JP2514453B2 - 交流励磁同期機の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明はポンプ水車に交流励磁同期機（以下、AESM
と略称）が接続された可変速揚水発電システムに於ける
回転数制御と電力制御を行う交流励磁同期機の制御装置
に関するものである。

【従来の技術】

第３図は例えば電学誌、107巻３号、昭62、210頁、図
12に示された従来のAESMの制御方法を使った揚水発電シ
ステムのブロック図であり、図において、１はAESM、２
はAESM1に直結されたポンプ水車、３は系統に接続する
ための発電機しゃ断器、４は２次励磁装置（以下、EXと
略称）、５はEX4の出力電流を制御する自動電流制御
器、６は負荷調整器、７は出力設定手段としての出力設
定器、８はポンプ水車２の入出力制御サーボ、９は速度
制御部、10は速度制御部９の回転速度演算部、11は弁開
度演算部でP,N,H,GVOは各々実際の発生電力，回転数，
落差，ガイドベーン開度である。 次に動作について説明する。まず、第３図において、
AESM1を可変速で運転するには、該AESM1の回転子を２次
励磁装置４によって２次励磁する方式が通常採用され
る。この時、ポンプ水車２の回転数が変動しても、系統
周波数と常に一致するように回転子のスベリ分だけ２次
励磁により周波数を補正してやれば、系統との並列運転
が可能である。 そこで、一般的には、２次励磁装置４としては交流か
ら直接に交流を生成するサイクロコンバータ方式、又は
交流から一旦直流に変換し、更に交流に変換するGTO
（ゲートターンオフサイリスタ）コンバータ／インバー
タ方式等が採用される。第３図の場合には、出力設定器
７で設定した電力値になるように該出力設定器７、負荷
調整器６及び自動電流制御器５等により２次励磁装置４
を制御してAESM1の回転子に電力指令を与え、所定の電
力になるように制御している。また、出力設定器７によ
る設定信号を受けると回転速度演算部10で演算をして目
標回転数を出力し、又弁開度演算部11で演算をして目標
ガイドベーン開度GVO₀になるように入出力制御サーボ８
を駆動し、ポンプ水車２のガイドベーン開度GVOを制御
する。

【発明が解決しようとする課題】

従来の交流励磁同期機の制御装置は以上のように構成
されているので、可変速運転を行うことによって揚水運
転時の電力調整幅は増加したが、大幅に出力設定器の指
定入力（流量と指定入力は比例する）を下げた運転を実
施すると逆流点以下においてポンプ水車の振動が大きく
なって運転ができないため指定入力の下限が逆流点で制
限されてしまうなどの課題があった。 この発明は上記のような課題を解消するためになされ
たもので、揚水運転時に指定入力の少い逆流点以下の運
転においてもポンプ水車の振動を抑えて運転ができるよ
う交流励磁同期機の制御装置を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

この発明に係る交流励磁同期機の制御装置は、出力設
定手段の指令入力に基き交流励磁同期機の電力を制御す
る２次励磁制御手段と、その出力設定手段の指令入力に
基き通常の揚水運転時にはポンプ水車の回転速度及び弁
開度を回転速度演算部及び弁開度演算部による演算を実
行してガイドベーン開度制御出力を得るガイドベーン開
度演算手段と、前記出力設定手段の指定入力が低入力運
転が通常入力運転かを自動的に判別する判定手段と、前
記判定手段の指令により切替動作をする切替手段と、前
記出力設定手段の指定入力が低入力時には前記回転速度
演算部と弁開度演算部に代って切替えられ演算を実行す
る目標回転数演算部と目標弁開度演算部とをもって構成
したものである。

【作用】

この発明におけるAESMの制御装置は、出力設定手段の
指定入力が低入力運転か通常入力運転かを判定回路で自
動的に判別し、その出力設定手段の指定入力が低入力時
には回転速度演算部と弁開度演算部とに代って目標回転
数演算部と目標弁開度演算部とで演算を実行するように
切替手段で切替え、制御するので、ポンプ水車の逆流点
の水流領域に制御されず振動の大きな運転範囲を避けた
運転が可能となる。

【発明の実施例】

以下、この発明の一実施例を可変速ポンプ水車を例に
図について説明する。 図中、第３図と同一の部分は同一の符号をもって図示
した第１図において、12は出力設定器７の指定入力が通
常入力の運転が低入力の運転かを判定する判定回路、1
3,14,15,16は通常運転と低入力運転の運転モードを切替
える切替手段としての切替回路で判定回路12により駆動
される。切替回路13〜16の接点（便宜上接点で示した）
は、上側が通常運転時ON、下側が低入力時ONとなる。17
は低入力時の目標回転数演算部、18は低入力時の目標弁
開度演算部である。また、4,5,6は２次励磁制御手段、
8,9,10,11はガイドベーン開度演算手段である。 次にこの発明の動作について説明する。 まず、この発明の回路動作を説明する前に第２図を参
照してポンプ水車２のポンプ運転時（揚水運転時）の特
性について説明する。図において縦軸は回転数、横軸は
流量で弁開度をパラメータにした特性図である。図中、
Ａゾーンが通常の可変速揚水運転範囲であり、逆流点以
下の流量ではポンプ水車の振動が大きいため、従来は運
転されていない、Ｂゾーンも逆流域で回転特性が安定し
ない上に振動も大きく運転不能領域である。しかし、Ｃ
ゾーンの振動はＡゾーンに比較して大きいがＢゾーンよ
りは可成り小さく、他号機との入力分担上、一時的に運
転することは実用上可能である。このＣゾーンの運転を
実施することによりAFC（自動周波数制御）調整幅は大
幅に拡大する。結果として小入力から大入力へ流量が移
行できるようになるため、系統へのショックが和らげら
れ回転子の振動も少くすることができる。 次にこの発明の動作について説明する。まず、出力設
定器７の指令入力により低入力か通常入力運転かを判定
回路12で判別し、通常入力運転であれば切替回路13,14,
15,16を上側の接点に投入して第３図と同様の回路構成
とする。また低入力（入力と流量は比例）指令であれば
判定回路12で判別しＣゾーンの運転が可能なように切替
回路13,14,15,16を全て下側の接点に切替え目標回転数
演算部17及び目標弁開度演算部18の演算特性がＣゾーン
の特性となるように指令し低入力運転を行う。Ａゾーン
及びＣゾーンの相互切替え時に一時的にＢゾーンを通過
するがこれは極めて短時間であるため実用上支障はな
い。 また、上記実施例では、２次励磁装置（EX）４を電力
フィードバックする場合の回路例について説明したが、
電力フィードバックに回転数補正回路を付加するように
しても良く、また、回転数フィードバックでも良く、更
に回転数フィードバックに電力補正回路を付加しても良
く、目標回転数と弁開度の特性を通常入力と低入力特性
に使い分けてやれば上記実施例と同様の効果を奏する。

【発明の効果】

以上のようにこの発明によれば、出力設定手段の指定
入力が通常入力運転か低入力運転かによって、前者の場
合には、回転速度演算部と弁開度演算部とで演算を行
い、後者の場合には、目標回転数演算部と目標弁開度演
算部とで演算を実行するように切替手段で切替えて制御
するので、ポンプ水車の逆流点の水流領域に制限される
ことなく、振動の大きな運転範囲を避けた円滑な運転が
可能になる。また、指定入力の小さいAFC運転が可能と
なるためAFC調整幅を大幅に拡大した運転ができる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるAESMの制御回路の構
成を示すブロック図、第２図はポンプ水車特性例を示す
説明図、第３図は従来のAESMの制御回路の構成を示すブ
ロック図である。 図において、１はAESM（交流励磁同期機）、２はポンプ
水車、７は出力設定器（出力設定手段）、10は回転速度
演算部、11は弁開度演算部、12は判定回路（判定手
段）、13,14,15,16は切替回路（切替手段）、17は目標
回転数演算部、18は目標開度演算部、8,9,10,11はガイ
ドベーン開度演算手段、4,5,6は２次励磁制御手段であ
る。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】出力設定手段の指令入力に基き交流励磁同
   期機の電力を制御する２次励磁制御手段と、前記出力設
   定手段の指令入力に基き通常の揚水運転時にはポンプ水
   車の回転速度及び弁開度を回転速度演算部と弁開度演算
   部とで演算を実行し、ガイドベーン開度制御出力を得る
   ガイドベーン開度演算手段とを有する交流励磁同期機の
   制御装置において、前記出力設定手段の指定入力が低入
   力運転か通常入力運転かを自動的に判別する判定手段
   と、前記判定手段の指令により切替動作をする切替手段
   と、前記出力設定手段の指定入力が低入力時には前記切
   替手段によって切替えられ、前記回転速度演算部および
   前記弁開度演算部に代って演算を実行する目標回転数演
   算部および目標開度演算部とを備えた交流励磁同期機の
   制御装置。