JP2538862B2 - 可変速揚水発電システムの制御装置 - Google Patents
可変速揚水発電システムの制御装置Info
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- JP2538862B2 JP2538862B2 JP60087738A JP8773885A JP2538862B2 JP 2538862 B2 JP2538862 B2 JP 2538862B2 JP 60087738 A JP60087738 A JP 60087738A JP 8773885 A JP8773885 A JP 8773885A JP 2538862 B2 JP2538862 B2 JP 2538862B2
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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
する可変速発電システムの運転制御方式に係り、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発電システムの運転制御
方式に関するものである。
する可変速発電システムの運転制御方式に係り、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発電システムの運転制御
方式に関するものである。
従来の揚水発電システムは、揚水時の負荷の調整がで
きないことと、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作用
すること等により、システムの効率が変化するという欠
点があつた。
きないことと、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作用
すること等により、システムの効率が変化するという欠
点があつた。
このため、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れ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つた揚水発電機を２次
励磁付の誘導機とし、周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、No.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つた。
を最高効率で運転され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つた揚水発電機を２次
励磁付の誘導機とし、周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、No.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つた。
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
標値に制御できる可変速揚水発電システムの制御装置を
提供することにある。
て高効率で運転できると共に、AFC運転時に安定した目
標値に制御できる可変速揚水発電システムの制御装置を
提供することにある。
本発明の可変速揚水発電システムの制御装置は、電力
系統に接続された２次巻線を有する誘導機に水車を連結
し、該水車を設定可変の回転数で運転するとともに、前
記２次巻線をすべり周波数の電力により２次励磁制御す
ることを含んでなる可変速揚水発電システムの制御装置
において、 前記誘導機に対する入出力の有効電力指令値を入力
し、該有効電力指令値に対応する前記水車の出力が最大
効率を示す回転数の指令値を、予め設定された有効電力
と最高効率回転数の特性データに従って求めて出力する
とともに、実揚程を入力し該実揚程と前記有効電力指令
値と前記回転数の指令値とに基づいて水車のガイドベー
ン開度の指令値を求めて出力する指令算出手段（15）
と、 該指令算出手段から出力されるガイドベーン開度指令
値に基づいてベーン開度の設定値を水車制御手段に出力
する開度設定手段（14）と、 前記指令算出手段から出力される目標回転数と前記水
車の実回転数の差と、前記電力指令値と前記誘導機の実
電力との差とを求め、これらの差を零又は零近傍にする
に必要な前記２次励磁電力の位相角指令値を求める相差
角算出手段（16）と、 前記誘導機の端子電圧を系統の目標とする基準電圧に
するに必要な２次励磁量を設定する電圧調整手段（18）
と、 該設定された２次励磁量と前記位相角指令値とに基づ
いて前記２次巻線の励磁電力の諸量を設定する２次巻線
励磁量設定手段（17）と、 該設定された励磁量に基づいて前記２次巻線を励磁す
る励磁手段（23）とを含んでなることを特徴とする。
系統に接続された２次巻線を有する誘導機に水車を連結
し、該水車を設定可変の回転数で運転するとともに、前
記２次巻線をすべり周波数の電力により２次励磁制御す
ることを含んでなる可変速揚水発電システムの制御装置
において、 前記誘導機に対する入出力の有効電力指令値を入力
し、該有効電力指令値に対応する前記水車の出力が最大
効率を示す回転数の指令値を、予め設定された有効電力
と最高効率回転数の特性データに従って求めて出力する
とともに、実揚程を入力し該実揚程と前記有効電力指令
値と前記回転数の指令値とに基づいて水車のガイドベー
ン開度の指令値を求めて出力する指令算出手段（15）
と、 該指令算出手段から出力されるガイドベーン開度指令
値に基づいてベーン開度の設定値を水車制御手段に出力
する開度設定手段（14）と、 前記指令算出手段から出力される目標回転数と前記水
車の実回転数の差と、前記電力指令値と前記誘導機の実
電力との差とを求め、これらの差を零又は零近傍にする
に必要な前記２次励磁電力の位相角指令値を求める相差
角算出手段（16）と、 前記誘導機の端子電圧を系統の目標とする基準電圧に
するに必要な２次励磁量を設定する電圧調整手段（18）
と、 該設定された２次励磁量と前記位相角指令値とに基づ
いて前記２次巻線の励磁電力の諸量を設定する２次巻線
励磁量設定手段（17）と、 該設定された励磁量に基づいて前記２次巻線を励磁す
る励磁手段（23）とを含んでなることを特徴とする。
ここで、上記構成を有する本発明の作用について説明
する。
する。
第１に、一般に可変速揚水発電機は要求される有効電
力を入・出力するために、有効電力に応じて水車のガイ
ドベーン開度を制御するの当然である。
力を入・出力するために、有効電力に応じて水車のガイ
ドベーン開度を制御するの当然である。
しかし、本発明は、水車効率は誘導機の出力又は入力
有効電力の値に応じて変化し、特に有効電力の値によっ
て最高効率を示す回転数が異なるという知見に基づきな
されたものである。すなわち、本発明は、有効電力に対
する最高効率回転数の特性データを予め設定しておき、
入力される有効電力の指令値に対応する最高効率回転数
を求め、この求めた回転数に基づいてガイドベーン開度
を制御するようにしていることから、有効電力指令値が
変化しても常に高効率で運転できるのである。
有効電力の値に応じて変化し、特に有効電力の値によっ
て最高効率を示す回転数が異なるという知見に基づきな
されたものである。すなわち、本発明は、有効電力に対
する最高効率回転数の特性データを予め設定しておき、
入力される有効電力の指令値に対応する最高効率回転数
を求め、この求めた回転数に基づいてガイドベーン開度
を制御するようにしていることから、有効電力指令値が
変化しても常に高効率で運転できるのである。
第２に、有効電力を制御する方法としては、励磁電圧
の絶対値を制御することの他に、誘導機の場合は、交流
励磁であるから、２次励磁の位相を制御して、つまり位
相角を制御して有効電力を制御することが可能である。
また、それら２つの要素を組み合わせて制御することが
考えられる。この点について、本発明では、有効電力に
基づいて位相角を制御することとしたのは、次の理由に
よる。周知のように、系統に接続された可変速揚水発電
機の有効電力Ｐと無効電力Ｑは、それぞれ次式で表せ
る。
の絶対値を制御することの他に、誘導機の場合は、交流
励磁であるから、２次励磁の位相を制御して、つまり位
相角を制御して有効電力を制御することが可能である。
また、それら２つの要素を組み合わせて制御することが
考えられる。この点について、本発明では、有効電力に
基づいて位相角を制御することとしたのは、次の理由に
よる。周知のように、系統に接続された可変速揚水発電
機の有効電力Ｐと無効電力Ｑは、それぞれ次式で表せ
る。
ここで、E1は可変速揚水発電機の出力端電圧ベクト
ル、E2は系統側を無限大母線として考えたときの系統電
圧ベクトル、Ｘはそれらの間の線路のリアクタンス、θ
は可変速揚水発電機と無限大母線との位相角である。
ル、E2は系統側を無限大母線として考えたときの系統電
圧ベクトル、Ｘはそれらの間の線路のリアクタンス、θ
は可変速揚水発電機と無限大母線との位相角である。
一方、通常の揚水発電の運用範囲では、位差角θが小
さい（例えば10゜程度）から、そのような範囲でθを変
化させると、sinθとcosθの相違から、無効電力Ｑを殆
ど変化させずに、有効電力Ｐのみを制御できる。
さい（例えば10゜程度）から、そのような範囲でθを変
化させると、sinθとcosθの相違から、無効電力Ｑを殆
ど変化させずに、有効電力Ｐのみを制御できる。
更に、励磁位相を制御することによって有効電力を制
御できることから、これを利用して回転数をフィードバ
ック補正することが可能である。
御できることから、これを利用して回転数をフィードバ
ック補正することが可能である。
このような特性に鑑み、本発明は、少なくとも有効電
力指令値と誘導機の実電力との差を求めるとともに、水
車の目標回転数と実回転数の差を求め、これらの差を零
又は零近接にするにように２次励磁電力の位相を制御す
ることとしたのである。これにより、本発明によれば、
系統に与える影響を少なくして、可変速機の有効電力Ｐ
を安定に制御できることになるとともに、励磁位相制御
により回転数を応答性よく目標値に制御できるのであ
る。その結果、AFC運転時に可変速揚水発電機を目標値
に安定に制御できることになる。
力指令値と誘導機の実電力との差を求めるとともに、水
車の目標回転数と実回転数の差を求め、これらの差を零
又は零近接にするにように２次励磁電力の位相を制御す
ることとしたのである。これにより、本発明によれば、
系統に与える影響を少なくして、可変速機の有効電力Ｐ
を安定に制御できることになるとともに、励磁位相制御
により回転数を応答性よく目標値に制御できるのであ
る。その結果、AFC運転時に可変速揚水発電機を目標値
に安定に制御できることになる。
第２図は、可変速発電システムの概要を示す図であ
り、一次，二次側共、３相巻線からなる。
り、一次，二次側共、３相巻線からなる。
同図において、１は固定子、２は回転子である。5a〜
5cは固定子１のa,b,c相巻線、6a〜6cは回転子２のa,b,c
相巻線である。また、定格周波数を、すべりをｓとす
ると、回転子２の速度は（１−ｓ）であり、回転子２
の励磁巻線をすべてｓの周波数で励磁することにより、
回転子２により発生する回転磁界はすべり零（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。７は回転子２の回転数を測定する測定部であり、こ
の測定部７からの出力をすべり検出部３に取り込み、こ
の検出部３ですべり周波数を検出し、その検出した信号
を電圧発生部４に供給する。電圧発生部４はすべり周波
数に応じた電圧を発生させ、２次巻線を励磁する。この
ようにすることにより、任意の回転数で運転を行つて
も、常に電機子巻線には、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図の構成では、回転子
の回転磁界は、 （１−ｓ）＋ｓ＝ …（１） となり、すべりにかかわらず、定格周波数の出力が得ら
れることになる。
5cは固定子１のa,b,c相巻線、6a〜6cは回転子２のa,b,c
相巻線である。また、定格周波数を、すべりをｓとす
ると、回転子２の速度は（１−ｓ）であり、回転子２
の励磁巻線をすべてｓの周波数で励磁することにより、
回転子２により発生する回転磁界はすべり零（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。７は回転子２の回転数を測定する測定部であり、こ
の測定部７からの出力をすべり検出部３に取り込み、こ
の検出部３ですべり周波数を検出し、その検出した信号
を電圧発生部４に供給する。電圧発生部４はすべり周波
数に応じた電圧を発生させ、２次巻線を励磁する。この
ようにすることにより、任意の回転数で運転を行つて
も、常に電機子巻線には、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図の構成では、回転子
の回転磁界は、 （１−ｓ）＋ｓ＝ …（１） となり、すべりにかかわらず、定格周波数の出力が得ら
れることになる。
このような可変速発電システムにおいて、揚水及び発
電におけるAFC運転時に任意の回転数で安定に目標値に
制御できる方式を提供しようとするものが、本発明であ
る。
電におけるAFC運転時に任意の回転数で安定に目標値に
制御できる方式を提供しようとするものが、本発明であ
る。
第３図は、この可変速発電システムの基本的な考え方
を示すブロック図であり、可変速機が系統に接続されて
運転している場合を示してある。
を示すブロック図であり、可変速機が系統に接続されて
運転している場合を示してある。
10は電力系統であり、１及び２は、第１図と同一の固
定子及び回転子を示したものである。静落差Ｈ及び出力
指令P0が指令値算出回路15に与えられると、指令値算出
回路15は、効率を考慮したガイドベーンの開度指令値Hv
及び速度指令値N0を算出する。14は調速機の弁開度設定
器であり、この開度設定器14は指令値算出回路15よりの
開度指令値Hvを時間遅れさせてガイドベーンの開度を定
めるものである。開度設定器14の出力に基づいて水車の
ガイドベーン13の開度が調整され、その開度と静落差Ｈ
と水車特性に基づいて、水車12に連結された回転子２は
回転数Ｎで回転することになる。19は電流変成器を、20
は電圧変成器を示すものであり、これら電流変成器19及
び電圧変成器20からの出力を有効電力導出部21に取り込
み、該有効電力導出部21は該出力をもとに、有効電力を
算出する。116は２次巻線の位相角算出部であり、該位
相角算出部116は、有効電力導出部21により算出された
有効電力の出力Ｐ、指令値算出回路15からの速度指令値
N0、出力指令P0並びに速度発電機11からの速度Ｎを取り
込み、これらにより２次巻線の位相角を算出する。17
は、２次回路の励磁量を設定する設定部であり、18は励
磁量の電圧値を制御する電圧調整部である。23a〜23c
は、設定部17で設定した励磁量をa,b,c相に用いるため
に移相する移相部である。22a〜22cは、移相部23a〜23c
で移相した励磁量により、a,b,c相を励磁する励磁巻線
である。
定子及び回転子を示したものである。静落差Ｈ及び出力
指令P0が指令値算出回路15に与えられると、指令値算出
回路15は、効率を考慮したガイドベーンの開度指令値Hv
及び速度指令値N0を算出する。14は調速機の弁開度設定
器であり、この開度設定器14は指令値算出回路15よりの
開度指令値Hvを時間遅れさせてガイドベーンの開度を定
めるものである。開度設定器14の出力に基づいて水車の
ガイドベーン13の開度が調整され、その開度と静落差Ｈ
と水車特性に基づいて、水車12に連結された回転子２は
回転数Ｎで回転することになる。19は電流変成器を、20
は電圧変成器を示すものであり、これら電流変成器19及
び電圧変成器20からの出力を有効電力導出部21に取り込
み、該有効電力導出部21は該出力をもとに、有効電力を
算出する。116は２次巻線の位相角算出部であり、該位
相角算出部116は、有効電力導出部21により算出された
有効電力の出力Ｐ、指令値算出回路15からの速度指令値
N0、出力指令P0並びに速度発電機11からの速度Ｎを取り
込み、これらにより２次巻線の位相角を算出する。17
は、２次回路の励磁量を設定する設定部であり、18は励
磁量の電圧値を制御する電圧調整部である。23a〜23c
は、設定部17で設定した励磁量をa,b,c相に用いるため
に移相する移相部である。22a〜22cは、移相部23a〜23c
で移相した励磁量により、a,b,c相を励磁する励磁巻線
である。
このように、出力指令値に対して、ガイドベーンの開
度、速度の目標値が求められ、これらの値より、２次巻
線の位相角を算出して制御を行う必要があるが、位相角
算出部116の処理方式及び安定な制御方式は確立されて
おらず、これらを確立する必要がある。そこで、本発明
では、第１図に示すような構成をして上記制御方式の具
体化を図つたものである。
度、速度の目標値が求められ、これらの値より、２次巻
線の位相角を算出して制御を行う必要があるが、位相角
算出部116の処理方式及び安定な制御方式は確立されて
おらず、これらを確立する必要がある。そこで、本発明
では、第１図に示すような構成をして上記制御方式の具
体化を図つたものである。
第１図は、本発明の実施例を示すブロツク図であり、
可変速機が系統に接続、運転している場合を示してあ
る。
可変速機が系統に接続、運転している場合を示してあ
る。
第１図に示す実施例が第３図に示す構成と異なるとこ
ろは、位相角算出部116を、指令値算出回路15からの目
標回転数N0と速度発電機11からの実際の回転数Ｎとの差
を求める比較部24と、該比較部24で求めた出力を取り込
み、例えば∫k2（Ｎ−N0）dtの計算をする位相角制御量
算出部25と、有効電力導出部21からの出力Ｐと出力指令
値P0の差とを算出する比較部26と、該比較部26で算出さ
れた出力を取り込み、例えば∫k1（Ｐ−P0）dtの計算を
する位相角制御量算出部27と、該位相角制御量算出部2
5,27の出力を加算する加算部28と、該加算部28からの出
力により、位相角Δδを算出する位相角算出部16とから
構成した点にある。尚、位相角算出部16からの出力が設
定部17に供給される。このようにして出力指令値に対し
て、ガイドベーンの開度指令値、速度指令値が与えら
れ、実際の回転数Ｎと目標値N0との差及び実際の出力Ｐ
と目標値P0との差により、２次巻線の位相角Δδを算出
し、この値により励磁量を制御することにより安定に制
御できる。すなわち、実回転数Ｎと目標回転数N0の差が
零となるように位相角を制御しているため、水車等は最
高効率の目標回転数N0で運転されることになる。
ろは、位相角算出部116を、指令値算出回路15からの目
標回転数N0と速度発電機11からの実際の回転数Ｎとの差
を求める比較部24と、該比較部24で求めた出力を取り込
み、例えば∫k2（Ｎ−N0）dtの計算をする位相角制御量
算出部25と、有効電力導出部21からの出力Ｐと出力指令
値P0の差とを算出する比較部26と、該比較部26で算出さ
れた出力を取り込み、例えば∫k1（Ｐ−P0）dtの計算を
する位相角制御量算出部27と、該位相角制御量算出部2
5,27の出力を加算する加算部28と、該加算部28からの出
力により、位相角Δδを算出する位相角算出部16とから
構成した点にある。尚、位相角算出部16からの出力が設
定部17に供給される。このようにして出力指令値に対し
て、ガイドベーンの開度指令値、速度指令値が与えら
れ、実際の回転数Ｎと目標値N0との差及び実際の出力Ｐ
と目標値P0との差により、２次巻線の位相角Δδを算出
し、この値により励磁量を制御することにより安定に制
御できる。すなわち、実回転数Ｎと目標回転数N0の差が
零となるように位相角を制御しているため、水車等は最
高効率の目標回転数N0で運転されることになる。
また、電力指令値の変更にたいして、ガイドベーンの
開度指令値Hvが直ちに変化し、機械系の出力等が変化す
る。その後、回転数および有効電力の実際値と指令値と
の差により、電気系の出力が制御される。このように、
電気系の制御出力を遅らせることにより、発電機の慣性
およびその他の遅れ要素による遅れをもつ機械系出力の
変化と、応答速度の速い電気系の変化との協調をとるこ
とができ、安定制御を行わせることができる。
開度指令値Hvが直ちに変化し、機械系の出力等が変化す
る。その後、回転数および有効電力の実際値と指令値と
の差により、電気系の出力が制御される。このように、
電気系の制御出力を遅らせることにより、発電機の慣性
およびその他の遅れ要素による遅れをもつ機械系出力の
変化と、応答速度の速い電気系の変化との協調をとるこ
とができ、安定制御を行わせることができる。
以下、本発明の一実施例を適用した具体的な構成例に
ついて第４図を参照しながら説明する。
ついて第４図を参照しながら説明する。
第４図は、２次励磁付の誘導機による任意の回転数で
運転できる、いわゆる可変速発電システムにおける揚水
発電機G1が送電線Ｌを介して系統10に接続運転している
システム例を示す系統図である。
運転できる、いわゆる可変速発電システムにおける揚水
発電機G1が送電線Ｌを介して系統10に接続運転している
システム例を示す系統図である。
図において、送電線Ｌには、電圧変成器20、電流変成
器19が設置されている。
器19が設置されている。
一般に、揚水発電機G1には、フランシス水車が使用さ
れ、水車出力と効率との関係は、第５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。P1,P2は水車出
力を、η1,η２は効率を、N1,N2は回転数を示す。な
お、水車効率は水車に作用する水力エネルギに対する水
車出力の割合である。また、固定子１と回転子２からな
る誘導機の損失を無視すれば、水車出力は有効電力の出
力Ｐに相当する関係にある。出力P1では回転数N1で、出
力P2で回転数N2で、それぞれの出力における最高効率η
1,η２となることを示している。
れ、水車出力と効率との関係は、第５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。P1,P2は水車出
力を、η1,η２は効率を、N1,N2は回転数を示す。な
お、水車効率は水車に作用する水力エネルギに対する水
車出力の割合である。また、固定子１と回転子２からな
る誘導機の損失を無視すれば、水車出力は有効電力の出
力Ｐに相当する関係にある。出力P1では回転数N1で、出
力P2で回転数N2で、それぞれの出力における最高効率η
1,η２となることを示している。
このように、出力によつて、効率が最高となる回転数
は異なつており、本発明はこれらの最高効率の点で運転
しようとするものである。
は異なつており、本発明はこれらの最高効率の点で運転
しようとするものである。
第４図において、可変速発電システムは、操作端Ｔよ
り、発電機G1に要求される発電力の指令（又は目標値）
P0が与えられると、発電機G1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に、発電機G1の回転
数N0、水車のガイドベーンの開度Hvが制御指令部Ｃにお
いて求められ、これらの値（N0,Hv）にあうような運転
がなされることになる。ここで、制御指令部Ｃは、上記
各要素13,14,16〜18,24〜28により構成されている。こ
のような状態で、発電機出力の低下指令が操作端Ｔより
与えられると、あらかじめ制御指令部Ｃに与えられてい
る手法により、発電機出力Ｐと水の落差とに基づいて、
発電機の効率ηが最高となるように回転数N0及びガイド
ベーンの弁開度Hvが求められ、これら（N0,Hv）が目標
値となるよう、２次交流励磁の位相角Δδが制御され、
効率のよい運転が行われることになる。
り、発電機G1に要求される発電力の指令（又は目標値）
P0が与えられると、発電機G1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に、発電機G1の回転
数N0、水車のガイドベーンの開度Hvが制御指令部Ｃにお
いて求められ、これらの値（N0,Hv）にあうような運転
がなされることになる。ここで、制御指令部Ｃは、上記
各要素13,14,16〜18,24〜28により構成されている。こ
のような状態で、発電機出力の低下指令が操作端Ｔより
与えられると、あらかじめ制御指令部Ｃに与えられてい
る手法により、発電機出力Ｐと水の落差とに基づいて、
発電機の効率ηが最高となるように回転数N0及びガイド
ベーンの弁開度Hvが求められ、これら（N0,Hv）が目標
値となるよう、２次交流励磁の位相角Δδが制御され、
効率のよい運転が行われることになる。
一方、発電機G1の回転数の定格よりのずれは、制御指
令部Ｃより励磁回路Exの情報として与えられ、その情報
としてすべり周波数を用いることにより前述したよう
に、定格周波数の出力が得られることになる。
令部Ｃより励磁回路Exの情報として与えられ、その情報
としてすべり周波数を用いることにより前述したよう
に、定格周波数の出力が得られることになる。
次に、すべり周波数で励磁する２次励磁の具体例につ
いて説明する。第１図に示すように、３相の２次励磁巻
線に与えられる信号は次の（２）式のようにあらわされ
る。
いて説明する。第１図に示すように、３相の２次励磁巻
線に与えられる信号は次の（２）式のようにあらわされ
る。
すなわち、第４図の操作端Ｔより与えられた指令P0に
より、ａ〜ｃ相の励磁量をうるための関数のうちの位相
角Δδは位相角算出部116において求められる。この位
相角算出部116で求められた位相角Δδが設定部17に与
えられると、ａ〜ｃ相の励磁電圧vfa,vfb,vfcは、 で求められる。ここで、Ｅはすべり及び可変速機の運転
状態で定まる電圧値、ｔは時間、δ０は可変速機の運転
状態で定まる位相角、Δδは制御指令部Ｃの出力で制御
される位相角とする。
より、ａ〜ｃ相の励磁量をうるための関数のうちの位相
角Δδは位相角算出部116において求められる。この位
相角算出部116で求められた位相角Δδが設定部17に与
えられると、ａ〜ｃ相の励磁電圧vfa,vfb,vfcは、 で求められる。ここで、Ｅはすべり及び可変速機の運転
状態で定まる電圧値、ｔは時間、δ０は可変速機の運転
状態で定まる位相角、Δδは制御指令部Ｃの出力で制御
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で制御すればよいのである。
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で制御すればよいのである。
本発明は、上記第（２）式において、AFC運転時に有
効電力を安定に目標値に制御するものである。
効電力を安定に目標値に制御するものである。
このため、上記の構成においては、励磁回路Exの位相
角（Δδ）を制御して、回転数Ｎ及び電力Ｐを目標値に
あわせなければならない。そこで、位相角Δδを動かす
ための情報としては、有効電力Ｐと回転数Ｎとを用いれ
ばよいことが理解できる。
角（Δδ）を制御して、回転数Ｎ及び電力Ｐを目標値に
あわせなければならない。そこで、位相角Δδを動かす
ための情報としては、有効電力Ｐと回転数Ｎとを用いれ
ばよいことが理解できる。
したがつて、本発明の実施例は、位相算出部116を第
１図に示すように構成し、下記第（３）式を実現するも
のである。
１図に示すように構成し、下記第（３）式を実現するも
のである。
すなわち、位相角Δδは、 Δδ＝−∫k1（Ｐ−P0）dt＋∫k2（Ｎ−N0）dt…（３） の如く算出される。ここで、P0は有効電力の目標値（電
力制御指令値）、N0は回転数の目標値、Ｐは有効電力の
実際の値、Ｎは回転数の実際の値、k1及びk2は定数であ
る。
力制御指令値）、N0は回転数の目標値、Ｐは有効電力の
実際の値、Ｎは回転数の実際の値、k1及びk2は定数であ
る。
さらに第１図を参照して上記第（３）式の算出過程を
説明する。
説明する。
実回転数Ｎと目標値N0との差（Ｎ−N0）が比較部24で
算出される。ここで算出された出力（Ｎ−N0）が位相角
制御量算出部25に供給され、該算出部25において、∫k2
（Ｎ−N0）dtが算出される。
算出される。ここで算出された出力（Ｎ−N0）が位相角
制御量算出部25に供給され、該算出部25において、∫k2
（Ｎ−N0）dtが算出される。
一方、有効電力の実際値Ｐと目標値P0との差（Ｐ−
P0）が比較部26で算出される。該比較部26で算出された
出力（Ｐ−P0）が位相角制御量算出部27に供給され、該
算出部27で−∫k1（Ｐ−P0）dtが算出される。
P0）が比較部26で算出される。該比較部26で算出された
出力（Ｐ−P0）が位相角制御量算出部27に供給され、該
算出部27で−∫k1（Ｐ−P0）dtが算出される。
上記算出部25,27からの出力が加算部28で加算される
｛−∫k1（Ｐ−P0）dt＋∫k2（Ｎ−N0）dt｝。
｛−∫k1（Ｐ−P0）dt＋∫k2（Ｎ−N0）dt｝。
このように算出された値は設定部71に与えられ、設定
部17で第（２）式の計算がなされることになる。
部17で第（２）式の計算がなされることになる。
上記実施例では、第（３）式の計算をして位相角Δδ
を求めているものであるが、第２の実施例として、下記
第（４）式を計算させるもの、また第３の実施例とし
て、第（５）式の如き計算をさせるようにしてもよいも
のである。
を求めているものであるが、第２の実施例として、下記
第（４）式を計算させるもの、また第３の実施例とし
て、第（５）式の如き計算をさせるようにしてもよいも
のである。
Δδ＝−k1（Ｐ−P0）＋k2（Ｎ−N0） …（４） Δδ＝−∫k1（Ｐ−P0）dt＋∫k2（Ｎ−N0）dt −K1（Ｐ−P0）＋K2（Ｎ−N0） …（５） ここで、K1,K2は定数である。
かかる第2,第３の実施例によつても第１実施例と同様
の作用効果が得られる。
の作用効果が得られる。
本発明によれば、有効電力と最高効率回転数の特性デ
ータを予め設定しておき、入力される有効電力の指令値
に対応する最高効率回転数を求め、この求めた回転数に
基づいてガイドベーン開度を制御するようにしているこ
とから、有効電力指令値が変化しても常に高効率で運転
できるという格別の作用効果が得られるのである。
ータを予め設定しておき、入力される有効電力の指令値
に対応する最高効率回転数を求め、この求めた回転数に
基づいてガイドベーン開度を制御するようにしているこ
とから、有効電力指令値が変化しても常に高効率で運転
できるという格別の作用効果が得られるのである。
また、有効電力指令値と誘導機の実電力との差と、水
車の目標回転数と実際の回転数の差を求め、これらの差
を零又は零近傍にするにように２次励磁電力の位相を制
御していることから、無効電力に影響を及ぼすことな
く、余剰又は不足の有効電力Ｐ指令値に合わせて可変速
機を安定に制御でき、しかも回転数を応答性よく目標値
に制御できる。その結果、AFC運転時に可変速揚水発電
機を目標値に安定に制御できることになる。
車の目標回転数と実際の回転数の差を求め、これらの差
を零又は零近傍にするにように２次励磁電力の位相を制
御していることから、無効電力に影響を及ぼすことな
く、余剰又は不足の有効電力Ｐ指令値に合わせて可変速
機を安定に制御でき、しかも回転数を応答性よく目標値
に制御できる。その結果、AFC運転時に可変速揚水発電
機を目標値に安定に制御できることになる。
また、揚水運転時にも系統から要求される電力に対
し、効率よく運転することができ、経済的効果が極めて
大きい。
し、効率よく運転することができ、経済的効果が極めて
大きい。
第１図は本発明の実施例を示すブロツク図、第２図は可
変速揚水発電システムの原理概要を示す図、第３図は可
変速揚水発電システムの制御系統の概要を示すブロツク
図、第４図は本発明の実施例が適用された可変速発電シ
ステムの具体的構成例を示すブロツク図、第５図は出力
と効率の関係を示す線図である。 Ex……励磁回路、G1……可変速発電システムの発電機、
Ｌ……送電線、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、5a〜5c……固定子のａ〜ｃ相巻線、6a〜6c
……回転子のａ〜ｃ相巻線、７……回転数測定部、10…
…系統、11……速度発電機、13……ガイドベーン、14…
…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次巻線励磁量算出部、18……電
圧調整部、19……電流変成器、20……電圧変成器、21…
…有効電力導出部、22a〜22c……２次励磁のａ〜ｃ相巻
線、23a〜23c……移相部、24,26……比較部、25,27……
位相角制御量算出部、28……加算部、116……位相角算
出部。
変速揚水発電システムの原理概要を示す図、第３図は可
変速揚水発電システムの制御系統の概要を示すブロツク
図、第４図は本発明の実施例が適用された可変速発電シ
ステムの具体的構成例を示すブロツク図、第５図は出力
と効率の関係を示す線図である。 Ex……励磁回路、G1……可変速発電システムの発電機、
Ｌ……送電線、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、5a〜5c……固定子のａ〜ｃ相巻線、6a〜6c
……回転子のａ〜ｃ相巻線、７……回転数測定部、10…
…系統、11……速度発電機、13……ガイドベーン、14…
…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次巻線励磁量算出部、18……電
圧調整部、19……電流変成器、20……電圧変成器、21…
…有効電力導出部、22a〜22c……２次励磁のａ〜ｃ相巻
線、23a〜23c……移相部、24,26……比較部、25,27……
位相角制御量算出部、28……加算部、116……位相角算
出部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 丈治 大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西 電力株式会社内 (72)発明者 野原 哈夫 日立市久慈町4026番地 株式会社日立製 作所日立研究所内 (72)発明者 後藤 益雄 日立市久慈町4026番地 株式会社日立製 作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−72998（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】電力系統に接続された２次巻線を有する誘
導機に水車を連結し、該水車を設定可変の回転数で運転
するとともに、前記２次巻線をすべり周波数の電力によ
り２次励磁制御することを含んでなる可変速揚水発電シ
ステムの制御装置において、 前記誘導機に対する入出力の有効電力指令値を入力し、
該有効電力指令値に対応する前記水車の出力が最大効率
を示す回転数の指令値を、予め設定された有効電力と最
高効率回転数の特性データに従って求めて出力するとと
もに、実揚程を入力し該実揚程と前記有効電力指令値と
前記回転数の指令値とに基づいて水車のガイドベーン開
度の指令値を求めて出力する指令算出手段（15）と、 該指令算出手段から出力されるガイドベーン開度指令値
に基づいてベーン開度の設定値を水車制御手段に出力す
る開度設定手段（14）と、 前記指令算出手段から出力される目標回転数と前記水車
の実回転数の差と、前記電力指令値と前記誘導機の実電
力との差とを求め、これらの差を零又は零近傍にするに
必要な前記２次励磁電力の位相角指令値を求める相差角
算出手段（16）と、 前記誘導機の端子電圧を系統の目標とする基準電圧にす
るに必要な２次励磁量を設定する電圧調整手段（18）
と、 該設定された２次励磁量と前記位相角指令値とに基づい
て前記２次巻線の励磁電力の諸量を設定する２次巻線励
磁量設定手段（17）と、 該設定された励磁量に基づいて前記２次巻線を励磁する
励磁手段（23）とを含んでなる可変速揚水発電システム
の制御装置。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記位相
角指令値Δδは下式によって求めることを特徴とする可
変速揚水発電システムの制御装置。 Δδ＝−∫k1（Ｐ−P0）dt＋∫k2（Ｎ−N0）dt ただし、Ｐは誘導機電力、P0は電力指令値、Ｎは実回転
数、N0は目標回転数、k1、k2は定数である。 - 【請求項３】特許請求の範囲第１項において、前記位相
角指令値Δδは下式によって求めることを特徴とする可
変速揚水発電システムの制御装置。 Δδ＝−k1（Ｐ−P0）＋k2（Ｎ−N0） ただし、Ｐは誘導機電力、P0は電力指令値、Ｎは実回転
数、N0は目標回転数、k1、k2は定数である。 - 【請求項４】特許請求の範囲第１項において、前記位相
角指令値Δδは下式によって求めることを特徴とする可
変速揚水発電システムの制御装置。 Δδ＝−∫k1（Ｐ−P0）dt＋∫k2（Ｎ−N0）dt −K1（Ｐ−P0）＋KJ（Ｎ−N0） ただし、Ｐは誘導機電力、P0は電力指令値、Ｎは実回転
数、N0は目標回転数、k1、k2、K1、K2は定数である。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60087738A JP2538862B2 (ja) | 1985-04-24 | 1985-04-24 | 可変速揚水発電システムの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60087738A JP2538862B2 (ja) | 1985-04-24 | 1985-04-24 | 可変速揚水発電システムの制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61247299A JPS61247299A (ja) | 1986-11-04 |
| JP2538862B2 true JP2538862B2 (ja) | 1996-10-02 |
Family
ID=13923265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60087738A Expired - Fee Related JP2538862B2 (ja) | 1985-04-24 | 1985-04-24 | 可変速揚水発電システムの制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2538862B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0634632B2 (ja) * | 1986-11-28 | 1994-05-02 | 株式会社日立製作所 | 可変速揚水発電システム |
| JPH0650959B2 (ja) * | 1986-11-28 | 1994-06-29 | 株式会社日立製作所 | 可変速揚水発電システム |
| JPH0681556B2 (ja) * | 1987-01-19 | 1994-10-12 | 東京電力株式会社 | 可変速水車発電システムの制御装置 |
| JPH0683594B2 (ja) * | 1987-01-19 | 1994-10-19 | 東京電力株式会社 | 可変速水車発電システムの制御装置 |
| JPH0636678B2 (ja) * | 1987-03-02 | 1994-05-11 | 関西電力株式会社 | 可変速揚水発電システムの運転制御方式 |
| JPS63218000A (ja) * | 1987-03-04 | 1988-09-12 | Hitachi Ltd | 可変速揚水発電システムの運転制御方式 |
| JPS6439295A (en) * | 1987-08-05 | 1989-02-09 | Hitachi Ltd | Operation control method for variable speed pumped-storage power plant system |
| JPH0274198A (ja) * | 1988-09-09 | 1990-03-14 | Akaho Yoshio | 自燃エネルギー利用発電装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5972998A (ja) * | 1982-10-20 | 1984-04-25 | Hitachi Ltd | 可変速水車発電機の運転装置 |
-
1985
- 1985-04-24 JP JP60087738A patent/JP2538862B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61247299A (ja) | 1986-11-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |