JPH0636680B2 - 可変速発電装置 - Google Patents
可変速発電装置Info
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- JPH0636680B2 JPH0636680B2 JP62201712A JP20171287A JPH0636680B2 JP H0636680 B2 JPH0636680 B2 JP H0636680B2 JP 62201712 A JP62201712 A JP 62201712A JP 20171287 A JP20171287 A JP 20171287A JP H0636680 B2 JPH0636680 B2 JP H0636680B2
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- JP
- Japan
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- generator
- rotation speed
- command
- speed
- guide valve
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- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は可変速発電装置に係り、特に駆動機であるポン
プ水車（又は水車）が水車領域でいわゆるＳ字特性を有
する場合に好適な可変速発電装置に関する。
プ水車（又は水車）が水車領域でいわゆるＳ字特性を有
する場合に好適な可変速発電装置に関する。
本発明の適用される可変速発電装置はポンプ水車又は水
車（以下単に水車という）により駆動される発電機とし
て巻線型誘導発電機を使用したものであり、その２次巻
線を周波数変換装置を介して交流励磁する。このため発
電機の出力周波数は系統周波数に保持したままの状態で
任意の水車回転数とすることができ、水車効率の良い回
転数で運転できる、あるいは発電機を電動機として可変
速揚水運転とするときには電動機として運転しているに
も関わらずＡＦＣ運転をすることができるといつた特徴
を有しており注目されている。
車（以下単に水車という）により駆動される発電機とし
て巻線型誘導発電機を使用したものであり、その２次巻
線を周波数変換装置を介して交流励磁する。このため発
電機の出力周波数は系統周波数に保持したままの状態で
任意の水車回転数とすることができ、水車効率の良い回
転数で運転できる、あるいは発電機を電動機として可変
速揚水運転とするときには電動機として運転しているに
も関わらずＡＦＣ運転をすることができるといつた特徴
を有しており注目されている。
ところでこの可変速発電装置の水車の場合にも従来の固
定速水車と同じくいわゆるＳ字特性があり、この為の回
避対策が不可欠である。特開昭59−72998 号は可変速発
電装置において無負荷から定格負荷に移行する段階でＳ
字特性の不安定運転領域に入ることを避けるための一手
法を提案している。この公知例では水車の運転点がＳ字
特性領域に突入しないようにするためには水車の案内羽
根開度制御を誘導発電機による回転速度制御に優先させ
ることとしている。即ち発電機に与えられる出力指令に
応じて発電機出力を制御する一方で、まず案内羽根開度
をできるだけ急速に変化後の出力に見合つた開度へと導
き、回転速度適正化制御はその後ゆつくり行うというも
のであり、水車起動時にＳ字特性の不安定運転領域に入
ることを阻止できるという効果がある。
定速水車と同じくいわゆるＳ字特性があり、この為の回
避対策が不可欠である。特開昭59−72998 号は可変速発
電装置において無負荷から定格負荷に移行する段階でＳ
字特性の不安定運転領域に入ることを避けるための一手
法を提案している。この公知例では水車の運転点がＳ字
特性領域に突入しないようにするためには水車の案内羽
根開度制御を誘導発電機による回転速度制御に優先させ
ることとしている。即ち発電機に与えられる出力指令に
応じて発電機出力を制御する一方で、まず案内羽根開度
をできるだけ急速に変化後の出力に見合つた開度へと導
き、回転速度適正化制御はその後ゆつくり行うというも
のであり、水車起動時にＳ字特性の不安定運転領域に入
ることを阻止できるという効果がある。
しかるに、可変速発電装置は時々刻々異なる条件下で運
転される訳であり、起動時以外の通常運転時に不安定運
転領域に近づく、あるいは入つてしまうことが十分に予
想されるが、上記公知例はこの場合の回避・脱出策とし
ては有効でない。
転される訳であり、起動時以外の通常運転時に不安定運
転領域に近づく、あるいは入つてしまうことが十分に予
想されるが、上記公知例はこの場合の回避・脱出策とし
ては有効でない。
以上のことから本発明においては不安定運転領域に近づ
くこと安定運転領域に引き戻すことのできる可変速発電
装置を提供することを目的とする。
くこと安定運転領域に引き戻すことのできる可変速発電
装置を提供することを目的とする。
本発明では現在の運転点を水車特性図上で把握し、不安
定運転領域に近づいたときに強制的に水車の回転数を低
下させる。
定運転領域に近づいたときに強制的に水車の回転数を低
下させる。
回転数低下の具体的実現策としては発電機出力を増大さ
せるべく周波数変換装置を制御し、あるいは水車出力を
減少させるべく案内羽根開度を制御し、もつて回転数を
低下させる。
せるべく周波数変換装置を制御し、あるいは水車出力を
減少させるべく案内羽根開度を制御し、もつて回転数を
低下させる。
水車特性において安定運転側は水車回転数の低い領域で
あり、系統周波数とは別個独立に回転数が選択できると
いう可変速発電装置では回転数の低下により安定運転側
への復帰が可能である。
あり、系統周波数とは別個独立に回転数が選択できると
いう可変速発電装置では回転数の低下により安定運転側
への復帰が可能である。
水車は水車出力と発電機出力の差で加速されたり減速さ
れたりするので回転速度を下げ戻す時に発電機出力を増
大せしめる、あるいは水車出力を減少させることが有効
である。
れたりするので回転速度を下げ戻す時に発電機出力を増
大せしめる、あるいは水車出力を減少させることが有効
である。
以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。このうち
第１図の実施例は配電機出力を増大させることで安定運
転側に復帰させるものであり、発明内容の説明に先立ち
可変速発電装置及びその制御装置について説明をしてお
く。
第１図の実施例は配電機出力を増大させることで安定運
転側に復帰させるものであり、発明内容の説明に先立ち
可変速発電装置及びその制御装置について説明をしてお
く。
第１図において、１は誘導機でその回転子に直結された
水車２によつて回転駆動されると共に誘導機１の２次巻
線１ｂには周波数変換器を備えた２次励磁制御装置３に
より誘導機１の回転速度に応じて所定の位相に調整され
た交流励磁電流が供給され、誘導機１の１次巻線１ａか
らは交流系統４と等しい周波数の交流電力が出力される
様に可変速運転が行なわれる。なお、１２は励磁用変圧
器であり、可変速発電装置は概略以上のように構成され
る。この可変速発電装置の操作端の１つは２次励磁制御
装置３であり、この制御のためにスリツプ位相検出器７
が設けられ、これで前記交流系統４の電圧位相と電気角
で表わした前記誘導機２次側回転位相の差に等しいスリ
ツプ位相ＳPを検出する。スリツプ位相検出器の回転子
には誘導機１の１次巻線１ａと並列に接続された３相巻
線が設けられ、スリツプ位相検出器７の固定子側には電
気角でπ／２だけ異なる位置にボールコンバータがそれ
ぞれ１個設けられていて誘導機１の２次側から見た交流
系統４の電圧位相が一致した信号が該ホールコンバータ
より検出され、スリツプ位相ＳPに変換される。
水車２によつて回転駆動されると共に誘導機１の２次巻
線１ｂには周波数変換器を備えた２次励磁制御装置３に
より誘導機１の回転速度に応じて所定の位相に調整され
た交流励磁電流が供給され、誘導機１の１次巻線１ａか
らは交流系統４と等しい周波数の交流電力が出力される
様に可変速運転が行なわれる。なお、１２は励磁用変圧
器であり、可変速発電装置は概略以上のように構成され
る。この可変速発電装置の操作端の１つは２次励磁制御
装置３であり、この制御のためにスリツプ位相検出器７
が設けられ、これで前記交流系統４の電圧位相と電気角
で表わした前記誘導機２次側回転位相の差に等しいスリ
ツプ位相ＳPを検出する。スリツプ位相検出器の回転子
には誘導機１の１次巻線１ａと並列に接続された３相巻
線が設けられ、スリツプ位相検出器７の固定子側には電
気角でπ／２だけ異なる位置にボールコンバータがそれ
ぞれ１個設けられていて誘導機１の２次側から見た交流
系統４の電圧位相が一致した信号が該ホールコンバータ
より検出され、スリツプ位相ＳPに変換される。
また、この２次励磁制御装置３の制御のために有効電力
検出器９が設けられ、有効電力Ｐは発電出力指令Ｐ０′
に対する帰還信号とされる。発電出力指令Ｐ０′とスリ
ツプ位相信号ＳPは２次励磁装置３に入力され、有効電
力検出器９で検出される誘導機１の出力検出信号Ｐが発
電出力指令Ｐ０′に等しくなる様に誘導機１の２次側巻
線１ｂに供給する交流励磁電流を制御する。具体的に特
公昭57−60645 号で提案されている制御方法などが適用
できる。
検出器９が設けられ、有効電力Ｐは発電出力指令Ｐ０′
に対する帰還信号とされる。発電出力指令Ｐ０′とスリ
ツプ位相信号ＳPは２次励磁装置３に入力され、有効電
力検出器９で検出される誘導機１の出力検出信号Ｐが発
電出力指令Ｐ０′に等しくなる様に誘導機１の２次側巻
線１ｂに供給する交流励磁電流を制御する。具体的に特
公昭57−60645 号で提案されている制御方法などが適用
できる。
なお、可変速発電装置の他の操作端は水車２の案内羽根 １１である。
次にこれらの操作端の制御装置について説明する。５は
水車特性関数発生器で、外部からの発電出力指令Ｐ０と
水位信号Ｈから適正案内羽根開度指令Ｙａと適正回転速
度指令Ｎａを発生する。なお水位変動が小さい場合は水
位信号Ｈを省略することも出来る。１６は回転速度制御
装置で適正回転指令Ｎａと回転速度検出器６で検出され
る回転速度信号Ｎを比較して案内羽根開度補正信号ΔＹ
を出力する。そして水車特性関数発生器５からの適正案
内羽根開度指令Ｙａは前記案内羽根開度補正信号ΔＹに
加算器２１で加算されて案内羽根駆動装置１０に入力さ
れ案内羽根１１の開度がこれに応じて調整され水車力Ｐ
Tが制御される。
水車特性関数発生器で、外部からの発電出力指令Ｐ０と
水位信号Ｈから適正案内羽根開度指令Ｙａと適正回転速
度指令Ｎａを発生する。なお水位変動が小さい場合は水
位信号Ｈを省略することも出来る。１６は回転速度制御
装置で適正回転指令Ｎａと回転速度検出器６で検出され
る回転速度信号Ｎを比較して案内羽根開度補正信号ΔＹ
を出力する。そして水車特性関数発生器５からの適正案
内羽根開度指令Ｙａは前記案内羽根開度補正信号ΔＹに
加算器２１で加算されて案内羽根駆動装置１０に入力さ
れ案内羽根１１の開度がこれに応じて調整され水車力Ｐ
Tが制御される。
第２図はこのうち回転速度制御装置１６の一実施例を示
す。１７は比較器で回転速度偏差ΔＮを出力する。この
回転速度偏差ΔＮは１８の比較要素Ｋ１と１９の積分要
素（Ｋ２／Ｓ）に入力され、これらの出力は加算器２０
により加算され案内羽根開度補正信号ΔＹとされる。
す。１７は比較器で回転速度偏差ΔＮを出力する。この
回転速度偏差ΔＮは１８の比較要素Ｋ１と１９の積分要
素（Ｋ２／Ｓ）に入力され、これらの出力は加算器２０
により加算され案内羽根開度補正信号ΔＹとされる。
この第１図において、２５，２６，３０，３１を除く回
路部分の制御装置は従来より知られているものであり、
Ｐ０，Ｈを入力して安定に運転されている。第３図は発
電出力指令Ｐ０を増大させたときの各部の諸量の変動の
様子を示したものであり、指令Ｐ０変化後は新らしい運
転状態で諸量が安定することが理解できる。以下第３図
を参照して過渡状態の各部諸量の変動について説明す
る。
路部分の制御装置は従来より知られているものであり、
Ｐ０，Ｈを入力して安定に運転されている。第３図は発
電出力指令Ｐ０を増大させたときの各部の諸量の変動の
様子を示したものであり、指令Ｐ０変化後は新らしい運
転状態で諸量が安定することが理解できる。以下第３図
を参照して過渡状態の各部諸量の変動について説明す
る。
この様に構成された制御装置において、いま時点ｔ０で
例えば発電出力Ｐをステツプ状に上昇させるようにして
発電出力指令Ｐ０を第３図（ａ）に示す様にステツプ状
に上昇させると、誘導機１の発電出力Ｐは第３図（ｇ）
に示すように発電出力指令Ｐ０の変化に追従して上昇す
る。一方、発電出力指令Ｐ０が与えられた後発電出力Ｐ
の応答よりも案内羽根１１の開度Ｙの応答は遅い。この
ため、発電出力Ｐよりも水車出力ＰＴの方が小さくなり
回転速度Ｎは発電出力指令Ｐ０急変後一時的に減速さ
れ、その後時点ｔ１で発電出力Ｐと水車出力ＰＴが等し
くなり回転速度Ｎは極小となる。なおこの時点ｔ１では
速度偏差ΔＮは正なので案内羽根開度補正信号ΔＹは正
で、案内羽根開度Ｙは適正案内弁開度指令Ｙａよりも更
に上昇する。従つて水車出力ＰＴは発電出力Ｐよりも大
きくなり、回転速度Ｎは第３図（ｆ）の様に上昇し始め
る。そして回転速度Ｎの上昇と共に適正回転速度指令Ｎ
ａとの偏差が小さくなり、案内羽根開度補正信号ΔＹの
減少と共に水車出力ＰＴが減少し、回転速度Ｎの加速度
は減少する。
例えば発電出力Ｐをステツプ状に上昇させるようにして
発電出力指令Ｐ０を第３図（ａ）に示す様にステツプ状
に上昇させると、誘導機１の発電出力Ｐは第３図（ｇ）
に示すように発電出力指令Ｐ０の変化に追従して上昇す
る。一方、発電出力指令Ｐ０が与えられた後発電出力Ｐ
の応答よりも案内羽根１１の開度Ｙの応答は遅い。この
ため、発電出力Ｐよりも水車出力ＰＴの方が小さくなり
回転速度Ｎは発電出力指令Ｐ０急変後一時的に減速さ
れ、その後時点ｔ１で発電出力Ｐと水車出力ＰＴが等し
くなり回転速度Ｎは極小となる。なおこの時点ｔ１では
速度偏差ΔＮは正なので案内羽根開度補正信号ΔＹは正
で、案内羽根開度Ｙは適正案内弁開度指令Ｙａよりも更
に上昇する。従つて水車出力ＰＴは発電出力Ｐよりも大
きくなり、回転速度Ｎは第３図（ｆ）の様に上昇し始め
る。そして回転速度Ｎの上昇と共に適正回転速度指令Ｎ
ａとの偏差が小さくなり、案内羽根開度補正信号ΔＹの
減少と共に水車出力ＰＴが減少し、回転速度Ｎの加速度
は減少する。
第１図の実施例を用いると定常状態における速度偏差Δ
Ｎは積分要素１９により零になる。一方、水車特性関数
発生器５からの適正案内羽根開度指令Ｙａと案内羽根開
度Ｙの偏差は水車特性関数発生器５内に記憶された水車
特性と水車２の現実の特性の誤差に対応するもので水車
特性関数の精度を上昇させる事により殆ど零にする事が
可能である。従つて、定常時の案内羽根開度偏差（Ｙａ
−Ｙ）のみを積分要素１９が発生すれば良い事になる。
Ｎは積分要素１９により零になる。一方、水車特性関数
発生器５からの適正案内羽根開度指令Ｙａと案内羽根開
度Ｙの偏差は水車特性関数発生器５内に記憶された水車
特性と水車２の現実の特性の誤差に対応するもので水車
特性関数の精度を上昇させる事により殆ど零にする事が
可能である。従つて、定常時の案内羽根開度偏差（Ｙａ
−Ｙ）のみを積分要素１９が発生すれば良い事になる。
以上を式を使つて再度説明する。
二次励磁装置３にはＰをＰ０に合せるために積分要素等
が組込まれており定常時は Ｐ＝Ｐ０ …(1) 回転速度制御装置１６に組込まれた積分要素により定常
時に Ｎ＝Ｎａ …(2) 又案内羽根駆動装置１０により定常時は Ｙ＝Ｙａ＋ΔＹ …(3) 又定常時は水車出力ＰTと発電機出力Ｐが同じ答で Ｐ＝ＰT＝ｆ（Ｈ，Ｙ，Ｎ） …(4) 更に最適案内羽根開度指令Ｙａは元々その時の水位Ｈと
Ｎ＝Ｎａの下でＰ０に相当するように与えている筈であ
るので Ｐ０＝ｆ（Ｈ，Ｙａ，Ｎａ） …(5) 以上総合すると定常時はＹ＝Ｙａ即ちΔＹ＝０になる。
制動効果のある比例要素１８の利得Ｋ１を大きくして積
分要素１９の利得Ｋ２を相対的に小さくしてできるだけ
案内羽根開度の応答速度を速くする。他方で第３図
（ａ），（ｆ）の如く水車出力ＰＴと回転速度Ｎを振動
せずに整定する。
が組込まれており定常時は Ｐ＝Ｐ０ …(1) 回転速度制御装置１６に組込まれた積分要素により定常
時に Ｎ＝Ｎａ …(2) 又案内羽根駆動装置１０により定常時は Ｙ＝Ｙａ＋ΔＹ …(3) 又定常時は水車出力ＰTと発電機出力Ｐが同じ答で Ｐ＝ＰT＝ｆ（Ｈ，Ｙ，Ｎ） …(4) 更に最適案内羽根開度指令Ｙａは元々その時の水位Ｈと
Ｎ＝Ｎａの下でＰ０に相当するように与えている筈であ
るので Ｐ０＝ｆ（Ｈ，Ｙａ，Ｎａ） …(5) 以上総合すると定常時はＹ＝Ｙａ即ちΔＹ＝０になる。
制動効果のある比例要素１８の利得Ｋ１を大きくして積
分要素１９の利得Ｋ２を相対的に小さくしてできるだけ
案内羽根開度の応答速度を速くする。他方で第３図
（ａ），（ｆ）の如く水車出力ＰＴと回転速度Ｎを振動
せずに整定する。
以上、従来の可変速発電装置の応動を説明したが、要す
るにこの装置によれば水車入力と発電出力を平衡的に制
御することにより各諸量を安定に保つことができる。し
かるに回路２５，２６，３０を新たに付加した本発明装
置では、信号補正回路２５から発電出力補正信号ΔＰ１
を抽出し発電出力を増大させ、その一方で案内羽根開度
（水車出力側）に対しては何らの補正も行なわない。係
る入出力不平衡化制御は、第３図の説明からも容易に類
推できるように回転速度の低下を生じせしめる。本発明
は係る不平衡制御を水車特性の不安定運転領域に近づい
た時に発動せしめるものであり、以下水車の不安定運転
現象について説明する。
るにこの装置によれば水車入力と発電出力を平衡的に制
御することにより各諸量を安定に保つことができる。し
かるに回路２５，２６，３０を新たに付加した本発明装
置では、信号補正回路２５から発電出力補正信号ΔＰ１
を抽出し発電出力を増大させ、その一方で案内羽根開度
（水車出力側）に対しては何らの補正も行なわない。係
る入出力不平衡化制御は、第３図の説明からも容易に類
推できるように回転速度の低下を生じせしめる。本発明
は係る不平衡制御を水車特性の不安定運転領域に近づい
た時に発動せしめるものであり、以下水車の不安定運転
現象について説明する。
一般的に、ポンプ水車、特に高揚程ポンプ水車のランナ
ーその他の機器は、ポンプ運転時に高揚程を得る為に、
充分なる遠心ポンプ作用を発揮するべく設計される。
ーその他の機器は、ポンプ運転時に高揚程を得る為に、
充分なる遠心ポンプ作用を発揮するべく設計される。
しかしながら、この設計は、ポンプ水車の水車運転に悪
影響を与える。特に後述のＳ字特性と呼ばれる特性を伴
うことが必至と考えられている。この設計に採用される
ポンプ水車の特性を、所定案内羽根開度の下における単
位落差当り回転数（Ｎ１）と単位落差当り流量（Ｑ１）
との関係を表わす特性曲線により示した場合、この特性
曲線は、水車運転領域において、Ｎ１の値の増加に伴つ
てＱ１の値が減少する第１の部分と、Ｎ１の値の減少に
伴つてＱ１の値が減少する第２の部分とを有する。説明
の便宜上、本明細書においては、前記第２の部分を、Ｓ
字特性部分と称する。更に、Ｓ字特性部分におけるポン
プ水車の特性を、以後、Ｓ字特性と称する。Ｓ字特性部
分における水車運転にあつては、単位落差当りトルク
（Ｔ１）もまた、単位落差当り回転数（Ｎ１）の減少に
伴い、減少する。
影響を与える。特に後述のＳ字特性と呼ばれる特性を伴
うことが必至と考えられている。この設計に採用される
ポンプ水車の特性を、所定案内羽根開度の下における単
位落差当り回転数（Ｎ１）と単位落差当り流量（Ｑ１）
との関係を表わす特性曲線により示した場合、この特性
曲線は、水車運転領域において、Ｎ１の値の増加に伴つ
てＱ１の値が減少する第１の部分と、Ｎ１の値の減少に
伴つてＱ１の値が減少する第２の部分とを有する。説明
の便宜上、本明細書においては、前記第２の部分を、Ｓ
字特性部分と称する。更に、Ｓ字特性部分におけるポン
プ水車の特性を、以後、Ｓ字特性と称する。Ｓ字特性部
分における水車運転にあつては、単位落差当りトルク
（Ｔ１）もまた、単位落差当り回転数（Ｎ１）の減少に
伴い、減少する。
通常は、ポンプ水車の水車運転は、上記第１の部分にお
いて行われる。しかしながら、急激な負荷減少等によ
り、単位落差当りの回転数（Ｎ１）が急激に大きく増加
する場合は、水車はＳ字特性部分に突入する可能性があ
る。そして一度Ｓ字特性部分に突入すると可変速機の運
転継続は事実上不可能となる。
いて行われる。しかしながら、急激な負荷減少等によ
り、単位落差当りの回転数（Ｎ１）が急激に大きく増加
する場合は、水車はＳ字特性部分に突入する可能性があ
る。そして一度Ｓ字特性部分に突入すると可変速機の運
転継続は事実上不可能となる。
水車運転領域においてＳ字特性を有するポンプ水車の特
性を、第４図Ａおよび第４図Ｂに示す。第４図Ａにおい
ては、ポンプ水車の特性が、案内羽根開度をパラメータ
ーにとり、単位落差当りの回転数（Ｎ１）と単位落差当
りの流量（Ｑ１）との関係として示されている。一方、
第４図Ｂにおいては、ポンプ水車の特性が、同じパラメ
ーターにより、単位落差当りの回転数（Ｎ１）と単位落
差当りのトルク（Ｔ１）との関係として示されている。
性を、第４図Ａおよび第４図Ｂに示す。第４図Ａにおい
ては、ポンプ水車の特性が、案内羽根開度をパラメータ
ーにとり、単位落差当りの回転数（Ｎ１）と単位落差当
りの流量（Ｑ１）との関係として示されている。一方、
第４図Ｂにおいては、ポンプ水車の特性が、同じパラメ
ーターにより、単位落差当りの回転数（Ｎ１）と単位落
差当りのトルク（Ｔ１）との関係として示されている。
上式において、符号Ｎ，Ｑ，ＨおよびＴは、それぞれ、
ポンプ水車の回転数，流量，有効落差およびトルクを示
す。
ポンプ水車の回転数，流量，有効落差およびトルクを示
す。
特性曲線１および１′は、所定の比較的大きな案内羽根
開度の下で得られる。特性曲線２および２′は、それよ
りも小さな案内羽根開度の下で得られる。特性曲線３お
よび３′は更にそれよりも小さい案内羽根開度の下で得
られる。
開度の下で得られる。特性曲線２および２′は、それよ
りも小さな案内羽根開度の下で得られる。特性曲線３お
よび３′は更にそれよりも小さい案内羽根開度の下で得
られる。
特性曲線１のａ−ｄ−ｈ部分においては、Ｑ１の値は、
Ｎ１の減少に伴い減少する。上述の様に、この曲線部分
ａ−ｄ−ｈを、本明細書においては、Ｓ字特性部分と称
する。同様に、曲線部分ｂ−ｅ−ｉは、特性曲線２のＳ
字特性部分であり、曲線部分ｃ−ｆ−ｊは、特性曲線３
のＳ字特性部分である。このようなＳ字特性領域は案内
羽根が大きくなる程高Ｎ１側にずれる。
Ｎ１の減少に伴い減少する。上述の様に、この曲線部分
ａ−ｄ−ｈを、本明細書においては、Ｓ字特性部分と称
する。同様に、曲線部分ｂ−ｅ−ｉは、特性曲線２のＳ
字特性部分であり、曲線部分ｃ−ｆ−ｊは、特性曲線３
のＳ字特性部分である。このようなＳ字特性領域は案内
羽根が大きくなる程高Ｎ１側にずれる。
第４図Ａにおけると同様に、第４図Ｂにおいても、曲線
部分ａ′−ｄ′−ｈ′，ｂ′−ｅ′−ｉ′およびｃ′−
ｆ′−ｊ′は、それぞれ特性曲線１′，２′および３′
のＳ字特性部分である。
部分ａ′−ｄ′−ｈ′，ｂ′−ｅ′−ｉ′およびｃ′−
ｆ′−ｊ′は、それぞれ特性曲線１′，２′および３′
のＳ字特性部分である。
第４図Ｂは、第４図Ａと密接な関係がある。例えば、第
４図Ａの曲線３上のＱ１＝Ｑ1X，Ｎ１＝Ｎ1Xを満たす点
ｘは、第１図Ｂの曲線３′上の点ｘ′に対応している。
点ｘ′は、Ｔ１＝Ｔ1X′，Ｎ１＝Ｎ1X′（＝Ｎ1X）を満
たす点である。同様に、第１図Ａにおける点ａ，ｂ，
ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｈ，ｉおよびｊはそれぞれ第４図Ｂに
おける点ａ′，ｂ′，ｃ′，ｄ′，ｅ′，ｆ′，ｈ′，
ｉ′およびｊ′に対応している。
４図Ａの曲線３上のＱ１＝Ｑ1X，Ｎ１＝Ｎ1Xを満たす点
ｘは、第１図Ｂの曲線３′上の点ｘ′に対応している。
点ｘ′は、Ｔ１＝Ｔ1X′，Ｎ１＝Ｎ1X′（＝Ｎ1X）を満
たす点である。同様に、第１図Ａにおける点ａ，ｂ，
ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｈ，ｉおよびｊはそれぞれ第４図Ｂに
おける点ａ′，ｂ′，ｃ′，ｄ′，ｅ′，ｆ′，ｈ′，
ｉ′およびｊ′に対応している。
曲線ｎｒは、無負荷流量曲線である。曲線１，２，３と
曲線ｎｒとの交点α，β，γは、それぞれ、曲線１′，
２′，３′と直線Ｔ１＝０との交点α′，β′，γ′に
対応している。
曲線ｎｒとの交点α，β，γは、それぞれ、曲線１′，
２′，３′と直線Ｔ１＝０との交点α′，β′，γ′に
対応している。
次に第１図の実施例により、不安定運転領域への突入を
防止できることを説明する。尚、第１図の回路において
３０，３１，２５，２６が本発明により追加された部分
である。第１図各部の状態量を示す第５図の時点０にお
いて発電出力指令Ｐ０が減少されると、最適案内弁開度
指令Ｙａ，最適回転速度指令Ｎａも減少されこの結果と
して案内弁開度Ｙ，水車出力ＰT，発電出力Ｐも減少す
る。但し、発電出力Ｐの減少速度が水車出力のそれに比
して速いことから加速力が働き回転速度は過剰的に上昇
する。ところで時点０以前の状態での運転点は、案内弁
開度Ｙと回転数Ｎで定まる特性１上の第４図ＡのＫ点に
あり、発電出力低減後は新しい案内弁開度のＬ点となる
はずであるが、案内弁開度変化は比較的遅く、かつ回転
数の上昇により運転点は特性１に沿つて限界運動特性ｎ
ｒに近づく。第５図の時点ｔ０は速度が特性ｎｒ上の速
度に到達した時刻を示す。
防止できることを説明する。尚、第１図の回路において
３０，３１，２５，２６が本発明により追加された部分
である。第１図各部の状態量を示す第５図の時点０にお
いて発電出力指令Ｐ０が減少されると、最適案内弁開度
指令Ｙａ，最適回転速度指令Ｎａも減少されこの結果と
して案内弁開度Ｙ，水車出力ＰT，発電出力Ｐも減少す
る。但し、発電出力Ｐの減少速度が水車出力のそれに比
して速いことから加速力が働き回転速度は過剰的に上昇
する。ところで時点０以前の状態での運転点は、案内弁
開度Ｙと回転数Ｎで定まる特性１上の第４図ＡのＫ点に
あり、発電出力低減後は新しい案内弁開度のＬ点となる
はずであるが、案内弁開度変化は比較的遅く、かつ回転
数の上昇により運転点は特性１に沿つて限界運動特性ｎ
ｒに近づく。第５図の時点ｔ０は速度が特性ｎｒ上の速
度に到達した時刻を示す。
第１図の３０は速度補正部であり、実回転数Ｎを有効落
差Ｈｅの平方根で除して単位落差当りの回転数Ｎ１を求
める。このＮ１は第４図Ａの横軸に相当する。一方、基
準速度導出部３１では、案内弁開度Ｙに応じて不安定運
転に移行する限界の回転数が異なることから、入力Ｙか
ら限界となる基準速度Ｎ1Pを決定する。また、開度Ｙに
応じて発電量補正信号ΔＰ１を可変とする出力を与え
る。信号補正回路２５では、Ｎ１＞Ｎ1Pをもつてそのと
きの案内弁開度Ｙに応じて補正信号ΔＰ１を出力する。
第５図の時点ｔ０でΔＰ１が出力されるが、ΔＰ１より
影響される指令はＰ０′のみであり増加するが、案内弁
開度指令Ｙａと回転速度指令Ｎａは一定不変である。こ
の結果、発電出力ＰはＰ０′に応じて増大するがＹａで
定まる案内弁開度Ｙ，水車出力ＰTは変化しない。但
し、図の例では時点０での変更に見合うところまで減少
中のことを示している。このため水車出力ＰTと発電出
力ＰはＰ＞ＰTとなり水車には減速力が作用し回転速度
Ｎを急速に降下させる。Ｎの低下によりＮ１＜Ｎ1Pとな
り、信号補正回路２５はΔＰ１＝０に復帰させるため、
結局第１図装置は時点０の低下後の出力に見合つた各量
にて安定する。安定後の運転点は第４図ＡのＫ点とな
る。
差Ｈｅの平方根で除して単位落差当りの回転数Ｎ１を求
める。このＮ１は第４図Ａの横軸に相当する。一方、基
準速度導出部３１では、案内弁開度Ｙに応じて不安定運
転に移行する限界の回転数が異なることから、入力Ｙか
ら限界となる基準速度Ｎ1Pを決定する。また、開度Ｙに
応じて発電量補正信号ΔＰ１を可変とする出力を与え
る。信号補正回路２５では、Ｎ１＞Ｎ1Pをもつてそのと
きの案内弁開度Ｙに応じて補正信号ΔＰ１を出力する。
第５図の時点ｔ０でΔＰ１が出力されるが、ΔＰ１より
影響される指令はＰ０′のみであり増加するが、案内弁
開度指令Ｙａと回転速度指令Ｎａは一定不変である。こ
の結果、発電出力ＰはＰ０′に応じて増大するがＹａで
定まる案内弁開度Ｙ，水車出力ＰTは変化しない。但
し、図の例では時点０での変更に見合うところまで減少
中のことを示している。このため水車出力ＰTと発電出
力ＰはＰ＞ＰTとなり水車には減速力が作用し回転速度
Ｎを急速に降下させる。Ｎの低下によりＮ１＜Ｎ1Pとな
り、信号補正回路２５はΔＰ１＝０に復帰させるため、
結局第１図装置は時点０の低下後の出力に見合つた各量
にて安定する。安定後の運転点は第４図ＡのＫ点とな
る。
第６図は本発明の他の実施例を示したものであり、信号
補正回路２５の出力を発電出力指令Ｐ０に印加するので
はなく、最適回転速度指令Ｎａに印加し、Ｎａ′＝Ｎａ
−ΔＮａにより最終的には案内弁開度Ｙを制御する。こ
の場合に補正信号は発電出力に相当するΔＰ１ではな
く、回転速度に相当するΔＮａであるが、この求め方は
第１図の実施例と同様であるのでここでの説明は省略す
る。第７図は、時点０で発電出力指令Ｐ０が減少し、そ
の結果水車回転速度Ｎが上昇し時点ｔ０において第６図
信号補正回路２５がＮ１＞Ｎ1Pを検出して補正信号ΔＮ
ａを出力したときの各部波形を示している。この図で時
点ｔ０までの動作は第５図と同じであるのでここではｔ
０以降の動作について説明する。
補正回路２５の出力を発電出力指令Ｐ０に印加するので
はなく、最適回転速度指令Ｎａに印加し、Ｎａ′＝Ｎａ
−ΔＮａにより最終的には案内弁開度Ｙを制御する。こ
の場合に補正信号は発電出力に相当するΔＰ１ではな
く、回転速度に相当するΔＮａであるが、この求め方は
第１図の実施例と同様であるのでここでの説明は省略す
る。第７図は、時点０で発電出力指令Ｐ０が減少し、そ
の結果水車回転速度Ｎが上昇し時点ｔ０において第６図
信号補正回路２５がＮ１＞Ｎ1Pを検出して補正信号ΔＮ
ａを出力したときの各部波形を示している。この図で時
点ｔ０までの動作は第５図と同じであるのでここではｔ
０以降の動作について説明する。
まず、補正信号ΔＮａは最適回転速度指令Ｎａを減少さ
せるように作用し、補正後の指令Ｎａ′は時点ｔ０以後
急速に減少する。また最終の案内弁開度指令Ｙａ′は最
適案内弁開度指令Ｙａと、補正後の速度指令Ｎａ′に応
じて求められた補正開度指令ΔＹとを加算器２１で加算
して求めるため、Ｎａ′の減少によりＹａ′もまた案内
弁開度Ｙを急速に絞り込む。この結果、水車出力ＰTは
急速に減少する。これに対し、発電出力指令Ｐ０側につ
いてみると、不安定領域への突入を回避するための補正
信号ΔＮａはＰ０には全く作用しないので、指令Ｐ０と
実発電出力Ｐとは一定不変である。
せるように作用し、補正後の指令Ｎａ′は時点ｔ０以後
急速に減少する。また最終の案内弁開度指令Ｙａ′は最
適案内弁開度指令Ｙａと、補正後の速度指令Ｎａ′に応
じて求められた補正開度指令ΔＹとを加算器２１で加算
して求めるため、Ｎａ′の減少によりＹａ′もまた案内
弁開度Ｙを急速に絞り込む。この結果、水車出力ＰTは
急速に減少する。これに対し、発電出力指令Ｐ０側につ
いてみると、不安定領域への突入を回避するための補正
信号ΔＮａはＰ０には全く作用しないので、指令Ｐ０と
実発電出力Ｐとは一定不変である。
この結果、時点ｔ０後の水車出力ＰTと発電出力Ｐとは
Ｐ＞ＰTとなり、水車には減速力が作用し回転速度が減
少し、第４図Ａで述べたように安定運転領域へ脱出す
る。尚、速度の低下によりＮ１＜Ｎ1Pとなれば補正信号
ΔＮａは消滅し、第６図回路各部の諸量は発電出力指令
Ｐ０に対応した値で安定する。
Ｐ＞ＰTとなり、水車には減速力が作用し回転速度が減
少し、第４図Ａで述べたように安定運転領域へ脱出す
る。尚、速度の低下によりＮ１＜Ｎ1Pとなれば補正信号
ΔＮａは消滅し、第６図回路各部の諸量は発電出力指令
Ｐ０に対応した値で安定する。
以上詳細に述べたように、本発明の可変速発電装置では
水車回転速度を低下させることで安定運転領域へ回避す
ることが可能であり、この場合に系統４の周波数は一定
のままとすることができる。つまり、系統周波数は２
次巻線の周波数２と水車回転速度に対応して定まる周
波数Ｗとの和であるが、Ｗが変動し増減した分は
２が減少し、又は増加することで系統周波数を一定と
すべく２次励磁制御装置が作動することからである。
水車回転速度を低下させることで安定運転領域へ回避す
ることが可能であり、この場合に系統４の周波数は一定
のままとすることができる。つまり、系統周波数は２
次巻線の周波数２と水車回転速度に対応して定まる周
波数Ｗとの和であるが、Ｗが変動し増減した分は
２が減少し、又は増加することで系統周波数を一定と
すべく２次励磁制御装置が作動することからである。
次に本発明の適用可能な変形例について説明すると、上
述では可変発電機に誘導発電機を使用した場合を説明し
たが本発明は主旨を変えずに発電機の一次側に周波数変
換器を設けたタイプの可変速発電装置にも適用できる。
述では可変発電機に誘導発電機を使用した場合を説明し
たが本発明は主旨を変えずに発電機の一次側に周波数変
換器を設けたタイプの可変速発電装置にも適用できる。
また、制御装置としては、発電量指令と回転速度指令の
和の信号により２次励磁制御装置を駆動し、案内弁開度
を最適（効率上の）開度にするものにも適用できる。
和の信号により２次励磁制御装置を駆動し、案内弁開度
を最適（効率上の）開度にするものにも適用できる。
本発明の効果は前述より明らかな如く発電機が電力系統
に並入される通常の可変速発電モードにおいて、ポンプ
水車（又は水車）がＳ字特性に突入する可能性を完全に
排除し、安定で確実な運転継続を保証できる点にある。
に並入される通常の可変速発電モードにおいて、ポンプ
水車（又は水車）がＳ字特性に突入する可能性を完全に
排除し、安定で確実な運転継続を保証できる点にある。
第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図、第２図は
第１図の一部を成す回転速度制御装置のブロツク図、第
３図（ａ）〜（ｇ）は第１図や第２図の制御装置の各部
信号を示す説明図、第４図ＡはＳ字特性を有するポンプ
水車の流量特性(Ｎ１−Ｑ1)グラフ、第４図Ｂは同じく
トルク（Ｎ１−Ｔ１）グラフを示す図、第５図は第１図
装置において不安定運転領域に近づいた時の装置各部の
諸量を示す図、第６図と第７図は本発明の他の実施例と
その動作説明図である。
第１図の一部を成す回転速度制御装置のブロツク図、第
３図（ａ）〜（ｇ）は第１図や第２図の制御装置の各部
信号を示す説明図、第４図ＡはＳ字特性を有するポンプ
水車の流量特性(Ｎ１−Ｑ1)グラフ、第４図Ｂは同じく
トルク（Ｎ１−Ｔ１）グラフを示す図、第５図は第１図
装置において不安定運転領域に近づいた時の装置各部の
諸量を示す図、第６図と第７図は本発明の他の実施例と
その動作説明図である。
Claims (2)
- 【請求項１】発電機の実回転速度と発電出力指令と水位
信号とから前記発電機に直結した水車の案内弁の開度と
前記発電機の励磁制御装置とを制御して電力系統に電力
を供給する可変速発電装置において、 Ｓ字特性領域に移行する前記発電機の限界基準速度及び
前記発電機の発電量補正信号を前記案内弁の開度に対応
して出力する基準速度導出部と、 有効落差及び前記実回転速度から単位落差当たりの前記
発電機の回転数を求め、前記単位落差当たりの前記発電
機の回転数が前記限界基準速度よりも大きいときに前記
発電量補正信号を前記発電出力指令に加算して前記発電
機の回転数を低下させる信号補正回路と、を設けたこと
を特徴とする可変速発電装置。 - 【請求項２】発電機の実回転速度と発電出力指令と水位
信号とから前記発電機に直結した水車の案内弁の開度と
前記発電機の励磁制御装置とを制御して電力系統に電力
を供給する可変速発電装置において、 前記発電出力指令と前記水位信号とから前記発電機の最
適回転速度指令と最適案内弁開度指令を出力する水車特
性関数発生器と、 Ｓ字特性領域に移行する前記発電機の限界基準速度及び
前記最適回転速度指令を減少させる回転速度補正信号と
を前記案内弁の開度に対応して出力する基準速度導出部
と、 有効落差及び前記実回転速度から単位落差当たりの前記
発電機の回転数を求め、前記単位落差当たりの前記発電
機の回転数が前記限界基準速度よりも大きいときに前記
回転速度補正信号を出力する信号補正回路と、 を設け、前記回転速度補正信号を減算した前記最適案内
弁開度指令と前記実回転速度とにより案内弁補正信号を
求め、前記案内弁補正信号を前記最適案内弁開度指令に
加算して前記案内弁を制御し、前記発電機の回転数を低
下させることを特徴とする可変速発電装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62201712A JPH0636680B2 (ja) | 1987-08-14 | 1987-08-14 | 可変速発電装置 |
| DE3855290T DE3855290T2 (de) | 1987-08-14 | 1988-08-03 | Kontrollsystem für eine Hydrokraftanlage mit veränderlicher Geschwindigkeit |
| EP88112625A EP0303170B1 (en) | 1987-08-14 | 1988-08-03 | Control system for a variable speed hydro-power plant apparatus |
| US07/230,434 US4920277A (en) | 1987-08-14 | 1988-08-10 | Control system for a variable speed hydro-power plant apparatus |
| KR1019880010177A KR920007517B1 (ko) | 1987-08-14 | 1988-08-10 | 가변속 양수발전 플랜트에 대한 제어 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62201712A JPH0636680B2 (ja) | 1987-08-14 | 1987-08-14 | 可変速発電装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7130011A Division JP2771474B2 (ja) | 1995-05-29 | 1995-05-29 | 可変速発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6447298A JPS6447298A (en) | 1989-02-21 |
| JPH0636680B2 true JPH0636680B2 (ja) | 1994-05-11 |
Family
ID=16445679
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62201712A Expired - Lifetime JPH0636680B2 (ja) | 1987-08-14 | 1987-08-14 | 可変速発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0636680B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4456134B2 (ja) | 2007-05-08 | 2010-04-28 | トヨタ自動車株式会社 | 車両の駆動力制御装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58197522A (ja) * | 1982-05-13 | 1983-11-17 | Meidensha Electric Mfg Co Ltd | 水車発電機の制御方法 |
-
1987
- 1987-08-14 JP JP62201712A patent/JPH0636680B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58197522A (ja) * | 1982-05-13 | 1983-11-17 | Meidensha Electric Mfg Co Ltd | 水車発電機の制御方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6447298A (en) | 1989-02-21 |
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|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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