JPS63114599A - 可変速発電装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、任意の回転数で運転可能な可変揚水発電装置
に係り、特に３相の２次巻線を持つ同期機を用いて電力
系統の安定性を向上するに好適な可変揚水発電装置に関
する。

〔従来の技術〕

一般に知られている揚水式発電所は、調整池式あるいは
貯水式発電所の一種で、電力系統の負荷が軽く、他の発
電所に余剰電力があるとき、これを利用してポンプで高
所の池に揚水して水をたくねえておき、河川の渇水時や
負荷の重いときなど必要な時期に、これを利用して９！
屯する方式である。

このような揚水式発電所は、揚水時に負荷の扁整ができ
ず、また発電運転および揚水運転時に系統から要求され
る発電電力の変化や揚水時の揚程等により、発電所の効
率が変化してしまうという欠点を有する。

そこで、最近では要求されるＪ！ｆｆ１ｆｆｉ力、揚程
にかかわらず、最高効率で運転させるための研究が進ん
でいる。この目的を達成するために、従来の同期機によ
り構成した揚水発電機の代りに、２次励磁を制御する手
法を採用して２次側３相巻線からなる同期機を揚水発電
機とする考え方がある。

この２次励磁制御法を採用した同期機にあっては、可変
速運転が可能であるため、発電電力、揚水にかかわらず
、発電装置を最高効率で運転することが可能である。

なお、同期機であっても、大容量同期機を可変速運転す
る考えについては、「大容量同期電動機の可変速運転特
性」　（昭和５９年度電気学学会間大会論文集）が知ら
れている。

一方、近年の電力系統は複雑化、大規模化しており１品
質の良い電力を安定に供給する点において厳しい状況に
なりつつあり、可変速揚水発電装置を安定度の向上のた
めに有効に機能させる必要がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記同期機による可変速運転装置シこおいては系統安定
度を向上させる点についての配慮がされておらず、また
３相の２次巻線を持つ同期機を用いた可変連発ｆｆ！装
置についても現在は研究段階にあり、系統安定度につい
て考慮したものは見当らない。

本発明は３相の２次巻線を持つ同期機を用いた可変速発
電装置において、系統の安定度を向上しうる可変速発電
装置を提供することを目的とする。

〔問題点が解決するための手段〕

上記問題点を解決し、本発明の目的を達成するために、
本発明は、３相の２次巻線を持つ同期機（１００）を用
いた可変速発電装置において、電力系統の電力変動量を
検出する電力変動検出部（１９，２０，２４，２５）と
、前記電力変動量検出値（ΔＰ、ΔＱ）に応じて前記同
期機（１００）の２次励磁巻線（６ａ、６ｂ、６ｃ）に
与える励磁電圧（ｖｔ＋　Ｖ２１　Ｖｌ）の位相角また
は絶対値を制御する制御部（５０Ａ）と、を備えたこと
を特徴とするものである。

より具体的な態様によれば、前記電力変動検出部は当該
可変連発電装置が接続された電力系統の電力変動値を検
出するもの（２４，２５）で構成される。

さらに、また、前記電力変動検出部は有効電力成分（Ｐ
）および無効電力成分（Ｑ）をそれぞれ検出し、前記制
御部は有効電力検出値（ΔＰ）により２次励磁電圧の位
相角（Δδ）を制御（１６）し、無効電力検出値（ΔＱ
）により２次励磁電圧（Ｖｌ、　Ｖ２１　Ｖｌ）の絶対
値を制御するもの（１８）で構成される。

〔作用〕

上記本発明の構成によれば、電力変動検出部により電力
系統における制御対象地点の電力変動量を検出し、その
検出値に応じて同期機の２次励磁巻線に与える励磁電圧
の位相角または絶対値を制御するものであるから、電力
変動により発生した電力の超過分を前記同期機により吸
収することができ、また不足分は前記同期機の出力を増
加して補うよう制御することができ、したがって系統に
生じた電力の動揺を抑制し、系統の安定度を向上させる
ことができる。

より具体的な態様によれば、電力変動検出部は当該可変
連発電装置が接続された電力系統の変動値を検出するも
のであるから、系統における変動地点の電力動揺を抑制
しうる。

また、他の態様によれば、電力変動検出部は当該可速発
電装置自身の出力電力の変動値を検出するものであるか
ら、当該可変連発電装置自身に起因して生じる変動を抑
制することができる。

さらに、他の態様によれば、電力変動検出部は当該可変
連発電装置が接続された電力系統の電力変動値および当
該可変連発電装置自身の出力電力の変動値を検出するも
のであるから系統における電力動揺のみならず、当該可
変連発電装置自身に起因して生じる変動をも抑制するこ
とが可能となる。

さらにまた、別の態様によれば、前記電力変動検出部は
有効電力成分および無効電力成分をそれぞれ検出し、前
記制御部は有効電力検出値により２次励磁電圧の位相角
を制御し、無効電力検出値により２次励磁電圧の絶対値
を制御するものであるから、電力変動に対する補償を迅
速かつ正確に行うことができ、一般に用いられている５
ｖＣ（静的電圧補償装置）と同等の機能を発揮しうる。

〔実施例〕

次に、本発明に係る実施例を図面に基づいて説明する。

まず、３相の２次巻線を持つ同期機（以下、同期機とい
う。）を用いた可変速発電装置の概要を説明する。

第２図は、同期機を使用した場合の全体構成を示す。同
期機１００は、三相−次巻Ｗ５ａｔ　５ｂ１５ｃを持つ
固定子１と、三相二次巻線６　ａ　ｓ　６　ｂ　。

６ｃを持つ回転子２とより成る。

定格周波数をｆ、すべりをＳとすると１回転子２の速度
はｆ（１−ｓ）であり、回転子２の２次巻線をすべりＳ
の周波数で励磁することにより、回転子２の回転磁界は
すベリＳが零（同期速度）で回転し、固定子１の回転磁
界の速度と同一になる。

２次巻線６　ａ　＋　６　ｂ　ｔ　６　ｃの励磁制御は
、制御部５０が行う。制御部５０は、電力指令値および
制御信号に従って励磁電圧ｖｚ、Ｖ２．Ｖ８を発生し、
２次巻線６ａ、６ｂ、６ｃに加える。

ここに、ＥはすべりＳおよび可変速の同期機１００の運
転状態および系統状態で定まる電圧値、δ０は同期機１
００の運転状態で定まる位相角。

Δδは外部からの電力指令および制御信号により制御を
受ける位相角となる。

以上の構成とすることによって、任意の回転数で運転を
行っても、常に電機子巻線（固定子１の巻線５ａ、　５
ｂ、５Ｑ）には、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２図の例では、回転子２の回転磁
界は、 ｆ　（１ｇ）　＋ｆ−ｓ＝ｆ　　　　　　　・・・（２
）となり、すベリＳにかかわらず、定格周波数ｆの回転
磁界が得られる。

以上の同期機１００を揚水発電所の発電機に使用する。

この同期機１００により系統の電力変動に起因する電力
動揺を抑制し、安定度を向上させることが本発明の目的
である。

次に、第１図に本発明に係る可変速発電装置の実施例を
示す。

第１図は送電ｉＬ’ｚ、Ｌｚを介して通常の同期発電機
Ｏｆ、Ｇｘを接続し、発Ｔｒ！運転している場合を示し
ている。一般に、送電線Ｌｘ、Ｌｘが長距離になるに従
かい系統は不安定となり、わずかなしよう乱に対しても
動揺を招くという懸念がある。

これを抑制するため、可変速発電装置を送電線Ｌ３を介
して設置し、この装置を制御しようとするのが本発明の
要旨である。

同期機１００の回転子２の回転軸は水車１３に直結され
、この水車１３によって回転子２が回転する。水車１３
のガイド弁１２は弁開度設定器１４によって制御され、
同期機１００の２次巻線６ａ、６ｂ、６ｃには、移相器
２３ａ、２３ｂ。

２３ｃによって所定相差角の電力が供給される。

以上の２つの制御（水車１３の制御および同期機１００
の制′ａ）は、以下の方法による。すなわち、制御装置
５０Ａにおいて、指令値算出部１５は、静落差（揚程）
Ｈ１出力指令値（有効電力指令値）Ｐｏとを取込み、効
率を考慮したガバナ弁１２の開度指令値Ｖの算出および
速度指令値Ｎ。

の算出を行う。弁開度設定器１４は、開度指令値Ｖを取
込み、所定の時間遅九をもってガイド弁１２の開度調整
を行う。

位相角算出部１６は、有効電力算出部２１で算出した有
効電力Ｐと、有効電力指令値ＰＯと、速度指令値Ｎｏを
検出速度Ｎとを取込み、これらから求められる位相角と
有効電力変化量算出部２６から算出された有効電力変化
量ΔＰとをもとに求められた位相角の和Δδにより、２
次巻線励磁電圧Ｖ　１　＊　Ｖ　Ｚ＋　Ｖ　Ｂの位相角
δ０を制御する。有効電力算出値Ｐは電流変成器１９．
電圧変成器２０により得られた電流、Ｗｉ圧をもとに、
有効電力検出部２１により算出される。有効電力変化量
ΔＰは電流変成器２４．電圧変成器２５により得られた
電流、Ｗ１圧をもとに有効電力変化量算出部２６で算出
され、例えば、第３図に示すような回路で得られる。検
出速度Ｎは速度検出器１１により検出される。

励磁量設定部１７は、検出速度Ｎおよび位相角Δδおよ
び電圧調整部１８の出力とにより、２次巻線６ａ、６ｂ
、６ｃの励磁量Ｖｌ、ｖｚ、ｖａを設定する。この励磁
量設定部１７によって１位相器２３ａ、２３ｂ、２３ｃ
の位相調整を行い、この移相した励磁量ｖ１ｙ　Ｖ２．
ｇ　Ｖａにより２次巻線６ａ、６ｂ、６ｃの励磁制御を
行う。

電圧変成器２０の出力は無効電力変化量算出部２７の出
力により補正部２８により補正され、電力調整部１８の
入となる。無効電力変化量ΔＱは電流変成器２４．電圧
変成器２５の電流および電圧より求められ、第３図に示
した有効電力変化量算出部２１と同様の処理により求め
られる。

第３図は、有効電力変化量算出部２６の詳細について示
したものであり、有効電力算出部２６ａでは、ｍ圧変成
器２５．電流変成器２４の電圧。

電流より、有効電力が求められ、この出力の一次遅れ回
路２６ｂを介した出力を有効電力算出部２６ａの出力よ
り、減算部２６ｃで減する。このようにすることにより
、有効電力変化量ΔＰを得ることができる。第３図にお
いて、Ｔ１は時定数。

Ｓはラプラス演算子である。

第１図の位相角算出部１６は、例えば、次のような演算
を行う。

δ＝ｆ　ｋｘ　（Ｐ　　Ｐｏ）ｄｔ＋　ｆ　ｋｇ　（Ｎ
　−Ｎｏ）ｄｔ　　’＋に工（Ｐ−Ｐｏ）＋Ｋｚ（Ｎ−
Ｎｏ）　　　ＫｓΔＰ・・・（３） ここで、ｋｔ、ｋｉ、Ｋｚ＊　Ｋｚ、Ｋｇは定数である
。

次に、第１図の構成で、送電線Ｌｌ、Ｌ２を流れる電力
に動揺が生じた場合の制御について述べる。

系統Ｌｘ、Ｌｘにおける有効電力に動揺が生じた場合に
は、有効電力変化量算出部２６で有効電力変化量ΔＰが
算出されるため、動揺分のみが抽出されるにの値ΔＰに
より（３）式で同期機１００の２次励磁電圧”／ｌ、Ｖ
Ｚ、Ｖａの位相が制御されるため、＋ΔＰの変動量に対
しては一ΔＰの制御量が与えられ、その逆も同様である
。このため、第４図に示すように、電力の動揺が抑制さ
れる。

無効電力Ｑの動揺に対しても、無効電力変化量ΔＱが求
められ、この値ΔＱにより２次励磁電圧ｖ１．Ｖ２．Ｖ
Ｂの絶対値が制御されるため、同様の効果が得られる。

第５図に示すように、有効電力および無効電力の各変化
量式Ｐ、ΔＱを算出するための電圧変成器２０．　ｆｌ
ｉｌ変流器１９を可変速発電装置の出力からとっても同
様の効果の得られることは明らかである。すなわち、こ
の場合は同期機１００の出力変動を検出するものである
から同期機１００自身によって引き起こされる電力動揺
による系統への影響を防止することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、揚水運転中にも外部からの電力指令信
号に応じて同期機出力の調整が可能となり、従来、全く
不可能であったＡＦＣ（自動周波数制御）等の電力系統
制御が適用可能となる。その上、電力系統の動揺抑制が
可能となるため、系統の安定性の向上に寄与しうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図は可
変速発電装置の概要を示すブロック図、第３図は有効電
力算出部の構成図を示すブロック図、第４図は本発明に
よる効果を示す説明図、第５図は他の実施例を示すブロ
ック図である。 １００・・・同期機、１・・・固定子、２・・・回転子
、５ａ〜５ｃ・・・−次巻線、６ａ〜６ｃ・・・二次巻
線、１１・・・速度検出器、１２・・・ガイド弁、１３
・・・水車。 ５０・・・制御部、１４・・・弁開度設定器、１５・・
・指令値算出部、１６・・・位相角算出部、１７・・・
励磁量設定部、１８・・・電圧調整部、１９・・・電流
変成器。 ２ｏ・・・電圧変成器、２１・・・有効電力算出部、２
４・・・電流変成器、２５・・・電圧変成器、２６・・
・有効電力変化量算出部、２７・・・無効電力変化量算
出部、２８・・・補正部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、３相の２次巻線を持つ同期機を用いた可変速発電装
   置において、電力系統の電力変動量を検出する電力変動
   検出部と、前記電力変動量検出値に応じて前記同期機の
   ２次励磁巻線に与える励磁電圧の位相角または絶対値を
   制御する制御部と、を備えたことを特徴とする可変速発
   電装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記電
   力変動検出部は当該可変連発電装置が接続された電力系
   統の電力変動値を検出するものであることを特徴とする
   可変速発電装置。 ３、特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記電
   力変動検出部は、当該可変連発電装置自身の出力電力の
   変動値を検出するものであることを特徴とする可変速発
   電装置。 ４、特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記電
   力変動検出部は当該可変速発電装置が接続された電力系
   統の電力変動値および当該可変速発電装置自身の出力電
   力の変動値を検出するものであることを特徴とする可変
   速発電装置。 ５、特許請求の範囲第１項、第２項、第３項または第４
   項記載の装置において、前記電力変動検出部は有効電力
   成分および無効電力成分をそれぞれ検出し、前記制御部
   は有効電力検出値により２次励磁電圧の位相角を制御し
   、無効電力検出値により２次励磁電力の絶対値を制御す
   るものであることを特徴とする可変速発電装置。