JP2680009B2 - 可変速発電装置 - Google Patents
可変速発電装置Info
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- JP2680009B2 JP2680009B2 JP62318848A JP31884887A JP2680009B2 JP 2680009 B2 JP2680009 B2 JP 2680009B2 JP 62318848 A JP62318848 A JP 62318848A JP 31884887 A JP31884887 A JP 31884887A JP 2680009 B2 JP2680009 B2 JP 2680009B2
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
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- Control Of Water Turbines (AREA)
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装置にかかり、特に案内羽根開度
割込み制御を行った場合でも、動特性に対して余裕幅を
保つようにした可変速発電装置に関する。 〔従来の技術〕 特開昭61−170300号では巻線形誘導発電機と回転子巻
線（即ち二次巻線）を励磁制御するサイクロコンバータ
ーと案内羽根を有する水車を備えた可変速水車発電装置
の基本的運転方法の代表例が開示されている。 この公知では発電機の回転子の回転速度、即ち水車の
回転速度の制御を水車の案内羽根開度の最適化制御と共
に、水車の案内羽根に作用させて達成すること、他方発
電出力制御は励磁制御装置を介して発電機に直接作用さ
せ、フイードバツクされる実際の発電機出力を指令値の
差を絶えず消去するように励磁を制御して達成すること
が開示されている。 但し本発明の対象とする様な第２の案内羽根開度制御
信号による割り込み制御については一切触れられていな
かった。 他方従来の一定速度制御形の発電装置の場合は水車出
力制御信号と水車の回転速度制御信号の合成信号で案内
羽根を制御するように構成し、この上で該合成信号の値
には無関係に案内羽根を強制閉鎖できる第２の割り込み
制御は一般に負荷制限装置とか案内羽根開示制限装置と
呼ばれていた。 この負荷制限装置や案内羽根開度制限装置は何らかの
理由で本来の制御が失なわれても安全に水車を停止でき
るようにする安全上の目的の他上池水位に応じた水位調
整制御を行う等の積極的な目的もあつて設けられるもの
である。 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来の定速度形発電装置の場合、即ち発電機の周波数
を変換しないタイプの発電装置の場合、大電力系統に接
続されている限り同期発電機の個有特性である同期化力
によつて、常に発電機出力は水車出力にバランスするよ
うになつている。そしてその結果として水車回転速度が
変動することはなく常に電力系統周波数相度値に保持さ
れる。 換言すれば定速発電装置の場合は負荷制限装置を作用
させ、本来の定速度制御を止めて、案内羽根の割り込み
制御を生かしても、回転速度の変化を伴うことはなかっ
た。（即ち発電機出力も自然に相当値へと絞り込みでき
た） 但し乍ら本発明の対象としている可変速発電装置の場
合は水車回転速度と発生電力周波数は全く無縁であり水
車出力と発電機出力のバランスは自然には保持されな
い。 即ち水車の発生出力をPTとし、発電機出力をPG、発電
機効率をηＧとすると 但し、Ｉは水車及び発電機の回転部の慣性モーメン
ト,Nは回転速度,KIは定数,tは時間の関係においてPGがP
Tとは全く独立に動きうるようにして両者の差を許し乍
ら回転速度Ｎを変えようとするのが可変速発電システム
の本来の原理だからである。 ここでもし従来技術のままならPGは外部より支えられ
る発電出力指令に応じて決まるのに対し該割り込み制御
が動作した時はPTは該割り込み制御によつて決まること
になり原理的に回転速度Ｎの保持は不可能となる。 本発明は可変速発電装置において、特に案内羽根開度
割込み制御を行った場合でも、水車の案内羽根開度につ
いて余裕幅を保つようにして安定に継続運転が行えるよ
うにすることを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 上記目的を達成するために、本発明では電力系統に一
次巻線が接続され、二次巻線が外部からの発電出力指令
に応じて動作する電力変換器により交流励磁される巻線
型誘導機と、この巻線型誘導機に接続され、案内羽根開
度指令に応じて制御される案内羽根によって水量が調節
される水車と、発電出力指令を入力して適正案内羽根開
度指令を出力する水車特性関数発生器とを備えた可変速
発電装置において、割込み案内羽根開度指令を出力する
割込み案内羽根開度設定器と、適正案内羽根開度指令お
よび割込み案内羽根開度指令のうち低い値を採用し、案
内羽根開度指令として出力する低値選択手段と、割込み
案内羽根開度指令と案内羽根開度指令との差分値と、割
込み開度制限設定値とを比較する比較器と、この比較器
の出力信号により案内羽根開度指令と割込み開度制限設
定値の差分値より案内羽根開度指令が大きいときは、発
電出力指令を所定値減少するように補正する発電出力補
正手段とを備えるようにしたものである。 〔作用〕 本発明では割込み式案内羽根開度制御が動作したとき
に、外部より与えられる本来の案内羽根開度指令をこの
割込み制御の設定値へと自動修正させるとともに、外部
から与えられる発電出力指令を所定値減少するように補
正して、この補正後の案内羽根開度を割込み式案内羽根
開度制御で設定された値より僅かに下に修正されるよう
にすることにより、絶対的な制限値である割込み式案内
羽根開度設定値との間ち余裕幅を与え、割込み制御が作
用しているときでも動特性にオーバーシュート分の余裕
幅が存在するので、割込み制御が行われた場合でも可変
速発電装置の安全性を維持することが可能になる。 〔実施例〕 以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。 第１図は本発明の実施例を示す。 １は誘導機でその回転子に直結された水車２によつて
回転駆動されると共に誘導機１の２次巻線1bには周波数
変換器を備えた２次励磁制御装置３により誘導機１の回
転速度に応じて所定の位相に調整された交流励磁電流が
供給され、誘導機１の１次巻線1aからは交流系統４と等
しい周波数の交流電力が出力される様に可変速運転が行
なわれる。５は水車特性関数発生器で、補正後の発電出
力指令POXと水位信号Ｈとから適正案内羽根開度指令Ya
と適正回転速度指令Naを発生する。水位変動が小さい場
合は水位信号Ｈを省略することも出来る。16は回転速度
制御装置で適正回転指令Naと回転速度検出器６で検出さ
れる回転速度信号Ｎを比較して案内羽根開度補正信号Δ
Ｙを出力し、水車特性関数発生器５からの適正案内羽根
開度指令Yaは前記案内羽根開度補正信号ΔＹに加算器21
で付勢されて合成開度指令信号YXとなり案内羽根駆動装
置10に入力され案内羽根11の開度Ｙがこれに応じて調整
させ水車出力PTが制御される構成をとつている。 尚、案内羽根駆動装置10は次の様に構成される。 合成開度指令YXは加算器10Aにて最終的な案内羽根開
度指令YYと比較される。そしてこの偏差信号が２入力中
小さい方のみ通過せしめるLVG回路Ｄを経て積分動作す
る増巾器10Eに入力される。そして増巾器10Eは入力であ
る（YX−YY）の偏差がゼロになるまで即ちYY＝YXに達す
るまで積分動作をし続ける。 以上は本発明の割り込み制御を掛けなかつた場合の説
明であるがこれを掛けた時は下記となる。 10Bは本発明の割込み案内羽根開度設定器でこの割込
み案内羽根開度指令YLが加算器10Cで最終的な案内羽根
開度指令YYと比較され、その差（YL−YY）がLVG回路（1
0D）に入力される。 本発明の割り込み制御を掛けた時はYL＜YXとなりLVG
回路は（YX−YY）の代りに（YL−YY）を出力する。 そこで今度は増巾幅10EはこのYL−YYをゼロならしめ
るように即ちYY＝YLになるように応答する。 即ち上述の様にYLをYYより小さく設定するだけで簡単
に割り込み制御に移行する。 このようにして決まる最終的な案内羽根開度指令YYは
主サーボ機構10Fに入力され案内羽根11の開度Ｙを一義
的に決める。かくて定常的にはＹ＝YYになる。 他方10Gは第２図の割込み開度制限設定値εを出力す
る割込み開度制限設定器である。 比較器10Hは上述の信号（YL−YY）とεとの比較をし
ている部分で発電出力補正器10IはYYが（YL−ε）より
大きい限り発電出力指令補正信号ΔＰεを増大させてい
くる。そして、ついにはYYは（YL−ε）に設定され、こ
こで新しいバランス状態が得られる。 即ち発電出力指令POはこの自動補正を受けて新しいP
OXになる。そしてそれに基づくYXも（YL−ε）に設定さ
れる。 定常時は、ΔＹは後述の如くゼロかその近傍値になる
のでYaを略（YL−ε）にすると考えてもよい。 ７はスリツプ位相検出器で前記交流系統４の電力位相
と電気角で表わした前記誘導機２次側回転位相の差に等
しいスリツプ位相SPを検出する。スリツプ位相検出器７
の一構成例を説明する。スリツプ位相検出器の回転子は
誘導機１の１次巻線1aと並列に接続された３相巻線が設
けられ、スリツプ位相検出器７の固定子側には電気角で
π/2でけ異なる位置にホールコンバータがそれぞれ１個
設けられていて誘導機１の２次側から見た交流系統の電
圧位相が一致した信号が該ホールコンバータより検出さ
れ、スリツプ位相SPに変換される。 補正後の発電出力指令POXと前記スリツプ位相検出器
７のスリツプ位相信号SPは２次励磁装置３に入力され、
有効電力検出器９で検出される誘導機１の出力検出信号
Ｐが誘導機補正済出力指令POXに等しくなる様に誘導機
１の２次側巻線1bに供給する交流励磁電流を制御する。
具体的には特公昭57−60645号で提案されている制御方
法などが適用できる。 第３図は回転速度制御装置16の一実施例を示す。17は
比較器で回転速度偏差ΔＮを出力する。この回転速度偏
差ΔＮは18の比較要素K1と19の積分要素（K2/S）に入力
され、これらの出力は加算器20により案内羽根開度補正
信号ΔＹとなる。一方、外部からの発電出力指令POは前
述のように補正を受けてPOXになりこれが前記水車特性
関数発生器５に入力されると共に２次励磁制御装置３へ
の発電出力指令として入力される。 この様に構成された本実施例の制御装置において、割
り込み開度制限信号YLが充分大きく除外状態にあれば次
のように応答する。いま時点t0で例えば発電出力Ｐをス
テツプ状に上昇させようとして発電出力指令POを第４図
（ａ）に示す様にステツ状に上昇させると、誘導機１の
発電出力Ｐは第４図（ｇ）に示すように発電出力指令PO
の変化に追従して上昇する。一方、発電出力指令POが与
えられた後発電出力Ｐの応答よりも案内羽根11の開度Ｙ
の応答は遅い。このため、発電出力Ｐよりも水車出力PT
の方が小さくなり回転速度Ｎは発電出力指令PO急変後一
時的に減速され、その後時点t1で発電出力Ｐと水車出力
PTが等しくなり回転速度Ｎは極小となる。なおこの時点
t1では速度偏差ΔＮは正なので案内羽根開度補正信号Δ
Ｙは正で、案内羽根開度Ｙは適正案内弁開度指令Yaより
も更に上昇する。従つて水車出力PTは発電出力Ｐより大
きくなり、回転速度Ｎは第４図（ｆ）の様に上昇し始め
る。そして回転速度Ｎの上昇と共に適正回転速度指令Na
との偏差が小さくなり、案内羽根開度補正信号ΔＹの減
少と共に水車出力PTが減少し、回転速度Ｎの加速度は減
少する。 第１図の実施例を用いると定常状態における速度偏差
ΔＮは積分要素19により零になる。一方、水車特性関数
発生部５からの適正案内羽根開度指令Yaと案内羽根開度
Ｙの偏差は水車特性関数発生器５内に記憶された水車特
性と水車２の現実の特性の誤差に対応するもので水車特
性関数の精度を上昇させる事により殆ど零にする事が可
能である。従つて、定常時の案内羽根開度偏差（Ya−
Ｙ）のみを積分要素19が発生すれば良い事になる。 以上を式を使つて再度説明する。 二次励磁装置３にはＰをPOに合わるために積分要素等
が組込まれており定常時は Ｐ＝PO … 16回転制御装置に組込まれた積分要素により定常時は Ｎ＝Na … 又10案内羽根駆動装置により定常時は Ｙ＝Ya＋ΔＹ … 又定常時は水車出力PTと発電機出力Ｐが同じ答で Ｐ＝PT＝（H,Y,N） … 更に適正案内羽根開度指令Yaは元々その時の水位ＨとＮ
＝Naの下でPOに相当するよう与えている筈であるので PO＝（H,Ya,Na） … 以上総合すると定常時はＹ＝Ya即ちΔＹ＝０になる。 制御効果のある比例要素18の利得K1を大きくして積分
要素19の利得K2を相対的に小さくしてできるだけ案内羽
根開度の応答速度を速くする。他方で第４図（ｅ），
（ｆ）の如く水車出力PTと回転速度Ｎを振動させずに整
定する。 尚、案内羽根開度を変化させると水車の流量が変りこ
れに従つて水車の上下流水路に水撃を生ずる。水撃の大
きさは水量の変化率と水路の長さに関係しており水路が
長い場合は水量を急激に変化させると危険である。 このため一般に案内羽根の開閉操作速度に制限を与え
る必要がありこれが案内羽根制御系の応答速度を制限す
る最大要因となる。 ところで、水撃現象は前述の回転速度制御系にとつて
は最大の不安定化要因となる。即ち回転速度を下げよう
として案内羽根を閉めると水撃によつて一時的に水車に
かかる有効落差が上昇しこれが一時的乍ら水車出力を増
大させる方向に、即ち逆方向に作用するからである。逆
に回転速度を上げようとして案内羽根を開けると水撃に
よつて一時的に有効落差が下り、これが一時的乍ら水車
出力を減少させる方向に、即ち逆方向に作用するからで
ある。 従つて、回転速度制御系は充分の安定性を確保できる
よう充分なダンピング効果をその制御系の中、特に16回
転速度制御装置内に具備させる必要がある。 第３図の実施例では16回転速度制御装置はPI回路（比
例＋積分）で構成されているが、他にPID回路（但しＤ
は微分）にするとか復元回路に不完全微分回路を付けた
いわゆるダンピング形ガバナに構成することもできる。 可変速水車発電システムにおける回転速度制御即ちＮ
ガバナは上述より明らかな如く大電力系統に並列されて
もされなくても自制御系の安定化は自分だけで守らなけ
ればならない。 即ち、従来の同期機用速度ガバナで言えばいつま単独
送電時の設定にしておく必要がある。 以上の実施例は、発電機に誘導機を用いこの二次励磁
制御によつて可変速発電を達成するシステムについての
ものであるが本発明は発電機の一次側に周波数変換器を
置くタイプの可変速発電システムにもそのまま適用可能
である。 又、外部から与えられる発電出力指令POに電力系統周
波数応答ガバナ（例えば願＃S58−199041）の出力を加
味するようにしても本発明はそのまま適用できる。 〔発明の効果〕 本発明の可変速発電装置によれば、本来の案内羽根開
度指令に外部から割込み式案内羽根開度設定値を与えた
場合でも、発電出力指令を所定値減少するように補正を
かけることにより、割込み制御後の案内羽根開度と絶対
的な制限値である割込み式案内羽根開度設定値との間に
余裕幅を与えることが可能になるため、割込み制御が行
われた場合に動特性にオーバーシュートが現れても割込
み式案内羽根開度設定値以上にならず可変速発電装置の
安定性を維持することが可能になる。
割込み制御を行った場合でも、動特性に対して余裕幅を
保つようにした可変速発電装置に関する。 〔従来の技術〕 特開昭61−170300号では巻線形誘導発電機と回転子巻
線（即ち二次巻線）を励磁制御するサイクロコンバータ
ーと案内羽根を有する水車を備えた可変速水車発電装置
の基本的運転方法の代表例が開示されている。 この公知では発電機の回転子の回転速度、即ち水車の
回転速度の制御を水車の案内羽根開度の最適化制御と共
に、水車の案内羽根に作用させて達成すること、他方発
電出力制御は励磁制御装置を介して発電機に直接作用さ
せ、フイードバツクされる実際の発電機出力を指令値の
差を絶えず消去するように励磁を制御して達成すること
が開示されている。 但し本発明の対象とする様な第２の案内羽根開度制御
信号による割り込み制御については一切触れられていな
かった。 他方従来の一定速度制御形の発電装置の場合は水車出
力制御信号と水車の回転速度制御信号の合成信号で案内
羽根を制御するように構成し、この上で該合成信号の値
には無関係に案内羽根を強制閉鎖できる第２の割り込み
制御は一般に負荷制限装置とか案内羽根開示制限装置と
呼ばれていた。 この負荷制限装置や案内羽根開度制限装置は何らかの
理由で本来の制御が失なわれても安全に水車を停止でき
るようにする安全上の目的の他上池水位に応じた水位調
整制御を行う等の積極的な目的もあつて設けられるもの
である。 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来の定速度形発電装置の場合、即ち発電機の周波数
を変換しないタイプの発電装置の場合、大電力系統に接
続されている限り同期発電機の個有特性である同期化力
によつて、常に発電機出力は水車出力にバランスするよ
うになつている。そしてその結果として水車回転速度が
変動することはなく常に電力系統周波数相度値に保持さ
れる。 換言すれば定速発電装置の場合は負荷制限装置を作用
させ、本来の定速度制御を止めて、案内羽根の割り込み
制御を生かしても、回転速度の変化を伴うことはなかっ
た。（即ち発電機出力も自然に相当値へと絞り込みでき
た） 但し乍ら本発明の対象としている可変速発電装置の場
合は水車回転速度と発生電力周波数は全く無縁であり水
車出力と発電機出力のバランスは自然には保持されな
い。 即ち水車の発生出力をPTとし、発電機出力をPG、発電
機効率をηＧとすると 但し、Ｉは水車及び発電機の回転部の慣性モーメン
ト,Nは回転速度,KIは定数,tは時間の関係においてPGがP
Tとは全く独立に動きうるようにして両者の差を許し乍
ら回転速度Ｎを変えようとするのが可変速発電システム
の本来の原理だからである。 ここでもし従来技術のままならPGは外部より支えられ
る発電出力指令に応じて決まるのに対し該割り込み制御
が動作した時はPTは該割り込み制御によつて決まること
になり原理的に回転速度Ｎの保持は不可能となる。 本発明は可変速発電装置において、特に案内羽根開度
割込み制御を行った場合でも、水車の案内羽根開度につ
いて余裕幅を保つようにして安定に継続運転が行えるよ
うにすることを目的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 上記目的を達成するために、本発明では電力系統に一
次巻線が接続され、二次巻線が外部からの発電出力指令
に応じて動作する電力変換器により交流励磁される巻線
型誘導機と、この巻線型誘導機に接続され、案内羽根開
度指令に応じて制御される案内羽根によって水量が調節
される水車と、発電出力指令を入力して適正案内羽根開
度指令を出力する水車特性関数発生器とを備えた可変速
発電装置において、割込み案内羽根開度指令を出力する
割込み案内羽根開度設定器と、適正案内羽根開度指令お
よび割込み案内羽根開度指令のうち低い値を採用し、案
内羽根開度指令として出力する低値選択手段と、割込み
案内羽根開度指令と案内羽根開度指令との差分値と、割
込み開度制限設定値とを比較する比較器と、この比較器
の出力信号により案内羽根開度指令と割込み開度制限設
定値の差分値より案内羽根開度指令が大きいときは、発
電出力指令を所定値減少するように補正する発電出力補
正手段とを備えるようにしたものである。 〔作用〕 本発明では割込み式案内羽根開度制御が動作したとき
に、外部より与えられる本来の案内羽根開度指令をこの
割込み制御の設定値へと自動修正させるとともに、外部
から与えられる発電出力指令を所定値減少するように補
正して、この補正後の案内羽根開度を割込み式案内羽根
開度制御で設定された値より僅かに下に修正されるよう
にすることにより、絶対的な制限値である割込み式案内
羽根開度設定値との間ち余裕幅を与え、割込み制御が作
用しているときでも動特性にオーバーシュート分の余裕
幅が存在するので、割込み制御が行われた場合でも可変
速発電装置の安全性を維持することが可能になる。 〔実施例〕 以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。 第１図は本発明の実施例を示す。 １は誘導機でその回転子に直結された水車２によつて
回転駆動されると共に誘導機１の２次巻線1bには周波数
変換器を備えた２次励磁制御装置３により誘導機１の回
転速度に応じて所定の位相に調整された交流励磁電流が
供給され、誘導機１の１次巻線1aからは交流系統４と等
しい周波数の交流電力が出力される様に可変速運転が行
なわれる。５は水車特性関数発生器で、補正後の発電出
力指令POXと水位信号Ｈとから適正案内羽根開度指令Ya
と適正回転速度指令Naを発生する。水位変動が小さい場
合は水位信号Ｈを省略することも出来る。16は回転速度
制御装置で適正回転指令Naと回転速度検出器６で検出さ
れる回転速度信号Ｎを比較して案内羽根開度補正信号Δ
Ｙを出力し、水車特性関数発生器５からの適正案内羽根
開度指令Yaは前記案内羽根開度補正信号ΔＹに加算器21
で付勢されて合成開度指令信号YXとなり案内羽根駆動装
置10に入力され案内羽根11の開度Ｙがこれに応じて調整
させ水車出力PTが制御される構成をとつている。 尚、案内羽根駆動装置10は次の様に構成される。 合成開度指令YXは加算器10Aにて最終的な案内羽根開
度指令YYと比較される。そしてこの偏差信号が２入力中
小さい方のみ通過せしめるLVG回路Ｄを経て積分動作す
る増巾器10Eに入力される。そして増巾器10Eは入力であ
る（YX−YY）の偏差がゼロになるまで即ちYY＝YXに達す
るまで積分動作をし続ける。 以上は本発明の割り込み制御を掛けなかつた場合の説
明であるがこれを掛けた時は下記となる。 10Bは本発明の割込み案内羽根開度設定器でこの割込
み案内羽根開度指令YLが加算器10Cで最終的な案内羽根
開度指令YYと比較され、その差（YL−YY）がLVG回路（1
0D）に入力される。 本発明の割り込み制御を掛けた時はYL＜YXとなりLVG
回路は（YX−YY）の代りに（YL−YY）を出力する。 そこで今度は増巾幅10EはこのYL−YYをゼロならしめ
るように即ちYY＝YLになるように応答する。 即ち上述の様にYLをYYより小さく設定するだけで簡単
に割り込み制御に移行する。 このようにして決まる最終的な案内羽根開度指令YYは
主サーボ機構10Fに入力され案内羽根11の開度Ｙを一義
的に決める。かくて定常的にはＹ＝YYになる。 他方10Gは第２図の割込み開度制限設定値εを出力す
る割込み開度制限設定器である。 比較器10Hは上述の信号（YL−YY）とεとの比較をし
ている部分で発電出力補正器10IはYYが（YL−ε）より
大きい限り発電出力指令補正信号ΔＰεを増大させてい
くる。そして、ついにはYYは（YL−ε）に設定され、こ
こで新しいバランス状態が得られる。 即ち発電出力指令POはこの自動補正を受けて新しいP
OXになる。そしてそれに基づくYXも（YL−ε）に設定さ
れる。 定常時は、ΔＹは後述の如くゼロかその近傍値になる
のでYaを略（YL−ε）にすると考えてもよい。 ７はスリツプ位相検出器で前記交流系統４の電力位相
と電気角で表わした前記誘導機２次側回転位相の差に等
しいスリツプ位相SPを検出する。スリツプ位相検出器７
の一構成例を説明する。スリツプ位相検出器の回転子は
誘導機１の１次巻線1aと並列に接続された３相巻線が設
けられ、スリツプ位相検出器７の固定子側には電気角で
π/2でけ異なる位置にホールコンバータがそれぞれ１個
設けられていて誘導機１の２次側から見た交流系統の電
圧位相が一致した信号が該ホールコンバータより検出さ
れ、スリツプ位相SPに変換される。 補正後の発電出力指令POXと前記スリツプ位相検出器
７のスリツプ位相信号SPは２次励磁装置３に入力され、
有効電力検出器９で検出される誘導機１の出力検出信号
Ｐが誘導機補正済出力指令POXに等しくなる様に誘導機
１の２次側巻線1bに供給する交流励磁電流を制御する。
具体的には特公昭57−60645号で提案されている制御方
法などが適用できる。 第３図は回転速度制御装置16の一実施例を示す。17は
比較器で回転速度偏差ΔＮを出力する。この回転速度偏
差ΔＮは18の比較要素K1と19の積分要素（K2/S）に入力
され、これらの出力は加算器20により案内羽根開度補正
信号ΔＹとなる。一方、外部からの発電出力指令POは前
述のように補正を受けてPOXになりこれが前記水車特性
関数発生器５に入力されると共に２次励磁制御装置３へ
の発電出力指令として入力される。 この様に構成された本実施例の制御装置において、割
り込み開度制限信号YLが充分大きく除外状態にあれば次
のように応答する。いま時点t0で例えば発電出力Ｐをス
テツプ状に上昇させようとして発電出力指令POを第４図
（ａ）に示す様にステツ状に上昇させると、誘導機１の
発電出力Ｐは第４図（ｇ）に示すように発電出力指令PO
の変化に追従して上昇する。一方、発電出力指令POが与
えられた後発電出力Ｐの応答よりも案内羽根11の開度Ｙ
の応答は遅い。このため、発電出力Ｐよりも水車出力PT
の方が小さくなり回転速度Ｎは発電出力指令PO急変後一
時的に減速され、その後時点t1で発電出力Ｐと水車出力
PTが等しくなり回転速度Ｎは極小となる。なおこの時点
t1では速度偏差ΔＮは正なので案内羽根開度補正信号Δ
Ｙは正で、案内羽根開度Ｙは適正案内弁開度指令Yaより
も更に上昇する。従つて水車出力PTは発電出力Ｐより大
きくなり、回転速度Ｎは第４図（ｆ）の様に上昇し始め
る。そして回転速度Ｎの上昇と共に適正回転速度指令Na
との偏差が小さくなり、案内羽根開度補正信号ΔＹの減
少と共に水車出力PTが減少し、回転速度Ｎの加速度は減
少する。 第１図の実施例を用いると定常状態における速度偏差
ΔＮは積分要素19により零になる。一方、水車特性関数
発生部５からの適正案内羽根開度指令Yaと案内羽根開度
Ｙの偏差は水車特性関数発生器５内に記憶された水車特
性と水車２の現実の特性の誤差に対応するもので水車特
性関数の精度を上昇させる事により殆ど零にする事が可
能である。従つて、定常時の案内羽根開度偏差（Ya−
Ｙ）のみを積分要素19が発生すれば良い事になる。 以上を式を使つて再度説明する。 二次励磁装置３にはＰをPOに合わるために積分要素等
が組込まれており定常時は Ｐ＝PO … 16回転制御装置に組込まれた積分要素により定常時は Ｎ＝Na … 又10案内羽根駆動装置により定常時は Ｙ＝Ya＋ΔＹ … 又定常時は水車出力PTと発電機出力Ｐが同じ答で Ｐ＝PT＝（H,Y,N） … 更に適正案内羽根開度指令Yaは元々その時の水位ＨとＮ
＝Naの下でPOに相当するよう与えている筈であるので PO＝（H,Ya,Na） … 以上総合すると定常時はＹ＝Ya即ちΔＹ＝０になる。 制御効果のある比例要素18の利得K1を大きくして積分
要素19の利得K2を相対的に小さくしてできるだけ案内羽
根開度の応答速度を速くする。他方で第４図（ｅ），
（ｆ）の如く水車出力PTと回転速度Ｎを振動させずに整
定する。 尚、案内羽根開度を変化させると水車の流量が変りこ
れに従つて水車の上下流水路に水撃を生ずる。水撃の大
きさは水量の変化率と水路の長さに関係しており水路が
長い場合は水量を急激に変化させると危険である。 このため一般に案内羽根の開閉操作速度に制限を与え
る必要がありこれが案内羽根制御系の応答速度を制限す
る最大要因となる。 ところで、水撃現象は前述の回転速度制御系にとつて
は最大の不安定化要因となる。即ち回転速度を下げよう
として案内羽根を閉めると水撃によつて一時的に水車に
かかる有効落差が上昇しこれが一時的乍ら水車出力を増
大させる方向に、即ち逆方向に作用するからである。逆
に回転速度を上げようとして案内羽根を開けると水撃に
よつて一時的に有効落差が下り、これが一時的乍ら水車
出力を減少させる方向に、即ち逆方向に作用するからで
ある。 従つて、回転速度制御系は充分の安定性を確保できる
よう充分なダンピング効果をその制御系の中、特に16回
転速度制御装置内に具備させる必要がある。 第３図の実施例では16回転速度制御装置はPI回路（比
例＋積分）で構成されているが、他にPID回路（但しＤ
は微分）にするとか復元回路に不完全微分回路を付けた
いわゆるダンピング形ガバナに構成することもできる。 可変速水車発電システムにおける回転速度制御即ちＮ
ガバナは上述より明らかな如く大電力系統に並列されて
もされなくても自制御系の安定化は自分だけで守らなけ
ればならない。 即ち、従来の同期機用速度ガバナで言えばいつま単独
送電時の設定にしておく必要がある。 以上の実施例は、発電機に誘導機を用いこの二次励磁
制御によつて可変速発電を達成するシステムについての
ものであるが本発明は発電機の一次側に周波数変換器を
置くタイプの可変速発電システムにもそのまま適用可能
である。 又、外部から与えられる発電出力指令POに電力系統周
波数応答ガバナ（例えば願＃S58−199041）の出力を加
味するようにしても本発明はそのまま適用できる。 〔発明の効果〕 本発明の可変速発電装置によれば、本来の案内羽根開
度指令に外部から割込み式案内羽根開度設定値を与えた
場合でも、発電出力指令を所定値減少するように補正を
かけることにより、割込み制御後の案内羽根開度と絶対
的な制限値である割込み式案内羽根開度設定値との間に
余裕幅を与えることが可能になるため、割込み制御が行
われた場合に動特性にオーバーシュートが現れても割込
み式案内羽根開度設定値以上にならず可変速発電装置の
安定性を維持することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の実施例、第２図は本発明の割り込み形
案内羽根開度制限制御の設定方法の説明図、第３図は第
１図の16回転速度制御装置の一具体化例、第４図は第１
図の実施例の通常運転時の動作説明図を示す。 １……誘導機、２……水車、３……２次励磁制御装置、
４……交流系統、５……水車特性関数発生器、６……回
転速度検出器、７……スリツプ位相検出器、９……有効
電力検出器、10……案内羽根駆動装置、11……案内羽
根、12……受電変圧器、16……回転速度制御装置、17…
…比較器、18……比例要素、19……積分要素、20……加
算器。
案内羽根開度制限制御の設定方法の説明図、第３図は第
１図の16回転速度制御装置の一具体化例、第４図は第１
図の実施例の通常運転時の動作説明図を示す。 １……誘導機、２……水車、３……２次励磁制御装置、
４……交流系統、５……水車特性関数発生器、６……回
転速度検出器、７……スリツプ位相検出器、９……有効
電力検出器、10……案内羽根駆動装置、11……案内羽
根、12……受電変圧器、16……回転速度制御装置、17…
…比較器、18……比例要素、19……積分要素、20……加
算器。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．電力系統に一次巻線が接続され、二次巻線が外部か
らの発電出力指令に応じて動作する電力変換器により交
流励磁される巻線型誘導機と、該巻線型誘導機に接続さ
れ、案内羽根開度指令に応じて制御される案内羽根によ
って水量が調節される水車と、前記発電出力指令を入力
して適正案内羽根開度指令を出力する水車特性関数発生
器とを備えた可変速発電装置において、割込み案内羽根
開度指令を出力する割込み案内羽根開度設定器と、前記
適正案内羽根開度指令および前記割込み案内羽根開度指
令のうち低い値を採用し、前記案内羽根開度指令として
出力する低値選択手段と、前記割込み案内羽根開度指令
と前記案内羽根開度指令との差分値と、割込み開度制限
設定値とを比較する比較器と、該比較器の出力信号によ
り前記案内羽根開度指令と前記割込み開度制限設定値の
差分値より前記案内羽根開度指令が大きいときは、前記
発電出力指令を所定値減少するように補正する発電出力
補正手段とを備えたことを特徴とする可変速発電装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62318848A JP2680009B2 (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | 可変速発電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62318848A JP2680009B2 (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | 可変速発電装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01163477A JPH01163477A (ja) | 1989-06-27 |
| JP2680009B2 true JP2680009B2 (ja) | 1997-11-19 |
Family
ID=18103630
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62318848A Expired - Lifetime JP2680009B2 (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | 可変速発電装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2680009B2 (ja) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62228673A (ja) * | 1986-02-07 | 1987-10-07 | Kansai Electric Power Co Inc:The | 水力機械の可変速駆動装置の制御方式 |
| JPH063187B2 (ja) * | 1986-04-26 | 1994-01-12 | 株式会社東芝 | 可変速水力機械の定常運転方法 |
| JP2585220B2 (ja) * | 1986-04-30 | 1997-02-26 | 株式会社日立製作所 | 可変速揚水装置 |
| JPS62282171A (ja) * | 1986-04-30 | 1987-12-08 | Hitachi Ltd | 可変速揚水システム |
| JPS62282172A (ja) * | 1986-05-12 | 1987-12-08 | Hitachi Ltd | 可変速水車発電装置 |
-
1987
- 1987-12-18 JP JP62318848A patent/JP2680009B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01163477A (ja) | 1989-06-27 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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