CN102761298B - 控制装置及可变速发电电动机启动方法 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一个实施方式，提供一种控制装置(4)，该控制装置(4)在可变速抽水发电系统中通过从次级励磁装置(3)向可变速发电电动机(2)的次级绕组提供驱动电力，进行使所述可变速发电电动机(2)从停止状态启动的控制。该控制装置(4)进行如下控制：在所述可变速发电电动机(2)的转速比可变速运转范围的下限速度低的状态下，结束由来自所述次级励磁装置(3)的驱动电力进行的提速，将所述可变速发电电动机(2)并入电力系统。

Description

控制装置及可变速发电电动机启动方法

技术领域

本发明的实施方式涉及一种对可变速抽水发电系统等中的可变速发电电动机的启动进行控制的控制装置及可变速发电电动机启动方法。

背景技术

作为大容量抽水发电站的发电电动机的启动装置，一般采用如下方式：使用静止型启动装置，从停止状态加速到额定转速，并在取得了系统电压和发电电动机端子电压的同步后，通过并联用隔断器进行系统并入(日本語：系统並入)，开始泵运转，其中，静止型启动装置使用了由半导体元件构成的变频器。作为这种静止型启动装置，已知晶闸管(thyristor)启动装置。这种启动装置是输出20MW左右的、较大的启动装置，其费用、设置空间被要求降低。

另一方面，以近年来的全球变暖对策为背景，在可变速抽水发电站中应用双重馈电交流机(以下称为“可变速发电电动机”)的情况正在增加。在可变速抽水发电站中应用大容量的可变速发电电动机的情况下，有在其励磁装置中使用具有超过20MW的输出的变频器(以下称为“次级励磁(日本語：二次励磁)装置”)的情况，通过可变速抽水发电站，无需另外设置上述晶闸管启动装置，而采用如下方式(以下称为“自启动方式(次级侧)”)，即将该“次级励磁装置”用作启动装置，从可变速发电电动机的次级绕组将可变频率的驱动电力注入发电电动机，并从停止状态加速到同步速度附近。

在“自启动方式(次级侧)”中，与系统同步并入的速度，以所谓可变速运转范围的最低速度以上为目标。

但是，近年来的可变速抽水发电站，伴随着其高落差大容量化，其选定的可变速运转范围从以往的±5～7％左右减小到±4％左右。因此，作为励磁装置使用的变频器所要求的输出频率范围、输出电压范围也与可变速运转范围成正比地减小，其结果是，即使如以往实施的那样，将次级励磁装置连接到可变速发电电动机的次级绕组，用作启动装置来提供驱动电力，也由于输出电压低，从而不能提速到可变速运转范围的下限速度。

对于这样的问题，除了开头所述的(1)另外设置晶闸管启动装置的方式(晶闸管启动方式)以外，还可以考虑应用(2)设置大电流的分支电路母线、断路器等，在启动时进行主电路切换并从发电电动机的初级(日本語：一次)绕组侧注入必要的驱动电力的方式(自启动方式(初级侧))；(3)在次级绕组侧设置仅在启动时使用的升压变压器及分支电路母线、断路器等，将启动时的次级电压升压，并从次级绕组侧注入必要的驱动电力的方式(自启动方式(带有次级侧升压变压器))，但是，它们的任意一种情况下，都会由于另外设置大的装置、机器，而增大机器费用，使发电站的布局(layout)设计复杂化，并导致建筑物的大型化和土木费用的增加。

发明内容

本发明要解决的问题是，提供一种控制装置和可变速发电电动机启动方法，在可变速抽水发电系统中，通过次级励磁装置使可变速发电电动机启动时，即使不能提速到可变速运转范围的下限速度，也能够启动可变速发电电动机而不会导致装置的大型化和费用的增加。

根据一个实施方式，提供一种进行如下控制的控制装置，即，通过在可变速抽水发电系统中从次级励磁装置向可变速发电电动机的次级绕组提供驱动电力，使所述可变速发电电动机从停止状态启动。该控制装置进行如下控制：在所述可变速发电电动机的转速比可变速运转范围的下限速度低的状态下，结束由来自所述次级励磁装置的驱动电力进行的提速，将所述可变速发电电动机并入电力系统。

附图说明

图1是表示第一及第二实施方式的可变速抽水发电系统的基本结构的框图。

图2是表示可变速运转范围的说明图。

图3是表示可变速发电电动机2与电力系统并网、并处于抽水运转中的状态的等效电路图。

图4是表示图3所示的各种电流、电压的矢量的示意图。

图5是由原有可变速抽水发电系统的现场试验所测定的抽水启动时的次级励磁装置的输出电压的波形图。

图6是表示第一实施方式中的次级励磁装置用控制部4A的一个构成例的图。

图7是表示控制装置4的动作的一个例子的流程图。

图8是表示第二实施方式中的次级励磁装置用控制部4A的一个构成例的图。

图9是表示该实施方式中的次级励磁装置用控制部4A的另一个构成例的图。

图10是表示该实施方式中的次级励磁装置用控制部4A的又另一个的构成例的图。

具体实施方式

下面，参照附图对实施方式进行说明。

(第一实施方式)

首先，对第一实施方式进行说明。

图1是表示第一实施方式的可变速抽水发电系统的基本结构的框图。

可变速抽水发电系统，作为主要的要素，具备：水泵水轮机1；由双重馈电交流机实现的可变速发电电动机2；与该可变速发电电动机2的次级绕组连接并由施加可变频率的交流的变频器实现的次级励磁装置3；由次级励磁装置用控制部4A和主电路用控制部4B构成的控制装置4，该次级励磁装置用控制部4A进行该次级励磁装置3输出的交流电压、电流、频率、相位的控制，该主电路用控制部4B进行开关设备5、6的开关控制和水面下推装置13的驱动控制等；被连接到可变速发电电动机2的定子侧的并网(日本語：系统連系)用的并联用隔断器5；用于使可变速发电电动机2的定子绕组端三相短路的启动用断路器6；作为次级励磁装置3用的电源变压器的励磁用变压器7；通过隔断器连接到电力系统的主要变压器8；用于系统侧的电压的测定的计量仪器用变压器9；用于可变速发电电动机2的端子电压的测定的计量仪器用变压器10；用于检测可变速发电电动机2的转子的转数或转速(下面有简称为“速度”的情况)的速度检测器11；用于检测可变速发电电动机2的转子的相位的相位检测器12；以及进行抽水启动时的水面下推的水面下推装置13等。

上述的控制装置4具有进行如下控制的功能：通过从次级励磁装置3向可变速发电电动机2的次级绕组提供驱动电力，使可变速发电电动机2从停止状态启动。尤其，本实施方式中，控制装置4具有进行如下控制的功能：在可变速发电电动机2的转速比可变速运转范围的下限速度低的状态下，结束由来自次级励磁装置3的驱动电力进行的提速，将可变速发电电动机2并入电力系统。更具体来说，结束提速并进行系统并入时的速度，比可变速运转范围的下限速度低，并且，大于或等于如下速度，该速度是可变速发电电动机2的空载运转状态下的次级电压、次级电流中的任意一方与次级励磁装置3的最大输出电压或最大输出电流相等的速度。

对于采用这样的控制的理由，一边和现有技术进行对比一边进行如下说明。

一般，可变速抽水发电系统中，如图2所示，在其机械设备(plant)的最高扬程(落差)Hpmax、最低扬程(落差)Hpmin的范围内、在水泵水轮机的泵运转特性、水轮机运转特性所要求的最大输入(输出)Pmax、最小输入(输出)的范围内、并且在转速范围(例如，N＝N0±5％)的上下限速度范围内，决定可变速运转范围R，上述转速范围决定为处于作为变频器的持续运转额定值(continuousrating)的最大输出电压、最大输出电流值以内。因此，可以在该范围内的所有区域中实现稳定的连续运转(稳定运转)。

但是，如上所述，以往对额定转速具有±5～7％左右的可变速运转范围，在近年来的使用高速大容量水泵水轮机的可变速抽水系统中，有减小到±4％左右的倾向，另一方面，由于水泵水轮机的高速化，旋转体的反抗转矩增大，因此，根据上述现有技术的方法，在可变速运转范围的下限速度以上，不能使用次级励磁装置将作为感应电动机的可变速发电电动机加速提速到可以实现系统并入的速度。

因此，参照数学式、图3～图5，对能否在比可变速运转范围的下限速度低的速度下进行系统并入，进行验证。

图3是表示可变速发电电动机2与电力系统并网、并处于抽水运转中的状态的等效电路，图4表示图3所示的各种电流、电压的矢量。另外，下述数学式表示次级电流、次级电压的关系式。

${{\stackrel{\·}{I}}_2}^{\′}=({\stackrel{\·}{Z}}_1+{\stackrel{\·}{Z}}_m){\stackrel{\·}{I}}_1/{\stackrel{\·}{Z}}_m-{\stackrel{\·}{V}}_1/{\stackrel{\·}{Z}}_m$

其中，

${{\stackrel{\·}{V}}_2}^{\′}=-({\stackrel{\·}{Z}}_1{{\stackrel{\·}{Z}}_2}^{\′}/{\stackrel{\·}{Z}}_m+{\stackrel{\·}{Z}}_1+{{\stackrel{\·}{Z}}_2}^{\′}){\stackrel{\·}{I}}_1+({{\stackrel{\·}{Z}}_2}^{\′}+{\stackrel{\·}{Z}}_m){\stackrel{\·}{V}}_1/{\stackrel{\·}{Z}}_m$

${\stackrel{\·}{Z}}_1=r_1+j{x}_1$

${{\stackrel{\·}{Z}}_2}^{\′}={r_2}^{\′}/s+j{x_2}^{\′}$

${\stackrel{\·}{Z}}_m=j{x}_m$

s＝(N₀-N)/N₀

初级绕组电压

换算为初级侧的次级绕组电压

初级绕组电流

换算为初级侧的次级绕组电流

r₁：初级绕组的电阻值

r₂’：换算为初级侧的次级绕组的电阻值

x₁：初级绕组的电抗

x₂’：换算为初级侧的次级绕组的电抗

s＝转差率

N₀：同步速度

N：转速

其中，文字之上标有·的标记(例如)表示矢量。

这里，应注意的是，可变速发电电动机2的提速结束，并进行系统并入时，如果控制为初级绕组侧电压取得同步，且不流过负载电流，则可以使图3的等效电路上的I1理论上为0。

由此可知，在可变速运转范围的下限速度附近升压结束并进行同步并入时所需要的次级励磁装置3的输出电流、输出电压，小于根据与系统并联后的运转状态计算出的、可变速运转范围的下限速度处的泵运转所需要的次级励磁装置的输出电流、输出电压。

该现象不仅可以根据上述理论确认，还可以根据实际的可变速抽水系统的现场试验结果来确认。

图5中表示由申请人制造的已有可变速抽水发电系统的现场试验所测定的抽水启动时的次级励磁装置的输出电压(变换器(inverter)输出电压(R)(S)(T))的波形。由此可知，系统并入时的次级励磁装置输出电压Va远小于加速提速结束并进行了系统并入后的电压Vb，系统并入时在次级励磁装置输出电压中存在余量。

因此，本实施方式中，使用系统并入时的次级励磁装置3的输出电压、电流的上述余力，增大系统并入时的转差率，并以比可变速运转范围的最低速度低的速度进行系统并入。即，利用可变速发电电动机2的次级电压的大小与其转差率的大小成比例这一特性。具体来说，通过将结束提速控制并进行系统并入的控制切换的设定值，设为比可变速运转范围的下限值低的值，从而能够以比可变速运转范围的下限速度低的速度进行系统并入，在进行了该系统并入后，从系统接受电能而加速提速到系统并入后的连续运转区域的速度范围、即可变速运转范围的下限速度以上，并转移到抽水运转。

图6表示第一实施方式中的次级励磁装置用控制部4A的一个构成例。

图6所示的次级励磁装置用控制部4A具备自启动控制部21、次级励磁控制部22、比较部23、以及开关SW1、SW2。

开关SW1、SW2在来自比较部23的信号断开时，分别处于关、开的状态，自启动控制部21和次级励磁控制部22中，将从自启动控制部21输出的信号提供给次级励磁装置3。另一方面，开关SW1、SW2在来自比较部23的信号接通时，分别切换为开、关的状态，自启动控制部21和次级励磁控制部22中，将从次级励磁控制部22输出的信号提供给次级励磁装置3。

自启动控制部21具有执行如下控制模式(下面称为“自启动控制模式”)的功能，即该控制模式用于以次级励磁装置3作为启动装置使可变速发电电动机2(和水泵水轮机1)启动，开关SW1处于关的状态时，其控制信号被送向次级励磁装置3。该控制信号使次级励磁装置(变频器)3的输出频率从0Hz渐增到系统频率附近。

次级励磁控制部22具有执行如下控制模式(下面称为“次级励磁控制模式”)的功能，该控制模式用于通过次级励磁装置3进行可变速发电电动机2的系统并入时和并入后的可变速运转的控制，开关SW2处于关的状态时，其控制信号被送向次级励磁装置3。

次级励磁装置用控制部4A中，将预先确定的模式切换速度设定值Nc保存在存储部等中。而且，该设定值也可以构成为从次级励磁装置用控制部4A的外侧取入。模式切换速度设定值Nc确定，当可变速发电电动机2的转子的速度N变为怎样的值时、将控制模式从自启动控制模式切换为次级励磁控制模式。即，确定由来自次级励磁装置3的驱动电力进行的提速结束并将可变速发电电动机2进行系统并入时的、可变速发电电动机2的转子的速度。

比较部23比较由速度检测器11检测的速度N和模式切换速度设定值Nc，在速度N未达到模式切换速度设定值Nc的期间，使输出信号为断开的状态。该期间内，开关SW1处于关的状态，开关SW2处于开的状态，来自自启动控制部21的控制信号被送向次级励磁装置3，并执行自启动控制模式。另一方面，如果速度N达到模式切换速度设定值Nc(如果速度N在模式切换速度设定值Nc以上)，则比较部23使输出信号为接通的状态。由此，开关SW1处于开的状态，开关SW2处于关的状态，来自次级励磁控制部22的控制信号被送向次级励磁装置3，并执行次级励磁控制模式。

尤其，模式切换速度设定值Nc设定为：如上所述，比可变速运转范围的下限速度低，并且大于或等于如下速度，该速度是可变速发电电动机2的空载运转状态下的次级电压、次级电流的任意一方与次级励磁装置3的最大输出电压或最大输出电流相等的速度。

例如，系统频率为50Hz、可变速运转范围为428.6[rpm]±5％的情况下，以往使模式切换速度设定值Nc为428.6×0.95＝407.17[rpm]以上的值，而本实施方式中，使模式切换速度设定值Nc为小于407.17[rpm]的值，并且，在使可变速发电电动机2的空载运转状态下的次级电压、次级电流中的任意一方与次级励磁装置3的最大输出电压或最大输出电流相等的速度为例如428.6[rpm]-10％的情况下(即，428.6[rpm]×0.9＝385.74[rpm]的情况下)，在本实施方式中，使模式切换速度设定值Nc为385.74[rpm]以上的值。例如，将模式切换速度设定值Nc设定为385.74[rpm]的情况下，可以在开始启动处理后以最短时间进行从自启动控制模式到次级励磁控制模式的切换，因此，能够进行更低的转速下的系统并入，并能进一步缩短启动时间。

接着，参照图7说明基于控制装置4的动作的一个例子。

在可变速发电电动机2(和水泵水轮机1)停止的状态下，控制装置4按照启动操作开始可变速发电电动机2(和水泵水轮机1)的启动(步骤S1)。该启动中，控制装置4通过主电路用控制部4B使并联用隔断器5开路、使启动用断路器6闭路，由此，将可变速发电电动机2作为感应电动机，另外，通过次级励磁装置用控制部4A执行自启动控制模式，由此，使次级励磁装置3作为输出可变频率、可变电压的驱动装置进行动作，并且，使其交流输出从大致0Hz变化到系统频率附近，由此，使可变速发电电动机2加速提速(步骤S2)。

控制装置4比较可变速发电电动机2的速度N和模式切换速度设定值Nc(步骤S3)，如果速度N达到模式切换速度设定值Nc(如果N≥Nc成立)，则将控制模式从自启动控制模式切换到次级励磁控制模式(步骤S4)。即，控制装置4在可变速发电电动机2的速度N比可变速运转范围的下限速度低的状态下，通过次级励磁装置用控制部4A使启动用断路器6开路后，通过次级励磁装置用控制部4A控制次级励磁装置3的交流输出电压、电流、频率和相位，以使由计量仪器用变压器10测定的可变速发电电动机2的端子电压与由计量仪器用变压器9测定的电力系统电压同步，并在确认同步后，通过次级励磁装置用控制部4A使并联用隔断器5闭路，进行系统并入(步骤S5)。

并网后，控制装置4通过次级励磁装置用控制部4A、以来自次级励磁装置3和电力系统的驱动电力、使可变速发电电动机2加速并提速到可变速运转范围，通过主电路用控制部4B操作水面下推装置13，开始使用了水泵水轮机1的抽水运转(步骤S6)。

根据第一实施方式，由于使提速结束并进行系统并入时的速度比可变速运转范围的下限速度低，并且，使其大于或等于如下速度，该速度是可变速发电电动机2的空载运转状态下的次级电压、次级电流中的任意一方与次级励磁装置3的最大输出电压或最大输出电流相等的速度，因此，即使不能提速到可变速运转范围的下限速度，也能够启动可变速发电电动机而不会导致装置的大型化和费用的增加。

另外，由于可以用比可变速抽水系统的可变速运转范围的下限速度低的速度进行系统并入，因此，可变速发电电动机2、水泵水轮机1的反抗转矩变小。作为被驱动机的可变速发电电动机2、水泵水轮机1的反抗转矩，主要由常数项、与转速的平方成比例的因子、及与其立方成比例的因子构成，因此，可以用低转速进行系统并入的情况下，启动装置所要求的启动转矩的减少效果变大。

另外，由于将次级励磁装置3用作启动装置时所需要的转矩输出变小，因此，即使像高速大容量机一样，可变速运转范围小，次级励磁装置的输出转矩与主机的反抗转矩相比，不足以加速到可变速运转范围的下限速度的情况下，也可以作为启动装置使用并进行系统并入。

另外，不需要另置的静止型启动装置或启动用变压器等，从而能够削减机器成本及其较大的设置空间，尤其，近年来的地下发电站中，其土木挖掘费用的降低效果极大。另外，还可以减少剩余的土的地上的处理，对地球环境的贡献大。

并且，可以用更低的转速进行系统并入，因此能够缩短启动时间。

从上述说明可知，本实施方式与启动到实际运转的速度范围的以往的构思划清界限，以来自在可变速抽水发电系统中将次级励磁装置作为启动装置来运用的实绩的发现为基础，可以在使用以往的设计方法的状态下，扩大将次级励磁装置作为启动装置使用的界限。

通过将可变速抽水发电系统特有的功能、也就是使用次级励磁装置进行系统并入后也可以加速的特性，与在系统并入时可以将负载电流控制为大致为0的特性上可以使系统并入的速度设为比可变速运转范围的下限速度低的速度这一情况有机地结合，得到新的构思，从而能够解决沿袭以往的设计方法、分别探讨启动装置和励磁装置而没能解决的问题。

(第一实施方式的变形例)

上述的第一实施方式，也可以在不脱离其主要精神的范围内适当变形来实施。例如，第一实施方式中，着眼于可变速发电电动机2的转速，对进行如下控制的情况进行了例示：在该转速比可变速运转范围的下限速度低的状态下，结束由来自次级励磁装置3的驱动电力进行的提速，将可变速发电电动机2并入电力系统，但是，没必要仅限定于这样的控制。

也可以取代着眼于可变速发电电动机2的转速，而例如着眼于次级励磁装置(变频器)3的输出频率，通过进行如下控制而实现，即，在该次级励磁装置3的输出频率比与可变速运转范围的下限速度相当的输出频率(实现可变速运转范围的下限速度的输出频率)低的状态下，结束由来自次级励磁装置3的驱动电力进行的提速，将可变速发电电动机2并入电力系统。

这种情况下，更具体来说，次级励磁装置3的输出频率，比与可变速运转范围的下限速度相当的输出频率低，并且，大于或等于与如下速度相当的输出频率，该速度是可变速发电电动机2的空载运转状态下的次级电压、次级电流中的任意一方与次级励磁装置3的最大输出电压或最大输出电流相等的速度。

另外，取代上述的模式切换速度设定值Nc，而采用如下模式切换输出频率设定值，该设定值确定当次级励磁装置3的输出频率变为怎样的值时、将控制模式从自启动控制模式切换为次级励磁控制模式。将该模式切换输出频率设定值设定为：如上所述，比与可变速运转范围的下限速度相当的输出频率低，并且，大于或等于与如下速度相当的输出频率，该速度是可变速发电电动机2的空载运转状态下的次级电压、次级电流中的任意一方与次级励磁装置3的最大输出电压或最大输出电流相等的速度。此外，比较次级励磁装置3的输出频率和模式切换输出频率设定值，如果次级励磁装置3的输出频率达到了模式切换输出频率设定值(如果次级励磁装置3的输出频率在模式切换输出频率设定值以上)，则只要将控制模式从自启动控制模式切换到次级励磁控制模式即可。

(第二实施方式)

接着，对第二实施方式进行说明。下面，省略和上述的第一实施方式共同的部分的说明，并以不同部分为中心进行说明。

第二实施方式的可变速抽水发电系统的基本结构，和第一实施方式所使用的图1所示的结构相同。第二实施方式和第一实施方式的不同点在于控制装置4，尤其是次级励磁装置用控制部4A的结构、动作。

第一实施方式中，根据可变速发电电动机2的速度进行控制模式的切换，相对于此，第二实施方式中，根据次级励磁装置3相对于可变速发电电动机2的转差频率(slipfrequency)来进行控制模式的切换。

即，第二实施方式的控制装置4具有进行如下控制的功能，即：在转差频率超过可变速运转范围的最大转差频率的状态下，结束由来自次级励磁装置3的驱动电力进行的提速，将可变速发电电动机2并入电力系统。更具体来说，结束提速并进行系统并入时的转差频率比可变速运转范围的最大转差频率高，并且，小于或等于如下转差频率，该转差频率是可变速发电电动机2的空载运转状态下的次级电压、次级电流中的任意一方与次级励磁装置3的最大输出电压或最大输出电流相等的转差频率。

图8表示第二实施方式中的次级励磁装置用控制部4A的一个构成例。而且，对与图6相同的要件标以相同标记。

图8所示的次级励磁装置用控制部4A具备：自启动控制部21、次级励磁控制部22、N/f转换部31、f/fs转换部32、比较部33、以及开关SW1、SW2。

自启动控制部21、次级励磁控制部22以及开关SW1、SW2和已说明的一样。

次级励磁装置用控制部4A中，将预先确定的基准频率设定值f0和模式切换转差频率设定值fc保存在存储部等中。而且，这些设定值也可以构成为，从次级励磁装置用控制部4A的外侧取入。基准频率设定值f0确定系统的基准频率。模式切换转差频率设定值fc确定，当转差频率fs为怎样的值时将控制模式从自启动控制模式切换为次级励磁控制模式。即，用于确定由来自次级励磁装置3的驱动电力进行的提速结束、将可变速发电电动机2进行系统并入时的转差频率。

N/f转换部31使用运算式“f＝(120×P)/N”(P：极(pole)数)，根据由速度检测器11检测的速度N计算出频率f，并将其输出。

f/fs转换部32使用运算式“fs＝f0-f”，根据从转换部31输出的频率f和基准频率设定值f0，计算出转差频率fs，并将其输出。

比较部33比较从f/fs转换部32输出的转差频率fs和模式切换转差频率设定值fc，在转差频率fs未达到模式切换转差频率设定值fc的期间，使输出信号为断开的状态。该期间内，开关SW1处于关的状态，开关SW2处于开的状态，来自自启动控制部21的控制信号被送向次级励磁装置3，并执行自启动控制模式。另一方面，如果转差频率fs达到模式切换转差频率设定值fc(如果转差频率fs在模式切换转差频率设定值fc以下)，则比较部33使输出信号为接通的状态。由此，开关SW1处于开的状态，开关SW2处于关的状态，来自次级励磁控制部22的控制信号被送向次级励磁装置3，并执行次级励磁控制模式。

尤其，模式切换转差频率设定值fc设定为：如上所述，比可变速运转范围的最大转差频率高，并且小于或等于如下转差频率，该转差频率是可变速发电电动机2的空载运转状态下的次级电压、次级电流的任意一方与次级励磁装置3的最大输出电压或最大输出电流相等的转差频率。

(变形例1)

图9表示第二实施方式中的次级励磁装置用控制部4A的另一个构成例。而且，对与图8相同的要件标以相同标记。

图9所示的次级励磁装置用控制部4A具备：自启动控制部21、次级励磁控制部22、N/f转换部31、f/fs转换部32、比较部33、V/f0转换部41以及开关SW1、SW2。

自启动控制部21、次级励磁控制部22、N/f转换部31、f/fs转换部32、比较部33以及开关SW1、SW2和已说明的一样。

V/f0转换部41根据由计量仪器用变压器9测定的系统电压V取得基准频率设定值f0并将其输出。输出的基准频率设定值f0被提供到f/fs转换部32。

(变形例2)

图10表示第二实施方式中的次级励磁装置用控制部4A的又另一个构成例。而且，对与图8相同的要件标以相同标记。

图10所示的次级励磁装置用控制部4A具备：自启动控制部21、次级励磁控制部22、N/s转换部51、s/fs转换部52、比较部33以及开关SW1、SW2。

自启动控制部21、次级励磁控制部22、比较部33以及开关SW1、SW2和已说明的一样。

次级励磁装置用控制部4A中，除了上述的基准频率设定值f0和模式切换转差频率设定值fc以外，还将预先确定的基准速度设定值N0也保存在存储部等中。基准速度设定值N0用于确定可变速发电电动机2的基准速度。

N/s转换部51使用运算式“s＝(N0-N)/N0”，根据由速度检测器11检测的速度N和基准速度设定值N0计算出转差率s，并将其输出。

s/fs转换部52使用运算式“fs＝s×f0”，根据从N/s转换部51输出的转差率s和基准频率设定值f0计算出转差频率fs，并将其输出。

而且，第二实施方式中的控制装置4的动作和图7所示的动作类似。步骤S3～S4以外的各步骤和第一实施方式的情况相同，因此省略其说明。

步骤S3中，控制装置4比较转差频率fs和模式切换转差频率设定值fc，如果转差频率fs达到模式切换转差频率设定值fc(如果fs≤fc成立)，则将控制模式从自启动控制模式切换到次级励磁控制模式(步骤S4)。

根据第二实施方式，使提速结束并进行系统并入时的转差频率比可变速运转范围的最大转差频率高，并且，使其小于或等于如下转差频率，该转差频率是可变速发电电动机2的空载运转状态下的次级电压、次级电流中的任意一方与次级励磁装置3的最大输出电压或最大输出电流相等的转差频率，因此，即使不能提速到可变速运转范围的下限速度，也能够启动可变速发电电动机而不会导致装置的大型化和费用的增加。

另外，能够得到与第一实施方式中说明的各种效果同样的效果。

如上详细叙述的那样，根据各实施方式，能够提供一种控制装置和可变速发电电动机启动方法，在可变速抽水发电系统中，通过次级励磁装置使可变速发电电动机启动时，即使不能提速到可变速运转范围的下限速度，也能够启动可变速发电电动机而不会导致装置的大型化和费用的增加。

而且，对本发明的几个实施方式进行了说明，但是，这些实施方式仅仅是作为例子而提示的，并非试图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其它各种方式来实施，在不脱离发明的主要精神的范围内，可以进行各种省略、置换、变更。这些实施方式和其变形包含在发明的范围或主要精神内，并且同样包含在与权利要求书所述的发明和其等同范围内。

Claims (8)

1.一种控制装置，在可变速抽水发电系统中通过从次级励磁装置向可变速发电电动机的次级绕组提供驱动电力，进行使所述可变速发电电动机从停止状态启动的控制，所述可变速抽水发电系统具备与所述可变速发电电动机的定子侧连接的并网用的隔断器和用于使所述可变速发电电动机的定子绕组端三相短路的断路器，其特征在于：

具有控制部，该控制部进行控制，通过使所述隔断器开路、使所述断路器闭路，从而将所述可变速发电电动机作为感应电动机，在自启动控制模式下，使所述可变速发电电动机加速提速，当所述可变速发电电动机的转速达到规定值时，进行从自启动控制模式向次级励磁控制模式的切换，在此时所述可变速发电电动机的转速比可变速运转范围的下限速度低的状态下，以使所述断路器开路、所述可变速发电电动机的端子电压与电力系统电压同步的方式控制所述次级励磁装置，并在确认同步后，使所述隔断器闭路，将所述可变速发电电动机并入电力系统。

2.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于：

提速结束时的转速，比所述可变速运转范围的下限速度低，并且，大于或等于如下速度，该速度是使得所述可变速发电电动机的空载运转状态下的次级电压、次级电流中的任意一方与所述次级励磁装置的最大输出电压或最大输出电流相等的速度。

3.一种控制装置，在可变速抽水发电系统中通过从次级励磁装置向可变速发电电动机的次级绕组提供驱动电力，进行使所述可变速发电电动机从停止状态启动的控制，所述可变速抽水发电系统具备与所述可变速发电电动机的定子侧连接的并网用的隔断器和用于使所述可变速发电电动机的定子绕组端三相短路的断路器，其特征在于：

具有控制部，该控制部进行控制，通过使所述隔断器开路、使所述断路器闭路，从而将所述可变速发电电动机作为感应电动机，在自启动控制模式下，使所述可变速发电电动机加速提速，当所述次级励磁装置的输出频率达到规定值时，进行从自启动控制模式向次级励磁控制模式的切换，在此时所述次级励磁装置的输出频率比实现可变速运转范围的下限速度的输出频率低的状态下，以使所述断路器开路、所述可变速发电电动机的端子电压与电力系统电压同步的方式控制所述次级励磁装置，并在确认同步后，使所述隔断器闭路，将所述可变速发电电动机并入电力系统。

4.一种控制装置，在可变速抽水发电系统中通过从次级励磁装置向可变速发电电动机的次级绕组提供驱动电力，进行使所述可变速发电电动机从停止状态启动的控制，所述可变速抽水发电系统具备与所述可变速发电电动机的定子侧连接的并网用的隔断器和用于使所述可变速发电电动机的定子绕组端三相短路的断路器，其特征在于：

具有控制部，该控制部进行控制，通过使所述隔断器开路、使所述断路器闭路，从而将所述可变速发电电动机作为感应电动机，在自启动控制模式下，使所述可变速发电电动机加速提速，当由所述可变速发电电动机的转速和系统的基准频率求出的所述次级励磁装置的转差频率达到规定值时，进行从自启动控制模式向次级励磁控制模式的切换，在此时所述次级励磁装置相对于所述可变速发电电动机的转差频率超过可变速运转范围的最大转差频率的状态下，以使所述断路器开路、所述可变速发电电动机的端子电压与电力系统电压同步的方式控制所述次级励磁装置，并在确认同步后，使所述隔断器闭路，将所述可变速发电电动机并入电力系统。

5.如权利要求4所述的控制装置，其特征在于：

提速结束时的所述次级励磁装置的转差频率，比所述可变速运转范围的最大转差频率高，并且，小于或等于如下转差频率，该转差频率是使得所述可变速发电电动机的空载运转状态下的次级电压、次级电流中的任意一方与所述次级励磁装置的最大输出电压或最大输出电流相等的转差频率。

6.如权利要求1、3、4中任一项所述的控制装置，其特征在于：

在系统并入时，所述次级励磁装置的输出电压中存在余量，所述控制部使用系统并入时的所述次级励磁装置的输出电压或电流的余力来增大系统并入时的转差率，并以小于所述可变速运转范围的最低速度的速度进行系统并入。

7.一种可变速抽水发电系统，其特征在于，

具备权利要求1～5中任意一项所述的控制装置。

8.一种可变速发电电动机启动方法，在可变速抽水发电系统中通过从次级励磁装置向可变速发电电动机的次级绕组提供驱动电力，使所述可变速发电电动机从停止状态启动，所述可变速抽水发电系统具备与所述可变速发电电动机的定子侧连接的并网用的隔断器和用于使所述可变速发电电动机的定子绕组端三相短路的断路器，其特征在于：

通过控制装置进行如下控制：通过使所述隔断器开路、使所述断路器闭路，从而将所述可变速发电电动机作为感应电动机，在自启动控制模式下，使所述可变速发电电动机加速提速，当所述可变速发电电动机的转速达到规定值时，进行从自启动控制模式向次级励磁控制模式的切换，在此时所述可变速发电电动机的转速比可变速运转范围的下限速度低的状态下，将所述可变速发电电动机并入电力系统。