔY …(3) 又定常時は水車出力PTと発電機出力Pが同じ答で P=PT=f(H,Y,N) …(4) 更に最適案内羽根開度指令Yaは元々その時の水位Hと
N=Naの下でPに相当するように与えている筈であ
るので P=f(H,Ya,Na) …(5) 以上総合すると定常時はY=Ya即ちΔY=0になる。
制動効果のある比例要素18の利得K1を大きくして積
分要素19の利得K2を相対的に小さくしてできるだけ
案内羽根開度の応答速度を速くする。他方で第3図
(a),(f)の如く水車出力PTと回転速度Nを振動
せずに整定する。
The secondary excitation device 3 has an integral element or the like incorporated to match P with P 0 , and in the steady state, P = P 0 (1) The integral element incorporated in the rotational speed control device 16 causes N = in the steady state. Na (2) Further, when the guide vane drive device 10 is in a steady state, Y = Ya + ΔY (3) Also, in a steady state, the turbine output P T and the generator output P are the same, P = P T = f (H, Y, N) (4) Furthermore, since the optimum guide vane opening command Ya should have been originally given so as to correspond to P 0 under the water level H at that time and N = Na, P 0 = f (H, Ya, Na) (5) When combined as above, Y = Ya, that is, ΔY = 0 in the steady state.
The gain K1 of the proportional element 18 having a braking effect is increased and the gain K2 of the integral element 19 is relatively decreased to increase the response speed of the guide blade opening as much as possible. On the other hand, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (f), the turbine output PT and the rotation speed N are settled without vibration.

以上、従来の可変速発電装置の応動を説明したが、要す
るにこの装置によれば水車入力と発電出力を平衡的に制
御することにより各諸量を安定に保つことができる。し
かるに回路25,26,30を新たに付加した本発明装
置では、信号補正回路25から発電出力補正信号ΔP
を抽出し発電出力を増大させ、その一方で案内羽根開度
(水車出力側)に対しては何らの補正も行なわない。係
る入出力不平衡化制御は、第3図の説明からも容易に類
推できるように回転速度の低下を生じせしめる。本発明
は係る不平衡制御を水車特性の不安定運転領域に近づい
た時に発動せしめるものであり、以下水車の不安定運転
現象について説明する。
The response of the conventional variable speed power generator has been described above. In short, according to this device, various amounts can be kept stable by controlling the turbine input and the power generation output in a balanced manner. However, in the device of the present invention in which the circuits 25, 26 and 30 are newly added, the power generation output correction signal ΔP 1 is output from the signal correction circuit 25.
Is extracted to increase the power generation output, while no correction is made to the guide vane opening (turbine output side). Such input / output imbalance control causes a decrease in rotation speed so that it can be easily inferred from the description of FIG. The present invention activates such unbalanced control when approaching the unstable operation region of the turbine characteristic, and the unstable operation phenomenon of the turbine will be described below.

一般的に、ポンプ水車、特に高揚程ポンプ水車のランナ
ーその他の機器は、ポンプ運転時に高揚程を得る為に、
充分なる遠心ポンプ作用を発揮するべく設計される。
In general, pump turbines, especially runners and other equipment of high-lift pump turbines, in order to obtain high lift during pump operation,
It is designed to exert sufficient centrifugal pump action.

しかしながら、この設計は、ポンプ水車の水車運転に悪
影響を与える。特に後述のS字特性と呼ばれる特性を伴
うことが必至と考えられている。この設計に採用される
ポンプ水車の特性を、所定案内羽根開度の下における単
位落差当り回転数(N)と単位落差当り流量(Q
との関係を表わす特性曲線により示した場合、この特性
曲線は、水車運転領域において、Nの値の増加に伴つ
てQの値が減少する第1の部分と、Nの値の減少に
伴つてQの値が減少する第2の部分とを有する。説明
の便宜上、本明細書においては、前記第2の部分を、S
字特性部分と称する。更に、S字特性部分におけるポン
プ水車の特性を、以後、S字特性と称する。S字特性部
分における水車運転にあつては、単位落差当りトルク
(T)もまた、単位落差当り回転数(N)の減少に
伴い、減少する。
However, this design adversely affects the turbine operation of the pump turbine. In particular, it is considered inevitable to accompany a characteristic called an S-shaped characteristic described later. The characteristics of the pump turbine used in this design are the number of revolutions per unit head (N 1 ) and the flow rate per unit head (Q 1 ) under a predetermined guide vane opening.
Where indicated by characteristic curve representing the relationship between, the characteristic curve, in the water turbine operation region, a first portion decreasing values accompaniment with Q 1 to the increase in the value of N 1 is decreased the value of N 1 And a second portion in which the value of Q 1 decreases with. For convenience of explanation, in the present specification, the second portion is referred to as S
It is called a character characteristic part. Further, the characteristic of the pump turbine in the S-shaped characteristic portion will be hereinafter referred to as the S-shaped characteristic. In hydraulic turbine operation in the S-shaped characteristic portion, the torque per unit head (T 1 ) also decreases as the number of revolutions per unit head (N 1 ) decreases.

通常は、ポンプ水車の水車運転は、上記第1の部分にお
いて行われる。しかしながら、急激な負荷減少等によ
り、単位落差当りの回転数(N)が急激に大きく増加
する場合は、水車はS字特性部分に突入する可能性があ
る。そして一度S字特性部分に突入すると可変速機の運
転継続は事実上不可能となる。
Normally, the turbine operation of the pump turbine is performed in the first part. However, when the number of revolutions per unit head (N 1 ) sharply increases due to a sudden decrease in load or the like, the water turbine may plunge into the S-shaped characteristic portion. Once the S-shaped characteristic portion is entered, it is virtually impossible to continue operating the variable speed machine.

水車運転領域においてS字特性を有するポンプ水車の特
性を、第4図Aおよび第4図Bに示す。第4図Aにおい
ては、ポンプ水車の特性が、案内羽根開度をパラメータ
ーにとり、単位落差当りの回転数(N)と単位落差当
りの流量(Q)との関係として示されている。一方、
第4図Bにおいては、ポンプ水車の特性が、同じパラメ
ーターにより、単位落差当りの回転数(N)と単位落
差当りのトルク(T)との関係として示されている。
The characteristics of the pump turbine having the S-shaped characteristic in the turbine operating region are shown in FIGS. 4A and 4B. In FIG. 4A, the characteristics of the pump turbine are shown as a relationship between the number of revolutions per unit head (N 1 ) and the flow rate per unit head (Q 1 ) using the guide vane opening as a parameter. on the other hand,
In FIG. 4B, the characteristics of the pump turbine are shown as the relationship between the number of revolutions per unit head (N 1 ) and the torque per unit head (T 1 ) with the same parameters.

上式において、符号N,Q,HおよびTは、それぞれ、
ポンプ水車の回転数,流量,有効落差およびトルクを示
す。
In the above equation, the symbols N, Q, H and T are respectively
It shows the rotation speed, flow rate, effective head and torque of the pump turbine.

特性曲線1および1′は、所定の比較的大きな案内羽根
開度の下で得られる。特性曲線2および2′は、それよ
りも小さな案内羽根開度の下で得られる。特性曲線3お
よび3′は更にそれよりも小さい案内羽根開度の下で得
られる。
Characteristic curves 1 and 1'are obtained under a predetermined, relatively large guide vane opening. Characteristic curves 2 and 2'are obtained under a smaller guide vane opening. Characteristic curves 3 and 3'are obtained with a guide vane opening smaller than that.

特性曲線1のa−d−h部分においては、Qの値は、
の減少に伴い減少する。上述の様に、この曲線部分
a−d−hを、本明細書においては、S字特性部分と称
する。同様に、曲線部分b−e−iは、特性曲線2のS
字特性部分であり、曲線部分c−f−jは、特性曲線3
のS字特性部分である。このようなS字特性領域は案内
羽根が大きくなる程高N側にずれる。
In the a-d-h part of the characteristic curve 1, the value of Q 1 is
It decreases with the decrease of N 1 . As described above, this curved portion a-d-h is referred to as an S-shaped characteristic portion in this specification. Similarly, the curve portion b-e-i is S of the characteristic curve 2.
And the curved line portion c-f-j is the characteristic curve 3
Is an S-shaped characteristic part of. Such an S-shaped characteristic region shifts toward the higher N 1 side as the guide vanes become larger.

第4図Aにおけると同様に、第4図Bにおいても、曲線
部分a′−d′−h′,b′−e′−i′およびc′−
f′−j′は、それぞれ特性曲線1′,2′および3′
のS字特性部分である。
As in FIG. 4A, also in FIG. 4B, the curved portions a'-d'-h ', b'-e'-i' and c'-
f'-j 'are characteristic curves 1', 2'and 3 ', respectively.
Is an S-shaped characteristic part of.

第4図Bは、第4図Aと密接な関係がある。例えば、第
4図Aの曲線3上のQ=Q1X,N=N1Xを満たす点
xは、第1図Bの曲線3′上の点x′に対応している。
点x′は、T=T1X′,N=N1X′(=N1X)を満
たす点である。同様に、第1図Aにおける点a,b,
c,d,e,f,h,iおよびjはそれぞれ第4図Bに
おける点a′,b′,c′,d′,e′,f′,h′,
i′およびj′に対応している。
FIG. 4B is closely related to FIG. 4A. For example, the point x on the curve 3 in FIG. 4A that satisfies Q 1 = Q 1X and N 1 = N 1X corresponds to the point x ′ on the curve 3 ′ in FIG. 1B.
The point x ′ is a point that satisfies T 1 = T 1X ′ and N 1 = N 1X ′ (= N 1X ). Similarly, points a, b, and
c, d, e, f, h, i and j are points a ', b', c ', d', e ', f', h ', in FIG. 4B, respectively.
It corresponds to i'and j '.

曲線nrは、無負荷流量曲線である。曲線1,2,3と
曲線nrとの交点α,β,γは、それぞれ、曲線1′,
2′,3′と直線T=0との交点α′,β′,γ′に
対応している。
The curve nr is an unloaded flow rate curve. The intersections α, β, γ of the curves 1, 2, 3 and the curve nr are the curves 1 ′,
It corresponds to the intersection points α ′, β ′, γ ′ between 2 ′, 3 ′ and the straight line T 1 = 0.

次に第1図の実施例により、不安定運転領域への突入を
防止できることを説明する。尚、第1図の回路において
30,31,25,26が本発明により追加された部分
である。第1図各部の状態量を示す第5図の時点0にお
いて発電出力指令Pが減少されると、最適案内弁開度
指令Ya,最適回転速度指令Naも減少されこの結果と
して案内弁開度Y,水車出力PT,発電出力Pも減少す
る。但し、発電出力Pの減少速度が水車出力のそれに比
して速いことから加速力が働き回転速度は過剰的に上昇
する。ところで時点0以前の状態での運転点は、案内弁
開度Yと回転数Nで定まる特性1上の第4図AのK点に
あり、発電出力低減後は新しい案内弁開度のL点となる
はずであるが、案内弁開度変化は比較的遅く、かつ回転
数の上昇により運転点は特性1に沿つて限界運動特性n
rに近づく。第5図の時点tは速度が特性nr上の速
度に到達した時刻を示す。
Next, it will be explained that the embodiment of FIG. 1 can prevent entry into the unstable operation region. Incidentally, in the circuit of FIG. 1, 30, 31, 25 and 26 are parts added by the present invention. When the power generation output command P 0 is decreased at time 0 in FIG. 5 showing the state quantities of the respective parts in FIG. 1, the optimum guide valve opening command Ya and the optimum rotation speed command Na are also decreased, and as a result, the guide valve opening Y, turbine output P T , and power generation output P also decrease. However, since the decreasing speed of the power generation output P is faster than that of the turbine output, the acceleration force acts and the rotation speed excessively increases. By the way, the operating point in the state before time 0 is at point K in FIG. 4A on characteristic 1 which is determined by the guide valve opening Y and the rotation speed N, and after the power generation output is reduced, the new guide valve opening L point is set. However, the change in the guide valve opening is relatively slow, and the operating point follows the characteristic 1 due to the increase in the number of revolutions.
Approach r. Time t 0 in FIG. 5 indicates the time when the speed reaches the speed on the characteristic nr.

第1図の30は速度補正部であり、実回転数Nを有効落
差Heの平方根で除して単位落差当りの回転数Nを求
める。このNは第4図Aの横軸に相当する。一方、基
準速度導出部31では、案内弁開度Yに応じて不安定運
転に移行する限界の回転数が異なることから、入力Yか
ら限界となる基準速度N1Pを決定する。また、開度Yに
応じて発電量補正信号ΔPを可変とする出力を与え
る。信号補正回路25では、N>N1Pをもつてそのと
きの案内弁開度Yに応じて補正信号ΔPを出力する。
第5図の時点tでΔPが出力されるが、ΔPより
影響される指令はP′のみであり増加するが、案内弁
開度指令Yaと回転速度指令Naは一定不変である。こ
の結果、発電出力PはP′に応じて増大するがYaで
定まる案内弁開度Y,水車出力PTは変化しない。但
し、図の例では時点0での変更に見合うところまで減少
中のことを示している。このため水車出力PTと発電出
力PはP>PTとなり水車には減速力が作用し回転速度
Nを急速に降下させる。Nの低下によりN<N1Pとな
り、信号補正回路25はΔP=0に復帰させるため、
結局第1図装置は時点0の低下後の出力に見合つた各量
にて安定する。安定後の運転点は第4図AのK点とな
る。
Reference numeral 30 in FIG. 1 denotes a speed correction unit, which divides the actual rotation speed N by the square root of the effective free fall He to obtain the rotation speed N 1 per unit free fall. This N 1 corresponds to the horizontal axis of FIG. 4A. On the other hand, the reference speed derivation unit 31 determines the reference speed N 1P, which is the limit, from the input Y, because the limit number of revolutions at which the operation shifts to unstable operation differs depending on the guide valve opening Y. In addition, an output that makes the power generation amount correction signal ΔP 1 variable according to the opening degree Y is given. The signal correction circuit 25 has N 1 > N 1P and outputs a correction signal ΔP 1 according to the guide valve opening Y at that time.
Although ΔP 1 is output at time t 0 in FIG. 5, the command influenced by ΔP 1 is only P 0 ′ and increases, but the guide valve opening command Ya and the rotation speed command Na are constant. . As a result, the power generation output P increases according to P 0 ′, but the guide valve opening Y determined by Ya and the turbine output P T do not change. However, in the example of the figure, it is shown that the number is being reduced to the point corresponding to the change at time 0. Therefore, the turbine output P T and the power generation output P become P> P T , and the deceleration force acts on the turbine to rapidly reduce the rotational speed N. Since N 1 <N 1P due to the decrease in N, and the signal correction circuit 25 returns to ΔP 1 = 0,
Eventually, the apparatus shown in FIG. 1 becomes stable at each amount commensurate with the output after the decrease at time 0. The operating point after stabilization is point K in FIG. 4A.

第6図は本発明の他の実施例を示したものであり、信号
補正回路25の出力を発電出力指令Pに印加するので
はなく、最適回転速度指令Naに印加し、Na′=Na
−ΔNaにより最終的には案内弁開度Yを制御する。こ
の場合に補正信号は発電出力に相当するΔPではな
く、回転速度に相当するΔNaであるが、この求め方は
第1図の実施例と同様であるのでここでの説明は省略す
る。第7図は、時点0で発電出力指令Pが減少し、そ
の結果水車回転速度Nが上昇し時点tにおいて第6図
信号補正回路25がN>N1Pを検出して補正信号ΔN
aを出力したときの各部波形を示している。この図で時
点tまでの動作は第5図と同じであるのでここではt
以降の動作について説明する。
FIG. 6 shows another embodiment of the present invention, in which the output of the signal correction circuit 25 is not applied to the power generation output command P 0 , but to the optimum rotation speed command Na, and Na ′ = Na
Finally, the guide valve opening Y is controlled by -ΔNa. In this case, the correction signal is not ΔP 1 corresponding to the power generation output, but ΔNa corresponding to the rotation speed. However, since the method of obtaining this is the same as that of the embodiment of FIG. 1, its description is omitted here. In FIG. 7, the power generation output command P 0 decreases at time 0, and as a result, the turbine rotation speed N increases, and at time t 0 , the signal correction circuit 25 in FIG. 6 detects N 1 > N 1P and corrects the correction signal ΔN.
The waveform of each part when a is output is shown. In this figure, the operation up to the time point t 0 is the same as in FIG.
The operation after 0 will be described.

まず、補正信号ΔNaは最適回転速度指令Naを減少さ
せるように作用し、補正後の指令Na′は時点t以後
急速に減少する。また最終の案内弁開度指令Ya′は最
適案内弁開度指令Yaと、補正後の速度指令Na′に応
じて求められた補正開度指令ΔYとを加算器21で加算
して求めるため、Na′の減少によりYa′もまた案内
弁開度Yを急速に絞り込む。この結果、水車出力PT
急速に減少する。これに対し、発電出力指令P側につ
いてみると、不安定領域への突入を回避するための補正
信号ΔNaはPには全く作用しないので、指令P
実発電出力Pとは一定不変である。
First, the correction signal ΔNa acts to decrease the optimum rotation speed command Na, and the corrected command Na ′ rapidly decreases after the time point t 0 . Further, since the final guide valve opening command Ya ′ is obtained by adding the optimum guide valve opening command Ya and the corrected opening command ΔY obtained according to the corrected speed command Na ′ by the adder 21, Ya ′ also rapidly narrows the guide valve opening Y due to the decrease in Na ′. As a result, the turbine output P T decreases rapidly. On the other hand, looking at the power generation output command P 0 side, the correction signal ΔNa for avoiding entry into the unstable region does not act on P 0 at all, so the command P 0 and the actual power generation output P are constant. Is.

この結果、時点t後の水車出力PTと発電出力Pとは
P>PTとなり、水車には減速力が作用し回転速度が減
少し、第4図Aで述べたように安定運転領域へ脱出す
る。尚、速度の低下によりN<N1Pとなれば補正信号
ΔNaは消滅し、第6図回路各部の諸量は発電出力指令
に対応した値で安定する。
As a result, the turbine output P T and the power generation output P after time t 0 become P> P T , the deceleration force acts on the turbine, and the rotation speed decreases, and as described in FIG. Escape to. If N 1 <N 1P due to the decrease in speed, the correction signal ΔNa disappears, and the various components of the circuit shown in FIG. 6 stabilize at values corresponding to the power generation output command P 0 .

以上詳細に述べたように、本発明の可変速発電装置では
水車回転速度を低下させることで安定運転領域へ回避す
ることが可能であり、この場合に系統4の周波数は一定
のままとすることができる。つまり、系統周波数は2
次巻線の周波数と水車回転速度に対応して定まる周
波数との和であるが、が変動し増減した分は
が減少し、又は増加することで系統周波数を一定と
すべく2次励磁制御装置が作動することからである。
As described above in detail, in the variable speed power generator of the present invention, it is possible to avoid the stable operation region by reducing the rotational speed of the water turbine, and in this case, the frequency of the grid 4 should be kept constant. You can In other words, the system frequency is 2
It is a sum of the frequency W which is determined corresponding to the frequency 2 and water wheel rotational speed of the next winding, W is increased or decreased to vary minute
This is because the secondary excitation control device operates so as to keep the system frequency constant by decreasing or increasing 2.

次に本発明の適用可能な変形例について説明すると、上
述では可変発電機に誘導発電機を使用した場合を説明し
たが本発明は主旨を変えずに発電機の一次側に周波数変
換器を設けたタイプの可変速発電装置にも適用できる。
Next, a description will be given of applicable modifications of the present invention. In the above description, the case where an induction generator is used as a variable generator has been described. However, the present invention provides a frequency converter on the primary side of the generator without changing the gist of the present invention. It can also be applied to other types of variable speed generators.

また、制御装置としては、発電量指令と回転速度指令の
和の信号により2次励磁制御装置を駆動し、案内弁開度
を最適(効率上の)開度にするものにも適用できる。
Further, as the control device, it is also possible to apply a device in which the secondary excitation control device is driven by the signal of the sum of the power generation amount command and the rotation speed command so that the guide valve opening degree is set to the optimum (in terms of efficiency) opening degree.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明の効果は前述より明らかな如く発電機が電力系統
に並入される通常の可変速発電モードにおいて、ポンプ
水車(又は水車)がS字特性に突入する可能性を完全に
排除し、安定で確実な運転継続を保証できる点にある。
As is apparent from the above, the effect of the present invention is that in the normal variable speed power generation mode in which the generator is inserted in the power system in parallel, the possibility of the pump turbine (or turbine) entering the S-shaped characteristic is completely eliminated, and it is stable. The point is that reliable operation can be guaranteed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示すブロツク図、第2図は
第1図の一部を成す回転速度制御装置のブロツク図、第
3図(a)〜(g)は第1図や第2図の制御装置の各部
信号を示す説明図、第4図AはS字特性を有するポンプ
水車の流量特性(N−Q1)グラフ、第4図Bは同じく
トルク(N−T)グラフを示す図、第5図は第1図
装置において不安定運転領域に近づいた時の装置各部の
諸量を示す図、第6図と第7図は本発明の他の実施例と
その動作説明図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of a rotation speed control device forming a part of FIG. 1, and FIGS. 3 (a) to (g) are FIG. FIG. 4A is an explanatory view showing signals of respective parts of the control device of FIG. 2, FIG. 4A is a graph of flow rate characteristics (N 1 -Q 1 ) of a pump turbine having an S-shaped characteristic, and FIG. 4B is similarly torque (N 1 -T 1 ). 1 ) A diagram showing a graph, FIG. 5 is a diagram showing various amounts of each part of the apparatus when approaching an unstable operating region in the apparatus of FIG. 1, and FIGS. 6 and 7 are other embodiments of the present invention. FIG.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】発電機の実回転速度と発電出力指令と水位
信号とから前記発電機に直結した水車の案内弁の開度と
前記発電機の励磁制御装置とを制御して電力系統に電力
を供給する可変速発電装置において、 S字特性領域に移行する前記発電機の限界基準速度及び
前記発電機の発電量補正信号を前記案内弁の開度に対応
して出力する基準速度導出部と、 有効落差及び前記実回転速度から単位落差当たりの前記
発電機の回転数を求め、前記単位落差当たりの前記発電
機の回転数が前記限界基準速度よりも大きいときに前記
発電量補正信号を前記発電出力指令に加算して前記発電
機の回転数を低下させる信号補正回路と、を設けたこと
を特徴とする可変速発電装置。
1. An electric power is supplied to a power system by controlling an opening of a guide valve of a water turbine directly connected to the generator and an excitation control device of the generator from an actual rotation speed of the generator, a power generation output command and a water level signal. And a reference speed derivation unit that outputs a limit reference speed of the generator that shifts to an S-shaped characteristic region and a power generation amount correction signal of the generator corresponding to the opening of the guide valve. , The number of revolutions of the generator per unit head is obtained from the effective head and the actual rotation speed, and when the number of revolutions of the generator per unit head is larger than the limit reference speed, the power generation amount correction signal is And a signal correction circuit for reducing the rotation speed of the generator by adding it to a power generation output command.
【請求項2】発電機の実回転速度と発電出力指令と水位
信号とから前記発電機に直結した水車の案内弁の開度と
前記発電機の励磁制御装置とを制御して電力系統に電力
を供給する可変速発電装置において、 前記発電出力指令と前記水位信号とから前記発電機の最
適回転速度指令と最適案内弁開度指令を出力する水車特
性関数発生器と、 S字特性領域に移行する前記発電機の限界基準速度及び
前記最適回転速度指令を減少させる回転速度補正信号と
を前記案内弁の開度に対応して出力する基準速度導出部
と、 有効落差及び前記実回転速度から単位落差当たりの前記
発電機の回転数を求め、前記単位落差当たりの前記発電
機の回転数が前記限界基準速度よりも大きいときに前記
回転速度補正信号を出力する信号補正回路と、 を設け、前記回転速度補正信号を減算した前記最適案内
弁開度指令と前記実回転速度とにより案内弁補正信号を
求め、前記案内弁補正信号を前記最適案内弁開度指令に
加算して前記案内弁を制御し、前記発電機の回転数を低
下させることを特徴とする可変速発電装置。
2. The electric power is supplied to the power system by controlling the opening of the guide valve of the water turbine directly connected to the generator and the excitation control device of the generator from the actual rotation speed of the generator, the power generation output command and the water level signal. In a variable speed power generator for supplying a turbine generator function function generator that outputs an optimum rotation speed command and an optimum guide valve opening command of the generator from the power generation output command and the water level signal, and shifts to an S-shaped characteristic region A reference speed derivation unit that outputs a limit reference speed of the generator and a rotation speed correction signal that decreases the optimum rotation speed command in correspondence with the opening of the guide valve, and a unit from the effective head and the actual rotation speed. A signal correction circuit for determining the rotation speed of the generator per head, and outputting the rotation speed correction signal when the rotation speed of the generator per unit head is larger than the limit reference speed; Rotation speed Degree control signal is subtracted from the optimum guide valve opening command and the actual rotation speed to obtain a guide valve correction signal, and the guide valve correction signal is added to the optimum guide valve opening command to control the guide valve. A variable speed power generator, characterized in that the rotation speed of the generator is reduced.
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