JPS6271497A - 可変速巻線型誘導機制御装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は誘導機とこの誘導機の２次側に接続した２次励
磁制御装置を用いた可変速水車発電装置に係り、特に最
高効率点での運転と周波数制御を実現するのに好適な可
変速水車発電装置の制御装置に関する。

〔発明の背景〕

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。

第１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号公報では任意の
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。

第２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８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）などにも記載されでいる。この種の
可変速水車発電装置の制御装置としては１例えば特開昭
５２−４６４２８号公報、特願昭５７−１８２９２０号
明細書および図面、特開昭５５−５６４９９号公報など
に開示されたものが提案されている。

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外部から
の外部発電出力指令信号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）をどの様にして水車と発電機の
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１発電機の損失は殆んど無視出来
るのが一般的であり、水車出力と発電機出力の差の殆ん
どが回転運動エネルギーの増加減分となるからである。

ここに外部からの外部発電出力指令Ｐｏとは水車や発電
機１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
号から演算される内部の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。

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号公報の装置では、駆動媒体の速１１（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な提案が無い
。

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号公報、特願昭５７
−１８２９２０号明細書および図面では回転速度偏差信
号を用いて発電機出力の制御を行なう制御方式を提案し
ている。

これらの可変速水車発電装置の制御装置の構成例を第１
６図に示す、第１６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！ｉ！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。５は
水車特性関数発生器で、外部から与えられる外部発電出
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Ｓ
ｐ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号公報で提案さ
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。

このよう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外部発電出力指令Ｐｏを第１
７図（ａ）に示すように変化させた場合１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も第１７図（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により第１７図（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１１の開度Ｙの変化に伴って水車出力ＰＴも第１７図
（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を第１７図
（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ＦＴ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
事になり第１７図（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を一次週九要素な
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」二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。この問題は外部発電出力指令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。

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。

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なう発電装置の
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開昭５８−１９９０４
１号の装置が提案されている。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第１８図に示す。

第１８図の中で前述の第１６図と同一番号の品は同一品
を示す。ここでは第１８図の中で第１６図と異なる部分
についてのみ説明する。

１３は交流系統４の周波数ｆを検出する周波数検出器で
、１４は周波数制御装置で周波数検出信号ｊと周波数設
定値を比較して発電出方指令修正信号ＡＰｏを演算する
。この発電出力指令修正信号ＡＰｏ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の応答は前記の第１７図（
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ＩＰｏ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。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、前記した従来技術の問題点を解決し、
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
に円滑に追従させて交流系統の安定度を高めることにあ
る。

〔発明の概要〕

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。

本発明は可変速水車発電装置の場合にはこの回転部の運
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、基本的には発電機出力応答に対
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、発電機出力を発電出力指令に応じて
直接的に制御するものであり、外部からの発電出力指令
信号を含む水車運転条件を示す信号を入力して最適回転
速度指令信号と回転速度検出器からの回転速度検出信号
を比較して案内弁駆動装置への案内弁開度制御信号を制
御する回転速度制御装置を設けたことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は特許請求の範囲第１項の一実施例を示す図で、
従来例を説明するのに用いた前記第１６図と同一番号の
構成部品は同一品を示す。ここでは第１６図と異なる部
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外部発電出力指令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を入力せずに外部発電出力指令Ｐａのみ力１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。

第２図は回転速度制御装置１１１６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ＪＮは比較要素（Ｋｌ）１８と積分要
素（Ｋ２／５）１９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１
０に入力される。

一方、外部発電出力指令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。

この様に構成された制御装置において、いま時点１０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を第３図（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は第３図（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
第３図（ｅ）に示すようにステップ状に上昇するために
比例要素１８の出力変化によ一゛り第３図（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Ｐａ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ＡＮ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は増加し続け１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
は減衰振動しなから回転速度Ｎは最適回転速度指令Ｎａ
に整定する。第３図の時点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−回
転速度指令Ｎａが等しい。

以上より外部発電出力指令Ｐｏの変化に対して案内弁１
１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に整定させる一事が可能である。こ
れは外部発電出力指令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を外部発電出力指令ＰＯに保つ一方で最適
回転速度指令Ｎａに回転速度Ｎを調整するのに必要な回
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。

第４図は他の実施例を示す図である。ここでは第１図と
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０回転速度制御装置１６は
第２図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、ｌ！ＩＹ
と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。

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１０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を第５図（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は第５
図（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は第
５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ＡＹ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４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事により殆ん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（Ｙａ−Ｙ）の
みを積分要素１９が発生すれば良い事になる。これは第
１図の実施例では定常時の案内弁開度指令Ｙａ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。

結果的に第１図の実施例では案内弁１１の応答を早める
為に積分要素１９の利得に２をある程度以上大きくせざ
るを得ぬ代償として第３図（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、第４図の実施例では制動結果のある比例要素１８の
利得に１を大きくして積分要素１９の利得に２を相対的
に小さくしても応答速度を早く出来る。しかも第５図（
ｅ）、（ｆ）の如く水車出力ＰＴと回転速度Ｎを制動さ
せずに整定する事が出来る。

第６図は更に他の実施例を示す図である。この実施例は
前述した第４図の実施例を変形したものであるので、第
４図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。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ＡＮを発電出力修正指令袋ｆｉ！２３
に入力し、この発電出力修正指令装置ｉ！２３の出力信
号ΔＰ１と外部からの発電出力指令信号Ｐａは加算器２
４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。

発電出力修正指令装置２３の機能を説明する。

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、Ｎ１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ＪＰＩの絶対値はＰｌを越えぬ様に出力さ
れる。

この様に構成された制御装置において、いま時点ｔｏ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を第７１１（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、比較対照する為に第４図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第８
図に示す。

第８図（ａ）の如く時点ｔｏ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ｔｌまでは第８
図（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０
時点ｔ１までは第８ｍ（ｂ）の如く最適案内弁開度指令
Ｙａと案内弁開度Ｙは殆んど等しい６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は第８図（ｄ）の如くほぼ一
定となる０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よりも大きくシテ
回転運動エネルギーを増加させる必要がある。しかしな
がら第８図（ｄ）（ｅ）の如く時点ｔ３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ＡＮ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ｔ
４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に整定するまセ水車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、第６図の実施例における第７図の応答について
は時点ｔ１までは前に説明した第８図の応答と全く同じ
である。第７図（ｃ）の如く最適回転速度指令Ｎａ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。これにより第７［！ｒ（
ｅ）の如く発電出力Ｐは発電出力指令Ｐａ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と最大となり、時点ｔ４で発電出力指令ＰＯは最
大値に達する１時点ｔ５で回転速度偏差ΔＮは再びＮ１
まで減少し５発電出力指令指令信号ΔＰ１は零となる１
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０本実施例は発電出力指令Ｐｏ
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。

第９図は更に他の実−施例を示す図である。この実施例
は第４図に示した実施例の変形例である。

ここでは、第４図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。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
電出力指令指令装ｆｆ！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。第９図に示す発電出力修正指令装置２５
の機能を説明する６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１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１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Ｐ２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。

この様に構成された制御装置において、いま時点ｔｏ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を第１０
図（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０時点１０で発電出力指令ＰＯが上昇する
と前述の第５図と同じく回転速度Ｎは最適回転速度指令
Ｎａの変化とは逆に第１０図（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ＰＯ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ＦＴが発電出力指令Ｐｏに一致
する時点ｔ２よりも早くなる。従って本実施例を採用す
る事により回転速度Ｎが極小となる時点は第１０図（ｆ
）の破線の如く時点ｔ２であったものが時点ｔ１へ移る
。

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。本実施例は可変速水車発
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第６図の実施例
と組合せて実施する事も出来る。

一１１図は更に他の実施例を示す図である。この実施例
は第４図の実施例の変形例であるので、前述の第４図と
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ＡＰ３を出力する。この発電出力修正指令信号ＡＰ３
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。第１２図は周波数制御装置２７
の一実施例を示す図である。

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Ａｆを出力する。この周波数偏差Ａｆは３０の比例
要素に３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３３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。

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。

第１３図は更に他の実施例を示す図である。この実施例
では第４図に示した実施例の変形例であるので、第４図
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、第１３図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Ｐ、ｏ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。

第１４図は第１３図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Ｐ
５を発電限界関数発生器３６から入力する構成としてい
る０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０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。

第１５図は第１４図の実施例を変形した他の実施例を示
す図である。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　。

生検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０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。

〔発明の効果〕

以上説明した様に本発明によれば発電出方を外部から発
電出力指令に応じて直接的に制御するようにしたので発
電出力指令を急変させた場合も発電出力を発電出力指令
に円滑に追従させて交流系統の安定度を高める効果があ
る。また１回転速度と最適回転速度の偏差が大きい時に
は発電出方を過渡的に調整するようにしたので発電効率
を低下させずに運転する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る制御装置のブロック図
、第２図は第１図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、第３図（ａ）〜（ｇ）は同制御
装置の各部における信号の波形図、第４図は本発明の他
の実施例に係る制御装置のブロック図、第５図（ａ）〜
（ｇ）は同制御装置の各部における信号の波形図、第６
図は本発明の更に他の実施例に係る制御装置のブロック
図、第７図（ａ）〜（ｅ）は同制御装置の各部における
信号の波形図、第８図（ａ）〜（ｅ）は第７図と比較対
照する為の第４図の制御装置の各部における信号の波形
図、第９図は本発明の更に他の実施例に係る制御装置の
ブロック図、第１０図（ａ）〜（ｇ）は同制御装置の各
部における信号の波形図、第１１図は本発明の更に他の
実施例に、係る制御装置のブロック図、第１２図は第１
１図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、第１３図。 第１４図、第１５図は本発明の更に他の実施例に係る制
御装置のブロック図、第１６図は従来の制御装置の一例
を示すブロック図、第１７図（ａ）〜（ｇ）は同制御装
置の各部における信号の波形図。 第１８図は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。 １・・・誘導機、２・・・水車、３・・・２次励磁制御
装置。 ４・・・交流系統、５・・・水車特性関数発生器、６・
・・回転速度検出器、１０・・・案内弁駆動装置、１１
・・・案内弁、１５・・・回転速度指令演算器、１６・
・・回転速度制御装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、交流系統に１次側が接続された誘導機と、この誘導
   機の２次側に接続され外部からの発電出力指令信号に応
   じて前記交流系統と同一周波数の交流電力を前記誘導機
   に発生させるための励磁電流を供給する２次励磁制御装
   置と、前記誘導機を回転駆動する水車と、この水車に供
   給される水量を調整する案内弁と、この案内弁の開度を
   案内弁開度指令信号に応じて制御する案内弁駆動装置と
   、前記誘導機の回転速度を検出する回転速度検出器とを
   備えた可変速水車発電装置において、外部からの発電出
   力指令信号を含む水車運転条件を示す信号を入力して最
   適回転速度指令を演算する演算手段と、この最適回転速
   度指令信号と前記回転速度検出器からの回転速度検出信
   号を比較して前記案内弁駆動装置への案内弁開度制御信
   号を制御する回転速度制御装置を設けた事を特徴とする
   可変速水車発電装置の制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記演算手段は、
   外部からの発電出力指令信号を少なくとも含む水車運転
   条件を示す信号を入力して最適案内弁開度指令を演算す
   る水車特性関数発生器を備え、この最適案内弁開度指令
   信号を前記回転速度制御装置から出力される案内弁開度
   制御信号に加えて前記案内弁駆動装置に入力する構成と
   したことを特徴とする可変速水車発電装置の制御装置。