JPS62236394A - 可変速揚水発電システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 転数で運転できる可変速揚水発電システムの運転制御方
式に係り、特に揚水のＡＦＣ運転時に安定に目標値に制
御する時に好適な運転制御方式に関する。

〔発明の背景〕

従来の揚水発電システムは、揚水時に負荷の調整ができ
ないこと、及び、発電運転及び揚水運転時に、系統より
要求される発電力の変化ならびに揚水時の揚程等により
、システムの効率が変化するという欠点があった。

このため、可変速発電システムを最高効率で運転させる
ための研究が進められており、例えば、゛　　　　　、
同期機を可変速運 転することは知られている。しかし、このようなシステ
ムに関しては、昭和５９年度電気学会全国大会論文Ｎａ
５５３ｒ大容量同期電動機の可変速運転特性」があるが
、具体的な制御方式については。

ふれられていない。

〔発明の目的〕

本発明は、上記欠点を補い、揚水の各種運転状態で、高
効率で運転する可変速揚水発電システムにおいて、ＡＦ
ＣＭ転時に安定に目標値に制御する運転制御方式を提供
することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、可変速揚水発電システムにおける揚水のＡＦ
Ｃ運転時に安定に目標値に制御する方式制御することに
なる。一方、上記の回転数は、ポンプ入力と電動機出力
との差で定まる。このため。

ＷｌｔｊＪ機出力を相出力にあわせるように２次励電圧
の位相角を制御する必要がある。２次励磁付の誘導機で
ある本システムでは、このように、２次励磁電圧の位相
角を制御すると共に、ガバナ弁開度を制御することにな
る。

具体的には、電力の指令値と実際の値との差を用いて、
前記位相角を制御すると共に、出力指令値を弁開度の制
御に用い、出力指令値と揚程をもとに、あらかじめ定め
である最適弁開度となるように、弁開度を制御し、電力
制御指令値より定まる入力９回転数及び弁開度で運転し
ようとするも、ｔ　　　　　Ｏ’ｒある・ 〔発明の実施例〕 第１図は、可変速発電システムの概要を示すものであり
、−次、二次側共、３相巻線からなる。

同図で、１が固定子を、２が回転子を示す。

５８〜５ｃは固定子のａ、ｂ、ｃ相巻線を。

６８〜６ｃは回転子のａ、ｂ、ｃ相巻線を示す。

更に、定格周波数をｆ、すベリをＳとすると、回転子の
速度はｆ（１−ｓ）であり、回転子の励磁し、固定子の
回転磁界の速度と同一になる。７は回転子の回転数を測
定する測定部を示し、この出力により、３ですベリ周波
数を検出し、４で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とを示している。このようにす
ることにより、任意の回転数で運転を行っても、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１図の例では１回転子の回転磁界は
、 ｆ　（１−ｓ）　＋ｆ　ｓ＝ｆ　　　　　　　−（１）
となり、すベリにかかわらず、定格周波数の出力が得ら
れることになる。この方式において、揚水の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立
案しようとするのが本願の主旨である。

第２図は、本システムの具体例を示すものであり、可変
速機が系統に接続、運転している場合を示しである。１
０は電力系統を１，２は第１図と同一の固定子及び回転
子を示している。揚程Ｈ及び出力指令Ｐａが与えられる
と、出力指令ＰＯは遅延回路１５を介して位相角算出部
１６へ与えられる。一方、揚程Ｈ７及び出力指令値Ｐａ
よりあら らかじめ与餅気ている関数に従がって、ブロック２５で
最適弁開度が求められ、この出力がサーボ系１４に与え
られ、時間遅れをもって調速機の弁持った調速機の弁１
２の開度及び回転数Ｎで定まる。

この水車特性により、可変速機の回転子２は回転する。

１１は速度発電機を示し、この出力により、速度が検出
される。１９は、電流変成器を、２０は電圧変成器を示
し、２１で電流変成器１９及び電圧変成器２ｏの出力を
もとに、有効電力を算出する。１６は２次巻線の位相角
算出部であり。

２１の出力及び遅延回路１５の時間遅れを持った出力指
令ＰＧにより位相角が算出される。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を示す。

２３ａ、２３ｂ、２３ｃは、１７で設定した励磁量をａ
、ｂ、Ｑ相に用いるために移相する移相部である。２２
ａ、２２ｂ、２２ｃは移相部２３ａ〜２３ｃで移相した
励磁量でａ、ｂ、ｃ相を励磁する励磁巻線である。この
ように、電力制御指令値と実際の出力との差より、２次
巻線の位相角を算出して制御を行う、一方、揚程及び出
力指令値より最適弁開度となるように弁開度を制御する
。

本発明は、第２図のように、揚水運転時の最適システム
を確立しようとするものである。

以下、本発明の一実施例を第３図により具体的に説明す
る。第３図は、２次励磁付の誘導機により任意の回転数
で運転できる、いわゆる可変速発電システムＧｚが、送
電ｆｉＬを介して、系統１゜に接続運転している例を示
すものである。送電線りには、電圧変成器ＰＴｘｅ電流
変成器ＣＴ　１が設置されている。

一般に、揚水発電機には、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４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。ｐｔ、Ｐ！は巻水
車出力を、ｎｌ、ｎＺは効率を、Ｎ１．　Ｎｚは回転数
を、ｙｌ、Ｙｚは弁開度を示す、出力Ｐ１では回転数Ｎ
ｚ、弁開度Ｙｌで、出力Ｐ２では回転数Ｎｚ、弁開度Ｙ
２で、それぞれの出力における最高効率ｎｌ、ｎ！どな
ることを示している。このように、出力によって、効率
が最高となる回転数、弁開度は異なっており、これらの
最高効率の点で運転しようとすることが本願の主旨であ
る。

、、　　　　　ｍ°１１４：ｔ−；ｂ゛ｒ、　ｔｉＴ［
’ａｍ＊９４ＭＬ＞″し０”は、操作端Ｔより、電動機
に要求される電力の指令ＰＯが与えられると、電動機の
特性、揚程Ｈを考慮した上で、高効率の運転ができるよ
う、出方にあうような運転ができるよう制御する必要が
ある。このような状態で電動機出力の変更指令が与えら
れると、あらかじめ与えられている手法により、揚程、
出力指令値より、電動機の効率が最高となるよう、ガバ
ナの弁開度を求め、これらの値となるよう、回転数を制
御し、効率のよい運転を行うことになる。

第５図は、出力指令値及び揚程より最高効率となる弁開
度を求める場合の一例として、各運転点においてシステ
ムの効率が最高となる点を、横軸に出力指令値Ｐ丁！縦
軸に弁開度Ｙをとり、揚程Ｈをパラメータとして示して
いる。この図は揚程Ｈｉ〉揚程Ｈｚの場合である。この
図で、揚程Ｈ１で運転に出力指令値ＰＴＩからＰｒｚに
変化した場合には、弁開度はＹｌからＹｚに制御する必
要のあることを示している。

一方、電動機回転数の定格よりのずれは、励磁回路Ｅｘ
の情報として、すベリ周波数を用いるこられることにな
る。

次に２次励磁の具体例について説明する。第２図に示す
ように、３相の２次励磁巻線は、次のようにあられされ
る。

すなわち、第３図の操作端Ｔより与えられた指令により
、ａ、ｂ、Ｑ相の励磁量をつるための関数のうち、位角
度Δδを制御する。２次励磁回路のａ、ｂ、ｃ相電圧を
Ｖ　＊　ａ　ｒ　Ｖ　ｚ　ｂ　＊　Ｖ　ｔ　ｃ　＊とす
ると。

Ｖｚａ＝Ｅ　−８ｉｎ　　（２πｆ　−ｓ＋δ０＋Δδ
）Ｖｘｂ＝Ｅ−８ｉ　ｎ（２πｆ−ｓ＋δ０＋Δδ−１
２０’　　）、　ｖ１ｃ＝Ｅ−８ｉｎ（２πｆ−３＋δ
０＋Δδ−２４０’　　）・・・（２） と与えられる。ここで、Ｅ：すべり及び可変速機の運転
状態で定まる電圧値、δ０　：可変速機の運転状態で定
まる位相角、Δδ：制御指令部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、て電圧Ｅで、有効電力の制御指令に対しては
１位相角Δδで制御すればよい。

本願は、上記システムにおいて、揚水のＡＦＣ運転時に
安定することを目的とする。

このため、上記の構成において、励磁回路の位相角（Δ
δ）を制御して１回転数及び電力を目標値にあわせると
共に最適効率となるように弁開度を制御することが必要
となる。このために、位相角を制御するこための情報と
して、有効電力を用いる。すなわち、位相角Δδは。

Δδ＝、／ｋｔ　（ｐ−Ｐｏ）　ｄ　ｔ　＋ｋｔｐ　（
Ｐ−Ｐａ）・・・（３） とする、ここで、Ｐｏ　：有効電力の目標値、Ｐ：有効
電力の実際の値、ｋｚｅ　ｋｘｐ：者数とする。

一方、ポンプ入力はガバナの弁開度を調整することによ
り制御する。すなわち、第２図に示すように、揚程及び
出力指令値をもとに、あらがじめ与えである最適弁開度
となるように、ガバナの弁開度を制御する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、揚程及び出方指令値よりガバ更に、系
統の変動負荷をまかなうために昼間は発電、夜間は揚水
として運転する揚水発電システムにおいて、揚水運転時
にも系統より定まる電力に対しても効率よく運転できる
ため経済的効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は可変速揚水発電システムの原理概要図、第２図
は可変速揚水発電システムの制御概要図、第：３図は本
発明の実施例を示す図、第４図は可変速機の出力と効率
の関係例を示す図であり、第５図は最適弁開度算出部を
示す図である。 ｉ　　　　Ｅｘ・・・励磁回路、Ｇｘ・・・可変速発電
システム、Ｌ・・・Ｉ（ 送電線、■・・・ガバナ弁、Ｃ・・・制御指令部、Ｔ・
・・操作線、１・・・固定子、２・・・回転子、３・・
・すべり検出部、４・・・電圧発生部、５８〜５Ｃ・・
・固定子のａ。 ｂ、ｃ相巻線、６　ａ　〜６　ｃ−回転子のａ、ｂ、Ｑ
相巻線、７・・・回転数測定部、１０・・・系統、１１
・・・速度発電機、１２・・・調速機弁、１３・・・水
車特性部、１４・・・サーボ系、１５・・・遅延回路、
１６・・・２次巻線位相角算出部、１７・・・２次巻線
励磁量設定部、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。 ２２ｂ、２２ｃｍ２次励磁のａ、ｂ、Ｑ相巻線、Ｐｏ・
・・出力指令値、Ｎ・・・速度、２３ａ、２３ｂ。 ２３ｃ・・・移相部、２５・・・最適弁開度算出部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、２次励磁付の誘導発電機を任意の回転数で運転する
   可変速揚水発電システムにおいて、揚水運転時に、揚水
   及び出力指令値をもとに、ガバナ弁開度を制御すること
   を特徴とする可変速揚水発電システムの運転制御方式。