JP2521130B2 - AC excitation synchronous machine control system - Google Patents

AC excitation synchronous machine control system

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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention 【産業上の利用分野】[Industrial applications]

この発明は、ポンプ水車に交流励磁同期機(以下、AE
SMと略称する)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
御システムに関するものである。
This invention is an AC excitation synchronous machine (hereinafter referred to as AE
The present invention relates to a control system for an AC excitation synchronous machine that performs rotation speed control and power control in a variable speed pumped storage power generation system to which an SM (abbreviated as SM) is connected.

【従来の技術】[Prior art]

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の制御システムを示す可変速
揚水発電システムのブロック図であり、図において、1
は巻線形誘導電動機の2次側をサイクロコンバータによ
り2次励磁して可変速度で指定された電力にて運転され
るAESM、2は前記AESM1に直結されたポンプ水車、3はA
ESM1の発生電力Pをしゃ断する発電機しゃ断器、4はサ
イクロコンバータ、5は自動電流制御器、6は負荷調整
器、7は発生電力Pの出力設定器、8はポンプ水車の入
出力制御サーボ、9は発電機のガバナ、10は回転速度演
算部、11はガイドベーンの弁開度演算部、P,N,H,GVOは
各々実際のAESM1の発生電力,回転数,揚水発電システ
ムの落差,ガイドベーン開度等である。 次に動作について説明する。まず、AESM1を可変速で
運転するためには、該AESM1を2次励磁する方式が通常
採用される。そこで回転数Nが変っても、系統周波数f
と一致するようにスベリ分だけ2次励磁により周波数を
補正して、系統との並列運転を可能にしている。すなわ
ち、周波数変換装置としては、交流から直接交流に変換
するサイクロコンバータ方式が通常使用される。そこ
で、出力設定器7によって設定された電力65Pになるよ
うに出力設定器7,負荷調整器6及び自動電流制御器5に
より制御してサイクロコンバータ4を制御する。一方、
ポンプ水車2が最適回転数N0になるように出力設定器7
の設定値に対して夫々、回転速度演算部10,ガバナ9,ガ
イドベーンの弁開度演算部11が最適演算を実行し、ガイ
ドベーン開度GVOを決め、最終的に入出力制御サーボ8
を制御してAESM1を最適値になるように運転する。 ここで、第3図のシステムが外乱を受け、発電次の出
力設定器7の設定値65Pを増加側に操作したとすると、
電力フィードバックの場合、発生電力Pは出力設定器7
の設定値65Pに即応して増加するが、ガイドベーン動作
が遅いために回転体には減速トルクが作用し、一次的に
回転数Nが低下する。その後、弁開度演算部11の演算に
よるガイドベーン開動作と共に回転数Nも増加し最適値
に落ち着く。一方、発生電力Pの追従性は早いが回転数
Nの整定は遅く一時的に逆方向に動作する。
FIG. 3 is, for example, in the magazine, Vol. 107, No. 3, p. 210, p. 210,
FIG. 13 is a block diagram of a variable speed pumped storage hydropower system showing the conventional AESM control system shown in FIG.
Is an AESM in which the secondary side of a wound-type induction motor is secondarily excited by a cycloconverter and is operated at a specified power at a variable speed, 2 is a pump turbine directly connected to the AESM1, 3 is A
Generator breaker for cutting off generated power P of ESM1, 4 cycloconverter, 5 automatic current controller, 6 load regulator, 7 output setter of generated power P, 8 input / output control servo of pump turbine , 9 is the governor of the generator, 10 is the rotation speed calculation unit, 11 is the valve opening calculation unit of the guide vane, P, N, H and GVO are the actual power generated by AESM1, the rotation speed, and the head of the pumped storage power generation system. , Guide vane opening, etc. Next, the operation will be described. First, in order to operate the AESM1 at a variable speed, a method of secondarily exciting the AESM1 is usually adopted. Therefore, even if the rotation speed N changes, the system frequency f
The frequency is corrected by the secondary excitation by the amount of slip so as to match with, and parallel operation with the system is enabled. That is, as the frequency conversion device, a cycloconverter system that directly converts alternating current into alternating current is usually used. Therefore, the cycloconverter 4 is controlled by controlling the output setter 7, the load adjuster 6 and the automatic current controller 5 so that the electric power 65P set by the output setter 7 is obtained. on the other hand,
The output setting device 7 so that the pump turbine 2 has the optimum rotation speed N 0.
Rotation speed calculation unit 10, governor 9, guide vane valve opening calculation unit 11 perform optimum calculation for the set values of, respectively, determine guide vane opening GVO, and finally input / output control servo 8
Control to operate AESM1 to the optimum value. Here, if the system of FIG. 3 is subjected to disturbance and the set value 65P of the output setter 7 for the next generation is operated to increase,
In the case of power feedback, generated power P is output setter 7
However, since the guide vane operation is slow, deceleration torque acts on the rotating body, and the number of revolutions N decreases primarily. After that, the rotation speed N increases and settles to an optimum value as the guide vane is opened by the calculation of the valve opening calculation unit 11. On the other hand, the followability of the generated power P is fast, but the settling of the rotation speed N is slow and the motor temporarily operates in the opposite direction.

【発明が解決しようとする課題】[Problems to be Solved by the Invention]

従来の交流励磁同期機の制御システムは以上のように
構成されているので、発電運転次に出力設定器7を操作
した時、電力Pは外出力設定器7により電気的にサイク
ロコンバータ4により速応するが、ガイドベーン動作が
機械的で遅いために、一時的に回転速度Nが反対方向に
応動することがあり、また、早い制御がサイクロコンバ
ータ4に電力でフィードバックされているため電力が一
定に保たれることからガバナ系ループの安定性が悪くな
り、回転速度が可変速範囲を逸脱するおそれもあるなど
の問題点があった。 この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、揚水発電所の運用上の必要性に応じてサイ
クロコンバータの制御回路を切替えて電力又は回転数の
整数時間を早くし、回転数の一時的な行過ぎを防止して
系統安定化を図ると共に、回転体のエネルギーが一時的
に放出されて回転数が下るが電力の瞬時予備力として有
効に作用する交流励磁同期機の制御システムを得ること
を目的とする。
Since the conventional AC excitation synchronous machine control system is configured as described above, when the output setting device 7 is operated next in the power generation operation, the electric power P is supplied to the cycloconverter 4 electrically by the external output setting device 7. However, since the guide vane operation is mechanical and slow, the rotation speed N may temporarily respond in the opposite direction, and since the fast control is fed back to the cycloconverter 4 with electric power, the electric power is constant. Therefore, the stability of the governor loop is deteriorated, and the rotation speed may deviate from the variable speed range. The present invention has been made to solve the above problems, and speeds up the integral time of the electric power or the rotation speed by switching the control circuit of the cycloconverter according to the operational need of the pumped storage power plant. Along with the prevention of temporary overshooting of the rotation speed to stabilize the system, the energy of the rotating body is temporarily released to reduce the rotation speed, but the AC excitation synchronous machine that works effectively as an instantaneous reserve of electric power. The purpose is to obtain a control system.

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

この発明に係るAESMの制御システムは、回転数偏差信
号をサイクロコンバータに入力し、即応性を持たせて、
回転数を整定させる回転数偏差制御による回転数フィー
ドバック制御または、電力偏差信号をサイクロコンバー
タに入力し、早急に電力を整定させる電力偏差制御によ
る、電力フィードバック制御を運用上の必要性に応じ
て、切替判断回路の判断信号によって、切替回路を切替
えて制御するものである。
The control system of the AESM according to the present invention inputs the rotation speed deviation signal to the cycloconverter to give immediate response,
Rotational speed feedback control by rotational speed deviation control to settle the rotational speed, or power deviation control to input power deviation signal to the cycloconverter and settling power quickly, depending on the operational need, The switching circuit is switched and controlled by a judgment signal of the switching judgment circuit.

【作用】[Action]

この発明におけるAESMの制御システムは、サイクロコ
ンバータの制御を電力偏差による制御または回転数偏差
による制御のいずれか選択可能な切替回路を備え切替判
断回路の判断によって電力または回転数フィードバック
制御の何れの制御方式でも選択して切替えて制御できる
ようにする。
The control system of the AESM according to the present invention is provided with a switching circuit capable of selecting either control based on power deviation or control based on rotational speed deviation for control of the cycloconverter, and control of either electric power or rotational speed feedback control based on the judgment of the switching judgment circuit. Select the method to switch and control.

【発明の実施例】Examples of the invention

以下、この発明の一実施例を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,12,13は回転数偏差制御と電力偏差制御
の切替回路である。後述する切替判断回路15によって連
動して切替えられる前記切替回路12,13は、図中、上側
にオンで回転数偏差制御、下側にオンで電力偏差制御が
接続される。14は回転数検出器、15は切替判断回路、16
は系統データ伝送部、17は発電,揚水指令回路である。 また、サイクロコンバータ4の制御が従来は電力フィ
ードバックになっているのに対し、この発明の場合には
切替判断回路15の指定によりサイクロコンバータ4の制
御が電力フィードバックと回転数フィードバックの切替
制御を行えるようにしている。 次にこの発明の動作について説明する。まず回転数偏
差制御について説明する。サイクロコンバータ4の励磁
系の制御方式として従来の電力フィードバック方式に対
し、この発明の回転数のフィードバック方式を使った場
合について説明する。いづれの制御方式も定常状態にお
いては、同じ最適運転状態に落ちつくが、外乱を受けた
直後の過渡上においては次のように動作する。すなわ
ち、この発明による回転数フィードバックの回路を使用
した場合には、第2図に示すように、回転数Nは最適関
数出力に応じて上昇する。回転体の増速分のエネルギー
を原動機から供給するために、一時的に発生電力Pが減
少し、その後、ガイドベーン開動作と共に該発生電力P
は増加し、設定値に落ちつく。 従来方式に比例し、回転数の整定が早く、逆方向動作
をすることもなく、電力も回転数の整定と同時に落ちつ
く。従って通常の発電運転時は回転数フィードバックと
した方が良い。一方揚水時の制御については、発生電力
Pmの変化と回転数Nの変化が同じ方向となるため、夫々
の応答速度を早くとることが出来る。従って、系統安定
度に寄与するために従来と同じ電力フィードバック方式
をとる。その時には切替回路12,13を下側に倒すように
切替判断回路15から切替信号を出力する。しかし発電時
でも系統事故時等で緊急予備力として使用する場合には
電力優先制御の方が優れており、発電時にも系統データ
伝送部16,切替判断回路15から緊急指令を受けて、通常
の回転数フィードバック制御すなわち、切替回路12,13
を上側から下側の電力フィードバック制御に切替えて一
時的に運転したり、揚水運転中でも回転数Nがサイクロ
コンバータ4の制御可能な上,下限を超えて運転される
ような危険性がある場合には回転数検出器14,切替判断
回路15にて電力フィードバックから回転数フィードバッ
クに切替えて制御する。 また上記実施例では、サイクロコンバータの制御を電
力フィードバックと回転数フィードバックの場合につい
て説明したが、電力フィードバックに回転数補正回路を
付加しても良く、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、また可変速発電のみの場合でもよ
く、サイクロコンバータでなく他の変換方式例えば両側
強制転流式多担電圧形コンバータ(GTO)でもよく、上
記実施例と同様の効果を奏する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the figure, the same parts as in FIG. 3 are shown with the same reference numerals, and in FIG. 1, 12 and 13 are switching circuits for rotation speed deviation control and power deviation control. In the switching circuits 12 and 13 that are switched in conjunction with each other by a switching determination circuit 15 to be described later, in the figure, the upper side is connected to the rotation speed deviation control and the lower side is connected to the power deviation control. 14 is a rotation speed detector, 15 is a switching judgment circuit, 16
Is a system data transmission unit, and 17 is a power generation / pumping command circuit. Further, while the control of the cycloconverter 4 is conventionally performed by electric power feedback, in the case of the present invention, the control of the cycloconverter 4 can perform switching control of electric power feedback and rotation speed feedback by the designation of the switching judgment circuit 15. I am trying. Next, the operation of the present invention will be described. First, the rotational speed deviation control will be described. A description will be given of a case where the rotation speed feedback method of the present invention is used as the excitation system control method of the cycloconverter 4 in contrast to the conventional power feedback method. Both control methods settle in the same optimum operating state in the steady state, but operate as follows in the transition immediately after the disturbance. That is, when the rotation speed feedback circuit according to the present invention is used, the rotation speed N rises according to the optimum function output, as shown in FIG. In order to supply the energy for the speed increase of the rotating body from the prime mover, the generated electric power P is temporarily reduced, and thereafter, the generated electric power P is opened together with the guide vane opening operation.
Increases and settles to the set value. In proportion to the conventional method, the rotation speed is settled quickly, there is no reverse operation, and the power settles down at the same time as the rotation speed is settled. Therefore, it is better to use the rotation speed feedback during normal power generation operation. On the other hand, for pumping control, the generated power
Since the change in P m and the change in the rotation speed N are in the same direction, the response speed of each can be increased. Therefore, in order to contribute to the system stability, the same power feedback method as the conventional one is adopted. At that time, the switching determination circuit 15 outputs a switching signal so that the switching circuits 12 and 13 are tilted downward. However, even when power is being generated, when used as an emergency reserve in the event of a system accident, etc., power priority control is superior, and even during power generation, an emergency command is received from the system data transmission unit 16 and the switching determination circuit 15, Rotational speed feedback control, that is, switching circuits 12 and 13
Is switched from the upper side to the lower side power feedback control for temporary operation, or when there is a risk that the rotation speed N can be controlled by the cycloconverter 4 even during pumping operation and the operation exceeds the lower limit. Is controlled by switching from electric power feedback to rotational speed feedback by the rotational speed detector 14 and the switching judgment circuit 15. Further, in the above embodiment, the control of the cycloconverter has been described in the case of the power feedback and the rotation speed feedback. However, a rotation speed correction circuit may be added to the power feedback, or a power correction circuit may be added to the rotation speed feedback. Alternatively, only the variable speed power generation may be used, and another conversion method such as a double-sided forced commutation type shared voltage type converter (GTO) may be used instead of the cycloconverter, and the same effect as that of the above-described embodiment is obtained.

【発明の効果】【The invention's effect】

以上のように、この発明によれば、回転数検出器から
の出力信号,発電,揚水指令回路及び系統データ伝送部
からの指令に基づいて、揚水運転時に交流励磁同期機の
回転数がサイクロコンバータの制御可能な上,下限を越
えて運転されるような危険性がある時または通常の発電
運転時に回転数フィードバック制御に切替え、揚水運転
時には電力フィードバック制御に切替えるように切替回
路に切替指令する切替判断回路を備えるように構成した
ので、運転状態に応じて、回転数フィードバック制御と
電力フィードバック制御とを切替えることができ、必要
に応じて、回転数か電力かのどちらか一方の応答性を早
くすることができる交流励磁同期機の制御システムが得
られる効果がある。
As described above, according to the present invention, the rotation speed of the AC excitation synchronous machine during the pumping operation is the cycloconverter based on the output signal from the rotation speed detector, the power generation, the pumping command circuit, and the command from the system data transmission unit. Controllable, and when there is a risk of operating above the lower limit or during normal power generation operation, switch to rotation speed feedback control, and during pumping operation switch to switching feedback command to switch to power feedback control Since it is configured to have a judgment circuit, it is possible to switch between the rotation speed feedback control and the power feedback control according to the operating state, and if necessary, the responsiveness of either the rotation speed or the power can be made faster. There is an effect that a control system of an AC excitation synchronous machine that can be obtained is obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図はこの発明の一実施例によるAESMの制御システム
を示すブロック図、第2図はこの発明のサイクロコンバ
ータ制御を回転数フィードバックにした場合の応答特性
図、第3図は従来のAESMの制御システムを示すブロック
図、第4図は従来のサイクロコンバータ制御を電力フィ
ードバックとした場合の応答特性図である。 1は交流励磁同期機(AESM)、2はポンプ水車、4はサ
イクロコンバータ、7は出力設定器、12,13は切替回
路、14は回転数検出器、15は切替判断回路、16は系統デ
ータ伝送部、17は発電,揚水指令回路。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。
FIG. 1 is a block diagram showing a control system of an AESM according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a response characteristic diagram when the cycloconverter control of the present invention is a rotation speed feedback, and FIG. 3 is a conventional AESM. FIG. 4 is a block diagram showing a control system, and FIG. 4 is a response characteristic diagram when the conventional cycloconverter control is used as electric power feedback. 1 is an AC excitation synchronous machine (AESM), 2 is a pump turbine, 4 is a cycloconverter, 7 is an output setting device, 12 and 13 are switching circuits, 14 is a rotation speed detector, 15 is a switching judgment circuit, and 16 is system data. Transmission part, 17 is a power generation and pumping command circuit. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】ポンプ水車に交流励磁同期機を直結し、該
交流励磁同期機の2次側をサイクロコンバータによって
2次励磁して出力設定器からの指令に基づき可変速で電
力制御運転される交流励磁同時機の制御システムにおい
て、前記サイクロコンバータの制御を回転数偏差制御ま
たは電力偏差制御のいずれかに切替える切替回路と、前
記交流励磁同期機の回転数を検出する回転数検出器と、
前記回転数検出器からの出力信号,発電,揚水指令回路
及び系統データ伝送部から指令に基づいて、揚水運転時
に前記交流励磁同期機の回転数が前記サイクロコンバー
タの制御可能な上,下限を越えて運転されるような危険
性がある時または通常の発電運転時に回転数フィードバ
ック制御に切替え、揚水運転時には電力フィードバック
制御に切替えるように前記切替回路に切替指令する切替
判断回路とを備えたことを特徴とする交流励磁同期機の
制御システム。
1. An AC exciter synchronous machine is directly connected to a pump turbine, and a secondary side of the AC exciter synchronous machine is secondarily excited by a cycloconverter to perform power control operation at a variable speed based on a command from an output setting device. In the control system of the AC excitation synchronous machine, a switching circuit for switching the control of the cycloconverter to either rotation speed deviation control or power deviation control, and a rotation speed detector for detecting the rotation speed of the AC excitation synchronous machine,
Based on the output signal from the rotation speed detector, power generation, a pumping command circuit, and a command from the system data transmission unit, the rotation speed of the AC excitation synchronous machine during pumping operation exceeds the controllable upper and lower limits of the cycloconverter. It is equipped with a switching judgment circuit for instructing the switching circuit to switch to rotation speed feedback control during normal power generation operation and to switch to power feedback control during pumping operation. Characteristic AC excitation synchronous machine control system.
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