JP2550089B2 - 可変速揚水システム - Google Patents
可変速揚水システムInfo
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- JP2550089B2 JP2550089B2 JP62201711A JP20171187A JP2550089B2 JP 2550089 B2 JP2550089 B2 JP 2550089B2 JP 62201711 A JP62201711 A JP 62201711A JP 20171187 A JP20171187 A JP 20171187A JP 2550089 B2 JP2550089 B2 JP 2550089B2
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- rotation speed
- power
- control means
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- Control Of Non-Positive-Displacement Pumps (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は可変速揚水システムに係り、特にポンプ入力
を可変しながら回転速度を安定に制御するようした可変
速揚水システムに関する。
を可変しながら回転速度を安定に制御するようした可変
速揚水システムに関する。
従来の同期発電電動器を使用する揚水発電システムで
は、ポンプ水車の回転速度は発電運電でも揚水運転でも
同一の一定値に固定される。揚水運転時の運転特性の一
例を第7図に示す。本図は、可動案内羽根を有するポン
プの性能を示す線図で、101,101′は案内羽根開度をY1,
Y2の固定しポンプ回転速度をN2を保持した場合の揚水量
Qと効率ηの関係曲線、102,102′は、上記に対応する
揚水量Qと全揚程Hの関係曲線である。本図より回転速
度及び案内羽根開度を固定すると各案内羽根開度での最
高効率点(図中a,b点)を離れ、激しい効率を落ち込み
が生じ振動キヤビ等の運転特性が悪化するため上記a,b
点を結ぶ包絡線(破線表示)の如く揚程Hに応じて案内
羽根開度を一義的に調整して運転していた。
は、ポンプ水車の回転速度は発電運電でも揚水運転でも
同一の一定値に固定される。揚水運転時の運転特性の一
例を第7図に示す。本図は、可動案内羽根を有するポン
プの性能を示す線図で、101,101′は案内羽根開度をY1,
Y2の固定しポンプ回転速度をN2を保持した場合の揚水量
Qと効率ηの関係曲線、102,102′は、上記に対応する
揚水量Qと全揚程Hの関係曲線である。本図より回転速
度及び案内羽根開度を固定すると各案内羽根開度での最
高効率点(図中a,b点)を離れ、激しい効率を落ち込み
が生じ振動キヤビ等の運転特性が悪化するため上記a,b
点を結ぶ包絡線(破線表示)の如く揚程Hに応じて案内
羽根開度を一義的に調整して運転していた。
この様な揚水発電システムの揚水運転時は、電力系統
から見れば全く自由度のない(調整の効かない)単純負
荷になり電力系統の電力需給バランスを改善する様な調
整は一切できなかった。
から見れば全く自由度のない(調整の効かない)単純負
荷になり電力系統の電力需給バランスを改善する様な調
整は一切できなかった。
こういう従来技術の背景を踏まえて、ポンプ水車の回
転速度を可変にしポンプ運転時の自由度を増すための検
討や提案がなされつつある。例えば昭和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」があるが、具体的に可変速揚水システムについては
触れられていない。
転速度を可変にしポンプ運転時の自由度を増すための検
討や提案がなされつつある。例えば昭和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」があるが、具体的に可変速揚水システムについては
触れられていない。
一方従来の可変速電動システムとしは、交流系統と電
動機の間に周波数変換器を設ける方法、巻線型誘導機の
1次側を電力系統に接続し2次側と電力系統との間に周
波数変換器を設ける方法等があり各々周波数変換器を制
御し電動機回転子に直結されたポンプを任意の回転速度
で運転しようとするものである。これらの周波数変換機
のうち電力系統と電動機の間に周波数変換器を設け可変
速揚水運転を実現しようとしたものの一例として特開昭
48−21045号がある。しかしながら本公知例には具体的
な制御システム構成については触れられていなかった。
動機の間に周波数変換器を設ける方法、巻線型誘導機の
1次側を電力系統に接続し2次側と電力系統との間に周
波数変換器を設ける方法等があり各々周波数変換器を制
御し電動機回転子に直結されたポンプを任意の回転速度
で運転しようとするものである。これらの周波数変換機
のうち電力系統と電動機の間に周波数変換器を設け可変
速揚水運転を実現しようとしたものの一例として特開昭
48−21045号がある。しかしながら本公知例には具体的
な制御システム構成については触れられていなかった。
また、これらの技術とは別にこれまでの可変速揚水シ
ステムでは達成できなかった電動器負荷の安定した可調
整運転を可能にし、AFC等の電力系系統制御に対応でき
る可変速揚水システムを、出願人は特開昭63−212774号
において既に開示した。この可変速揚水システムでは外
部より与えられる電力指令値に応じてポンプ水車の適正
回転速度指令値を発生する関数発生器を設け、この関数
発生器から与えられる適正回転速度指令値と回転速度検
出手段から与えられる実回転速度値との偏差が最小にな
るように周波数変換器の出力電力を制御する第1の周波
数変換器制御手段と、電力指令値と実際の電力状態の実
電力値との偏差が最小になるように周波数変換器の出力
電力を制御する第2の周波数変換制御手段とを備えたも
のである。
ステムでは達成できなかった電動器負荷の安定した可調
整運転を可能にし、AFC等の電力系系統制御に対応でき
る可変速揚水システムを、出願人は特開昭63−212774号
において既に開示した。この可変速揚水システムでは外
部より与えられる電力指令値に応じてポンプ水車の適正
回転速度指令値を発生する関数発生器を設け、この関数
発生器から与えられる適正回転速度指令値と回転速度検
出手段から与えられる実回転速度値との偏差が最小にな
るように周波数変換器の出力電力を制御する第1の周波
数変換器制御手段と、電力指令値と実際の電力状態の実
電力値との偏差が最小になるように周波数変換器の出力
電力を制御する第2の周波数変換制御手段とを備えたも
のである。
しかし、この可変速揚水システムにおいては所定の可
変速運転範囲の上限または下限付近で急に電力指令が変
化した場合、電動機が所定の可変速範囲を逸脱してしま
うという現象が発生してしまっていた。
変速運転範囲の上限または下限付近で急に電力指令が変
化した場合、電動機が所定の可変速範囲を逸脱してしま
うという現象が発生してしまっていた。
本発明の目的は前述したこれらの技術の問題点を明ら
かにし、可変速揚水システムにおいて、電動機負荷の安
定した可調整運転を可能にしながら回転速度を安定に制
御するようにした可変速揚子システムを提供することに
ある。
かにし、可変速揚水システムにおいて、電動機負荷の安
定した可調整運転を可能にしながら回転速度を安定に制
御するようにした可変速揚子システムを提供することに
ある。
上記目的を達成するために、本発明では一次巻線また
は、二次巻線のいずれかを周波数変換機を介して電力系
統に接続したに可変速誘導電動機と、可変速誘導電動機
の回転軸に接続されたポンプ水車とを備えたことを特徴
とする可変速揚水システムにおいて、可変速誘導電動機
に入力される電力状態を検出す電力状態検出手段と、可
変速誘導電動機の実回転速度を検出する回転速度検出手
段と、外部より与えられる電力指令値に応じて前記ポン
プ水車の適正回転速度指令値を発生する関数発生器を設
け、関数発生器から与えられる適正回転速度指令値と回
転速度検出手段から与えられる実回転速度値との偏差が
最小になるように周波数変換器の出力電力を制御する第
1の周波数変換器制御手段と、電力指令値と電力状態検
出手段により与えられる実電力状態との偏差が最小にな
るように周波数変換器の出力電力を制御する第2の周波
数変換器制御手段と、回転速度検出手段から与えられる
実回転速度値が所定の回転数領域を逸脱しようとする場
合に、周波数変換器の出力電力を制御して実回転速度値
が所定の回転数領域に戻すように動作する第3の周波数
変換器制御手段とを設け、第1,第2及び第3の周波数変
換制御手段の応答速度を第3の周波数変換器制御手段、
第2の周波数変換器制御手段および第1の周波数変換器
制御手段の順に早くしたことを特徴としたものである。
は、二次巻線のいずれかを周波数変換機を介して電力系
統に接続したに可変速誘導電動機と、可変速誘導電動機
の回転軸に接続されたポンプ水車とを備えたことを特徴
とする可変速揚水システムにおいて、可変速誘導電動機
に入力される電力状態を検出す電力状態検出手段と、可
変速誘導電動機の実回転速度を検出する回転速度検出手
段と、外部より与えられる電力指令値に応じて前記ポン
プ水車の適正回転速度指令値を発生する関数発生器を設
け、関数発生器から与えられる適正回転速度指令値と回
転速度検出手段から与えられる実回転速度値との偏差が
最小になるように周波数変換器の出力電力を制御する第
1の周波数変換器制御手段と、電力指令値と電力状態検
出手段により与えられる実電力状態との偏差が最小にな
るように周波数変換器の出力電力を制御する第2の周波
数変換器制御手段と、回転速度検出手段から与えられる
実回転速度値が所定の回転数領域を逸脱しようとする場
合に、周波数変換器の出力電力を制御して実回転速度値
が所定の回転数領域に戻すように動作する第3の周波数
変換器制御手段とを設け、第1,第2及び第3の周波数変
換制御手段の応答速度を第3の周波数変換器制御手段、
第2の周波数変換器制御手段および第1の周波数変換器
制御手段の順に早くしたことを特徴としたものである。
まず、本発明の可変速揚水システムにおける可変速電
動機の制御を行う回転速度制御用の第1の周波数変換器
制御手段と電力制御用の第2の周波数変換器制御手段と
の応答速度の比較について述べる。
動機の制御を行う回転速度制御用の第1の周波数変換器
制御手段と電力制御用の第2の周波数変換器制御手段と
の応答速度の比較について述べる。
可変速揚水システムにおいては、比較的遅いポンプ入
力の制御とは全く独立に電動電力を制御でき、さらに高
速の電力応答を実現できるという特長を活かすため、第
2の周波数変換器制御手段の応答速度を第1の周波数変
換器制御手段より高速にする必要がある。これは、後者
の応答速度を強くし過ぎると、前者の制御に過度に干渉
するになり、その結果、オーバーシュート等を伴って電
力応答波形が理想から離れてくるためである。
力の制御とは全く独立に電動電力を制御でき、さらに高
速の電力応答を実現できるという特長を活かすため、第
2の周波数変換器制御手段の応答速度を第1の周波数変
換器制御手段より高速にする必要がある。これは、後者
の応答速度を強くし過ぎると、前者の制御に過度に干渉
するになり、その結果、オーバーシュート等を伴って電
力応答波形が理想から離れてくるためである。
この意味では回転速度制御用の第1の周波数変換器制
御手段の応答速度を低くした方が良いことは事実である
が、他方、低くし過ぎると当然ながら速度制御精度が悪
くなってくる。さらに、所定の可変速範囲の上限または
下限付近で運転中で急に電力指令が変化した場合、第1
の周波数変換器制御手段の応答速度が低く過ぎると、回
転速度が前記所定の可変速範囲を逸脱してしまう可能性
がでてくる。この前記所定の可変速範囲を逸脱すると周
波数変換器は所定の機能失うので電動機はトリップせざ
るをえなくなる。
御手段の応答速度を低くした方が良いことは事実である
が、他方、低くし過ぎると当然ながら速度制御精度が悪
くなってくる。さらに、所定の可変速範囲の上限または
下限付近で運転中で急に電力指令が変化した場合、第1
の周波数変換器制御手段の応答速度が低く過ぎると、回
転速度が前記所定の可変速範囲を逸脱してしまう可能性
がでてくる。この前記所定の可変速範囲を逸脱すると周
波数変換器は所定の機能失うので電動機はトリップせざ
るをえなくなる。
このため本発明の可変速揚水システムにおいては、第
1の周波数変換器制御手段、第2の周波数変換器制御手
段と共に第3の周波数変換器制御手段を備えたものであ
る。
1の周波数変換器制御手段、第2の周波数変換器制御手
段と共に第3の周波数変換器制御手段を備えたものであ
る。
この第3の周波数変換器制御手段は実回転速度を監視
しながら、これが所定の可変速範囲を逸脱しそうになな
った次に動作して所定の可変速範囲へと回転状態を押し
戻すものである。そして、この第3の周波数変換器制御
手段は第1,第2の周波数変換器制御手段と同様に周波数
変換器の電力出力を変化させて電動機に制御するが、こ
れらの周波数変換器制御手段に優先して動作するように
する。具体的には第2の周波数変換器制御手段の応答速
度より速い応答速度で電動器を動作させるようにして、
電動機の回転状態が所定の可変速範囲を逸脱しそうにな
ることを防ぐように動作するようにしたものである。
しながら、これが所定の可変速範囲を逸脱しそうになな
った次に動作して所定の可変速範囲へと回転状態を押し
戻すものである。そして、この第3の周波数変換器制御
手段は第1,第2の周波数変換器制御手段と同様に周波数
変換器の電力出力を変化させて電動機に制御するが、こ
れらの周波数変換器制御手段に優先して動作するように
する。具体的には第2の周波数変換器制御手段の応答速
度より速い応答速度で電動器を動作させるようにして、
電動機の回転状態が所定の可変速範囲を逸脱しそうにな
ることを防ぐように動作するようにしたものである。
第1図は最近考えられている可変速揚水システムの例
を示しており(尚、電力制御の為の交流励磁回路につい
ての詳細は本発明に直接関係しないので図示していな
い。)外部からの電力指令Poとその時の総落差HST(ポ
ンプの上下貯水槽の単純な水位差を示す。これに対し実
揚程Hは総落差HSTと該揚水系統の水路損失を加算した
ものと定義される。該揚水系統の立地条件により運動時
の水位変動(HST変動)がない場合は、このHSTを省略し
てもよい。以下入力信号として定義するHSTは同様であ
る。)を入力としてその時の適正回転速度NOPTを演算す
る回転速度回数発生器12からの出力信号NOPTと実際の回
転速度Nを比較する比較器18と電力制御補正信号発生器
16,電力制御器7,電力周波数変換器3,電動器2,慣性モー
メントGD2よりなる第1の周波数変換器制御手段の制御
ループを負帰還回路に構成する。
を示しており(尚、電力制御の為の交流励磁回路につい
ての詳細は本発明に直接関係しないので図示していな
い。)外部からの電力指令Poとその時の総落差HST(ポ
ンプの上下貯水槽の単純な水位差を示す。これに対し実
揚程Hは総落差HSTと該揚水系統の水路損失を加算した
ものと定義される。該揚水系統の立地条件により運動時
の水位変動(HST変動)がない場合は、このHSTを省略し
てもよい。以下入力信号として定義するHSTは同様であ
る。)を入力としてその時の適正回転速度NOPTを演算す
る回転速度回数発生器12からの出力信号NOPTと実際の回
転速度Nを比較する比較器18と電力制御補正信号発生器
16,電力制御器7,電力周波数変換器3,電動器2,慣性モー
メントGD2よりなる第1の周波数変換器制御手段の制御
ループを負帰還回路に構成する。
尚GD2は電動機とポンプが有する慣性モーメントの作
用を示すためのブロックで別の装置がある訳ではない。
又NOPTとNの偏差をゼロにするために電力制御補正信号
発生器16には積分要素が含まれる。電力制御補正信号発
生器16の出力である補正信号εは電力指令Poと加算され
この合成信号Po+εと実際の電動機出力PMが比較され
る。
用を示すためのブロックで別の装置がある訳ではない。
又NOPTとNの偏差をゼロにするために電力制御補正信号
発生器16には積分要素が含まれる。電力制御補正信号発
生器16の出力である補正信号εは電力指令Poと加算され
この合成信号Po+εと実際の電動機出力PMが比較され
る。
電力制御器7,電力変換器3,発電電動機2及び実際の電
動器出力PMの復元回路よりなる第2の周波数変換器制御
手段の電力制御ループは負帰回路に構成され電力制御器
7には(PO+ε)とPMの偏差をゼロにするため積分要素
が含まれる。負荷指令POと総落差HSTを入力としてその
時の適正案内羽根開度YOPTを演算する案内羽根開度関数
発生器13とその出力信号YOPTと実際の案内羽根開度Yを
比較する比較器21と案内羽根制御器9で実際の案内羽根
開度Yの復元より成る制御ループを負帰還回路に構成
し、案内羽根制御器9に含まれる積分要素によりYOPTと
Yの偏差がゼロとなるように案内羽根が制御される。か
くして前記回転速度制御回路によりN=NOPT、前記電力
制御回路によりPM=PO+ε、前記案内羽根制御回路によ
りY=YOPTとすることができる。ここでポンプが要求す
る入力PPと実際の電動機への入力PMの偏差は電動機及び
ポンプの慣性モーメント(GD2)に入力される。ところ
で慣性モーメントは一種の積分要求と見なせる。
動器出力PMの復元回路よりなる第2の周波数変換器制御
手段の電力制御ループは負帰回路に構成され電力制御器
7には(PO+ε)とPMの偏差をゼロにするため積分要素
が含まれる。負荷指令POと総落差HSTを入力としてその
時の適正案内羽根開度YOPTを演算する案内羽根開度関数
発生器13とその出力信号YOPTと実際の案内羽根開度Yを
比較する比較器21と案内羽根制御器9で実際の案内羽根
開度Yの復元より成る制御ループを負帰還回路に構成
し、案内羽根制御器9に含まれる積分要素によりYOPTと
Yの偏差がゼロとなるように案内羽根が制御される。か
くして前記回転速度制御回路によりN=NOPT、前記電力
制御回路によりPM=PO+ε、前記案内羽根制御回路によ
りY=YOPTとすることができる。ここでポンプが要求す
る入力PPと実際の電動機への入力PMの偏差は電動機及び
ポンプの慣性モーメント(GD2)に入力される。ところ
で慣性モーメントは一種の積分要求と見なせる。
又前述の通り電力制御補正信号発生器16,電力制御器
7,電力周波数変換器3,電動機2,GD2と実際の回転数Nの
復元より成る回転速度制御回路は負帰還回路に構成され
ているのでPMとPPの偏差がゼロとなるように制御され
る。即ちPM=PP、また前記関数発生器の誤差を無視すれ
ばYOPT=PO相当、であるのでPPは元々PO相当に、即ちPP
=POに制御されている筈である。以上纏めるとPO=PP=
PM=PO+εとなり、電力補正信号εは最終的にはゼロに
される。以上より外部からの電力指令POに応じて実際の
入力PMを制御することができる。
7,電力周波数変換器3,電動機2,GD2と実際の回転数Nの
復元より成る回転速度制御回路は負帰還回路に構成され
ているのでPMとPPの偏差がゼロとなるように制御され
る。即ちPM=PP、また前記関数発生器の誤差を無視すれ
ばYOPT=PO相当、であるのでPPは元々PO相当に、即ちPP
=POに制御されている筈である。以上纏めるとPO=PP=
PM=PO+εとなり、電力補正信号εは最終的にはゼロに
される。以上より外部からの電力指令POに応じて実際の
入力PMを制御することができる。
第1図の例に対する上記説明をグラフに示したのが第
9図である。時点t0で駆動出力指令POがステップ状に立
上がれらた場合の応答を示す。まず電動機出力PMは僅か
の遅れをもってグラフgの如く立上がる。又案内羽根開
度回数発生器の出力YOPTや回転速度関数発生器NOPTの出
力は関数発生器が個有に持っている時定数や特別に与え
た追加時定数によって各々グラフb,cの如く応答する。
グラフbのYOPTに対する実際の案内羽根開度Yの応答は
比較的速くdの様になる。尚Yの応答に直線部分がある
のは案内羽根が案内羽根サーボモーターの開速度制限
(これは案内羽根用配圧弁のストローク制限等で与え
る)によって制限を受けている場合を示す。ポンプの回
転速度Nはグラフgの電動機出力PMとグラフeのポンプ
入力PPの差によって加速されグラフfの様に上昇し最終
的にN=NOPTに達した時点で上昇が止む。尚そのポンプ
入力PPは第6図の如く、案内羽根開度Yの上昇と回転速
度Nの上昇の両方による増分が加算されグラフeの如く
増大する。グラフfでは回転速度Nの動きはゆっくり乍
ら安定であるが、これは電力補正信号発信器16に充分な
ダンピング作用を与えたためである。これは例えば電力
補正信号圧心器16を比例要素と積分要素の並列回路で構
成し、それらのゲインを適切に選ぶことによって達成で
きる。
9図である。時点t0で駆動出力指令POがステップ状に立
上がれらた場合の応答を示す。まず電動機出力PMは僅か
の遅れをもってグラフgの如く立上がる。又案内羽根開
度回数発生器の出力YOPTや回転速度関数発生器NOPTの出
力は関数発生器が個有に持っている時定数や特別に与え
た追加時定数によって各々グラフb,cの如く応答する。
グラフbのYOPTに対する実際の案内羽根開度Yの応答は
比較的速くdの様になる。尚Yの応答に直線部分がある
のは案内羽根が案内羽根サーボモーターの開速度制限
(これは案内羽根用配圧弁のストローク制限等で与え
る)によって制限を受けている場合を示す。ポンプの回
転速度Nはグラフgの電動機出力PMとグラフeのポンプ
入力PPの差によって加速されグラフfの様に上昇し最終
的にN=NOPTに達した時点で上昇が止む。尚そのポンプ
入力PPは第6図の如く、案内羽根開度Yの上昇と回転速
度Nの上昇の両方による増分が加算されグラフeの如く
増大する。グラフfでは回転速度Nの動きはゆっくり乍
ら安定であるが、これは電力補正信号発信器16に充分な
ダンピング作用を与えたためである。これは例えば電力
補正信号圧心器16を比例要素と積分要素の並列回路で構
成し、それらのゲインを適切に選ぶことによって達成で
きる。
第2図は上記第1図の制御回路により巻線形誘導機2
を可変速電動機として用いた最近考えられている可変速
揚水システムの構成を示す一例である。図中同一番号は
同一品で示す。巻線形誘導機2の1次側が電力系統1に
接続されて2次側が電力変換器3に接続され誘導機2の
入力は、電力変換器3による交流励磁電流の位相や電圧
制御により制御される。実際の入力PMは電力検出器6に
より検出された比較器20へ又実際の回転速度Nは回転速
度検出器5により検出された比較器18へ各々入力され
る。
を可変速電動機として用いた最近考えられている可変速
揚水システムの構成を示す一例である。図中同一番号は
同一品で示す。巻線形誘導機2の1次側が電力系統1に
接続されて2次側が電力変換器3に接続され誘導機2の
入力は、電力変換器3による交流励磁電流の位相や電圧
制御により制御される。実際の入力PMは電力検出器6に
より検出された比較器20へ又実際の回転速度Nは回転速
度検出器5により検出された比較器18へ各々入力され
る。
第3図は、第1図の制御回路による別の例を示す構成
図で可変側電動機として同期機10を用い、系統1と同期
機10との間に電力変換器17を用いた場合である。この電
力変換器への位相指令との突合せのため位相検出器11を
設けている。
図で可変側電動機として同期機10を用い、系統1と同期
機10との間に電力変換器17を用いた場合である。この電
力変換器への位相指令との突合せのため位相検出器11を
設けている。
第4図は第1図等の案内羽根開度関数発生器13の一
例、第5図は同じく回転速関数発生器12の一例を示すも
ので各々負荷指令POと実揚程Hにより各々の指令値が演
算される。尚図中のa〜f点及びa′〜f′点は第6図
に示すポンプ特性図の各点に対応している。第6図は、
第7図のポンプ特性図を基に作成したもので図中103,10
3′,103″は第7図の如く回転速度一定の下で求めた揚
水料Qに対する実揚程H曲線102,102′の包絡特性(点
線)を他のいくつかの回転速度でも求めてこれら包絡曲
線を回転速度をパラメーターにしてまとめて描いたもの
である。図中104,104′104″はその図103,103′,103″
の特性より揚水量Qに対するポンプ負荷PPを示したもの
である。これよりポンプ固有特性により制約される包絡
線運転を維持しながらその次の運転条件に対応する最適
運転点が上記2種の関数発生器に与えられること及び、
実際の回転速度Nと案内羽根開度Yは該関数発生器出力
であるNOPT,YOPT合致するように各々制御することが必
要であることが分る。尚第4図,第5図の横軸は説明を
簡単にするために実用程H(第6図のタテ軸)とした
が、この例は総落差HSHを信号として用いている。その
場合は、第6図の一点鎖線で示す様に総落差から揚水量
Qの関係となる水路損失を引いて実揚程の線とした曲線
により適正点を定義すればよく、f点で示す様になる。
また第7図に一点鎖線で示す曲線は、案内羽根開度をY2
に固定した場合に回転速度をN2からN3に変えたときの特
性曲線を示し最適効率点であるa相当の運転点が最高効
率のままc点に移る様子を示している。この様に全包絡
線上の運転点をいくつかの回転速度の下で求めてプロッ
トしたのが第6図の局104,104′,104″である。尚第4
図においてY3>Y2>Y1の関係があり、入力がH1,P3の時
のe点相当のYOPTはY2とY3の補間で求める。又同様に第
5図においてはN3>N2>N1の関係があり入力に応じてN
OPTを演算する。例えば入力がH1′,P2′の場合NOPTはN2
とN3の補間で求める。
例、第5図は同じく回転速関数発生器12の一例を示すも
ので各々負荷指令POと実揚程Hにより各々の指令値が演
算される。尚図中のa〜f点及びa′〜f′点は第6図
に示すポンプ特性図の各点に対応している。第6図は、
第7図のポンプ特性図を基に作成したもので図中103,10
3′,103″は第7図の如く回転速度一定の下で求めた揚
水料Qに対する実揚程H曲線102,102′の包絡特性(点
線)を他のいくつかの回転速度でも求めてこれら包絡曲
線を回転速度をパラメーターにしてまとめて描いたもの
である。図中104,104′104″はその図103,103′,103″
の特性より揚水量Qに対するポンプ負荷PPを示したもの
である。これよりポンプ固有特性により制約される包絡
線運転を維持しながらその次の運転条件に対応する最適
運転点が上記2種の関数発生器に与えられること及び、
実際の回転速度Nと案内羽根開度Yは該関数発生器出力
であるNOPT,YOPT合致するように各々制御することが必
要であることが分る。尚第4図,第5図の横軸は説明を
簡単にするために実用程H(第6図のタテ軸)とした
が、この例は総落差HSHを信号として用いている。その
場合は、第6図の一点鎖線で示す様に総落差から揚水量
Qの関係となる水路損失を引いて実揚程の線とした曲線
により適正点を定義すればよく、f点で示す様になる。
また第7図に一点鎖線で示す曲線は、案内羽根開度をY2
に固定した場合に回転速度をN2からN3に変えたときの特
性曲線を示し最適効率点であるa相当の運転点が最高効
率のままc点に移る様子を示している。この様に全包絡
線上の運転点をいくつかの回転速度の下で求めてプロッ
トしたのが第6図の局104,104′,104″である。尚第4
図においてY3>Y2>Y1の関係があり、入力がH1,P3の時
のe点相当のYOPTはY2とY3の補間で求める。又同様に第
5図においてはN3>N2>N1の関係があり入力に応じてN
OPTを演算する。例えば入力がH1′,P2′の場合NOPTはN2
とN3の補間で求める。
第10図は、第2図の変形例である。この場合は案内羽
根開度関数発生器8への入力を回転速度信号NOPTとして
いる。
根開度関数発生器8への入力を回転速度信号NOPTとして
いる。
これは回転速度関数発生器12が電力指令PO相当の適正
回転速度指令NOPTを支えること即ちPOとNOPTには一定の
関数関係が成立しているため案内羽根開度関数発生器8
の関数を工夫すればYOPT=f(Po,H)の代りにYOPT=
f′(POPT,H)となり入力のPOの代りにNOPTを使えるこ
とが解る。
回転速度指令NOPTを支えること即ちPOとNOPTには一定の
関数関係が成立しているため案内羽根開度関数発生器8
の関数を工夫すればYOPT=f(Po,H)の代りにYOPT=
f′(POPT,H)となり入力のPOの代りにNOPTを使えるこ
とが解る。
更に第11図は第10図の変形で上述の第2B図の説明に加
えて回転速度制御回路(NOPT→電力制御補正信号発生器
16→電力制御器7→電力周波数変換器3→N)により実
際のN=NOPTに制御されていることを考慮すれば容易に
第10図の案内羽根開度関数発生器8の入力NOPT図代りに
Nの使ってもその精度は余り変らないことが理解でき
る。
えて回転速度制御回路(NOPT→電力制御補正信号発生器
16→電力制御器7→電力周波数変換器3→N)により実
際のN=NOPTに制御されていることを考慮すれば容易に
第10図の案内羽根開度関数発生器8の入力NOPT図代りに
Nの使ってもその精度は余り変らないことが理解でき
る。
そして第8図は本発明の一実施例を示したものであり
第1図の装置構成に対して特に適正回転速度制御ループ
に、回転速度が定格値(例えばすべりゼロ相当の回転速
度)の上側へθ1以上外れたり、下側へθ2以上外れた
ら、外れ度合に投じて信号を発生する不動帯22及び蹴り
返しゲイン設定器23及び加算器24を追加し、電力指令PO
の入力回路上に一種の遅れ要素25を追加した例である。
第1図の装置構成に対して特に適正回転速度制御ループ
に、回転速度が定格値(例えばすべりゼロ相当の回転速
度)の上側へθ1以上外れたり、下側へθ2以上外れた
ら、外れ度合に投じて信号を発生する不動帯22及び蹴り
返しゲイン設定器23及び加算器24を追加し、電力指令PO
の入力回路上に一種の遅れ要素25を追加した例である。
不動帯22,蹴り返しゲイン設定器23、及び加算器24に
より第3の周波数変換器制御手段である前述の回転速度
蹴り返し制御部分を構成する。
より第3の周波数変換器制御手段である前述の回転速度
蹴り返し制御部分を構成する。
ゲインKNは1.0より断然大きい値に設定しておくので
回転速度が定格値より上へθ1又は下へθ2外れると大
きな蹴り返し信号が加算器24を経て比較器18に与えられ
る。
回転速度が定格値より上へθ1又は下へθ2外れると大
きな蹴り返し信号が加算器24を経て比較器18に与えられ
る。
この結果、回転速度が所定の可変バンドを外れないよ
うに蹴る返すことができる。
うに蹴る返すことができる。
尚、一種の遅れ要素25は前述の回転速度蹴り返し制御
が作動している時には電力指令POがいかに急速に変動さ
れても、それが加算器19で入力される段階では補正信号
ε上に現れる蹴り返し制御信号の変化速度に比して低速
変動になるように修正して結果的に回転速度蹴り返し制
御が優先されるように駄目押しを図ったものである。
が作動している時には電力指令POがいかに急速に変動さ
れても、それが加算器19で入力される段階では補正信号
ε上に現れる蹴り返し制御信号の変化速度に比して低速
変動になるように修正して結果的に回転速度蹴り返し制
御が優先されるように駄目押しを図ったものである。
尚、回転速度の可変バンドは電力変換器の容量やポン
プの運転特性、特に高落差時の逆流現象発生領域と離れ
等によって決るものである。
プの運転特性、特に高落差時の逆流現象発生領域と離れ
等によって決るものである。
さて上述の可変速揚水システムにおいて、案内羽根開
度適正化制御の応答速度はポンプの上下流水路の水撃現
象を考慮して決められるべきであり、勝手に速くできな
い。
度適正化制御の応答速度はポンプの上下流水路の水撃現
象を考慮して決められるべきであり、勝手に速くできな
い。
これに対し駆動出力制御は電動機の制御系が許す限り
高速応答にしてほしいという電力系統側からの要求があ
り、これを考慮すると応答速度比較は駆動出力制御>案
内羽根開度適正化制御が妥当で望ましい。
高速応答にしてほしいという電力系統側からの要求があ
り、これを考慮すると応答速度比較は駆動出力制御>案
内羽根開度適正化制御が妥当で望ましい。
尚、第8図において駆動出力制御系はPO→遅れ要素25
→加算器19→比較器20→電力制御器7→電力周波数変換
器3→電動機2→PM→20で構成され、案内羽根開度適正
化制御系はPO→遅れ要素25→案内羽根開度関数発生器13
→YOPT→比較器21→案内羽根制御9→Y→で構成され
る。
→加算器19→比較器20→電力制御器7→電力周波数変換
器3→電動機2→PM→20で構成され、案内羽根開度適正
化制御系はPO→遅れ要素25→案内羽根開度関数発生器13
→YOPT→比較器21→案内羽根制御9→Y→で構成され
る。
又ポンプの回転速度は電動機の駆動出力とポンプの案
内羽根開度適正化制御に応じて決るポンプ入力の差から
変動を生ずるものであるためこれら要因よりも充分低い
応答速度でシステムの安定性確保を主眼にして制御され
るべきである。
内羽根開度適正化制御に応じて決るポンプ入力の差から
変動を生ずるものであるためこれら要因よりも充分低い
応答速度でシステムの安定性確保を主眼にして制御され
るべきである。
以上を総合すると各種の構成制御の応答速度比較は回
転速度蹴り返し制御>駆動出力制御>案内羽根開度適正
化制御>回転速度制御の関係にすることが望ましい。
転速度蹴り返し制御>駆動出力制御>案内羽根開度適正
化制御>回転速度制御の関係にすることが望ましい。
尚、第8図において回転速度制御系はPO→遅れ要素25
→回転速度関数発生器12→NOPT→比較器18→電力制御補
正信号発生器16→ε→加算器19→比較器20→電力制御器
7→電力周波数変換器3→電動機2→PM→GD2→N→加
算器24→比較器18で構成され回転速度蹴り返し制御系は
N→不動帯22→蹴り返しゲイン設定器23→加算器24→比
較器18→電力制御補正信号発生器16→ε→19→比較器20
→電極制御器7→電力周波数変換器3→電動力2→PM→
GD2→Nで構成される。
→回転速度関数発生器12→NOPT→比較器18→電力制御補
正信号発生器16→ε→加算器19→比較器20→電力制御器
7→電力周波数変換器3→電動機2→PM→GD2→N→加
算器24→比較器18で構成され回転速度蹴り返し制御系は
N→不動帯22→蹴り返しゲイン設定器23→加算器24→比
較器18→電力制御補正信号発生器16→ε→19→比較器20
→電極制御器7→電力周波数変換器3→電動力2→PM→
GD2→Nで構成される。
尚、第8図では回転速度蹴り返し回路の出力を回転速
度制御回路に合成して入力しているが電力指令POを直接
補正するように入力してもその効果は変らない。
度制御回路に合成して入力しているが電力指令POを直接
補正するように入力してもその効果は変らない。
又第1図,第2図,第2A図,第2B図,第3図及び第8
図では発電動機G/Mの制御は第2の周波数変換器制御手
段である電力制御を主体にし、電力指令を与え、実際の
電動機出力PMがこれを追従するように構成し電力指令に
回転速度適正化制御信号εを補正信号の形で合成させて
いるが、この変形で第1の周波数変換器制御手段である
回転速度制御を主体にし、適正回転速度指令NOPTを与え
これに実際に回転速度Nを追従させるように構成し、適
正回転速度指令NOPTに電力指令POと実電動機出力PMの差
をゼロならしめるように作用する補正信号を合成させる
実施例も考えられる。もちろんこの場合も本発明の応答
速度比較は適用できる。
図では発電動機G/Mの制御は第2の周波数変換器制御手
段である電力制御を主体にし、電力指令を与え、実際の
電動機出力PMがこれを追従するように構成し電力指令に
回転速度適正化制御信号εを補正信号の形で合成させて
いるが、この変形で第1の周波数変換器制御手段である
回転速度制御を主体にし、適正回転速度指令NOPTを与え
これに実際に回転速度Nを追従させるように構成し、適
正回転速度指令NOPTに電力指令POと実電動機出力PMの差
をゼロならしめるように作用する補正信号を合成させる
実施例も考えられる。もちろんこの場合も本発明の応答
速度比較は適用できる。
尚上述において応答速度は一般に線形の制御系に使用
されている時定数(あるステップ入力に対し、出力が相
当目標値の63%に達する時間)で管理してもよく、案内
羽根開閉速度制限等非線形要素の影響も考慮して目標値
の上/下の所定のバンド内に落ち着くまでの時間等で管
理してもよい。
されている時定数(あるステップ入力に対し、出力が相
当目標値の63%に達する時間)で管理してもよく、案内
羽根開閉速度制限等非線形要素の影響も考慮して目標値
の上/下の所定のバンド内に落ち着くまでの時間等で管
理してもよい。
本発明の可変速揚水システムにおいては、外部からの
電力指令に応じて高速に電動機出力を可変に制御するこ
とを可能にすると共に、回転速度が所定の可変速範囲か
ら逸脱することを防ぐことができるようになるという効
果が得られる。
電力指令に応じて高速に電動機出力を可変に制御するこ
とを可能にすると共に、回転速度が所定の可変速範囲か
ら逸脱することを防ぐことができるようになるという効
果が得られる。
第1図は最近考えられている可変速揚水システムの制御
回路図、第2図は第1図による誘導電動機を用いた場合
の変形例、第3図は第2図において同期機と系統の間に
電力変換器を設けた場合の装置構成例、第4図は案内羽
根開度関数発生器の一例、第5図は回転速度関数発生の
一例、第6図は第4図,第5図を導出する可変速ポンプ
特性図、第7図はポンプ特性図、第8図は本発明の一実
施例、第9図は第1図の変形例を示すグラフ、第10図は
実際の回転速度Nの代りに適正回転速度指令信号NOPTを
入力とした場合の一実施例、第11図は第2図において案
内羽根開度関数発生器の入力を実際の回転速度とした場
合の変形例である。 1……電力系統、2……電動機、3,17……電力周波数変
換機、4……ポンプ水車、5……速度検出器、6……電
力検出器、7……電力制御器、6……速度入力による案
内羽根開度関数発生器、9……案内羽根制御器、10……
同期機、11……位相検出器、12……回転速度関数発生
器、13……P指令入力による案内羽根開度関数発生器、
16……電力制御補正信号発生器、18,20,21……比較器、
19,24……加算器、22……不動帯、23……蹴り返しゲイ
ン設定器、25……一種の遅れ要素。
回路図、第2図は第1図による誘導電動機を用いた場合
の変形例、第3図は第2図において同期機と系統の間に
電力変換器を設けた場合の装置構成例、第4図は案内羽
根開度関数発生器の一例、第5図は回転速度関数発生の
一例、第6図は第4図,第5図を導出する可変速ポンプ
特性図、第7図はポンプ特性図、第8図は本発明の一実
施例、第9図は第1図の変形例を示すグラフ、第10図は
実際の回転速度Nの代りに適正回転速度指令信号NOPTを
入力とした場合の一実施例、第11図は第2図において案
内羽根開度関数発生器の入力を実際の回転速度とした場
合の変形例である。 1……電力系統、2……電動機、3,17……電力周波数変
換機、4……ポンプ水車、5……速度検出器、6……電
力検出器、7……電力制御器、6……速度入力による案
内羽根開度関数発生器、9……案内羽根制御器、10……
同期機、11……位相検出器、12……回転速度関数発生
器、13……P指令入力による案内羽根開度関数発生器、
16……電力制御補正信号発生器、18,20,21……比較器、
19,24……加算器、22……不動帯、23……蹴り返しゲイ
ン設定器、25……一種の遅れ要素。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 博人 大阪府大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 大野 泰照 大阪府大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電力株式会社内 (56)参考文献 特開 昭48−21045(JP,A) 特開 昭63−212774(JP,A)
Claims (1)
- 【請求項1】一次巻線または、二次巻線のいずれかを周
波数変換器を介して電力系統に接続した可変速誘導電動
機と、該可変誘導電動機の回転軸に接続されたポンプ水
車とを備えた可変速揚水システムにおいて、前記可変誘
導電動機に入力される電力状態を検出する電力状態検出
手段と、前記可変誘導電動機の実回転速度を検出する回
転速度検出手段と、外部より与えられる電力指令値に応
じて前記ポンプ水車の適正回転速度指令値を発生する関
数発生器を設け、該関数発生器から与えられる適正回転
速度指令値と前記回転速度検出手段から与えられる実回
転速度値との偏差が最小になるように前記周波数変換器
の出力電力を制御する第1の周波数変換器制御手段と、
前記電力指令値と前記電力状態検出手段により与えられ
る実電力状態との偏差が最小になるように前記周波数変
換器の出力電力を制御する第2の周波数変換器制御手段
と、前記回転速度検出手段から与えられる実回転速度値
が所定の回転数領域を逸脱しようとする場合に、前記周
波数変換器の出力電力を制御して実回転速度値が前記所
定の回転数領域に戻るように動作する第3の周波数変換
器制御手段とを設け、前記第1,第2及び第3の周波数変
換器制御手段の応答速度を第3の周波数変換器制御手
段,第2の周波数変換器制御手段および第1の周波数変
換器制御手段の順に早くしたことを特徴とする可変速揚
水システム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62201711A JP2550089B2 (ja) | 1987-08-14 | 1987-08-14 | 可変速揚水システム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62201711A JP2550089B2 (ja) | 1987-08-14 | 1987-08-14 | 可変速揚水システム |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6445995A JPS6445995A (en) | 1989-02-20 |
JP2550089B2 true JP2550089B2 (ja) | 1996-10-30 |
Family
ID=16445662
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62201711A Expired - Lifetime JP2550089B2 (ja) | 1987-08-14 | 1987-08-14 | 可変速揚水システム |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2550089B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021161400A1 (ja) | 2020-02-10 | 2021-08-19 | 日立三菱水力株式会社 | 可変速揚水システム |
JP7447337B2 (ja) | 2022-07-07 | 2024-03-11 | 中国長江三峡集団有限公司 | 可変速揚水発電ユニットのポンプの動作状態の最適化方法、装置及び機器 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7342282B2 (ja) * | 2020-09-11 | 2023-09-11 | 日立三菱水力株式会社 | 発電装置及び揚水発電装置の制御方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06103023A (ja) * | 1992-04-24 | 1994-04-15 | Nec Corp | 日本語コード変換処理方式 |
-
1987
- 1987-08-14 JP JP62201711A patent/JP2550089B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021161400A1 (ja) | 2020-02-10 | 2021-08-19 | 日立三菱水力株式会社 | 可変速揚水システム |
EP4105475A4 (en) * | 2020-02-10 | 2024-01-03 | Hitachi Mitsubishi Hydro Corporation | VARIABLE SPEED PUMPING SYSTEM |
US11898531B2 (en) | 2020-02-10 | 2024-02-13 | Hitachi Mitsubishi Hydro Corporation | Variable speed pumping systems |
JP7447337B2 (ja) | 2022-07-07 | 2024-03-11 | 中国長江三峡集団有限公司 | 可変速揚水発電ユニットのポンプの動作状態の最適化方法、装置及び機器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6445995A (en) | 1989-02-20 |
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JPH0250317B2 (ja) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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