CN87103153A

CN87103153A - 变速扬水发电装置

Info

Publication number: CN87103153A
Application number: CN87103153.1A
Authority: CN
Inventors: 酒寄彰广; 桑原尚夫; 阪东明; 大野泰照; 林茂明; 横山功; 荻原贤重
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-04-30
Filing date: 1987-04-30
Publication date: 1987-11-25
Also published as: US4816696A; CN1006924B; EP0243937B1; KR920007070B1; DE3770332D1; EP0243937A1; IN168574B; KR870010677A

Abstract

公开了一种变速扬水发电装置，该装置包括有一个变速电动发电机、一个连接在电动发电机与一个电力系统之间的变频装置、和一个由该电动发电机驱动或驱动该电动发电机的泵/水轮机。其中，控制电动发电机的速度以获得根据输出功率指令决定的最佳速度，同时又控制导向叶片的开度以获得根据输出功率指令决定的最佳开度。

Description

本发明涉及变速扬水发电装置，具体地说，涉及按照设定的输出指令、连续稳定地进行扬水的变速扬水发电装置。

所谓变速扬水发电装置，其结构如USP（美国专利）4481455号公告所述，电动发电机的一次绕组通过由断路器及主变压器构成的主回路与电力系统相连接;安装在与原动机/负载直接连接的电动发电机的转子上的二次绕组，通过由变频装置及激磁变压器构成的激磁回路，与上述的电力系统相连接。该装置的最大优点是能使原动机/负载的速度不受交流系统的频率的影响。将其用于变速扬水发电站时，将水轮机/泵作为原动机/负载直接连接在电动发电机的二次绕组上。运转发电时，用水轮机驱动电动发电机（发电机）转子，将其一次绕组中感应产生的电力输送到电力系统。电动（扬水）运转时，利用来自电力系统的电力驱动电动发电机，将其作为电动机使用，利用与二次绕组直接连接的泵进行扬水。这时，电力系统的频率虽然是一定的，比如是60赫兹，但水轮机/泵的转速不受其影响，能独立地任意选择，因此可以选择使用能使水轮机或泵的运转效率达到最大的转速。

上文所说的可任意选择转速的意思是，在电力系统的频率f₁与跟速度N对应的频率f（＝ (P×N)/120 ，式中P为线圈的极数）之间存在着差频f₂，即（1）式成立;

f₂＝f₁-f＝f₁- (P×N)/120 （1）

（1）式中的差频f₂系指二次绕组中的频率，一方面保持电力系统的频率f₁一定，另一方面可以设定能使泵或水轮机的效率达到最大的N的值。为了满足关系式（1），可以进行调整的主要的操作端有两处，其一是水轮机/泵的水道上的入口阀或导向叶片的开度，其二是构成变频装置的可控硅的触发角。这些操作端可通过由该变速扬水发电站的运转目的等决定的设定信号进行适当的控制。

在USP中，虽然没有说明变速扬水站的具体控制方法，但在例如日本特开昭60-90991号（美国申请序号664436号）中，主要公布了水轮机运转时的如下控制方法。在此众所周知的事例中，把输出指令和水轮机的落差作为输入信号，由函数发生器导出最佳速度指令和阀门的最佳开度指令，将与前一种指令相对应的水轮机的实际速度反馈后，通过变频装置的触发角，控制水轮机的转速;将与后一种指令相对应的水轮机导向叶片的实际开度反馈后，控制水轮机导向叶片的开度。另外，还有这样的作用，如检测出电力系统的频率变化或电功率变化后，修正上述的指令，从而导致修正导向叶片开度的结果。该控制装置始终是作为水轮机运转时使用的装置，而且在此控制过程中，所输入的输出指令信号只不过是用来作为辅助信号使用，以便导出所要求的速度信号和所要求的导向叶片开度信号。即就其结构而言，不是直接与实际的发电输出功率对比。因此从（发电机）输出控制的观点看，构成开环控制系统、驱动速度控制系统和导向叶片开度控制系统，其结果是使发电机输出功率的大小固定。以转速控制为主，以发电输出控制为辅的控制系统，从发电输出控制的观点看，响应速度慢，而且尚未提出解决当转速控制和发电输出控制等加在同一个发电机上时，如何解决数个控制系统之间相互影响的方法。即使夜间电力系统的负载变小，大部分负载不能使发电机进行最小连续发电运转，因此，这时由无频率调整能力的原子能发电站或大容量的火力发电站供电，其它部分则由发电成本低的水力发电站或一部分火力发电站负担，总之，为了利用经济的电力系统，在系统负载变小的夜间，由于使发电成本高的火力发电站停止运转或进行非低负载运转的中间负载运转，因此夜间的输出功率及频率的调整能力不足。例如，假定在补偿夜间的电力不足时，为了增加低负载运转中的火力发电站的输出功率，最快也要几分钟-十几分钟的时间，起不到紧急控制的作用。特别是当对应于负载的变化来调整供电量及调整电力系统的频率的调整功能（即所谓AFC功能……频率自动控制）不足。可是，若将扬水发电站建成变速式的，则会有如下效果，一定不管是进行水轮机运转或扬水运转中的哪一种运转，都能进行高效率运转，二是在扬水状态（从而将电动发电机作为电动机运转）时，也具有AFC功能。这就是变速扬水发电的令人感兴趣的销售要点。然而，众所周知的控制方法只不过是以控制电动机的输出来控制转速为大前提，尽量使AFC功能在夜间扬水时能充分地起作用，但不够具体化，达不到所期望的确保其响应的迅速性和稳定性的程度。

由上所述，本发明的目的是提供一种在进行扬水运转时能充分地发挥AFC功能的，能对电动机单独进行驱动输出控制和转速控制而又无矛盾的适用的变速扬水发电装置。

在本发明的情况下，在由将其一次绕组连接在电力系统上，将其二次绕组通过变频装置连接在上述的电力系统上的电动发电机和与该电动发电机直接连接的泵/水轮机所组成的变速扬水发电装置中，对电动发电机轴的转速与设定转速之间的偏差信号同加在该变速扬水发电装置上的输出指令信号进行加法运算，产生出设定信号，将电动发电机的电力进行反馈，根据其与设定信号之间的偏差信号，通过上述的变频装置，控制内部相差角（内部感应电压与端子电压之间的相位差），在该输出指令信号中，还包括由设置在对该电力系统进行综合控制的控制站等处的AFC装置发出的指令信号。

关于附图的简单说明：

图1是变速扬水发电装置的结构略图。图2是本发明的一个典型的实施例图。图3和图4是图2中的函数发生器12和13的特性曲线图。图5和图6是求得最佳导向叶片开度的另一个改变了的实施例图，图7和图8是当输出指令P₀变更之后图2中各部分的状态量的变化曲线图，图9是能适用于本发明的另一个变速扬水发电装置的结构略图，图10是适用于扬水起动的函数发生器的一个例图，图11是适用于通过同步速度的函数发生器的一个例图。

下面详细地说明一下所推荐的实施例。

图1是表示变速扬水发电装置的结构略图，图中的电动发电机1的一次绕组1P，通过由断路器11，主变压器21构成的主回路100，与电力系统5相连接，直接与作为原动机/负载的水轮/泵6相连接的电动发电机1的二次绕组，通过由变频装置4，激磁变压器23及断路器14构成的激磁回路200，与上述的电力系统5相连接。在此图中，利用由自动移相控制装置3产生的触发信号131，对构成变频装置4的可控硅加以控制。控制装置10根据输出指令信号P₀求出控制电压信号130，将该信号输入装置3而导出触发信号131。另外，为了控制水轮机6的导向叶片7的开度，设置了导向叶片控制装置30。而为了检测该变速扬水发电装置所使用的各种设备的性能指标，还设有功率P_r检测装置40（PT为电压变量器）CT为电流变量器），泵/水轮机6的速度N_r检测器2，导向叶片7的开度y_r检测器70以及用于检测泵/水轮机6的总扬程的扬程H_ST检测器（图中未绘出）。

其次参照图2说明本发明的一个典型的实施例，在此图中，输出控制装置10将来自中央供电指令站的输出指令信号P₀、来自扬程检测器（图中未绘出）的扬程检测信号H_ST、来自速度检测器2的泵的转速信号N_r和来自功率检测器40的负载检测信号P_r作为输入，从而将控制电压信号130输出至APPS（自动移相控制装置）3。导向叶片开度控制装置30除了将上述的P_O和H_ST作为输入信号以外，还将来自开度检测器70的开度检测信号y_r作为输入片，从而确定水轮机6的导向叶片的开度，导向叶片调节器9是一种油压放大机构，通常进行积分动作，当Y_OPT与y_r之差达到某一极限时，对其进行积分，借助于由开度检测器70产生的负反馈，将y_r计入y_OPT中。而由电动发电机1、泵/水轮机6、加法运算部分104和惯性力105构成的部分50作用于旋转机械系统，据根机械系统中的输出输入转矩之差，确定转速N_r的大小。

图2中作为本发明的特征之处，就在于使实际的驱动输出功率直接跟踪输出指令信号P_O，从而构成电力控制系统，且用来作为电动发电机1的二次激磁控制系统的一部分，并且利用输出指令信号P修正电动发电机的转速信号ε，在此图中，输出控制装置10以输出指令P_O（例如由中央供电指令站发出的指令，其中包括ELD（经济负载分配器）信号和AFC信号〕作为输入。控制装置10随着这些随时变化的输出指令P_O迅速作出响应而动作。与此相对应的其它的输入是总扬程H_ST的信号，这个总落差H_ST只表示泵6的上下两个贮水槽的水位差，与此对应的总扬程H是这样定义的，即对总落差H_ST和该扬水系统的水道损失进行加法运算后所得之和。因此，由于扬水系统的地理条件不同，当运转时水位变动（H_ST的变动）不大时，就没有必要把用检测器检测出来的H_ST作为输入信号，可以作为一个常数看待。在此情况下，不言而喻，后面所述的函数发生器12和13得以简化，只与输出指令P_O成函数关系。在控制装置10中装有下述装置，即把P_O、H_ST输入后能进行最佳转速N_OPT运算的最佳转速函数发生器12、用来对来自12的输出信号N_OPT与实际的转速N进行比较的比较器100、以及用来使上述两者之偏差为零而至少装有积分元件的速度调节器16。这个回路构成了速度控制系统，由调节器16获得输出修正信号ε。另外，用加法器101对输出指令P_O及其修正信号ε进行加法运算，将（P_O+ε）作为合成信号，用比较器102对实际的驱动功率P_M与合成信号（P_O+ε）进行比较。由101及102构成负反馈回路。在该回路中还装有用来使上述被比较的两者之偏差为零而至少装有积分元件的功率调节器7。该回路构成了输出控制系统。功率调节器7的输出就是对APPS进行控制的控制电压信号130，根据该信号，通过变频装置4确定内部相差角，于是电动机1的驱动功率P_M受到控制。再者，由功率检测器40将P_M检测出来，并作为P_r进行负反馈控制。

在导向叶片开度控制装置30中，与控制装置10一样，把输出指令P_O和总落差H_ST作为输入，用比较器103对用来运算此时的最佳导向叶片开度Y_OPT的最佳导向叶片开度函数发生器13的输出信号Y_OPT同导向叶片的实际开度yr进行比较。因导向叶片控制器9中装有积分元件，所以可以控制导向叶片的开度，使其偏差为零。通过这种控制，确定泵6一侧所要求的机械输入功率P_p。在旋转机械系统50中，当电动机1实际驱动功率P_M与泵所要求的机械输入功率P_p不一致时，偏差（P_m-P_p）通过惯性效应GD²，使速度发生变化。其结果使驱动功率P_m受到控制，直到由速度检测器检测出来的速度N_r其设定信号N_OPT一致为止。

图3和图4分别为函数发生器12和13的特性曲线图。图中将能使泵的效率达到最佳状态的N_OPT和Y_OPT作为H_ST和P_O的函数绘成的曲线图，这是据根该泵的标准试验结果得出的。由图3可以看出，当H_ST一定时，P_O越大，N_OPT就越大;当P_O一定时，H_PT越大，则N_OPT也越大。另外，由图4可以看出，当H_ST一定时，P_O越大，Y_OPT就越大;当P_O一定时，H_ST越大，Y_OPT则越小。因此在总落差H_ST没有发生太大的变化的短时间内，如果认为输出指令P_O增大，则可使N_OPT和Y_OPT一并增加，而当Po减小时，则使N_OPT和Y_OPT一起减小就可以了。这意味着当P_O变化后，如果控制P_m和P_p向同一方向变化（一方增加时，另一方也增加）即可。再者，当P_O一定时，如果H_ST增加，即可使Y_OPT减小。使N_OPT增大。

图5和图6是图2所示回路的另一种结构的示例图，不论在哪一个示例图中，输出控制装置10都没有变化，而求出导向叶片开度的控制装置30中的最佳开度Y_OPT的方法则不同。在图2中，由H_ST和P_O求出Y_OPT，而在图5和图6所示的情况下，是由H_ST和速度指令或实际速度求出Y_OPT。总之，在图5中是利用检测速度N_r，在图6中是利用函数发生器12的输出N_OPT。不论哪一种情况，导出Y_OPT用的函数发生器17的特性都如图7所示。在此情况下，当P_O或H_ST变化时，不言而喻，驱动功率P_m和机械输入功率P_p的变化方向也与图2时的情况相同。

图5和图6所示的实施例，仅仅是求最佳导向叶片开度Y_OPT的方法有所不同。如前所述，在电动机的驱动功率控制系统中加上一个由转速控制系统进行修正的结构，这种作法若从本发明的指导思想来说，则属于同一个发明。另外，比较一下导向叶片开度控制的响应性能，可知输出控制的响应是非常快的。那么，现以图2所示的典型的实施例为例，来说明本发明的目的（适用于扬水运转时发挥AFC功能……等等）是能够达到的。例如，在包括扬水发电站在内的电力系统中发生了电力过剩的状态，在电力系统内频率上升。这时，中央供电指令站对发电站发出减小功率的指令，同时对进行扬水运转中的本发明的变速扬水发电站发出增加驱动功率（电动负载）的指令P_O。接到驱动功率输出指令P_O后，图1、图2所示的变速扬水发电装置的动作如下：在P_O增加之前，P_O处于恒定状态，图2中的各部分装置的状态如图7所示，利用速度控制系统，使N_r＝N_OPT，利用上述的输出控制系统，使P_m＝P_r＝P_O，ε＝0，利用上述的导向叶片控制系统，使Y_r＝Y_OPT。彼时，泵所要求的输入功率P_p与实际的电动机的驱动功率P_m，利用可看成是一种积分元件的电动机和泵所具有的惯性效应GD²（105），使偏差（P_m-P_p）为零，即P_m＝P_p。另外，如果忽略函数发生器12、13的误差，则有Y_OPT＝P_O，N_OPT＝P_O，因此关系式P_O＝Y_OPT→＝y→＝P_p＝P_m成立，于是输出修正信号ε变为零。

在此状态下，由中央供电指令站发出的驱动功率指令P_O如图7（a）所示，在t₁时刻P_O值突然增大时，如后所述，驱动功率P_m也随之以相当快的速度增大。另一方面，函数发生器12的特性如图3所示，使转速指令N_OPT几乎在瞬间增大。与此对应，如后所述，由于惯性效应的影响，实际转速N_r不能立刻上升，而同N_OPT之间产生一偏差。利用速度调节器16的积分功能对这个偏差进行积分，并作为修正信号ε加到所要求输出的信号P_O上，这就是对电动发电机1发出的综合驱动输出指令P_O+ε。用比较器102对（P_O+ε）这个指令同实际功率P_r进行比较，并输送给功率调节器7，而这里所说的功率调节器7，就是完成综合驱动输出指令（P_O+ε）所必要的，算出供给电动发电机1的二次绕组1S的激磁电压V的装置。在用来得出二次绕组1S的各相的激磁量的函数中，特别要控制内部相差角△δ。总之，假设二次绕组1S的a、b、c各相电压分别为Va、V_b，V_c，且

式中E是由转差率S及变速器的运转状态决定的电压值，δ_O是由变速器的运转状态决定的内部相差角，△δ是用来自功率调节器7的力控制的内部相差角。

当利用上列的（2）式对变速电动发电机进行控制时，对于无功功率的控制指令，只要控制电压E就行，而对于有功功率的控制指令。只要控制内部相差角△δ即可。因此，利用有功功率作为控制二次绕组1S的内部相差角（△δ）所需要的信息。也就是说，设内部相差角△δ为

△δ＝∫K₁（P_r-P_O-ε）dt+K₂（P_r-P_O-ε）dt ……（3）

式中K₁，K₂为常数。在功率调节器7中进行的（3）式的运算，就是所谓比例积分运算。如此，将所求得的内部相差角△δ的信号输送至自动移相控制装置3。在装置3中，通过控制变频装置4的触发，来控制供给电动发电机1的二次绕组1S的激磁电压V，以便给转子提供一个相当于差频f₂的旋转磁场，另一方面使实际的内部相差角与△δ一致。通过这种控制，电动发电机的输入功率P_m（＝P_r），如图7（d）所示，总是随着所要求的综合输出信号P_O+ε而变化，而构成电路的该输出控制系统中的滞后，几乎是由功率调节器7的积分功能等的设定情况而定，与其它反馈量的响应速度相比，P_m的响应速度是非常快的，几乎是无滞后地跟随P_O+ε而变化。

另一方面，在函数发生器13中，也是随着输出指令P_O的增大，而使导向叶片开度指令Y_OPT增大，如图7（C）所示。Y_OPT相对于P_O的变化之所以有一些滞后，是由于Y_OPT回路所固有的滞后或其它故意给予的滞后等因素的影响。再者，实际的导向叶片开度Y_r的响应，受开度调节器9给出的移动速度的限制或因放大机构所固有的动作滞后，故其响应速度如图所示，是相当慢的，因此机械输入功率P_p的变化比驱动功率P_m的变化慢。因此，如图2中的方框50所示，由于驱动功率P_m与机械输入功率之差，使水轮机/泵加速，速度N_r上升。由于N_r的上升，与N_OPT之间的偏差减小，使得N_OPT＝N_r。另外，利用导向叶片调节器9，使Y_OPT＝Y_r，达到稳定程度。可是，如果是在正常状态下，如何使ε＝O呢？即如何使P_O＝P_r呢？下面就来说明这个问题。由前面所述，输入功率P_p相当于导向叶片的实际开度Yr，还是如前面所述，有Y_OPT＝Y_r。

此外考虑一下最佳导向叶片电度函数发生器13的工作原理，则有Y_OPT＝P_O。另一方面，由装有积分元件的功率调节器7及P_r的负反馈回路得到P_O+ε＝P_r。又如前所述，即有P_r＝P_m，再如前所述，考虑到惯性效应105具有一种积分作用，以及N_r的负反馈回路的作用，则有P_m＝P_p。综上所述，则有

P_O+ε＝P_r＝P_m＝P_p＝Y_r→＝Y_OPT→＝P_O最后达到ε为零。

同样，虽然对电动机也施加驱动功率控制和转速控制这样两种控制方法，但不会产生任何矛盾，这两种控制都能切实实施。在图7中，主要是进行驱动功率的控制，但作为辅助控制方法的转速控制也应占有一定的位置。驱动功率P_m的响应速度非常快，在几秒钟内即可完成。不言而喻，本变速扬水发电装置，可简单地跟随AFC指令运转。因根据图7就能充分地理解，故省略了说明。图8是表示输出指令P_O减小时的响应特性。

以上虽然是以图1所示的采用二次激磁方式的变速扬水发电装置为例进行说明的，但也适用于图9所示的使用同步机1′的情况，这是一种将同步机的一次绕组1P通过变频装置4连接到电力系统5上的形式。在这种情况下，一次绕组1P的频率与泵/水轮机6的转速之间有一定的比例关系，但可将一次绕组1P的频率同电力系统5的频率分开来单独控制，速度可变，而且可以通过调节供给一次绕组1P的功率来改变电动发动机1′的功率。

然而，以上是就正式开始扬水后的运转状态进行的说明，但若考虑在进入这一运转状态之前，导向叶片开始工作时的情况，则由于水面低下，泵/水轮机是在无负载的状态下运转，水面低下状态解除后，水面上升，此后导向叶片打开，并进入扬水状态，但这时随着导向阀的打开，泵的输入功率增加的比率不平稳，通常在导向阀打开的动作开始后，输入功率急剧上升。然而由于不能适应输入功率的这种急剧的变化，转速就会非常低，或者超出所容许的速度变化范围，如果要想把变频装置的激磁控制设计成能适应这种扬水起动时所产生的输入功率的急剧变化，那么就得提高驱动电机或变频装置等的电流及其它量的额定值，这样的设计是不经济的。

图10表示采用这个措施的函数发生器12的一个实施例。只是在起动时（导向叶片打开前后），通过闭合触点111，在加法运算器110中将偏压N_O加在函数发生器12-1给出的最佳转速N_OPT上。这样一来，最初起动时泵的运转状态为N_OPT＝N′_OPT+N_O，由于导向叶片的打开，转速即使暂时降低，但能将降低后的速度保持在最佳速度N′_OPT附近。另外，导向叶片打开后，估计运转达到稳定状态时，并不希望偏压继续存在，这时必须将其适当的消除。

然而，如图1所示的变速电动发电机装有一次绕组和二次绕组，将其一次绕组连接在电力系统上，用变频装置对二次绕组进行交流激磁，使转子能偏离同步速度而以任意的速度旋转。当这种类型的变速电动发电机在同步速度附近运转时，存在以下问题。即进行变速交流激磁的变频装置，虽然是由反向并联的变换器构成的，但在同步速度附近，电流会长时间地集中在特定的变换器中，致使温度升高，结果将导致变频装置的电流容量大幅度地降低。使变频装置的容量降低的转速范围，称为变频装置的禁带。当然，认定禁带后，所设计的变频装置不会在禁带范围内运转，而没有认定禁带时，所设计的变频装置就有可能在禁带范围内运转，这两者的容量之比是非常大的，因此，以往在技术方面有以下几种选择方法，一是设计带有禁带的变频装置，这是一种经济的设计方法，代替这种方法的是取消在禁带内的驱动功率的调节，或者与此相反，不限定任何运转范围，即设计无禁带的价格昂贵的变频装置。

图11所示就是用来解决这个问题的函数发生器12之一例。备有确定最佳开度N′_OPT的原来的函数发生器12-1的另一个非线性回路12-2，通过回路12-2，把12-1输出的最佳开度N′_OPT作为N_OPT取出。12-2的非线性特性，由该电动发电机的同步速度N₁和宽余值α决定，并使宽余值α为N₁的0.5-1%。在该特性中，当N′_OPT≤N₁-α或N′_OPT≥N₁+α时，使N_OPT＝N′_OPT;当N₁-α＞N′_OPT≥N₁时，使N_OPT＝N₁-α;当N₁＞N′_OPT＞N₁+α时，使N_OPT＝N₁+α，其结果如同一图中之（b）所示，假设输出指令P_O按正比关系增加，函数发生器12-1的输出N′_OPT也随P_O而增加时，非线性回路12-2的输出增加到N₁-α，或者在N₁+α之后与N′_OPT成正比地增加，但当N′_OPT在同步速度附近时，N_OPT便被N₁-α或N₁+α所限定。因此，可以使同步速度N₁迅速通过，在此期间，可将变频装置的温升限制在所容许的范围内。也就是说，如果采用这种方法，变频装置就可实现采用经济的带有禁带的设计方法，而无需特别的限制运转条件的变速扬水系统。

通过以上的详细叙述，说明在采用本发明时，可以使变速扬水系统即使是在扬水运转的过程中，也能对AFC运转等的电力系统进行稳定控制，从而作出重大贡献。

Claims

1、由电动发电机和泵/水轮机组成的变速扬水发电装置，电动发电机的一次绕组连接在电力系统上，二次绕组通过变频装置连接在上述的电力系统上，泵/水轮机直接连接在该电动发电机轴上，其特征为：根据该变速扬水发电装置所要求的输出指令信号及其与电动发电机的实际功率之间的偏差信号，来控制上述变频装置的触发角。

2、根据权利要求1所述的变速扬水发电装置，其特征为：所谓该变速扬水发电装置所要求的输出指令信号，系指包括由对上述的电力系统进行整体控制的中央供电指令站发出的自动频率控制信号在内的信号。

3、由电动发电机和泵/水轮机组成的变速扬水发电装置，电动发电机的一次绕组连接在电力系统上，二次绕组通过变频装置连接在上述的电力系统上，泵/水轮机直接连接在该电动发电机的轴上，其特征为：将电动发电机轴的转速与设定转速之间的偏差信号和该变速扬水发电装置所要求的输出指令信号相加，产生出设定信号，使电动发电机的功率反馈，根据其与设定信号之间的偏差信号，控制上述的变频装置的触发角。

4、根据权利要求3所述的变速扬水发电装置，其特征为：所谓该变速扬水发电装置所要求的输出指令信号，系指包括由对上述的电力系统进行整体控制的中央供电指令站发出的自动频率控制信号在内的信号。

5、由电动发电机和泵/水轮机组成的变速扬水发电装置，电动发电机的一次绕组连接在电力系统上，二次绕组通过变频装置连接在上述的电力系统上，泵/水轮机直接连接在该电动发电机的轴上，其特征为：控制上述的变频装置的触发角，就可以使变速扬水发电装置的电功率和转速达到设定值。

6、由电动发电机和泵/水轮机组成的变速扬水发电装置，电动发电机的一次绕组连接在电力系统上，二次绕组通过变频装置连接在上述的电力系统上，泵/水轮机直接连接在该电动发电机的轴上，且都装有开度可变的叶片，其特征为：控制上述的变频装置的触发角，就可以使变速扬水发电装置的电功率和转速达到设定值;控制上述的泵/水轮机的开度可变的叶片，就可以获得适当的开度。

7、由电动发电机和泵/水轮机组成的变速扬水发电装置，电动发电机的一次绕组连接在电力系统上，二次绕组通过变频装置连接在上述的电力系统上，泵/水轮机直接连接在该电动发电机的轴上，且都装有开度可变的叶片，其特征为：它是由下列装置构成的，即起码要有能获得变速扬水发电装置的输出指令信号，且能求出所要求的转速信号的第一函数发生器;能根据该第一函数发生器的输出与实际转速之间的偏差信号给出输出的速度调节器;能对上述的变速扬水发电装置的输出指令信号和速度调节器的输出进行加法运算，并求出所要求的综合输出信号的加法器;能根据该加法器的输出和电动发电机的实际功率之间的偏差信号给出输出的输出调节器;能利用该输出调节器的输出控制触发角的上述的变频装置;起码还要有能获得变速扬水发电装置的输出指令信号且求出上述的泵/水轮机所要求的开度信号的第二函数发生器;能根据该第二函数发生器的输出和泵/水轮机的可变叶片的实际开度之间的偏差信号给出输出的开度调节器;以及由该开度调节器的输出来进行控制的上述的泵/水轮机的开度可变的叶片。

8、由电动发电机和泵/水轮机组成的变速扬水发电装置，电动发电机的一次绕组连接在电力系统上，二次绕组通过变频装置连接在上述的电力系统上，泵/水轮机直接连接在该电动发电机的轴上，其特征为：它是由下列装置构成的，即起码要有能获得变速扬水发电装置的输出指令信号且能求出所要求的转速信号的第一函数发生器;能根据该第一函数发生器的输出与实际的转速之间的偏差信号给出输出的速度调节器;能对上述的变速扬水发电装置的输出指令信号和速度调节器的输出进行加法运算，并求出所要求的综合输出信号的加法器;能根据该加法器的输出和实际的电动发电机的功率之间的偏差信号给出输出的输出调节器;以及利用该输出调节器的输出来控制触发角的上述的变频装置。第一函数发生器将该变速扬水发电装置开始扬水时的转速设定得较高。

9、由电动发电机和泵/水轮机组成的变速扬水发电装置，电动发电机的一次绕组连接在电力系统上，二次绕组通过变频装置连接在上述的电力系统上，泵/水轮机直接连接在该电动发电机的轴上，其特征为：它是由下列装置构成的，即起码要有能获得变速扬水发电装置的输出指令信号且能求出所要求的转速信号的第一函数发生器;能根据该第一函数发生器的输出与实际的转速之间的偏差信号给出输出的速度调节器;能对上述的变速扬水发电装置的输出指令信号和速度调节器的输出进行加法运算，并求出所要求的综合输出信号的加法器;能根据该加法器的输出和实际的电动发电机的功率之间的偏差信号给出输出的输出调节器，以及能利用该输出调节器的输出来控制触发角的上述的变频装置。第一函数发生器能使该电动发电机在临近额定转速时给出所要求的急剧变化的转速，且能阻止电动发电机在临近额定转速时连续运转。

10、由电动发电机和泵/水轮机组成的变速扬水发电装置，电动发电机的一次绕组通过变频装置连接在电力系统上，在其转轴上装有二次绕组电机，泵/水轮机直接连接在该电动发电机轴上，其特征为：根据该变速扬水发电装置所要求的输出指令信号和电动发电机的实际功率之间的偏差信号来控制上述的变频装置的触发角。

11、由电动发电机和泵/水轮机组成的变速扬水发电装置，电动发电机的一次绕组通过变频装置连接在电力系统上，二次绕组装在其转轴上，泵/水轮机直接连接在该电动发电机的轴上，其特征为：对电动发电机轴的转速与所要求的转速之间的偏差信号和该变速扬水发电装置所要求的输出指令信号进行加法运算，产生出建定信号，使电动发电机的功率反馈，根据其与设定信号之间的偏差信号，控制上述的变频装置的触发角。

12、由电动发电机和泵/水轮机组成的变速扬水发电装置，电动发电机的一次绕组通过变频装置连接在电力系统上，二次绕组装在其转轴上，泵/水轮机直接连接在该电动发电机的轴上，其特征为：它是由下列装置构成的，即起码要有能获得变速扬水发电装置的输出指令信号且能求出所要求的转速信号的第一函数发生器;能根据该第一函数发生器的输出与实际转速之间的偏差信号给出输出的速度调节器;能对上述的变速扬水发电装置的输出指令信号和速度调节器的输出进行加法运算，并求出所要求的综合输出信号的加法器;能根据该加法器的输出和电动发电机的实际功率之间的偏差信号给出输出的输出调节器;能利用该输出调节器的输出控制触发角的上述的变频装置;起码还要有能获得变速扬水发电装置的输出指令信号，且求出上述泵/水轮机所要求的开度信号的第二函数发生器;能根据该第二函数发生器的输出和泵/水轮机的可变叶片的实际开度之间的偏差信号给出输出的开度调节器;以及由该开度调节器的输出来控制的上述的泵/水轮机的开度可变的叶片。