JPH10313598A - 揚水発電装置 - Google Patents
揚水発電装置Info
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- JPH10313598A JPH10313598A JP10175154A JP17515498A JPH10313598A JP H10313598 A JPH10313598 A JP H10313598A JP 10175154 A JP10175154 A JP 10175154A JP 17515498 A JP17515498 A JP 17515498A JP H10313598 A JPH10313598 A JP H10313598A
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- excitation
- circuit
- speed
- rotation
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ガバナ系ループの安定性が悪くなり、回転速
度が可変速範囲を逸脱するおそれもあり、ＡＦＣ信号で
の応動に課題があった。 【解決手段】 揚水運転時には指令条件で決まる最適励
磁量になるようにパルス幅変調制御を行うベクトル制御
回路８０と、揚水始動時の初期回転時は速度制御信号に
よる前記ベクトル制御回路８０の制御信号で始動を開始
し、規定回転まで回転が上昇したら、周波数に比例した
励磁電圧に上げる制御により同期速度まで昇速するよう
に上記パルス幅変調制御を行わしめるようにインバータ
６ａの制御を切替える制御切替回路７８とを具備したも
のである。
度が可変速範囲を逸脱するおそれもあり、ＡＦＣ信号で
の応動に課題があった。 【解決手段】 揚水運転時には指令条件で決まる最適励
磁量になるようにパルス幅変調制御を行うベクトル制御
回路８０と、揚水始動時の初期回転時は速度制御信号に
よる前記ベクトル制御回路８０の制御信号で始動を開始
し、規定回転まで回転が上昇したら、周波数に比例した
励磁電圧に上げる制御により同期速度まで昇速するよう
に上記パルス幅変調制御を行わしめるようにインバータ
６ａの制御を切替える制御切替回路７８とを具備したも
のである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は例えばポンプ水車
に交流励磁同期機を接続した揚水発電装置に関するもの
である。
に交流励磁同期機を接続した揚水発電装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種の揚水発電装置としては、
次のようなものが知られている。
次のようなものが知られている。
【０００３】（１）図３は例えば特開昭６２−７７０８
２号公報に示された可変速揚水発電装置の原理を説明す
るブロック図であり、図において、Ｍは巻線形誘導発電
電動機の２次側をスベリ周波数により２次励磁し、可変
速度で指定された電力にて運転される交流励磁同期機
（以下、ＡＥＳＭと略称する）、１はその巻線形誘電発
電電動機の電機子、２はその誘電発電電動機の回転子
（２次コイル）、３は可逆式ポンプ水車、４はシャフ
ト、５はサイクロコンバータ用変圧器、６は励磁用変換
器としてのサイクロコンバータ（以下、ＥＸと略称す
る）、７は回転数検出器、８はサイクロコンバータの制
御器である。
２号公報に示された可変速揚水発電装置の原理を説明す
るブロック図であり、図において、Ｍは巻線形誘導発電
電動機の２次側をスベリ周波数により２次励磁し、可変
速度で指定された電力にて運転される交流励磁同期機
（以下、ＡＥＳＭと略称する）、１はその巻線形誘電発
電電動機の電機子、２はその誘電発電電動機の回転子
（２次コイル）、３は可逆式ポンプ水車、４はシャフ
ト、５はサイクロコンバータ用変圧器、６は励磁用変換
器としてのサイクロコンバータ（以下、ＥＸと略称す
る）、７は回転数検出器、８はサイクロコンバータの制
御器である。
【０００４】図４は上記可変速揚水発電装置の揚水方向
運転特性を示すもので、縦軸はポンプ入力を％表示、横
軸はポンプの揚程である。揚程の１００％は最高揚程
で、最低揚程が９０％の場合を示している。点Ｐ１〜Ｐ
４，Ｐ１３，Ｐ１４は特定のポイントを示しており、ラ
インＬ１２は最大ポンプ入力、Ｌ５は１００％ポンプ入
力、Ｌ６は安定なるポンプ運転の限界線、Ｌ７は最低揚
程におけるポンプ入力の最小しぼり込み値の限界、ライ
ンＬ８〜Ｌ１１は回転数を各々１０２，１００，９７．
５，９５％に変えた場合の運転特性曲線である。
運転特性を示すもので、縦軸はポンプ入力を％表示、横
軸はポンプの揚程である。揚程の１００％は最高揚程
で、最低揚程が９０％の場合を示している。点Ｐ１〜Ｐ
４，Ｐ１３，Ｐ１４は特定のポイントを示しており、ラ
インＬ１２は最大ポンプ入力、Ｌ５は１００％ポンプ入
力、Ｌ６は安定なるポンプ運転の限界線、Ｌ７は最低揚
程におけるポンプ入力の最小しぼり込み値の限界、ライ
ンＬ８〜Ｌ１１は回転数を各々１０２，１００，９７．
５，９５％に変えた場合の運転特性曲線である。
【０００５】可変速機でない常に定格回転数（ｎ＝１０
０％）で運転される揚水発電装置の揚水方向運転特性
は、図４のラインＬ９に示す特性で揚程によって一義的
にポンプ入力が決められてしまうのに対し、上記可変速
揚水発電装置の場合は回転を定格の回転数より下げるこ
とにより、点Ｐ２〜Ｐ４を結ぶ範囲内でポンプ入力の調
整が可能であり、回転を定格回転数より上げることによ
り点Ｐ１３，Ｐ１４，Ｐ２，Ｐ３を結ぶ範囲内でポンプ
入力の調整が可能であり、合せてＰ１３，Ｐ２，Ｐ４，
Ｐ１４で囲まれた範囲が運転可能である。
０％）で運転される揚水発電装置の揚水方向運転特性
は、図４のラインＬ９に示す特性で揚程によって一義的
にポンプ入力が決められてしまうのに対し、上記可変速
揚水発電装置の場合は回転を定格の回転数より下げるこ
とにより、点Ｐ２〜Ｐ４を結ぶ範囲内でポンプ入力の調
整が可能であり、回転を定格回転数より上げることによ
り点Ｐ１３，Ｐ１４，Ｐ２，Ｐ３を結ぶ範囲内でポンプ
入力の調整が可能であり、合せてＰ１３，Ｐ２，Ｐ４，
Ｐ１４で囲まれた範囲が運転可能である。
【０００６】（２）図５は例えば平成３年電気学会全国
大会、第１１−５５，第１１−５６の「可変速揚水発電
システムの励磁装置保護方式」に示されたサイクロコン
バータ形可変速揚水発電装置のブロック図であり、前記
図３と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略す
る。図５において、９は周波数変換装置としてのサイク
ロコンバータであり、この入力側にそれぞれ並列に過電
圧抑制用サイリスタ１０、過電圧抑制アレスタ１１、過
電圧検出回路１２が接続されている。
大会、第１１−５５，第１１−５６の「可変速揚水発電
システムの励磁装置保護方式」に示されたサイクロコン
バータ形可変速揚水発電装置のブロック図であり、前記
図３と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略す
る。図５において、９は周波数変換装置としてのサイク
ロコンバータであり、この入力側にそれぞれ並列に過電
圧抑制用サイリスタ１０、過電圧抑制アレスタ１１、過
電圧検出回路１２が接続されている。
【０００７】次に動作について説明する。ＡＥＳＭを可
変速で運転するには、ＡＥＳＭを２次励磁する方式が通
常採用される。回転数が変っても、系統周波数と一致す
るようにスベリ分だけ２次励磁により周波数を補正して
やれば、系統との並列運転が可能である。
変速で運転するには、ＡＥＳＭを２次励磁する方式が通
常採用される。回転数が変っても、系統周波数と一致す
るようにスベリ分だけ２次励磁により周波数を補正して
やれば、系統との並列運転が可能である。
【０００８】系統事故が発生すると、ＡＥＳＭの２次に
過電圧が発生することが知られており、過電圧検出回路
１２で過電圧を検出し、過電圧抑制用アレスタ１１を点
弧して過電圧を抑制していた。
過電圧が発生することが知られており、過電圧検出回路
１２で過電圧を検出し、過電圧抑制用アレスタ１１を点
弧して過電圧を抑制していた。
【０００９】（３）図６は例えば特開平３−１１７３９
６号公報に示されたサイクロコンバータ形可変速揚水発
電装置の概要を示すブロック図であり、前記図３と同一
部分には同一符号を付して重複説明を省略する。図６に
おいて、１３は計器用変流器、１４は計器用変圧器であ
る。図７は上記装置に適用する１２相非循環電流方式サ
イクロコンバータの回路図である。
６号公報に示されたサイクロコンバータ形可変速揚水発
電装置の概要を示すブロック図であり、前記図３と同一
部分には同一符号を付して重複説明を省略する。図６に
おいて、１３は計器用変流器、１４は計器用変圧器であ
る。図７は上記装置に適用する１２相非循環電流方式サ
イクロコンバータの回路図である。
【００１０】次に動作について説明する。まず、ＡＥＳ
Ｍを可変速で同期運転するには、該ＡＥＳＭの電機子１
を２次励磁する交流励磁方式が通常採用される。この励
磁方式は、例えば、図示のように、ＡＥＳＭの電機子１
の出力電圧をコンバータ用変圧器５で電圧変換した２次
電圧をＥＸ６に入力する。
Ｍを可変速で同期運転するには、該ＡＥＳＭの電機子１
を２次励磁する交流励磁方式が通常採用される。この励
磁方式は、例えば、図示のように、ＡＥＳＭの電機子１
の出力電圧をコンバータ用変圧器５で電圧変換した２次
電圧をＥＸ６に入力する。
【００１１】一般に同期発電機を並列運転するには、特
に両機の周波数，電圧の大きさ、及び位相の３要素が一
致していなければ並列投入と同時にじょう乱が発生する
ので、常に回転子２の回転数が高まっても系統周波数と
一致するように、スベリ分だけ２次励磁により周波数を
補正してやる必要がある。
に両機の周波数，電圧の大きさ、及び位相の３要素が一
致していなければ並列投入と同時にじょう乱が発生する
ので、常に回転子２の回転数が高まっても系統周波数と
一致するように、スベリ分だけ２次励磁により周波数を
補正してやる必要がある。
【００１２】そこで、ＥＸ６の周波数変換機能として、
交流電源からサイリスタのスイッチ作用を利用して直接
に周波数の異る交流電力を得、これをＡＥＳＭの回転子
２に供給するサイクロコンバータ制御方式が使用され
る。
交流電源からサイリスタのスイッチ作用を利用して直接
に周波数の異る交流電力を得、これをＡＥＳＭの回転子
２に供給するサイクロコンバータ制御方式が使用され
る。
【００１３】前記ＥＸ６としてはＡＥＳＭの回転子２の
回転数検出機（例えば、レゾルバ）７の位置信号や計器
用変流器１３による発電機出力電流，及び計器用変圧器
１４による発電機出力電圧等を制御要素として入力した
サイクロコンバータ制御器８によって制御し、最終的に
設定された電力及び最適回転数になるようにＡＥＳＭを
システム制御している。
回転数検出機（例えば、レゾルバ）７の位置信号や計器
用変流器１３による発電機出力電流，及び計器用変圧器
１４による発電機出力電圧等を制御要素として入力した
サイクロコンバータ制御器８によって制御し、最終的に
設定された電力及び最適回転数になるようにＡＥＳＭを
システム制御している。
【００１４】（４）図８は例えば電学誌、１０７巻３
号、昭６２，第２１０頁、図１２に示された揚水発電装
置のブロック図であり、図において、Ｍは電機子１と回
転子２を有するＡＥＳＭ、３はＡＥＳＭに直結されたポ
ンプ水車、１５はサイクロコンバータ、１６は自動電流
制御回路、１７は負荷調整回路、１８は出力設定器、１
９はポンプ水車３の入出力制御サーボ、２０はガバナ、
２１は回転速度演算回路、２２は弁開度演算回路、Ｐ，
Ｎ，Ｈ，ＧＶＯは各々実際の発生電力、回転数、落差、
ガイドベーン開度である。各々のサフィックスの零は指
令値を示す。
号、昭６２，第２１０頁、図１２に示された揚水発電装
置のブロック図であり、図において、Ｍは電機子１と回
転子２を有するＡＥＳＭ、３はＡＥＳＭに直結されたポ
ンプ水車、１５はサイクロコンバータ、１６は自動電流
制御回路、１７は負荷調整回路、１８は出力設定器、１
９はポンプ水車３の入出力制御サーボ、２０はガバナ、
２１は回転速度演算回路、２２は弁開度演算回路、Ｐ，
Ｎ，Ｈ，ＧＶＯは各々実際の発生電力、回転数、落差、
ガイドベーン開度である。各々のサフィックスの零は指
令値を示す。
【００１５】上記の構成において、図９に示すごとく設
定された電力（６５Ｐ）になるように、出力設定器１
８、負荷調整回路１７、自動電流制御回路１６によりサ
イクロコンバータ１５を制御して電力をＰのごとく制御
し、最適回転数（Ｎ0 ）になるように、出力設定器１
８、回転速度演算回路２１、ガバナ２０、弁開度演算回
路２２により入出力制御サーボ１９を制御して回転数Ｎ
でＡＥＳＭを運転する。
定された電力（６５Ｐ）になるように、出力設定器１
８、負荷調整回路１７、自動電流制御回路１６によりサ
イクロコンバータ１５を制御して電力をＰのごとく制御
し、最適回転数（Ｎ0 ）になるように、出力設定器１
８、回転速度演算回路２１、ガバナ２０、弁開度演算回
路２２により入出力制御サーボ１９を制御して回転数Ｎ
でＡＥＳＭを運転する。
【００１６】（５）図１０は前記図８に示す可変速揚水
発電装置の始動装置を示すブロック図であり、図３と同
一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。図１
０において、２３はＡＥＳＭ用しゃ断器、２４はＡＥＳ
Ｍの相切替断路器、２５は主変圧器、２６はＥＸ用しゃ
断器、２７は始動用しゃ断器、２８は始動用変圧器、２
９は始動変圧器用しゃ断器、３０はサイリスタ始動装置
である。
発電装置の始動装置を示すブロック図であり、図３と同
一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。図１
０において、２３はＡＥＳＭ用しゃ断器、２４はＡＥＳ
Ｍの相切替断路器、２５は主変圧器、２６はＥＸ用しゃ
断器、２７は始動用しゃ断器、２８は始動用変圧器、２
９は始動変圧器用しゃ断器、３０はサイリスタ始動装置
である。
【００１７】次に上記始動装置の動作を説明する。相切
替断路器２４の揚水方向断路器（Ｐ側）を投入し、しゃ
断器２６，２９を投入しておき、始動指令によりまずポ
ンプ水車３の水面を押下げてから始動用しゃ断器２７を
投入し、サイリスタ始動装置３０にて始動を開始する。
サイリスタ始動装置３０にて昇速し、昇速中の励磁はＥ
Ｘ６によりＤＣまたは低周波（スベリ３％以下）励磁と
し、同期速度近くまで加速したら始動用しゃ断器２７を
解放し、ＥＸ６を制御して揃速制御を行い、ＡＥＳＭ用
しゃ断器２３で同期投入する。水面押下げ用空気排気
後、プライミング圧力を確立し、ガイドベーンを開けて
揚水運転に入る。なお、図８の揚水発電装置および図１
０の始動装置に関連する従来例として、特開昭６０−２
０１０７８号公報、特開平２−１１１３００号公報、特
公平３−５１９１０号公報等がある。
替断路器２４の揚水方向断路器（Ｐ側）を投入し、しゃ
断器２６，２９を投入しておき、始動指令によりまずポ
ンプ水車３の水面を押下げてから始動用しゃ断器２７を
投入し、サイリスタ始動装置３０にて始動を開始する。
サイリスタ始動装置３０にて昇速し、昇速中の励磁はＥ
Ｘ６によりＤＣまたは低周波（スベリ３％以下）励磁と
し、同期速度近くまで加速したら始動用しゃ断器２７を
解放し、ＥＸ６を制御して揃速制御を行い、ＡＥＳＭ用
しゃ断器２３で同期投入する。水面押下げ用空気排気
後、プライミング圧力を確立し、ガイドベーンを開けて
揚水運転に入る。なお、図８の揚水発電装置および図１
０の始動装置に関連する従来例として、特開昭６０−２
０１０７８号公報、特開平２−１１１３００号公報、特
公平３−５１９１０号公報等がある。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】従来の揚水発電装置は
以上のように構成されているので、それぞれ次のような
課題があった。
以上のように構成されているので、それぞれ次のような
課題があった。
【００１９】まず、前記（１）の揚水発電装置は、スベ
リ零（Ｓ＝０）即ち、定格回転数（ｎ＝１００％）付近
では、ＥＸ６の出力が非常に低周波で直流に近くなるた
め、３相の１アームに長く通電することにより、熱的に
ＥＸ６の容量を大きくしなければならず、不経済とな
る。
リ零（Ｓ＝０）即ち、定格回転数（ｎ＝１００％）付近
では、ＥＸ６の出力が非常に低周波で直流に近くなるた
め、３相の１アームに長く通電することにより、熱的に
ＥＸ６の容量を大きくしなければならず、不経済とな
る。
【００２０】前記（２）のサイクロコンバータ形可変速
揚水発電装置は、一度過電圧保護回路を動作させると、
復帰が困難となったり、復帰回路が複雑になったり、Ｅ
Ｘ６の出力側に過電圧保護装置を設ける必要があり、構
成も複雑なため装置スペースも大きく、不経済である。
揚水発電装置は、一度過電圧保護回路を動作させると、
復帰が困難となったり、復帰回路が複雑になったり、Ｅ
Ｘ６の出力側に過電圧保護装置を設ける必要があり、構
成も複雑なため装置スペースも大きく、不経済である。
【００２１】また、ＥＸ６は常に回転子２の回転数を検
出し、系統周波数や位相との差によるスベリ周波数でＡ
ＥＳＭを励磁しているため、系統並入指令が出たら、Ａ
ＥＳＭの発生電圧と系統電圧が一致すればすぐ並入して
いた。これは周波数と位相に常に一致しているものとし
て確認せず、従来の同期機と同じように電圧や位相を３
相回路で比較し、同期判定していたため、不十分な条件
で並入したり、装置が複雑になるなどの課題があった。
出し、系統周波数や位相との差によるスベリ周波数でＡ
ＥＳＭを励磁しているため、系統並入指令が出たら、Ａ
ＥＳＭの発生電圧と系統電圧が一致すればすぐ並入して
いた。これは周波数と位相に常に一致しているものとし
て確認せず、従来の同期機と同じように電圧や位相を３
相回路で比較し、同期判定していたため、不十分な条件
で並入したり、装置が複雑になるなどの課題があった。
【００２２】前記（３）のサイクロコンバータ形可変速
揚水発電装置は、ＥＸ６の容量は変換器の使用素子の容
量によって制限を受け、大容量の変換器への適用が難し
く、ＡＥＳＭの容量を大きくできなかったり、変換器で
ＡＥＳＭを自己始動できない等の課題があった。
揚水発電装置は、ＥＸ６の容量は変換器の使用素子の容
量によって制限を受け、大容量の変換器への適用が難し
く、ＡＥＳＭの容量を大きくできなかったり、変換器で
ＡＥＳＭを自己始動できない等の課題があった。
【００２３】前記（４）の揚水発電装置は、入出力設定
器を操作した時、電力は出力設定器１８により電気的に
ＥＸ６により即応するが、ガイドベーン動作が機械的で
遅いために、一時的に回転速度が反対方向に応動する。
また早い制御が電力でフィードバックされているため、
電力が一定に保たれることからガバナ系ループの安定性
が悪くなり、回転速度が可変速範囲を逸脱するおそれも
あり、ＡＦＣ信号での応動に課題があった。
器を操作した時、電力は出力設定器１８により電気的に
ＥＸ６により即応するが、ガイドベーン動作が機械的で
遅いために、一時的に回転速度が反対方向に応動する。
また早い制御が電力でフィードバックされているため、
電力が一定に保たれることからガバナ系ループの安定性
が悪くなり、回転速度が可変速範囲を逸脱するおそれも
あり、ＡＦＣ信号での応動に課題があった。
【００２４】前記（５）の揚水発電装置は、揚水始動時
にサイリスタ始動装置の設置を必要としたり、ＥＸ６で
ベクトル制御のみで自己始動する場合は該ＥＸ６の容量
を大きくしなければならず、不経済である。
にサイリスタ始動装置の設置を必要としたり、ＥＸ６で
ベクトル制御のみで自己始動する場合は該ＥＸ６の容量
を大きくしなければならず、不経済である。
【００２５】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、経済的な揚水運転時のＡＦＣ調整
が可能である揚水発電装置を得ることを目的とする。
めになされたもので、経済的な揚水運転時のＡＦＣ調整
が可能である揚水発電装置を得ることを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】この発明に係る揚水発電
装置は、励磁用変換器を構成するインバータをパルス幅
変調制御するパルス幅変調制御回路と、通常の発電時、
揚水運転時には指令条件で決まる最適励磁量になるよう
に前記パルス幅変調制御を行うベクトル制御回路と、揚
水始動時の初期回転時は速度制御信号による前記ベクト
ル制御回路の制御信号で始動を開始し、規定回転まで回
転が上昇したら、周波数に比例した励磁電圧に上げる制
御により同期速度まで昇速するように上記パルス幅変調
制御を行なわしめるように前記インバータの制御を切替
える制御切替回路とを具備したものである。
装置は、励磁用変換器を構成するインバータをパルス幅
変調制御するパルス幅変調制御回路と、通常の発電時、
揚水運転時には指令条件で決まる最適励磁量になるよう
に前記パルス幅変調制御を行うベクトル制御回路と、揚
水始動時の初期回転時は速度制御信号による前記ベクト
ル制御回路の制御信号で始動を開始し、規定回転まで回
転が上昇したら、周波数に比例した励磁電圧に上げる制
御により同期速度まで昇速するように上記パルス幅変調
制御を行なわしめるように前記インバータの制御を切替
える制御切替回路とを具備したものである。
【００２７】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１を示す
可変速揚水発電装置のブロック図であり、Ｍは巻線形誘
導発電電動機の２次側をスベリ周波数により２次励磁
し、可変速度で指定された電力にて運転される交流励磁
同期機（以下、ＡＥＳＭと略称する）、１はその巻線形
誘電発電電動機の電機子、２はその誘電発電電動機の回
転子（２次コイル）、３は可逆式ポンプ水車、４はシャ
フト、５はサイクロコンバータ用変圧器、６は励磁用変
換器としてのサイクロコンバータ（以下、ＥＸと略称す
る）、７は回転数検出器、８はサイクロコンバータの制
御器である。上記ＥＸ６はインバータ６ａとコンバータ
６ｂとで構成されている。２３はＡＥＳＭ用しゃ断器、
２４はＡＥＳＭの相切替断路器、２５は主変圧器、２６
はＥＸ用しゃ断器、７２，７３は電力、電圧、電流、周
波数の信号変換回路、７４は運転指令回路、７５はＡＥ
ＳＭ制御回路、７６はＶ／Ｆ制御回路、７７はパルス幅
変調制御回路（以下、ＰＷＭ制御回路と略称する）、７
８は制御切替回路としての切替スイッチ、７９は断路
器、８０は指令電力、落差または揚程等の指令条件で決
まる最適励磁量になるようにパルス幅変調制御を行うベ
クトル制御回路である。
説明する。 実施の形態１．図１は、この発明の実施の形態１を示す
可変速揚水発電装置のブロック図であり、Ｍは巻線形誘
導発電電動機の２次側をスベリ周波数により２次励磁
し、可変速度で指定された電力にて運転される交流励磁
同期機（以下、ＡＥＳＭと略称する）、１はその巻線形
誘電発電電動機の電機子、２はその誘電発電電動機の回
転子（２次コイル）、３は可逆式ポンプ水車、４はシャ
フト、５はサイクロコンバータ用変圧器、６は励磁用変
換器としてのサイクロコンバータ（以下、ＥＸと略称す
る）、７は回転数検出器、８はサイクロコンバータの制
御器である。上記ＥＸ６はインバータ６ａとコンバータ
６ｂとで構成されている。２３はＡＥＳＭ用しゃ断器、
２４はＡＥＳＭの相切替断路器、２５は主変圧器、２６
はＥＸ用しゃ断器、７２，７３は電力、電圧、電流、周
波数の信号変換回路、７４は運転指令回路、７５はＡＥ
ＳＭ制御回路、７６はＶ／Ｆ制御回路、７７はパルス幅
変調制御回路（以下、ＰＷＭ制御回路と略称する）、７
８は制御切替回路としての切替スイッチ、７９は断路
器、８０は指令電力、落差または揚程等の指令条件で決
まる最適励磁量になるようにパルス幅変調制御を行うベ
クトル制御回路である。
【００２８】図２は上記ＡＥＳＭ制御回路７５、ベクト
ル制御回路８０の詳細を示すブロック図であり、ＡＥＳ
Ｍ制御回路７５は減算器７５ａ、速度制御回路７５ｂ、
切替スイッチ７５ｃを有している。また、ベクトル制御
回路８０は減算器８０ａ〜８０ｅ、磁束基準演算回路８
０ｆ、磁束制御回路８０ｇ、ωS 演算回路８０ｈ、磁束
演算回路８０ｉ、電流制御回路８０ｊ、θS 演算回路８
０ｋ、θr 演算回路８０ｌ等を有している。８１は電圧
変換回路、８２は電流検出回路、８３はωr 検出回路で
ある。
ル制御回路８０の詳細を示すブロック図であり、ＡＥＳ
Ｍ制御回路７５は減算器７５ａ、速度制御回路７５ｂ、
切替スイッチ７５ｃを有している。また、ベクトル制御
回路８０は減算器８０ａ〜８０ｅ、磁束基準演算回路８
０ｆ、磁束制御回路８０ｇ、ωS 演算回路８０ｈ、磁束
演算回路８０ｉ、電流制御回路８０ｊ、θS 演算回路８
０ｋ、θr 演算回路８０ｌ等を有している。８１は電圧
変換回路、８２は電流検出回路、８３はωr 検出回路で
ある。
【００２９】次に動作について説明する。揚水始動指令
により、相切替断路器２４をポンプ運転側（Ｐ側）に入
れ、ＡＥＳＭ用しゃ断器２３を開放、相切替断路器２
４、しゃ断器接点２６を投入して揚水始動準備に入る。
運転指令回路７４からＡＥＳＭ制御回路７５に始動指令
が出ると、まず、このＡＥＳＭ制御回路７５からの指令
で切替スイッチ７８はベクトル制御回路８０側に切替え
られ、ＡＥＳＭ制御回路７５によりベクトル制御回路８
０、ＰＷＭ制御回路７７を通してインバータ６ａが制御
される。
により、相切替断路器２４をポンプ運転側（Ｐ側）に入
れ、ＡＥＳＭ用しゃ断器２３を開放、相切替断路器２
４、しゃ断器接点２６を投入して揚水始動準備に入る。
運転指令回路７４からＡＥＳＭ制御回路７５に始動指令
が出ると、まず、このＡＥＳＭ制御回路７５からの指令
で切替スイッチ７８はベクトル制御回路８０側に切替え
られ、ＡＥＳＭ制御回路７５によりベクトル制御回路８
０、ＰＷＭ制御回路７７を通してインバータ６ａが制御
される。
【００３０】ＡＥＳＭの回転が規定回転（約５〜１０％
速度）まで上昇すると、ＡＥＳＭ制御回路７５の指令で
切替スイッチ７８がＶ／Ｆ制御回路７６側に切替わって
Ｖ／Ｆ制御となり、出力周波数に比例して電圧を上げ、
トルクを増大させて加速する。
速度）まで上昇すると、ＡＥＳＭ制御回路７５の指令で
切替スイッチ７８がＶ／Ｆ制御回路７６側に切替わって
Ｖ／Ｆ制御となり、出力周波数に比例して電圧を上げ、
トルクを増大させて加速する。
【００３１】更に規定回転までＡＥＳＭを加速後、イン
バータ６ａをゲートしゃ断した後に断路器７９を開放
し、再度インバータ６ａを立上げて、ＡＥＳＭの電機子
１の電圧、位相を系統側と合せてしゃ断器接点２３を投
入して並列接続を完了し、ベクトル制御回路８０へのＡ
ＥＳＭ制御回路７５からの指令は揚水モードに従った最
適電力、回転数、電圧、無効電力となるように指令され
揚水運転に入る。
バータ６ａをゲートしゃ断した後に断路器７９を開放
し、再度インバータ６ａを立上げて、ＡＥＳＭの電機子
１の電圧、位相を系統側と合せてしゃ断器接点２３を投
入して並列接続を完了し、ベクトル制御回路８０へのＡ
ＥＳＭ制御回路７５からの指令は揚水モードに従った最
適電力、回転数、電圧、無効電力となるように指令され
揚水運転に入る。
【００３２】ここに示されたベクトル制御の有効性につ
いては、（社）電気学会、１９８６年７月１１日、半導
体電力変換研究会資料、ＳＰＣ−８６−５１、「二次励
磁誘導機を用いた電力、無効電力制御の検討」に示され
ている。
いては、（社）電気学会、１９８６年７月１１日、半導
体電力変換研究会資料、ＳＰＣ−８６−５１、「二次励
磁誘導機を用いた電力、無効電力制御の検討」に示され
ている。
【００３３】以上のように、この発明によれば、通常の
発電および揚水運転時と揚水始動の初期の制御はベクト
ル制御としたことにより、正弦波変調で交流励磁同期機
や系統側への高調波の影響は少ない、一方、加速の途中
からＶ／Ｆ制御として電圧を上げることにより、高調波
も多いが始動時のわずかな時間であり、交流励磁同期機
の加熱の問題もなく、出力電圧を増加させ得るため、揚
水始動トルクを増大でき、ベクトル制御のままで並列ま
で加速するよりも励磁用交換器の容量を小さくできる。
発電および揚水運転時と揚水始動の初期の制御はベクト
ル制御としたことにより、正弦波変調で交流励磁同期機
や系統側への高調波の影響は少ない、一方、加速の途中
からＶ／Ｆ制御として電圧を上げることにより、高調波
も多いが始動時のわずかな時間であり、交流励磁同期機
の加熱の問題もなく、出力電圧を増加させ得るため、揚
水始動トルクを増大でき、ベクトル制御のままで並列ま
で加速するよりも励磁用交換器の容量を小さくできる。
【００３４】実施の形態２．上記実施の形態１は、揚水
発電装置について説明したが、ＡＥＳＭの応用システム
である例えば調相機やフライホイール発電機であっても
上記実施の形態と同様の効果を奏する。
発電装置について説明したが、ＡＥＳＭの応用システム
である例えば調相機やフライホイール発電機であっても
上記実施の形態と同様の効果を奏する。
【００３５】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、ベク
トル制御で始動し、加速途中からベクトル制御をＶ／Ｆ
制御に切替えて電圧を上げるようにしたので、定格容量
の小さい２次励磁用変換器でも揚水始動が可能となり、
経済的でシンプルな揚水発電装置を得ることができる効
果がある。
トル制御で始動し、加速途中からベクトル制御をＶ／Ｆ
制御に切替えて電圧を上げるようにしたので、定格容量
の小さい２次励磁用変換器でも揚水始動が可能となり、
経済的でシンプルな揚水発電装置を得ることができる効
果がある。
【図１】 この発明の実施の形態１を示す揚水発電装置
のブロック図である。
のブロック図である。
【図２】 実施の形態１の装置における制御回路の一部
詳細を示すブロック図である。
詳細を示すブロック図である。
【図３】 従来の揚水発電装置の原理を説明するブロッ
ク図である。
ク図である。
【図４】 従来装置によるポンプ水車の揚水運転特性曲
線図である。
線図である。
【図５】 従来のサイクロコンバータ形可変速揚水発電
装置のブロック図である。
装置のブロック図である。
【図６】 他のサイクロコンバータ形可変速揚水発電装
置のブロック図である。
置のブロック図である。
【図７】 従来装置における１２相非循環電流方式サイ
クロコンバータの回路図である。
クロコンバータの回路図である。
【図８】 従来の揚水発電装置のブロック図である。
【図９】 励磁用変換器を電力制御した場合の応答特性
図である。
図である。
【図１０】 従来装置における始動装置のブロック図で
ある。
ある。
【符号の説明】 ３ 可逆式ポンプ水車、６ 励磁用変換器、６ａ イン
バータ、７７ パルス幅変調制御回路、７８ 切替スイ
ッチ（制御切替回路）、８０ ベクトル制御回路、Ｍ
交流励磁同期機。
バータ、７７ パルス幅変調制御回路、７８ 切替スイ
ッチ（制御切替回路）、８０ ベクトル制御回路、Ｍ
交流励磁同期機。
Claims (1)
- 【請求項１】 可逆式ポンプ水車に直結された交流励磁
同期機と、この交流励磁同期機の２次側電圧を制御して
該交流励磁同期機の可変速運転を行なう励磁用変換器と
を有する揚水発電装置において、前記励磁用変換器を構
成するインバータをパルス幅変調制御するパルス幅変調
制御回路と、通常の発電時、揚水運転時には指令条件で
決まる最適励磁量になるように前記パルス幅変調制御を
行うベクトル制御回路と、揚水始動時の初期回転時は速
度制御信号による前記ベクトル制御回路の制御信号で始
動を開始し、規定回転まで回転が上昇したら、周波数に
比例した励磁電圧に上げる制御により同期速度まで昇速
するように上記パルス幅変調制御を行なわしめるように
前記インバータの制御を切替える制御切替回路とを具備
したことを特徴とする揚水発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP10175154A JP3053612B2 (ja) | 1992-07-21 | 1998-06-22 | 揚水発電装置 |
Applications Claiming Priority (2)
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| JPH10313598A true JPH10313598A (ja) | 1998-11-24 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007259544A (ja) * | 2006-03-22 | 2007-10-04 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 需給制御システムの発電機出力補正制御方式 |
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| JP5797511B2 (ja) * | 2011-09-30 | 2015-10-21 | 日立三菱水力株式会社 | 可変速同期発電電動機の制御方法 |
| JP2014087141A (ja) | 2012-10-23 | 2014-05-12 | Hitachi Ltd | 回転機およびそのドライブシステム |
| JP6173773B2 (ja) | 2013-05-24 | 2017-08-02 | 株式会社東芝 | 可変速制御装置及び運転方法 |
| CN104612891B (zh) * | 2014-11-27 | 2017-04-26 | 国家电网公司 | 一种抽水蓄能机组从抽水到发电的紧急转换启动控制方法 |
| JP6453107B2 (ja) * | 2015-02-25 | 2019-01-16 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 発電システム |
| CN105262353B (zh) * | 2015-10-14 | 2017-09-29 | 北京曙光航空电气有限责任公司 | 一种机载三相交流发电机控制器的调压电路 |
| CN107591846A (zh) * | 2017-11-03 | 2018-01-16 | 中国南方电网有限责任公司 | 基于自动发电控制的抽蓄机组自动开停机控制方法 |
| CN110868119B (zh) * | 2019-12-10 | 2020-11-13 | 广东蓄能发电有限公司 | 一种抽水蓄能机组全状态定子电压调节方法 |
| KR102742068B1 (ko) * | 2023-01-18 | 2024-12-16 | 엘지전자 주식회사 | 인버터 회로 및 모터 제어 장치 |
| CN119483385B (zh) * | 2025-01-13 | 2025-04-22 | 西安理工大学 | 变速抽蓄机组泵工况自启动最低转速选取方法、设备 |
-
1992
- 1992-07-21 JP JP4214751A patent/JP2851490B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1998
- 1998-06-22 JP JP10175146A patent/JP3073719B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| JP2007259544A (ja) * | 2006-03-22 | 2007-10-04 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | 需給制御システムの発電機出力補正制御方式 |
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| JPH10313595A (ja) | 1998-11-24 |
| JP2851490B2 (ja) | 1999-01-27 |
| JPH10313596A (ja) | 1998-11-24 |
| JPH0638599A (ja) | 1994-02-10 |
| JPH10313597A (ja) | 1998-11-24 |
| JP3073719B2 (ja) | 2000-08-07 |
| JP3043707B2 (ja) | 2000-05-22 |
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