JP2768688B2 - 可変速水力発電設備の始動方法 - Google Patents
可変速水力発電設備の始動方法Info
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- JP2768688B2 JP2768688B2 JP63129160A JP12916088A JP2768688B2 JP 2768688 B2 JP2768688 B2 JP 2768688B2 JP 63129160 A JP63129160 A JP 63129160A JP 12916088 A JP12916088 A JP 12916088A JP 2768688 B2 JP2768688 B2 JP 2768688B2
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- 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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- Motor And Converter Starters (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は水力発電設備の制御方法に係わり、特に可変
速運転が可能な水車・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あるいは発電電動機をスム
ーズに始動させる制御方法に関する。
速運転が可能な水車・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あるいは発電電動機をスム
ーズに始動させる制御方法に関する。
（従来の技術） 従来、水力発電設備においては主機として同期発電機
や同期発電電動機が多用されていたが、最近はそれらの
替わりに、誘導発電機や誘導発電電動機が使用されるよ
うになってきた。
や同期発電電動機が多用されていたが、最近はそれらの
替わりに、誘導発電機や誘導発電電動機が使用されるよ
うになってきた。
第２図は、主機として誘導発電機または誘導発電電動
機を備えた可変速水力発電設備の制御系統を示す。
機を備えた可変速水力発電設備の制御系統を示す。
この可変速水力発電設備を始動する場合には、先ず、
発電指令に基づき目標出力Ｐ＊が出力制御装置１に入力
される。この出力制御装置は目標出力Ｐ＊に対応する目
標回転速度Ｎ＊を算定するとともに開度調節器２に指令
を発し、水車またはポンプ水車等（以下、単に水車とい
う）のガイドベーン３を操作してランナ４を回転させ
る。このランナ４に直結されている誘導発電機あるいは
誘導発電電動機（以下、単に誘導発電機という）５の回
転速度は速度検出器６で検出される。速度制御回路７は
速度検出器６で検出された実回転速度Ｎと、出力制御装
置１から出力される目標回転速度Ｎ＊の差を検出し、こ
の差に応じた制御信号を速度制御装置８に出力する。
発電指令に基づき目標出力Ｐ＊が出力制御装置１に入力
される。この出力制御装置は目標出力Ｐ＊に対応する目
標回転速度Ｎ＊を算定するとともに開度調節器２に指令
を発し、水車またはポンプ水車等（以下、単に水車とい
う）のガイドベーン３を操作してランナ４を回転させ
る。このランナ４に直結されている誘導発電機あるいは
誘導発電電動機（以下、単に誘導発電機という）５の回
転速度は速度検出器６で検出される。速度制御回路７は
速度検出器６で検出された実回転速度Ｎと、出力制御装
置１から出力される目標回転速度Ｎ＊の差を検出し、こ
の差に応じた制御信号を速度制御装置８に出力する。
速度制御回路７には、可変速制御する際に主機の回転
速度の追従性をよくするために制御時定数回路（図示せ
ず）が内蔵されており、誘導発電機５が目標とする回転
速度から離脱しないように作動している。
速度の追従性をよくするために制御時定数回路（図示せ
ず）が内蔵されており、誘導発電機５が目標とする回転
速度から離脱しないように作動している。
なお、誘導発電機５を始動時から電力系統に並列して
制御することは、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、可変速制御の可能な回転速度範
囲が定められている。従って始動時には、誘導発電機５
は可変速制御可能な下限回転速度に達してから初めて電
気系統に並列され、その時点から前述した速度制御回路
７による速度制御が開始される。
制御することは、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、可変速制御の可能な回転速度範
囲が定められている。従って始動時には、誘導発電機５
は可変速制御可能な下限回転速度に達してから初めて電
気系統に並列され、その時点から前述した速度制御回路
７による速度制御が開始される。
（発明が解決しようとする課題） 上述のような制御方法により可変速水車を起動する場
合には、次のような問題が発生する。
合には、次のような問題が発生する。
すなわち、誘導発電機５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誘導発電機５
を電力系統に並列させると、この並列と同時に速度制御
回路７による制御が開始されるため、速度制御装置８に
よって回転速度の上昇が急激に抑制される。その結果、
誘導発電機５に大きな制動トルクが瞬間的に発生し、誘
導発電機５に大きな出力が発生することとなる。
制御が可能な下限回転速度に達した段階で誘導発電機５
を電力系統に並列させると、この並列と同時に速度制御
回路７による制御が開始されるため、速度制御装置８に
よって回転速度の上昇が急激に抑制される。その結果、
誘導発電機５に大きな制動トルクが瞬間的に発生し、誘
導発電機５に大きな出力が発生することとなる。
その詳細を第３図を参照して説明する。同図は従来方
法による可変速水力発電設備の始動時における出力Ｐ、
ガイドベーン開度Ａ、回転速度Ｎおよび速度制御時定数
TGの時間的変化の様子を示すもので、ガイドベーンは先
ず起動ガイドベーン開度A2まで開操作され、主機の回転
速度Ｎが上昇して可変速制御可能な下限回転速度N1に近
ずいたら無負荷開度A1に調整される。回転速度Ｎが下限
回転速度N1に達した時刻t1で誘導発電機５は電力系統に
並列され、同時に並列時の目標回転速度Ｎ＊は下限回転
速度N1に設定される。
法による可変速水力発電設備の始動時における出力Ｐ、
ガイドベーン開度Ａ、回転速度Ｎおよび速度制御時定数
TGの時間的変化の様子を示すもので、ガイドベーンは先
ず起動ガイドベーン開度A2まで開操作され、主機の回転
速度Ｎが上昇して可変速制御可能な下限回転速度N1に近
ずいたら無負荷開度A1に調整される。回転速度Ｎが下限
回転速度N1に達した時刻t1で誘導発電機５は電力系統に
並列され、同時に並列時の目標回転速度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の上昇が急激に抑制される。その結
果、時刻t1で誘導発電機５の出力Ｐが瞬時にステップ状
に変化し、出力ΔＰが発生する。
よって回転速度Ｎの上昇が急激に抑制される。その結
果、時刻t1で誘導発電機５の出力Ｐが瞬時にステップ状
に変化し、出力ΔＰが発生する。
このように大きく、かつ過渡的な電力変動は系統運用
に悪影響を及ぼすおそれがある上、誘導発電機５に機械
的な衝撃力を加えることになり、好ましくない。
に悪影響を及ぼすおそれがある上、誘導発電機５に機械
的な衝撃力を加えることになり、好ましくない。
なお、上述したステップ状に発生する出力ΔＰを無く
すため、起動ガイドベーン開度A2を無負荷開度A1に設定
しておく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、水力発
電設備の機能的運用に支障をきたすという不都合があ
る。
すため、起動ガイドベーン開度A2を無負荷開度A1に設定
しておく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、水力発
電設備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、前述したような主機の電力系統への並列時
に発生する大きな電力変動を無くし、可変速水力発電設
備を短時間でスムーズに始動させることのできる制御方
法を提供することを目的とするものである。
に発生する大きな電力変動を無くし、可変速水力発電設
備を短時間でスムーズに始動させることのできる制御方
法を提供することを目的とするものである。
本発明は、ガイドベーンを備えた水車あるいはポンプ
水車等の水力機械と、この水力機械に連結された可変速
発電機あるいは可変速発電電動機と、この発電機あるい
は発電電動機の速度を目標速度に制御する速度制御装置
を備えた可変速水力発電設備において、前記発電機ある
いは発電電動機が電気系統から解列され、前記水力機械
が停止している状態からこれを始動・加速させ、前記発
電機あるいは発電電動機を電気系統に並入させ、並入後
あらかじめ定められた並入からの経過時間、発電機ある
いは発電電動機の出力、あるいは電動機あるいは発電電
動機の回転速度に基づいて並入時の動揺が収まったこと
を確認し、並入時の動揺が収まったことが確認されるま
では、速度制御装置の制御時定数を第１の値に設定して
その応答を遅くし、並入時の動揺が収まったことが確認
された後は、前記速度制御装置の制御時定数を第１の値
より小さな第２の値に切替え、その応答を速くして定常
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
の始動方法である。
水車等の水力機械と、この水力機械に連結された可変速
発電機あるいは可変速発電電動機と、この発電機あるい
は発電電動機の速度を目標速度に制御する速度制御装置
を備えた可変速水力発電設備において、前記発電機ある
いは発電電動機が電気系統から解列され、前記水力機械
が停止している状態からこれを始動・加速させ、前記発
電機あるいは発電電動機を電気系統に並入させ、並入後
あらかじめ定められた並入からの経過時間、発電機ある
いは発電電動機の出力、あるいは電動機あるいは発電電
動機の回転速度に基づいて並入時の動揺が収まったこと
を確認し、並入時の動揺が収まったことが確認されるま
では、速度制御装置の制御時定数を第１の値に設定して
その応答を遅くし、並入時の動揺が収まったことが確認
された後は、前記速度制御装置の制御時定数を第１の値
より小さな第２の値に切替え、その応答を速くして定常
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
の始動方法である。
（作 用） しかして本願発明によれば、並入時の動揺が収まった
ことが確認される前は、速度制度装置の制御時定数を第
１の値に設定してその応答を遅くし、並入時の動揺が収
まったことが確認された後は、制御時定数を第２の値に
設定してその応答を速くして定常運転に移行するので、
並入時に瞬時に多大な電力変動を生じさせることなくス
ムースに定常運転に移行させることができる。
ことが確認される前は、速度制度装置の制御時定数を第
１の値に設定してその応答を遅くし、並入時の動揺が収
まったことが確認された後は、制御時定数を第２の値に
設定してその応答を速くして定常運転に移行するので、
並入時に瞬時に多大な電力変動を生じさせることなくス
ムースに定常運転に移行させることができる。
次に、本発明の実施例を第１図および第２図を参照し
て説明する。なお、本発明の実施例において使用される
制御系統のハード構成は、速度制御回路７に制御時定数
ＴGを第１の値と第２の値に切替える機構が内蔵されて
いる点を除けば、第２図と同じである。また、第１図は
出力Ｐ、ガイドベーン開度Ａ、回転速度Ｎおよび速度制
御回路７の制御時定数TGの時間的変化を示すものであ
る。
て説明する。なお、本発明の実施例において使用される
制御系統のハード構成は、速度制御回路７に制御時定数
ＴGを第１の値と第２の値に切替える機構が内蔵されて
いる点を除けば、第２図と同じである。また、第１図は
出力Ｐ、ガイドベーン開度Ａ、回転速度Ｎおよび速度制
御回路７の制御時定数TGの時間的変化を示すものであ
る。
第１図および第２図において、発電指令が発せられる
と、それに基づいて目標出力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まで開操作さ
せ、ランナ４に直結されている誘導発電機５を起動させ
る。
と、それに基づいて目標出力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まで開操作さ
せ、ランナ４に直結されている誘導発電機５を起動させ
る。
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に近付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の制御時定数TGは大きな
値TG1に設定されており、回転速度Ｎを急激に目標回転
速度Ｎ＊（この場合は下限回転速度N1）にするような制
御はできなくなっている。
度N1に近付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の制御時定数TGは大きな
値TG1に設定されており、回転速度Ｎを急激に目標回転
速度Ｎ＊（この場合は下限回転速度N1）にするような制
御はできなくなっている。
次に、回転速度Ｎが上昇し、可変速制御が可能な下限
回転速度N1に達した時刻t1で誘導発電機５を電力系統に
並列し、並列後、所定の時間が経過した時刻t2で速度制
御回路７の制御時定数TGを小さな値TG2に切替える。
回転速度N1に達した時刻t1で誘導発電機５を電力系統に
並列し、並列後、所定の時間が経過した時刻t2で速度制
御回路７の制御時定数TGを小さな値TG2に切替える。
このように、時刻t1で誘導発電機５を電力系統に並列
する際、目標回転速度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の制御時定数TGが大きな値TG
1になっているために、回転速度Ｎの上昇は急激には抑
制されず、回転速度Ｎは緩やかに上昇し、その後、目標
回転速度Ｎ＊になる。そのため誘導発電機５には回転速
度Ｎの上昇を急激に抑制するのに必要なトルク、つまり
第３図に示したような大きさ出力ΔＰは発生しない。
する際、目標回転速度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の制御時定数TGが大きな値TG
1になっているために、回転速度Ｎの上昇は急激には抑
制されず、回転速度Ｎは緩やかに上昇し、その後、目標
回転速度Ｎ＊になる。そのため誘導発電機５には回転速
度Ｎの上昇を急激に抑制するのに必要なトルク、つまり
第３図に示したような大きさ出力ΔＰは発生しない。
また、速度制御回路７の制御時定数TGの値は回転速度
Ｎが上限回転速度N2を越えないように調節されているた
め、過大な回転速度Ｎの上昇による制御不能に陥るよう
なことはない。
Ｎが上限回転速度N2を越えないように調節されているた
め、過大な回転速度Ｎの上昇による制御不能に陥るよう
なことはない。
一方、制御時定数TGの値が大きな値TG1のままでは定
常運転に移行した際、回転速度Ｎの目標回転速度Ｎ＊へ
の追従性が悪くなるため、並列後、一定時間を経過した
時刻t2にて、速度制御回路７の制御時定数TGを小さな値
TG2に切替え、定常運転時における回転速度Ｎの追従性
を良くしている。
常運転に移行した際、回転速度Ｎの目標回転速度Ｎ＊へ
の追従性が悪くなるため、並列後、一定時間を経過した
時刻t2にて、速度制御回路７の制御時定数TGを小さな値
TG2に切替え、定常運転時における回転速度Ｎの追従性
を良くしている。
このように本実施例においては、可変速水力発電装置
を始動して電力系統に並列する際に、多大な電力変動が
発生しないため、電力系統への悪影響が排除されてい
る。
を始動して電力系統に並列する際に、多大な電力変動が
発生しないため、電力系統への悪影響が排除されてい
る。
なお、前述の実施例では、主機の並入後、速度制御の
制御時定数を第１の値TG1よりも小さな第２の値TG2に切
替える条件として系統並入からの時間を用いたが、本発
明はこれに限定されるものではなく、個々の条件に応じ
て別の条件を用いることもできる。
制御時定数を第１の値TG1よりも小さな第２の値TG2に切
替える条件として系統並入からの時間を用いたが、本発
明はこれに限定されるものではなく、個々の条件に応じ
て別の条件を用いることもできる。
すなわち、本発明の主目的は、電力系統への並入の瞬
間、及びその直後に、種々の動揺（たとえば回転速度の
変動、発電機出力の変動）が発生している期間中、速度
制御装置の制御時定数を大きくすることで達成されるた
め、主機を電力系統へ並入した後、並入時の動揺がおさ
まったことが確認されれば、直ちに速度制御装置の制御
時定数を第２の値に切替えてよい。
間、及びその直後に、種々の動揺（たとえば回転速度の
変動、発電機出力の変動）が発生している期間中、速度
制御装置の制御時定数を大きくすることで達成されるた
め、主機を電力系統へ並入した後、並入時の動揺がおさ
まったことが確認されれば、直ちに速度制御装置の制御
時定数を第２の値に切替えてよい。
その際、動揺がおさまったことを確認する条件として
は、前述したように並入からの経過時間を用いるほか、
並入後、発電機出力を検出し、それが所定の値（第１図
の説明では省略したが、たとえ本発明を適用した場合で
も、系統並入時には、ごくわずかな発電機出力の動揺
［第３図中の出力変動ΔＰを小さくしたもの］が発生し
ている）の範囲内にあることを条件としてもよい。
は、前述したように並入からの経過時間を用いるほか、
並入後、発電機出力を検出し、それが所定の値（第１図
の説明では省略したが、たとえ本発明を適用した場合で
も、系統並入時には、ごくわずかな発電機出力の動揺
［第３図中の出力変動ΔＰを小さくしたもの］が発生し
ている）の範囲内にあることを条件としてもよい。
また第１図に示すように並入時に回転速度は多少オー
バーシュートするので、並入後回転速度Ｎが下限回転速
度になったときを動揺がおさまったことを確認する条件
としてもよい。尤も、この場合には、回転速度がアンダ
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、回転速度Ｎの
値が下限回転速度から許容される範囲にあり、かつその
時間変化率（|dN/dt|）があらかじめ定められた範囲内
にあることを切替え条件としてもよい。
バーシュートするので、並入後回転速度Ｎが下限回転速
度になったときを動揺がおさまったことを確認する条件
としてもよい。尤も、この場合には、回転速度がアンダ
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、回転速度Ｎの
値が下限回転速度から許容される範囲にあり、かつその
時間変化率（|dN/dt|）があらかじめ定められた範囲内
にあることを切替え条件としてもよい。
以上述べたように、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列する際、瞬時に大きな出力
が発生することなくスムーズに出力を上昇させることが
できるため、電力系統に多大な電力変動は発生させるこ
とはなく、従って可変速水力発電設備をスムーズに始動
させることができる。
備を始動して電力系統に並列する際、瞬時に大きな出力
が発生することなくスムーズに出力を上昇させることが
できるため、電力系統に多大な電力変動は発生させるこ
とはなく、従って可変速水力発電設備をスムーズに始動
させることができる。
第１図は本発明方法における発電機出力、ガイドベーン
開度、回転速度および制御利得の時間変化を示すグラ
フ、第２図は可変速水力発電設備の制御方法を示すブロ
ック図、第３図は従来方法の作動例を示すグラフであ
る。 １……出力制御装置、２……開度調節器、３……ガイド
ベーン、４……ランナ、５……誘導発電機または誘導発
電電動機、６……速度検出器、７……速度制御回路、８
……速度制御装置。
開度、回転速度および制御利得の時間変化を示すグラ
フ、第２図は可変速水力発電設備の制御方法を示すブロ
ック図、第３図は従来方法の作動例を示すグラフであ
る。 １……出力制御装置、２……開度調節器、３……ガイド
ベーン、４……ランナ、５……誘導発電機または誘導発
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)
- 【請求項１】ガイドベーンを備えた水車あるいはポンプ
水車等の水力機械と、この水力機械に連結された可変速
発電機あるいは可変速発電電動機と、この発電機あるい
は発電電動機の速度を目標速度に制御する速度制御装置
を備えた可変速水力発電設備において、前記発電機ある
いは発電電動機が電気系統から解列され、前記水力機械
が停止している状態からこれを始動・加速させ、前記発
電機あるいは発電電動機を電気系統に並入させ、並入後
あらかじめ定められた並入からの経過時間、発電機ある
いは発電電動機の出力、あるいは電動機あるいは発電電
動機の回転速度に基づいて並入時の動揺が収まったこと
を確認し、並入時の動揺が収まったことが確認されるま
では、速度制御装置の制御時定数を第１の値に設定して
その応答を遅くし、並入時の動揺が収まったことが確認
された後は、前記速度制御装置の制御時定数を第１の値
より小さな第２の値に切替え、その応答を速くして定常
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63129160A JP2768688B2 (ja) | 1988-05-26 | 1988-05-26 | 可変速水力発電設備の始動方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63129160A JP2768688B2 (ja) | 1988-05-26 | 1988-05-26 | 可変速水力発電設備の始動方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01300068A JPH01300068A (ja) | 1989-12-04 |
| JP2768688B2 true JP2768688B2 (ja) | 1998-06-25 |
Family
ID=15002629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63129160A Expired - Lifetime JP2768688B2 (ja) | 1988-05-26 | 1988-05-26 | 可変速水力発電設備の始動方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2768688B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5240392A (en) * | 1975-09-26 | 1977-03-29 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Magnetic flaw detection device |
| JPS5320088A (en) * | 1976-08-05 | 1978-02-23 | Mitsubishi Electric Corp | Water wheel speed governor |
-
1988
- 1988-05-26 JP JP63129160A patent/JP2768688B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01300068A (ja) | 1989-12-04 |
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