JP2538862B2 - Variable speed pumped storage power generation system controller - Google Patents

Variable speed pumped storage power generation system controller

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JP2538862B2
JP2538862B2 JP60087738A JP8773885A JP2538862B2 JP 2538862 B2 JP2538862 B2 JP 2538862B2 JP 60087738 A JP60087738 A JP 60087738A JP 8773885 A JP8773885 A JP 8773885A JP 2538862 B2 JP2538862 B2 JP 2538862B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、2次励磁付の誘導機を任意の回転数で運転
する可変速発電システムの運転制御方式に係り、特に発
電及び揚水の自動周波数制御(AFC)運転時に安定に目
標値に制御するに好適な可変速発電システムの運転制御
方式に関するものである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an operation control method of a variable speed power generation system for operating an induction machine with secondary excitation at an arbitrary rotation speed, and particularly to an automatic frequency of power generation and pumping. The present invention relates to an operation control method of a variable speed power generation system suitable for stable control to a target value during control (AFC) operation.

〔発明の背景〕[Background of the Invention]

従来の揚水発電システムは、揚水時の負荷の調整がで
きないことと、発電運転時に、系統より要求される発電
力が変化すること、ならびに揚水運転時には揚程が作用
すること等により、システムの効率が変化するという欠
点があつた。
The conventional pumped storage power generation system is not able to adjust the load during pumping, the generated power required by the system changes during power generation operation, and the pump head operates during pumping operation. The drawback was that it changed.

このため、発電力、揚程にかかわらず、上記システム
を最高効率で運転されるための研究が進められている。
その研究の動向は従来同期機であつた揚水発電機を2次
励磁付の誘導機とし、周期速度以外の回転数で運転す
る、いわゆる可変速発電システムを採用する方向に進ん
でいる。このような可変速発電システムを採用すること
により、発電力、揚程にかかわらず、システムを最高効
率で運転することが可能となる。そこで、この可変速発
電システムを実現するための研究が種々進められてい
る。この可変速発電システムについては、既に、昭和59
年電気学会全国大会論文、No.553「大容量同期電動機の
可変速運転特性」において紹介されているものの、具体
的な制御方式については、何等ふれられていなかつた。
Therefore, research is being conducted to operate the above system with the highest efficiency regardless of power generation and head.
The trend of research is moving toward the adoption of a so-called variable speed power generation system in which a pumped-storage power generator, which was a synchronous machine in the past, is used as an induction machine with secondary excitation and operates at a rotational speed other than the periodic speed. By adopting such a variable speed power generation system, it becomes possible to operate the system at the highest efficiency regardless of power generation and head. Therefore, various studies have been conducted to realize this variable speed power generation system. About this variable speed power generation system,
Introduced in the 5th Annual Meeting of the Institute of Electrical Engineers of Japan, No.553, "Variable speed operation characteristics of large capacity synchronous motors", no specific control method was mentioned.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

本発明の目的は、発電及び揚水の各種運転状態におい
て高効率で運転できると共に、AFC運転時に安定した目
標値に制御できる可変速揚水発電システムの制御装置を
提供することにある。
An object of the present invention is to provide a control device for a variable speed pumped storage power generation system that can be operated with high efficiency in various operating states of power generation and pumped water, and that can be controlled to a stable target value during AFC operation.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

本発明の可変速揚水発電システムの制御装置は、電力
系統に接続された2次巻線を有する誘導機に水車を連結
し、該水車を設定可変の回転数で運転するとともに、前
記2次巻線をすべり周波数の電力により2次励磁制御す
ることを含んでなる可変速揚水発電システムの制御装置
において、 前記誘導機に対する入出力の有効電力指令値を入力
し、該有効電力指令値に対応する前記水車の出力が最大
効率を示す回転数の指令値を、予め設定された有効電力
と最高効率回転数の特性データに従って求めて出力する
とともに、実揚程を入力し該実揚程と前記有効電力指令
値と前記回転数の指令値とに基づいて水車のガイドベー
ン開度の指令値を求めて出力する指令算出手段(15)
と、 該指令算出手段から出力されるガイドベーン開度指令
値に基づいてベーン開度の設定値を水車制御手段に出力
する開度設定手段(14)と、 前記指令算出手段から出力される目標回転数と前記水
車の実回転数の差と、前記電力指令値と前記誘導機の実
電力との差とを求め、これらの差を零又は零近傍にする
に必要な前記2次励磁電力の位相角指令値を求める相差
角算出手段(16)と、 前記誘導機の端子電圧を系統の目標とする基準電圧に
するに必要な2次励磁量を設定する電圧調整手段(18)
と、 該設定された2次励磁量と前記位相角指令値とに基づ
いて前記2次巻線の励磁電力の諸量を設定する2次巻線
励磁量設定手段(17)と、 該設定された励磁量に基づいて前記2次巻線を励磁す
る励磁手段(23)とを含んでなることを特徴とする。
A control device for a variable speed pumped storage hydropower system of the present invention connects a water turbine to an induction machine having a secondary winding connected to an electric power system, operates the water turbine at a variable speed setting, and controls the secondary winding. In a control device of a variable speed pumped storage hydropower system including secondary excitation control of a wire with electric power of a slip frequency, an active power command value of input and output to and from the induction machine is input, and the active power command value is responded to. The output value of the water turbine indicates a rotation speed command value, which is obtained and output according to preset active power and characteristic data of the maximum efficiency rotation speed, and the actual lift is input to the actual lift and the active power command. Command calculation means (15) for obtaining and outputting a command value of the guide vane opening degree of the water turbine based on the value and the command value of the rotational speed
An opening setting means (14) for outputting a set value of the vane opening to the turbine control means based on the guide vane opening command value output from the command calculating means, and a target output from the command calculating means. The difference between the rotation speed and the actual rotation speed of the water turbine and the difference between the power command value and the actual power of the induction machine are obtained, and the secondary excitation power required to bring these differences to zero or near zero is obtained. Phase difference angle calculating means (16) for obtaining the phase angle command value, and voltage adjusting means (18) for setting the amount of secondary excitation required to make the terminal voltage of the induction machine the reference voltage that is the target of the system.
And a secondary winding excitation amount setting means (17) for setting various amounts of excitation power of the secondary winding based on the set secondary excitation amount and the phase angle command value. And an exciting means (23) for exciting the secondary winding based on the amount of excitation.

ここで、上記構成を有する本発明の作用について説明
する。
Here, the operation of the present invention having the above configuration will be described.

第1に、一般に可変速揚水発電機は要求される有効電
力を入・出力するために、有効電力に応じて水車のガイ
ドベーン開度を制御するの当然である。
First, in general, a variable speed pumped storage generator inputs and outputs the required active power, and thus it is natural to control the guide vane opening of the water turbine according to the active power.

しかし、本発明は、水車効率は誘導機の出力又は入力
有効電力の値に応じて変化し、特に有効電力の値によっ
て最高効率を示す回転数が異なるという知見に基づきな
されたものである。すなわち、本発明は、有効電力に対
する最高効率回転数の特性データを予め設定しておき、
入力される有効電力の指令値に対応する最高効率回転数
を求め、この求めた回転数に基づいてガイドベーン開度
を制御するようにしていることから、有効電力指令値が
変化しても常に高効率で運転できるのである。
However, the present invention has been made based on the finding that the turbine efficiency changes according to the output of the induction machine or the value of the input active power, and that the rotation speed at which the maximum efficiency is changed differs depending on the value of the active power. That is, the present invention presets the characteristic data of the maximum efficiency rotation speed with respect to active power,
The maximum efficiency rotation speed corresponding to the input command value of the active power is calculated, and the guide vane opening is controlled based on the calculated rotation speed. It can be operated with high efficiency.

第2に、有効電力を制御する方法としては、励磁電圧
の絶対値を制御することの他に、誘導機の場合は、交流
励磁であるから、2次励磁の位相を制御して、つまり位
相角を制御して有効電力を制御することが可能である。
また、それら2つの要素を組み合わせて制御することが
考えられる。この点について、本発明では、有効電力に
基づいて位相角を制御することとしたのは、次の理由に
よる。周知のように、系統に接続された可変速揚水発電
機の有効電力Pと無効電力Qは、それぞれ次式で表せ
る。
Secondly, as a method of controlling the active power, in addition to controlling the absolute value of the excitation voltage, in the case of an induction machine, since it is AC excitation, the phase of secondary excitation is controlled, that is, the phase. It is possible to control the corners to control the active power.
Further, it is conceivable to combine and control these two elements. With respect to this point, in the present invention, the phase angle is controlled based on the effective power for the following reason. As is well known, the active power P and the reactive power Q of the variable speed pumped storage generator connected to the grid can be expressed by the following equations, respectively.

ここで、E1は可変速揚水発電機の出力端電圧ベクト
ル、E2は系統側を無限大母線として考えたときの系統電
圧ベクトル、Xはそれらの間の線路のリアクタンス、θ
は可変速揚水発電機と無限大母線との位相角である。
Here, E 1 is the output voltage vector of the variable speed pumped-storage generator, E 2 is the system voltage vector when the system side is considered as an infinite bus, X is the reactance of the line between them, θ
Is the phase angle between the variable speed pumped storage generator and the infinite bus.

一方、通常の揚水発電の運用範囲では、位差角θが小
さい(例えば10゜程度)から、そのような範囲でθを変
化させると、sinθとcosθの相違から、無効電力Qを殆
ど変化させずに、有効電力Pのみを制御できる。
On the other hand, in the normal operating range of pumped storage power generation, the displacement angle θ is small (for example, about 10 °), so if θ is changed in such a range, the reactive power Q is almost changed due to the difference between sin θ and cos θ. Instead, only the active power P can be controlled.

更に、励磁位相を制御することによって有効電力を制
御できることから、これを利用して回転数をフィードバ
ック補正することが可能である。
Further, since the active power can be controlled by controlling the excitation phase, it is possible to feedback-correct the rotation speed by utilizing this.

このような特性に鑑み、本発明は、少なくとも有効電
力指令値と誘導機の実電力との差を求めるとともに、水
車の目標回転数と実回転数の差を求め、これらの差を零
又は零近接にするにように2次励磁電力の位相を制御す
ることとしたのである。これにより、本発明によれば、
系統に与える影響を少なくして、可変速機の有効電力P
を安定に制御できることになるとともに、励磁位相制御
により回転数を応答性よく目標値に制御できるのであ
る。その結果、AFC運転時に可変速揚水発電機を目標値
に安定に制御できることになる。
In view of such characteristics, the present invention determines at least the difference between the active power command value and the actual electric power of the induction machine, and also obtains the difference between the target rotational speed and the actual rotational speed of the water turbine, and the difference between them is zero or zero. The phase of the secondary excitation power is controlled so that they are close to each other. Thereby, according to the present invention,
The effective power P of the variable speed machine is reduced by reducing the influence on the grid.
In addition to the stable control of the rotational speed, the excitation phase control can control the rotational speed to a target value with good responsiveness. As a result, the variable speed pumped storage generator can be stably controlled to the target value during AFC operation.

〔発明の実施例〕Example of Invention

第2図は、可変速発電システムの概要を示す図であ
り、一次,二次側共、3相巻線からなる。
FIG. 2 is a diagram showing an outline of the variable speed power generation system, and is composed of three-phase windings on both the primary and secondary sides.

同図において、1は固定子、2は回転子である。5a〜
5cは固定子1のa,b,c相巻線、6a〜6cは回転子2のa,b,c
相巻線である。また、定格周波数を、すべりをsとす
ると、回転子2の速度は(1−s)であり、回転子2
の励磁巻線をすべてsの周波数で励磁することにより、
回転子2により発生する回転磁界はすべり零(同期速
度)で回転し、固定子1の回転磁界の速度と同一にな
る。7は回転子2の回転数を測定する測定部であり、こ
の測定部7からの出力をすべり検出部3に取り込み、こ
の検出部3ですべり周波数を検出し、その検出した信号
を電圧発生部4に供給する。電圧発生部4はすべり周波
数に応じた電圧を発生させ、2次巻線を励磁する。この
ようにすることにより、任意の回転数で運転を行つて
も、常に電機子巻線には、系統周波数の電圧を発生させ
ることができる。すなわち、第2図の構成では、回転子
の回転磁界は、 (1−s)+s= …(1) となり、すべりにかかわらず、定格周波数の出力が得ら
れることになる。
In the figure, 1 is a stator and 2 is a rotor. 5a ~
5c is a, b, c phase winding of the stator 1, and 6a to 6c are a, b, c of the rotor 2.
It is a phase winding. When the rated frequency is a slip and the slip is s, the speed of the rotor 2 is (1-s),
By exciting all of the excitation windings at a frequency of s,
The rotating magnetic field generated by the rotor 2 rotates at zero slip (synchronous speed) and becomes the same as the speed of the rotating magnetic field of the stator 1. Reference numeral 7 is a measuring unit for measuring the number of rotations of the rotor 2, the output from the measuring unit 7 is taken into the slip detecting unit 3, the slip frequency is detected by the detecting unit 3, and the detected signal is supplied to the voltage generating unit. Supply to 4. The voltage generator 4 generates a voltage according to the slip frequency and excites the secondary winding. By doing so, it is possible to always generate the voltage of the system frequency in the armature winding even when the operation is performed at an arbitrary rotation speed. That is, in the configuration of FIG. 2, the rotating magnetic field of the rotor is (1-s) + s = ... (1), and the output at the rated frequency is obtained regardless of slip.

このような可変速発電システムにおいて、揚水及び発
電におけるAFC運転時に任意の回転数で安定に目標値に
制御できる方式を提供しようとするものが、本発明であ
る。
In such a variable speed power generation system, it is an object of the present invention to provide a method capable of stably controlling a target value at an arbitrary rotation speed during AFC operation in pumping and power generation.

第3図は、この可変速発電システムの基本的な考え方
を示すブロック図であり、可変速機が系統に接続されて
運転している場合を示してある。
FIG. 3 is a block diagram showing the basic concept of this variable speed power generation system, and shows the case where the variable speed machine is connected to the system and is operating.

10は電力系統であり、1及び2は、第1図と同一の固
定子及び回転子を示したものである。静落差H及び出力
指令P0が指令値算出回路15に与えられると、指令値算出
回路15は、効率を考慮したガイドベーンの開度指令値Hv
及び速度指令値N0を算出する。14は調速機の弁開度設定
器であり、この開度設定器14は指令値算出回路15よりの
開度指令値Hvを時間遅れさせてガイドベーンの開度を定
めるものである。開度設定器14の出力に基づいて水車の
ガイドベーン13の開度が調整され、その開度と静落差H
と水車特性に基づいて、水車12に連結された回転子2は
回転数Nで回転することになる。19は電流変成器を、20
は電圧変成器を示すものであり、これら電流変成器19及
び電圧変成器20からの出力を有効電力導出部21に取り込
み、該有効電力導出部21は該出力をもとに、有効電力を
算出する。116は2次巻線の位相角算出部であり、該位
相角算出部116は、有効電力導出部21により算出された
有効電力の出力P、指令値算出回路15からの速度指令値
N0、出力指令P0並びに速度発電機11からの速度Nを取り
込み、これらにより2次巻線の位相角を算出する。17
は、2次回路の励磁量を設定する設定部であり、18は励
磁量の電圧値を制御する電圧調整部である。23a〜23c
は、設定部17で設定した励磁量をa,b,c相に用いるため
に移相する移相部である。22a〜22cは、移相部23a〜23c
で移相した励磁量により、a,b,c相を励磁する励磁巻線
である。
10 is an electric power system, and 1 and 2 show the same stator and rotor as in FIG. When the static difference H and the output command P 0 are given to the command value calculation circuit 15, the command value calculation circuit 15 causes the command vane opening command value H v in consideration of efficiency.
And the speed command value N 0 are calculated. Reference numeral 14 is a valve opening setting device of the speed governor, and this opening setting device 14 delays the opening command value H v from the command value calculation circuit 15 by time to determine the opening of the guide vane. The opening of the guide vane 13 of the water turbine is adjusted based on the output of the opening setter 14, and the opening and the static drop difference H
Based on the turbine characteristics, the rotor 2 connected to the turbine 12 rotates at the rotation speed N. 19 is a current transformer, 20
Indicates a voltage transformer, and the outputs from the current transformer 19 and the voltage transformer 20 are taken into the active power deriving unit 21, and the active power deriving unit 21 calculates the active power based on the output. To do. Reference numeral 116 is a phase angle calculation unit for the secondary winding. The phase angle calculation unit 116 outputs the output P of active power calculated by the active power derivation unit 21 and the speed command value from the command value calculation circuit 15.
N 0 , the output command P 0 , and the speed N from the speed generator 11 are taken in, and the phase angle of the secondary winding is calculated from them. 17
Is a setting unit that sets the excitation amount of the secondary circuit, and 18 is a voltage adjustment unit that controls the voltage value of the excitation amount. 23a-23c
Is a phase shift unit for shifting the amount of excitation set by the setting unit 17 for the a, b, and c phases. 22a to 22c are phase shifters 23a to 23c
It is an excitation winding that excites the a, b, and c phases according to the amount of excitation that is phase-shifted at.

このように、出力指令値に対して、ガイドベーンの開
度、速度の目標値が求められ、これらの値より、2次巻
線の位相角を算出して制御を行う必要があるが、位相角
算出部116の処理方式及び安定な制御方式は確立されて
おらず、これらを確立する必要がある。そこで、本発明
では、第1図に示すような構成をして上記制御方式の具
体化を図つたものである。
Thus, the guide vane opening and speed target values are obtained for the output command value, and the phase angle of the secondary winding must be calculated from these values to perform control. The processing method and stable control method of the angle calculation unit 116 have not been established, and these need to be established. Therefore, in the present invention, the above-described control method is embodied with a configuration as shown in FIG.

第1図は、本発明の実施例を示すブロツク図であり、
可変速機が系統に接続、運転している場合を示してあ
る。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
The case where the variable speed machine is connected to the system and is operating is shown.

第1図に示す実施例が第3図に示す構成と異なるとこ
ろは、位相角算出部116を、指令値算出回路15からの目
標回転数N0と速度発電機11からの実際の回転数Nとの差
を求める比較部24と、該比較部24で求めた出力を取り込
み、例えば∫k2(N−N0)dtの計算をする位相角制御量
算出部25と、有効電力導出部21からの出力Pと出力指令
値P0の差とを算出する比較部26と、該比較部26で算出さ
れた出力を取り込み、例えば∫k1(P−P0)dtの計算を
する位相角制御量算出部27と、該位相角制御量算出部2
5,27の出力を加算する加算部28と、該加算部28からの出
力により、位相角Δδを算出する位相角算出部16とから
構成した点にある。尚、位相角算出部16からの出力が設
定部17に供給される。このようにして出力指令値に対し
て、ガイドベーンの開度指令値、速度指令値が与えら
れ、実際の回転数Nと目標値N0との差及び実際の出力P
と目標値P0との差により、2次巻線の位相角Δδを算出
し、この値により励磁量を制御することにより安定に制
御できる。すなわち、実回転数Nと目標回転数N0の差が
零となるように位相角を制御しているため、水車等は最
高効率の目標回転数N0で運転されることになる。
The difference between the embodiment shown in FIG. 1 and the configuration shown in FIG. 3 is that the phase angle calculation unit 116 uses a target rotation speed N 0 from the command value calculation circuit 15 and an actual rotation speed N from the speed generator 11. And a phase angle control amount calculation unit 25 that takes in the output calculated by the comparison unit 24 and calculates, for example, ∫k 2 (N−N 0 ) dt, and an active power derivation unit 21. From the output P and the difference between the output command value P 0 , and a phase angle for calculating ∫k 1 (P−P 0 ) dt by taking in the output calculated by the comparison unit 26. The control amount calculation unit 27 and the phase angle control amount calculation unit 2
The point is that it is configured by an addition unit 28 that adds the outputs of 5, 27 and a phase angle calculation unit 16 that calculates the phase angle Δδ by the output from the addition unit 28. The output from the phase angle calculation unit 16 is supplied to the setting unit 17. In this way, the guide vane opening command value and speed command value are given to the output command value, and the difference between the actual rotational speed N and the target value N 0 and the actual output P
And the target value P 0 , the phase angle Δδ of the secondary winding is calculated, and the excitation amount is controlled by this value, so that stable control can be performed. That is, since the phase angle is controlled so that the difference between the actual rotation speed N and the target rotation speed N 0 becomes zero, the water turbine or the like operates at the target rotation speed N 0 with the highest efficiency.

また、電力指令値の変更にたいして、ガイドベーンの
開度指令値Hvが直ちに変化し、機械系の出力等が変化す
る。その後、回転数および有効電力の実際値と指令値と
の差により、電気系の出力が制御される。このように、
電気系の制御出力を遅らせることにより、発電機の慣性
およびその他の遅れ要素による遅れをもつ機械系出力の
変化と、応答速度の速い電気系の変化との協調をとるこ
とができ、安定制御を行わせることができる。
Further, with respect to the change of the power command value, the guide vane opening command value Hv immediately changes, and the output of the mechanical system and the like changes. After that, the output of the electric system is controlled by the difference between the actual value of the rotation speed and the active power and the command value. in this way,
By delaying the control output of the electrical system, it is possible to coordinate changes in the mechanical system output that have a delay due to the inertia of the generator and other delay elements with changes in the electrical system with a fast response speed, and to achieve stable control. Can be done.

以下、本発明の一実施例を適用した具体的な構成例に
ついて第4図を参照しながら説明する。
Hereinafter, a specific configuration example to which an embodiment of the present invention is applied will be described with reference to FIG.

第4図は、2次励磁付の誘導機による任意の回転数で
運転できる、いわゆる可変速発電システムにおける揚水
発電機G1が送電線Lを介して系統10に接続運転している
システム例を示す系統図である。
FIG. 4 shows an example of a system in which a pumped-storage generator G 1 in a so-called variable speed power generation system, which can be operated at an arbitrary rotation speed by an induction machine with secondary excitation, is connected to the grid 10 via a transmission line L. It is a system diagram shown.

図において、送電線Lには、電圧変成器20、電流変成
器19が設置されている。
In the figure, a voltage transformer 20 and a current transformer 19 are installed on a transmission line L.

一般に、揚水発電機G1には、フランシス水車が使用さ
れ、水車出力と効率との関係は、第5図のように示され
る。同図は横軸に水車出力、縦軸に効率をとり、回転数
をパラメータとして示したものである。P1,P2は水車出
力を、η1は効率を、N1,N2は回転数を示す。な
お、水車効率は水車に作用する水力エネルギに対する水
車出力の割合である。また、固定子1と回転子2からな
る誘導機の損失を無視すれば、水車出力は有効電力の出
力Pに相当する関係にある。出力P1では回転数N1で、出
力P2で回転数N2で、それぞれの出力における最高効率η
1となることを示している。
Generally, the pumping generator G 1, Francis turbine is used, the relationship between the water turbine output and efficiency is shown as in FIG. 5. In this figure, the horizontal axis indicates the turbine output, the vertical axis indicates the efficiency, and the number of revolutions is shown as a parameter. P 1 and P 2 indicate turbine output, η 1 and η 2 indicate efficiency, and N 1 and N 2 indicate rotational speed. The turbine efficiency is the ratio of the turbine output to the hydraulic energy that acts on the turbine. Further, if the loss of the induction machine composed of the stator 1 and the rotor 2 is ignored, the turbine output has a relationship corresponding to the output P of active power. Output P 1 rpm N 1 In, at a rotational speed N 2 at output P 2, the maximum efficiency η at each output
1 and η 2 .

このように、出力によつて、効率が最高となる回転数
は異なつており、本発明はこれらの最高効率の点で運転
しようとするものである。
As described above, the number of revolutions at which the efficiency becomes maximum differs depending on the output, and the present invention intends to operate at the point of these maximum efficiency.

第4図において、可変速発電システムは、操作端Tよ
り、発電機G1に要求される発電力の指令(又は目標値)
P0が与えられると、発電機G1の特性、水の落差を考慮し
た上で、高効率の運転ができるように、発電機G1の回転
数N0、水車のガイドベーンの開度Hvが制御指令部Cにお
いて求められ、これらの値(N0,Hv)にあうような運転
がなされることになる。ここで、制御指令部Cは、上記
各要素13,14,16〜18,24〜28により構成されている。こ
のような状態で、発電機出力の低下指令が操作端Tより
与えられると、あらかじめ制御指令部Cに与えられてい
る手法により、発電機出力Pと水の落差とに基づいて、
発電機の効率ηが最高となるように回転数N0及びガイド
ベーンの弁開度Hvが求められ、これら(N0,Hv)が目標
値となるよう、2次交流励磁の位相角Δδが制御され、
効率のよい運転が行われることになる。
In Figure 4, the variable speed generator systems, from the operating end T, the generating capacity required for the generator G 1 command (or target value)
Given P 0 , in consideration of the characteristics of the generator G 1 and the head of water, the number of revolutions N 0 of the generator G 1 and the opening H of the guide vane of the turbine are set so as to enable highly efficient operation. v is obtained by the control command unit C, and operation is performed so as to meet these values (N 0 , H v ). Here, the control command section C is composed of the above-mentioned elements 13, 14, 16-18, 24-28. In such a state, when a command to decrease the generator output is given from the operating end T, a method given in advance to the control command unit C is used to generate the generator output P and the water drop,
The number of revolutions N 0 and the valve opening H v of the guide vanes are calculated so that the efficiency η of the generator becomes the highest, and the phase angle of the secondary AC excitation is adjusted so that these (N 0 , H v ) become the target values. Δδ is controlled,
Efficient operation will be performed.

一方、発電機G1の回転数の定格よりのずれは、制御指
令部Cより励磁回路Exの情報として与えられ、その情報
としてすべり周波数を用いることにより前述したよう
に、定格周波数の出力が得られることになる。
On the other hand, the deviation of the rated speed of the generator G 1 is given from the control instruction unit C as the information for the excitation circuit E x, as described above by using the slip frequency as the information, the output of the rated frequency Will be obtained.

次に、すべり周波数で励磁する2次励磁の具体例につ
いて説明する。第1図に示すように、3相の2次励磁巻
線に与えられる信号は次の(2)式のようにあらわされ
る。
Next, a specific example of the secondary excitation that is excited at the slip frequency will be described. As shown in FIG. 1, the signal applied to the three-phase secondary excitation winding is represented by the following equation (2).

すなわち、第4図の操作端Tより与えられた指令P0
より、a〜c相の励磁量をうるための関数のうちの位相
角Δδは位相角算出部116において求められる。この位
相角算出部116で求められた位相角Δδが設定部17に与
えられると、a〜c相の励磁電圧vfa,vfb,vfcは、 で求められる。ここで、Eはすべり及び可変速機の運転
状態で定まる電圧値、tは時間、δは可変速機の運転
状態で定まる位相角、Δδは制御指令部Cの出力で制御
される位相角とする。
That is, the phase angle Δδ of the function for obtaining the excitation amounts of the a to c phases is calculated by the phase angle calculation unit 116 by the command P 0 given from the operation end T of FIG. When the phase angle Δδ obtained by the phase angle calculation unit 116 is given to the setting unit 17, the excitation voltages v fa , v fb , v fc of the a to c phases are Is required. Here, E is a voltage value determined by the slippage and the operating state of the variable speed machine, t is time, δ 0 is a phase angle determined by the operating state of the variable speed machine, and Δδ is a phase angle controlled by the output of the control command unit C. And

上式を用いて制御を行う場合に、無効電力の制御指令
に対しては電圧Eで、有効電力の制御指令に対しては位
相角Δδで制御すればよいのである。
When the control is performed using the above equation, the voltage E may be used for the reactive power control command, and the phase angle Δδ may be used for the active power control command.

本発明は、上記第(2)式において、AFC運転時に有
効電力を安定に目標値に制御するものである。
The present invention stably controls active power to a target value during AFC operation in the above formula (2).

このため、上記の構成においては、励磁回路Exの位相
角(Δδ)を制御して、回転数N及び電力Pを目標値に
あわせなければならない。そこで、位相角Δδを動かす
ための情報としては、有効電力Pと回転数Nとを用いれ
ばよいことが理解できる。
Therefore, in the above configuration, by controlling the phase angle of the excitation circuit E x a (.DELTA..delta), must match the rotational speed N and power P to the target value. Therefore, it can be understood that the active power P and the rotation speed N may be used as the information for moving the phase angle Δδ.

したがつて、本発明の実施例は、位相算出部116を第
1図に示すように構成し、下記第(3)式を実現するも
のである。
Therefore, in the embodiment of the present invention, the phase calculation unit 116 is configured as shown in FIG. 1 to realize the following expression (3).

すなわち、位相角Δδは、 Δδ=−∫k1(P−P0)dt+∫k2(N−N0)dt…(3) の如く算出される。ここで、P0は有効電力の目標値(電
力制御指令値)、N0は回転数の目標値、Pは有効電力の
実際の値、Nは回転数の実際の値、k1及びk2は定数であ
る。
That is, the phase angle Δδ is calculated as Δδ = −∫k 1 (P−P 0 ) dt + ∫k 2 (N−N 0 ) dt (3). Here, P 0 is a target value of active power (power control command value), N 0 is a target value of rotation speed, P is an actual value of active power, N is an actual value of rotation speed, k 1 and k 2. Is a constant.

さらに第1図を参照して上記第(3)式の算出過程を
説明する。
Further, the calculation process of the above equation (3) will be described with reference to FIG.

実回転数Nと目標値N0との差(N−N0)が比較部24で
算出される。ここで算出された出力(N−N0)が位相角
制御量算出部25に供給され、該算出部25において、∫k2
(N−N0)dtが算出される。
The difference (N−N 0 ) between the actual rotation speed N and the target value N 0 is calculated by the comparison unit 24. The output (N−N 0 ) calculated here is supplied to the phase angle control amount calculation unit 25, and the calculation unit 25 calculates Δk 2
(N−N 0 ) dt is calculated.

一方、有効電力の実際値Pと目標値P0との差(P−
P0)が比較部26で算出される。該比較部26で算出された
出力(P−P0)が位相角制御量算出部27に供給され、該
算出部27で−∫k1(P−P0)dtが算出される。
On the other hand, the difference between the actual value P of active power and the target value P 0 (P−
P 0 ) is calculated by the comparison unit 26. The output (P−P 0 ) calculated by the comparison unit 26 is supplied to the phase angle control amount calculation unit 27, and the calculation unit 27 calculates −∫k 1 (P−P 0 ) dt.

上記算出部25,27からの出力が加算部28で加算される
{−∫k1(P−P0)dt+∫k2(N−N0)dt}。
The outputs from the calculating units 25 and 27 are added by the adding unit 28 {-∫k 1 (P-P 0 ) dt + ∫k 2 (N-N 0 ) dt}.

このように算出された値は設定部71に与えられ、設定
部17で第(2)式の計算がなされることになる。
The value calculated in this way is given to the setting unit 71, and the setting unit 17 calculates the equation (2).

上記実施例では、第(3)式の計算をして位相角Δδ
を求めているものであるが、第2の実施例として、下記
第(4)式を計算させるもの、また第3の実施例とし
て、第(5)式の如き計算をさせるようにしてもよいも
のである。
In the above-mentioned embodiment, the phase angle Δδ is calculated by the equation (3).
In the second embodiment, the following formula (4) may be calculated, and in the third embodiment, the formula (5) may be calculated. It is a thing.

Δδ=−k1(P−P0)+k2(N−N0) …(4) Δδ=−∫k1(P−P0)dt+∫k2(N−N0)dt −K1(P−P0)+K2(N−N0) …(5) ここで、K1,K2は定数である。Δδ = −k 1 (P−P 0 ) + k 2 (N−N 0 ) ... (4) Δδ = −∫k 1 (P−P 0 ) dt + ∫k 2 (N−N 0 ) dt −K 1 ( P−P 0 ) + K 2 (N−N 0 ) ... (5) Here, K 1 and K 2 are constants.

かかる第2,第3の実施例によつても第1実施例と同様
の作用効果が得られる。
According to the second and third embodiments, the same operational effect as the first embodiment can be obtained.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、有効電力と最高効率回転数の特性デ
ータを予め設定しておき、入力される有効電力の指令値
に対応する最高効率回転数を求め、この求めた回転数に
基づいてガイドベーン開度を制御するようにしているこ
とから、有効電力指令値が変化しても常に高効率で運転
できるという格別の作用効果が得られるのである。
According to the present invention, the characteristic data of active power and maximum efficiency rotation speed is set in advance, the maximum efficiency rotation speed corresponding to the command value of the input active power is calculated, and the guide speed is determined based on this calculated rotation speed. Since the vane opening is controlled, it is possible to obtain a special effect of always operating with high efficiency even if the active power command value changes.

また、有効電力指令値と誘導機の実電力との差と、水
車の目標回転数と実際の回転数の差を求め、これらの差
を零又は零近傍にするにように2次励磁電力の位相を制
御していることから、無効電力に影響を及ぼすことな
く、余剰又は不足の有効電力P指令値に合わせて可変速
機を安定に制御でき、しかも回転数を応答性よく目標値
に制御できる。その結果、AFC運転時に可変速揚水発電
機を目標値に安定に制御できることになる。
In addition, the difference between the active power command value and the actual power of the induction machine and the difference between the target rotational speed of the water turbine and the actual rotational speed are calculated, and the secondary excitation power of the secondary excitation power is adjusted so that these differences become zero or near zero. Since the phase is controlled, the variable speed machine can be stably controlled according to the surplus or shortage of the active power P command value without affecting the reactive power, and the rotation speed is controlled to the target value with good responsiveness. it can. As a result, the variable speed pumped storage generator can be stably controlled to the target value during AFC operation.

また、揚水運転時にも系統から要求される電力に対
し、効率よく運転することができ、経済的効果が極めて
大きい。
Further, even during the pumping operation, the electric power required by the system can be efficiently operated, and the economical effect is extremely large.

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

第1図は本発明の実施例を示すブロツク図、第2図は可
変速揚水発電システムの原理概要を示す図、第3図は可
変速揚水発電システムの制御系統の概要を示すブロツク
図、第4図は本発明の実施例が適用された可変速発電シ
ステムの具体的構成例を示すブロツク図、第5図は出力
と効率の関係を示す線図である。 Ex……励磁回路、G1……可変速発電システムの発電機、
L……送電線、C……制御指令部、T……操作端、1…
…固定子、2……回転子、3……すべり検出部、4……
電圧発生部、5a〜5c……固定子のa〜c相巻線、6a〜6c
……回転子のa〜c相巻線、7……回転数測定部、10…
…系統、11……速度発電機、13……ガイドベーン、14…
…開度設定器、15……指令値算出回路、16……2次巻線
位相角算出部、17……2次巻線励磁量算出部、18……電
圧調整部、19……電流変成器、20……電圧変成器、21…
…有効電力導出部、22a〜22c……2次励磁のa〜c相巻
線、23a〜23c……移相部、24,26……比較部、25,27……
位相角制御量算出部、28……加算部、116……位相角算
出部。
1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing an outline of the principle of a variable speed pumped storage power generation system, and FIG. 3 is a block diagram showing an outline of a control system of the variable speed pumped storage power generation system. FIG. 4 is a block diagram showing a specific configuration example of the variable speed power generation system to which the embodiment of the present invention is applied, and FIG. 5 is a diagram showing the relationship between output and efficiency. Ex : Excitation circuit, G 1: Variable speed generator generator,
L: Transmission line, C: Control command unit, T: Operation terminal, 1 ...
... stator, 2 ... rotor, 3 ... slip detector, 4 ...
Voltage generators, 5a to 5c: stator a to c phase windings, 6a to 6c
... a-c phase winding of rotor, 7 ... rotation speed measuring unit, 10 ...
… Grid, 11 …… Speed generator, 13 …… Guide vane, 14…
… Opening degree setter, 15 …… Command value calculation circuit, 16 …… Secondary winding phase angle calculation unit, 17 …… Secondary winding excitation amount calculation unit, 18 …… Voltage adjustment unit, 19 …… Current transformation 20, voltage transformer, 21 ...
… Active power deriving unit, 22a-22c… Second excitation a-c phase winding, 23a-23c… Phase shift unit, 24,26… Comparing unit, 25,27…
Phase angle control amount calculation unit, 28 ... Addition unit, 116 ... Phase angle calculation unit.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 丈治 大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西 電力株式会社内 (72)発明者 野原 哈夫 日立市久慈町4026番地 株式会社日立製 作所日立研究所内 (72)発明者 後藤 益雄 日立市久慈町4026番地 株式会社日立製 作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−72998(JP,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Takeharu Ishibashi 3-3-22 Nakanoshima, Kita-ku, Osaka City, Kansai Electric Power Co., Inc. (72) Inoura Norio 4026, Kujimachi, Hitachi Hitachi Manufacturing Co., Ltd. Inside Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Masuo Goto 4026 Kuji Town, Hitachi City Hitachi Ltd. Inside Hitachi Research Laboratory (56) Reference JP-A-59-72998 (JP, A)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】電力系統に接続された2次巻線を有する誘
導機に水車を連結し、該水車を設定可変の回転数で運転
するとともに、前記2次巻線をすべり周波数の電力によ
り2次励磁制御することを含んでなる可変速揚水発電シ
ステムの制御装置において、 前記誘導機に対する入出力の有効電力指令値を入力し、
該有効電力指令値に対応する前記水車の出力が最大効率
を示す回転数の指令値を、予め設定された有効電力と最
高効率回転数の特性データに従って求めて出力するとと
もに、実揚程を入力し該実揚程と前記有効電力指令値と
前記回転数の指令値とに基づいて水車のガイドベーン開
度の指令値を求めて出力する指令算出手段(15)と、 該指令算出手段から出力されるガイドベーン開度指令値
に基づいてベーン開度の設定値を水車制御手段に出力す
る開度設定手段(14)と、 前記指令算出手段から出力される目標回転数と前記水車
の実回転数の差と、前記電力指令値と前記誘導機の実電
力との差とを求め、これらの差を零又は零近傍にするに
必要な前記2次励磁電力の位相角指令値を求める相差角
算出手段(16)と、 前記誘導機の端子電圧を系統の目標とする基準電圧にす
るに必要な2次励磁量を設定する電圧調整手段(18)
と、 該設定された2次励磁量と前記位相角指令値とに基づい
て前記2次巻線の励磁電力の諸量を設定する2次巻線励
磁量設定手段(17)と、 該設定された励磁量に基づいて前記2次巻線を励磁する
励磁手段(23)とを含んでなる可変速揚水発電システム
の制御装置。
1. A water turbine is connected to an induction machine having a secondary winding connected to a power system, the water turbine is operated at a variable speed of setting, and the secondary winding is driven by electric power of a slip frequency. In the control device of the variable speed pumped storage power generation system including the secondary excitation control, inputting the active power command value of the input and output to the induction machine,
The output value of the water turbine corresponding to the active power command value indicates a rotation speed command value indicating the maximum efficiency, is output according to preset active power and maximum efficiency rotation speed characteristic data, and the actual head is input. Command calculation means (15) for obtaining and outputting a command value of the guide vane opening degree of the water turbine based on the actual head, the active power command value and the command value of the rotation speed, and the command calculation means (15) An opening setting means (14) for outputting a set value of the vane opening to the turbine control means based on the guide vane opening command value, a target rotation speed output from the command calculation means, and an actual rotation speed of the water turbine. Phase difference angle calculating means for obtaining a difference and a difference between the power command value and the actual power of the induction machine, and for obtaining a phase angle command value of the secondary excitation power required to bring these differences to zero or near zero. (16) and the terminal voltage of the induction machine Voltage adjustment means for setting the secondary excitation amount required to reference voltage the target (18)
And a secondary winding excitation amount setting means (17) for setting various amounts of excitation power of the secondary winding based on the set secondary excitation amount and the phase angle command value. A control device for a variable speed pumped storage hydropower system, comprising: an excitation means (23) for exciting the secondary winding based on the amount of excitation.
【請求項2】特許請求の範囲第1項において、前記位相
角指令値Δδは下式によって求めることを特徴とする可
変速揚水発電システムの制御装置。 Δδ=−∫k1(P−P0)dt+∫k2(N−N0)dt ただし、Pは誘導機電力、P0は電力指令値、Nは実回転
数、N0は目標回転数、k1、k2は定数である。
2. The control device for a variable speed pumped storage power generation system according to claim 1, wherein the phase angle command value Δδ is obtained by the following equation. Δδ = −∫k 1 (P−P 0 ) dt + ∫k 2 (N−N 0 ) dt where P is the induction machine power, P 0 is the power command value, N is the actual speed, and N 0 is the target speed. , K 1 and k 2 are constants.
【請求項3】特許請求の範囲第1項において、前記位相
角指令値Δδは下式によって求めることを特徴とする可
変速揚水発電システムの制御装置。 Δδ=−k1(P−P0)+k2(N−N0) ただし、Pは誘導機電力、P0は電力指令値、Nは実回転
数、N0は目標回転数、k1、k2は定数である。
3. The control device for a variable speed pumped storage hydropower system according to claim 1, wherein the phase angle command value Δδ is obtained by the following equation. Δδ = −k 1 (P−P 0 ) + k 2 (N−N 0 ), where P is the induction machine power, P 0 is the power command value, N is the actual speed, N 0 is the target speed, k 1 , k 2 is a constant.
【請求項4】特許請求の範囲第1項において、前記位相
角指令値Δδは下式によって求めることを特徴とする可
変速揚水発電システムの制御装置。 Δδ=−∫k1(P−P0)dt+∫k2(N−N0)dt −K1(P−P0)+KJ(N−N0) ただし、Pは誘導機電力、P0は電力指令値、Nは実回転
数、N0は目標回転数、k1、k2、K1、K2は定数である。
4. The control device for a variable speed pumped storage hydropower system according to claim 1, wherein the phase angle command value Δδ is obtained by the following equation. Δδ = −∫k 1 (P−P 0 ) dt + ∫k 2 (N−N 0 ) dt −K 1 (P−P 0 ) + KJ (N−N 0 ), where P is induction motor power and P 0 is A power command value, N is an actual rotation speed, N 0 is a target rotation speed, and k 1 , k 2 , K 1 , and K 2 are constants.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0650959B2 (en) * 1986-11-28 1994-06-29 株式会社日立製作所 Variable speed pumped storage system
JPH0683594B2 (en) * 1987-01-19 1994-10-19 東京電力株式会社 Variable speed turbine generator system controller
JPH0681556B2 (en) * 1987-01-19 1994-10-12 東京電力株式会社 Variable speed turbine generator system controller
JPH0636678B2 (en) * 1987-03-02 1994-05-11 関西電力株式会社 Variable speed pumped storage system operation control system
JPS63218000A (en) * 1987-03-04 1988-09-12 Hitachi Ltd Operation control system of variable speed pumped storage power generation system
JPS6439295A (en) * 1987-08-05 1989-02-09 Hitachi Ltd Operation control method for variable speed pumped-storage power plant system
JPH0274198A (en) * 1988-09-09 1990-03-14 Akaho Yoshio Generator by natural energy utilization

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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