JP2650956B2 - 可変速発電電動機の周波数制御装置 - Google Patents

可変速発電電動機の周波数制御装置

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JP2650956B2 JP63069560A JP6956088A JP2650956B2 JP 2650956 B2 JP2650956 B2 JP 2650956B2 JP 63069560 A JP63069560 A JP 63069560A JP 6956088 A JP6956088 A JP 6956088A JP 2650956 B2 JP2650956 B2 JP 2650956B2
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秀典 澤
学 渡辺
正博 湊
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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、可変速発電電動機の周波数調整装置に係
り、電力系統周波数と基準周波数との偏差から有効電力
を調整し、電力系統周波数を安定させる制御装置に関す
る。
〔従来の技術〕
揚水発電所においては、水車及びポンプの最大効率は
異なつた回転速度になつている。特に変落差の場合に
は、落差に応じた回転速度が有利となる。したがつてそ
れぞれ最大効率を示す回転速度で運転するのが経済的で
可変速発電電動機が使われている。
可変速発電電動機は並列後負荷制御をおこなうため、
有効電力目標値に対し、実有効電力をフイードバツクし
て電力制御をおこなつているが、周波数制御をおこなつ
ていなかつた。
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の同期発電電動機は、系統周波数変動を検出して
負荷を可変する調整機能を有するものであつたが、これ
までの可変速発電電動機システムには、この機能に相当
するものがなく系統周波数の変動に対応できないという
問題があつた。
本発明の目的は、可変速発電電動機システムにおいて
従来の同期発電電動機の調速機能と同様に、系統周波数
変動に対して負荷を増減し該周波数を安定させることに
ある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の可変速発電電動機の周波数制御装置は、可変
速度で運転する可変速発電電動機の2次巻線をすべり周
波数を持った交流で励磁するサイクロコンバータと、前
記可変速発電電動機が接続される電力系統の周波数を検
出し、系統周波数として出力する周波数変換器と、前記
電力系統から有効電力を検出する電力変換器と、前記電
力変換器から出力される有効電力と所定の有効電力設定
値とから前記サイクロコンバータに対して信号を出力す
る有効電力一定制御器と、を有するものである。そし
て、前記周波数変換器から出力される系統周波数と所定
の基準周波数との偏差から前記有効電力設定値を補正す
る補正信号を出力する自動周波数制御装置と、前記自動
周波数制御装置から出力される補正信号と前記有効電力
設定値とから前記有効電力一定制御器に対して補正有効
電力を出力する加算手段と、を有することを特徴とす
る。
また、本発明の可変速発電電動機の周波数制御装置が
備えている自動周波数制御装置は、前記系統周波数及び
前記基準周波数が入力される加算器と、前記加算器から
の信号を増幅する増幅器と、前記増幅器からの信号を前
記加算器に入力し、周波数変化に対して有効電力を変化
される変化率に従って演算する垂下率演算器と、を有す
ることを特徴とする。
〔作用〕
可変速発電電動機は巻線型誘導機を使つており、水車
回転周波数と系統周波数との差であるすべり周波数を検
出し、このすべり周波数と同期した交流電流を周波数変
換器を用いて可変速発電電動機に2次巻線に流すことに
より、回転子の磁束と固定子の磁束の相対的周波数を系
統周波数と同じに保ち、負荷運転中の水車回転数を可変
速制御できるようにしたものである。すなわち系統周波
数を1,水車回転周波数を2とするとすべり周波数は
Δn=1−2となる。水車効率を最大にするため水
車回転数を変えるということは、水車回転数2を変え
た場合にはすべり周波数Δnを変えて2+Δn=1
とすることを意味する。したがつて水車の機械的エネル
ギの増減だけでは、水車の回転数が変化し、それが持つ
運動エネルギが変化するだけである。電気的には、すべ
り周波数が変化するだけで負荷は変化しない。可変速発
電電動機は、従来の定速度同期機とは異なり内部相差角
(トルク角)に相当するものを回転子の励磁電流の位相
をエアギヤツプ磁束(誘起電圧)に対して変えることに
よつて発電機回転子の回転速度に関係なく出力を調整で
きる。このため機械的エネルギの増減と同時に回転子の
すべり周波数を持つた交流励磁電流の位相を変えること
により負荷の増減をおこなつている。交流励磁電流はギ
ヤツプ磁束方向成分とそれとπ/2radの位相差を持つたI
q成分とにベクトル的に分けられる。Iq成分の電流はフ
レミングの左手の法則により磁束をΦとするとトルクT
は、T=Φ・Iqとなりトルクと有効電力Pの関係は、角
速度ωとするとP=ω・T=ω・(Φ Iq)で表わされ
る。磁束方向成分とそれとπ/2radの位相差を持つたIq
成分を増減することにより、有効電力が調整できる。
本発明では、基準周波数に対して系統の負荷によつて
変動する系統周波数との偏差を比例積分演算し、有効電
力目標値に加算することにより補正する。その際わずか
の周波数偏差に応じて発電機の出力を調整させるために
偏差の比例積分演算結果を周波数偏差に負帰還をかけ
る。同目標値に対する電力偏差は、可変速発電電動機の
回転子に交流励磁されるすべり周波数位相を変化させ、
有効電力を制御して解消している。このようにして可変
速発電電動機の負荷を制御して系統の負荷変動に対応し
て系統周波数を安定させる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。揚
水発電所の可変速発電電動機3(巻線形誘導機)は水車
5とすべり検出器4とが連結されており、主変圧器2を
介して電力系統1に接続されている。可変速発電電動機
3の2次巻線は、サイクロコンバータ6によりすべり周
波数を持つた2次励磁電流が供給され、同期速度以上に
亘り速度制御をおこなう超同期セルビウスシステムを構
成している。すべり検出器4は可変速発電電動機3と相
数,極数等を同一構造とした小型誘導機でその出力は、
可変速発電電動機3の2次誘起電圧を相対的に検出す
る。
定常運転時は、電力系統から電力変換器10により有効
電力P1と無効電力Q1を検出し、有効電力P1と有効電力設
定値P0とにより有効電力一定制御器12で演算をおこな
う。また無効電力Q1と無効電力設定値Q0とにより無効電
力一定制御器13で演算をおこない、両方の出力を電流パ
タン演算部8に入力する。電流パタン演算部8にて、す
べり検出器4からの信号とIq成分よりベクトル演算によ
りすべり周波数を持つた励磁電流指令を演算する。自動
パルス移相器7で電流パタン演算部8において演算され
たサイクロコンバータ6の制御位相角に従つてトリガパ
ルスを供給する。
電力系統1の負荷変動により、系統周波数1が変動
した場合、周波数変換器9により系統周波数1′が検
出されて、自動周波数制御装置14に基準周波数0と共
に入力され、その偏差から有効電力設定値P0を補正する
信号が出力される。その信号は有効電力設定相P0に加算
器11において加算され補正有効電力P0′として有効電力
一定制御器12に入力され、以降電流パタン演算部8,自動
パルス移相器7,サイクロコンバータ6へ信号が送られ、
サイクロコンバータ6が可変速発電電動機3の負荷を制
御し、電力系統1の負荷変動による周波数変動を解消す
る。
第2a図に自動周波数制御装置14のブロツク図を示す。
自動周波数制御装置14は、系統周波数1′をフイルタ1
5及びリミツタ16で処理して、基準周波数0と共に加算
器17へ入力し偏差を得て、増幅器19,垂下率演算器22及
び積分器21で比例積分演算し、リミツタ20を経て出力す
る回路構成となつている。増幅器19から垂下率演算器22
を介して加算器17へ負帰還をかけているのは、周波数偏
差によつて有効電力の制御をおこなうにあたり、ハンチ
ングの発生を防止して早く制御系を安定させるためであ
る。垂下率演算器22は、第2b図に示すように系統全体の
負荷変化に応じて系統内の各発電所の出力をわずかな周
波数変化の差に応じて負荷を変化させ調整するための垂
下率に従つて演算するもので、周波数変化Δに対して
有効電力をΔP変化させる変化率(垂下率)に従つて演
算する。
第3図において自動周波数調整装置14の動作を説明す
る。第3a図は、基準周波数0(一定)及び系統周波数
1′(変動)の変化を示す。第3b図は、基準周波数0
と系統周波数1′との周波数偏差Δの変化を示す。
第3c図は、発電運転時において第3a図,第3b図に示すよ
うな系統周波数の変動が発生した場合の補正有効電力
P0′の変化を示す。第3d図は、揚水運転時において第3a
図,第3b図に示すような系統周波数の変動が発生した場
合の補正有効電力P0′の変化を示す。
発電運転時に、系統負荷が軽くなり系統周波数1
上昇すると、自動周波数制御装置14により補正有効電力
P0′は低下し、発電機出力(有効電力)を低下させる。
系統負荷が重くなり系統周波数1が低下すると、補正
有効電力P0′は上昇し、発電機出力が増加する。
揚水運転時に系統負荷が軽くなり系統周波1が上昇
すると、補正有効電力P0′は上昇し、電動機入力(負
荷)を増加させる。系統負荷が重くなり系統周波数1
が低下すると、補正有効設定値P0′は低下し、電動機入
力が減少する。
〔発明の効果〕
本発明によれば、可変速揚水発電システムにおいて、
電力系統周波数が変動した場合電力系統周波数と基準周
波数の偏差から、負荷の増減値を計算し回転子巻線に供
給する交流励磁電流の位相を制御することにより、負荷
を制御して周波数偏差をなくすることができるので、電
力系統周波数の安定化に寄与する効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は可変速揚水発電システム構成図、第2a図は自動
周波数制御装置の制御ブロツク図、第2b図は垂下率を示
す図、第3図は自動周波数制御特性図である。 3…巻線形誘導機、6…サイクロコンバータ、9…周波
数変換器、11…加算器、14…自動周波数制御装置、1
…系統周波数、P0…有効電力設定値、0…基準周波
数、18…加算器、19…増幅器、22…垂下率演算器、P0
…補正有効電力。
フロントページの続き (72)発明者 澤 秀典 茨城県日立市大みか町5丁目2番1号 株式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 渡辺 学 茨城県日立市大みか町5丁目2番1号 株式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 湊 正博 大阪府大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 中川 博人 大阪府大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 大野 泰照 大阪府大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電力株式会社内

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】可変速度で運転する可変速発電電動機の2
    次巻線をすべり周波数を持った交流で励磁するサイクロ
    コンバータと、 前記可変速発電電動機が接続される電力系統の周波数を
    検出し、系統周波数として出力する周波数変換器と、 前記電力系統から有効電力を検出する電力変換器と、 前記電力変換器から出力される有効電力と所定の有効電
    力設定値とから前記サイクロコンバータに対して信号を
    出力する有効電力一定制御器と、 を有する可変速発電電動機の周波数制御装置において、 前記周波数変換器から出力される系統周波数と所定の基
    準周波数との偏差から前記有効電力設定値を補正する補
    正信号を出力する自動周波数制御装置と、 前記自動周波数制御装置から出力される補正信号と前記
    有効電力設定値とから前記有効電力一定制御器に対して
    補正有効電力を出力する加算手段と、 を有することを特徴とする可変速発電電動機の周波数制
    御装置。
  2. 【請求項2】前記自動周波数制御装置は、前記系統周波
    数及び前記基準周波数が入力される加算器と、 前記加算器からの信号を増幅する増幅器と、 前記増幅器からの信号を前記加算器に入力し、周波数変
    化に対して有効電力を変化される変化率に従って演算す
    る垂下率演算器と、を有することを特徴とする請求項1
    記載の可変速発電電動機の周波数制御装置。
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JP4190393B2 (ja) * 2003-10-30 2008-12-03 大阪瓦斯株式会社 電源システム

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56112898A (en) * 1980-02-13 1981-09-05 Toshiba Corp Speed adjustment controller

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