JPS63220722A - 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〕 本発明は可変速発電装置に係り、特に巻線形誘導発電電
動機の２次励磁コイルの交流励磁方式を用いた可変速揚
水発電装置の系統への自動同期投入装置に関する。

〔従来の技術〕

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貯
えておき、河川の渇水時や負荷の重いときなど必要な時
期にその貯水を利用して発電する方式として揚水式発電
が知られている１発電機としては一般に同期発電電動機
を用いるのが普通である。

一方、従来の揚水発電システムは、同期機を用いている
ことから揚水時に負荷の調整ができないこと、および、
発電運転および揚水運転時に、系統より要求される発電
電力の変化ならびに揚水時の揚程等により、発電システ
ム効率が変化するという欠点があった。

このため１発電電力、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。

上記目的を達成するため、従来から揚水発電機として用
いられている同期機を２次励磁付の誘導機（すなわち１
巻線形誘導機）で運転する。いわゆる可変速発電システ
ムの実現化のための研究が進められている。

ここで、可変速発電システムについて説明しておく。

第３図に、可変速発電システムの原理を示す。

第１１図に示す巻線形誘導機において、１００は固定子
、１０１は回転子を示している。１０２ａ〜１０２ｃは
固定子１のａ、ｂ、ｃ各相の巻線。

１０３　ａ　〜１０３　ｃは回転子２のａ、ｂ、ｃ各相
の巻線を示す。定格周波数をｊ、すべりをＳとすると、
回転子２の速度はｆ（１−８）であり１回転子１０１の
２次巻線１０３　ａ　〜１０３　ｃをすベリＳの周波数
で励磁することにより、回転子２の回転磁界はすべりＳ
を零（同期速度）で回転し、回転子１００の回転磁界の
速度と同一になる１回転子１０１の回転数を測定部］、
０４より測定し。

この出力からすベリ周波数検品器１０５によりすベリ周
波数を検出し、次いで周波数／電圧変換器１０６ですベ
リ周波数に応じた電圧を発生させ、この電圧を２次巻線
６ａ〜６ｃに与えて励磁するに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１次巻線１０２
ａ〜１０２ｃ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１図の例では、回転子１０１の回
転磁界は。

ｆ（１−５）＋ｆＢ＝ｆ　　　　　　・・・（１）とな
り、すべりＳにかかわらず、定格周波数の出力が得られ
ることとなる。

なお、以上の可変速発電システムに関する文献として昭
和５９年電気学会全国大会（昭和５９年３月２８〜３０
日開４１Ｍ）論文＆５５３　ｒ大容量同期電動機の可変
速運転特性」があるが、この文献には具体的な制御方式
について何ら開示されていない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

さて、ここで問題となるのは、可変速発電装置を系統に
引き入れるための自動同期投入装置である。すなわち、
従来では同期機を用いているため。

系統に対して同期投入を行うためには、系統と発電機と
の相互間において、電圧の大きさ１周波数および位相が
一致した時点で行わなければならない、従来の自動同期
装置の例としては「水力発電所（電気書院発行（昭和５
１年４月１０日））、第３２１頁および第３１４頁」が
ある、しかし。

巻線形誘導発電電動機を用いた可変速発電装置の自動同
期投入装置に関しては上記いずれの公知文献にも記載さ
れていない。

そこで１本発明は巻線形誘導発ｆ！電動機を用いた可変
速発電装置を簡単な構成で円滑かつ確実に投入しうる自
動同期投入装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を解決するとともに本発明の目的を達成するた
めに、本発明は並列投入用遮断器を介して系統に接続さ
れた巻線形誘導発電電動機と、当該発電電動機の系統周
波数に対するすベリ周波数の位相を検出する位相検出器
と、検出したすベリ周波数の位相信号に基づいて前記発
電電動機の２次励磁回路の励磁電流量を制御する励磁制
御装置とを備えた可変速発電装置において、前記系統の
電圧を検出する系統電圧検出器と、前記発電電動機の出
力電圧を検出する出力電圧検出器と、前記両検出電圧が
一致したとき前記並列投入用遮断器に投入指令信号を出
力する投入制御装置と、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、前記投入制御装置は前記出
力電圧検出器からの検出電圧により前記発ｆｔ！電動機
の出力電圧が確立したとき揃圧開始投入信号を出力する
起動要素確認装置と、前記揃圧開始投入信号により投入
される揃圧開始スイッチと、この揃圧開始スイッチを介
して前記系統電圧検出器および出力電圧検出器からの検
出信号を受けて系統電圧と出力電圧との差分に応じた制
御信号を前記励磁制御装置に出力する電圧平衡装置とを
備えている。

〔作用〕

すなわち１巻線形誘導発電電動機の２次コイルを励磁制
御する場合、２次コイルには系統周波数に対するすべり
周波数位相信号に基づいて行い、当該２次コイルをもつ
回転子の速度が変化しても発電機の１次側の出力電圧の
周波数および位相が系統のそれらと一致するよう制御す
る。したがって、この場合、発電電動機の系統に接続さ
れていなくても、当該発電電動機はその１次側出力電圧
が上記のようにすでに周波数および位相共に系統と一致
するよう制御されているから、系統への投入に際して要
求される条件は１発電電動機の出力電圧を系統の電圧の
大きさに合わせる（揃圧）機能を備えていることである
。

以上のことから、本発明によれば、系統電圧検出器によ
り系統電圧の大きさが検出され、一方では出力電圧検出
器により発電電動機の出力電圧が検出され、これらの両
検出電圧を受けて投入制御装置は前記両検出電圧が一致
したとき並列投入用遮断器を投入すべく制御する。

その結果、従来の同期機に対する同期投入装置のように
遮断器投入操作に要する損失時間を見込んで系統の周波
数および位相に同期させるために予測的に投入指令を出
力する必要は全くなく、単に揃圧状態のみをもって投入
指令を出力するだけでよいから誤投入のおそれを著しく
低減することができる。このことは、可変速発電装置を
系統の変動に対する補償手段と考えた場合に迅速に補償
機能を発揮できることから、系統の安定性向上に寄与す
ることとなる。

また、具体的な態様によれば、電圧平衡装置を備えてい
るから系統への投入後において系統電圧と出力電圧との
差分に対応して電圧変動を自動補償することが可能とな
る。

〔実施例〕

次に１本発明に係る実施例を図面に基づいて設明する。

まず、第１図に本発明に係る自動同期装置と可変速発電
装置の全体構成を示す、第１図において。

主変圧器２は電力系統１に接続され、また並列用遮断器
５を介して誘導発電電動機３の一次側に接続されている
。誘導発電電動機３の二次側は交流励磁されるが、励磁
電源は主変圧器２と並列投入用遮断器５の間より励磁用
変圧器６を介して電力系統１（発電中は誘導発電電動機
３の出力）から得る。励磁電源は電力系統の周波数と同
一周波数を有しているが、励磁用変圧器１１を介し、電
力変換器７によって三相のすべり周波数を有した交流励
磁電流に変換され、誘導発電電動機３の２次側を励磁す
る０本実施例では電力変換器７としてマイクロコンバー
タを用いている。

上記すべり周波数の励磁電流を作り出すためには、現在
運転中のすべり周波数位相製検出する装置が必要である
１本実施例では、並列用遮断器６の系統側から電圧変成
器１２を介し１位相検出器４の一次側を励磁している。

この位相検出器４は一種の誘導発電機であり、回転子は
誘導発電電動機３の回転軸と同軸にあるため、−次側を
電力系統周波数で励磁すれば、２次側出力としてすべり
周波数の波形が検出できるわけである。このようにして
検出したすべり周波数は、絶縁用変成器１４を介して励
磁制御装置８に取り込まれる。

励磁制御装Ｗ１８は各種の制御機能を実行し、最終的に
はすベリ周波数にそれらの結果を重畳する形でサイリス
タの点弧角信号１０２として自動パルス移相器１０に対
し信号出力する。自動パルス移相器１０は電力変換器７
に対し、サイリスタ点弧パルス信号１０３を出力する。

さらに、電圧変成器１２の出力の分岐信号と発電機の一
次端子電圧を電圧変成１１１３を介して自動同期装置９
に入力する。自動同期装置９の出力は電力上げ信号１０
０および電圧下げ信号１０１であり、これらを励磁制御
装置８に対し出力する。

この発電電動機４は最初起動の際は誘導発電機３の回転
子に直結された水車（図示せず）によって駆動される。

ある一定の回転数に達すると励磁が開始されるが、励磁
開始より以前に既に位相検出器４は励磁されていること
からすべり位相信号は確立されている。励磁により誘導
発電電動機３の一次側に電圧が発生し、系統への投入の
準備となる。

第２図を用いて自動同期装置について説明する。

第１図と同一の記号を付けたものは同一の機器を示して
いる。

前述のように、励磁が開始され発電機出力電圧が確立す
ると、自動同期装置９の中の起動要素確認袋！！２０が
、自動同期装置の揃圧開始スイッチ２３をオンとする。

このオン指令により電圧平衡装置２１の動作が開始され
、電力系統１側の電圧と発電機出力電圧とを比較する１
発電機出力電圧が系統１側に比べて低い場合は、励磁制
御装置１１ｆ８に対して電圧上昇指令１００を出力し１
発電機出力目標電圧設定値を上げることにより系統側電
圧値に近づける。逆の場合は電圧下降指令１０１を出力
し、目標電圧設定値を下げ、系統側電圧値に近づける。

このようなフィードバック制御を実施した後、系統電圧
と発電機電圧とが殆んど一致した時に、電圧平衡装置２
１より信号出力装置２２を介して遮断器５投入用コイル
５ｃを励磁する、いわゆる投入信号を出力する。

この際に、投入用コイル５Ｃの動作時間や遮断器５の動
作時間等を考慮する必要はなく、単に２者の電圧値が一
致した時に投入信号を与えればよい。

本実施例によれば、以上の様に揃圧機能のみで発電電動
機を系統へ同期並列投入することが可能となる。また、
元来、制御に不可欠なすべり周波数の位相を検出し、こ
れに基づいて交流励磁信号を作り出しているため、系統
並列投入のための特別な位相制御は必要ない。

〔発明の効果Ｊ 本発明によれば、誘導発電電動機を電力系統へ同期並列
投入する際に、従来の揃速機能１位相制御を特別に実施
する必要がなく、単に揃圧制御のみを行えばよく、Ｗ１
単化できる効果がある。

また、この構成のシステムは、電力系統が弱小で周波数
が不安定となる系統に対しても、もともとその不安定な
周波数に見合ったすべり周波数を検出し、即座に励磁制
御が可能なため、従来、この種の系統では仲々困難とさ
れていた自動同期並列投入操作を本発明と全く同一の構
成で、簡単に同期並列投入操作が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る実施例を示すブロック図。 第２図は自動同期装置の詳細を示すブロック図、第３図
は可変速発電装置の原理を示す説明図である。 １・・・電力系統、２・・・主変圧器、３・・・誘導発
ｍ電動機、４・・・位相検出器、５・・・系統並列用遮
断器、７・・・電力変換器、８・・・励磁制御装置、９
・・・自動同期装置、１０・・・自動パルス移相器、１
２・・・電圧変成器（系統電圧検出器）、１３・・・電
圧変成器（出力電圧検出器）、２０・・・起動要素確認
装置、２１・・・電圧平衡装置、２２・・・信号出力装
置、２３・・・揃圧開始スイッチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、並列投入用遮断器を介して系統に接続された巻線形
   誘導発電電動機と、当該発電電動機の系統周波数に対す
   るすべり周波数の位相を検出する位相検出器と、検出し
   たすべり周波数の位相角信号に基づいて前記発電電動機
   の２次励磁回路の励磁電流量を制御する励磁制御装置と
   を備えた可変速発電装置において、 前記系統の電圧を検出する系統電圧検出器と、前記発電
   電動機の出力電圧を検出する出力電圧検出器と、前記両
   検出電圧が一致したとき前記並列投入用遮断器に投入指
   令信号を出力する投入制御装置と、を備えたことを特徴
   とする可変速発電装置の自動同期投入装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記投
   入制御装置は前記出力電圧検出器からの検出電圧により
   前記発電電動機の出力電圧が確立したとき揃圧開始投入
   信号を出力する起動要素確認装置と、前記揃圧開始投入
   信号により投入される揃圧開始スイッチと、この揃圧開
   始スイッチを介して前記系統電圧検出器および出力電圧
   検出器からの検出信号を受けて系統電圧と出力電圧との
   差分に応じた制御信号を前記励磁制御装置に出力する電
   圧平衡装置とを備えたことを特徴とする可変速発電装置
   の自動同期投入装置。