JP2016223368A - Hydraulic power generation system - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydraulic power generation system which avoids continuous operation according to rotation speed of mechanical resonance point upon an autonomous operation.SOLUTION: A predetermined speed setting range of a motor 21 or a power generator 22 is preset based on a mechanical resonance point of a hydraulic power generation system. When a time during which the rotation speed of the motor 21 or the power generator 22 is within a predetermined speed setting range elapses continuously by a continuous operation judging time or more upon an autonomous operation, an element 27b for dynamic brake is turned on and rotation speed of the motor 21 or the power generator 22 is moved to the outside of a speed setting range. Further, when a time after the rotation speed of the motor 21 or the power generator 22 is moved to the outside of the predetermined speed setting range elapses continuously by a stop judging time or more, the element 27b for the dynamic brake is turned off.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は水力発電システムに係り、特に、発電機の機械共振点での連続運転を抑制する方法に関する。   The present invention relates to a hydroelectric power generation system, and more particularly to a method of suppressing continuous operation at a mechanical resonance point of a generator.

水力発電システムは発電機と対に原動機(水車)が接続され、原動機(水車)の機械エネルギーを発電機で電気エネルギーに変換している。図13に従来の水力発電システムの構成例を示す。   In the hydroelectric power generation system, a prime mover (water turbine) is connected to a generator, and mechanical energy of the prime mover (water turbine) is converted into electric energy by the generator. FIG. 13 shows a configuration example of a conventional hydroelectric power generation system.

自立運転動作時は、系統側開閉器12が開いて系統17から自立運転負荷15へ給電がされず、発電機4が発電した電力のみが自立運転負荷15へ給電される。このとき発電機側電力変換回路6では、直流回路7の電圧が一定になるように発電機4の出力を制御する。系統側電力変換回路8では、自立運転負荷15へ給電する出力電圧を制御する。   During the autonomous operation, the system-side switch 12 is opened and power is not supplied from the system 17 to the autonomous operation load 15, and only the electric power generated by the generator 4 is supplied to the autonomous operation load 15. At this time, the generator-side power conversion circuit 6 controls the output of the generator 4 so that the voltage of the DC circuit 7 becomes constant. In the system side power conversion circuit 8, the output voltage supplied to the self-sustained operation load 15 is controlled.

また、発電機側電力変換回路6と系統側電力変換回路8には、IGBTなどの自己消弧形スイッチングデバイスを用いるPWM変換器が多用されている。   In addition, the generator-side power conversion circuit 6 and the system-side power conversion circuit 8 often use a PWM converter that uses a self-extinguishing switching device such as an IGBT.

一方、原動機(水車)1は、図14に示すように水量が一定の場合に回転速度によって出力が変化する特性を持つ。また、原動機(水車)1が受ける水流の流量(水量)が変化すると、この回転速度−出力の特性カーブも変化する。   On the other hand, as shown in FIG. 14, the prime mover (water turbine) 1 has a characteristic that the output changes depending on the rotation speed when the amount of water is constant. In addition, when the flow rate (water amount) of the water flow received by the prime mover (water turbine) 1 changes, the rotational speed-output characteristic curve also changes.

また、原動機(水車)1の出力は、発電機4と発電機側電力変換回路6を介して系統側電力変換回路8の出力(すなわち、自立運転負荷15)に給電される。したがって、自立運転時の原動機(水車)1と発電機4の回転速度は、原動機(水車)1を回す水量と、自立運転負荷15に依存したものとなる。   Further, the output of the prime mover (water turbine) 1 is supplied to the output of the system side power conversion circuit 8 (that is, the self-sustained operation load 15) via the generator 4 and the generator side power conversion circuit 6. Therefore, the rotational speeds of the prime mover (water turbine) 1 and the generator 4 during the independent operation depend on the amount of water for turning the prime mover (turbine) 1 and the independent operation load 15.

水力発電システムの先行技術として特許文献1が公開されている。この特許文献1では、原動機への入力が過大になった時の保護に関する技術と、回生電力消費のための制動回路(ダイナミックブレーキ回路)に関する技術について記載されている。図13では、ダイナミックブレーキ用素子9とダイナミックブレーキ用抵抗10でダイナミックブレーキ回路を構成している。   Patent Document 1 is disclosed as a prior art of a hydroelectric power generation system. This Patent Document 1 describes a technology related to protection when the input to the prime mover becomes excessive, and a technology related to a braking circuit (dynamic brake circuit) for regenerative power consumption. In FIG. 13, a dynamic brake circuit is constituted by the dynamic brake element 9 and the dynamic brake resistor 10.

回生電力が発生した時には、発電機側電力変換回路6や系統側電力変換回路8が過電圧破壊する直流電圧まで上昇してしまうおそれがある。直流電圧が装置を保護する必要があるレベルまで上昇した時には、ダイナミックブレーキ用素子9をON動作させることで直流電圧の上昇を抑制する。   When regenerative power is generated, the generator-side power conversion circuit 6 and the system-side power conversion circuit 8 may rise to a DC voltage that causes overvoltage breakdown. When the DC voltage rises to a level where it is necessary to protect the device, the dynamic brake element 9 is turned on to suppress the increase of the DC voltage.

特許第4595398号公報Japanese Patent No. 4595398 特開平8−111980号公報Japanese Patent Laid-Open No. 8-111980

しかしながら、水力発電システムには、原動機(水車)1や発電機4などの機械的な要素により、原動機1(水車)と発電機4に大きな振動が発生する機械的な共振点となる回転速度が存在する。   However, the hydroelectric power generation system has a rotational speed that is a mechanical resonance point at which large vibrations are generated in the prime mover 1 (water turbine) and the generator 4 due to mechanical elements such as the prime mover (turbine) 1 and the generator 4. Exists.

一方、上述のように自立運転中の原動機(水車)1と発電機4の回転速度は、原動機(水車)1を回す水量と自立運転負荷15によって決まる。したがって、自立運転負荷量によっては、原動機(水車)1と発電機4が機械共振点における回転速度で連続運転し、不安定な動作となる恐れがある。この不安定動作が長時間連続すると原動機(水車)1と発電機4の金属疲労につながるため好ましくない。   On the other hand, as described above, the rotational speeds of the prime mover (water turbine) 1 and the generator 4 during the independent operation are determined by the amount of water for turning the prime mover (turbine) 1 and the independent operation load 15. Therefore, depending on the amount of self-sustained operation load, the prime mover (water turbine) 1 and the generator 4 may continuously operate at the rotational speed at the mechanical resonance point, resulting in unstable operation. If this unstable operation continues for a long time, it leads to metal fatigue of the prime mover (water turbine) 1 and the generator 4, which is not preferable.

水力発電システムにおける軸ねじれ現象を抑制する先行技術として特許文献2が開示されている。しかし、この特許文献2は、発電機によって給電する交流系統をサイリスタ式AC/DC電力変換器を介して直流系統と連系するシステムにおいて、サイリスタの制御角を適正な値に制御することによって軸ねじれ現象を抑制する技術である。電力変換器が自己消弧形スイッチングデバイスからなるPWM変換器である場合には適用できない技術である。   Patent document 2 is disclosed as a prior art which suppresses the shaft twist phenomenon in a hydroelectric power generation system. However, in this patent document 2, in a system in which an AC system fed by a generator is connected to a DC system via a thyristor AC / DC power converter, the control angle of the thyristor is controlled to an appropriate value. This technology suppresses the twisting phenomenon. This technique is not applicable when the power converter is a PWM converter made of a self-extinguishing switching device.

さらに、電力変換器への制御指令(サイリスタの制御角)を変化させることで共振点の抑制を行っており、演算処理が増えてしまうため高速処理が可能な演算処理装置を必要とするという問題点があった。   Furthermore, the resonance point is suppressed by changing the control command to the power converter (the control angle of the thyristor), and the arithmetic processing increases, so that there is a problem that an arithmetic processing device capable of high-speed processing is required. There was a point.

以上示したようなことから、水力発電システムにおいて、自立運転時に機械共振点の回転速度による連続運転を回避することが課題となる。   As described above, in the hydroelectric power generation system, it is a problem to avoid continuous operation due to the rotational speed of the mechanical resonance point during the self-sustaining operation.

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、水流により回転する原動機と、原動機と接続される発電機と、発電機の出力電力を直流電力に変換する発電機制御用の電力変換回路と、直流に変換した電力を自立運転負荷に給電するための電力に変換する出力電圧制御用の電力変換回路と、系統を出力電圧制御用の電力変換回路から解列する開閉器と、発電機制御用の電力変換回路と出力電圧制御用の電力変換回路との間の直流電圧部に接続され、ダイナミックブレーキ用素子とダイナミックブレーキ用抵抗との直列接続を有するダイナミックブレーキ回路と、原動機、または、発電機の回転速度を検出あるいは推定する速度検出推定手段と、を備え、前記開閉器を開にして系統を出力電圧制御用の電力変換回路から解列した時に、出力電圧制御用の電力変換回路の出力に接続した自立運転負荷に発電機が出力する電力を給電する水力発電システムであって、水力発電システムの機械共振点に基づいて原動機、または、発電機の所定の速度設定範囲を設定し、自立運転時に、原動機、または、発電機の回転速度が所定の速度設定範囲内である時間が連続運転判定時間以上、連続で経過した場合にダイナミックブレーキ用素子をオン動作させて原動機または発電機の回転速度を所定の速度設定範囲外に移動させ、原動機、または、発電機の回転速度を所定の速度設定範囲外に移動させた後の時間が停止判定時間以上、連続で経過した場合、ダイナミックブレーキ用素子をオフ動作させることを特徴とする。   The present invention has been devised in view of the above-described conventional problems, and one aspect thereof is a prime mover rotating by a water flow, a generator connected to the prime mover, and converting output power of the generator into DC power. A power conversion circuit for generator control, a power conversion circuit for output voltage control that converts the power converted into direct current into power for supplying power to a self-sustaining operation load, and a system separated from the power conversion circuit for output voltage control And a dynamic brake circuit connected to a DC voltage section between a power converter circuit for controlling a generator and a power converter circuit for controlling an output voltage, and having a series connection of a dynamic brake element and a dynamic brake resistor And a speed detection estimating means for detecting or estimating the rotational speed of the prime mover or the generator, and opening the switch to solve the system from the power conversion circuit for output voltage control. Is a hydroelectric power generation system that supplies power output from the generator to a self-sustained operation load connected to the output of the power conversion circuit for output voltage control, and based on the mechanical resonance point of the hydroelectric power generation system, or When a predetermined speed setting range for the generator is set and the engine or the rotation speed of the generator is within the predetermined speed setting range during the self-sustained operation, the dynamic brake is applied. The time after the motor or generator is turned on to move the rotational speed of the prime mover or generator outside the predetermined speed setting range and the rotational speed of the prime mover or generator is moved outside the predetermined speed setting range is stopped. The dynamic brake element is turned off when continuously elapses for the determination time or longer.

また、他の態様として、水流により回転する原動機と、原動機に接続される発電機と、発電機の出力電力を直流電力に変換する発電機制御用の電力変換回路と、直流に変換した電力を自立運転負荷に給電するための電力に変換する出力電圧制御用の電力変換回路と、系統を出力電圧制御用の電力変換回路から解列する開閉器と、発電機制御用の電力変換回路と出力電圧制御用の電力変換回路との間の直流回路に接続され、ダイナミックブレーキ用素子とダイナミックブレーキ用抵抗との直列接続を有するダイナミックブレーキ回路と、前記原動機に入力する水流の流量を調整する流量調整手段と前記流量調整手段を制御する流量コントローラと、発電機の出力電力を検出あるいは推定する出力電力検出推定手段と、を備え、前記開閉器を開にして系統を出力電圧制御用の電力変換回路から解列した時に電力を出力電圧制御用の電力変換装置の出力に接続した自立運転負荷に発電機が出力する給電する水力発電システムであって、水力発電システムの機械共振点に基づいて所定の出力設定範囲を設定し、自立運転時に、流量コントローラが前記水流の流量が一定となる制御を行い、自立運転時に、発電機の出力電力が所定の出力設定範囲内である時間が連続運転判定時間以上、連続で経過した場合にダイナミックブレーキ素子をオン動作させて発電機の出力電力を所定の出力範囲外に移動させ、発電機の出力電力を所定の出力設定範囲外に移動させた後の時間が停止判定時間以上連続で経過した場合、ダイナミックブレーキ用素子をオフ動作させることを特徴とする。   Further, as another aspect, a prime mover that is rotated by a water flow, a generator connected to the prime mover, a power conversion circuit for controlling a generator that converts the output power of the generator into direct current power, and the power converted to direct current are self-supporting. Power conversion circuit for output voltage control that converts power to power for operating load, switch that disconnects the system from power conversion circuit for output voltage control, power conversion circuit for generator control, and output voltage control A dynamic brake circuit that is connected to a DC circuit between the power conversion circuit and a dynamic brake element and a dynamic brake resistor connected in series, and a flow rate adjusting unit that adjusts the flow rate of the water flow input to the prime mover. A flow rate controller for controlling the flow rate adjusting means; and output power detection estimating means for detecting or estimating the output power of the generator; and opening the switch A hydroelectric power generation system that supplies power to a self-supporting load connected to the output of a power conversion device for output voltage control when the system is disconnected from the power conversion circuit for output voltage control. A predetermined output setting range is set based on the mechanical resonance point of the power generation system, and the flow rate controller performs control so that the flow rate of the water flow is constant during the independent operation, and the output power of the generator is a predetermined output during the independent operation. When the time within the set range continuously exceeds the continuous operation determination time, the dynamic brake element is turned on to move the output power of the generator out of the predetermined output range, and the output power of the generator is The dynamic brake element is turned off when the time after moving out of the output setting range continuously exceeds the stop determination time.

本発明によれば、水力発電システムにおいて、自立運転時に機械共振点の回転速度による連続運転を回避することが可能となる。   According to the present invention, in a hydroelectric power generation system, it is possible to avoid continuous operation due to the rotational speed of a mechanical resonance point during self-sustaining operation.

実施形態1における水力発電システムを示すブロック図。1 is a block diagram showing a hydroelectric power generation system in Embodiment 1. FIG. 実施形態1における発電機制御システムのダイナミックブレーキ回路に関する処理を示すブロック図。The block diagram which shows the process regarding the dynamic brake circuit of the generator control system in Embodiment 1. FIG. 本実施形態1における水力発電システムの動作例を示すタイムチャート。2 is a time chart showing an operation example of the hydroelectric power generation system according to the first embodiment. 実施形態1における原動機の速度−出力特性を示すグラフ。3 is a graph showing speed-output characteristics of the prime mover in the first embodiment. 実施形態1における水力発電システムの動作例を示すタイムチャート。2 is a time chart illustrating an operation example of the hydroelectric power generation system according to the first embodiment. 実施形態1における原動機の速度−出力特性を示すグラフ。3 is a graph showing speed-output characteristics of the prime mover in the first embodiment. 実施形態1における水力発電システムの動作例を示すタイムチャート。2 is a time chart illustrating an operation example of the hydroelectric power generation system according to the first embodiment. 実施形態1における原動機の速度−出力特性を示すグラフ。3 is a graph showing speed-output characteristics of the prime mover in the first embodiment. 実施形態2における水力発電システムを示すブロック図。The block diagram which shows the hydroelectric power generation system in Embodiment 2. FIG. 実施形態2における発電機制御のダイナミックブレーキ回路に関する処理を示すブロック図。The block diagram which shows the process regarding the dynamic brake circuit of the generator control in Embodiment 2. FIG. 実施形態2における水力発電システムの動作例を示すタイムチャート。4 is a time chart showing an operation example of a hydroelectric power generation system according to Embodiment 2. 実施形態2における原動機の速度−出力特性を示すグラフ。4 is a graph showing speed-output characteristics of a prime mover in Embodiment 2. 従来の水力発電システムの一例を示すブロック図。The block diagram which shows an example of the conventional hydroelectric power generation system. 従来における原動機の速度−出力特性を示すグラフ。The graph which shows the speed-output characteristic of the motor | power_engine in the past.

以下、本発明に係る水力発電システムの実施形態1,2を図1〜図12に基づいて詳述する。   Hereinafter, Embodiments 1 and 2 of the hydroelectric power generation system according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

[実施形態1]
本実施形態1における水力発電システムの構成を図1に示す。また、発電機制御システム25のダイナミックブレーキ回路27の動作に関する構成を図2に示す。なお、図2では、発電機制御システム25の出力である制御指令に関する処理を省略している。
[Embodiment 1]
The configuration of the hydroelectric power generation system according to Embodiment 1 is shown in FIG. FIG. 2 shows a configuration related to the operation of the dynamic brake circuit 27 of the generator control system 25. In FIG. 2, processing related to a control command that is an output of the generator control system 25 is omitted.

図1に基づいて自立運転時に関する水力発電システムの構成を説明する。なお、系統連系時に関する水力発電システムの構成は省略する。   Based on FIG. 1, the structure of the hydroelectric power generation system regarding the self-sustained operation will be described. Note that the configuration of the hydroelectric power generation system related to grid connection is omitted.

本実施形態1における水力発電システムは、水流により回転する原動機(水車)21と、原動機21と軸で接続された発電機22と、発電機22の出力電力を直流電力に変換する発電機制御用の電力変換回路23と、直流に変換した電力を自立運転負荷(図示省略)に給電するための一定電圧(正常時の系統20の電圧と同値)である電力に変換する出力電圧制御用の電力変換回路24と、を備える。
原動機(水車)21と発電機22は軸で接続されているため、原動機(水車)21の回転速度と発電機22の回転速度は等しい。
The hydroelectric power generation system according to the first embodiment is for a generator (water turbine) 21 that is rotated by a water flow, a generator 22 that is connected to the prime mover 21 by a shaft, and a generator control that converts output power of the generator 22 into DC power. Power conversion circuit 23 and power conversion for output voltage control that converts the power converted into direct current into power that is a constant voltage (equivalent to the voltage of system 20 at normal time) for supplying power to a self-sustained operation load (not shown) And a circuit 24.
Since the prime mover (water turbine) 21 and the generator 22 are connected by a shaft, the rotational speed of the prime mover (water turbine) 21 and the rotational speed of the generator 22 are equal.

また、本実施形態1における水力発電システムは、発電機制御用の電力変換回路23へ直流電圧を一定とする制御指令を与えるとともに、ダイナミックブレーキ制御システム28にダイナミックブレーキ動作指令/停止指令を与える発電機制御システム25と、出力電圧制御用の電力変換回路24に出力電圧制御指令を与える系統連系制御システム26と、発電機制御用の電力変換回路23と出力電圧制御用の電力変換回路24をつなぐ直流電圧部のPN間に接続されるダイナミックブレーキ用抵抗27aとダイナミックブレーキ用素子27bとの直列接続を有するダイナミックブレーキ回路27と、発電機制御システム25が出力したダイナミックブレーキ動作指令/停止指令に基づいてダイナミックブレーキ回路27に制御指令を出力するダイナミックブレーキ制御システム28と、を備える。   In addition, the hydraulic power generation system according to the first embodiment gives a control command for making the DC voltage constant to the power conversion circuit 23 for controlling the generator, and also gives a dynamic brake operation command / stop command to the dynamic brake control system 28. The control system 25, the grid interconnection control system 26 that gives an output voltage control command to the power conversion circuit 24 for output voltage control, the direct current that connects the power conversion circuit 23 for generator control and the power conversion circuit 24 for output voltage control Based on a dynamic brake circuit 27 having a series connection of a dynamic brake resistor 27a and a dynamic brake element 27b connected between PN of the voltage unit, and a dynamic brake operation command / stop command output by the generator control system 25 A control command is output to the dynamic brake circuit 27 It includes a dynamic brake control system 28, a.

また、本実施形態1における水力発電システムは、原動機21または発電機22の回転速度を検出あるいは推定する速度検出推定手段29aと、発電機制御システム25へ機械共振点とする速度設定範囲を入力する速度範囲設定入力手段30aと、発電機制御システム25へ機械共振点で連続運転を行っていると判断するための連続運転判定時間を入力する判定時間入力手段31と、発電機制御システム25へ速度設定範囲を脱したと判断するための停止判定時間を入力する停止判定時間入力手段32と、を備える。   The hydroelectric power generation system according to the first embodiment inputs speed detection estimation means 29a for detecting or estimating the rotational speed of the prime mover 21 or the generator 22 and a speed setting range as a mechanical resonance point to the generator control system 25. Speed range setting input means 30a, determination time input means 31 for inputting continuous operation determination time for determining that continuous operation is performed at the mechanical resonance point to the generator control system 25, and speed to the generator control system 25 And a stop determination time input means 32 for inputting a stop determination time for determining that the set range has been removed.

発電機制御システム25は、速度検出推定手段29aから出力された原動機21または発電機22の回転速度と機械共振点とする速度設定範囲とを比較する速度比較手段33と、速度比較手段33で原動機21または発電機22の回転速度が機械共振点とする速度設定範囲内の場合に時間を計測する第1時間計測手段34と、第1時間計測手段34で計測された時間が連続運転判定時間を経過した時にダイナミックブレーキ制御システム28に動作命令を出力する第1時間比較手段35と、を有する。   The generator control system 25 includes a speed comparison unit 33 that compares the rotational speed of the prime mover 21 or the generator 22 output from the speed detection estimation unit 29a with a speed setting range as a mechanical resonance point, and a speed comparison unit 33 that uses the prime mover. The first time measuring means 34 that measures time when the rotational speed of the generator 21 or the generator 22 is within the speed setting range that is the mechanical resonance point, and the time measured by the first time measuring means 34 is the continuous operation determination time. First time comparing means 35 for outputting an operation command to the dynamic brake control system 28 when it has elapsed.

また、発電機制御システム25は、第1時間比較手段35がダイナミックブレーキ制御システム28へ動作命令を与えている時に、速度比較手段33で発電機の回転速度が機械共振点とする速度設定範囲外になったと判断したとき、時間を計測する第2時間計測手段36と、第2時間計測手段36で計測した時間が停止判定時間を経過した時にダイナミックブレーキ制御システム28に停止命令を出力する第2時間比較手段37と、を有する。また、図1には示していないが、図13と同様に、出力電圧制御用の電力変換回路24と系統20との間に自立運転負荷(図13の15)と系統側開閉器(図13の12)が接続されている。   Further, the generator control system 25 is configured so that when the first time comparison means 35 gives an operation command to the dynamic brake control system 28, the speed comparison means 33 is out of the speed setting range where the rotational speed of the generator is the mechanical resonance point. The second time measuring means 36 for measuring the time and the second instruction for outputting a stop command to the dynamic brake control system 28 when the time measured by the second time measuring means 36 has passed the stop determination time. Time comparison means 37. Although not shown in FIG. 1, as in FIG. 13, a self-sustained operation load (15 in FIG. 13) and a system-side switch (FIG. 13) between the power conversion circuit 24 for output voltage control and the system 20. 12) is connected.

以上示したように、本実施形態1における水力発電システムは、自立運転時に発電機22の機械共振点での連続運転を抑制する。   As described above, the hydraulic power generation system according to the first embodiment suppresses continuous operation at the mechanical resonance point of the generator 22 during self-sustained operation.

本実施形態1の水力発電システムでは、速度検出推定手段29aによって検出あるいは推定した原動機21または発電機22の回転速度が、速度範囲設定入力手段30で設定した所定の機械共振点となる速度設定範囲内で運転している時間を第1時間計測手段34で計測し、計測した時間が連続運転判定時間を経過した場合に、ダイナミックブレーキ回路27を動作させることで、原動機21または発電機22の回転速度を機械共振点速度範囲外に移動させるものである。   In the hydroelectric power generation system according to the first embodiment, the speed setting range in which the rotational speed of the prime mover 21 or the generator 22 detected or estimated by the speed detection estimating means 29a becomes the predetermined mechanical resonance point set by the speed range setting input means 30. Is measured by the first time measuring means 34, and when the measured time has passed the continuous operation determination time, the dynamic brake circuit 27 is operated to rotate the motor 21 or the generator 22. The speed is moved out of the mechanical resonance point speed range.

図3に本実施形態1における水力発電システムの動作例を、図4に原動機(水車)21の速度−出力特性を示す。図4は、原動機(水車)21が受ける水流の流量(水量)が一定の時の特性カーブである。なお、図3と図4の速度1〜3は各々対応している。   FIG. 3 shows an operation example of the hydraulic power generation system according to the first embodiment, and FIG. 4 shows the speed-output characteristics of the prime mover (water turbine) 21. FIG. 4 is a characteristic curve when the flow rate (water volume) of the water flow received by the prime mover (turbine) 21 is constant. The speeds 1 to 3 in FIGS. 3 and 4 correspond to each other.

図3,図4に基づいて、本実施形態1における水力発電システムの動作を説明する。
(1)時刻t1まで、水力発電システムは速度1で自立運転している。自立運転負荷への給電電力は、図4に示す原動機(水車)21の出力1と等しいとする。そのため、原動機(水車)21は一定速度の速度1で運転している。ここでは、簡単のため、発電機22、発電機制御用の電力変換回路23、出力電圧制御用の電力変換回路24の損失は無視し、原動機(水車)21の出力エネルギー=発電機22の出力エネルギー=出力電圧制御用の電力変換回路24の出力エネルギー(自立運転負荷への給電エネルギー)とする。
(2)時刻t1で、自立運転負荷が減少する。さらに、出力電圧制御用の電力変換回路24は出力電圧(自立運転負荷の電圧)を一定にする制御を行っているため、自立運転負荷へ給電するエネルギーが図4の出力2に減少していく。
(3)自立運転負荷へ給電するエネルギーの減少にしたがって原動機(水車)21の出力も減少し、さらに図4に示すように原動機(水車)21の回転速度が速度2に向かって上昇する。
(4)時刻t2で、原動機(水車)21の回転速度が速度設定範囲内に入る。速度比較手段33で原動機(水車)21の回転速度と設定速度範囲を比較し、第1時間計測手段34で速度設定範囲内での運転時間を計測する。また、時刻t2の後、原動機(水車)21の回転速度は速度2まで上昇して、その後一定速度で運転する。
(5)時刻t3で、計測時間が連続運転判定時間を経過すると、第1時間比較手段35において、機械共振点での連続運転が発生したと判定してダイナミックブレーキ回路27のダイナミックブレーキ用素子27bをオン動作させる。これによりPN端子にダイナミックブレーキ用抵抗27aが接続され、発電機制御用の電力変換回路23の負荷が急増する。また、発電機制御用の電力変換回路23は直流電圧(PN端子間の電圧)の電圧が一定になるような制御を行っているため、発電機22の電流を増加させるような(すなわち発電機22の出力を増加させるような)制御動作を行うことになる。これにしたがって、原動機(水車)21の出力も増加し、さらに図4に従って原動機21の回転速度が速度3に向かって減少する。
(6)時刻t4で、原動機21の速度が速度設定範囲外になる。第2時間計測手段36において、速度設定範囲外での運転時間を計測する。
(7)時刻t5で、計測した速度設定範囲外での運転時間が停止判定時間を経過すると、第2時間比較手段37において、速度設定範囲から脱したと判定して、ダイナミックブレーキ回路27のダイナミックブレーキ用素子27bをオフ動作させる。これにより発電機制御用の電力変換回路23にはダイナミックブレーキ回路27の負荷がなくなるため、発電機制御用の電力変換回路23は発電機22の電流を減少させるような(すなわち、発電機22の出力を減少させるような)制御動作を行う。これにより、図4に従って原動機21の回転速度は、自立運転負荷とつり合う速度2に向かって増加する。
Based on FIG. 3, FIG. 4, operation | movement of the hydroelectric power generation system in this Embodiment 1 is demonstrated.
(1) The hydropower generation system is operating independently at a speed 1 until time t1. Assume that the power supplied to the self-sustaining operation load is equal to the output 1 of the prime mover (turbine) 21 shown in FIG. Therefore, the prime mover (water turbine) 21 is operating at a constant speed 1. Here, for the sake of simplicity, the losses of the generator 22, the power conversion circuit 23 for controlling the generator, and the power conversion circuit 24 for controlling the output voltage are ignored, and the output energy of the prime mover (water turbine) 21 = the output energy of the generator 22. = Output energy of the power conversion circuit 24 for controlling the output voltage (power supply energy to the self-sustained operation load).
(2) At time t1, the autonomous driving load decreases. Furthermore, since the power conversion circuit 24 for controlling the output voltage performs control to make the output voltage (voltage of the autonomous driving load) constant, the energy supplied to the autonomous driving load decreases to the output 2 in FIG. .
(3) As the energy supplied to the self-sustained operation load decreases, the output of the prime mover (turbine) 21 also decreases, and the rotational speed of the prime mover (turbine) 21 increases toward the speed 2 as shown in FIG.
(4) At time t2, the rotational speed of the prime mover (turbine) 21 enters the speed setting range. The speed comparison means 33 compares the rotational speed of the prime mover (turbine) 21 with the set speed range, and the first time measurement means 34 measures the operating time within the speed set range. In addition, after time t2, the rotational speed of the prime mover (water turbine) 21 increases to a speed of 2, and then operates at a constant speed.
(5) When the measurement time has passed the continuous operation determination time at time t3, the first time comparison means 35 determines that continuous operation at the mechanical resonance point has occurred, and the dynamic brake element 27b of the dynamic brake circuit 27 To turn on. As a result, the dynamic brake resistor 27a is connected to the PN terminal, and the load on the power control circuit 23 for controlling the generator increases rapidly. Further, since the power conversion circuit 23 for controlling the generator performs control so that the voltage of the DC voltage (voltage between the PN terminals) is constant, the current of the generator 22 is increased (that is, the generator 22 is increased). Control operation) is performed. Accordingly, the output of the prime mover (water turbine) 21 also increases, and the rotational speed of the prime mover 21 decreases toward the speed 3 according to FIG.
(6) At time t4, the speed of the prime mover 21 is out of the speed setting range. The second time measuring means 36 measures the operation time outside the speed setting range.
(7) When the operation time outside the measured speed setting range has passed the stop determination time at time t5, the second time comparison unit 37 determines that the speed setting range has been exceeded, and the dynamic brake circuit 27 The brake element 27b is turned off. This eliminates the load on the dynamic brake circuit 27 in the power conversion circuit 23 for controlling the generator, so that the power conversion circuit 23 for controlling the generator decreases the current of the generator 22 (that is, the output of the generator 22 is reduced). Control action (such as decreasing). Thereby, according to FIG. 4, the rotational speed of the motor | power_engine 21 increases toward the speed 2 balanced with a self-supporting driving | operation load.

本実施形態1における水力発電システムでは、ダイナミックブレーキ回路27が動作中でも、自立運転負荷への給電は継続できる。   In the hydroelectric power generation system according to the first embodiment, the power supply to the self-sustaining operation load can be continued even while the dynamic brake circuit 27 is operating.

なお、機械共振点は、原動機(水車)21や軸などの機械的要素が影響してくるため推定することは難しい。ここで、設定する速度設定範囲(機械共振点近傍速度)を求める方法の一例として、原動機(水車)21と発電機22を組み合わせた試験を行い、実際に機械共振が発生した回転速度により求める方法がある。この方法において、機械共振点での連続運転判定時間は、原動機(水車)21と発電機22を組み合わせた試験を行い、機械共振点での連続運転が起こっても問題ない時間を計測し、その時間以下で、かつ、使用環境に合わせた時間を設定する。   Note that it is difficult to estimate the mechanical resonance point because mechanical elements such as the prime mover (water turbine) 21 and the shaft are affected. Here, as an example of a method for obtaining the speed setting range to be set (speed near the mechanical resonance point), a method in which a test combining the prime mover (water turbine) 21 and the generator 22 is performed and the rotational speed at which mechanical resonance actually occurs is obtained. There is. In this method, the continuous operation determination time at the mechanical resonance point is determined by performing a test combining the prime mover (water turbine) 21 and the generator 22 and measuring a time when there is no problem even if continuous operation at the mechanical resonance point occurs. Set a time that is less than the time and that matches the usage environment.

また、停止判定時間と機械共振点での連続運転判定時間との比率を変化させることで、速度設定範囲内での運転時間と機械共振点近傍速度外での運転時間との比率を調整できる。   Further, by changing the ratio between the stop determination time and the continuous operation determination time at the machine resonance point, the ratio between the operation time within the speed setting range and the operation time outside the speed near the machine resonance point can be adjusted.

次に、速度設定範囲を超える自立運転負荷の変動が発生し、速度設定範囲内での運転時間が連続運転判定 時間に未達のときの水力発電システムの動作の説明を図5に示す。また、原動機(水車)21の速度−出力特性カーブを図6に示す。図6は、原動機(水車)21が受ける水流の流量(水量)が一定の時の特性カーブである。
(1)時刻t1まで、水力発電システムは速度1で自立運転している。自立運転負荷への給電電力は、図6の原動機(水車)21の出力1と等しいとする。そのため、発電機22は一定速度の速度1で運転している。ここでは簡単のため、発電機22、発電機制御用の電力変換回路23,出力電圧制御用の電力変換回路24の損失は無視し、原動機(水車)21の出力エネルギー=出力電圧制御用の電力変換回路24の出力エネルギー(自立運転負荷への給電エネルギー)とする。
(2)時刻t1で、自立運転負荷が減少する。さらに、出力電圧制御用の電力変換回路24は出力電圧(自立運転負荷の電圧)を一定にする制御を行っているため、自立運転負荷へ給電するエネルギーが図6の出力2に減少していく。
(3)自立運転負荷へ給電するエネルギーの減少にしたがって原動機(水車)21の出力も減少し、さらに図6に従って原動機(水車)21の回転速度が速度2に向かって上昇する。
(4)時刻t2で、原動機(水車)21の回転速度が速度設定範囲内に入る。第1時間計測手段34において、速度設定範囲内での運転時間を計測する。
(5)時刻t3で、第1時間計測手段34で計測した計測時間が連続運転判定時間を超過せずに、速度設定範囲を脱する。
(6)時刻t4で、原動機(水車)21の回転速度が速度2に到達する。自立運転負荷への給電電力は、図6に示す原動機(水車)21の出力2と等しいため、原動機21の回転速度は速度2で一定の定常状態になる。
Next, FIG. 5 illustrates the operation of the hydroelectric power generation system when the fluctuation of the self-sustained operation load exceeding the speed setting range occurs and the operation time within the speed setting range does not reach the continuous operation determination time. Moreover, the speed-output characteristic curve of the prime mover (water turbine) 21 is shown in FIG. FIG. 6 is a characteristic curve when the flow rate (water volume) of the water flow received by the prime mover (turbine) 21 is constant.
(1) The hydropower generation system is operating independently at a speed 1 until time t1. Assume that the power supplied to the self-sustaining operation load is equal to the output 1 of the prime mover (turbine) 21 in FIG. Therefore, the generator 22 is operating at a constant speed 1. Here, for the sake of simplicity, the losses of the generator 22, the power conversion circuit 23 for controlling the generator, and the power conversion circuit 24 for controlling the output voltage are ignored, and the output energy of the motor (turbine) 21 = the power conversion for controlling the output voltage. It is assumed that the output energy of the circuit 24 (power supply energy to the self-sustaining operation load).
(2) At time t1, the autonomous driving load decreases. Furthermore, since the power conversion circuit 24 for controlling the output voltage performs control to make the output voltage (the voltage of the autonomous driving load) constant, the energy supplied to the autonomous driving load decreases to the output 2 in FIG. .
(3) The output of the prime mover (turbine) 21 decreases as the energy supplied to the self-sustained operation load decreases, and the rotational speed of the prime mover (turbine) 21 increases toward the speed 2 according to FIG.
(4) At time t2, the rotational speed of the prime mover (turbine) 21 enters the speed setting range. The first time measuring means 34 measures the operating time within the speed setting range.
(5) At time t3, the measurement time measured by the first time measurement unit 34 does not exceed the continuous operation determination time and leaves the speed setting range.
(6) The rotational speed of the prime mover (turbine) 21 reaches speed 2 at time t4. Since the electric power supplied to the self-sustained operation load is equal to the output 2 of the prime mover (turbine) 21 shown in FIG. 6, the rotational speed of the prime mover 21 is constant at a speed of 2.

以上のように、本実施形態1における水力発電システムによれば、連続運転判定時間を設定することで、速度設定範囲を超える自立運転負荷の変動が発生しても、ダイナミックブレーキ回路27による不要な減速動作を発生させず、自立運転負荷とつり合う速度での運転が可能となる。   As described above, according to the hydroelectric power generation system in the first embodiment, even if the fluctuation of the autonomous driving load exceeding the speed setting range occurs by setting the continuous operation determination time, it is not necessary by the dynamic brake circuit 27. It is possible to operate at a speed that balances the self-sustained operation load without generating a deceleration operation.

連続運転判定時間は、原動機(水車)21と発電機22の機械時定数や原動機(水車)21に流れる水量、接続される自立運転負荷の変動パターンに応じて設定する。   The continuous operation determination time is set according to the mechanical time constant of the prime mover (water turbine) 21 and the generator 22, the amount of water flowing to the prime mover (water turbine) 21, and the fluctuation pattern of the connected autonomous operation load.

次に、原動機(水車)21が速度設定範囲以上の回転速度で運転しているときに自立運転負荷が増加し、速度設定範囲内で連続運転判定時間を超えたときの動作を図7に示す。また、原動機(水車)21の速度−出力特性カーブを図8に示す。図8は、原動機(水車)21が受ける水流の流量(水量)が一定の時の特性カーブである。
(1)時刻t1まで、水力発電システムは速度1で自立運転している。自立運転負荷への給電電力は、図8に示す原動機(水車)21の出力1と等しいとする。そのため、原動機(水車)21は一定速度の速度1で運転している。ここでは簡単のため、発電機22、発電機制御用の電力変換回路23、出力電圧制御用の電力変換回路24の損失は無視し、原動機(水車)21の出力エネルギー=出力電圧制御用の電力変換回路24の出力エネルギー(自立運転負荷への給電エネルギー)とする。
(2)時刻t1で自立運転負荷が増加し、さらに出力電圧制御用の電力変換回路24は出力電圧(自立運転負荷の電圧)を一定にする制御を行っているため、自立運転負荷へ給電するエネルギーが図8に示す出力2に増加していく。
(3)自立運転負荷へ給電するエネルギーの増加にしたがって原動機(水車)21の出力も増加し、さらに図8に従って原動機(水車)21の回転速度が速度2に向かって減少する。
(4)時刻t2で原動機(水車)21の速度が速度設定範囲内に入る。第1時間計測手段34において、速度設定範囲内での運転時間を計測する。
(5)時刻t3で、計測時間が設定した連続運転判定時間を超過すると、第1時間比較手段35において、機械共振点での連続運転が発生したと判定してダイナミックブレーキ回路27のダイナミックブレーキ用素子27bをON動作させる。これによりPN端子にダイナミックブレーキ用抵抗27aが接続され、発電機制御用の電力変換回路23の負荷が急増する。また、発電機制御用の電力変換回路23は直流電圧(PN端子間の電圧)の電圧が一定になるような制御をしているため、発電機22の電流を増加させるような(すなわち、発電機22の出力を増加させるような)制御動作を行う。これにしたがって、原動機(水車)21の出力も増加し、さらに図8に従って原動機(水車)21の回転速度が速度3に向かって減少する。
(6)時刻t4で、原動機(水車)21の回転速度が速度設定範囲外になる。第2時間計測手段36において、速度設定範囲外での運転時間を計測する。
(7)時刻t5で、計測時間が停止判定時間を経過し、第2時間比較手段37において、原動機(水車)21の回転速度が速度設定範囲から脱したと判定してダイナミックブレーキ回路27のダイナミックブレーキ用素子27bをOFF動作させる。これにより発電機制御用の電力変換回路23にはダイナミックブレーキ回路27の負荷がなくなるため、発電機制御用の電力変換回路23は、発電機22の電流を減少させるような(すなわち発電機22の出力を減少させるような)制御動作を行う。
(8)原動機(水車)21の回転速度は、自立運転負荷とつり合う速度2に到達する。自立運転負荷への給電電力は、図8に示す原動機(水車)21の出力2 と等しいため、原動機(水車)21の回転速度は速度2で一定の定常状態になる。
Next, FIG. 7 shows the operation when the autonomous driving load increases when the prime mover (turbine) 21 is operating at a rotational speed equal to or higher than the speed setting range and the continuous operation determination time is exceeded within the speed setting range. . Moreover, the speed-output characteristic curve of the prime mover (water turbine) 21 is shown in FIG. FIG. 8 is a characteristic curve when the flow rate (water volume) of the water flow received by the prime mover (turbine) 21 is constant.
(1) The hydropower generation system is operating independently at a speed 1 until time t1. Assume that the power supplied to the self-sustained operation load is equal to the output 1 of the prime mover (turbine) 21 shown in FIG. Therefore, the prime mover (water turbine) 21 is operating at a constant speed 1. Here, for the sake of simplicity, the losses of the generator 22, the power conversion circuit 23 for controlling the generator, and the power conversion circuit 24 for controlling the output voltage are ignored, and the output energy of the prime mover (water turbine) 21 = the power conversion for controlling the output voltage. It is assumed that the output energy of the circuit 24 (power supply energy to the self-sustaining operation load).
(2) Since the self-sustained operation load increases at time t1 and the power conversion circuit 24 for controlling the output voltage controls the output voltage (the voltage of the self-sustained operation load) to be constant, power is supplied to the self-sustained operation load. The energy increases to output 2 shown in FIG.
(3) The output of the prime mover (turbine) 21 increases as the energy supplied to the self-sustained operation load increases, and the rotational speed of the prime mover (turbine) 21 decreases toward the speed 2 according to FIG.
(4) The speed of the prime mover (turbine) 21 enters the speed setting range at time t2. The first time measuring means 34 measures the operating time within the speed setting range.
(5) When the measurement time exceeds the set continuous operation determination time at time t3, the first time comparison means 35 determines that continuous operation at the mechanical resonance point has occurred and the dynamic brake circuit 27 The element 27b is turned on. As a result, the dynamic brake resistor 27a is connected to the PN terminal, and the load on the power control circuit 23 for controlling the generator increases rapidly. Further, since the power conversion circuit 23 for controlling the generator controls the DC voltage (voltage between the PN terminals) to be constant, the current of the generator 22 is increased (that is, the generator The control operation (such as increasing the output of 22) is performed. Accordingly, the output of the prime mover (turbine) 21 also increases, and the rotational speed of the prime mover (turbine) 21 decreases toward the speed 3 according to FIG.
(6) At time t4, the rotational speed of the prime mover (turbine) 21 is outside the speed setting range. The second time measuring means 36 measures the operation time outside the speed setting range.
(7) At time t5, the measurement time has passed the stop determination time, and the second time comparison means 37 determines that the rotational speed of the prime mover (turbine) 21 has deviated from the speed setting range, and the dynamic brake circuit 27 The brake element 27b is turned off. This eliminates the load on the dynamic brake circuit 27 in the power conversion circuit 23 for controlling the generator, so that the power conversion circuit 23 for controlling the generator reduces the current of the generator 22 (that is, the output of the generator 22 is reduced). Control action (such as decreasing).
(8) The rotational speed of the prime mover (turbine) 21 reaches a speed 2 that balances with the autonomous driving load. Since the power supplied to the self-sustained operation load is equal to the output 2 of the prime mover (turbine) 21 shown in FIG. 8, the rotational speed of the prime mover (turbine) 21 is constant at a speed of 2.

自立運転負荷が変化したときの発電機22の回転速度変化の速さは、原動機(水車)21と発電機22の機械時定数や原動機(水車)21に流れる水量などによって変化する。そのため、この動作のように、自立運転負荷とつり合う速度が速度設定範囲ではなくても、原動機(水車)21の回転速度の加速または減速中に速度設定範囲での連続運転が発生する恐れがある。   The speed of change in the rotational speed of the generator 22 when the self-sustained operation load changes depends on the mechanical time constant of the prime mover (turbine) 21 and the generator 22, the amount of water flowing through the prime mover (turbine) 21, and the like. Therefore, even if the speed balanced with the self-sustained operation load is not within the speed setting range as in this operation, there is a possibility that continuous operation in the speed setting range may occur during acceleration or deceleration of the rotational speed of the prime mover (water turbine) 21. .

本実施形態1により、機械時定数や水量などの要素によらず、速度設定範囲での連続運転を回避することができる。   According to the first embodiment, continuous operation in the speed setting range can be avoided regardless of factors such as the machine time constant and the amount of water.

[実施形態2]
本実施形態2における水力発電システムを図9に示す。また、ダイナミックブレーキ回路27に関する発電機制御システム25の構成を図10に示す。なお、発電機制御システム25の出力である制御指令に関する処理は、図10には示していない。ここで、系統連系運転時における各構成の動作の説明は省略する。
[Embodiment 2]
A hydroelectric power generation system according to the second embodiment is shown in FIG. Moreover, the structure of the generator control system 25 regarding the dynamic brake circuit 27 is shown in FIG. In addition, the process regarding the control command which is an output of the generator control system 25 is not shown in FIG. Here, description of the operation of each component at the time of grid interconnection operation is omitted.

実施形態1では機械共振点での連続運転の判定対象を原動機21または発電機22の回転速度としていたが、本実施形態2では判定対象を発電機22の出力電力に変更している。本実施形態2の水力発電システムは、発電機22の出力電力を計測または推定する出力計測推定手段29bが発電機制御システム25内に設けられている。また、本実施形態2において、出力範囲設定入力手段30bは機械共振点となる発電機22の出力範囲を入力する。   In the first embodiment, the determination target of continuous operation at the mechanical resonance point is the rotational speed of the prime mover 21 or the generator 22. However, in the second embodiment, the determination target is changed to the output power of the generator 22. In the hydraulic power generation system according to the second embodiment, an output measurement estimation unit 29 b that measures or estimates the output power of the generator 22 is provided in the generator control system 25. In the second embodiment, the output range setting input means 30b inputs the output range of the generator 22 that is the mechanical resonance point.

また、本実施形態2の水力発電システムは、原動機(水車)21に流れる水量を一定に制御するための流量制御手段(例えば、ガバナ)38と、流量制御手段38を制御するための流量制御コントローラ39と、を有する。   The hydroelectric power generation system according to the second embodiment includes a flow rate control means (for example, a governor) 38 for controlling the amount of water flowing to the prime mover (turbine) 21 at a constant level, and a flow rate control controller for controlling the flow rate control means 38. 39.

また、図9には示していないが、図1と同様に、出力電圧制御用の電力変換回路24と系統20との間に自立運転負荷(図13の15)と系統側開閉器(図13の12)が接続されている。その他の構成は実施形態1と同様である。   Although not shown in FIG. 9, as in FIG. 1, a self-sustained operation load (15 in FIG. 13) and a system-side switch (FIG. 13) are provided between the power conversion circuit 24 for controlling the output voltage and the system 20. 12) is connected. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

(作用・動作の説明)
水の流量が一定である場合には、原動機(水車)21の速度−出力特性は一定であり、機械共振点に相当する発電機22の出力も一定の値となる。本実施形態2では機械共振点での運転判定を原動機21または発電機22の回転速度ではなく、発電機22の出力値で運転判定を行い、設定した出力範囲内で発電機22が連続運転していると判定された時にはダイナミックブレーキ回路27を動作させ、発電機22の出力(電力)を増加させる事で、機械共振点に相当する発電機22の出力範囲から脱し、機械共振点での連続運転を抑制するものである。
(Description of action / operation)
When the flow rate of water is constant, the speed-output characteristics of the prime mover (water turbine) 21 are constant, and the output of the generator 22 corresponding to the mechanical resonance point is also a constant value. In the second embodiment, the operation determination at the mechanical resonance point is determined not by the rotational speed of the prime mover 21 or the generator 22 but by the output value of the generator 22, and the generator 22 continuously operates within the set output range. When the dynamic brake circuit 27 is operated and the output (electric power) of the generator 22 is increased, the output range of the generator 22 corresponding to the mechanical resonance point is deviated and continuous at the mechanical resonance point. It suppresses driving.

原動機21または発電機22の回転速度ではなく、発電機22の出力電力において機械共振点での連続運転を判定する事により、原動機21または発電機22の回転速度を検出・推定できない環境においても、機械共振点での連続運転をダイナミックブレーキ回路27の動作により抑制することができる。なお、本実施形態2では、流量制御コントローラ39と、流量制御手段38によって原動機(水車)21に流れる水量を一定値に制御している。   Even in an environment where the rotational speed of the prime mover 21 or the generator 22 cannot be detected / estimated by determining the continuous operation at the mechanical resonance point in the output power of the generator 22 instead of the rotational speed of the prime mover 21 or the generator 22, Continuous operation at the mechanical resonance point can be suppressed by the operation of the dynamic brake circuit 27. In the second embodiment, the amount of water flowing to the prime mover (turbine) 21 is controlled to a constant value by the flow controller 39 and the flow controller 38.

図11に本実施形態2の動作例、図12に水の流量が一定の時の出力−速度特性カーブを示す。
(1)時刻t1まで、水力発電システムは速度1で自立運転している。自立運転負荷への給電電力は、図10に示す原動機(水車)21の出力1と等しいとする。そのため、発電機22は一定速度の速度1で運転している。ここでは、簡単のため、発電機22、発電機制御用の電力変換回路23,出力電圧制御用の電力変換回路24の損失は無視し、原動機(水車)21の出力エネルギー=発電機22の出力エネルギー=出力電圧制御用の電力変換回路24の出力エネルギー(自立運転負荷への給電エネルギー)とする。
(2)時刻t1で自立運転負荷が減少する。さらに、出力電圧制御用の電力変換回路24は出力電圧(自立運転負荷の電圧)を一定にする制御を行っているため、自立運転負荷へ給電するエネルギーが図12に示す出力2に減少していく。
(3)自立運転負荷へ給電するエネルギーの減少にしたがって原動機(水車)21の出力も減少し、さらに図12に従って原動機(水車)21の回転速度が速度2に向かって上昇する。
(4)時刻t2で原動機(水車)21の出力が出力設定範囲に入る。第1時間計測手段34において、設定出力範囲内での運転時間を計測する。
(5)時刻t2〜時刻t3の期間中に、原動機(水車)21の出力は出力2となり、自立運転負荷に必要なエネルギーと釣り合う。そのため、原動機(水車)21の出力と速度は一定値となる。さらに、この時の出力2は、出力設定範囲内(機械共振点近傍速度相当の出力)である。
(6)時刻t3で、計測時間が連続運転判定時間を経過すると、第1時間比較手段35において、機械共振点での連続運転が発生したと判定してダイナミックブレーキ回路27のダイナミックブレーキ用素子27bをオン動作させる。これによりPN端子にダイナミックブレーキ用抵抗27aが接続され、発電機制御用の電力変換回路23の負荷が急増するため、発電機22の電流を増加させるような(すなわち、発電機22の出力を増加させるような)制御動作を行う。これにしたがって原動機(水車)21の出力も増加し、さらに、図12に従って原動機(水車)21の回転速度が速度3に向かって減少する。
(7)時刻t4で、原動機(水車)21の回転速度が出力設定範囲外になる。第2時間計測手段36において、出力設定範囲外での運転時間を計測する。
(8)時刻t5で、計測時間が停止判定時間を経過すると、第2時間比較手段37において、出力設定範囲から脱したと判定してダイナミックブレーキ回路27のダイナミックブレーキ用素子27bをオフ動作させる。これにより発電機制御用の電力変換回路23にはダイナミックブレーキ用抵抗27aの負荷がなくなるため、発電機22の電流を減少させるような(すなわち、発電機22の出力を減少させるような)制御動作を行う。これにより、図12に従って発電機22の出力は、自立運転負荷とつり合う出力2に向かって減少する。
FIG. 11 shows an operation example of the second embodiment, and FIG. 12 shows an output-speed characteristic curve when the flow rate of water is constant.
(1) The hydropower generation system is operating independently at a speed 1 until time t1. Assume that the power supplied to the self-sustaining operation load is equal to the output 1 of the prime mover (turbine) 21 shown in FIG. Therefore, the generator 22 is operating at a constant speed 1. Here, for the sake of simplicity, the losses of the generator 22, the power conversion circuit 23 for controlling the generator, and the power conversion circuit 24 for controlling the output voltage are ignored, and the output energy of the prime mover (water turbine) 21 = the output energy of the generator 22. = Output energy of the power conversion circuit 24 for controlling the output voltage (power supply energy to the self-sustained operation load).
(2) The independent operation load decreases at time t1. Furthermore, since the power conversion circuit 24 for output voltage control performs control to make the output voltage (voltage of the autonomous driving load) constant, the energy supplied to the autonomous driving load is reduced to the output 2 shown in FIG. Go.
(3) The output of the prime mover (turbine) 21 decreases as the energy supplied to the self-sustained operation load decreases, and the rotational speed of the prime mover (turbine) 21 increases toward the speed 2 according to FIG.
(4) At time t2, the output of the motor (turbine) 21 enters the output setting range. The first time measuring means 34 measures the operation time within the set output range.
(5) During the period from time t2 to time t3, the output of the prime mover (turbine) 21 becomes output 2, which balances with the energy required for the autonomous driving load. Therefore, the output and speed of the prime mover (turbine) 21 are constant values. Furthermore, the output 2 at this time is within the output setting range (output corresponding to the speed near the mechanical resonance point).
(6) When the measurement time has passed the continuous operation determination time at time t3, the first time comparison means 35 determines that continuous operation at the mechanical resonance point has occurred, and the dynamic brake element 27b of the dynamic brake circuit 27 To turn on. As a result, the dynamic brake resistor 27a is connected to the PN terminal, and the load of the power conversion circuit 23 for controlling the generator increases rapidly, so that the current of the generator 22 is increased (that is, the output of the generator 22 is increased). Control action). Accordingly, the output of the prime mover (turbine) 21 is increased, and the rotational speed of the prime mover (turbine) 21 is decreased toward the speed 3 according to FIG.
(7) At time t4, the rotational speed of the prime mover (turbine) 21 is out of the output setting range. The second time measuring means 36 measures the operating time outside the output setting range.
(8) When the measurement time exceeds the stop determination time at time t5, the second time comparison unit 37 determines that the output setting range has been exceeded, and turns off the dynamic brake element 27b of the dynamic brake circuit 27. This eliminates the load of the dynamic brake resistor 27a in the power control circuit 23 for controlling the generator, so that a control operation that reduces the current of the generator 22 (that is, reduces the output of the generator 22) is performed. Do. Thereby, according to FIG. 12, the output of the generator 22 decreases toward the output 2 balanced with the self-sustaining operation load.

なお、機械共振点は、原動機(水車)21や軸などの機械的要素が影響してくるため推定することは難しい。ここで、設定する出力設定範囲(機械共振点近傍速度にあたる原動機(水車)21の出力)を求める方法の一例として、原動機(水車)21と発電機22を組み合わせた試験を行い、実際に機械共振が発生した出力により求める方法がある。   Note that it is difficult to estimate the mechanical resonance point because mechanical elements such as the prime mover (water turbine) 21 and the shaft are affected. Here, as an example of a method for obtaining the output setting range to be set (the output of the prime mover (turbine) 21 corresponding to the speed near the mechanical resonance point), a test combining the prime mover (turbine) 21 and the generator 22 is performed, and the actual machine resonance There is a method of obtaining from the output generated.

実施形態1,実施形態2において、発電機制御システム25が出力する制御指令(直流電圧を一定にする指令)と系統連系制御システム26が出力する制御指令(出力電圧を一定にする指令)の動作は、自立運転中の原動機21または発電機22の回転速度に関係せず変わらない。   In the first and second embodiments, the control command (command for making the DC voltage constant) output by the generator control system 25 and the control command (command for making the output voltage constant) output by the grid interconnection control system 26 The operation does not change regardless of the rotational speed of the prime mover 21 or the generator 22 during the autonomous operation.

したがって、特許文献2のように、機械共振点での運転を抑制するために発電機制御用の電力変換回路23と出力電圧制御用の電力変換回路24への制御指令を変化させることはない。本実施形態1,2によって、ダイナミックブレーキ回路27の動作に関する演算処理量は増加するが、発電機制御用の電力変換回路23と出力電圧制御用の電力変換回路24の動作に関する演算処理量は変わらないため、発電機制御用の電力変換回路23と出力電圧制御用の電力変換回路24の制御用にさらに高速な演算処理装置を設ける必要はない。   Therefore, unlike in Patent Document 2, control commands to the power control circuit 23 for controlling the generator and the power conversion circuit 24 for controlling the output voltage are not changed in order to suppress the operation at the mechanical resonance point. According to the first and second embodiments, the amount of calculation processing related to the operation of the dynamic brake circuit 27 increases, but the amount of calculation processing related to the operation of the power conversion circuit 23 for generator control and the power conversion circuit 24 for output voltage control does not change. Therefore, it is not necessary to provide a higher-speed arithmetic processing device for controlling the power conversion circuit 23 for controlling the generator and the power conversion circuit 24 for controlling the output voltage.

本実施形態1,2によれば、可変速方式の水力発電システムにおいて、系統解列時における自立運転動作時に、不安定動作となる機械共振点での連続運転時間を少なくすることが可能である。   According to the first and second embodiments, in the variable speed hydraulic power generation system, it is possible to reduce the continuous operation time at the mechanical resonance point where the unstable operation occurs during the self-sustaining operation when the system is disconnected. .

これにより、水力発電システム内の原動機(水車)21と発電機22の金属疲労が低減されて、システムの寿命が向上する。   Thereby, the metal fatigue of the motor | power_engine (water turbine) 21 and the generator 22 in a hydroelectric power generation system is reduced, and the lifetime of a system improves.

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。   Although the present invention has been described in detail only for the specific examples described above, it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Such variations and modifications are naturally within the scope of the claims.

21…原動機(水車)
22…発電機
23…発電機制御用の電力変換回路
24…出力電圧制御用の電力変換回路
27…ダイナミックブレーキ回路
29…速度検出推定手段
21 ... Motor (turbine)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 22 ... Generator 23 ... Power conversion circuit for generator control 24 ... Power conversion circuit for output voltage control 27 ... Dynamic brake circuit 29 ... Speed detection estimation means

Claims (2)

水流により回転する原動機と、
原動機と接続される発電機と、
発電機の出力電力を直流電力に変換する発電機制御用の電力変換回路と、
直流に変換した電力を自立運転負荷に給電するための電力に変換する出力電圧制御用の電力変換回路と、
系統を出力電圧制御用の電力変換回路から解列する開閉器と、
発電機制御用の電力変換回路と出力電圧制御用の電力変換回路との間の直流電圧部に接続され、ダイナミックブレーキ用素子とダイナミックブレーキ用抵抗との直列接続を有するダイナミックブレーキ回路と、
原動機、または、発電機の回転速度を検出あるいは推定する速度検出推定手段と、
を備え、前記開閉器を開にして系統を出力電圧制御用の電力変換回路から解列した時に、出力電圧制御用の電力変換回路の出力に接続した自立運転負荷に発電機が出力する電力を給電する水力発電システムであって、
水力発電システムの機械共振点に基づいて原動機、または、発電機の所定の速度設定範囲を設定し、
自立運転時に、原動機、または、発電機の回転速度が所定の速度設定範囲内である時間が連続運転判定時間以上、連続で経過した場合にダイナミックブレーキ用素子をオン動作させて原動機または発電機の回転速度を所定の速度設定範囲外に移動させ、
原動機、または、発電機の回転速度を所定の速度設定範囲外に移動させた後の時間が停止判定時間以上、連続で経過した場合、ダイナミックブレーキ用素子をオフ動作させることを特徴とする水力発電システム。
A prime mover that is rotated by water flow,
A generator connected to the prime mover;
A power conversion circuit for controlling the generator that converts the output power of the generator into DC power;
A power conversion circuit for output voltage control that converts the power converted into direct current into power for supplying power to a self-supporting load;
A switch that disconnects the system from the power conversion circuit for output voltage control;
A dynamic brake circuit connected to a DC voltage section between a power conversion circuit for generator control and a power conversion circuit for output voltage control, and having a series connection of a dynamic brake element and a dynamic brake resistor;
Speed detection and estimation means for detecting or estimating the rotational speed of the prime mover or generator;
When the switch is opened and the system is disconnected from the power conversion circuit for output voltage control, the power output from the generator to the self-supporting load connected to the output of the power conversion circuit for output voltage control is provided. A hydroelectric power generation system that supplies power,
Based on the mechanical resonance point of the hydroelectric power generation system, set a predetermined speed setting range of the prime mover or generator,
During self-sustained operation, if the motor or generator rotation speed is continuously within the predetermined speed setting range for more than the continuous operation determination time, the dynamic brake element is turned on and the motor or generator is turned on. Move the rotation speed out of the predetermined speed setting range,
Hydroelectric power generation characterized in that the dynamic brake element is turned off when the time after the rotation speed of the prime mover or the generator is moved outside the predetermined speed setting range has continuously elapsed for the stop determination time or longer. system.
水流により回転する原動機と、
原動機に接続される発電機と、
発電機の出力電力を直流電力に変換する発電機制御用の電力変換回路と、
直流に変換した電力を自立運転負荷に給電するための電力に変換する出力電圧制御用の電力変換回路と、
系統を出力電圧制御用の電力変換回路から解列する開閉器と、
発電機制御用の電力変換回路と出力電圧制御用の電力変換回路との間の直流回路に接続され、ダイナミックブレーキ用素子とダイナミックブレーキ用抵抗との直列接続を有するダイナミックブレーキ回路と、
前記原動機に入力する水流の流量を調整する流量調整手段と
前記流量調整手段を制御する流量コントローラと、
発電機の出力電力を検出あるいは推定する出力電力検出推定手段と、
を備え、前記開閉器を開にして系統を出力電圧制御用の電力変換回路から解列した時に電力を出力電圧制御用の電力変換装置の出力に接続した自立運転負荷に発電機が出力する給電する水力発電システムであって、
水力発電システムの機械共振点に基づいて所定の出力設定範囲を設定し、
自立運転時に、流量コントローラが前記水流の流量が一定となる制御を行い、自立運転時に、発電機の出力電力が所定の出力設定範囲内である時間が連続運転判定時間以上、連続で経過した場合にダイナミックブレーキ素子をオン動作させて発電機の出力電力を所定の出力範囲外に移動させ、
発電機の出力電力を所定の出力設定範囲外に移動させた後の時間が停止判定時間以上連続で経過した場合、ダイナミックブレーキ用素子をオフ動作させることを特徴とする水力発電システム。
A prime mover that is rotated by water flow,
A generator connected to the prime mover;
A power conversion circuit for controlling the generator that converts the output power of the generator into DC power;
A power conversion circuit for output voltage control that converts the power converted into direct current into power for supplying power to a self-supporting load;
A switch that disconnects the system from the power conversion circuit for output voltage control;
A dynamic brake circuit connected to a DC circuit between the power conversion circuit for generator control and the power conversion circuit for output voltage control, and having a series connection of a dynamic brake element and a dynamic brake resistor;
A flow rate adjusting means for adjusting a flow rate of a water flow input to the prime mover; a flow rate controller for controlling the flow rate adjusting means;
Output power detection and estimation means for detecting or estimating the output power of the generator;
The power is output by the generator to a self-supporting load connected to the output of the power converter for output voltage control when the switch is opened and the system is disconnected from the power converter circuit for output voltage control. A hydroelectric power generation system,
Set a predetermined output setting range based on the mechanical resonance point of the hydroelectric power generation system,
When the flow rate controller controls the flow rate of the water flow to be constant during self-sustained operation, and the time during which the output power of the generator is within the specified output setting range during the self-sustained operation exceeds the continuous operation determination time. The dynamic brake element is turned on to move the output power of the generator out of the predetermined output range,
A hydraulic power generation system, wherein a dynamic brake element is turned off when a time after the output power of a generator is moved out of a predetermined output setting range has elapsed continuously for a stop determination time or longer.
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