JP2644748B2 - 可変速揚水発電システム - Google Patents
可変速揚水発電システムInfo
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- JP2644748B2 JP2644748B2 JP62097379A JP9737987A JP2644748B2 JP 2644748 B2 JP2644748 B2 JP 2644748B2 JP 62097379 A JP62097379 A JP 62097379A JP 9737987 A JP9737987 A JP 9737987A JP 2644748 B2 JP2644748 B2 JP 2644748B2
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- Japan
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- power generation
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は誘導機の二次巻線を交流電力で励磁する可変
速揚水発電システムに係り、特に誘導機の同期速度付近
を速やかに通過するようにした可変速揚水発電システム
に関する。
速揚水発電システムに係り、特に誘導機の同期速度付近
を速やかに通過するようにした可変速揚水発電システム
に関する。
従来の揚水発電システムは、揚水時に負荷の調整がで
きないことや、発電運転時に系統から要求される発電力
が変化すること、更には揚水運転時に揚程が作用するこ
となどにより、システムの効率が変化するという欠点が
あつた。
きないことや、発電運転時に系統から要求される発電力
が変化すること、更には揚水運転時に揚程が作用するこ
となどにより、システムの効率が変化するという欠点が
あつた。
そこで、発電力や揚程に拘らず、システムを最高効率
で運転させるための研究が進められている。その研究の
動向は、従来、直流励磁による同期機であつた揚水発電
機を、回転子巻線を３相巻線とし、それを誘導機のすべ
りに相当する交流で励磁し、同期速度以外の回転数で運
転する可変速揚水発電システムを採用する方向にある。
で運転させるための研究が進められている。その研究の
動向は、従来、直流励磁による同期機であつた揚水発電
機を、回転子巻線を３相巻線とし、それを誘導機のすべ
りに相当する交流で励磁し、同期速度以外の回転数で運
転する可変速揚水発電システムを採用する方向にある。
このような可変速発電システムを採用することによ
り、発電力や揚程に係らず、システムを最高効率で運転
することが可能となる。この可変速発電システムについ
ては、例えば、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」で紹介されてい
る。
り、発電力や揚程に係らず、システムを最高効率で運転
することが可能となる。この可変速発電システムについ
ては、例えば、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」で紹介されてい
る。
第５図は可変速発電システムの概略図であり、一次お
よび二次側とも三相巻線からなつている。
よび二次側とも三相巻線からなつている。
固定子１は三相巻線5a,5b,5cを有し、回転子２は三相
巻線6a,6b,6cを有している。定格周波数をｆ、すべりを
ｓとすると、回転子２の速度はｆ（１−ｓ）であり、回
転子２の励磁巻線をすべりｓの周波数で励磁することに
より、回転子２によつて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。回転子２の回転数を測定する測定部７からの
出力は、すべり検出部３へ取り込まれ、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へ供給する。電圧発生部４はすべり周波数に応じた周
波数の電圧を発生させ、２次巻線 を励磁する。
巻線6a,6b,6cを有している。定格周波数をｆ、すべりを
ｓとすると、回転子２の速度はｆ（１−ｓ）であり、回
転子２の励磁巻線をすべりｓの周波数で励磁することに
より、回転子２によつて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。回転子２の回転数を測定する測定部７からの
出力は、すべり検出部３へ取り込まれ、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へ供給する。電圧発生部４はすべり周波数に応じた周
波数の電圧を発生させ、２次巻線 を励磁する。
このように構成することにより、任意の回転数で運転
を行なつても、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５図の構成では
回転子の回転磁界は、 ｆ（１−ｓ）＋fs＝ｆ …（１） となり、すべりに拘らず定格周波数の出力が得られるこ
とになる。
を行なつても、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５図の構成では
回転子の回転磁界は、 ｆ（１−ｓ）＋fs＝ｆ …（１） となり、すべりに拘らず定格周波数の出力が得られるこ
とになる。
上述した従来技術では、発電のAFC運転時に同期速度
附近を通過する恐れがあるにも拘らず、同附近を速やか
に通過させるための対策が何等とられていなかつた。
附近を通過する恐れがあるにも拘らず、同附近を速やか
に通過させるための対策が何等とられていなかつた。
本発明の目的は、上記欠点に注目したもので、発電時
におけるAFC運転時に速やかに同期速度附近を通過する
ようにした可変速揚水発電システムを提供することにあ
る。
におけるAFC運転時に速やかに同期速度附近を通過する
ようにした可変速揚水発電システムを提供することにあ
る。
上記目的は一次巻線が電力系統に接続され、二次巻線
が電力変換器により３相交流電力で励磁される誘導発電
電動機とを備え、任意の回転数で回転運転される可変速
揚水発電システムにおいて、外部からの有効電力出力指
令値と電力系統の有効電力とから電力変換器が誘導発電
電動機へ出力する３相交流電力の位相角信号を出力する
位相角算出部と、３相交流電力の各相毎の励磁電流値を
検出する電流検出手段と、３相交流電力の各相毎の励磁
電流値の瞬時値の累積値を算出する累積値算出手段と、
累積値算出手段からの累積値のうち最大値を求める最大
値算出手段と、最大値算出手段からの最大累積値信号を
位相角信号に加算することにより誘導発電電動機が同期
速度付近を速やかに通過するようにしたものである。
が電力変換器により３相交流電力で励磁される誘導発電
電動機とを備え、任意の回転数で回転運転される可変速
揚水発電システムにおいて、外部からの有効電力出力指
令値と電力系統の有効電力とから電力変換器が誘導発電
電動機へ出力する３相交流電力の位相角信号を出力する
位相角算出部と、３相交流電力の各相毎の励磁電流値を
検出する電流検出手段と、３相交流電力の各相毎の励磁
電流値の瞬時値の累積値を算出する累積値算出手段と、
累積値算出手段からの累積値のうち最大値を求める最大
値算出手段と、最大値算出手段からの最大累積値信号を
位相角信号に加算することにより誘導発電電動機が同期
速度付近を速やかに通過するようにしたものである。
本発明の可変速揚水発電システムによれば、発電機出
力を外部からの指令値に合わせるよう誘導電動機の内部
位相角を制御すると共に、回転数が同期速度附近にある
場合、各相毎の励磁電流の瞬時値の累積値を求め、これ
らの累積値のうちの最大値でもって交流励起電力の位相
角を制御するようにしたため、速やかに同期速度附近を
通過させて、同附近での運転時に生ずる二次巻線の特定
相への電流の集中を回避できるようになる。
力を外部からの指令値に合わせるよう誘導電動機の内部
位相角を制御すると共に、回転数が同期速度附近にある
場合、各相毎の励磁電流の瞬時値の累積値を求め、これ
らの累積値のうちの最大値でもって交流励起電力の位相
角を制御するようにしたため、速やかに同期速度附近を
通過させて、同附近での運転時に生ずる二次巻線の特定
相への電流の集中を回避できるようになる。
以下本発明の実施例を図面により説明する。
第１図は可変速機が系統に接続されて運転している場
合を示している。揚程Ｈおよび電動機出力指令P0が与え
られると、電動機出力指令P0は、遅延回路15を介して位
相角算出部16に与えられる。一方、揚程Ｈおよび回転数
検出器11による回転数Ｎにより、予め与えられている関
数に従つて、最適開度関数発生器22により最適のガイド
ベーン開度が求められ、この出力がサーボ系14に与えら
れ、時間遅れをもつてガイドベーン12の開度が決まる。
つまり水車13の特性は、サーボ系14の遅れを持つた調速
機のガイドベーン12の開度および回転数Ｎで定められ
る。この水車13の特性により、可変速機の回転子２は回
転する。電流変成器19および電圧変成器20の出力を基
に、有効電力導出部21では有効電力を算出する。二次巻
線の位相角算出部16では、有効電力導出部21の出力およ
び有効電力導出部21の出力と出力指令値の時間協調をと
つた遅延回路15の時間遅れをもつた出力指令P0により、
位相角が算出される。二次巻線励磁量算出部17は励磁量
の電圧値を制御する電圧調整部18の入力によつて二次回
路の励磁量を設定する。この二次巻線励磁量算出部17で
設定した励磁量を二次回路の三相に用いるために移相す
る移相部23a,23b,23cがそれぞれ設けられており、この
移相部23a,23b,23cで移相した励磁量で励磁されるよう
に三相の励磁巻線6a,6b,6cが接続されている。このよう
に電力制御指令値と実際の出力との差により、二次巻線
の位相角を算出して制御を行なう。
合を示している。揚程Ｈおよび電動機出力指令P0が与え
られると、電動機出力指令P0は、遅延回路15を介して位
相角算出部16に与えられる。一方、揚程Ｈおよび回転数
検出器11による回転数Ｎにより、予め与えられている関
数に従つて、最適開度関数発生器22により最適のガイド
ベーン開度が求められ、この出力がサーボ系14に与えら
れ、時間遅れをもつてガイドベーン12の開度が決まる。
つまり水車13の特性は、サーボ系14の遅れを持つた調速
機のガイドベーン12の開度および回転数Ｎで定められ
る。この水車13の特性により、可変速機の回転子２は回
転する。電流変成器19および電圧変成器20の出力を基
に、有効電力導出部21では有効電力を算出する。二次巻
線の位相角算出部16では、有効電力導出部21の出力およ
び有効電力導出部21の出力と出力指令値の時間協調をと
つた遅延回路15の時間遅れをもつた出力指令P0により、
位相角が算出される。二次巻線励磁量算出部17は励磁量
の電圧値を制御する電圧調整部18の入力によつて二次回
路の励磁量を設定する。この二次巻線励磁量算出部17で
設定した励磁量を二次回路の三相に用いるために移相す
る移相部23a,23b,23cがそれぞれ設けられており、この
移相部23a,23b,23cで移相した励磁量で励磁されるよう
に三相の励磁巻線6a,6b,6cが接続されている。このよう
に電力制御指令値と実際の出力との差により、二次巻線
の位相角を算出して制御を行なう。
また回転数が同期速度附近になつた場合には、回転子
巻線の特定相に励磁電流が集中して流れ、機器容量の増
大を招き、経済的に高価なものとなる。このため、この
ような運転状態は速やかに通過させる必要がある。この
ため、回転子励磁電流の各相の瞬時値の累積値を求め、
この値を基に回転子巻線の励磁電圧の位相角を制御し、
予め設定した回転数の範囲内で運転するようにしてい
る。
巻線の特定相に励磁電流が集中して流れ、機器容量の増
大を招き、経済的に高価なものとなる。このため、この
ような運転状態は速やかに通過させる必要がある。この
ため、回転子励磁電流の各相の瞬時値の累積値を求め、
この値を基に回転子巻線の励磁電圧の位相角を制御し、
予め設定した回転数の範囲内で運転するようにしてい
る。
この点を具体的に説明すると、第１図の二次回路電流
検出回路24a,24b,24cにより二次電流を求め、この値を
累積部25で各相毎の累積値を求める。最大値算出部26
は、累積値25で求めた累積値の最大値を求め、この値を
比較部27の出力Sfに定数ｋを乗じ、位相角制御量の補正
値Δδ′を次式（２）によつて乗算部28で求める。
検出回路24a,24b,24cにより二次電流を求め、この値を
累積部25で各相毎の累積値を求める。最大値算出部26
は、累積値25で求めた累積値の最大値を求め、この値を
比較部27の出力Sfに定数ｋを乗じ、位相角制御量の補正
値Δδ′を次式（２）によつて乗算部28で求める。
Δδ′＝ｋ・Sf …（２） 求めた値Δδ′と、位相角算出部16の出力を加算部29
で加え合わせる。
で加え合わせる。
第２図は累積部25の詳細を示しており、A/D変換部25a
で、二次回路電流検出回路24a,24b,24cの出力をA/D変換
し、各相毎の累積部25bで二次電流の瞬時値を各相毎に
累算する。すべりが大きい範囲、つまり回転数が同期速
度より大幅にずれている場合には、第３図の曲線ａのよ
うに電流値が正と負に変化するため、瞬時値の累積値は
正負が交互に相殺してほぼ零となる。これに対し、曲線
ｂのように同期速度附近で運転している場合には、瞬時
値の累積値は零にならない。このとき（２）式の考えに
より、二次励磁電圧の位相角を制御し、可変速揚水発電
システムの入，出力関係に過渡的なアンバランスを作
り、速やかに同期速度附近を通過させるようにしてい
る。
で、二次回路電流検出回路24a,24b,24cの出力をA/D変換
し、各相毎の累積部25bで二次電流の瞬時値を各相毎に
累算する。すべりが大きい範囲、つまり回転数が同期速
度より大幅にずれている場合には、第３図の曲線ａのよ
うに電流値が正と負に変化するため、瞬時値の累積値は
正負が交互に相殺してほぼ零となる。これに対し、曲線
ｂのように同期速度附近で運転している場合には、瞬時
値の累積値は零にならない。このとき（２）式の考えに
より、二次励磁電圧の位相角を制御し、可変速揚水発電
システムの入，出力関係に過渡的なアンバランスを作
り、速やかに同期速度附近を通過させるようにしてい
る。
第４図は他の実施例による運転制御方式を示す系統図
で、二次励磁付の発電電動機により任意の回転数で運転
できる、所謂可変速発電システムG1が送電線Ｌを介して
系統10に接続されている例である。
で、二次励磁付の発電電動機により任意の回転数で運転
できる、所謂可変速発電システムG1が送電線Ｌを介して
系統10に接続されている例である。
送電線Ｌには、電圧変成器20と電流変成器19が設けら
れている。可変速揚水発電システムG1は操作端Ｔから電
力の指令値P0が与えられると、発電システムの特性，落
差Ｈを考慮した上で、高効率の運転ができるよう速度検
出器11で求めた発電機の回転数Ｎ、落差Ｈによつて、水
車のガイドベーン12の開度が制御指令部Ｃで求められ、
これらの値に合うような運転ができるよう制御する必要
がある。このような状態で、発電機出力の変更指令が与
えられると、予め与えられている手法により、落差およ
び回転数から発電電動機の効率が最高となるようガイド
ベーンの開度を求め、これらの値となるよう回転数を制
御し、効率の良い運転を行なう。また二次回路電流の計
測値をもとに、二次励磁電圧の位相角を制御することに
より、同期速度附近を先の実施例と同じく速やかに通過
させ、同期速度附近における運転時に生ずる二次巻線の
特定相への電流の集中を回避できる。励磁装置の大きさ
は、通過電流と通過時間によつて決まるが、本実施例に
より長周期の電流の流れる時間を短縮できるので、機器
の小型化が図られ経済的にも有利である。
れている。可変速揚水発電システムG1は操作端Ｔから電
力の指令値P0が与えられると、発電システムの特性，落
差Ｈを考慮した上で、高効率の運転ができるよう速度検
出器11で求めた発電機の回転数Ｎ、落差Ｈによつて、水
車のガイドベーン12の開度が制御指令部Ｃで求められ、
これらの値に合うような運転ができるよう制御する必要
がある。このような状態で、発電機出力の変更指令が与
えられると、予め与えられている手法により、落差およ
び回転数から発電電動機の効率が最高となるようガイド
ベーンの開度を求め、これらの値となるよう回転数を制
御し、効率の良い運転を行なう。また二次回路電流の計
測値をもとに、二次励磁電圧の位相角を制御することに
より、同期速度附近を先の実施例と同じく速やかに通過
させ、同期速度附近における運転時に生ずる二次巻線の
特定相への電流の集中を回避できる。励磁装置の大きさ
は、通過電流と通過時間によつて決まるが、本実施例に
より長周期の電流の流れる時間を短縮できるので、機器
の小型化が図られ経済的にも有利である。
また、これら実施例によれば、系統の変動負荷をまか
なうために、昼間は発電、夜間は揚水として運転する揚
水発電システムで揚水運転時に系統から定まる電力に対
しても効率良く運転できる。
なうために、昼間は発電、夜間は揚水として運転する揚
水発電システムで揚水運転時に系統から定まる電力に対
しても効率良く運転できる。
以上説明したようにAFC運転時にすべり零附近で、電
力交換器からの電力出力が特定の相に流れているときに
は直流近い状態になるが、本発明の可変速揚水発電シス
テムによれば、各相毎の励磁電流値の瞬時値の累積値を
算出する累積値算出手段を設け、かつこれら各相毎の累
積値のうちの最大値を用いて、回転子巻線の励磁電圧の
位相角の制御を行なっているので、常に３相のうち最も
電流の集中が起きる可能性のある相を基準として、短時
間ですべり零附近を通過できるようにしたので、電力変
換器としてのサイクロコンバータの容量を大幅に低減す
ることができるようになる。
力交換器からの電力出力が特定の相に流れているときに
は直流近い状態になるが、本発明の可変速揚水発電シス
テムによれば、各相毎の励磁電流値の瞬時値の累積値を
算出する累積値算出手段を設け、かつこれら各相毎の累
積値のうちの最大値を用いて、回転子巻線の励磁電圧の
位相角の制御を行なっているので、常に３相のうち最も
電流の集中が起きる可能性のある相を基準として、短時
間ですべり零附近を通過できるようにしたので、電力変
換器としてのサイクロコンバータの容量を大幅に低減す
ることができるようになる。
第１図は本発明の一実施例による可変速揚水発電システ
ムの制御方式を示すブロツク図、第２図は第１図の累積
部の拡大図、第３図は二次電流の変動を示す特性図、第
４図は可変速揚水発電システムの制御系統図、第５図は
可変速揚水発電システムの原理を示す概略図である。 G1……発電電動機、Ｌ……送電線、２……回転子、３…
…すべり検出部、6a,6b,6c……回転子巻線、12……ガイ
ドベーン、16……二次巻線位相角算出部、17……二次巻
線励磁量算出部、23a,23b,23c……移相部、24a,24b,24c
……二次巻線電流検出回路、25……累積部、26……最大
値算出部、27……比較部、28……乗算部、29……加算
部。
ムの制御方式を示すブロツク図、第２図は第１図の累積
部の拡大図、第３図は二次電流の変動を示す特性図、第
４図は可変速揚水発電システムの制御系統図、第５図は
可変速揚水発電システムの原理を示す概略図である。 G1……発電電動機、Ｌ……送電線、２……回転子、３…
…すべり検出部、6a,6b,6c……回転子巻線、12……ガイ
ドベーン、16……二次巻線位相角算出部、17……二次巻
線励磁量算出部、23a,23b,23c……移相部、24a,24b,24c
……二次巻線電流検出回路、25……累積部、26……最大
値算出部、27……比較部、28……乗算部、29……加算
部。
フロントページの続き (72)発明者 中川 博人 大阪府三島郡島本町百山１−１ (56)参考文献 特開 昭51−67947（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−43955（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−124907（ＪＰ，Ａ) 日立評論，ＶＯＬ．68，ＮＯ．８ （1986−８）杉本修、斉藤啓自、溝口強 「可変速揚水発電システムの開発」Ｐ. 653−658
Claims (1)
- 【請求項１】一次巻線が電力系統に接続され、二次巻線
が電力変換器により３相交流電力で励磁される誘導発電
電動機とを備え、任意の回転数で回転運転される可変速
揚水発電システムにおいて、外部からの有効電力出力指
令値と前記電力系統の有効電力とから前記電力変換器が
前記誘導発電電動機へ出力する前記３相交流電力の位相
角信号を出力する位相角算出部と、前記３相交流電力の
各相毎の励磁電流値を検出する電流検出手段と、該３相
交流電力の各相毎の励磁電流値の瞬時値の累積値を算出
する累積値算出手段と、該累積値算出手段からの累積値
のうち最大値を求める最大値算出手段と、該最大値算出
手段からの最大累積値信号を前記位相角信号に加算する
ことにより前記誘導発電電動機が同期速度付近を速やか
に通過するようにした可変速揚水発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62097379A JP2644748B2 (ja) | 1987-04-22 | 1987-04-22 | 可変速揚水発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62097379A JP2644748B2 (ja) | 1987-04-22 | 1987-04-22 | 可変速揚水発電システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63265525A JPS63265525A (ja) | 1988-11-02 |
| JP2644748B2 true JP2644748B2 (ja) | 1997-08-25 |
Family
ID=14190877
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62097379A Expired - Lifetime JP2644748B2 (ja) | 1987-04-22 | 1987-04-22 | 可変速揚水発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2644748B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5167947A (ja) * | 1974-12-11 | 1976-06-12 | Hitachi Ltd | Denryokuchoseisochi |
| JPS5543955A (en) * | 1978-09-19 | 1980-03-28 | Tokyo Electric Power Co | Maximum demand power regulator |
| JPS56124907A (en) * | 1980-03-05 | 1981-09-30 | Hitachi Ltd | Comulative value control method |
-
1987
- 1987-04-22 JP JP62097379A patent/JP2644748B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 日立評論，ＶＯＬ．６８，ＮＯ．８（１９８６−８）杉本修、斉藤啓自、溝口強「可変速揚水発電システムの開発」Ｐ．６５３−６５８ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63265525A (ja) | 1988-11-02 |
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