JP2685199B2 - 可変速水力発電設備の始動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、可変速運転が可能な水車またはポンプ水車
等の水力機械と、この水力機械に直結された発電機また
は発電電動機をスムーズに始動させる可変速水力発電設
備の始動方法に関する。

（従来の技術） 水力発電所においては、従来、同期発電機または同期
発電電動機が多用されていたが、最近は、誘導発電機や
誘導発電電動機を用い、これらの発電機または発電電動
機の回転速度を速度制御装置によって制御するようにし
た可変速水力発電設備が採用されるようになってきた。

第２図は、水力発電設備の制御装置の構成例を示すも
ので、出力制御装置１は出力目標値Ｐ＊が入力される
と、この目標値Ｐ＊に対応する回転速度目標値Ｎ＊を算
定するとともに、開度調整器２に指令して水車またはポ
ンプ水車のガイドベーン３を操作し、ランナ４を回転さ
せる。このランナに直結されている誘導発電機または誘
導発電電動機５の実回転速度は速度検出器６によって検
出される。

速度制御回路７は速度検出器６によって検出れた実回
転速度Ｎと、出力制御装置１から出力される回転速度目
標値Ｎ＊との差を検出し、この差に応じた大きさの制御
信号を速度制御装置８に向けて出力する。なお速度制御
回路７には、可変速制御する際の主機の回転速度追従性
をよくするために制御利得回路（図示せず）が組込まれ
ており、主機が目標の回転速度から離脱しないように作
動している。

この場合、発電機または発電電動機を始動時から電力
系統に並列して制御しようとすると、速度制御装置８の
必要容量が大きくなり、現実的でないため、通常は、可
変速制御が可能な回転速度範囲を定めている。即ち、発
電機または発電電動機を始動させる場合には、当初は電
力系統から解列させておき、回転速度が次第に上昇し、
可変速制御が可能な下限回転速度に達してから初めて発
電機または発電電動機を系統に並入し、その時点から速
度制御回路７による速度制御を行うのが通例である。

（発明が解決しようとする課題） 上述のように、従来の可変速水力機械の運転方法にお
いては、主機の回転速度が上昇し、可変速制御が可能な
下限回転速度に達した段階で電力系統に並入するように
しているが、その場合には、発電機または発電電動機の
系統への並入と同時に速度制御回路７による制御が開始
されるため、速度制御装置８によって発電機または発電
電動機の回転速度の上昇は急激に抑制されることにな
る。

このため、発電機または発電電動機５には瞬間的に大
きな制動トルクが加わり、発電機または発電電動機は瞬
時に大きな出力を発生することになる。このような大き
な電力変動は系統に悪影響を及ぼし、系統の運用を困難
にするという欠点がある。

これを図面を参照して説明すると、第３図は可変速水
力発電設備の始動時における発電機の出力Ｐ、ガイドベ
ーン開度Ａ、回転速度Ｎおよび速度制御利得Ｇの変化の
様子を示すもので、この図から明らかなように、先ず、
ガイドベーンは起動ガイドベーン開度A1に達するまで徐
々に開操作される。回転速度Ｎが次第に上昇し、可変速
制御可能な下限回転速度N1に近づいたらガイドベーンを
無負荷開度A1に調整する。

回転速度Ｎが可変速制御制御可能な下限回転速度N1に
達した時刻t1において、発電機または発電電動機を電力
系統に並入し、同時に並入時の回転速度目標値Ｎ＊は下
限回転速度N1に設定される。この時、速度制御回路７が
作動し、速度制御装置８によって回転速度Ｎの上昇は急
激に拘束される。その結果、時刻t1にて出力Ｐがステッ
プ状に変化し、出力変動ΔＰを発生させることになる。

この瞬時に発生するステップ状の出力変動を無くす方
法としては、起動ガイドベーン開度A2を無負荷開度A1に
することも考えられるが、その場合には、回転速度Ｎが
下限回転速度N1に達するまでに長時間を要し、発電所の
機能的運用に支障をきたすという不都合がある。

本発明は従来技術における上述のごとき欠点を解決す
べくなされたもので、発電機または発電電動機の電力系
統への並列時における大きな電力変動を回避し、可変速
水力発電設備を短時間に、しかもスムーズに始動させる
ことができる可変速水力機械の運転方法を提供すること
を目的とするものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明の可変速水力発電設備の始動方法は、ガイドベ
ーンを備えた水車またはポンプ水車等の水力機械と、こ
の水力機械に直結された可変速の発電機または発電電動
機と、この発電機または発電電動機の回転速度を目標速
度に制御する速度制御装置とを備えた可変速水力発電設
備の始動方法において、前記発電機または発電電動機が
電力系統から解列され、停止している状態から前記水力
機械を始動・加速させ、前記速度制御装置の制御利得が
第一設定値にある間に前記発電機または発電電動機を電
力系統に並入させ、その後、並入時の動揺がおさまった
ことを確認できる予め定められた時間の経過後、前記速
度制御装置の制御利得を前記第一設定値よりも大きな第
二設定値に切替え、定常運転に移行させることを特徴と
するものである。

（作 用） 上述のように構成した本発明の可変速水力発電設備の
始動方法においては、主機を系統に並列させる際の速度
制御回路の制御利得が小さいため、主機の回転速度は緩
やかに上昇し、回転速度目標値Ｎ＊に達することにな
る。従って、発電機または発電電動機に、回転速度の上
昇を抑制するために必要なトルク、すなわち大きな出力
変動は発生しない。

また、主機の並列後には、所定の時間が経過する等、
並入時の動揺がおさまったことを確認した時点で、速度
制御回路の制御利得を、それまでの制御利得よりも大き
な第二の値に切替えるため、通常運転時における回転速
度の追従性も損なわれない。

（実施例） 以下、第１図および第２図を参照して本発明の実施例
を説明する。

本発明において使用される制御装置の基本的な構成は
第２図と同じであるが、速度制御回路７には大きさの異
なる２種類の制御利得G1,G2が記憶されている。

発電指定が入力されると、それに基づいて出力目標値
Ｐ＊が出力制御装置１に入力される。この出力制御装置
は開度調整器２に指令を発してガイドベーン３を起動ガ
イドベーン開度A2まで開操作し、ランチ４およびそれに
直結されている誘導型の発電機または発電電動機５を回
転させる。

発電機または発電電動機５の回転速度Ｎが上昇して可
変速制御が可能な下限回転速度N1に近づいたら、ガイド
ベーン３を無負荷開度A1に調整する。この時、速度制御
回路７の制御利得Ｇは小さな値の第一設定値G1に設定さ
れている。この第一設定値G1は大きすぎると回転速度Ｎ
を急激に拘束し、反対に小さすぎると、可変速制御が可
能な上限回転速度N2以上に回転速度Ｎが上昇してしまう
ため、そのような現象を抑制しうる中間的な値とされて
おり、従って回転速度Ｎはある程度の範囲内において拘
束されずに変化する。

次に、回転速度Ｎが更に上昇し、可変速制御が可能な
下限回転速度N1に達した時刻t1で発電機または発電電動
機５を電力系統に並入し、その後、所定の時間が経過し
た時刻t2にて速度制御回路７の制御利得Ｇを第一設定値
G1よりも大きな第二設定値G2に切替える。これにより、
始動操作は完了する。

上述のように、発電機または発電電動機５を電力系統
に並列する時刻t1における回転速度目標値Ｎ＊は下限回
転速度N1に設定されているが、速度制御回路７の制御利
得Ｇが小さな第一設定値G1となっているため、回転速度
Ｎの上昇は急激には抑制されず、回転速度Ｎは緩やかに
変化し、多少のオーバーシュートをした後、回転速度目
標値Ｎ＊に安定する。従って発電機または発電電動機５
の出力Ｐは第１図に示すように平坦になり、第３図の場
合のようなパルス状の大きな出力変動ΔＰは発生しな
い。

また、速度制御回路７の制御利得Ｇの値は上限回転速
度N2を越えないように調節されているため、回転速度Ｎ
の過大な上昇によって発電機または発電電動機５が制御
不能に陥ることもない。

一方、制御利得Ｇの値を小さな第一設定値G1のままと
しておいたのでは、定常運転に移行した後、回転速度Ｎ
の回転速度目標値Ｎ＊への追従性が悪くなるが、本発明
においては、並例後、一定の時間を経過した時刻t2にて
速度制御回路７の制御利得Ｇを第一設定値G1よりも大き
な第二設定値G2に切替えているので、定常運転時におけ
る回転速度Ｎの追従性も向上している。

なお、以上の実施例においては、発電機または発電電
動機５の電力系統への並入後、速度制御回路７の制御利
得を第二設定値G2に切替える条件として、並入からの経
過時間（t2−t1）を用いた例につき述べたが、本発明は
これに限定されるものではない。

すなわち本発明は発電機または発電電動機の系統への
並列の瞬間、あるいはその直後における種々の動揺、例
えば回転速度の変動や発電機出力の変動などが発生して
いる期間中、速度制御回路７の制御利得を低い値に抑え
ておくことを主目的とするものであるから、発電機また
は発電電動機を電力系統に並入させた後、並入時の動揺
がおさまったことを確認したら、直ちに速度制御回路の
利得を第二設定値G2に切替えてもよい。

この並入時動揺の終了確認の方法としては、前述した
並入からの経過時間（t2−t1）の他、並入時に生ずる発
電機出力の変動（本発明の場合においても、並入時には
ごく僅かではあるが、発電機出力が変動する。）を検出
し、それが所定の許容範囲内にあることを条件としても
よい。

あるいは、第１図のように、並入時のオーバーシュー
ト後、回転速度Ｎが再び下限回転速度N1になったことを
条件としてもよい。なお、この場合には、回転速度Ｎが
アンダーシュートすることもあるので、実用的には回転
速度の変動率も同時に監視することが必要であり、従っ
て、回転速度Ｎが下限回転速度から許容される範囲内に
あり、かつ、その時間変化率（dN/dt）が予め定められ
た範囲内にあることを条件とするのがよい。

〔発明の効果〕

上述のように、本発明によれば、可変速水力発電設備
を始動して電力系統に並入する際、大きな出力変動が発
生することを抑制できるので、電力系統に動揺を与える
ことがなく、系統の運用が容易となる。また、比較的短
い時間で回転速度Ｎを回転速度目標値Ｎ＊に追従させる
ことができるので、系統の安定性の向上にも貢献する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の作動を示すグラフ、第２図は
本発明が適用される可変速水力発電設備の概略構成を示
すブロック図、第３図は従来の制御方法の動作を示すブ
ロック図である。 １……出力制御装置、２……開度調整器、３……ガイド
ベーン、４……ランナ、５……発電機または発電電動
機、６……速度検出器、７……速度制御回路、８……速
度制御装置。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ガイドベーンを備えた水車またはポンプ水
   車等の水力機械と、この水力機械に直結された可変速の
   発電機または発電電動機と、この発電機または発電電動
   機の回転速度を目標速度に制御する速度制御装置とを備
   えた可変速水力発電設備の始動方法において、前記発電
   機または発電電動機が電力系統から解列され、停止して
   いる状態から前記水力機械を始動・加速させ、前記速度
   制御装置の制御利得が第一設定値にある間に前記発電機
   または発電電動機を電力系統に並入させ、その後、並入
   時の動揺がおさまったことを確認できる予め定められた
   時間の経過後、前記速度制御装置の制御利得を前記第一
   設定値よりも大きな第二設定値に切替え、定常運転に移
   行させることを特徴とする可変速水力発電設備の始動方
   法。