JPS62126899A - 可変速揚水発電システム - 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、２次励磁付の誘導機を任意の回転数で運転す
る可変速揚水発電システムの励磁制御力、式に係り、特
に発電及び揚水の自動周波数制御（ＡＦＣ）運転時に安
定に目標値に制御するに好適な可変速揚水発電システム
の励磁制御方式に関するものである。

〔発明の背景〕

従来の揚水発電システムは、揚水時に負荷の調整ができ
ないこと、発電運転時に、系統より要求される発電力が
変化すること、ならびに揚水運転時には揚程が変化する
こと等の理由により、システムの効率が変化するという
欠点があった。

このため１発電力、揚程にかかわらず、上記システムを
最高効率で運転させるための研究が進められている。そ
の研究の動向は、従来同期機であった揚水発電機を２次
励磁付の誘導機とし、同期速度以外の回転数で運転する
、いわゆる可変速発電システムを採用する方向に進んで
いる。このような可変速発電システムを採用することに
より。

発電力、揚程にかかわらず、システムを最高効率で運転
することが可能となる。そこで、この可変速発電システ
ムを実現するための研究が種々進められている。この可
変速発電システムについては。

既に、昭和５９年電気学会全国大会論文、＆５５３「大
容量同期電動機の可変速運転特性」において紹介されて
いるものの、具体的な制御方式については、何等ふれら
れていなかった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、発電及び揚水の各種運転状態において
高効率で運転できると共に、ＡＦＣ運転時に安定した目
標値に制御でき、かつ、事故時に電圧の変動の小さい可
変速揚水発電システムの励磁制御方式を提供することに
ある。

（発明の概要〕 本発明は、任意の発電力をうる運転条件が、有効落差、
回転数及びガバナのペン開度との関連より定まること、
この運転条件のうち１本システムの効率が回転数で定ま
ること、上記の回転数が、水車入力と発電機出力との差
で定まること等の知見に基づき、回転数を目標値にあう
ように制御すると共に、発電機出力を指令値にあわせる
ように内部位相角を制御すると共に、２次励磁制御系の
ゲインを可変速機の事故検出情報をもとに制御し、可変
速機の端子電圧の変動を抑制しようとするものである。

〔発明の実施例〕

第１図は、可変速発電システムの概要を示すものであり
、−次、二次側共、３相巻線からなる。

同図で、１が固定子を、２が回転子を示す。

５ａ〜５Ｃは固定子のａ、ｂ、Ｃ相巻線を、６ａ〜６ｃ
は１回転子のａ、ｂ、Ｃ相巻線を示す。更に、定格周波
数をｆ、すベリをＳとすると、回転子の速度はｆ　（１
−５）であり、回転子の励磁巻線をすべりＳの周波数で
励磁することにより、回転子の回転磁界はすベリ零（同
期速度）で回転し、固定子の回転磁界速度と同一になる
。７は回転子の回転数を測定する測定部を示し、この出
力により、３ですべり周波数を検出し、４ですベリ周波
数に応じた電圧を発生させ、２次巻線を励磁することを
示している。このようにすることにより、任意の回転数
で運転を行っても、常に電機子巻線にて、系統周波数の
電圧を発生させることができる。すなわち、第１図の例
では、回転子の回転磁界は。

ｆ　（１−Ｓ）＋ｆ−８＝ｆ　　　　　・・・　（１）
となり、すべりにかかわらず、定格周波数の出力の得ら
れることになる。この方式において、系統事故時に端子
電圧の変動を抑制する励磁制御方式を立案しようとする
のが本願の主旨である。

第２図は、本システムの具体例を示すものであり、可変
速機が系統に接続、運転している場合を示しである。Ｓ
は、電力系統を、１，２は第１図と同一の固定子及び回
転子を示している。静落差Ｈ及び出力指令Ｐ０　が与え
られると、１５の指令値算出回路で、効率を考慮しきガ
バナ弁の開度指令値及び速度指令値が算出される。１４
は調速機の弁開度設定器であり、指令値算出回路１５よ
りの開度指令値が１４の開度設定器により時間遅れをも
って調速機の弁開度１３となる。１２（±水車部であり
、この特性は、静落差Ｈ１調速機の弁開度及び回転数Ｎ
で定まる。この水車特性により得られる入力より可変速
機の回転子１は回転する。

１１は速度発電機を示し、この出力により、速度Ｎが検
出される。１９は電流変成器を、２０は電圧変成器を示
し、２１で、電流変成器１９及び電圧変成器２０の出力
をもとに、有効電力を算出する。

１６は、２次巻線の位相角算出部であり、２１の出力Ｐ
、出力指令値Ｐ、、速度指令値Ｎ０．速度Ｎにより算出
する。１７は、２次回路の励磁量を設定する設定部であ
り、１８は励磁量の絶対値を制御する励磁量調整部を示
す、２３ａ、２３ｂ。

２３ｃは１７で設定した励磁量をもとに、ａ、ｂ。

Ｃ相の定電流制御を行う部分である。２２ａ。

２２ｂ、２２ｃは定電流制御２３　ａ　〜２３　ｃで算
出した励磁量によりａ、ｂ、Ｃ相で励磁する励磁巻線で
ある。このようなシステムにおいて、従来の考えにもと
づく定電流制御系のゲインを固定とした場合には、系統
事故時に端子電圧が著しく変動する。このため、系統事
故時に端子電圧が変動しないような励磁方式を確立する
必要がある。

本発明は、第２図の励磁量を制御する定電流制御部の最
適システムを確立しようとするものである。

以下、本発明の一実施例を第３図により具体的に説明す
る。

第３図は、２次励磁付の誘導機を任意の回転数で運転す
る、いわゆる可変速揚水発電システムＧ１が、送電線り
を介して、系統８に接続、運転している例を示すもので
ある。送電線りには、電圧変成器ＰＴ、、電流変成器Ｃ
Ｔ、が設置されている。

一般に、揚水発電機には、フランシス水車が使用され、
水車出力と効率の関係は、第４図のように示される。同
図は、横軸に水車出力、縦軸に効率をとり、回転数をパ
ラメータとして示したものである＊　Ｐｉ　＋　Ｐｘ　
は水車出力を、η８．η２は効率を、Ｎ、　、　Ｎ２は
回転数を示す、出力Ｐ□では回転数Ｎ、で、出力Ｐ２で
は回転数Ｎ２で、それぞれの出力における最高効率η１
．η２となることを示している。このように、出力によ
って、効率が最高となる回転数は異なっており、これら
の最高効率の点で運転しようとするのが本システムの特
徴である。

第３図において、可変速揚水発電システムＧ１は、操作
端Ｔより、本システムに要求される発電力の制御指令が
与えられると、発電機の特性、水の落差を考慮した上で
、高効率の運転ができるよう、発電機の回転数、水車の
ガバナ弁Ｖの開度が制御指令部、Ｃにおいて求められ、
これらの値にあうような運転ができるよう制御されてい
る。このような状態で、発電機出力の低下指令が与えら
れると、あらかじめ与えである手法により、発電機出力
、落差をもとに、発電機の効率が最高となるよう、回転
数、弁開度を制御し、効率のよい運転を行うことになる
。

一方、発電機回転数の定格よりのずれは、励磁回路Ｅ、
の情報として、すベリ周波数を用いることにより、前述
のように、定格周波数の出力の得られることになる。

次に２次励磁の具体例について説明する。第２図に示す
ように、３相の２次励磁巻線は、次のようにあられされ
る。すなわち、第３図の操作端Ｔより与えられた指令に
より、　ａ　ｐ　ｂ　Ｈ’Ｃ相の励磁量をうるための関
数のうちの位相角Δδを求める。

ａ、ｂ、Ｑ相の励磁電圧をＶ　ｆａ　ｙ　Ｖ　１＞　Ｈ
Ｖ　１゜とすると、 と表わされる。ここで、Ｅ：すべり及び可変速機の運転
状態で定まる電圧値、δ。：可変速機の運転状態で定ま
る位相角、Δδ：制御指令部の出力を制御される位相角
とする。上式を用いて、制御を行う場合に、無効電力の
制御指令に対しては、電圧Ｅで、有効電力の制御指令に
対しては、位相角Δδで制御すればよい。

第５図は、従来の定電流制御部２３ａ〜２３ｃの詳細を
示したものであり、２次巻線制御量設定部１７の出力と
、電流変成器２４ａ〜２４ｃの出力の差を比較部２６ａ
〜２６ｃでとり、この出力に、ゲイン２５ａ〜２５ｃを
乗することにより。

制御を行っている。

第３図において、送電線りの地点Ｆで事故が起き、７０
　ｍ　ｐで２回線で構成されている送電線の１回線を開
放した場合の端子電圧の変化は、定電流制御系のゲイン
を一定とした場合には、端子電圧に大きな変動があられ
れる。これは、事故のため電機子電流が増大し、回転子
電流に変化が生ずる。このため、定電流制御系の電流に
大きな差があられれ、大きな励磁量が要求されるためで
ある。

この励磁量を抑制するため、第６図に示すように、定電
流制御系のゲイン２５ａ〜２５ｃを電圧変成器２７及び
電流変成器２８を介して得た情報をもとに、保護リレー
２９（不足電圧リレー又は過電流リレー等）により、事
故の有無を判定し。

事故を検出した場合には、前述の定電流制御系のゲイン
２５ａ〜２５ｃを低下させ、電機子電流の変化により生
ずる２次励磁の制御量を減少させる。

その後、事故の除去により、定電流制御系のゲインをも
とに戻す。このようにすることにより。

端子電圧の変動を抑制でき、その上、定常時のＡＦＣ（
自動周波数制御）、ＡＱＲ（自動無効電力制御）等の運
転に関しては、高速に応動できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、可変速発電システムにおいて、系統事
故時の端子電圧の変動を抑制できるため、運用上の効果
は極めて大きい。

更に、電力の変動分を補給又は消費するため、昼間は発
電、夜間は揚水として運転する揚水発電システムにおい
ては、系統より要求される種々の電力に対して、効率よ
く運転できるため、経済的効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は可変速揚水発電システムの原理概要。 第２図は可変速揚水発電システムの制御概要、第３図は
本願の概要を示す図、第４図は出方と効率の関係を示す
図、第５図は従来の実施例、第６図は本願の実施例であ
る。 Ｅ８・・・励磁回路、Ｇ１・・・可変速発電システム、
Ｌ・・・送電線、Ｓ・・・系統、■・・・ガバナ弁、Ｃ
・・・制御指令部、Ｔ・・・操作端、１・・・固定子、
２・・・回転子、３・・・すべり検出部、４・・・電圧
発生部、５８〜５ｃ・・・固定子のａ＋ｂ＋ｃ相巻線、
６ａ〜６ｃ・・・回転子のａ、ｂ、Ｑ相巻線、７・・・
回転数測定部、１１・・・速度発電機、１２・・・水車
部、１３・・・弁開度、１４・・・調速機の弁開度設定
器、１５・・・指令値算出回路、１６・・・２次巻線位
相角算出部、１７・・・２次巻線励磁量設定部、１８・
・・励磁量調整部、１９・・・電流変成器、２０・・・
電圧変成器、２１・・・有効電力算出部、２２　ａ　〜
２２　ｃ　−２次励磁のａｌ　ｂＴ　Ｇ相巻線。 Ｐ、・・・出力指令値、Ｎｏ　・・・速度指令値、Ｎ・
・・速度、２３ａ〜２３ｃ・・・定電流制御部、２４ａ
〜２４ｃ・・・電流変成器、２５ａ〜２５ｃ・・・定電
流制御部のゲイン、２６ａ〜２６ｃ・・・比較部、２７
・・・電圧変茅　１　日 ！Ｖ２　固 ＨＰａ 華３　固 ｆ’２ｒ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２次励磁付の誘導機を任意の回転数で運転する可変
   速揚水発電システムにおいて、２次を励磁する制御系の
   ゲインを上記システムの事故検出情報により制御するこ
   とを特徴とする可変速揚水発電システムの励磁制御方式
   。 ２、請求の範囲第１項の発明において、２次を励磁する
   制御系を定電流制御系とすることを特徴とする可変速揚
   水発電システムの励磁制御方式。 ３、請求の範囲第２項の発明において、事故検出情報を
   不足電圧検出リレ又は過電流検出リレとし、前記リレの
   動作時に定電流制御系ゲインを減少させることを特徴と
   する可変速揚水発電システムの励磁制御方式。