JPS6090991A - 可変速発電電動装置 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は電力系統側の周波数あるいは電力の変動を迅速
に修正する可変速水力機械の制御方法及びその制御装置
に関する。

〔発明の背景〕

従来、一般に採用されているこの樵の可変速水力機械は
、発電電動機の回転速度に応じてその二次巻線に所定の
周波数の交流を与え、出力周波数を一定に保つようにな
されている。すなわち、可変速水力機械のシステムは第
１図のように構成され、かつ、次のように運転されてい
る。発電電動機としては巻線形の誘導光電電励機１が用
いられ、この誘導発電電動機１はその回転子にポンプ水
車２が連結され、二次巻線ＩＡは周波数変換器となるサ
イクロコンバータ３によって励磁され、可変速運転が行
われる。可変速運転が行われるに際し最適な回転速展の
指令値Ｎｘ及び最適なガイドベーン開度の指令値Ｙｘは
、その制御装置となる関数発生装置４よシ出力される。

との関数発生装置４は゛屯カホ統５からの有効電力及び
無効電力の安水を満足するように速度検出器６、落差検
出器７、出力設定装置８の出力から最適な励磁７に流と
速度を決定し、増巾器９を介してサイクロコンバータ３
を、また、増巾器１０及び図示しないサーボモータを介
してガイドベーンを夫々同時に制御する。

ところでこのシステムにおいて、最適な回転速度の指令
値Ｎｘに合致した回転速度で実際に誘導発電電動機１が
回転しＯＬけるということは、当然ながらポンプ水車２
がガイドベーン１１を通つで流入する水から与えられる
機械的入力トルクと同一の大きさの、電気的負荷トルク
が誘導発畦翫動機１に作用するよう制御され、両者がバ
ランスしたことに他ならない。したがって、このシステ
ムでは機械的入力トルクに合せて電気的負荷トルクを負
担していることになる。そこで機械的人力トルクの制御
が問題になる。即ち、最適ガイドベーン開度の指令値Ｙ
ｘの制御が問題になる。通當水位、即ち落差が短時間で
大巾に変化しないため、このシステムでは関数発生装置
４から出力源れる指令値は主として出力設定装置８の出
力信号によって決められる。したがって、もし出力設定
装置８の設定が一定のままだとＹｘはほとんど変化せず
、機械的トルクも同様にほとんど変化せず、電気的負荷
トルクも変らないことになる。ところがこの第１図のシ
ステムには大きな欠点がある。この欠点を第２図の可変
速機ではない一般の同期発電電動機を有するシステムと
対比して説明する。第２図において、２１はポンプ水車
２２と連結された同期発磁電動機、２３はポンプ水車２
２のガイドベーン、２４はポンプ水車２２の速度を検出
する速度検出器、２５はガイドベーン２３の開度を検出
する開度検出器、２６は速度検出器２４で検出された回
転速度Ｎと出力設定装置２７から出力される出力信号Ｐ
。を入力としてガイドベーン開成の指令値Ｙｘを出力す
るガバナー演算部である。

２８はガイドベーン開度の指令値Ｙｚとガイドベーン検
出器２５で検出した実際のガイドベーン開度Ｙとの差を
比較し、その偏差を出力する比較装置、２９は比較装置
２８から出力された偏差を零にすべく積分動作する増巾
器であり、この増巾器２９により図示しないサーボモー
タを操作し、サーボモータによってカイトベーン２３が
上記偏差に相当するぶん開閉制御される。

第２図では同期発電電動機２１が同期機のため電力系統
５の周波数５とポンプ水車２２０回転数２０５ ＮｎはＮｂ　＝　−ｒｐｍ　（但しｐは極数）ニ示すし
るごとく比例関係にあシ、速度検出器２４は発電運転中
は電力系統５の周波数そのものを検出していると考えて
よい。即ち、第２図では車力系統５の周波数が僅かでも
低下したらこれを回後させるためにガイドベーンの回層
指令値Ｙｚを増大させテカイトヘーン２２ケ開く方向に
操作し、ポンプ水車２２の出力を増太さぜるよう作用す
る。また、車力系統５の周波数が上昇したらガイドベー
ンの開度指令値Ｙｚを減少させてガイドベーン２３を閉
じる方向に操作し、ポンプ水ＪＦ１．２２の出力を・減
少させるよう作用する。このガバナー作用は電力系統５
の動態安定度向上にとって極めてＭＬ安であシ、不可欠
な作用である。ところが第１図のシステムではこのよう
な電力系統５側の需給状況に合せて風気的負荷を負担す
るという構成が欠けている。

〔発明の目的〕

本宛明は上記欠点を改善しようとしてなされたもので、
その目的とするところは、車力系統の動態安定度向上が
図れる可変速水力機械を得ることにある。

〔発明の概要〕

即ち、本発明制御方法の特徴とするところは、巻線形の
肪導発電電ｍｒ機の２仄巷紛と取方系統側とを周波数変
換器を介して結脅し、この誘導発電電動機には水車ある
いはポンプ”水ｒｉの水力砿械を連結すると共に水力機
械は水酸を調音するガイドベーンを有しておシ、前記周
波数変換器及びガイドベーンは制＠Ｉ装置によって制御
＋される可変速水力機械の制御方法（ＩＣおい−Ｃ５″
賀力系統側の周波数変動あるいは゛電力変動を検出する
と共にとの枳出しだ検出値もガイドベーンの制御信号と
なし、前記変動時この震動分を抑制するようにガイドベ
ーンを制御して水力機株の回転速；及を制御１するｉｉ
ｌ変速水カイ寮械の電」御方法にある。

また本発明制御装置のｌｒう徴とするところは、巻線形
の誘導兄↑ｕＯＬ動機の２仄巷紛と電力系統側とを周波
数変換器を介して結合し、この誘導発電電動機には水車
あるいｔよポンプ水車の水力機械を連結すると共に水力
機械は水量を調整するガイドベーンを治しておシ、前記
周波数変換器及びガイドベーンをｆｂｌＪｉ卸する制御
装置を設けたＥＪ変速水力伝緘の制御装置において、成
力系統イ■００周波数変動るるいは電力変動を検出する
検出器を設け、この検出器で検出された検出値をガイド
ベーンを制御する制御装置に加算する装置を設けた＝ｊ
＝速水力機械のｆｔ１ｌＪ御装置にある。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を第３図によって説明する。図中
第１図と同一機能を翁するｔＸ（４品には同一番号を付
してぞの説明を省略し、異なった部品のみ説明する。１
２は関数発生装置４刀・ら出力された最適な回転速度の
指令値Ｎｘが句、激に変動しても出力信号は急変しない
ように許容速度変化率に抑え込む緩変化化装置である。

具体的には第４図に示すごとく指令値Ｎｘが急激に変動
し、　ｌＪｌ＋え合せ部１２Ａの出力側に大きな変動が
生じてもこの値がεＩよシ太か−ε２よシ小でおれば出
力はεｌＹ＋　ε２Ｙに飽和要素１２Ｂで各々制限さｉ
するので、積分要素１２Ｃを通った後の緩変化化装置の
出力は、所定の許容変化速度を超えることｔ；Ｊ：ない
。

尚、ＫＩｘはゲイン、Ｓはラプラス演算子を示す。

１３は緩変化化装置１２から出力される回転速度偏差信
号と速度検出器６によって検出される実回転速匿を比較
する回転速度比較部でろシ、この回転速度比較部１３で
得た回転速度偏差信号を増巾器９に人力する。ｊ冑巾器
９から出力された信号はサイクロコンバータ３に回転指
令信号を与える。

１４は最適ガイドベーン開度の指令値Ｙｘと実際のガイ
ドベーン開度Ｙを比較する比較部、１５はＰＩＤ演算器
（Ｐは比例要素、■は積分要素、Ｄは微分要素）である
。１Ｇは誘導発電電動機１に電力系統５側〃・らかかつ
てくる電気的負荷即ち電力を検出する電力検出器、１７
は電力検出器１６の電力の変動時に出力する変動率演算
装置であシ、ＫＩ７はゲイン、ＴＩ７は時定数、Ｓはラ
プラス演算子を示す。１８は変動率演算装置１７の出力
が十γ１以上になった時に（入力信号−γＩ　）を出力
し、−ｒ＋以下になった時に（人力信号十γ２）を出力
し、入力信号が＋γ１より小で−ｒ２よシ大の範囲では
全く出力信号を出さない不動帯要素である。この不動帯
要素１８は出力設定信号Ｐｘに変動率演算装置１７よシ
出力される電力変動率を考慮した信号′を加味させる上
でその感度を調節可能にしたものである。これはあまシ
感度が太き過ぎると前記出力制御系の安定性が損われる
可能性があるからである。１９は出力設定装置８から出
力される信号に不動帯要素１８からの信号を加える加え
合せ部でろり、従来の可変速発電技術では出力設定信号
Ｐｘは出力設定装置８によってのみ設定されていたのに
対し、電力検出器１Ｇ、変動率演算装置１７、不動帯要
素１８の経路でも自動調整が効くように構成されている
。しかして上述しだＰＩＤ演算器１５によシ関数発生装
置４、比較部１４、ＰＩＤ演算器１５、増巾器１０、ガ
イドベーン１１、ポンプ水車２、誘導発電電動機１、電
力検出器１６、変動率演算装置１７、不動帯要素１８、
加え合せ部１９、関数発生装置４で構成される制御系の
安定性、連応性を図る。

上記構成において、電力系統５の電力需給状況が変った
ことを電力検出器１６が検出すると変動率演算装置１７
、不動帯要素１８全に１で出力設定信号Ｐｘを一時的に
修正する。このため関数発生装置４の出力である最適な
ガイドベーン向直の指令値Ｙｘが一時的に増または減方
向に自動修正され、Ｐ　Ｉ　Ｄ　ｒｊｉｔ算器１５、増
ｒｌＪ器１０を介してガイドベーン１１を開互たは閉操
作１〜、したがって′成力需給状況を緩和する方向にポ
ンプ水車２の出力が追従させられる。この間に遠方の中
央制御所にある電力系統の自動電力調整装置等を介して
出力設定装置８などの設定値が比較的ゆっくりと修正さ
ノ″Ｌ７１ばよい。

１６５図は第３図と異なる曲の実施例〒示すもので、第
３１Ａｃ／）ＰＩＤｆｉ算器１５を省き、かつ、変動率
演算装置１７、不動帯要素１８の代シにＰＩＤ演算器３
０を設けたものでおる。この場合のｔｕｌＪ御系は関数
発生装置４、比較部１４、増１１コ器１０、ガイドベー
ン１１、ポンプ水車２、訪導発１ｕ電動機１、電力検出
器１６．１）　Ｉ　Ｄ演躊、器３０、加え合せ部１９、
関数発生装Ｒ４の閉ループで構成される。

上述において電力系統の変動を検出する検出器として電
力検出器１４で説明したが、この電力検出器１４の代シ
に周波数の変動を検出する系統周波数検出器で置き換え
てもよい。即ち、周波数が低下するときは電力系統の電
力需要が供給を上回ったことで、ポンプ水車２の出力を
増大させる必要がある時である。また、これと反対に周
波数が上昇した時は、ポンプ水車２の出力を減少させる
必要がめる時である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、誘導発電電動機を用いた可変速水力機
械であシながら従来の同期発電電動機の場合と同様に同
期化作用を確保することができ、しだがって電力系統の
動態安定度向上が図れ、その効果は極めて太きいもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は誘導発電電動機を用いた従来の可変速水力機械
の発電システムを示すブロック図、第２図は同期発電電
動機を用いた水力機械の発電システムを示すブロック図
、第３図は誘導発電電動機を用いた本発明可変速水力機
械の発電システムの一実施例を示すブロック図、第４図
は第３図の緩変化化装置の詳細図、第５図は本発明の他
の実施例を示す可変速水力機械の発電システムのブロッ
ク図である。 １・・・訪導発亀電動４歳、ＩＡ・・・二次巻線、２・
・・ポンプ水車、ａ・・・サイクロコンバーク、４・・
・関数発生装置、５・・・電力系統、１１・・・ガイド
ベーン、１２・・・緩変化化装置、１６・・・電力検出
器、１９・・・加え合せ部。 代理人　弁理士　高橋明夫 率　（？

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、巻線形の誘尋兄７４Ｌ電動楡の２次巻線と電力系統
   側とを周波数変換器ｒ介して結合し、この誘導発電電動
   機には水車あるいはポンプ水車の水力機械を連結すると
   共に水力機械は水量を調整するガイドベーンを有してお
   ・シ、前記入１波数変換器及びガイドベーンは制御装置
   によって制御される可変速水力機械の制御方法において
   、電力系統側の周波数変動あるいは電力震動を検出する
   と共にこの検出した検出値もガイドベーンの制御信号と
   なし、前記変動時この変動分を抑制するようにガイドベ
   ーンを制御して水力機械の回転速度をｊｂ１４御するＢ
   Ｊ変速水力機械の制御方法。 ２、巻線形の誘導発電電動機の２次巻線と電力系統側と
   を周波数変換器を介して結合し、この誘導発電電動機に
   は水車あるいはポンプ水車の水力機械を連結すると共に
   水力機械は水量を調整するガイドベー：／ケ有しておオ
   ノ、前記周波数変換器及びガイドベーンを制御する制御
   装置を設けた可変速水力機械の制御装置において、′電
   力系統側の周波数変動あるいは電力震動を検出する検出
   器を設け、この検出器で検出された検出値をガイドベー
   ンを制御する制御装置に加算する装置を設けたことを特
   徴とする可変速水力機械の制御装置。 ３　周波数変換器とその制御装置との間に、制御装置か
   ら出力される回転速度の指令値の急激な変動を抑制する
   装置を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第２項記
   載の可変速水力機械の制御装置。