JPH0819298A

JPH0819298A - 可変速巻線型誘導機制御装置

Info

Publication number: JPH0819298A
Application number: JP7096503A
Authority: JP
Inventors: Akira Bando; 阪東　　明; Hisao Kuwabara; 尚夫桑原; Goo Nohara; 哈夫野原; Kenichi Ono; 健一小野; Eiji Haraguchi; 英二原口; Hiroto Nakagawa; 博人中川
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Priority date: 1995-04-21
Filing date: 1995-04-21
Publication date: 1996-01-19
Anticipated expiration: 2011-11-06
Also published as: JP2551401B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は可変速水車発電装置に関し、特により
発電効率の良い状態で運転しながら発電出力を円滑に制
御できる可変速水車発電装置を提供することにある。【構成】本発明の可変速水車発電装置は交流励磁出力を
外部からの発電出力信号に追従するように制御し、か
つ、水位信号と発電出力信号からガイドベーンの開度を
求める水量調整手段を設けた。【効果】高い発電効率を維持しながら、発電出力を円滑
に追従することが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は一次巻線，二次巻線を有
し、かつ水車により回転駆動される巻線型誘導機を備え
た可変速巻線型誘導機制御装置に係り、特により効率の
良い状態での運転を行いながら、誘導機からの出力を発
電出力指令に円滑に追従させることに好適な可変速巻線
型誘導機制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より回転電気機械の速度制御を行う
主要目的の１つはポンプ水車などのターボ機械の負荷に
応じて回転速度を制御してターボ機械の最高効率での運
転を実現する事であった。水車発電装置の水車を可変速
運転する方法は２種に大別できる。

【０００３】第一は、交流系統と発電機の間に周波数変
換器を設ける方法である。特開昭48−21045 号では任意
の回転速度で発電機を運転しても交流系統に電力を供給
可能とし、水車の案内弁開閉により回転速度を調整して
水車の最高効率点での運転を実現する方法が提案されて
いる。

【０００４】第二は、巻線型誘導機の１次側を交流系統
に接続し２次側と交流系統の間に周波数変換器を設ける
方法である。この方法は巻線型誘導機の１次側を交流系
統に接続し２次側と交流系統の間に周波数変換器を設け
て発電機出力に応じて回転速度を制御する方法の典型的
な応用例として従来より知られ、電気工学ハンドブック
（電気学会発行，昭和４２年版）などにも記載されてい
る。この種の可変速水車発電装置の制御装置として例え
ば特開昭52−46428 号，特願昭57−182920号，特開昭55
−56499 号などが提案されている。

【０００５】上記２種の可変速水車発電装置に共通する
課題は水車出力と発電機出力をどの様に制御して回転速
度を制御するかである。具体的には水車運転条件を示す
少なくとも外部からの発電出力指令信号Ｐｏを含む信号
から演算する最適回転速度指令値Ｎａと回転速度検出値
Ｎを比較した速度偏差信号（Ｎａ−Ｎ）をどの様に水車
と発電機の出力制御に用いるかが課題となる。何故なら
ば、水車と発電機を機械的に接続したもので回転速度を
調整する場合、水路系の流体運動エネルギーは機械系の
回転運動エネルギーよりも小さく、発電機の損失は殆ど
無視出来るのが一般的であり、水車出力と発電機出力の
差が殆ど回転運動エネルギーの増加減分となるからであ
る。ここに外部からの発電出力指令Ｐｏとは水車や発電
機，周波数変換装置などの可変速発電装置を構成する機
器の電圧，電流，周波数，位相，回転速度などの測定信
号から演算される発電出力指令以外の発電出力指令を意
味する。具体的には中央給電指令所など発電装置の外部
からの発電出力指令を意味する。

【０００６】可変速水車発電装置の制御装置で巻線型誘
導機の１次側を交流系統に接続し２次側と交流系統の間
に周波数変換器を設ける方法に関する提案として挙げた
特開昭55−56499 号では駆動媒体の速度（水車であれば
流水量），回転速度，発電機固定子出力の３種の測定信
号を発電機出力制御と水車出力制御に用いる構成を提案
している。しかしながら、どのように発電機出力と水車
出力を制御して回転速度を制御するのかについて具体的
提案は無い。また、外部からの発電出力指令Ｐｏに対し
てどのように発電機出力を応答させるのかについても具
体的提案は無い。

【０００７】この種の可変速水車発電装置の制御装置に
かかる提案として挙げた特開昭52−46428 号，特願昭57
−182920号では回転速度偏差信号を用いて発電機出力の
制御を行う制御方式を提案している。

【０００８】これらの可変速水車発電装置の制御装置の
構成例を図１６に示す。図１６において１は誘導機でそ
の回転子に直結された水車２によっ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われる。５は
水車特性関数発生器で、外部から与えられる発電出力指
令Ｐｏと水位検出信号Ｈを入力して最高効率で運転する
為の最適回転速度指令Ｎａと最適案内弁開度指令Ｙａを
発生する。７はスリップ位相検出器で前記交流系統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
の差に等しいスリップ位相Ｓｐを検出する。スリップ位
相検出器７の一構成例を説明する。スリップ位相検出器
の回転子は誘導機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、スリップ位相検出器７の固定子側
には電気角でπ／２だけ異なる位置にホールコンバータ
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、スリップ位相Ｓｐに変換される。
８は誘導機出力指令装置で前記水車特性関数発生器５か
らの最適回転速度指令Ｎａと回転速度検出器６からの回
転速度検出信号Ｎを比較して誘導機出力指令ＰＧを発生
する。この誘導機出力指令ＰＧと前記スリップ位相検出
器７のスリップ位相信号Ｓｐは２次励磁制御装置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が誘導機出力指令ＰＧ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。具体的には特公昭57−60645 号で提案されている制
御方法などが適用できる。１０は案内弁駆動装置で水車
特性関数発生器５からの最適案内弁開度指令Ｙａに応じ
て案内弁１１の開度を調整し、水車出力ＰＴを制御す
る。

【０００９】この様な制御装置において、いま発電出力
Ｐをステップ状に上昇させようとして発電出力指令Ｐｏ
を図１７（ａ）に示すように変化させた場合、発電出力
指令Ｐｏのステップ状の上昇に伴って最適回転速度指令
Ｎａと最適案内弁開度指令Ｙａも図１７（ｂ)，(ｃ）に
示す如くステップ状に上昇し、案内弁１１の開度Ｙは案
内弁駆動装置１０により図１７（ｄ）に示す様に順次案
内弁開度指令Ｙａに一致する様に制御され、この案内弁
の開度Ｙの変化に伴って水車出力ＰＴも図１７（ｅ）に
示す様に変化して外部発電出力指令Ｐｏに対応した値と
なる。一方、誘導機１の回転速度Ｎを図１７（ｆ）に示
す様に上昇させて最適回転速度指令Ｎａに一致させるた
めにはその上昇分に見合うだけの発電装置の回転系の運
動エネルギーを増加させる必要がある。この運動エネル
ギー増加分は水車出力ＰＴを増すか発電出力Ｐを減らし
て補うしか方法はない。しかし前記の如く最適案内弁開
度指令Ｙａに応じて変化する案内弁１１の開度Ｙによっ
て水車出力ＰＴは決められている為に水車出力ＰＴは早
急には上昇しない。この為に前記運動エネルギー増加分
を発電出力Ｐを減らして回転系に供給する事になり図１
７（ｇ）に示すように上昇させるべき発電出力Ｐが過渡
的に逆に低下してしまい電力系統の運用上問題が生じ
る。この過渡的な発電出力Ｐの低下を防止する為には誘
導機出力指令装置８の内部で水車特性関数発生器５から
の最適回転速度指令Ｎａを１次遅れ要素などの信号急変
を抑える装置に入力した上でこの装置の出力と回転速度
検出器６からの回転速度検出信号Ｎを比較して誘導機出
力指令ＰＧを発生する方法が考えられる。この方法によ
り水車出力ＰＴの上昇分の一部を回転運動エネルギー上
昇分に供給し、残りを誘導機の１の出力Ｐの上昇分に振
り分ける事が出来る。しかしながらこの方法でも水車出
力ＰＴの上昇よりも速く誘導機１の出力Ｐを上昇させる
事は出来ず、発電装置としての応答速度が案内弁駆動装
置１０の応答で抑えられてしまう欠点があった。この問
題は発電出力指令Ｐｏをステップ状に下げようとする場
合にも生じる。これらの問題は根本的には誘導機１の出
力のみを調整して回転速度Ｎを制御している為に生ずる
問題である。

【００１０】以上、可変速水車発電装置の出力制御と回
転速度制御に関する従来技術の問題点について説明し
た。次に、可変速水車発電装置で交流系統の周波数制御
を行う時の問題点について説明する。

【００１１】誘導機の２次側と交流系統の間に周波数変
換器を備えた２次励磁制御装置を設けて可変運転を行う
発電装置の特徴として回転速度と交流系統の周波数が一
致しない点が挙げられる。この点に対応して交流系統の
周波数を所定の値に制御する方法として特願昭58−1990
41号が提案されている。この提案は周波数を制御する為
には交流系統への発電出力を制御する必要があるが、一
方で回転速度を最適値に保つ為には発電出力の変化に見
合う出力を水車から供給せねばならなぬ点に着目したも
のである。この提案の構成例を図１８に示す。図１８の
中で前述の図１６と同一番号の品は同一品を示す。ここ
では図１８の中で図１６と異なる部分についてのみ説明
する。

【００１２】１３は交流系統４の周波数ｆを検出する周
波数検出器で、１４は周波数制御装置で周波数検出信号
ｆと周波数設定値を比較して発電出力指令修正信号ΔＰ
ｏを演算する。この発電出力指令修正信号ΔＰｏがステ
ップ状に上昇し水車特性関数発生器５への入力がステッ
プ状に上昇した場合を考える。この場合、誘導機１の出
力Ｐの応答は前記の図１７(ｇ)と全く同様の変化を示
す。従って当初の目的である周波数制御は誘導機１の出
力Ｐが発電出力指令修正信号ΔＰｏの変化に対応した応
答をせぬ為に過渡的に周波数偏差を大きくする問題があ
った。

【００１３】また、可変速水車発電装置では水の位置エ
ネルギーを水車と発電機を用いて電気エネルギーに変換
する際に、水車出力と発電機出力（正確には発電機入力
であるが一般に発電機損失は無視しうる）の差が回転部
の運動エネルギーを増減し、この結果として回転速度が
変化する構成となっている。

【００１４】本発明の装置では、この回転部の運動エネ
ルギーが電気エネルギーと比較して無視し得ない値であ
ることに着目し、基本的には発電出力応答に対する水車
の出力応答の遅れは過渡的に回転部の運動エネルギーで
吸収させ、発電機出力発電出力指令に応じて直接的に制
御するものである。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
した問題点を解決し、発電効率を低下させることなく発
電出力を発電出力指令に円滑に追従させることを可能に
し、電力系統の安定度を高めることに寄与する巻線型誘
導機制御装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は一次巻線，二次
巻線を有し、かつ水量が水量供給手段で調整される水車
により回転駆動される巻線型誘導機を備えた可変速巻線
型誘導機制御装置において、発電出力指令信号および巻
線型誘導機の発電出力信号を入力して、交流励磁装置の
交流励磁出力を発電出力指令信号に追従させるように調
整する交流励磁調整手段と、発電出力指令信号，水位信
号および巻線型誘導機の回転速度信号を入力して巻線型
誘導機の回転速度目標信号を出力する回転速度目標信号
発生手段と、回転速度目標信号を入力し水量供給手段が
流す水量を調整する水量供給補正手段とを備え、発電出
力の変化に対して、巻線型誘導機の回転速度応答より
も、巻線型誘導機からの発電出力応答が早く追従するよ
うにしたものである。

【００１７】また、本発明は一次巻線，二次巻線を有
し、かつ水量が水量供給手段で調整される水車により回
転駆動される巻線型誘導機を備えた可変速巻線型誘導機
制御装置において、発電出力指令信号および巻線型誘導
機の発電出力信号を入力して、交流励磁装置の交流励磁
出力を発電出力指令信号に追従させるように調整する交
流励磁調整手段と、発電出力指令信号および水位信号を
入力して巻線型誘導機の回転速度目標信号を出力する回
転速度目標信号発生手段と、回転速度目標信号と巻線型
誘導機の回転速度信号の偏差を用いて前記水量供給手段
が流す水量を調整する水量供給補正手段とを備えたもの
である。

【００１８】

【作用】本発明によれば、発電出力に関する信号が大き
く変化する場合でも、発電機出力を発電出力指令に応じ
て直接的に制御するようにし、かつ水量供給手段に入力
される誘導機の回転速度目標信号を水位信号も入力して
求めることにより、誘導機の回転速度の応答よりも誘導
機の発電出力応答が高効率に早く追従できるようにした
ものである。

【００１９】また、さらに本発明によれば、誘導機の回
転速度目標信号を発電出力指令信号と水位信号とを用い
て求め、さらにこの回転速度目標信号と実際の誘導機の
回転速度信号の偏差を用いて、この信号により発電出力
応答が高効率に早く追従できるようにしたものである。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
する。

【００２１】図１は本発明の一実施例を示した図であ
り、従来例を説明するのに用いた前記図１６と同一番号
の構成部品は同一品を示す。ここでは図１の中で図１６
と異なる部分について詳述し、共通部分の説明は省略す
る。１５は回転速度指令演算器で外部からの発電出力指
令Ｐｏと外部からの水位信号Ｈに応じて最適回転数指令
Ｎａを発生する。水位変動の少ない発電装置の場合は水
位信号Ｈを入力せずに発電出力指令Ｐｏのみから最適回
転数指令Ｎａを発生しても良い。１６は回転速度制御装
置で最適回転指令Ｎａと回転速度検出器６で検出される
回転速度信号Ｎを比較して案内弁開度指令Ｙａを発生す
る。

【００２２】図２は回転速度制御装置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の比例要素（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により案内弁開度指令Ｙａとして案内弁駆動装置
１０に入力される。

【００２３】一方、外部からの発電出力指令Ｐｏは前記
回転速度指令演算器１５に入力されると共に２次励磁制
御装置３への発電出力指令として入力される。

【００２４】この様に構成された本実施例の制御装置に
おいて、いま時点ｔ０で例えば発電出力Ｐをステップ状
に上昇させようとして発電出力指令Ｐｏを図３（ａ）に
示すようにステップ状に上昇させると誘導機１の発電出
力Ｐは図３（ｇ）に示すように発電出力指令Ｐｏの変化
に追従して上昇する。一方、案内弁開度指令Ｙａは最適
回転速度指令Ｎａが図３（ｃ）に示すようにステップ状
に上昇するために比例要素１８の出力変化により図３
（ｂ）のようにステップ状に変化する。しかしながら案
内弁１１の開度Ｙの応答は前述の発電出力指令Ｐｏに対
する誘導機出力Ｐの応答速度よりも遅い。このため誘導
機出力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Ｐｏの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。なお時点ｔ１では速度偏差ΔＮ
は正なので案内弁開度指令Ｙａは積分要素１９により上
昇を続ける。このため案内弁開度Ｙは上昇を続け、時点
ｔ２で回転速度Ｎは最適回転速度指令Ｎａと等しくな
り、案内弁開度Ｙａは極大となる。その後、案内弁開度
Ｙと回転速度Ｎは減衰振動しながら回転速度Ｎは最適回
転速度指令Ｎａに整定する。図３の時点ｔ３とｔ５で水
車出力ＰＴと発電出力Ｐは等しく、時点ｔ４では回転速
度Ｎと最適回転速度指令Ｎａが等しい。

【００２５】以上より発電出力指令Ｐｏの変化に対して
案内弁１１の応答よりも速く発電出力Ｐを追従させ、回
転速度Ｎを最適回転速度Ｎａに整定させる事が可能であ
る。これは発電出力指令Ｐｏの変化に対して発電出力Ｐ
を追従させる為に最初に回転運動エネルギーを用い、誘
導機１の出力Ｐを発電出力指令Ｐｏに保つ一方で最適回
転速度指令Ｎａに回転速度Ｎを調整するに必要な回転運
動エネルギーは案内弁１１を制御して供給する事で実現
したものである。

【００２６】図４は本発明の他の一実施例を示す図であ
る。ここでは図１と異なる部分について詳述し、共通部
分の説明は省略する。５は水車特性関数発生器で、外部
からの発電出力指令Ｐｏと水位信号Ｈとから最適案内弁
開度指令Ｙａと最適回転速度指令Ｎａを発生する。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。回転速度制御装置１６は図２と同じ構成で案内弁開
度補正信号ΔＹを出力し、水車特性関数発生器５からの
最適案内弁開度指令Ｙａは加算器２１によって前記案内
弁開度補正信号ΔＹに加算されて案内弁駆動装置１０に
入力される構成をとっている。

【００２７】この様に構成された本実施例の制御装置に
おいて、いま時点ｔ０で例えば発電出力Ｐをステップ状
に上昇させようとして発電出力指令Ｐｏを図５（ａ）に
示す様にステップ状に上昇させると、誘導機１の発電出
力Ｐは図５（ｇ）に示すように発電出力指令Ｐｏの変化
に追従して上昇する。一方、発電出力指令Ｐｏに対する
発電出力Ｐの応答よりも最適案内弁開度指令Ｙａに対す
る案内弁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Ｐｏ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
正なので案内弁開度補正信号ΔＹは正で、案内弁開度Ｙ
は最適案内弁開度指令Ｙａよりも更に大きくなる。従っ
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は図５（ｆ）の様に上昇し始める。そして回転速度
Ｎの上昇と共に最適回転速度指令Ｎａとの偏差が小さく
なり、案内弁開度補正信号ΔＹの減少と共に水車出力Ｐ
Ｔが減少し、回転速度Ｎの加速度は減少する。

【００２８】図４の実施例を用いると定常状態における
速度偏差ΔＮ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からの最適案内弁開度指令Ｙａと案
内弁開度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高めることにより殆ど零にする
事が可能である。従って、定常時の案内弁開度偏差（Ｙ
ａ−Ｙ）のみを積分要素１９が発生すれば良い事にな
る。これは図１の実施例では定常時の案内弁開度指令Ｙ
ａの全てを積分要素１９が発生せねばならないのと対照
的である。結果的に図１の実施例では案内弁１１の応答
を早める為に積分要素１９の利得Ｋ２をある程度以上大
きくせざるを得ぬ代償として図３（ｅ)，(ｆ）の如く水
車出力ＰＴと回転速度Ｎはある程度振動性の応答とな
る。一方、図４の実施例では制動効果のある比例要素１
８の利得Ｋ１を大きくして積分要素１９の利得Ｋ２を相
対的に小さくしても応答速度を早く出来る。しかも図５
（ｅ)，(ｆ）の如く水車出力ＰＴと回転速度Ｎを振動さ
せずに整定する事が出来る。

【００２９】図６は更に他の一実施例を示す図である。
この実施例は前述した図４の実施例を変形したものであ
るので、ここで図６の中で図４と異なる部分についての
み説明し、共通部分の説明は省略する。２２は比較器で
最適回転速度指令Ｎａと回転速度検出値Ｎの偏差ΔＮを
出力する。この回転速度偏差ΔＮを発電出力修正指令装
置２３に入力し、この発電出力修正指令装置２３の出力
信号ΔＰ１と外部からの発電出力指令信号Ｐｏは加算器
２４を通して２次励磁制御装置３に発電出力指令信号と
して入力される構成をとっている。

【００３０】図６に示す発電出力修正指令装置２３の構
成を説明する。回転速度偏差ΔＮの絶対値がＮ１より小
さい時は、発電出力修正指令信号ΔＰ１は零を保ち、Ｎ
１を越えると回転速度偏差ΔＮの絶対値の増加に比例し
て発電出力修正指令信号ΔP1の絶対値も増加する。この
発電出力修正指令信号ΔＰ１の絶対値はＰ１を越えぬ様
に出力される。

【００３１】この様に構成された本実施例の制御装置に
おいて、いま時点ｔ０で例えば発電出力Ｐをランプ状に
水車最大出力付近の値に上昇させようとして発電出力指
令Ｐｏを図７（ａ）に示すようにランプ状に上昇させる
ときの応答を説明する。まず、比較対照する為に図４の
実施例で同じ条件で発電出力指令をランプ状に上昇させ
る時の応答を図８に示す。図８（ａ）の如く時点ｔ０か
らｔ３までランプ状に発電出力指令Ｐｏを上昇させる場
合、時点ｔ１までは図８（ｃ）の如く最適回転速度指令
Ｎａは２次励磁制御装置の定格電圧などで定まる最低回
転速度のままである。時点ｔ１までは図８（ｂ）の如く
最適案内弁開度指令Ｙａと案内弁開度Ｙは殆ど等しい。
時点ｔ１からは発電出力指令Ｐｏの上昇と共に最適回転
速度指令Ｎａは上昇し、回転速度Ｎとの偏差ΔＮにより
案内弁開度Ｙは水車特性関数発生器５からの最適案内弁
開度指令Ｙａよりも大きくなり、水車出力の一部を回転
運動エネルギー増加分として供給し始める。時点ｔ２で
案内弁開度Ｙは最大値に達し、水車出力ＰＴは図８
（ｄ）の如くほぼ一定となる。回転速度Ｎを最適回転速
度指令Ｎａに近づける為には、水車出力ＰＴを発電出力
Ｐよりも大きくして回転運動エネルギーを増加させる必
要がある。しかしながら図８(ｄ)，（ｅ）の如く時点ｔ
３からは回転運動エネルギー増加分は発電出力指令Ｐｏ
の最終値が大きくなればなる程小さくなり、回転速度Ｎ
の加速度も小さくなる。結果的に回転速度偏差ΔＮが小
さくなって案内弁開度Ｙが最適案内弁開度指令Ｙａに整
定し始める時点ｔ４までの時間が長くなり、回転速度Ｎ
が最適回転速度指令Ｎａに整定するまで水車２の最高効
率での運転が実現出来ない。この為の効率低下が無視し
得ない場合もある。一方、図６の実施例における図７の
応答については時点ｔ１までは前に説明した図８の応答
と全く同じである。図７(ｃ)の如く最適回転速度指令Ｎ
ａが上昇し始める時点ｔ１から回転速度偏差ΔＮが増加
し始め、時点ｔ２で回転速度偏差ΔＮは発電出力修正指
令装置２３で設定したＮ１に達する。時点ｔ２を過ぎる
と発電出力修正指令装置２３は２次励磁制御装置３へ入
力される外部からの発電出力指令Ｐｏを相殺する方向に
発電出力修正指令ΔＰ１を発生する。これにより図７
（ｅ）の如く発電出力Ｐは発電出力指令Ｐｏよりも低く
なり、水車出力ＰＴと発電出力Ｐの差が大きくなった分
だけ回転速度Ｎの加速度は大きくなる。時点ｔ３で案内
弁開度Ｙは最大となり、時点ｔ４で発電出力指令Ｐｏは
最大値に達する。時点ｔ５で回転速度偏差ΔＮは再びＮ
１まで減少し、発電出力修正指令信号ΔＰ１は零とな
る。時点ｔ６で回転速度Ｎが最適回転速度指令Ｎａに近
づくと共に案内弁開度Ｙは減少し始めて最適案内弁開度
Ｙａに整定する。結果的に時点ｔ２から時点ｔ５までの
発電出力Ｐを抑える事により、最適回転速度指令値Ｎａ
への加速を早める事が出来る。本発明は発電出力指令Ｐ
ｏを大きく変える時に有効で、特に回転部の慣性モーメ
ントが発電出力定格に対して相対的に大きい可変速水車
発電装置の制御装置に適する。

【００３２】図９は更に他の実施例を示す図である。こ
の実施例は図４に示した実施例の変形例である。ここで
は、図９の中で図４と異なる部分についてのみ説明し、
共通部分の説明は省略する。回転速度検出器６で検出さ
れた回転速度Ｎを発電出力修正指令装置２５に入力し、
この発電出力修正指令装置２５の出力信号ΔＰ２と外部
からの発電出力指令信号Ｐｏは加算器２６を通して２次
励磁制御装置３に発電出力指令信号として入力される構
成をとっている。図９に示す発電出力修正指令装置２５
の構成を説明する。回転速度Ｎが設定値Ｎ２とＮ３の間
にある時は発電出力修正指令信号ΔＰ２は零を保ち、回
転速度Ｎが設定値Ｎ２よりも低くなると発電出力修正指
令信号ΔＰ２は回転速度Ｎの低下に比例して減少する。
一方、回転速度Ｎが設定値Ｎ３よりも高くなると発電出
力修正指令信号ΔＰ２は回転速度Ｎの上昇に比例して増
加する。この発電出力修正指令信号ΔＰ２の絶対値はＰ
２を越えぬ様に出力される。ここで設定値Ｎ２とＮ３は
２次励磁制御装置３を構成する周波数変換装置の電圧定
格と周波数出力範囲，誘導機１と水車２の機械部分の強
度などで定まる回転速度範囲に対応する。

【００３３】この様に構成された制御装置において、い
ま時点ｔ０で回転速度Ｎが設定値Ｎ２付近の状態で発電
出力Ｐをステップ状に上昇させようとして発電出力指令
Ｐｏを図１０（ａ）に示すようにステップ状に上昇させ
るときの応答を説明する。時点ｔ０で発電出力指令Ｐｏ
が上昇すると前述の図５と同じく回転速度Ｎは最適回転
速度指令Ｎａの変化とは逆に図１０（ｆ）の如くいった
ん低下する。そして回転速度Ｎが設定値Ｎ２より低くな
ると発電出力修正指令ΔＰ２により２次励磁制御装置３
に入力される発電出力指令は外部からの発電出力指令Ｐ
ｏよりも小さくなる。従って水車出力ＰＴと発電出力Ｐ
が一致する時点ｔ１は水車出力ＰＴが発電出力指令Ｐｏ
に一致する時点ｔ２よりも早くなる。従って本発明を実
施する事により回転速度Ｎが極小となる時点は図１０
（ｆ）の破線の如く時点ｔ２であったものが本発明によ
り時点ｔ１に移る。同時に過渡的な速度の逆方向のオー
バーシュートも大幅に低減させる事が可能である。本発
明は可変速水車発電装置の回転速度設定範囲内に回転速
度を制御するのに有効である。言うまでもなく本実施例
は図６の実施例と組合せて実施する事も出来る。

【００３４】図１１は更に他の実施例を示す図である。
この実施例は図４の実施例の変形例であるので前述の図
４と異なる部分について詳述し、共通部分の説明は省略
する。１３は交流系統４の周波数ｆを検出する周波数検
出器で、２７は周波数制御装置で交流系統４の周波数検
出信号ｆと周波数設定値ｆｏを比較して発電出力修正指
令信号ΔＰ３を出力する。この発電出力修正指令信号Δ
Ｐ３を加算器２８により外部からの発電出力指令Ｐｏに
付勢して水車特性関数発生器５と２次励磁制御装置３に
入力する構成をとっている。

【００３５】図１２は周波数制御装置２７の一実施例を
示す図である。

【００３６】２９は比較器で周波数設定値ｆｏと周波数
検出信号ｆの偏差Δｆを出力する。この周波数偏差Δｆ
は３０の比例要素Ｋ３と３１の積分要素（Ｋ４／Ｓ）に
入力され、これらの出力は加算器３２を経てリミッタ３
３に入力される。リミッタ３３は発電出力修正指令信号
ΔＰ３の絶対値をＰ３以下に抑制する構成をとってい
る。

【００３７】この様な構成により周波数偏差Δｆから演
算した発電出力修正指令信号ΔＰ３を水車案内弁駆動装
置１０と２次励磁制御装置３の両方の調整に用いる事が
出来、周波数制御と安定な回転数制御を実現する事が出
来る。

【００３８】図１３は更に他の実施例を示す図である。
この実施例では図４に示した実施例の変形例であるの
で、図４と異なる部分について詳述し、共通部分の説明
は省略する。可変速水車発電装置で外部からの発電出力
指令が発電装置の発電可能範囲を外れた時の処理方法に
ついて具体的な提案は未だないが、図１３はこの処理方
法の一例を示す図である。３４は発電出力制限演算器
で、外部からの発電出力指令信号Ｐｏが設定値Ｐ５を越
える時は出力をＰ５に、設定値Ｐ４より小さい時は出力
をＰ４に抑制して２次励磁制御装置３と水車特性関数発
生器５へ入力する構成をとっている。

【００３９】図１４は図１３の実施例を変形した他の実
施例を示す図である。３５は発電出力制限演算器で、前
述の発電出力制限演算器３４と同じく発電出力指令Ｐｏ
を設定値Ｐ４とＰ５で定まる範囲に抑制する構成として
いる。但し、発電出力制限演算器３５においては設定値
Ｐ４とＰ５を発電限界関数発生器３６から入力する構成
としている。発電限界関数発生器３６は水位信号Ｈを入
力し発電出力上限値Ｐ５と下限値Ｐ４を発生する。これ
らの上下限値Ｐ４，Ｐ５は水車２の水力学的特性，誘導
機１の出力限界，２次励磁制御装置３の電圧出力限界，
出力周波数範囲などにより定まる。本実施例によれば水
位変動の大きな可変速水車発電装置の過負荷防止を実現
する事が出来る。

【００４０】図１５は図１４の実施例を変形した他の実
施例を示す図である。

【００４１】３４１と３４２は発電出力制限演算器で前
述の発電出力制限演算器３４と同様の構成をもってい
る。発電出力制限演算器３４１は周波数制御の為の加算
器２８と水車特性関数発生器５の発電出力指令入力の間
に設置し、発電出力制限演算器３４２は回転数調整の為
の加算器２６と２次励磁制御装置３の発電出力指令入力
の間に設置する構成をとっている。本実施例によれば周
波数制御や回転数調整の為に水車及び誘導機への出力指
令が修正された場合にも過負荷防止を実現出来る。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば発電
出力を外部からの発電出力指令に応じて直接的に制御す
るようにし、かつ水量供給手段に入力される誘導機の回
転速度目標信号を水位信号も入力して求めることによ
り、使用する水量を高効率に調整しながら誘導機の回転
速度の応答よりも誘導機の発電出力応答を早く追従する
ことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る装置全体のブロック
図。

【図２】図１の一部をなす回転速度制御装置の一実施例
に係るブロック図。

【図３】（ａ)〜(ｇ）は同制御装置の各部における信号
の波形図。

【図４】本発明の他の一実施例に係る装置全体のブロッ
ク図。

【図５】（ａ)〜(ｇ）は同制御装置の各部における信号
の波形図。

【図６】本発明の他の一実施例に係る装置全体のブロッ
ク図。

【図７】（ａ)〜(ｅ）は同制御装置の各部における信号
の波形図。

【図８】（ａ)〜(ｅ）は図７と比較対照する為の図４の
制御装置の各部における信号の波形図。

【図９】本発明の他の一実施例に係る装置全体のブロッ
ク図。

【図１０】（ａ)〜(ｇ）は同制御装置の各部における信
号の波形図。

【図１１】本発明の他の一実施例に係る装置全体のブロ
ック図。

【図１２】図１１の一部をなす周波数制御装置の実施例
に係るブロック図。

【図１３】本発明の他の実施例に係る装置全体のブロッ
ク図。

【図１４】本発明の他の実施例に係る装置全体のブロッ
ク図。

【図１５】本発明の他の実施例に係る装置全体のブロッ
ク図。

【図１６】従来の装置全体の一例を示すブロック図。

【図１７】（ａ)〜(ｇ）は同制御装置の各部における信
号の波形図。

【図１８】従来の制御装置のその他の一例を示すブロッ
ク図である。

【符号の説明】

１…誘導機、２…水車、３…２次励磁制御装置、４…交
流系統、４…水車特性関数発生器、６…回転速度検出
器、７…スリップ位相検出器、８…誘導機出力指令装
置、９…有効電力検出器、１０…案内弁駆動装置、１１
…案内弁、１２…受電変圧器、１３…周波数検出器、１
４，２７…周波数制御装置、１５…回転速度指令演算
器、１６…回転速度制御装置、１７，２２，２９…比較
器、１８，３０…比例要素、１９，３１…積分要素、２
０，２１，３２…加算器、２３，２５…発電出力修正指
令装置、２４，２６，２８…加算器、３３…リミッタ、
３４，３５，３４１，３４２…発電出力制限演算器、３
６…発電限界関数発生器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者野原哈夫茨城県日立市久慈町4026番地株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者小野健一茨城県日立市幸町３丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者原口英二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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一次巻線，二次巻線を有し、かつ水量が水
量供給手段で調整される水車により回転駆動される巻線
型誘導機を備えた可変速巻線型誘導機制御装置におい
て、発電出力指令信号および前記巻線型誘導機の発電出力信
号を入力して、前記交流励磁装置の交流励磁出力を前記
発電出力指令信号に追従させるように調整する交流励磁
調整手段と、前記発電出力指令信号，水位信号および前記巻線型誘導
機の回転速度信号を入力して前記巻線型誘導機の回転速
度目標信号を出力する回転速度目標信号発生手段と、前記回転速度目標信号を入力し前記水量供給手段が流す
水量を調整する水量供給補正手段とを備え、前記発電出力の変化に対して、前記巻線型誘導機の回転
速度応答よりも、前記巻線型誘導機からの発電出力応答
が早く追従することを特徴とする可変速巻線型誘導機制
御装置。
【請求項２】一次巻線，二次巻線を有し、かつ水量が水
量供給手段で調整される水車により回転駆動される巻線
型誘導機を備えた可変速巻線型誘導機制御装置におい
て、発電出力指令信号および前記巻線型誘導機の発電出力信
号を入力して、前記交流励磁装置の交流励磁出力を前記
発電出力指令信号に追従させるように調整する交流励磁
調整手段と、前記発電出力指令信号および水位信号を入力して前記巻
線型誘導機の回転速度目標信号を出力する回転速度目標
信号発生手段と、前記回転速度目標信号と前記巻線型誘導機の回転速度信
号の偏差を用いて前記水量供給手段が流す水量を調整す
る水量供給補正手段とを備えたことを特徴とする可変速
巻線型誘導機制御装置。