JPH06233579A - 揚水運転制御方法及びその制御装置 - Google Patents
揚水運転制御方法及びその制御装置Info
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- JPH06233579A JPH06233579A JP5013581A JP1358193A JPH06233579A JP H06233579 A JPH06233579 A JP H06233579A JP 5013581 A JP5013581 A JP 5013581A JP 1358193 A JP1358193 A JP 1358193A JP H06233579 A JPH06233579 A JP H06233579A
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- 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
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- Control Of Eletrric Generators (AREA)
- Control Of Water Turbines (AREA)
- Motor And Converter Starters (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 可変速機で駆動されるポンプ水車の揚水起動
時間の短縮と回転速度変動を抑制する制御方法及びその
制御装置。 【構成】 制御装置の構成は有効電力指令及び回転速度
指令を出力する関数発生器110と、有効電力制御(A
PR)手段111及び回転速度制御(ASR)手段11
2と、シーケンス条件により回転速度指令と実回転速度
の偏差と揚程に応じて回転速度補償を出力する回転速度
補償手段113と、下限回転速度N0※と実回転速度N
を比較して、始動装置14を切離し、並列操作指令を出
力する回転速度比較手段116。ランナ空転時に下限回
転速度で可変速機を系統並列することにより、起動から
並列までの時間を最短にする。系統要求に迅速に対応で
きる。
時間の短縮と回転速度変動を抑制する制御方法及びその
制御装置。 【構成】 制御装置の構成は有効電力指令及び回転速度
指令を出力する関数発生器110と、有効電力制御(A
PR)手段111及び回転速度制御(ASR)手段11
2と、シーケンス条件により回転速度指令と実回転速度
の偏差と揚程に応じて回転速度補償を出力する回転速度
補償手段113と、下限回転速度N0※と実回転速度N
を比較して、始動装置14を切離し、並列操作指令を出
力する回転速度比較手段116。ランナ空転時に下限回
転速度で可変速機を系統並列することにより、起動から
並列までの時間を最短にする。系統要求に迅速に対応で
きる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、二次巻線励磁形の交流
励磁同期機により駆動されるポンプ水車に係り、特に、
揚水運転制御方法及びその制御装置に関する。
励磁同期機により駆動されるポンプ水車に係り、特に、
揚水運転制御方法及びその制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、揚水発電所で用いられる発電電動
機は、系統周波数によって決まる一定回転数で運転する
同期機であった。しかしこれでは、揚水運転時に入力電
力の調整が行えず、系統運用の上で系統周波数調整能力
が不足するという問題点が生じてきた。このため、従来
の同期回転速度運転の発電電動機に代えて、二次励磁形
の交流励磁同期機(以下、これを可変速機と称す)を採
用し同期回転速度以外の回転数でも運転ができ、揚水時
の入力電力調整が可能な可変速揚水発電所が建設される
ようになった。
機は、系統周波数によって決まる一定回転数で運転する
同期機であった。しかしこれでは、揚水運転時に入力電
力の調整が行えず、系統運用の上で系統周波数調整能力
が不足するという問題点が生じてきた。このため、従来
の同期回転速度運転の発電電動機に代えて、二次励磁形
の交流励磁同期機(以下、これを可変速機と称す)を採
用し同期回転速度以外の回転数でも運転ができ、揚水時
の入力電力調整が可能な可変速揚水発電所が建設される
ようになった。
【0003】さらに近年、電力需要の伸びは急速なもの
があり、昼間、夜間を問わず発電又は揚水運転の短時間
での立上げが要求される様になってきている。また、パ
ワーエレクトロニクス技術の発達に伴い、二次励磁を行
うのに用いられる周波数変換器の技術進歩と価格低下で
更に採用が進む傾向にあり、今後は大容量揚水発電所だ
けでなく、比較的小さな中小水力でも水運用上のメリッ
トから可変速揚水発電システムの適用が考えられてい
る。
があり、昼間、夜間を問わず発電又は揚水運転の短時間
での立上げが要求される様になってきている。また、パ
ワーエレクトロニクス技術の発達に伴い、二次励磁を行
うのに用いられる周波数変換器の技術進歩と価格低下で
更に採用が進む傾向にあり、今後は大容量揚水発電所だ
けでなく、比較的小さな中小水力でも水運用上のメリッ
トから可変速揚水発電システムの適用が考えられてい
る。
【0004】揚水起動時は、可変速揚水発電システムに
おいても従来の同期機と同様に、起動トルクを低減する
ために、通常は水中にあるランナをポンプ水車吸出管の
水面を押下げて空中で回転する状態にする。その後、始
動装置又は周波数変換器を使用して可変速機を昇速した
のち系統に並列し、ついで前記水面押下げを解除し、水
面が上昇してランナを充水してポンプの吐出圧力が急速
に高まるプライミング水圧確立の後に、ガイドベーンを
開いて実揚水が始まる。これらの運転方法については、
特開昭62−236379号公報、特開昭63−738
89号公報に記載されているが、可変速機の特徴を生か
した短時間での立上げ方法については考慮されていな
い。
おいても従来の同期機と同様に、起動トルクを低減する
ために、通常は水中にあるランナをポンプ水車吸出管の
水面を押下げて空中で回転する状態にする。その後、始
動装置又は周波数変換器を使用して可変速機を昇速した
のち系統に並列し、ついで前記水面押下げを解除し、水
面が上昇してランナを充水してポンプの吐出圧力が急速
に高まるプライミング水圧確立の後に、ガイドベーンを
開いて実揚水が始まる。これらの運転方法については、
特開昭62−236379号公報、特開昭63−738
89号公報に記載されているが、可変速機の特徴を生か
した短時間での立上げ方法については考慮されていな
い。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来技術でも、可変速
機を用いることにより系統並列時の回転速度を従来の同
期機の同期回転速度よりも低く設定できるが、その系統
並列時の回転速度は揚程により異なる。よって、実揚水
開始までの時間も揚程によって変化することになり、系
統運用上の要求である如何なる場合でも高速な立上げを
することに対応できなくなる。更に、揚程が高い場合、
系統並列時の回転速度が高くなるので可変速機が必要と
する起動容量が大きくなる。したがって、始動装置や周
波数変換器などの始動に用いられる機器容量の可変速機
の起動容量に対する裕度が少なくなり、加速に増々時間
がかかり、揚水開始までの時間のバラツキも増加する傾
向にある。
機を用いることにより系統並列時の回転速度を従来の同
期機の同期回転速度よりも低く設定できるが、その系統
並列時の回転速度は揚程により異なる。よって、実揚水
開始までの時間も揚程によって変化することになり、系
統運用上の要求である如何なる場合でも高速な立上げを
することに対応できなくなる。更に、揚程が高い場合、
系統並列時の回転速度が高くなるので可変速機が必要と
する起動容量が大きくなる。したがって、始動装置や周
波数変換器などの始動に用いられる機器容量の可変速機
の起動容量に対する裕度が少なくなり、加速に増々時間
がかかり、揚水開始までの時間のバラツキも増加する傾
向にある。
【0006】また、揚水起動の過程においては、水面押
下げ解除後のランナ接水時、プライミング水圧確立時等
には可変速機の負荷は大きく変化し、回転速度変動の原
因となる。
下げ解除後のランナ接水時、プライミング水圧確立時等
には可変速機の負荷は大きく変化し、回転速度変動の原
因となる。
【0007】本発明の目的は、第1に可変速機の揚水起
動の過程において、実揚水開始までに要する時間を短縮
し、第2に揚水起動過程の大きい負荷変化時に回転速度
の変動を抑制し、第3に揚水状態で調相運転時、効率を
向上させる揚水運転制御方法及びその制御装置を提供す
ることにある。
動の過程において、実揚水開始までに要する時間を短縮
し、第2に揚水起動過程の大きい負荷変化時に回転速度
の変動を抑制し、第3に揚水状態で調相運転時、効率を
向上させる揚水運転制御方法及びその制御装置を提供す
ることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の第1の目的を達成
するために、一次巻線が遮断器を介して電力系統に接続
され、二次巻線が周波数変換器の出力で交流励磁される
可変速電動機を用いるポンプ水車の揚水運転制御方法に
おいて、水面押下装置で水面を押し下げてランナ空転状
態で始動装置により前記可変速電動機を回転し、前記可
変速電動機の回転速度が設定回転速度を超えたとき、前
記可変速電動機から前記始動装置の接続用開閉器を開路
したのち前記遮断器を投入し、その後設定回転速度指令
により定常揚水運転回転速度まで加速することを特徴と
した揚水運転制御方法及び制御装置としたのである。
するために、一次巻線が遮断器を介して電力系統に接続
され、二次巻線が周波数変換器の出力で交流励磁される
可変速電動機を用いるポンプ水車の揚水運転制御方法に
おいて、水面押下装置で水面を押し下げてランナ空転状
態で始動装置により前記可変速電動機を回転し、前記可
変速電動機の回転速度が設定回転速度を超えたとき、前
記可変速電動機から前記始動装置の接続用開閉器を開路
したのち前記遮断器を投入し、その後設定回転速度指令
により定常揚水運転回転速度まで加速することを特徴と
した揚水運転制御方法及び制御装置としたのである。
【0009】前記設定回転速度及び設定回転速度指令
を、前記周波数変換器の出力電圧が、前記下限回転速度
から定常揚水運転回転速度まで加速する期間中、前記可
変速機の誘起電圧に前記可変速機二次巻線の励磁回路電
圧降下を加算した電圧以上であるように設定したのであ
る。
を、前記周波数変換器の出力電圧が、前記下限回転速度
から定常揚水運転回転速度まで加速する期間中、前記可
変速機の誘起電圧に前記可変速機二次巻線の励磁回路電
圧降下を加算した電圧以上であるように設定したのであ
る。
【0010】第2の目的を達成するために、前記設定回
転速度指令を、該設定回転速度指令と実回転速度との偏
差を低減するように設定するか、前記設定回転速度指令
を、該設定回転速度指令と実回転速度との偏差を低減す
るように設定される指令と、実回転速度との偏差を低減
するように設定したのである。
転速度指令を、該設定回転速度指令と実回転速度との偏
差を低減するように設定するか、前記設定回転速度指令
を、該設定回転速度指令と実回転速度との偏差を低減す
るように設定される指令と、実回転速度との偏差を低減
するように設定したのである。
【0011】第3の目的を達成するために、前記可変速
電動機から前記始動装置の接続用開閉器を開路したのち
前記遮断器を投入し、前記設定回転速度と実回転速度と
の偏差を低減するように設定される回転速度制御をする
ことにより、前記設定回転速度にて揚水調相運転するこ
とが望ましい。
電動機から前記始動装置の接続用開閉器を開路したのち
前記遮断器を投入し、前記設定回転速度と実回転速度と
の偏差を低減するように設定される回転速度制御をする
ことにより、前記設定回転速度にて揚水調相運転するこ
とが望ましい。
【0012】
【作用】このように構成することにより、本発明によれ
ば次の作用により上記の目的が達成される。
ば次の作用により上記の目的が達成される。
【0013】第1の目的である実揚水開始までに要する
時間の短縮は、ランナの回転速度を空転状態で上昇し、
設定回転速度に達したら可変速機の一次巻線と始動装置
の間の開閉器を開路し電力系統並列用遮断器を投入して
系統並列することでなされる。 この設定回転速度は、
可変速機を電力系統へ並列接続したのち定常揚水運転回
転速度まで加速できる下限の回転速度であり、予め、入
力有効電力、揚程、定常揚水運転回転速度から求めるこ
とができる。このように低回転速度、即ち起動初期に系
統へ並列するので、その後の回転速度上昇を急速にでき
る。
時間の短縮は、ランナの回転速度を空転状態で上昇し、
設定回転速度に達したら可変速機の一次巻線と始動装置
の間の開閉器を開路し電力系統並列用遮断器を投入して
系統並列することでなされる。 この設定回転速度は、
可変速機を電力系統へ並列接続したのち定常揚水運転回
転速度まで加速できる下限の回転速度であり、予め、入
力有効電力、揚程、定常揚水運転回転速度から求めるこ
とができる。このように低回転速度、即ち起動初期に系
統へ並列するので、その後の回転速度上昇を急速にでき
る。
【0014】さらに、回転速度上昇中に、その回転速度
を加速するために、当初の回転速度指令と実回転速度の
偏差を求め、さらに揚程の高低を考慮した回転速度補償
指令を出力することや、揚水起動シーケンス中のプライ
ミング水圧確立条件を省略して、条件確認に要する時間
を除くなどして定常揚水運転に達する時間を短縮するよ
うに制御することでも達成される。
を加速するために、当初の回転速度指令と実回転速度の
偏差を求め、さらに揚程の高低を考慮した回転速度補償
指令を出力することや、揚水起動シーケンス中のプライ
ミング水圧確立条件を省略して、条件確認に要する時間
を除くなどして定常揚水運転に達する時間を短縮するよ
うに制御することでも達成される。
【0015】このとき、前記励磁用周波数変換器の出力
電圧を、設定回転速度から定常揚水運転回転速度まで加
速する期間中、前記可変速機の誘起電圧に二次巻線の励
磁回路電圧降下を加算した電圧以上であるように設定し
ているので、起動期間中必要な起動容量が確保されてお
り、容量不足により起動時間が延びるようなことはな
い。
電圧を、設定回転速度から定常揚水運転回転速度まで加
速する期間中、前記可変速機の誘起電圧に二次巻線の励
磁回路電圧降下を加算した電圧以上であるように設定し
ているので、起動期間中必要な起動容量が確保されてお
り、容量不足により起動時間が延びるようなことはな
い。
【0016】第2の目的である回転速度変動の抑制は、
回転速度指令と実回転速度の偏差を検出して、回転速度
制御を行うことによりなされる。水面押下げ解除操作し
たのちのランナ接水時や、実揚水開始時のトルク変動の
大きいときには、その変動を当初の回転速度指令と実回
転速度の偏差として求め、偏差を低減するように回転速
度指令が出されているので回転速度変動は抑制される。
回転速度指令と実回転速度の偏差を検出して、回転速度
制御を行うことによりなされる。水面押下げ解除操作し
たのちのランナ接水時や、実揚水開始時のトルク変動の
大きいときには、その変動を当初の回転速度指令と実回
転速度の偏差として求め、偏差を低減するように回転速
度指令が出されているので回転速度変動は抑制される。
【0017】第3の目的である揚水調相運転時の効率向
上は、水面押下装置で水面を押し下げてランナ空転状態
で並列用遮断器を投入し、設定回転速度と実回転速度と
の偏差を低減するように設定される回転速度制御するの
で、ランナの水の抵抗が排除されるので回転損失が低減
されて達成できる。
上は、水面押下装置で水面を押し下げてランナ空転状態
で並列用遮断器を投入し、設定回転速度と実回転速度と
の偏差を低減するように設定される回転速度制御するの
で、ランナの水の抵抗が排除されるので回転損失が低減
されて達成できる。
【0018】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図を用いて説明す
る。
る。
【0019】図1は制御装置11の詳細回路図を示し、
図2は制御装置11を含む可変速機を使用した揚水発電
所の構成例を示すものである。
図2は制御装置11を含む可変速機を使用した揚水発電
所の構成例を示すものである。
【0020】図2において、可変速機1の固定子は、主
変圧器2、並列用遮断器7を介して電力系統3に接続さ
れると共に、始動用遮断器15、断路器16を介して始
動装置14に接続されている。可変速機1の回転子は、
励磁用変圧器13、周波数変換器4を介して二次励磁さ
れる。尚、周波数変換器4としては、サイクロコンバー
タ、インバータ・コンバータ等が使用できる。可変速機
1の回転子には、ポンプ水車5のランナ5aが直結され
ており、その他に、ガイドベーン駆動装置12、ガイド
ベーン5c、吸出管5b等がある。水面押下装置6は、
空気ポンプ6a、給気弁6b、排気弁6cより構成され
る。周波数変換器4の励磁制御は、制御装置11で行
い、有効電力、発電機電圧等を検出する検出器9、回転
速度を検出する回転速度検出器8、並列条件を判定し可
変速機1を系統並列操作する自動同期装置10から構成
される。尚、本実施例の揚水起動は、始動装置14を使
用したものであるが、周波数変換器4自身を使用した始
動方法においても本発明は適用できる。
変圧器2、並列用遮断器7を介して電力系統3に接続さ
れると共に、始動用遮断器15、断路器16を介して始
動装置14に接続されている。可変速機1の回転子は、
励磁用変圧器13、周波数変換器4を介して二次励磁さ
れる。尚、周波数変換器4としては、サイクロコンバー
タ、インバータ・コンバータ等が使用できる。可変速機
1の回転子には、ポンプ水車5のランナ5aが直結され
ており、その他に、ガイドベーン駆動装置12、ガイド
ベーン5c、吸出管5b等がある。水面押下装置6は、
空気ポンプ6a、給気弁6b、排気弁6cより構成され
る。周波数変換器4の励磁制御は、制御装置11で行
い、有効電力、発電機電圧等を検出する検出器9、回転
速度を検出する回転速度検出器8、並列条件を判定し可
変速機1を系統並列操作する自動同期装置10から構成
される。尚、本実施例の揚水起動は、始動装置14を使
用したものであるが、周波数変換器4自身を使用した始
動方法においても本発明は適用できる。
【0021】図3は周波数変換器4と回転子誘起電圧の
関係を示すもので、これにより水面押下げ状態で、且
つ、系統並列して運転可能な下限回転速度N0※の求め
方を説明する。主回路における機器の符号は図2と同一
である。信号E2は、可変速機1の誘起電圧、Ecは周
波数変換器4の最大出力電圧で、Zr、Icはそれぞれ
励磁回路のインピーダンスと励磁電流を示す。可変速機
1の誘起電圧E2は、一般にすべりSに比例し、数式1
の如く表される。
関係を示すもので、これにより水面押下げ状態で、且
つ、系統並列して運転可能な下限回転速度N0※の求め
方を説明する。主回路における機器の符号は図2と同一
である。信号E2は、可変速機1の誘起電圧、Ecは周
波数変換器4の最大出力電圧で、Zr、Icはそれぞれ
励磁回路のインピーダンスと励磁電流を示す。可変速機
1の誘起電圧E2は、一般にすべりSに比例し、数式1
の如く表される。
【0022】
【数1】E2=SE20 また、すべりSは数式2の如く定義される。
【0023】
【数2】S=(N0−N)/N0 ここで、N0:同期回転速度、 N:実回転速度、 E
20:S=1の誘起電圧であり、実回転速度Nが低い程、
誘起電圧E2は大きくなる。
20:S=1の誘起電圧であり、実回転速度Nが低い程、
誘起電圧E2は大きくなる。
【0024】そこで、周波数変換器4で可変速機1を運
転しうる条件は、
転しうる条件は、
【0025】
【数3】Ec>E2 且つ、加速に必要な励磁電流をIc′とすると
【0026】
【数4】Ec−E2≧Zr・Ic′ である必要がある。
【0027】数式1、2と数式4より最小の回転速度、
即ちすべりは数式5で求められる。
即ちすべりは数式5で求められる。
【0028】
【数5】S=(Ec−Zr・Ic′)/E20 尚、ここで、加速に必要な励磁電流Ic′の値として
は、水面押下げを解除後ランナ接水までのシーケンス時
間に、初期負荷時の目標回転速度に達するまでの間に必
要とする値を余裕として取れば十分である。
は、水面押下げを解除後ランナ接水までのシーケンス時
間に、初期負荷時の目標回転速度に達するまでの間に必
要とする値を余裕として取れば十分である。
【0029】このように、系統並列する回転速度を設定
することにより、電力系統運用がその揚水発電所に要求
する揚水開始までの時間に対し最適な周波数変換器の容
量決定の一条件が、例えば周波数変換器4の最大出力電
圧Ec、最大出力電流Ic′、電圧余裕などがきまるの
で、プラントの機器設計の判断基準とできる効果があ
る。技術的には、周波数変換器4を使用して停止状態か
らの起動も可能であるが、その場合、発電電動機とほぼ
同程度の周波数変換器4の容量が必要となり、経済面か
らみても実用的ではない。しかし、本発明にしたがえ
ば、周波数変換器4の容量を最適に選定できる。
することにより、電力系統運用がその揚水発電所に要求
する揚水開始までの時間に対し最適な周波数変換器の容
量決定の一条件が、例えば周波数変換器4の最大出力電
圧Ec、最大出力電流Ic′、電圧余裕などがきまるの
で、プラントの機器設計の判断基準とできる効果があ
る。技術的には、周波数変換器4を使用して停止状態か
らの起動も可能であるが、その場合、発電電動機とほぼ
同程度の周波数変換器4の容量が必要となり、経済面か
らみても実用的ではない。しかし、本発明にしたがえ
ば、周波数変換器4の容量を最適に選定できる。
【0030】ここで、制御装置11の構成について図1
を用いて説明する。外部からの有効電力指令P0と揚程
H及びシーケンス条件により有効電力指令及び回転速度
指令を出力する関数発生器110と、有効電力制御(A
PR)手段111及び回転速度制御(ASR)手段11
2と、シーケンス条件により回転速度指令と実回転速度
の偏差と揚程に応じて回転速度補償を出力する回転速度
補償手段113と、下限回転速度N0※と実回転速度N
を比較して、始動装置14を切離し、並列操作指令を出
力する回転速度比較手段116とを含んでいる。
を用いて説明する。外部からの有効電力指令P0と揚程
H及びシーケンス条件により有効電力指令及び回転速度
指令を出力する関数発生器110と、有効電力制御(A
PR)手段111及び回転速度制御(ASR)手段11
2と、シーケンス条件により回転速度指令と実回転速度
の偏差と揚程に応じて回転速度補償を出力する回転速度
補償手段113と、下限回転速度N0※と実回転速度N
を比較して、始動装置14を切離し、並列操作指令を出
力する回転速度比較手段116とを含んでいる。
【0031】加算または減算機能115aと115dは
指令値と検出値の偏差を求めるもので、前者は有効電力
指令と有効電力検出値、後者は回転速度指令と実回転速
度の偏差を求めている。同様に115bと115cは指
令値と補償手段による補償値を加算するもので、前者は
有効電力指令と回転速度制御(ASR)手段112の補
償値を、後者は回転速度指令と回転速度補償手段113
を加算している。制御装置11は、本来電圧制御及び電
流制御も含んでいるが、本実施例では可変速機1のトル
クに関係ある有効電力関係のみを示すものである。
指令値と検出値の偏差を求めるもので、前者は有効電力
指令と有効電力検出値、後者は回転速度指令と実回転速
度の偏差を求めている。同様に115bと115cは指
令値と補償手段による補償値を加算するもので、前者は
有効電力指令と回転速度制御(ASR)手段112の補
償値を、後者は回転速度指令と回転速度補償手段113
を加算している。制御装置11は、本来電圧制御及び電
流制御も含んでいるが、本実施例では可変速機1のトル
クに関係ある有効電力関係のみを示すものである。
【0032】図4(a)は有効電力指令P※と揚程Hと
回転速度Nの関係を示し、四角形ABCDの範囲内で揚
水運転が可能である。図4(b)は、揚水起動時間と回
転速度指令・速度及び始動装置14及び系統並列遮断器
7投入のタイミングを示すものである。
回転速度Nの関係を示し、四角形ABCDの範囲内で揚
水運転が可能である。図4(b)は、揚水起動時間と回
転速度指令・速度及び始動装置14及び系統並列遮断器
7投入のタイミングを示すものである。
【0033】制御装置11の主要構成手段である関数発
生器110は、外部からの有効電力指令P0に対し、揚
程Hとシーケンス条件より、有効電力指令P※及び回転
速度指令N※を出力する。その実施例を図5に示す。有
効電力指令P0と揚程Hから電力制御の指令P※と回転
速度制御の回転速度指令N※を演算する関数発生器12
0と系統並列時の回転速度を設定する設定値121を有
している。関数発生器120は、図4(a)に示す関数
により演算し指令を出力する。図5の実施例では、系統
並列時の回転速度、設定値121を※N0の一定とおい
ているが、揚程Hに対する関数としても実現でき、ま
た、数式5を検出することによっても実現できる。関数
発生器120と設定値121は、シーケンス条件により
切換える。
生器110は、外部からの有効電力指令P0に対し、揚
程Hとシーケンス条件より、有効電力指令P※及び回転
速度指令N※を出力する。その実施例を図5に示す。有
効電力指令P0と揚程Hから電力制御の指令P※と回転
速度制御の回転速度指令N※を演算する関数発生器12
0と系統並列時の回転速度を設定する設定値121を有
している。関数発生器120は、図4(a)に示す関数
により演算し指令を出力する。図5の実施例では、系統
並列時の回転速度、設定値121を※N0の一定とおい
ているが、揚程Hに対する関数としても実現でき、ま
た、数式5を検出することによっても実現できる。関数
発生器120と設定値121は、シーケンス条件により
切換える。
【0034】ここで、制御装置11の動作を、揚水起動
タイムチャートを示した図4を用いて説明する。図4
(a)に示すように揚程をH3とすると、関数発生器1
10は有効電力指令P3※、回転速度指令N3※を出力す
るが、水面押下げによるランナ空転状態では、数式5で
求められる最小の回転速度である下限値N0※を出力す
る。起動条件成立し、空気ポンプ6aと給気弁6bが動
作して水面押下げ完の条件で始動装置14使用となり、
ランナ5aは回転を始める。回転速度Nが上昇して下限
値N0※を超えると回転速度比較手段116の出力によ
り、始動用遮断器15により始動装置14を除外し、並
列操作を行い並列用遮断器7が閉じる。このタイムチャ
ートは、図4(b)に示すように、時刻t1で並列条件が
成立し、時刻t2で始動装置14を除外し、時刻t3で並列
用遮断器7が閉じられている。この条件により有効電力
制御(APR)111、回転速度制御(ASR)112
が使用となる。ここで、有効電力制御(APR)11
1、回転速度制御(ASR)112は、比例制御、積分
制御、微分制御などを単独又組合せることにより実現で
きる。
タイムチャートを示した図4を用いて説明する。図4
(a)に示すように揚程をH3とすると、関数発生器1
10は有効電力指令P3※、回転速度指令N3※を出力す
るが、水面押下げによるランナ空転状態では、数式5で
求められる最小の回転速度である下限値N0※を出力す
る。起動条件成立し、空気ポンプ6aと給気弁6bが動
作して水面押下げ完の条件で始動装置14使用となり、
ランナ5aは回転を始める。回転速度Nが上昇して下限
値N0※を超えると回転速度比較手段116の出力によ
り、始動用遮断器15により始動装置14を除外し、並
列操作を行い並列用遮断器7が閉じる。このタイムチャ
ートは、図4(b)に示すように、時刻t1で並列条件が
成立し、時刻t2で始動装置14を除外し、時刻t3で並列
用遮断器7が閉じられている。この条件により有効電力
制御(APR)111、回転速度制御(ASR)112
が使用となる。ここで、有効電力制御(APR)11
1、回転速度制御(ASR)112は、比例制御、積分
制御、微分制御などを単独又組合せることにより実現で
きる。
【0035】関数発生器110は、揚程に応じた定常時
の有効電力指令P3※、回転速度指令N3※を発生させ有
効電力制御(APR)111及び回転速度制御(AS
R)112を行う。また、系統並列により排気弁6cが
動作して水面押下除外となり、ランナ5aは接水し、そ
の後、ガイドベーン開閉装置5cが開となる。ランナ5
aは、空転状態から揚水の負荷がかかる為、トルクが急
変するが、回転速度制御(ASR)112が動作してい
る為回転速度の変動は抑制できる。また、揚程によって
回転速度の変動が変わる場合や、変動が予測できる場合
は、回転速度補償113を付加することにより回転速度
変動を抑制できる。
の有効電力指令P3※、回転速度指令N3※を発生させ有
効電力制御(APR)111及び回転速度制御(AS
R)112を行う。また、系統並列により排気弁6cが
動作して水面押下除外となり、ランナ5aは接水し、そ
の後、ガイドベーン開閉装置5cが開となる。ランナ5
aは、空転状態から揚水の負荷がかかる為、トルクが急
変するが、回転速度制御(ASR)112が動作してい
る為回転速度の変動は抑制できる。また、揚程によって
回転速度の変動が変わる場合や、変動が予測できる場合
は、回転速度補償113を付加することにより回転速度
変動を抑制できる。
【0036】図6は、回転速度補償113の一実施例で
ある。図6(a)は、一定時間、揚程Hをパラメータと
した補償を行うものであり、揚程Hの高いほど大きい補
償を行うものである。図6(b)は、回転速度指令N※
と実回転速度Nの偏差と揚程Hに応じて回転速度補償を
函数として持たせている。図4(b)の実施例では図6
(b)の回転速度補償を使用した例を示している。図中
で回転速度指令N※がN3※を超えている期間は、回転
速度補償をした期間である。なお、図中の一点鎖線は、
本発明を実施しない従来の例で、始動装置14により回
転速度をN3※まで上昇させている為、系統並列まで非
常に時間がかかっている。
ある。図6(a)は、一定時間、揚程Hをパラメータと
した補償を行うものであり、揚程Hの高いほど大きい補
償を行うものである。図6(b)は、回転速度指令N※
と実回転速度Nの偏差と揚程Hに応じて回転速度補償を
函数として持たせている。図4(b)の実施例では図6
(b)の回転速度補償を使用した例を示している。図中
で回転速度指令N※がN3※を超えている期間は、回転
速度補償をした期間である。なお、図中の一点鎖線は、
本発明を実施しない従来の例で、始動装置14により回
転速度をN3※まで上昇させている為、系統並列まで非
常に時間がかかっている。
【0037】回転速度制御を行うとき、周波数変換器か
ら出力する励磁電流のトルク成分の電流を調整するよう
に有効電力制御の有効電力指令を補正する。回転速度指
令の補償手段は、前述した様に水面押下げ除外の接水時
や、実揚水開始時のトルク変動を補償するように回転速
度指令にフォーシングをかける様に作用させる。
ら出力する励磁電流のトルク成分の電流を調整するよう
に有効電力制御の有効電力指令を補正する。回転速度指
令の補償手段は、前述した様に水面押下げ除外の接水時
や、実揚水開始時のトルク変動を補償するように回転速
度指令にフォーシングをかける様に作用させる。
【0038】また、水面押下げてランナ空転状態で行う
揚水調相運転において、下限回転速度N0※で系統並列
し、その回転速度を保持して回転速度制御することがで
きる。
揚水調相運転において、下限回転速度N0※で系統並列
し、その回転速度を保持して回転速度制御することがで
きる。
【0039】さらに、回転速度制御手段112、回転速
度補償手段113を使用することによって、回転速度変
動を小さく抑制できるので、従来の揚水起動シーケンス
におけるプライミング水圧確立のシーケンス条件をなく
しても、安定して実揚水へ移行することができる。
度補償手段113を使用することによって、回転速度変
動を小さく抑制できるので、従来の揚水起動シーケンス
におけるプライミング水圧確立のシーケンス条件をなく
しても、安定して実揚水へ移行することができる。
【0040】上述した手段は、いずれもマイクロコンピ
ュータを用いても実現できる。
ュータを用いても実現できる。
【0041】
【発明の効果】第1に可変速機の揚水起動の過程におい
て、水面押下げてランナ空転状態で系統並列し、定常揚
水回転速度まで加速するのに回転速度補償をすることに
より、実揚水開始までに要する時間を短縮できるので、
系統の要求に速やかに対応できる効果が生じる。
て、水面押下げてランナ空転状態で系統並列し、定常揚
水回転速度まで加速するのに回転速度補償をすることに
より、実揚水開始までに要する時間を短縮できるので、
系統の要求に速やかに対応できる効果が生じる。
【0042】第2に揚水起動過程の大きい負荷変化時
に、回転速度の変動を抑制する回転速度補償や、周波数
変換器励磁電流の調整で回転速度の変動を抑制すること
により、安定して実揚水へ移行することが可能となり、
シーケンスからプライミング水圧確立条件を廃止してシ
ーケンスの簡素化、時間の短縮を図れる効果がある。
に、回転速度の変動を抑制する回転速度補償や、周波数
変換器励磁電流の調整で回転速度の変動を抑制すること
により、安定して実揚水へ移行することが可能となり、
シーケンスからプライミング水圧確立条件を廃止してシ
ーケンスの簡素化、時間の短縮を図れる効果がある。
【0043】また、揚水調相運転を、水面押下げランナ
空転状態で行うように回転速度制御するので、回転損失
を小さくでき、効率を向上できる効果がある。
空転状態で行うように回転速度制御するので、回転損失
を小さくでき、効率を向上できる効果がある。
【図1】本発明の一実施例の制御装置の詳細回路図であ
る。
る。
【図2】本発明の一実施例を含む揚水発電の構成例を示
す図である。
す図である。
【図3】(a)は周波数変換器と可変速機との結線を示
す図、(b)は周波数変換器出力電圧と可変速機誘起電
圧、励磁電流の関係を示す図である。
す図、(b)は周波数変換器出力電圧と可変速機誘起電
圧、励磁電流の関係を示す図である。
【図4】(a)揚水運転許容範囲と有効電力指令、揚程
及び回転速度の関係、(b)揚水起動と回転速度、始動
装置解除及び系統並列関係を示すタイムチャートであ
る。
及び回転速度の関係、(b)揚水起動と回転速度、始動
装置解除及び系統並列関係を示すタイムチャートであ
る。
【図5】本発明の一実施例の関数発生器の構成例であ
る。
る。
【図6】(a)は回転速度補償を時間で行ったときの回
転速度補償と時間の関係、(b)は回転速度補償を回転
速度で行ったときの回転速度補償と回転速度の関係を示
す図である。
転速度補償と時間の関係、(b)は回転速度補償を回転
速度で行ったときの回転速度補償と回転速度の関係を示
す図である。
1 可変速機 4 周波数変換器 5 ポンプ水車 6 水面押下装置 11 制御装置 14 始動装置 110 関数発生器 111(APR) 有効電力制御手段 112(ASR) 回転速度制御手段 113 回転速度補償手段 116 回転速度比較手段 H 揚程 P※ 有効電力指令 N※ 回転速度指令
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西岡 淳 茨城県日立市大みか町五丁目2番1号 株 式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 大野 泰照 大阪府大阪市北区中之島三丁目3番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 高橋 公雄 大阪府大阪市北区中之島三丁目3番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 中川 博人 大阪府大阪市北区中之島三丁目3番22号 関西電力株式会社内
Claims (8)
- 【請求項1】 一次巻線が遮断器を介して電力系統に接
続され、二次巻線が周波数変換器の出力で交流励磁され
る可変速電動機を用いるポンプ水車の揚水運転制御方法
において、水面押下装置で水面を押し下げてランナ空転
状態で始動装置により前記可変速電動機を回転し、前記
可変速電動機の回転速度が設定回転速度を超えたとき、
前記可変速電動機から前記始動装置の接続用開閉器を開
路したのち前記遮断器を投入し、その後設定回転速度指
令により定常揚水運転回転速度まで加速することを特徴
とした揚水運転制御方法。 - 【請求項2】 請求項1において、前記設定回転速度及
び設定回転速度指令を、前記設定回転速度から定常揚水
運転回転速度まで加速される期間中、前記周波数変換器
の出力電圧が、前記可変速電動機の誘起電圧に前記可変
速電動機二次巻線の励磁回路電圧降下を加算した電圧以
上であるように設定したことを特徴とする揚水運転制御
方法。 - 【請求項3】 請求項1及び2において、前記設定回転
速度指令が、該設定回転速度指令と実回転速度との偏差
を低減するように設定されることを特徴とする揚水運転
制御方法。 - 【請求項4】 請求項1及び2において、前記設定回転
速度指令が、該設定回転速度指令と実回転速度との偏差
を低減するように設定される指令と、実回転速度との偏
差を低減するように設定されることを特徴とする揚水運
転制御方法。 - 【請求項5】 請求項3及び4において、前記偏差を低
減するように設定される指令は、揚程の函数であること
を特徴とする揚水運転制御方法。 - 【請求項6】 一次巻線が遮断器を介して電力系統に接
続され、二次巻線が周波数変換器の出力で交流励磁され
る可変速電動機を用いるポンプ水車の揚水運転制御方法
において、水面押下装置で水面を押し下げてランナ空転
状態で始動装置により前記可変速電動機を回転し、前記
可変速電動機の回転速度が設定回転速度を超えたとき、
前記可変速電動機から前記始動装置の接続用開閉器を開
路したのち前記遮断器を投入し、その後前記設定回転速
度より定常揚水運転回転速度まで加速する設定回転速度
指令を、該設定回転速度指令と実回転速度との偏差を低
減するように設定された回転速度指令と、前記設定回転
速度指令と実回転速度との偏差を低減するように設定さ
れる指令と、実回転速度との偏差を低減するように設定
される指令の少くとも一方として、水面押下げ解除後、
揚水運転に入ることを特徴とする揚水運転制御方法。 - 【請求項7】 一次巻線が遮断器を介して電力系統に接
続され、二次巻線が周波数変換器の出力で交流励磁され
る可変速電動機を用いるポンプ水車の揚水運転制御方法
において、水面押下装置で水面を押し下げてランナ空転
状態で始動装置により前記可変速電動機を回転し、前記
可変速電動機の回転速度が設定回転速度を超えたとき、
前記可変速電動機から前記始動装置の接続用開閉器を開
路したのち前記遮断器を投入し、前記設定回転速度と実
回転速度との偏差を低減するように設定される回転速度
制御をすることにより、前記設定回転速度にて揚水調相
運転することを特徴とする揚水運転制御方法。 - 【請求項8】 一次巻線が遮断器を介して電力系統に接
続され、二次巻線が周波数変換器の出力で交流励磁され
る可変速電動機を用いるポンプ水車の揚水運転制御装置
において、実回転速度を検出する回転検出手段と、前記
可変速電動機を電力系統へ並列接続して運転できる下限
回転速度を設定する限界回転速度設定手段と、前記回転
検出手段出力と前記限界回転速度設定手段出力を比較す
る比較手段と、始動装置用開閉器を開路したのち前記遮
断器を投入する指令信号を発生する信号発生手段と、前
記下限回転速度から定常揚水運転回転速度まで加速する
指令を発生する回転速度指令発生手段と、前記回転速度
指令発生手段と前記回転検出手段出力との偏差を低減す
るように回転速度制御する回転速度制御手段を具備し、
前記比較手段により、前記回転検出手段出力が前記限界
回転速度設定手段出力を越えたと判定したとき前記信号
発生手段を出力し、ついで前記回転速度指令発生手段
と、前記回転速度制御手段を出力する制御手段をもうけ
たことを特徴とする揚水運転制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5013581A JPH06233579A (ja) | 1993-01-29 | 1993-01-29 | 揚水運転制御方法及びその制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5013581A JPH06233579A (ja) | 1993-01-29 | 1993-01-29 | 揚水運転制御方法及びその制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06233579A true JPH06233579A (ja) | 1994-08-19 |
Family
ID=11837146
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5013581A Pending JPH06233579A (ja) | 1993-01-29 | 1993-01-29 | 揚水運転制御方法及びその制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06233579A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020005406A (ja) * | 2018-06-28 | 2020-01-09 | ファナック株式会社 | モータ制御装置 |
CN112610680A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-06 | 新乡市嘉数科技有限公司 | 一种凉皮、米皮、粉皮类食品生产线机械式联动调速机构 |
CN113890458A (zh) * | 2021-09-29 | 2022-01-04 | 广东万和热能科技有限公司 | 水泵的电机控制方法、控制电路、装置及燃气热水器 |
-
1993
- 1993-01-29 JP JP5013581A patent/JPH06233579A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020005406A (ja) * | 2018-06-28 | 2020-01-09 | ファナック株式会社 | モータ制御装置 |
US11056992B2 (en) | 2018-06-28 | 2021-07-06 | Fanuc Corporation | Motor controller |
CN112610680A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-06 | 新乡市嘉数科技有限公司 | 一种凉皮、米皮、粉皮类食品生产线机械式联动调速机构 |
CN113890458A (zh) * | 2021-09-29 | 2022-01-04 | 广东万和热能科技有限公司 | 水泵的电机控制方法、控制电路、装置及燃气热水器 |
CN113890458B (zh) * | 2021-09-29 | 2023-07-04 | 广东万和热能科技有限公司 | 水泵的电机控制方法、控制电路、装置及燃气热水器 |
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