JP2839518B2

JP2839518B2 - 可変速発電装置

Info

Publication number: JP2839518B2
Application number: JP63331787A
Authority: JP
Inventors: 一暁平野; 俊昭奥山; 保弘八坂
Original assignee: Hitachi Engineering and Services Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering and Services Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1988-12-29
Filing date: 1988-12-29
Publication date: 1998-12-16
Anticipated expiration: 2013-12-16
Also published as: JPH02179300A

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関するものである。

〔従来の技術〕

従来の可変速発電装置は特開昭63-69499号公報にも示
され、また第５図にも記載されているように、誘導発電
機１の二次巻線に直結の第１交直変換器２で二次電流お
よび二次周波数を制御して、誘導発電機１の一次電圧お
よび一次周波数を一定とする、また、第１および第２の
交直変換器2,3の直流側電圧も一定に制御する方式が負
荷調整に採用されている。

そして誘導発電機１の二次側の電圧，電流，負荷の関
係は、水車４の特性から全負荷時はすべり零、無負荷時
は無拘束速度となり、全負荷時に電流値最大、電圧は
零、無負荷時に電流は零、電圧は最大となる。

上述の現象より直流電圧を三相電圧に変換する第１交
直変換器２の６組の各制御素子は、当然無負荷時の最大
電圧値と全負荷時の最大電流値とを考慮した定格値とす
る必要がある。

なお同図において５は負荷、６は一次電流制御器、７
は電圧設定器、８は加算器、９は電圧検出器、10はコン
デンサ、11はバツテリー、12は発振器、13は二次電流制
御器、14は乗算器、15は加算器、16は電圧検出器、17は
電圧設定器、18は回転位相検出器、19はすべり位相検出
器である。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、制御素子の定格電流値と電圧値とが
すべて最大値となり、定格容量も実際の使用値に比べて
大きく選定しなければならない回路構成となつており、
制御装置の合理化面で配慮がされておらず、価格面で問
題があつた。

本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、制御部
の容量を大幅に低減することを可能とした可変速発電装
置を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

すなわち本発明は、原動機と誘導発電機とを備えた可
変速発電装置において、前記誘導発電機の回転数を検出
する回転数検出器と、前記誘導発電機の二次電流を整流
する整流器と、この整流器からの二次電流を制御する直
流チョッパと、前記整流器からの二次電流を検出する二
次電流検出器と、前記誘導発電機の電力設定値と前記回
転数検出器よる回転数から、前記直流チョッパが制御す
る二次電流の二次電流指令値を求めて、前記二次電流検
出器が検出した電流値が前記二次電流値と等しくなるよ
うに前記直流チョッパのオン、オフ動作を制御する二次
電流制御装置と設けるようになし、所期の目的を達成す
るようにしたものである。

またこの場合、前記二次電流制御装置は前記電力設定
値を前記回転数検出器からの回転数で除算した値に応じ
て、前記二次電流指令値を求めるようにしたものであ
る。

また本発明は、原動機と誘導発電機とを備えた可変速
発電装置において、前記誘導発電機の回転数を検出する
回転数検出器と、前記誘導発電機の二次電流を整流する
整流器と、該整流器からの二次電流を制御する直流チョ
ッパと、前記整流器からの二次電流を検出する二次電流
検出器と、前記誘導発電機の電力設定値と前記回転数検
出器による回転数から、前記直流チョッパが制御する二
次電流の二次電流指令値を求めて、前記二次電流検出器
が検出した電流値が前記二次電流値と等しくなるように
前記直流チョッパのオン、オフ動作を制御する二次電流
制御装置と、前記誘導発電機の二次電力を誘導発電機の
一時側に回生する回生インバータと、該回生インバータ
を制御し、前記誘導発電機の端子電圧と周波数とを一定
値に制御する回生インバータ制御装置とを設けるように
したものである。

また、この場合、前記二次電流制御装置は前記電力設
定値と前記回転数検出器からの回転数で除算した値に応
じて、前記二次電流指令値を求めるようにしたものであ
る。

〔実施例〕

以下、図示した実施例に基づいて本発明を説明する。
第１図から第４図には本発明の一実施例が示されてい
る。なお従来と同じ部品には同じ符号を付したので説明
を省略する。水車４と誘導発電機１とを備えた可変速発
電装置で、本実施例では発電装置を、誘導発電機１の二
次電流を全波整流し、その出力側をオン動作で短絡する
直流チヨツパ20の動作で誘導発電機１の負荷に対応して
二次電流を調整する二次電流制御装置と、誘導発電機１
の二次電力を誘導発電機１の一次側に回生する回生イン
バータ21で誘導発電機１の端子電圧と周波数とを所定値
に制御する制御装置22とを持つて構成した。このように
することにより回生インバータ21の容量は２次電力に比
例し、その容量は発電々力の数分の１にできると共に、
直流チヨツパ20の素子は１個ですむようになつて、制御
部の容量が大幅に低減するようになり、制御部の容量を
大幅に低減することを可能とした可変速発電装置を得る
ことができる。

すなわち二次電流制御装置を、誘導発電機１の負荷検
出器または負荷設定器（電力検出器または電力設定器）
Ｐの出力値P₀を誘導発電機１の回転数Ｎで除算した値に
比例して誘導発電機１の二次電流を調整するようにし
た。また、誘導発電機１の二次電流は、水車４の回転数
に応じて制限されるようにした。そしてこの誘導発電機
１の二次電流は回生インバータ21の直流側の電圧が所定
値となるように、直流チヨツパ20を制御して制御される
ようにした。回生インバータ21の出力電圧は、誘導発電
機１の系統電圧と系統電圧の指令値との大きさに応じて
制御されるようにした。誘導発電機１は、回生インバー
タ21の直流電圧をバツテリー23で加圧して自励発電され
るようにした。

すなわち二次電流制御装置により、誘導発電機１の負
荷側に設置された電圧変成器PTと電流変流器CTとに接続
された負荷検出器または負荷設定器（電力検出器または
電力設定器）Ｐの出力値P₀を誘導発電機１の回転数Ｎで
演算器24を介して除算した値に比例して誘導発電機１の
二次電流値を制御する。この際、二次電流値が回生イン
バータ21の容量以内になるように、電流制限装置25で補
正した二次電流指令値と実際の二次電流値との偏差値で
比較器26を作動して、直流チヨツパ20を動作させ発電量
に見合つた二次電流値に制御する手段と、次に述べる手
段とを設けて構成した。すなわちコンデンサ27の端子電
圧と電圧設定器28の出力とを電圧偏差検出器29で検出し
て、この検出値と電流制限装置25の出力とを加算器30で
加算した後、比較器26で二次電流検出器31の出力と比較
して、直流チヨツパ20のオン，オフ信号を作り、それに
より直流チヨツパ20を動作させて二次電流を加算器30の
出力に比例するように制御するようにした。もうひとつ
の手段は回生インバータ21の定格容量を誘導発電機１の
定格容量の数分の１にするため、コンデンサ27を回生イ
ンバータ21の直流側回路に設置する。コンデンサ27の端
子電圧を回転数に関係なく一定値とするため、コンデン
サ電圧設定値とコンデンサ端子電圧との偏差値に応じて
直流チヨツパ20を動作させ一定値を保持する手段であ
る。

更に、誘導発電機１の一次電圧検出器33と基準電圧設
定器（一次電圧設定器）34との偏差値に応じて作動する
電圧調整器35の出力と基準周波数発振器36からの一定周
波数の信号との乗算値に比例して回生インバータ21の出
力電圧を制御し、回生トランス37を介して誘導発電機１
の一次電圧を制御する構成とした。

また、回生インバータ21の直流電圧を発電所制御用の
バツテリー23で加圧して回生インバータ21を作動させ、
誘導発電機１を自励発電するようにした。

このようにすることにより誘導発電機１の発電量制御
は次のようにすることができる。負荷検出器Ｐの出力値
P₀を回転検出器38の出力値（回転数）Ｎで除算した値
が、回生インバータ21の容量以内になるように、水車４
のトルク曲線に合せた値で決まる電流制限値に補正する
電流制限装置25の出力を加算器30を介して比較器26に加
えられ、その出力を信号増幅器32で増幅し、直流チヨツ
パ20をオン，オフ制御して、二次電流を負荷に合せて制
御する。このとき誘導発電機１の負荷が低下すれば回転
数が上昇し、また、負荷増加の場合は回転数が低下する
が、いずれの場合も発電量に見合う二次電流値になるよ
うに直流チヨツパ20が作動して負荷運転をする。

回生インバータ21の直流側の端子電圧を一定にするた
め、コンデンサ27の端子電圧と電圧設定器28との偏差信
号を、加算器30を介して比較器26と信号増幅器32とによ
り直流チヨツパ20をオン，オフ制御して、二次電流をコ
ンデンサ27の端子電圧の変動に応じて制御するので、一
定電圧が保持できる。すなわちコンデンサ27の端子電圧
が高ければ二次電流が減少するようにして、コンデンサ
27の端子電圧を低下させる。また、逆に端子電圧が低下
すれば二次電流が大きくなるようにして、コンデンサ27
の端子電圧を上昇させる。従つて回転数、負荷などの変
動に関係なく、一定電圧に制御される。

誘導発電機１の端子電圧、周波数を一定制御するの
は、回生インバータ21の制御装置22による。すなわち第
２図にも示されているように、一定に保持すべき部署の
電圧検出器、例えば誘導発電機１の一次電圧と一次電圧
設定器34との偏差と基準周波数発振器36の出力との乗算
値と、発信器39の出力とをパルス変換器40で比較して、
パルスに変換してから増幅器41を介して回生インバータ
21を動作させることにより、誘導発電機１の端子電圧、
周波数が一定に制御される。これは回生インバータ21の
出力電圧が電圧調整器35の出力に応じて制御されている
ためであり、回転数，負荷の変動に関係なく保持される
のである。

誘導発電機１の自励発電は、回生インバータ21の直流
電圧をバツテリー23で加圧して、行われる。回生インバ
ータ21の直流側を発電機制御用のバツテリー23などによ
り加圧すれば、回生インバータ21が作動して一定周波数
の電圧が誘導発電機１の一次巻線に供給される。このと
き同発電機１の二次巻線に接続された全波整流器42を介
して二次電流制御用直流回路の直流チヨツパ20がオン，
オフ動作すると、これにより発生する同発電機１の二次
電力は、三相の全波整流器42、逆流阻止ダイオード43を
介してコンデンサ27を充電する。このようにしてコンデ
ンサ27の端子電圧は一定電圧に保持されるので、回生イ
ンバータ21はそれ以降はバツテリー23によらず継続運転
できる。

直流チヨツパ20がオフ時に生ずる二次電力が、逆流阻
止ダイオード43を介してコンデンサ27を充電するので、
この直流電流分が回生インバータ21を介して一次側に回
生される。この回生電力は誘導発電機１の二次電圧と二
次電流とで決まる。一例を横軸に回転数をとり、縦軸に
誘導発電機の電流値、電圧値の定格値を1P.U（パーユニ
ツト）とした場合の回転数とP.Uとの関係を第３図に示
す。二次電力は二次電圧と二次電流との積で決まり、ま
た回生インバータの直流入力電流（直流入力電流＝二次
電力／直流入力電圧（一定値））は二次電力に比例する
ため、回生インバータの最大容量は1/4と小容量にな
る。

なお第４図には横軸に回転数をとり、縦軸に水車のト
ルク特性から定まる電流指令値をとつて、電流指令値と
回転数との関係が示されているが、電流制限装置からの
電流指令値は図中記載の直線Ｍ以下に制限する。

このように本実施例によれば、２次電力を全波整流器
で変換して、直流チヨツパでオン，オフして二次電流を
制御する。この時発生した２次電力でコンデンサを充電
する。そしてこの時のコンデンサの電圧を一定にコント
ロールする。回生インバータの直流回路の電流は二次電
力を直流電圧で割算した値である。従つて回生インバー
タの電流容量は２次電力に比例しており、その容量は発
電電力の数分の１にできる。直流チヨツパについては電
圧，電流とも最大容量が印加されるが、素子は１個です
むので経済的である。

すなわち従来の第１交直変換器は三相なので６組の二
次電流制御素子（最大定格品）が必要であるが、１組の
直流チヨツパですむので1/6、回生インバータは上述の
ように1/4となるので、合計58％の容量低減効果が得ら
れる。

二次電流制御装置は負荷値を回転数で除算して二次電
流値を算定し、回生インバータの過負荷防止を考慮し
て、電流制限装置で補正後の値で二次電流調整用の直流
チヨツパを制御するので、回生インバータはその定格容
量を超過することがない。

回生インバータの容量を低減させるため、回生インバ
ータの直流側回路にコンデンサを設置して、コンデンサ
の端子電圧を直流チヨツパで電流制御して回転数に関係
なく一定値としたので、回生インバータの容量低減が実
現できた。

回生インバータは、系統側の電圧または誘導発電機の
一次電圧とその設定電圧との偏差および基準周波数発信
器出力との乗算により制御したので、負荷の大小、回転
数に関係なく一定値に保持できた。

誘導発電機の自己発電は、発電所制御用のバツテリー
などにより回生インバータの直流側を加圧して、回生イ
ンバータを動作させ一定電圧、一定周波数の出力を回生
トランスを介して誘導発電機の一次巻線に供給したの
で、実現することができた。

このように本実施例の誘導発電機の二次電流制御装置
の回路構成によれば、水量調整機構を持たない水車によ
る発電装置で広範囲の速度変化（定格100％速度、Ｓ＝
０、スリツプ零から200％程度、Ｓ＝−１）に対して、
一定電圧と一定周波数とで、全負荷から無負荷までの負
荷調整が行える。

〔発明の効果〕

上述のように本発明は制御部の容量を大幅に低減する
ことができるようになつて、制御部の容量を大幅に低減
することを可能とした可変速発電装置を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の可変速発電装置の一実施例の二次側制
御部のブロツク図、第２図は同じく一実施例の回生イン
バータの制御装置のブロツク図、第３図は同じく一実施
例の誘導発電機の二次電圧，二次電流と回転数との関係
を示す特性図、第４図は同じく一実施例の電流制限装置
の特性図、第５図は従来の可変速発電装置のブロツク図
である。１……誘導発電機、４……水車、20……直流チヨツパ、
21……回生インバータ、22……制御装置、23……バツテ
リー、42……全波整流器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者八坂保弘茨城県日立市幸町３丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (56)参考文献特開昭63−202290（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−287385（ＪＰ，Ａ) 特開平１−212804（ＪＰ，Ａ) 特開平２−250699（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−185499（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02P 9/00 H02P 5/415 H02P 7/635

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】原動機と誘導発電機とを備えた可変速発電
装置において、前記誘導発電機の回転数を検出する回転数検出器と、前記誘導発電機の二次電流を整流する整流器と、該整流器からの二次電流を制御する直流チョッパと、前記整流器からの二次電流を検出する二次電流検出器
と、前記誘導発電機の電力設定値と前記回転数検出器よる回
転数から、前記直流チョッパが制御する二次電流の二次
電流指令値を求めて、前記二次電流検出器が検出した電
流値が前記二次電流値と等しくなるように前記直流チョ
ッパのオン、オフ動作を制御する二次電流制御装置を備
えたことを特徴とする可変速発電装置。
【請求項２】前記二次電流制御装置は前記電力設定値を
前記回転数検出器からの回転数で除算した値に応じて、
前記二次電流指令値を求めるようにした請求項１記載の
可変速発電装置。
【請求項３】原動機と誘導発電機とを備えた可変速発電
装置において、前記誘導発電機の回転数を検出する回転数検出器と、前記誘導発電機の二次電流を整流する整流器と、該整流器からの二次電流を制御する直流チョッパと、前記整流器からの二次電流を検出する二次電流検出器
と、前記誘導発電機の電力設定値と前記回転数検出器による
回転数から、前記直流チョッパが制御する二次電流の二
次電流指令値を求めて、前記二次電流検出器が検出した
電流値が前記二次電流値と等しくなるように前記直流チ
ョッパのオン、オフ動作を制御する二次電流制御装置
と、前記誘導発電機の二次電力を誘導発電機の一時側に回生
する回生インバータと、該回生インバータを制御し、前記誘導発電機の端子電圧
と周波数とを一定値に制御する回生インバータ制御装置
とを備えたことを特徴とする可変速発電装置。
【請求項４】前記二次電流制御装置は前記電力設定値と
前記回転数検出器からの回転数で除算した値に応じて、
前記二次電流指令値を求めるようにした請求項３記載の
可変速発電装置。