JPH0697030B2 - 可変速水車発電装置 - Google Patents
可変速水車発電装置Info
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- JPH0697030B2 JPH0697030B2 JP61099842A JP9984286A JPH0697030B2 JP H0697030 B2 JPH0697030 B2 JP H0697030B2 JP 61099842 A JP61099842 A JP 61099842A JP 9984286 A JP9984286 A JP 9984286A JP H0697030 B2 JPH0697030 B2 JP H0697030B2
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- 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巻線形
回転子を有する回転電機が用いられ、この巻線形回転子
を有する回転電機の同期速度付近での発電運転を、最小
の周波数変換器容量で可能とするのに好敵な可変速水車
発電装置に関するものである。
回転子を有する回転電機が用いられ、この巻線形回転子
を有する回転電機の同期速度付近での発電運転を、最小
の周波数変換器容量で可能とするのに好敵な可変速水車
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の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。
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５図にも概略図で示すように、一、二次巻
線を備えた巻線形回転子を有する回転電機１があり、こ
の巻線形回転子を有する回転電機はその回転子に直結さ
れた水車２によって回転駆動されるとともに、巻線形回
転子を有する回転電機１の二次巻線1bには、サイクロコ
ンバータ等の交流励磁装置３により巻線形回転子を有す
る回転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、巻線形回転子を有する回転電
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。
線を備えた巻線形回転子を有する回転電機１があり、こ
の巻線形回転子を有する回転電機はその回転子に直結さ
れた水車２によって回転駆動されるとともに、巻線形回
転子を有する回転電機１の二次巻線1bには、サイクロコ
ンバータ等の交流励磁装置３により巻線形回転子を有す
る回転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、巻線形回転子を有する回転電
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は水車特性関数発生器で、回転速度検出器６で検出さ
れた回転速度信号Ｎ、外部から与えられる発電出力指令
P0および水位検出信号Ｈが入力され、最高効率で運転す
るための最適回転速度指令Naoと最適案内弁開度指令Yao
を発生する。７はスリップ位相検出用誘導機で、その回
転子が巻線形回転子を有する回転電機１に直結されると
ともに、一次巻線7aが巻線形回転子を有する回転電機１
の出力側に接続され、又二次巻線7bからスリップ位相信
号Spを出力するように形成されている。このスリップ位
相信号Spと前記最適回転速度指令Naoとがサイクロコン
バータ３に与えられ、前述したように、巻線形回転子を
有する回転電機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、案内弁９の開度が制
御され、水車出力PTが制御される。
れた回転速度信号Ｎ、外部から与えられる発電出力指令
P0および水位検出信号Ｈが入力され、最高効率で運転す
るための最適回転速度指令Naoと最適案内弁開度指令Yao
を発生する。７はスリップ位相検出用誘導機で、その回
転子が巻線形回転子を有する回転電機１に直結されると
ともに、一次巻線7aが巻線形回転子を有する回転電機１
の出力側に接続され、又二次巻線7bからスリップ位相信
号Spを出力するように形成されている。このスリップ位
相信号Spと前記最適回転速度指令Naoとがサイクロコン
バータ３に与えられ、前述したように、巻線形回転子を
有する回転電機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、案内弁９の開度が制
御され、水車出力PTが制御される。
このような発電装置において、巻線形回転子を有する回
転電機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、サイクコンバータ３の、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コン
バータ３の片側のみを流れることになり、この間に受け
取るジュール熱エネルギーが過大となり冷却能力を超え
る等の問題が生じ、結果的にサイクロコンバータ３の出
力電流容量の許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３にとって過酷な回転速度
範囲を、サイクロコンバータ出力禁止帯と呼び、この範
囲を通らぬように設計すると、サイクロコンバータ３は
格段に大型になり高価となる。
転電機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、サイクコンバータ３の、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コン
バータ３の片側のみを流れることになり、この間に受け
取るジュール熱エネルギーが過大となり冷却能力を超え
る等の問題が生じ、結果的にサイクロコンバータ３の出
力電流容量の許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３にとって過酷な回転速度
範囲を、サイクロコンバータ出力禁止帯と呼び、この範
囲を通らぬように設計すると、サイクロコンバータ３は
格段に大型になり高価となる。
従って従来技術をベースにすると、サイクロコンバータ
出力禁止帯有で設計し、最適回転速度が禁止帯に入るよ
うな発電出力範囲を避けて運転範囲そのものを狭くする
ことによってサイクロコンバータ容量の小型化を達成す
るか、あるいは大きな容量のサイクロコンバータを用
い、全ての発電出力範囲が運転可能となる、即ち、禁止
帯を持たないようにするかの二者択一の選択がある。
出力禁止帯有で設計し、最適回転速度が禁止帯に入るよ
うな発電出力範囲を避けて運転範囲そのものを狭くする
ことによってサイクロコンバータ容量の小型化を達成す
るか、あるいは大きな容量のサイクロコンバータを用
い、全ての発電出力範囲が運転可能となる、即ち、禁止
帯を持たないようにするかの二者択一の選択がある。
本発明はこれに鑑みなされたもので、その目的をすると
ころは、上記のうちの出力禁止帯を設け、最小のサイク
ロコンバータ容量を採用できる可変速水車発電装置を提
供することにある。
ころは、上記のうちの出力禁止帯を設け、最小のサイク
ロコンバータ容量を採用できる可変速水車発電装置を提
供することにある。
本発明は、電力系統に接続された１次巻線と、水車に直
結されて回転する２次巻線を備えた発電機と、前記発電
機の発電電力及び発電出力指令から前記２次巻線に流す
励磁電流を制御する交流励磁装置と、前記発電出力指令
により前記水車の案内弁を駆動する案内弁駆動装置を有
する可変速水車発電装置において、前記発電出力指令
（Po）に応じて最適回転速度指令（Nao）を出力する水
車特性関数発生器（５）と、下限回転速度（Nmin）と上
限回転速度（Nmax）を有するサイクロコンバータ出力禁
止帯内に前記最適回転速度指令（Nao）が入るときは、
前記最適回転速度指令（Nao）を前記サイクロコンバー
タ出力禁止帯の外へと修正する関数発生器（19）と、実
回転速度（Ｎ）と前記関数発生器（19）出力である回転
速度指令（Na）との偏差（ΔＮ）に応じて制御される前
記案内弁駆動装置（８）と、前記サイクロコンバータ出
力禁止帯内に前記実回転速度（Ｎ）が入っている場合
に、前記実回転速度（Ｎ）を禁止帯から速やかに脱出す
るための禁止帯蹴り返し信号（Ｐε）を出力する禁止帯
蹴り返し回路（20）を有し、前記発電出力指令、前記禁
止帯蹴り返し信号、及び前記発電出力から前記交流励磁
装置を制御するようにしたものである。
結されて回転する２次巻線を備えた発電機と、前記発電
機の発電電力及び発電出力指令から前記２次巻線に流す
励磁電流を制御する交流励磁装置と、前記発電出力指令
により前記水車の案内弁を駆動する案内弁駆動装置を有
する可変速水車発電装置において、前記発電出力指令
（Po）に応じて最適回転速度指令（Nao）を出力する水
車特性関数発生器（５）と、下限回転速度（Nmin）と上
限回転速度（Nmax）を有するサイクロコンバータ出力禁
止帯内に前記最適回転速度指令（Nao）が入るときは、
前記最適回転速度指令（Nao）を前記サイクロコンバー
タ出力禁止帯の外へと修正する関数発生器（19）と、実
回転速度（Ｎ）と前記関数発生器（19）出力である回転
速度指令（Na）との偏差（ΔＮ）に応じて制御される前
記案内弁駆動装置（８）と、前記サイクロコンバータ出
力禁止帯内に前記実回転速度（Ｎ）が入っている場合
に、前記実回転速度（Ｎ）を禁止帯から速やかに脱出す
るための禁止帯蹴り返し信号（Ｐε）を出力する禁止帯
蹴り返し回路（20）を有し、前記発電出力指令、前記禁
止帯蹴り返し信号、及び前記発電出力から前記交流励磁
装置を制御するようにしたものである。
第３図を用いて説明すると、図はある落差Ｈの場合の出
力−回転特性を案内弁開度をパラメータにして示したも
ので、本来なら水車を最高効率点で運転するには、落差
Ｈと出力P1を与えると最適回転速度が点ＡのN1に定めれ
ば良い。しかし、何よりも同期速度付近のサイクロコン
バータ禁止帯（回転速度Nmin〜Nmaxの範囲）は確実に回
避する必要があるので、回転速度のずれに対する水車効
率の低下は僅かである点Ａ′にスライドさせて修正設定
するようにする。
力−回転特性を案内弁開度をパラメータにして示したも
ので、本来なら水車を最高効率点で運転するには、落差
Ｈと出力P1を与えると最適回転速度が点ＡのN1に定めれ
ば良い。しかし、何よりも同期速度付近のサイクロコン
バータ禁止帯（回転速度Nmin〜Nmaxの範囲）は確実に回
避する必要があるので、回転速度のずれに対する水車効
率の低下は僅かである点Ａ′にスライドさせて修正設定
するようにする。
なお蹴り返し回路とは、実回転速度が上昇し乍ら禁止帯
に入り込もうとするとき、禁止帯突入直前又は直後の禁
止帯下限付近で、発電出力指令を急激に増加させるよう
にして発電機にかかる出力（水車にかかる負荷）を増加
させるか、または実回転速度が下降し乍ら禁止帯に入り
込もうとする禁止帯上限附近では、発電出力指令を急激
に減少させるよう修正し、発電機にかかる出力を減少さ
せる回路で、これにより実回転数を上下させて、回転禁
止帯の外へと蹴り戻すようにする。
に入り込もうとするとき、禁止帯突入直前又は直後の禁
止帯下限付近で、発電出力指令を急激に増加させるよう
にして発電機にかかる出力（水車にかかる負荷）を増加
させるか、または実回転速度が下降し乍ら禁止帯に入り
込もうとする禁止帯上限附近では、発電出力指令を急激
に減少させるよう修正し、発電機にかかる出力を減少さ
せる回路で、これにより実回転数を上下させて、回転禁
止帯の外へと蹴り戻すようにする。
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。
る。
第１図は、本発明の一実施例にかかる発電装置のブロッ
ク図である。なお、第１図中、第５図と同一符号は同一
又は相当物を示し、説明は省略する。水車特性関数発生
器５には従来と同様、発電出力指令P0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。いま、発電出力指令P0が上
げられこれに伴って最適回転速度指令N1となってサイク
ロコンバータにとって過酷なすべり過少の禁止帯に入っ
てしまう場合、水車特性関数発生器５の出力側に設けら
れた履歴関数発生器19の出力は、第４図に示すようにサ
イクロコンバータ禁止帯下限の回転速度に等しい回転速
度指令Na＝Nminに修正されて出力される。
ク図である。なお、第１図中、第５図と同一符号は同一
又は相当物を示し、説明は省略する。水車特性関数発生
器５には従来と同様、発電出力指令P0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。いま、発電出力指令P0が上
げられこれに伴って最適回転速度指令N1となってサイク
ロコンバータにとって過酷なすべり過少の禁止帯に入っ
てしまう場合、水車特性関数発生器５の出力側に設けら
れた履歴関数発生器19の出力は、第４図に示すようにサ
イクロコンバータ禁止帯下限の回転速度に等しい回転速
度指令Na＝Nminに修正されて出力される。
尚、回転速度指令値Naoが下降してきて上から禁止帯に
入る場合には、第４図のようにNaoがNminまで下がるま
で回転速度指令がNaoはNmaxのまま保持される。
入る場合には、第４図のようにNaoがNminまで下がるま
で回転速度指令がNaoはNmaxのまま保持される。
このように修正された回転速度指令Naは、回転速度器６
で検出された実際の回転速度信号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K3
S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。
で検出された実際の回転速度信号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K3
S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P0は後で詳述する禁止帯蹴り返
し回路20の出力Ｐεと加算器21で合成され、P0′となっ
て比較器15に入力され、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（P0′−PG）が電力制御装置17に入力され
る。電力制御装置17は、比較要素K6、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。
し回路20の出力Ｐεと加算器21で合成され、P0′となっ
て比較器15に入力され、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（P0′−PG）が電力制御装置17に入力され
る。電力制御装置17は、比較要素K6、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。
このように構成された本実施例の制御装置において、第
２図（ａ）の時点t0で、発電出力指令P0が最適回転速度
Naoをサイクロコンバータ出力禁止帯に入るようにステ
ップ状に上昇させると、修正信号P0′もステップ状に変
化し、巻線形回転子を有する回転電機即ち巻線形回転子
を有する発電機１の発電出力信号PGは、第２図（ｇ）に
示すように、発電出力指令P0′の変化に追従して上昇す
る。ただし、禁止帯内にNaoはあるので、履歴関数発生
器19の出力NaはNminとなる。尚、説明を簡単にするため
禁止帯蹴り返し回路20の説明は後で述べることとし、当
面出力Ｐεはゼロと考えて以下説明を進める。
２図（ａ）の時点t0で、発電出力指令P0が最適回転速度
Naoをサイクロコンバータ出力禁止帯に入るようにステ
ップ状に上昇させると、修正信号P0′もステップ状に変
化し、巻線形回転子を有する回転電機即ち巻線形回転子
を有する発電機１の発電出力信号PGは、第２図（ｇ）に
示すように、発電出力指令P0′の変化に追従して上昇す
る。ただし、禁止帯内にNaoはあるので、履歴関数発生
器19の出力NaはNminとなる。尚、説明を簡単にするため
禁止帯蹴り返し回路20の説明は後で述べることとし、当
面出力Ｐεはゼロと考えて以下説明を進める。
すると、電力制御装置17に含まれる積分要素K8/Sと、サ
イクロコンバータ３、巻線形回転子を有する発電機１、
発電出力検出器16及び比較器15によって構成される負帰
還回路により、偏差ΔＰ（P0′−PG）は次第に減少し
て、定常時にPG＝P0′となる。一方、前記案内弁開度指
令Ｙに対しての案内弁９の開度応答性は、前述の発電出
力指令P0に対する発電出力PGの応答性よりも遅い。この
ため、発電出力PGよりも水車出力PTの方が小さくなり、
第２図（ｆ）に示すように、回転速度Ｎは発電出力指令
P0の急変により一時的に減速された後、第２図の時点t1
で発電出力PGと水車出力PTがほぼ等しくなり、回転速度
Ｎの低下は止む。なお、時点t1では回転速度の偏差ΔＮ
（＝Na−Ｎ）が正で、修正演算器11から出力される補正
信号ΔＣは正であるから、この補正信号ΔＣで補正され
た案内弁開度指令（Yao＋ΔＣ）は、最適案内弁開度指
令Yaoよりも大となり、やがて水車出力PTは発電出力PG
よりも大となる。
イクロコンバータ３、巻線形回転子を有する発電機１、
発電出力検出器16及び比較器15によって構成される負帰
還回路により、偏差ΔＰ（P0′−PG）は次第に減少し
て、定常時にPG＝P0′となる。一方、前記案内弁開度指
令Ｙに対しての案内弁９の開度応答性は、前述の発電出
力指令P0に対する発電出力PGの応答性よりも遅い。この
ため、発電出力PGよりも水車出力PTの方が小さくなり、
第２図（ｆ）に示すように、回転速度Ｎは発電出力指令
P0の急変により一時的に減速された後、第２図の時点t1
で発電出力PGと水車出力PTがほぼ等しくなり、回転速度
Ｎの低下は止む。なお、時点t1では回転速度の偏差ΔＮ
（＝Na−Ｎ）が正で、修正演算器11から出力される補正
信号ΔＣは正であるから、この補正信号ΔＣで補正され
た案内弁開度指令（Yao＋ΔＣ）は、最適案内弁開度指
令Yaoよりも大となり、やがて水車出力PTは発電出力PG
よりも大となる。
従って、回転速度Ｎは増大して、回転速度指令Naに近づ
くとともに、補正信号ΔＣも零に近づき、最終的に案内
弁開度Ｙは最適案内弁開度指令Yaoと一致し、回転速度
Ｎは回転速度指令Naと等しくなる。すなわち、修正演算
器11に含まれる積分要素K2/Sと、加算器12、加算器13、
案内弁駆動装置８、案内弁９、水車２、巻線形回転子を
有する発電機１、回転速度検出器６および比較器10によ
って構成される負帰還回路により、偏差ΔＮ（＝Na−
Ｎ）は次第に減少して定常時にＮ＝Naとなる。また、定
常時、偏差ΔＹ（Yao−Ｙ）＝０、すなわち、Yao＝Ｙは
以下（イ）〜（ニ）を総合すれば、偏差ΔＹ（Yao−
Ｙ）＝０、すなわちYao−Ｙとなる。
くとともに、補正信号ΔＣも零に近づき、最終的に案内
弁開度Ｙは最適案内弁開度指令Yaoと一致し、回転速度
Ｎは回転速度指令Naと等しくなる。すなわち、修正演算
器11に含まれる積分要素K2/Sと、加算器12、加算器13、
案内弁駆動装置８、案内弁９、水車２、巻線形回転子を
有する発電機１、回転速度検出器６および比較器10によ
って構成される負帰還回路により、偏差ΔＮ（＝Na−
Ｎ）は次第に減少して定常時にＮ＝Naとなる。また、定
常時、偏差ΔＹ（Yao−Ｙ）＝０、すなわち、Yao＝Ｙは
以下（イ）〜（ニ）を総合すれば、偏差ΔＹ（Yao−
Ｙ）＝０、すなわちYao−Ｙとなる。
（イ）水車特性関数発生器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P0に相
当するものである。（ロ）前記したように、定常時PG＝
P0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
の差によって加速されたり、減速されたりするもので、
一種の積分要素とみることができ、しかも前記したよう
に修正演算器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によって負帰還回路が構成されているので、定常時に
はPG＝P0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。
開度指令Yaoは当然のことであるが発電出力指令P0に相
当するものである。（ロ）前記したように、定常時PG＝
P0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
の差によって加速されたり、減速されたりするもので、
一種の積分要素とみることができ、しかも前記したよう
に修正演算器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によって負帰還回路が構成されているので、定常時に
はPG＝P0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。
また反対に、発電出力指令を下げる時に最適回転速度指
令Naoがサイクロコンバータ禁止帯内となった場合に
は、履歴関数発生器19の出力は、サイククロコンバータ
出力禁止帯上限回転速度に等しい回転速度指令Na（＝Nm
ax）となる。
令Naoがサイクロコンバータ禁止帯内となった場合に
は、履歴関数発生器19の出力は、サイククロコンバータ
出力禁止帯上限回転速度に等しい回転速度指令Na（＝Nm
ax）となる。
前述のように最終的には水車の実際の回転速度Ｎは履歴
関数発生器19によって修正された回転速度指令Naと等し
くなり禁止帯から外れるが過渡的には第２図（ｆ）の斜
線部のように一時的に禁止帯に入り込んでしまう。
関数発生器19によって修正された回転速度指令Naと等し
くなり禁止帯から外れるが過渡的には第２図（ｆ）の斜
線部のように一時的に禁止帯に入り込んでしまう。
本発明の目的の１つはこの一時的な入り込みを最小限に
止め、かつ、す早く脱出せしめるようにすることにあ
る。更に第８図（イ）のように発電出力指令P0が増加
し、これに伴って最適回転速度指令Naoが禁止帯の下か
ら上へ横切るような場合や、第８図（ロ）のように発電
出力指令P0が減少し、これに伴って最適回転速度指令Na
oが禁止帯の上から下へ横切るような場合に回転速度Ｎ
の禁止帯通過時間を短縮することにある。
止め、かつ、す早く脱出せしめるようにすることにあ
る。更に第８図（イ）のように発電出力指令P0が増加
し、これに伴って最適回転速度指令Naoが禁止帯の下か
ら上へ横切るような場合や、第８図（ロ）のように発電
出力指令P0が減少し、これに伴って最適回転速度指令Na
oが禁止帯の上から下へ横切るような場合に回転速度Ｎ
の禁止帯通過時間を短縮することにある。
通過時間を短くできればサイクロコンバータの逆並列変
換器の片側使用の時間を短くできるので、ジェール熱に
よる放熱量を制限でき、サイクロコンバータの容量縮小
が図れる。
換器の片側使用の時間を短くできるので、ジェール熱に
よる放熱量を制限でき、サイクロコンバータの容量縮小
が図れる。
第７図は、本発明の要件となる禁止帯蹴り返し回路の説
明図で、最適回転速度指令Naoが第８図（イ）のように
禁止帯の下から上へ横断するように設定された場合を考
える。Naoの上昇に伴って実際の回転速度Ｎも上昇する
が、回転速度Ｎが第７図の禁止帯下限即ち、Nminに達す
ると禁止帯蹴り返し回路20の出力Ｐεを増大せしめる。
明図で、最適回転速度指令Naoが第８図（イ）のように
禁止帯の下から上へ横断するように設定された場合を考
える。Naoの上昇に伴って実際の回転速度Ｎも上昇する
が、回転速度Ｎが第７図の禁止帯下限即ち、Nminに達す
ると禁止帯蹴り返し回路20の出力Ｐεを増大せしめる。
尚、蹴り返し回路20の出力Ｐεの最大量Ｐεmaxは後述
のように速度指令のNaoの禁止帯横断設定が可能なよう
に設定するが一般には定格出力の20〜30％程度に抑える
のがよい。
のように速度指令のNaoの禁止帯横断設定が可能なよう
に設定するが一般には定格出力の20〜30％程度に抑える
のがよい。
Ｐεが増大するとP0′が増大し結果として発電機出力PG
が増大する。このことは水車にかかる負荷が増大するこ
とで回転速度Ｎの上昇の勢いが禁止帯下限のNmin附近で
大きく腰を折られブレーキを掛けられることを意味す
る。それでも尚速度上昇が止まずＮがNmin＋εに至る
と、今まで出していた禁止帯蹴り返し要素の出力Ｐεは
ゼロとなる。
が増大する。このことは水車にかかる負荷が増大するこ
とで回転速度Ｎの上昇の勢いが禁止帯下限のNmin附近で
大きく腰を折られブレーキを掛けられることを意味す
る。それでも尚速度上昇が止まずＮがNmin＋εに至る
と、今まで出していた禁止帯蹴り返し要素の出力Ｐεは
ゼロとなる。
かくてPGもステップ状にP0まで急激する。この結果、今
までの合成出力指令P0′＝P0＋Ｐεmaxとほとんどバラ
ンスしていた水車出力PTとの間に急にＰεmax分のプラ
ス偏差が生じ、回転速度Ｎは急上昇を始め一気に禁止帯
を横切り、新しい（禁止帯より上の）最適回転速度に移
行する。上述の如く禁止帯蹴り返し回路20によって、回
転速度Ｎの上昇はNmin〜Nmin＋εの間に止るように制御
され、それでもＮの上昇が止まらないときは、Ｎが一気
に禁止帯を走り抜ける。
までの合成出力指令P0′＝P0＋Ｐεmaxとほとんどバラ
ンスしていた水車出力PTとの間に急にＰεmax分のプラ
ス偏差が生じ、回転速度Ｎは急上昇を始め一気に禁止帯
を横切り、新しい（禁止帯より上の）最適回転速度に移
行する。上述の如く禁止帯蹴り返し回路20によって、回
転速度Ｎの上昇はNmin〜Nmin＋εの間に止るように制御
され、それでもＮの上昇が止まらないときは、Ｎが一気
に禁止帯を走り抜ける。
逆に最適回転速度指令Naoが第８図（ロ）の様に禁止帯
の上から下へ横断設定された場合はNmax〜Nmax−εの間
で回転速度Ｎの下降が止むよう作用を受け、それでもＮ
の下降が止まずNmax−εを超えたとたんに加速され一気
に禁止帯を走り抜け新しい（禁止帯より下の）最適回転
速度へ移行する。
の上から下へ横断設定された場合はNmax〜Nmax−εの間
で回転速度Ｎの下降が止むよう作用を受け、それでもＮ
の下降が止まずNmax−εを超えたとたんに加速され一気
に禁止帯を走り抜け新しい（禁止帯より下の）最適回転
速度へ移行する。
尚、禁止帯蹴り返し回路20は第７図の様なＮ−Ｐε関数
発生器と回転速度Ｎが上昇中が下降中かを判別するため
の回路（例えば時定数の小さい不完全微分回路）より構
成される。
発生器と回転速度Ｎが上昇中が下降中かを判別するため
の回路（例えば時定数の小さい不完全微分回路）より構
成される。
尚、第７図は禁止帯蹴り返し回路の１例で前述の如く回
転速度Ｎが禁止帯に入ろうとした時、その入口で押し返
しができなかった時は急に押し返しを止めて禁止帯のす
早い通過を促すタイプのものであれば何でもよい。
転速度Ｎが禁止帯に入ろうとした時、その入口で押し返
しができなかった時は急に押し返しを止めて禁止帯のす
早い通過を促すタイプのものであれば何でもよい。
第６図は第４図の履歴関数発生器10の代案で最適回転速
度指令Naoを入力とし禁止帯を避けた回転速度Naを出力
する別の速度指令関数発生器の例である。
度指令Naoを入力とし禁止帯を避けた回転速度Naを出力
する別の速度指令関数発生器の例である。
入力の最適回転速度指令NaoがNmin〜Ncの間は出力NaはN
minに入力し、NaoがNc〜Nmaxの間はNaoはNmaxにする。
minに入力し、NaoがNc〜Nmaxの間はNaoはNmaxにする。
以上説明したように本願発明は、発電機１の回転速度が
サイクロコンバータ出力禁止帯に入らないよう履歴関数
発生装置19を設けると共に、発電機１の回転速度が水車
２の慣性により一時的にサイクロコンバータ出力禁止帯
に入り込んでも、この入り込みを最小限に抑えて素早く
サイクロコンバータ出力禁止帯外へ移行させるか、速や
かに通過せしめるようにする禁止帯蹴り返し回路20を設
けているから、サイクロコンバータ３を構成している逆
並列変換器の片側だけに電流が流れるということがなく
なって、過大のジュール熱の発生がなくなり、サイクロ
コンバータ３の出力電流容量が小さくできるから経済的
な設計ができるという効果がある。
サイクロコンバータ出力禁止帯に入らないよう履歴関数
発生装置19を設けると共に、発電機１の回転速度が水車
２の慣性により一時的にサイクロコンバータ出力禁止帯
に入り込んでも、この入り込みを最小限に抑えて素早く
サイクロコンバータ出力禁止帯外へ移行させるか、速や
かに通過せしめるようにする禁止帯蹴り返し回路20を設
けているから、サイクロコンバータ３を構成している逆
並列変換器の片側だけに電流が流れるということがなく
なって、過大のジュール熱の発生がなくなり、サイクロ
コンバータ３の出力電流容量が小さくできるから経済的
な設計ができるという効果がある。
第１図は、本発明の一実施例に係る可変速水車発電装置
のブロック図、第２図（ａ）〜（ｇ）は、同発電装置の
各部における信号の波形図、第３図は、水車出力と最適
回転速度および案内弁開度との関係を示す図、第４図
は、履歴関数発生器の入出力の関係を示す図、第５図
は、従来の可変速水車発電装置の一例を示すブロック
図、第６図は第４図の履歴関数発生器の代りに使用する
速度指令関数発生器の図、第７図は禁止帯蹴り返し要素
の作用説明図、第８図は禁止帯を横断して最適回転速度
指令の設定移動をした例である。 １……巻線形回転子を有する回転電機（又は発電機）、
２……水車、３……サイクロコンバータ、４……電力系
統、５……水車特性関数発生器、６……回転速度検出
器、７……スリップ位相検出誘導機、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……履歴関数発生器、20……禁止
帯蹴り返し回路、21……加算器、P0……修正された発電
出力指令。
のブロック図、第２図（ａ）〜（ｇ）は、同発電装置の
各部における信号の波形図、第３図は、水車出力と最適
回転速度および案内弁開度との関係を示す図、第４図
は、履歴関数発生器の入出力の関係を示す図、第５図
は、従来の可変速水車発電装置の一例を示すブロック
図、第６図は第４図の履歴関数発生器の代りに使用する
速度指令関数発生器の図、第７図は禁止帯蹴り返し要素
の作用説明図、第８図は禁止帯を横断して最適回転速度
指令の設定移動をした例である。 １……巻線形回転子を有する回転電機（又は発電機）、
２……水車、３……サイクロコンバータ、４……電力系
統、５……水車特性関数発生器、６……回転速度検出
器、７……スリップ位相検出誘導機、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……履歴関数発生器、20……禁止
帯蹴り返し回路、21……加算器、P0……修正された発電
出力指令。
フロントページの続き (72)発明者 阪東 明 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 伊藤 明夫 茨城県日立市大みか町５丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 林 茂明 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 原口 英二 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】電力系統（４）に接続された１次巻線（1
a）と、水車（２）に直結されて回転する２次巻線（1
b）を備えた発電機（１）と、前記発電機（１）の発電
電力（PG）及び発電出力指令（Po）から前記２次巻線
（1b）に流す励磁電流を制御する交流励磁装置（３）
と、前記発電出力指令（Po）により前記水車（２）の案
内弁（９）を駆動する案内弁駆動装置（８）を有する可
変速水車発電装置において、 前記発電出力指令（Po）に応じて最適回転速度指令（Na
o）を出力する水車特性関数発生器（５）と、 下限回転速度（Nmin）と上限回転速度（Nmax）を有する
サイクロコンバータ出力禁止帯内に前記最適回転速度指
令（Nao）が入るときは、前記最適回転速度指令（Nao）
を前記サイクロコンバータ出力禁止帯の外へと修正設定
する関数発生器（19）と、 実回転速度（Ｎ）と前記関数発生器（19）出力である回
転速度指令（Na）との偏差（ΔＮ）に応じて制御される
前記案内弁駆動装置（８）と、 前記サイクロコンバータ出力禁止帯内に前記実回転速度
（Ｎ）が入っている場合に、前記実回転速度（Ｎ）を禁
止帯から速やかに脱出するための禁止帯蹴り返し信号
（Ｐε）を出力する禁止帯蹴り返し回路（20）を有し、 前記発電出力指令（Po）、前記禁止帯蹴り返し信号（Ｐ
ε）、及び前記発電出力（PG）から前記交流励磁装置
（３）を制御する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 |
|---|---|---|---|
| JP61099842A JPH0697030B2 (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 |
|---|---|---|---|
| JP61099842A JPH0697030B2 (ja) | 1986-04-30 | 1986-04-30 | 可変速水車発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62255583A JPS62255583A (ja) | 1987-11-07 |
| JPH0697030B2 true JPH0697030B2 (ja) | 1994-11-30 |
Family
ID=14258055
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61099842A Expired - Lifetime JPH0697030B2 (ja) | 1986-04-30 | 1986-04-30 | 可変速水車発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0697030B2 (ja) |
-
1986
- 1986-04-30 JP JP61099842A patent/JPH0697030B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62255583A (ja) | 1987-11-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |