JP2001178195A - 発電装置 - Google Patents
発電装置Info
- Publication number
- JP2001178195A JP2001178195A JP36052999A JP36052999A JP2001178195A JP 2001178195 A JP2001178195 A JP 2001178195A JP 36052999 A JP36052999 A JP 36052999A JP 36052999 A JP36052999 A JP 36052999A JP 2001178195 A JP2001178195 A JP 2001178195A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power
- generator
- output
- command value
- rotation speed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
Landscapes
- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 可変速発電装置において、装置構成を簡略化
し、かつ系統故障発生時の運転継続、高調波量の抑制を
可能にする、高精度な発電装置を提供する。 【解決手段】 本発明は、原動機12と、原動機12か
らの回転エネルギーを電力に変換する第1の発電機21
と、第1の発電機21の出力電力を電力変換する電力変
換装置31と、電力変換装置31の出力電力を回転エネ
ルギーに変換する電動機22と、電動機22からの回転
エネルギーを電力に変換する第2の発電機23と、電力
変換装置31の出力電力を所定の値になるよう制御する
制御手段51とを備え、この制御手段51が電動機22
及び第2の発電機23の回転速度を所定の回転速度と
し、第2の発電機23の出力周波数を系統周波数と同値
となるよう制御することを特徴とする。
し、かつ系統故障発生時の運転継続、高調波量の抑制を
可能にする、高精度な発電装置を提供する。 【解決手段】 本発明は、原動機12と、原動機12か
らの回転エネルギーを電力に変換する第1の発電機21
と、第1の発電機21の出力電力を電力変換する電力変
換装置31と、電力変換装置31の出力電力を回転エネ
ルギーに変換する電動機22と、電動機22からの回転
エネルギーを電力に変換する第2の発電機23と、電力
変換装置31の出力電力を所定の値になるよう制御する
制御手段51とを備え、この制御手段51が電動機22
及び第2の発電機23の回転速度を所定の回転速度と
し、第2の発電機23の出力周波数を系統周波数と同値
となるよう制御することを特徴とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、原動機の回転エネ
ルギーを電力に変換する発電装置に係り、特に原動機を
可変速度運転する発電装置に関する。
ルギーを電力に変換する発電装置に係り、特に原動機を
可変速度運転する発電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】原動機を可変速度で運転する発電装置の
例として、可変速揚水発電システムがある。定速揚水発
電システムの場合には、発電電動機に同期発電機を用い
ており、原動機すなわち水車の回転速度は一定である
が、可変速揚水発電システムでは、水車の回転速度を任
意に変えることができる。そのため、落差及び水車出力
に応じて、水車の回転速度を最も効率のよい回転速度に
調整することができるので、水車効率を向上させ、シス
テム出力を増加できる利点がある。一般に、可変速揚水
発電システムでは、発電電動機に二重給電交流機を用
い、二重給電交流機の二次巻線に電力変換装置を接続し
た二次励磁制御方式が用いられている。この電力変換装
置で二重給電交流機の二次電流を制御することにより、
二重給電交流機の可変回転速度運転を実現している。
例として、可変速揚水発電システムがある。定速揚水発
電システムの場合には、発電電動機に同期発電機を用い
ており、原動機すなわち水車の回転速度は一定である
が、可変速揚水発電システムでは、水車の回転速度を任
意に変えることができる。そのため、落差及び水車出力
に応じて、水車の回転速度を最も効率のよい回転速度に
調整することができるので、水車効率を向上させ、シス
テム出力を増加できる利点がある。一般に、可変速揚水
発電システムでは、発電電動機に二重給電交流機を用
い、二重給電交流機の二次巻線に電力変換装置を接続し
た二次励磁制御方式が用いられている。この電力変換装
置で二重給電交流機の二次電流を制御することにより、
二重給電交流機の可変回転速度運転を実現している。
【0003】図11は、可変速揚水発電システムの一例
を示したものである。このシステムでは、二重給電交流
機70の二次巻線72に流れる二次電流を電力変換装置
31により制御して、二重給電交流機70の可変速度運
転を行う。二重給電交流機70の一次巻線71は、主要
変圧器41を介して電力系統42に接続され、電力変換
装置31は、電力変換装置用変圧器81、主要変圧器4
1を介して電力系統42に接続される。
を示したものである。このシステムでは、二重給電交流
機70の二次巻線72に流れる二次電流を電力変換装置
31により制御して、二重給電交流機70の可変速度運
転を行う。二重給電交流機70の一次巻線71は、主要
変圧器41を介して電力系統42に接続され、電力変換
装置31は、電力変換装置用変圧器81、主要変圧器4
1を介して電力系統42に接続される。
【0004】このような電力系統42に一線地絡故障等
の系統故障が発生すると、二重給電交流機70の一次巻
線71に故障電流が流れ、これにより二次巻線72に過
電圧が発生する。過電圧が発生すると、過電圧検出器6
2が過電圧を検出し、過電圧抑制回路63に短絡指令を
出力する。この短絡指令が過電圧抑制回路63に入力さ
れると、同回路内のサイリスタ64が点弧され、二次巻
線72を線間短絡して過電圧を抑制し、二次巻線72及
び電力変換装置31を過電圧から保護する。
の系統故障が発生すると、二重給電交流機70の一次巻
線71に故障電流が流れ、これにより二次巻線72に過
電圧が発生する。過電圧が発生すると、過電圧検出器6
2が過電圧を検出し、過電圧抑制回路63に短絡指令を
出力する。この短絡指令が過電圧抑制回路63に入力さ
れると、同回路内のサイリスタ64が点弧され、二次巻
線72を線間短絡して過電圧を抑制し、二次巻線72及
び電力変換装置31を過電圧から保護する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな可変速揚水発電システムにおいては、安定な運転を
継続するためには二重給電交流機70と電力系統42と
が同期していなければならない。二重給電交流機70の
回転子を可変速度で運転し、かつ、電力系統42と同期
を保つためには、二重給電交流機70の回転子の位相を
位相検出器75により正確に検出し、二重給電交流機7
0の二次巻線72に流れる二次電流を高速かつ高精度に
制御しなければならない。そのために、回転子の位相を
正確に検出する検出器75及び複雑な高速制御を行う二
次電流制御装置60が必要であった。
うな可変速揚水発電システムにおいては、安定な運転を
継続するためには二重給電交流機70と電力系統42と
が同期していなければならない。二重給電交流機70の
回転子を可変速度で運転し、かつ、電力系統42と同期
を保つためには、二重給電交流機70の回転子の位相を
位相検出器75により正確に検出し、二重給電交流機7
0の二次巻線72に流れる二次電流を高速かつ高精度に
制御しなければならない。そのために、回転子の位相を
正確に検出する検出器75及び複雑な高速制御を行う二
次電流制御装置60が必要であった。
【0006】また、電力系統42に一線地絡故障等の系
統故障が発生すると二次巻線72に過電圧が発生する。
この過電圧から二次巻線72及び電力変換装置31を保
護し、損傷を防ぐためには、過電圧を検出し二次巻線7
2を線間短絡する過電圧抑制装置が必要であった。
統故障が発生すると二次巻線72に過電圧が発生する。
この過電圧から二次巻線72及び電力変換装置31を保
護し、損傷を防ぐためには、過電圧を検出し二次巻線7
2を線間短絡する過電圧抑制装置が必要であった。
【0007】また、過電圧検出器62が過電圧を検出す
ると、過電圧抑制回路63のサイリスタ64が点弧さ
れ、二次巻線72を線間短絡することにより過電圧を抑
制し、二次巻線72及び電力変換装置31を過電圧から
保護する。しかし、サイリスタ64が点弧すると、二重
給電交流機70の二次電流及び電力変換装置31の出力
電流がサイリスタ64に流れ、電力変換装置31が二次
電流制御を行うことができなくなる。そのため、電力変
換装置31は運転を停止し、二重給電交流機70は電力
系統42と同期を保つことができなくなるので、系統故
障が除去されても運転を継続することができないという
問題もあった。
ると、過電圧抑制回路63のサイリスタ64が点弧さ
れ、二次巻線72を線間短絡することにより過電圧を抑
制し、二次巻線72及び電力変換装置31を過電圧から
保護する。しかし、サイリスタ64が点弧すると、二重
給電交流機70の二次電流及び電力変換装置31の出力
電流がサイリスタ64に流れ、電力変換装置31が二次
電流制御を行うことができなくなる。そのため、電力変
換装置31は運転を停止し、二重給電交流機70は電力
系統42と同期を保つことができなくなるので、系統故
障が除去されても運転を継続することができないという
問題もあった。
【0008】また、電力変換装置31から発生する高調
波が、電力変換装置用変圧器81及び二重給電交流機7
0を通過して電力系統42へ流出するため、電力系統4
2の電圧波形及び電流波形を歪ませるという問題もあっ
た。
波が、電力変換装置用変圧器81及び二重給電交流機7
0を通過して電力系統42へ流出するため、電力系統4
2の電圧波形及び電流波形を歪ませるという問題もあっ
た。
【0009】本発明は、上記事情を鑑みてなされたもの
であり、装置構成を簡略化し、かつ性能を維持・向上さ
せることができる可変速発電装置を提供することを目的
とする。
であり、装置構成を簡略化し、かつ性能を維持・向上さ
せることができる可変速発電装置を提供することを目的
とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1に係る発明によれば、流体の圧力エネルギー
または速度エネルギーを回転エネルギーに変換する原動
機と、この原動機により変換された回転エネルギーを電
力に変換する第1の発電機と、この第1の発電機の出力
電力を電力変換する電力変換装置と、この電力変換装置
の出力電力を回転エネルギーに変換する電動機と、この
電動機により変換された回転エネルギーを電力に変換す
る第2の発電機と、電力変換装置の出力電力を所定の値
になるよう制御する制御手段とを備え、この制御手段が
電動機及び第2の発電機の回転速度を所定の回転速度と
し、第2の発電機の出力周波数を系統周波数と同値とな
るよう制御することを特徴とする。
に請求項1に係る発明によれば、流体の圧力エネルギー
または速度エネルギーを回転エネルギーに変換する原動
機と、この原動機により変換された回転エネルギーを電
力に変換する第1の発電機と、この第1の発電機の出力
電力を電力変換する電力変換装置と、この電力変換装置
の出力電力を回転エネルギーに変換する電動機と、この
電動機により変換された回転エネルギーを電力に変換す
る第2の発電機と、電力変換装置の出力電力を所定の値
になるよう制御する制御手段とを備え、この制御手段が
電動機及び第2の発電機の回転速度を所定の回転速度と
し、第2の発電機の出力周波数を系統周波数と同値とな
るよう制御することを特徴とする。
【0011】また、請求項2記載に係る発明によれば、
請求項1記載の発電装置において、流体が水で原動機が
水車であることを特徴とする。
請求項1記載の発電装置において、流体が水で原動機が
水車であることを特徴とする。
【0012】また、請求項3記載に係る発明によれば、
請求項2記載の発電装置において、原動機の回転速度を
測定する回転速度測定手段と、この回転速度測定手段に
より検出した回転速度とあらかじめ設定した回転速度範
囲とを比較する回転速度比較手段とを備え、この回転速
度比較手段が原動機の回転速度をあらかじめ設定した回
転速度範囲から逸脱しないように制御することを特徴と
する。
請求項2記載の発電装置において、原動機の回転速度を
測定する回転速度測定手段と、この回転速度測定手段に
より検出した回転速度とあらかじめ設定した回転速度範
囲とを比較する回転速度比較手段とを備え、この回転速
度比較手段が原動機の回転速度をあらかじめ設定した回
転速度範囲から逸脱しないように制御することを特徴と
する。
【0013】また、請求項4記載に係る発明によれば、
請求項3記載の発電装置において、水の流量を調節する
流量調節手段と、水位または水圧から水の落差を測定す
る落差測定手段と、発電装置への出力指令値を出力する
出力指令手段と、落差測定手段により測定された落差と
出力指令値とから流量調節手段の開度指令値を求める開
度指令値算出手段と、落差測定手段により測定された落
差と出力指令値及び出力値のいずれか一方とから原動機
の効率が最高となる回転速度指令値算出手段と、流量調
節手段の開度を開度指令値に応じて調節する開度調節手
段と、原動機の回転速度を回転速度指令値に応じて制御
する回転速度制御手段とを備えたことを特徴とする。
請求項3記載の発電装置において、水の流量を調節する
流量調節手段と、水位または水圧から水の落差を測定す
る落差測定手段と、発電装置への出力指令値を出力する
出力指令手段と、落差測定手段により測定された落差と
出力指令値とから流量調節手段の開度指令値を求める開
度指令値算出手段と、落差測定手段により測定された落
差と出力指令値及び出力値のいずれか一方とから原動機
の効率が最高となる回転速度指令値算出手段と、流量調
節手段の開度を開度指令値に応じて調節する開度調節手
段と、原動機の回転速度を回転速度指令値に応じて制御
する回転速度制御手段とを備えたことを特徴とする。
【0014】また、請求項5記載に係る発明によれば、
請求項4記載の発電装置において、第1の発電機の出力
を測定する第1発電機出力測定手段と、発電装置への出
力指令値に基づいて第1の発電機への出力指令値を求め
る第1発電機出力指令値算出手段と、この第1の発電機
への出力指令値と第1発電機出力測定手段により測定さ
れた第1の発電機の出力を比較する第1発電機出力比較
手段とを備えたことを特徴とする。
請求項4記載の発電装置において、第1の発電機の出力
を測定する第1発電機出力測定手段と、発電装置への出
力指令値に基づいて第1の発電機への出力指令値を求め
る第1発電機出力指令値算出手段と、この第1の発電機
への出力指令値と第1発電機出力測定手段により測定さ
れた第1の発電機の出力を比較する第1発電機出力比較
手段とを備えたことを特徴とする。
【0015】また、請求項6記載に係る発明によれば、
請求項4記載の発電装置において、電力変換装置の出力
を測定する電力測定手段と、発電装置への出力指令値に
基づいて電力変換装置への出力指令値を求める電力出力
指令値算出手段と、この電力出力指令値算出手段により
算出された電力変換装置への出力指令値と電力測定手段
により測定された電力変換装置の出力を比較する電力比
較手段とを備えたことを特徴とする。
請求項4記載の発電装置において、電力変換装置の出力
を測定する電力測定手段と、発電装置への出力指令値に
基づいて電力変換装置への出力指令値を求める電力出力
指令値算出手段と、この電力出力指令値算出手段により
算出された電力変換装置への出力指令値と電力測定手段
により測定された電力変換装置の出力を比較する電力比
較手段とを備えたことを特徴とする。
【0016】また、請求項7記載に係る発明によれば、
請求項4記載の発電装置において、第2の発電機の出力
を測定する第2発電機出力測定手段と、この第2発電機
出力測定手段により測定された第2の発電機の出力と発
電装置への出力指令値とを比較する第2発電機出力比較
手段とを備えたことを特徴とする。
請求項4記載の発電装置において、第2の発電機の出力
を測定する第2発電機出力測定手段と、この第2発電機
出力測定手段により測定された第2の発電機の出力と発
電装置への出力指令値とを比較する第2発電機出力比較
手段とを備えたことを特徴とする。
【0017】また、請求項8記載に係る発明によれば、
請求項3記載の発電装置において、水の流量を調節する
流量調節手段と、水位または水圧から水の落差を測定す
る落差測定手段と、発電装置への出力指令値を出力する
出力指令手段と、落差測定手段により測定された落差と
出力指令値とから流量調節手段の開度指令値を求める開
度指令値算出手段と、流量調節手段の開度を測定する開
度測定手段と、落差と流量調節手段の開度とから原動機
の効率が最高となる回転速度指令値を求める回転速度指
令値算出手段と、流量調節手段の開度を開度指令値に応
じて調節する開度調節手段と、原動機の回転速度を回転
速度指令値に応じて制御する手段とを備えたことを特徴
とする。
請求項3記載の発電装置において、水の流量を調節する
流量調節手段と、水位または水圧から水の落差を測定す
る落差測定手段と、発電装置への出力指令値を出力する
出力指令手段と、落差測定手段により測定された落差と
出力指令値とから流量調節手段の開度指令値を求める開
度指令値算出手段と、流量調節手段の開度を測定する開
度測定手段と、落差と流量調節手段の開度とから原動機
の効率が最高となる回転速度指令値を求める回転速度指
令値算出手段と、流量調節手段の開度を開度指令値に応
じて調節する開度調節手段と、原動機の回転速度を回転
速度指令値に応じて制御する手段とを備えたことを特徴
とする。
【0018】また、請求項9記載に係る発明によれば、
請求項3記載の発電装置において、水位または水圧から
水の落差を測定する落差測定手段と、水の流量指令値を
出力する流量指令手段と、水の流量を測定する流量測定
手段と、落差と水の流量指令値及び水の流量測定値のい
ずれか一方とから原動機の効率が最高となる回転速度指
令値を求める回転速度指令値算出手段と、水の流量を水
の流量指令値に応じて調節する流量加減手段と、原動機
の回転速度を回転速度指令値に応じて制御する回転速度
制御手段とを備えたことを特徴とする。
請求項3記載の発電装置において、水位または水圧から
水の落差を測定する落差測定手段と、水の流量指令値を
出力する流量指令手段と、水の流量を測定する流量測定
手段と、落差と水の流量指令値及び水の流量測定値のい
ずれか一方とから原動機の効率が最高となる回転速度指
令値を求める回転速度指令値算出手段と、水の流量を水
の流量指令値に応じて調節する流量加減手段と、原動機
の回転速度を回転速度指令値に応じて制御する回転速度
制御手段とを備えたことを特徴とする。
【0019】また、請求項10記載に係る発明によれ
ば、請求項1記載の発電装置において、原動機と第1の
発電機が動力伝達手段を介して接続されていることを特
徴とする。
ば、請求項1記載の発電装置において、原動機と第1の
発電機が動力伝達手段を介して接続されていることを特
徴とする。
【0020】また、請求項11記載に係る発明によれ
ば、請求項1記載の発電装置において、電動機の固定子
及び回転子と第2の発電機の固定子及び回転子とが共用
化された一体型の電動発電機であることを特徴とする。
また、請求項12記載に係る発明によれば、請求項2記
載の発電装置において、原動機である水車の回転部と固
定部との隙間から水が漏れないようにするための封水機
構と、スラスト荷重を支えるためのスラスト軸受を設け
たことを特徴とする。
ば、請求項1記載の発電装置において、電動機の固定子
及び回転子と第2の発電機の固定子及び回転子とが共用
化された一体型の電動発電機であることを特徴とする。
また、請求項12記載に係る発明によれば、請求項2記
載の発電装置において、原動機である水車の回転部と固
定部との隙間から水が漏れないようにするための封水機
構と、スラスト荷重を支えるためのスラスト軸受を設け
たことを特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について説明する。
施の形態について説明する。
【0022】図1は、本発明の第1の実施の形態に係る
発電装置の概略構成図であり、水力発電設備に適用した
例を示すものである。水車12は第1の発電機21の回
転軸と直結され、電力変換装置31、電動機22、第2
の発電機23、主要変圧器41、電力系統42へと順に
接続されている。また、制御装置51は、電力変換装置
31と、第2の発電機23と主要変圧器41の間に設け
られた周波数測定器43に接続され、電力変換装置31
のインバータ33の出力周波数を制御する構成となって
いる。
発電装置の概略構成図であり、水力発電設備に適用した
例を示すものである。水車12は第1の発電機21の回
転軸と直結され、電力変換装置31、電動機22、第2
の発電機23、主要変圧器41、電力系統42へと順に
接続されている。また、制御装置51は、電力変換装置
31と、第2の発電機23と主要変圧器41の間に設け
られた周波数測定器43に接続され、電力変換装置31
のインバータ33の出力周波数を制御する構成となって
いる。
【0023】次に、本実施の形態の発電装置の動作につ
いて説明する。
いて説明する。
【0024】水車12の回転速度は、落差、水の流量及
び第1の発電機21の出力に応じて変動する。第1の発
電機21は、水車12の回転速度に応じて周波数が変動
する交流電力を電力変換装置31へ出力する。電力変換
装置31内では、まず、コンバータ32で入力された交
流電力を直流電力に変換し、その後、インバータ33
で、その直流電力を所定の周波数の交流電力に変換す
る。そして、この交流電力は電動機22へ出力され、電
動機22が回転を始める。電動機22が回転することに
よって第2の発電機23から出力される電力は、主要変
圧器41を経て電力系統42へ供給される。ここで、電
動機22の回転速度は、インバータ33の出力周波数に
よって決まる。電動機22と第2の発電機23が直結さ
れていることから、第2の発電機23の出力周波数につ
いても電動機22の回転速度、すなわちインバータ33
の出力周波数で決まる。そして、制御装置51は、第2
の発電機23が電力系統42と同期を保って運転できる
ように、周波数測定器43で測定された測定値をもとに
インバータ33の出力周波数を制御し、電動機22の回
転速度を制御する。
び第1の発電機21の出力に応じて変動する。第1の発
電機21は、水車12の回転速度に応じて周波数が変動
する交流電力を電力変換装置31へ出力する。電力変換
装置31内では、まず、コンバータ32で入力された交
流電力を直流電力に変換し、その後、インバータ33
で、その直流電力を所定の周波数の交流電力に変換す
る。そして、この交流電力は電動機22へ出力され、電
動機22が回転を始める。電動機22が回転することに
よって第2の発電機23から出力される電力は、主要変
圧器41を経て電力系統42へ供給される。ここで、電
動機22の回転速度は、インバータ33の出力周波数に
よって決まる。電動機22と第2の発電機23が直結さ
れていることから、第2の発電機23の出力周波数につ
いても電動機22の回転速度、すなわちインバータ33
の出力周波数で決まる。そして、制御装置51は、第2
の発電機23が電力系統42と同期を保って運転できる
ように、周波数測定器43で測定された測定値をもとに
インバータ33の出力周波数を制御し、電動機22の回
転速度を制御する。
【0025】以上のように、第2の発電機23は、水車
12の回転速度の影響を受けることなく、電力系統42
と同期を保って安定な運転を継続することができる。す
なわち、水車12の回転速度は任意の回転速度でよく、
調速機等を用いる必要もない。また、第2の発電機23
は、電力変換装置31と電気的に接続されていないの
で、系統故障等により第2の発電機23に過電圧、過電
流が発生しても、電力変換装置31がその過電圧、過電
流の影響を受けることはない。そのため、系統故障発生
時にも電力変換装置31の運転継続が可能であり、発電
装置も運転を継続することができる。さらに、電力系統
42は電力変換装置31と電気的に接続されていないの
で、電力変換装置31に発生する高調波が電力系統42
へ流出することを防止できる。
12の回転速度の影響を受けることなく、電力系統42
と同期を保って安定な運転を継続することができる。す
なわち、水車12の回転速度は任意の回転速度でよく、
調速機等を用いる必要もない。また、第2の発電機23
は、電力変換装置31と電気的に接続されていないの
で、系統故障等により第2の発電機23に過電圧、過電
流が発生しても、電力変換装置31がその過電圧、過電
流の影響を受けることはない。そのため、系統故障発生
時にも電力変換装置31の運転継続が可能であり、発電
装置も運転を継続することができる。さらに、電力系統
42は電力変換装置31と電気的に接続されていないの
で、電力変換装置31に発生する高調波が電力系統42
へ流出することを防止できる。
【0026】なお、本実施の形態では、水力発電設備に
適用した例について説明したが、その他の例として、風
力発電設備に適用することもできる。その場合、原動機
として、水車の代わりに風車を用いればよく、水力発電
の場合と同様の構成で、同様の作用効果を得ることがで
きる。
適用した例について説明したが、その他の例として、風
力発電設備に適用することもできる。その場合、原動機
として、水車の代わりに風車を用いればよく、水力発電
の場合と同様の構成で、同様の作用効果を得ることがで
きる。
【0027】図2は、本発明の第2の実施の形態に係る
発電装置の概略構成図である。なお、図1に示す構成と
同一または相当部分には、同一符号を付してその説明は
省略する。図2に示す構成が図1に示す構成と異なる点
は、制御装置51の代わりに制御装置53が設けられて
いる点、第1の発電機21の回転軸に回転速度測定器4
9が直結され、回転速度測定器49の出力が制御装置5
3に入力されている点である。ここで、回転速度測定器
49は、水車12の回転速度を検出するものである。ま
た、制御装置53には、水車に有害な振動、騒音及びキ
ャビテーションが発生しないよう回転速度範囲があらか
じめ設定されており、回転速度測定器49により検出さ
れた回転速度とあらかじめ設定されている回転速度とを
比較する機能が組込まれている。
発電装置の概略構成図である。なお、図1に示す構成と
同一または相当部分には、同一符号を付してその説明は
省略する。図2に示す構成が図1に示す構成と異なる点
は、制御装置51の代わりに制御装置53が設けられて
いる点、第1の発電機21の回転軸に回転速度測定器4
9が直結され、回転速度測定器49の出力が制御装置5
3に入力されている点である。ここで、回転速度測定器
49は、水車12の回転速度を検出するものである。ま
た、制御装置53には、水車に有害な振動、騒音及びキ
ャビテーションが発生しないよう回転速度範囲があらか
じめ設定されており、回転速度測定器49により検出さ
れた回転速度とあらかじめ設定されている回転速度とを
比較する機能が組込まれている。
【0028】次に、本実施の形態の発電装置の動作につ
いて説明する。
いて説明する。
【0029】水車12の回転速度は、落差、水の流量及
び第1の発電機21の出力に応じて変動する。したがっ
て、水車12の回転速度を上昇させるには、第1の発電
機21の出力、すなわち、電力変換装置31への入力を
減らせばよく、逆に、水車12の回転速度を下降させる
には、第1の発電機21の出力、すなわち、電力変換装
置31への入力を増やせば良い。そこで、回転速度測定
器49により検出された水車12の回転速度を制御装置
53に入力し、あらかじめ設定された回転速度範囲と比
較する。水車12の回転速度が下降し、あらかじめ設定
した回転速度範囲を下回りそうな場合には、制御装置5
3から電力変換装置31へ電力変換装置31の入力を減
らすよう制御信号を出力する。逆に、水車12の回転速
度が上昇し、あらかじめ設定した回転速度範囲を上回り
そうな場合には、制御装置53から電力変換装置31へ
電力変換装置31の入力を増やすよう制御信号を出力す
る。
び第1の発電機21の出力に応じて変動する。したがっ
て、水車12の回転速度を上昇させるには、第1の発電
機21の出力、すなわち、電力変換装置31への入力を
減らせばよく、逆に、水車12の回転速度を下降させる
には、第1の発電機21の出力、すなわち、電力変換装
置31への入力を増やせば良い。そこで、回転速度測定
器49により検出された水車12の回転速度を制御装置
53に入力し、あらかじめ設定された回転速度範囲と比
較する。水車12の回転速度が下降し、あらかじめ設定
した回転速度範囲を下回りそうな場合には、制御装置5
3から電力変換装置31へ電力変換装置31の入力を減
らすよう制御信号を出力する。逆に、水車12の回転速
度が上昇し、あらかじめ設定した回転速度範囲を上回り
そうな場合には、制御装置53から電力変換装置31へ
電力変換装置31の入力を増やすよう制御信号を出力す
る。
【0030】このようにして、制御装置53は回転速度
測定器49により検出された回転速度とあらかじめ設定
された回転速度範囲とを比較し、水車12の回転速度が
許容範囲内におさまるように電力変換装置31の入出力
を制御する。
測定器49により検出された回転速度とあらかじめ設定
された回転速度範囲とを比較し、水車12の回転速度が
許容範囲内におさまるように電力変換装置31の入出力
を制御する。
【0031】以上のように、水車12を水車に有害な振
動、騒音及びキャビテーションが発生しないような回転
速度範囲内で運転することができるので、発電装置の寿
命や保守の周期を延ばすことができる。
動、騒音及びキャビテーションが発生しないような回転
速度範囲内で運転することができるので、発電装置の寿
命や保守の周期を延ばすことができる。
【0032】図3は、本発明の第3の実施の形態に係る
発電装置の概略構成図である。なお、図2に示す構成と
同一または相当部分には、同一符号を付してその説明は
省略する。図3に示す構成が図2に示す構成と異なる点
は、制御装置53の代わりに制御装置54が設けられて
いる点、落差を測定するための水位計18が設けられ水
位計18の出力信号が制御装置54に入力されている
点、発電装置への出力指令値を出力する出力指令装置1
9が設けられ出力指令装置19の出力信号が制御装置5
4に入力されている点、水車12に流量調節弁13が設
けられ制御装置54の出力信号が流量調整弁13に入力
されている点である。ここで、制御装置54には落差と
発電装置への出力指令値に応じて流量調節弁13を適正
開度に制御する機能、及び水車12の回転速度を水車効
率が最高となる回転速度に制御する機能が組込まれてい
る。
発電装置の概略構成図である。なお、図2に示す構成と
同一または相当部分には、同一符号を付してその説明は
省略する。図3に示す構成が図2に示す構成と異なる点
は、制御装置53の代わりに制御装置54が設けられて
いる点、落差を測定するための水位計18が設けられ水
位計18の出力信号が制御装置54に入力されている
点、発電装置への出力指令値を出力する出力指令装置1
9が設けられ出力指令装置19の出力信号が制御装置5
4に入力されている点、水車12に流量調節弁13が設
けられ制御装置54の出力信号が流量調整弁13に入力
されている点である。ここで、制御装置54には落差と
発電装置への出力指令値に応じて流量調節弁13を適正
開度に制御する機能、及び水車12の回転速度を水車効
率が最高となる回転速度に制御する機能が組込まれてい
る。
【0033】次に、本実施の形態の発電装置の動作につ
いて説明する。
いて説明する。
【0034】まず、落差を測定する水位計18からの出
力信号と、発電装置への出力指令値を出力する出力指令
装置19からの出力信号が制御装置54に入力される。
制御装置54では、落差と発電装置への出力指令値とか
ら、流量調節弁13の適正な開度及び水車12の水車効
率が最高となる回転速度を演算により求める。そして、
この演算結果に基づいて、流量調節弁13の開度及び水
車12の回転速度を制御する制御信号を、流量調節弁1
3、電力変換装置31へそれぞれ出力する。水車12の
回転速度は、第2の実施の形態と同様に、制御装置54
からの制御信号に基づいて第1の発電機21から電力変
換装置31への入力を制御することによって実現でき
る。
力信号と、発電装置への出力指令値を出力する出力指令
装置19からの出力信号が制御装置54に入力される。
制御装置54では、落差と発電装置への出力指令値とか
ら、流量調節弁13の適正な開度及び水車12の水車効
率が最高となる回転速度を演算により求める。そして、
この演算結果に基づいて、流量調節弁13の開度及び水
車12の回転速度を制御する制御信号を、流量調節弁1
3、電力変換装置31へそれぞれ出力する。水車12の
回転速度は、第2の実施の形態と同様に、制御装置54
からの制御信号に基づいて第1の発電機21から電力変
換装置31への入力を制御することによって実現でき
る。
【0035】以上のように、水車12を水車効率が最高
となる回転速度で運転することができるので、従来の定
速度運転の発電装置に比べて発電電力量が増大し、水力
エネルギーの有効活用を図ることができる。
となる回転速度で運転することができるので、従来の定
速度運転の発電装置に比べて発電電力量が増大し、水力
エネルギーの有効活用を図ることができる。
【0036】なお、本実施の形態では、水車効率が最高
となる水車の回転速度を求めるのに、落差と発電装置へ
の出力指令値から求める例を示したが、発電装置への出
力指令値の代わりに発電装置の出力値を用いてもよい。
となる水車の回転速度を求めるのに、落差と発電装置へ
の出力指令値から求める例を示したが、発電装置への出
力指令値の代わりに発電装置の出力値を用いてもよい。
【0037】図4は、本発明の第4の実施の形態に係る
発電装置の概略構成図である。なお、図3に示す構成と
同一または相当部分には、同一符号を付してその説明は
省略する。図4に示す構成が図3に示す構成と異なる点
は、制御装置54の代わりに制御装置55が設けられて
いる点、第1の発電機21の出力を測定する測定器45
が設けられ測定器45の出力信号が制御装置55に入力
されている点である。ここで、制御装置55には、制御
装置54の機能に加え、出力指令装置19の出力信号に
基づいて第1の発電機21への出力指令値を求める機能
と、この出力指令値と第1の発電機21の出力を比較
し、第1の発電機21の出力が出力指令値通りになるよ
うに流量調節弁13の開度を制御する機能が組み込まれ
ている。
発電装置の概略構成図である。なお、図3に示す構成と
同一または相当部分には、同一符号を付してその説明は
省略する。図4に示す構成が図3に示す構成と異なる点
は、制御装置54の代わりに制御装置55が設けられて
いる点、第1の発電機21の出力を測定する測定器45
が設けられ測定器45の出力信号が制御装置55に入力
されている点である。ここで、制御装置55には、制御
装置54の機能に加え、出力指令装置19の出力信号に
基づいて第1の発電機21への出力指令値を求める機能
と、この出力指令値と第1の発電機21の出力を比較
し、第1の発電機21の出力が出力指令値通りになるよ
うに流量調節弁13の開度を制御する機能が組み込まれ
ている。
【0038】次に、本実施の形態の発電装置の動作につ
いて説明する。
いて説明する。
【0039】まず、制御装置55は、第3の実施の形態
の場合と同様にして、水位計18と出力指令装置19か
らの出力信号に基づいて流量調節弁13の開度、水車1
2の回転速度を制御する。さらに、制御装置55は出力
指令装置19の出力信号に基づいて第1の発電機21へ
の出力指令値を求め、測定器45により測定された第1
の発電機21の出力値と比較する。そして、第1の発電
機21の出力値が第1の発電機21への出力指令値と同
じになるように流量調節弁13の開度を制御する。
の場合と同様にして、水位計18と出力指令装置19か
らの出力信号に基づいて流量調節弁13の開度、水車1
2の回転速度を制御する。さらに、制御装置55は出力
指令装置19の出力信号に基づいて第1の発電機21へ
の出力指令値を求め、測定器45により測定された第1
の発電機21の出力値と比較する。そして、第1の発電
機21の出力値が第1の発電機21への出力指令値と同
じになるように流量調節弁13の開度を制御する。
【0040】以上のように、第1の発電機21への出力
指令値と第1の発電機21の出力値とを比較して、流量
調節弁13の開度調整を行うので、発電装置への出力指
令値と発電装置出力の偏差を第3の実施の形態に係る発
電装置よりもさらに小さくすることができる。
指令値と第1の発電機21の出力値とを比較して、流量
調節弁13の開度調整を行うので、発電装置への出力指
令値と発電装置出力の偏差を第3の実施の形態に係る発
電装置よりもさらに小さくすることができる。
【0041】図5は、本発明の第5の実施の形態に係る
発電装置の概略構成図である。なお、図3に示す構成と
同一または相当部分には、同一符号を付してその説明は
省略する。図5に示す構成が図3に示す構成と異なる点
は、制御装置54の代わりに制御装置56が設けられて
いる点、電力変換装置31の出力を測定する測定器46
が設けられ測定器46の出力信号が制御装置56に入力
されている点である。ここで、制御装置56には、制御
装置54の機能に加え、出力指令装置19の出力信号に
基づいて電力変換装置31への出力指令値を求める機能
と、この出力指令値と電力変換装置31の出力を比較
し、電力変換装置31の出力が出力指令値通りになるよ
うに流量調節弁13の開度を制御する機能が組み込まれ
ている。
発電装置の概略構成図である。なお、図3に示す構成と
同一または相当部分には、同一符号を付してその説明は
省略する。図5に示す構成が図3に示す構成と異なる点
は、制御装置54の代わりに制御装置56が設けられて
いる点、電力変換装置31の出力を測定する測定器46
が設けられ測定器46の出力信号が制御装置56に入力
されている点である。ここで、制御装置56には、制御
装置54の機能に加え、出力指令装置19の出力信号に
基づいて電力変換装置31への出力指令値を求める機能
と、この出力指令値と電力変換装置31の出力を比較
し、電力変換装置31の出力が出力指令値通りになるよ
うに流量調節弁13の開度を制御する機能が組み込まれ
ている。
【0042】次に、本実施の形態の発電装置の動作につ
いて説明する。
いて説明する。
【0043】まず、制御装置56は、第3の実施の形態
の場合と同様にして、水位計18と出力指令装置19か
らの出力信号に基づいて流量調節弁13の開度、水車1
2の回転速度を制御する。さらに、制御装置56は出力
指令装置19の出力信号に基づいて電力変換装置31へ
の出力指令値を求め、測定器46により測定された電力
変換装置31の出力値と比較する。そして、電力変換装
置31の出力値が電力変換装置31への出力指令値と同
じになるように流量調節弁13の開度を制御する。
の場合と同様にして、水位計18と出力指令装置19か
らの出力信号に基づいて流量調節弁13の開度、水車1
2の回転速度を制御する。さらに、制御装置56は出力
指令装置19の出力信号に基づいて電力変換装置31へ
の出力指令値を求め、測定器46により測定された電力
変換装置31の出力値と比較する。そして、電力変換装
置31の出力値が電力変換装置31への出力指令値と同
じになるように流量調節弁13の開度を制御する。
【0044】以上のように、電力変換装置31への出力
指令値と電力変換装置31の出力値とを比較して、流量
調節弁13の開度調整を行うので、発電装置への出力指
令値と発電装置出力の偏差を第3の実施の形態に係る発
電装置よりもさらに小さくすることができる。
指令値と電力変換装置31の出力値とを比較して、流量
調節弁13の開度調整を行うので、発電装置への出力指
令値と発電装置出力の偏差を第3の実施の形態に係る発
電装置よりもさらに小さくすることができる。
【0045】図6は、本発明の第6の実施の形態に係る
発電装置の概略構成図である。なお、図3に示す構成と
同一または相当部分には、同一符号を付してその説明は
省略する。図6に示す構成が図3に示す構成と異なる点
は、制御装置54の代わりに制御装置57が設けられて
いる点、第2の発電機23の出力を測定する測定器47
が設けられ測定器47の出力信号が制御装置57に入力
されている点である。ここで、制御装置57には、制御
装置54の機能に加え、出力指令装置19の出力信号に
基づいて第2の発電機23への出力指令値を求める機能
と、この出力指令値と第2の発電機23の出力を比較
し、第2の発電機23の出力が出力指令値通りになるよ
うに流量調節弁13の開度を制御する機能が組み込まれ
ている。
発電装置の概略構成図である。なお、図3に示す構成と
同一または相当部分には、同一符号を付してその説明は
省略する。図6に示す構成が図3に示す構成と異なる点
は、制御装置54の代わりに制御装置57が設けられて
いる点、第2の発電機23の出力を測定する測定器47
が設けられ測定器47の出力信号が制御装置57に入力
されている点である。ここで、制御装置57には、制御
装置54の機能に加え、出力指令装置19の出力信号に
基づいて第2の発電機23への出力指令値を求める機能
と、この出力指令値と第2の発電機23の出力を比較
し、第2の発電機23の出力が出力指令値通りになるよ
うに流量調節弁13の開度を制御する機能が組み込まれ
ている。
【0046】次に、本実施の形態の発電装置の動作につ
いて説明する。
いて説明する。
【0047】まず、制御装置57は、第3の実施の形態
の場合と同様にして、水位計18と出力指令装置19か
らの出力信号に基づいて流量調節弁13の開度、水車1
2の回転速度を制御する。さらに、制御装置57は出力
指令装置19の出力信号に基づいて第2の発電機23へ
の出力指令値を求め、測定器47により測定された第2
の発電機23の出力値と比較する。そして、第2の発電
機23の出力値が第2の発電機23への出力指令値と同
じになるように流量調節弁13の開度を制御する。
の場合と同様にして、水位計18と出力指令装置19か
らの出力信号に基づいて流量調節弁13の開度、水車1
2の回転速度を制御する。さらに、制御装置57は出力
指令装置19の出力信号に基づいて第2の発電機23へ
の出力指令値を求め、測定器47により測定された第2
の発電機23の出力値と比較する。そして、第2の発電
機23の出力値が第2の発電機23への出力指令値と同
じになるように流量調節弁13の開度を制御する。
【0048】以上のように、第2の発電機23への出力
指令値と第2の発電機23の出力値とを比較して、流量
調節弁13の開度調整を行うので、発電装置への出力指
令値と発電装置出力の偏差を第3の実施の形態に係る発
電装置よりもさらに小さくすることができる。
指令値と第2の発電機23の出力値とを比較して、流量
調節弁13の開度調整を行うので、発電装置への出力指
令値と発電装置出力の偏差を第3の実施の形態に係る発
電装置よりもさらに小さくすることができる。
【0049】図7は、本発明の第7の実施の形態に係る
発電装置の概略構成図である。なお、図2に示す構成と
同一または相当部分には、同一符号を付してその説明は
省略する。図7に示す構成が図2に示す構成と異なる点
は、制御装置53の代わりに制御装置58が設けられて
いる点、落差を測定するための水位計18が設けられ水
位計18の出力信号が制御装置58に入力されている
点、発電装置への出力指令値を出力する出力指令装置1
9が設けられ出力指令装置19の出力信号が制御装置5
8に入力されている点、水車12に流量調節弁13が設
けられ制御装置58の出力信号が流量調整弁13に入力
されている点、流量調節弁13の開度を測定する開度計
15が設けられ開度計15の出力信号が制御装置58に
入力されている点である。ここで、制御装置58には落
差と発電装置への出力指令値に応じて流量調節弁13を
適正開度に制御する機能、及び落差と流量調節弁13の
開度に応じて水車12の回転速度を水車効率が最高とな
る回転速度に制御する機能が組込まれている。
発電装置の概略構成図である。なお、図2に示す構成と
同一または相当部分には、同一符号を付してその説明は
省略する。図7に示す構成が図2に示す構成と異なる点
は、制御装置53の代わりに制御装置58が設けられて
いる点、落差を測定するための水位計18が設けられ水
位計18の出力信号が制御装置58に入力されている
点、発電装置への出力指令値を出力する出力指令装置1
9が設けられ出力指令装置19の出力信号が制御装置5
8に入力されている点、水車12に流量調節弁13が設
けられ制御装置58の出力信号が流量調整弁13に入力
されている点、流量調節弁13の開度を測定する開度計
15が設けられ開度計15の出力信号が制御装置58に
入力されている点である。ここで、制御装置58には落
差と発電装置への出力指令値に応じて流量調節弁13を
適正開度に制御する機能、及び落差と流量調節弁13の
開度に応じて水車12の回転速度を水車効率が最高とな
る回転速度に制御する機能が組込まれている。
【0050】次に、本実施の形態の発電装置の動作につ
いて説明する。
いて説明する。
【0051】まず、制御装置58は、第3の実施の形態
の場合と同様にして、水位計18と出力指令装置19の
出力信号から流量調節弁13の適正開度を演算し、その
演算結果に基づいて流量調節弁13の開度を制御する。
次に、水位計18と開度計15の出力信号から水車12
の水車効率が最高となる回転速度を演算し、その演算結
果に基づいて水車12の回転速度を制御する。
の場合と同様にして、水位計18と出力指令装置19の
出力信号から流量調節弁13の適正開度を演算し、その
演算結果に基づいて流量調節弁13の開度を制御する。
次に、水位計18と開度計15の出力信号から水車12
の水車効率が最高となる回転速度を演算し、その演算結
果に基づいて水車12の回転速度を制御する。
【0052】以上のように、水車12を水車効率が最高
となる回転速度で運転することができるので、第3の実
施の形態に係る発電装置と同様の作用効果を得ることが
できる。
となる回転速度で運転することができるので、第3の実
施の形態に係る発電装置と同様の作用効果を得ることが
できる。
【0053】図8は、本発明の第7の実施の形態に係る
発電装置の概略構成図である。なお、図2に示す構成と
同一または相当部分には、同一符号を付してその説明は
省略する。図8に示す構成が図2に示す構成と異なる点
は、制御装置53の代わりに制御装置59が設けられて
いる点、落差を測定するための水位計18が設けられ水
位計18の出力信号が制御装置58に入力されている
点、発電装置への流量指令値を出力する流量指令装置2
0が設けられ流量指令装置20の出力信号が制御装置5
9に入力されている点、水車12に流量調節弁13が設
けられ制御装置59の出力信号が流量調整弁13に入力
されている点、及び流量を測定する流量計16が設けら
れ流量計16の出力信号が制御装置59に入力されてい
る点である。ここで、制御装置59には落差と発電装置
への流量指令値に応じて流量調節弁13の開度を制御す
る機能、及び落差と流量に応じて水車12の回転速度を
水車効率が最高となる回転速度に制御する機能が組込ま
れている。
発電装置の概略構成図である。なお、図2に示す構成と
同一または相当部分には、同一符号を付してその説明は
省略する。図8に示す構成が図2に示す構成と異なる点
は、制御装置53の代わりに制御装置59が設けられて
いる点、落差を測定するための水位計18が設けられ水
位計18の出力信号が制御装置58に入力されている
点、発電装置への流量指令値を出力する流量指令装置2
0が設けられ流量指令装置20の出力信号が制御装置5
9に入力されている点、水車12に流量調節弁13が設
けられ制御装置59の出力信号が流量調整弁13に入力
されている点、及び流量を測定する流量計16が設けら
れ流量計16の出力信号が制御装置59に入力されてい
る点である。ここで、制御装置59には落差と発電装置
への流量指令値に応じて流量調節弁13の開度を制御す
る機能、及び落差と流量に応じて水車12の回転速度を
水車効率が最高となる回転速度に制御する機能が組込ま
れている。
【0054】次に、本実施の形態の発電装置の動作につ
いて説明する。
いて説明する。
【0055】まず、制御装置59は、流量計16により
測定された流量測定値と流量指令装置20から出力され
る流量指令値とを比較し、流量測定値が流量指令値と同
じになるように流量調節弁13の開度を調節する。次
に、水位計18の出力信号と流量指令値とから水車12
の水車効率が最高となる回転速度を演算し、その演算結
果に基づいて水車12の回転速度を制御する。
測定された流量測定値と流量指令装置20から出力され
る流量指令値とを比較し、流量測定値が流量指令値と同
じになるように流量調節弁13の開度を調節する。次
に、水位計18の出力信号と流量指令値とから水車12
の水車効率が最高となる回転速度を演算し、その演算結
果に基づいて水車12の回転速度を制御する。
【0056】以上のように、水車12を水車効率が最高
となる回転速度で運転することができるので、第3の実
施の形態に係る発電装置と同様の作用効果を得ることが
できる。
となる回転速度で運転することができるので、第3の実
施の形態に係る発電装置と同様の作用効果を得ることが
できる。
【0057】なお、本実施の形態では、水車効率が最高
となる水車の回転速度を求めるのに、落差と流量指令値
から求める例を示したが、流量指令値の代わりに流量計
16から得られる流量測定値を用いてもよい。
となる水車の回転速度を求めるのに、落差と流量指令値
から求める例を示したが、流量指令値の代わりに流量計
16から得られる流量測定値を用いてもよい。
【0058】図9は、本発明の第9の実施の形態に係る
発電装置の概略構成図である。なお、図1に示す構成と
同一または相当部分には、同一符号を付してその説明は
省略する。図9に示す構成が図1に示す構成と異なる点
は、第1の発電機21と水車12とが動力伝達手段であ
る変速装置17を介して接続されている点である。ここ
で、変速装置17は、水車12の回転速度を第1の発電
機21に適した回転速度に変速する機能を有するもので
ある。例えば、水車12の回転速度が第1の発電機21
に適した回転速度よりも遅い場合には、変速装置17に
増速機を用い、水車12の回転速度が第1の発電機21
に適した回転速度よりも速い場合には、変速装置17に
減速機を用いる。
発電装置の概略構成図である。なお、図1に示す構成と
同一または相当部分には、同一符号を付してその説明は
省略する。図9に示す構成が図1に示す構成と異なる点
は、第1の発電機21と水車12とが動力伝達手段であ
る変速装置17を介して接続されている点である。ここ
で、変速装置17は、水車12の回転速度を第1の発電
機21に適した回転速度に変速する機能を有するもので
ある。例えば、水車12の回転速度が第1の発電機21
に適した回転速度よりも遅い場合には、変速装置17に
増速機を用い、水車12の回転速度が第1の発電機21
に適した回転速度よりも速い場合には、変速装置17に
減速機を用いる。
【0059】水力発電所は、地点毎に落差、流量が異な
るので、出力が同一であっても、水車12の適正な回転
速度範囲が地点毎に異なる。水車出力が同一であれば、
低落差、大流量になるほど水車の回転速度が遅くなり、
高落差、小流量になるほど回転速度が速くなる傾向があ
る。水車と発電機とが直結されていると、水車の回転速
度範囲に応じて、地点毎に発電機の設計を変えなければ
ならない。また、発電機の設計が変わることに伴い、電
力変換装置の設計も変えなければならない。しかし、変
速装置を設け、水車の回転速度範囲を発電機に適した回
転速度範囲に変速すれば、発電機の回転速度範囲を地点
毎に変える必要がなくなる。従って、地点が異なっても
同一設計の発電機を用いることができ、さらに、発電機
設計が同一であれば、電力変換装置も同一設計のものを
用いることができる。
るので、出力が同一であっても、水車12の適正な回転
速度範囲が地点毎に異なる。水車出力が同一であれば、
低落差、大流量になるほど水車の回転速度が遅くなり、
高落差、小流量になるほど回転速度が速くなる傾向があ
る。水車と発電機とが直結されていると、水車の回転速
度範囲に応じて、地点毎に発電機の設計を変えなければ
ならない。また、発電機の設計が変わることに伴い、電
力変換装置の設計も変えなければならない。しかし、変
速装置を設け、水車の回転速度範囲を発電機に適した回
転速度範囲に変速すれば、発電機の回転速度範囲を地点
毎に変える必要がなくなる。従って、地点が異なっても
同一設計の発電機を用いることができ、さらに、発電機
設計が同一であれば、電力変換装置も同一設計のものを
用いることができる。
【0060】以上のように、水車12の回転速度を変速
装置17により変速することによって、水車12の回転
速度範囲に関係なく発電機の回転速度範囲を決めること
ができるので、多数の地点に同一設計の発電機を適用す
ることができ、さらに、同一設計の電力変換装置を適用
することができる。また、水車12の回転速度を増速す
ることにより第1の発電機21の小型化が可能となり、
逆に減速することにより第1の発電機21の材料強度を
低減することができる。
装置17により変速することによって、水車12の回転
速度範囲に関係なく発電機の回転速度範囲を決めること
ができるので、多数の地点に同一設計の発電機を適用す
ることができ、さらに、同一設計の電力変換装置を適用
することができる。また、水車12の回転速度を増速す
ることにより第1の発電機21の小型化が可能となり、
逆に減速することにより第1の発電機21の材料強度を
低減することができる。
【0061】図10は、本発明の第10の実施の形態に
係る発電装置の概略構成図である。なお、図1に示す構
成と同一または相当部分には、同一符号を付してその説
明は省略する。図10に示す構成が図1に示す構成と異
なる点は、電動機22と第2の発電機23の代わりに、
電動発電機25が設けられている点である。ここで、電
動発電機25は電動機と発電機の固定子巻線が同一の固
定子鉄心に巻かれ、電動機と発電機の回転子巻線が同一
の回転子鉄心に巻かれ、一体型の構造となっている。
係る発電装置の概略構成図である。なお、図1に示す構
成と同一または相当部分には、同一符号を付してその説
明は省略する。図10に示す構成が図1に示す構成と異
なる点は、電動機22と第2の発電機23の代わりに、
電動発電機25が設けられている点である。ここで、電
動発電機25は電動機と発電機の固定子巻線が同一の固
定子鉄心に巻かれ、電動機と発電機の回転子巻線が同一
の回転子鉄心に巻かれ、一体型の構造となっている。
【0062】以上のように、電動機と発電機の固定子及
び回転子が共用化されているため、電動機と発電機を別
々に設ける場合に比べて、発電装置の設置スペースが小
さくなり、発電所の建屋を縮小化することが可能とな
る。さらに、電動機と発電機を接続するカップリングが
必要ないので、発電装置の信頼性を向上させることもで
きる。
び回転子が共用化されているため、電動機と発電機を別
々に設ける場合に比べて、発電装置の設置スペースが小
さくなり、発電所の建屋を縮小化することが可能とな
る。さらに、電動機と発電機を接続するカップリングが
必要ないので、発電装置の信頼性を向上させることもで
きる。
【0063】上記実施の形態はいずれも、水力発電設備
に適用した例について説明したが、実際には、原動機で
ある水車に封水機構、発電機にスラスト荷重を支えるた
めのスラスト軸受を設ける。封水機構は、水車の回転部
と固定部の隙間から蓄電装置に水が漏れないようにする
ために用い、またスラスト軸受は、水圧によって水車に
加わるスラスト荷重を支えるために用いる。
に適用した例について説明したが、実際には、原動機で
ある水車に封水機構、発電機にスラスト荷重を支えるた
めのスラスト軸受を設ける。封水機構は、水車の回転部
と固定部の隙間から蓄電装置に水が漏れないようにする
ために用い、またスラスト軸受は、水圧によって水車に
加わるスラスト荷重を支えるために用いる。
【0064】また、上記実施の形態はいずれも、電力変
換装置の出力周波数を制御することによって電動機の回
転速度を制御する例について説明した。電力変換装置の
出力周波数を制御する場合には、電動機に誘導機、同期
機のどちらを適用してもよい。電動機に誘導機を用いる
場合には、電力変換装置の出力電圧を制御することによ
って電動機の回転速度を制御することもできる。また、
電力変換装置の出力を直流として、この直流電圧を制御
するようにすれば、電動機に直流電動機を用いることも
できる。そして、これらいずれの方法を採用しても、第
1の発電機及び第2の発電機には、誘導機、同期機のど
ちらを適用しても同様の作用効果を得ることができる。
換装置の出力周波数を制御することによって電動機の回
転速度を制御する例について説明した。電力変換装置の
出力周波数を制御する場合には、電動機に誘導機、同期
機のどちらを適用してもよい。電動機に誘導機を用いる
場合には、電力変換装置の出力電圧を制御することによ
って電動機の回転速度を制御することもできる。また、
電力変換装置の出力を直流として、この直流電圧を制御
するようにすれば、電動機に直流電動機を用いることも
できる。そして、これらいずれの方法を採用しても、第
1の発電機及び第2の発電機には、誘導機、同期機のど
ちらを適用しても同様の作用効果を得ることができる。
【0065】さらに、上記実施の形態はいずれも、コン
バータとインバータとが1組になった電力変換装置を用
いたが、サイクロコンバータや回転式の電力変換機を用
いることもできる。また、第1の発電機に直流発電機を
用いれば、コンバータを省略することができる。
バータとインバータとが1組になった電力変換装置を用
いたが、サイクロコンバータや回転式の電力変換機を用
いることもできる。また、第1の発電機に直流発電機を
用いれば、コンバータを省略することができる。
【0066】
【発明の効果】請求項1または請求項2に係る発明によ
れば、原動機の回転速度の影響を受けることなく、発電
装置の安定な運転を継続することができる。すなわち、
原動機及び第1の発電機は任意の回転速度で運転すれば
よく、調速機、第1の発電機の二次電流制御装置、及び
回転子の位相検出器を省略することができる。また、系
統故障等により第2の発電機に過電圧、過電流が発生し
ても、電力変換装置はその影響を受けず、運転を継続す
ることができる。これより、過電圧抑制装置を省略する
ことができ、さらに、電力変換装置に発生する高調波が
電力系統へ流出することを防止することができる。
れば、原動機の回転速度の影響を受けることなく、発電
装置の安定な運転を継続することができる。すなわち、
原動機及び第1の発電機は任意の回転速度で運転すれば
よく、調速機、第1の発電機の二次電流制御装置、及び
回転子の位相検出器を省略することができる。また、系
統故障等により第2の発電機に過電圧、過電流が発生し
ても、電力変換装置はその影響を受けず、運転を継続す
ることができる。これより、過電圧抑制装置を省略する
ことができ、さらに、電力変換装置に発生する高調波が
電力系統へ流出することを防止することができる。
【0067】請求項3に係る発明によれば、水車を水車
に有害な振動、騒音及びキャビテーションが発生しない
よう適切な回転速度範囲内で運転することができるの
で、発電装置の寿命や保守の周期を延ばすことができ
る。
に有害な振動、騒音及びキャビテーションが発生しない
よう適切な回転速度範囲内で運転することができるの
で、発電装置の寿命や保守の周期を延ばすことができ
る。
【0068】請求項4または請求項8または請求項9に
係る発明によれば、水車を水車効率が最高となる回転速
度で運転することができるので、従来の定速度運転の発
電装置に比べて発電電力量が増大し、水力エネルギーの
有効活用を図ることができる。
係る発明によれば、水車を水車効率が最高となる回転速
度で運転することができるので、従来の定速度運転の発
電装置に比べて発電電力量が増大し、水力エネルギーの
有効活用を図ることができる。
【0069】請求項5ないし7に係る発明によれば、発
電機または電力変換装置の出力指令値と出力値を比較し
て、流量調節弁の開度調整を行うので、発電装置の出力
指令値と出力値の偏差をより小さくすることができる。
電機または電力変換装置の出力指令値と出力値を比較し
て、流量調節弁の開度調整を行うので、発電装置の出力
指令値と出力値の偏差をより小さくすることができる。
【0070】請求項10に係る発明によれば、原動機の
回転速度に関係なく、第1の発電機を適切な回転速度範
囲で回転させることができるので、多数の地点に同一設
計の発電機を適用し、さらに、同一設計の電力変換装置
を適用することができる。また、水車の回転速度を増速
することにより第1の発電機の小型化が可能となり、逆
に減速することにより第1の発電機の材料強度を低減す
ることができる。
回転速度に関係なく、第1の発電機を適切な回転速度範
囲で回転させることができるので、多数の地点に同一設
計の発電機を適用し、さらに、同一設計の電力変換装置
を適用することができる。また、水車の回転速度を増速
することにより第1の発電機の小型化が可能となり、逆
に減速することにより第1の発電機の材料強度を低減す
ることができる。
【0071】請求項11に係る発明によれば、電動機と
発電機の固定子及び回転子が共用化されているため、発
電装置を小型化することができる。さらに、電動機と発
電機を接続するカップリングが必要ないので、発電装置
の信頼性を向上させることもできる。
発電機の固定子及び回転子が共用化されているため、発
電装置を小型化することができる。さらに、電動機と発
電機を接続するカップリングが必要ないので、発電装置
の信頼性を向上させることもできる。
【0072】請求項12に係る発明によれば、封水機構
により水車の水漏れを防止し、スラスト軸受によりスラ
スト荷重を支えることが出来るので、発電装置を安全に
運転することが出来る。
により水車の水漏れを防止し、スラスト軸受によりスラ
スト荷重を支えることが出来るので、発電装置を安全に
運転することが出来る。
【図1】本発明に係る発電装置の第1の実施の形態の概
略構成図
略構成図
【図2】本発明に係る発電装置の第2の実施の形態の概
略構成図
略構成図
【図3】本発明に係る発電装置の第3の実施の形態の概
略構成図
略構成図
【図4】本発明に係る発電装置の第4の実施の形態の概
略構成図
略構成図
【図5】本発明に係る発電装置の第5の実施の形態の概
略構成図
略構成図
【図6】本発明に係る発電装置の第6の実施の形態の概
略構成図
略構成図
【図7】本発明に係る発電装置の第7の実施の形態の概
略構成図
略構成図
【図8】本発明に係る発電装置の第8の実施の形態の概
略構成図
略構成図
【図9】本発明に係る発電装置の第9の実施の形態の概
略構成図
略構成図
【図10】本発明に係る発電装置の第10の実施の形態
の概略構成図
の概略構成図
【図11】従来の発電装置の概略構成図
12…水車、13…流量調節弁、15…開度計、16…
流量計、17…変速装置、18…水位計、19…出力指
令装置、20…流量指令装置、21…第1の発電機、2
2…電動機、23…第2の発電機、25…電動発電機、
31…電力変換装置、32…コンバータ、33…インバ
ータ、41…主要変圧器、42…電力系統、43…周波
数測定器、45…電力測定器、46…電力測定器、47
…電力測定器、49…回転速度測定器、51…制御装
置、53…制御装置、54…制御装置、55…制御装
置、56…制御装置、57…制御装置、58…制御装
置、59…制御装置、61…二次電流制御装置、62…
過電圧検出器、63…過電圧抑制回路、64…サイリス
タ、70…二重給電交流機、71…一次巻線、72…二
次巻線、75…位相検出器、81…電力変換装置用変圧
器
流量計、17…変速装置、18…水位計、19…出力指
令装置、20…流量指令装置、21…第1の発電機、2
2…電動機、23…第2の発電機、25…電動発電機、
31…電力変換装置、32…コンバータ、33…インバ
ータ、41…主要変圧器、42…電力系統、43…周波
数測定器、45…電力測定器、46…電力測定器、47
…電力測定器、49…回転速度測定器、51…制御装
置、53…制御装置、54…制御装置、55…制御装
置、56…制御装置、57…制御装置、58…制御装
置、59…制御装置、61…二次電流制御装置、62…
過電圧検出器、63…過電圧抑制回路、64…サイリス
タ、70…二重給電交流機、71…一次巻線、72…二
次巻線、75…位相検出器、81…電力変換装置用変圧
器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3H074 BB09 BB19 CC36 5H590 AA01 AA02 AA03 AA17 CA11 CA14 CC01 CC18 CC24 CD03 CE01 CE04 EB07 EB11 EB14 EB21 FA01 FA05 FA08 FC27 GA06 GA10 HA06 HA09 HA22 HA27
Claims (12)
- 【請求項1】 流体の圧力エネルギーまたは速度エネル
ギーを回転エネルギーに変換する原動機と、この原動機
により変換された回転エネルギーを電力に変換する第1
の発電機と、この第1の発電機の出力電力を電力変換す
る電力変換装置と、この電力変換装置の出力電力を回転
エネルギーに変換する電動機と、この電動機により変換
された回転エネルギーを電力に変換する第2の発電機
と、前記電力変換装置の出力電力を所定の値になるよう
制御する制御手段とを備え、この制御手段が前記電動機
及び前記第2の発電機の回転速度を所定の回転速度と
し、前記第2の発電機の出力周波数を系統周波数と同値
となるよう制御することを特徴とする発電装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の発電装置において、流体
が水で原動機が水車であることを特徴とする発電装置。 - 【請求項3】 請求項2記載の発電装置において、前記
原動機の回転速度を測定する回転速度測定手段と、この
回転速度測定手段により検出した回転速度とあらかじめ
設定した回転速度範囲とを比較する回転速度比較手段と
を備え、この回転速度比較手段が前記原動機の回転速度
を前記あらかじめ設定した回転速度範囲から逸脱しない
ように制御することを特徴とする発電装置。 - 【請求項4】 請求項3記載の発電装置において、水の
流量を調節する流量調節手段と、水位または水圧から水
の落差を測定する落差測定手段と、前記発電装置への出
力指令値を出力する出力指令手段と、前記落差測定手段
により測定された落差と前記出力指令値とから前記流量
調節手段の開度指令値を求める開度指令値算出手段と、
前記落差測定手段により測定された落差と前記出力指令
値及び出力値のいずれか一方とから前記原動機の効率が
最高となる回転速度指令値算出手段と、前記流量調節手
段の開度を前記開度指令値に応じて調節する開度調節手
段と、前記原動機の回転速度を前記回転速度指令値に応
じて制御する回転速度制御手段とを備えたことを特徴と
する発電装置。 - 【請求項5】 請求項4記載の発電装置において、第1
の発電機の出力を測定する第1発電機出力測定手段と、
前記発電装置への出力指令値に基づいて前記第1の発電
機への出力指令値を求める第1発電機出力指令値算出手
段と、この第1の発電機への出力指令値と前記第1発電
機出力測定手段により測定された第1の発電機の出力を
比較する第1発電機出力比較手段とを備えたことを特徴
とする発電装置。 - 【請求項6】 請求項4記載の発電装置において、電力
変換装置の出力を測定する電力測定手段と、前記発電装
置への出力指令値に基づいて前記電力変換装置への出力
指令値を求める電力出力指令値算出手段と、この電力出
力指令値算出手段により算出された電力変換装置への出
力指令値と前記電力測定手段により測定された電力変換
装置の出力を比較する電力比較手段とを備えたことを特
徴とする発電装置。 - 【請求項7】 請求項4記載の発電装置において、第2
の発電機の出力を測定する第2発電機出力測定手段と、
この第2発電機出力測定手段により測定された第2の発
電機の出力と前記発電装置への出力指令値とを比較する
第2発電機出力比較手段とを備えたことを特徴とする発
電装置。 - 【請求項8】 請求項3記載の発電装置において、水の
流量を調節する流量調節手段と、水位または水圧から水
の落差を測定する落差測定手段と、前記発電装置への出
力指令値を出力する出力指令手段と、前記落差測定手段
により測定された落差と前記出力指令値とから前記流量
調節手段の開度指令値を求める開度指令値算出手段と、
前記流量調節手段の開度を測定する開度測定手段と、前
記落差と前記流量調節手段の開度とから前記原動機の効
率が最高となる回転速度指令値を求める回転速度指令値
算出手段と、前記流量調節手段の開度を前記開度指令値
に応じて調節する開度調節手段と、前記原動機の回転速
度を前記回転速度指令値に応じて制御する手段とを備え
たことを特徴とする発電装置。 - 【請求項9】 請求項3記載の発電装置において、水位
または水圧から水の落差を測定する落差測定手段と、水
の流量指令値を出力する流量指令手段と、水の流量を測
定する流量測定手段と、前記落差と前記水の流量指令値
及び水の流量測定値のいずれか一方とから前記原動機の
効率が最高となる回転速度指令値を求める回転速度指令
値算出手段と、水の流量を前記水の流量指令値に応じて
調節する流量加減手段と、前記原動機の回転速度を前記
回転速度指令値に応じて制御する回転速度制御手段とを
備えたことを特徴とする発電装置。 - 【請求項10】 請求項1記載の発電装置において、原動
機と第1の発電機が動力伝達手段を介して接続されてい
ることを特徴とする発電装置。 - 【請求項11】 請求項1記載の発電装置において、電動
機の固定子及び回転子と第2の発電機の固定子及び回転
子とが共用化された一体型の電動発電機であることを特
徴とする発電装置。 - 【請求項12】 請求項2記載の発電装置において、原動
機である水車の回転部と固定部との隙間から水が漏れな
いようにするための封水機構と、スラスト荷重を支える
ためのスラスト軸受を設けたことを特徴とする発電装
置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP36052999A JP2001178195A (ja) | 1999-12-20 | 1999-12-20 | 発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP36052999A JP2001178195A (ja) | 1999-12-20 | 1999-12-20 | 発電装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001178195A true JP2001178195A (ja) | 2001-06-29 |
Family
ID=18469798
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP36052999A Pending JP2001178195A (ja) | 1999-12-20 | 1999-12-20 | 発電装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001178195A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018061417A (ja) * | 2016-09-30 | 2018-04-12 | 西芝電機株式会社 | 電動機駆動式発電装置及び回転形系統安定化装置 |
JP2018107859A (ja) * | 2016-12-22 | 2018-07-05 | 株式会社酉島製作所 | 水車発電システム及び水車発電システムの制御方法 |
JP6371021B1 (ja) * | 2017-03-24 | 2018-08-08 | 株式会社東芝 | 可変速揚水発電システムおよび可変速揚水発電方法 |
-
1999
- 1999-12-20 JP JP36052999A patent/JP2001178195A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018061417A (ja) * | 2016-09-30 | 2018-04-12 | 西芝電機株式会社 | 電動機駆動式発電装置及び回転形系統安定化装置 |
JP2018107859A (ja) * | 2016-12-22 | 2018-07-05 | 株式会社酉島製作所 | 水車発電システム及び水車発電システムの制御方法 |
JP6371021B1 (ja) * | 2017-03-24 | 2018-08-08 | 株式会社東芝 | 可変速揚水発電システムおよび可変速揚水発電方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7554302B2 (en) | Slip-controlled, wound-rotor induction machine for wind turbine and other applications | |
EP2376773B1 (en) | Control method and apparatus | |
US8013461B2 (en) | Power conversion system and method for a rotary power generation system | |
US8310074B2 (en) | Method and apparatus for generating power in a wind turbine | |
US8084875B2 (en) | Wind energy installation with an extended rotation speed range | |
US20060232250A1 (en) | Integrated torsional mode damping system and method | |
US20230041049A1 (en) | System and method for providing grid-forming control for a double-fed wind turbine generator | |
CN110224438B (zh) | 一种电网故障下海上风电场柔直送出***穿越控制方法 | |
Soter et al. | Development of induction machines in wind power technology | |
EP3672062B1 (en) | Method, use and system for controlling dc link voltage of a power converter of an electrical power system | |
WO2013108288A1 (ja) | 風力発電システム | |
US11637515B2 (en) | Systems and methods for controlling electrical power systems connected to a power grid | |
CN114765437A (zh) | 用来解决传动系阻尼器振荡的***和方法 | |
US9494139B2 (en) | System and method for controlling a power output of a wind turbine generator | |
US10790770B2 (en) | Methods for operating electrical power systems | |
US10288040B2 (en) | Current limit calculation for wind turbine control | |
JP2001178195A (ja) | 発電装置 | |
JP2014027824A (ja) | 発電システム | |
US20110210550A1 (en) | Power generation unit and a method generating electric energy | |
US10218298B2 (en) | Spillover of reactive current to line side converter | |
EP3503381B1 (en) | Methods for providing electrical power to wind turbine components | |
JP3398416B2 (ja) | 周波数変換装置 | |
WO2014147702A1 (ja) | 回転電機システム及びその制御方法 | |
Kumar et al. | Transient Stability Enhancement of DFIG based Offshore Wind Farm Connected to a Power System Network using STATCOM |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20050414 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20050606 |