JP2993930B2 - 可変速誘導電動機システム - Google Patents
可変速誘導電動機システムInfo
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- Control Of Eletrric Generators (AREA)
- Control Of Water Turbines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は回転体、そして一次
側又は二次側に電力変換器を備え可変速で電動運転可能
な可変速誘導電動機システムに係り、特に電力系統の安
定化に好適な可変速誘導電動機システムに関する。 【０００２】 【従来の技術】本発明に関する公知例として、（ａ).Ｓ
６１年電気学会全国大会発表Ｎo.1028「可変速揚水発電
システム用発電電動機の２軸励磁電流制御系検討」
（ｂ）「電力技術ハンドブック（電気書院，監修：填野
一郎（早大）Ｐ１−６４，７・５・３項，Ｐ５−８１
９・４項」が知られている。 【０００３】このうち上記公知例ｂでは同期電動機とこ
れに駆動される水力機械の調相運転の原理と方法が記述
されている。 【０００４】但し電力変換器を備え可変速運転可能な可
変速誘導電動機システムの調相運転制御法については一
切述べておらず、当然に本発明の対象としている有効電
力制御も調相制御、即ち無効電力制御と同時に達成しよ
うとの考え方は示されていない。 【０００５】更に公知例（ａ）では可変速揚水発電シス
テム用発電電動機の２軸励磁電流制御方法が開示されて
いる。 【０００６】図４はその説明図で発電／電動機１の二次
側即ち回転子側を電力変換器３（ＣＹＣ）により可変周
波数励磁をして発電／電動機の一次側即ち固定子側の電
力周波数を一定に保持したまま回転子の回転速度を可変
にした可変速発電／電動機に関するものである。ＡＰＲ
（出力制御装置）１７が図示してない出力指令（即ち有
効電力指令）と実出力検出器１６の出力を比較し乍らＡ
ＣＲ（励磁電流制御装置）３７に対してあるべき有効電
力相当の直軸電流の値Ｉｑを指令する。他方ＡＶＲ（電
圧制御装置）３６が図示していない電圧指令と電圧検出
器３９で検出した実際の発電／電動機電圧を比較してあ
るべき電圧相当の横軸電流の値ｉｄを指令する。 【０００７】ＡＣＲ（励磁電流制御装置）３７は上記Ｉ
ｑ，ｉｄの他に位相検出器７が検出する実際のスリップ
位相角θｓ，実際の各相電流ｉｍを考慮して各相電圧指
令ｖを決める。 【０００８】尚、発電／電動機の電流検出器３８，電力
変換器用３のトランス４０を有する。ところでこの公知
例では可変速誘導電動機システムの制御方法については
一切触れていない。 【０００９】特に可変速の特徴を生かし回転部の慣性効
果に蓄えたエネルギーの放出やこれにエネルギーを蓄え
るよう有効電力も制御して電力系統の安定化により貢献
しようとの考え方は全く開示されていない。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】本発明は可変速機の特
徴をより生かし電力系統の安定化により貢献する可変速
誘導電動機システムを提供するもので、従来通りの無効
電力制御に加えて、電力系統周波数の変動を抑えるよう
に有効電力制御を行う可変速誘導電動機システムを提供
することを目的とする。 【００１１】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の可変速誘導発電機システムは、一次側が電力
系統に接続された誘導電動機と、該誘導電動機の一次巻
線又は二次巻線に接続された電力変換器と、前記誘導電
動機の回転軸と共に回転する慣性体と、前記電力系統の
周波数もしくはその変動を検出する検出手段と、前記回
転軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、定常時
の回転速度指令値を与える回転速度指令手段とを備えた
可変速誘導発電機システムであって、前記検出手段によ
り検出された電力系統の周波数もしくはその変動に基づ
いて、前記回転軸の回転速度を制御して、前記誘導電動
機の有効電力の吸放出を行うとともに、定常時には前記
回転速度検出手段から与えられる実回転速度を回転速度
指令値に復帰させる制御手段を備えたことを特徴とす
る。又、一次側が電力系統に接続された誘導電動機と、
該誘導電動機の一次巻線又は二次巻線に接続された電力
変換器と、前記誘導電動機の回転軸と共に回転する慣性
体と、前記電力系統の周波数もしくはその変動を検出す
る検出手段とを備えた可変速誘導発電機システムであっ
て、前記検出手段により検出された電力系統の周波数も
しくはその変動に基づいて、前記回転軸の回転速度を制
御して、前記誘導電動機の有効電力の吸放出を行うとと
もに、前記回転速度が所定の可変速幅を逸脱しそうにな
った時には、前記有効電力の吸放出を行う制御手段に優
先して作動し、逸脱阻止を行う制御手段を備えたことを
特徴とする。又、前記回転速度が所定の可変速幅を逸脱
しそうになった時には、前記有効電力の吸放出を行う制
御手段に優先して作動し、逸脱阻止を行う制御手段を備
えたことを特徴とする。又、前記電力系統の周波数が上
昇した時には、前記回転軸の回転速度を増加させ、前記
電力系統の周波数が減少した過渡時には、前記回転速度
を減少させることを特徴とする。又、一次側が電力系統
に接続された誘導電動機と、該誘導電動機の一次巻線又
は二次巻線に接続された電力変換器と、前記誘導電動機
の回転軸に接続され、該回転軸と共に回転する慣性体
と、前記誘導電動機の実回転速度を検出する回転速度検
出手段と、前記電力系統の周波数変動を検出する周波数
変動検出手段と、回転速度指令値を与える回転速度指令
手段と、該回転速度指令手段による回転速度指令値と前
記回転速度検出手段から与えられる実回転速度値との偏
差が最小となるように前記電力変換器を介して前記誘導
電動機の出力を制御する第１の制御手段と、前記周波数
変動検出手段から与えられる周波数変動を抑制する方向
に前記電力変換器を介して前記誘導電動機の出力を制御
する第２の制御手段と、該第２の制御手段による前記誘
導電動機の出力の制御が定常的には零に戻るように前記
電力変換器を制御する第３の制御手段と、前記回転速度
検出手段から与えられる実回転速度値が所定の回転速度
可変範囲を逸脱しようとする場合に、実回転速度が前記
所定の回転速度可変範囲に復帰するように前記電力変換
器を介して前記誘導電動機の出力を制御する第４の制御
手段と、前記第１，第２、及び第４の制御手段の応答速
度を第４の制御手段，第２の制御手段、第１の制御手段
の順に高くしたことを特徴とする。 【００１２】また、本発明の可変速誘導電動機システム
では、電力系統の周波数が上昇した時には、回転軸の回
転速度を増加させ、電力系統の周波数が減少した過渡時
には、回転軸の回転速度を減少させることを特徴とした
ものである。 【００１３】また、本発明の可変速誘導電動機システム
では、回転軸の回転速度を検出する回転速度検出手段
と、定常時の回転速度指令値を与える回転速度指令手段
とを備え、定常時には回転速度検出手段から与えられる
実回転速度を回転速度指令値に復帰させることを特徴と
するものである。 【００１４】また、本発明の可変速誘導電動機システム
では、回転速度が所定の可変速幅を逸脱しそうになった
時には、有効電力の吸放出を行う制御手段に優先して作
動し、逸脱防止を行う制御手段を備えたものである。 【００１５】更に、上記目的を達成するために、一次側
が電力系統に接続された誘導電動機と、誘導電動機の一
次巻線又は二次巻線に接続された電力変換器と、誘導電
動機の回転軸に接続され、回転軸と共に回転する慣性体
を備えたことを特徴とする可変速誘導電動機システムに
おいて、可変速誘導電動機の実回転速度を検出する回転
速度検出手段と、電力系統の周波数変動を検出する周波
数変動検出手段と、回転速度指令値を与える回転速度指
令手段と、回転速度指令手段による回転速度指令値と回
転速度検出手段から与えられる実回転速度値との偏差が
最小になるように電力変換器を介して可変速電動機の出
力を制御する第１の制御手段と、周波数変動検出手段か
ら与えられる周波数変動検出信号に応じて、電力系統の
周波数変動を抑制する方向に電力変換器を介して可変速
電動機の出力を制御する第２の制御手段と、第２の制御
手段による可変速電動機出力の制御が定常的には零に戻
るように電力変換器を制御する第３の制御手段と、回転
速度検出手段から与えられる実回転速度値が所定の回転
速度可変範囲を逸脱しようとする場合に、実回転速度が
所定の回転速度可変範囲に復帰するように電力変換器を
介して可変速電動機の出力を制御する第４の制御手段と
を備え、第１，第２及び第４の制御手段の応答速度を第
４の制御手段，第２の制御手段および第１の制御手段の
順に高くしたことを特徴とするものである。 【００１６】 【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例を示すブロ
ック図である。１は発電機としても電動機としても使用
可能な誘導形発電電動機又は誘導電動機を示し（以後は
発電／電動機と呼ぶ）、２は１発電／電動機の回転子に
直結された例えば水力機械のような回転体、３は電力変
換器、即ち発電／電動機１の二次励磁回路にスリップ相
当分の可変周波数励磁をするサイクロコンバーター、６
は回転体の実際の回転速度Ｎを検出する速度検出器、７
はスリップ位相検出器で発電／電動機１の一次側即ち電
力系統の電圧位相と電気角で表わした発電／電動機１の
二次側回転位相の差に等しいスリップ位相角θｓを検出
する。スリップ位相検出器７の回転子は発電／電動機１
の一次巻線と並列に接続された３相巻線が設けられ、ス
リップ位相検出器の固定子側には電気角でπ／２だけ異
なる位置にホールコンバーターがそれぞれ１個設けられ
ていて、発電／電動機１の二次側から見た電力系統の電
圧位相が一致した信号が該ホールコンバーターより検出
され、スリップ位相角θｓに変換される。 【００１７】Ｎ０は回転体の定常時速度を決める設定速
度である。３０は加算器でこのＮ０と実際の回転速度Ｎ
の差εＮｂを導出するものである。３１は上述の速度偏
差εＮｂを入力として定常的にはこの偏差εＮｂをゼロ
ならしめ、かつ回転体の速度制御系の安定性を確保する
ように発電／電動機に対し有効電力指令Ｐ×１を与える
速度制御部である。ｆはこの発電／電動機１が接続され
る電力系統の周波数、ｆ１はその定格周波数ｆ０とｆと
の偏差を示す。２４は速度変化率演算部でゲインｋ１時
定数Ｔ１の不完全微分回路になっている。 【００１８】２５は不動帯要素で速度変化率演算部２４
から出力される速度変化率がプラス側の所定値より高く
なったり、マイナス側の所定値より低くなった時にこれ
らオーバーシュート分に応じて増減する有効電力指令Ｐ
×２を出力する。 【００１９】尚このＰ×２はｆが急上昇しΔｆが急上昇
した時には発電／電動機の駆動出力（電力系統から見れ
ば負荷）を上げる方向に作用し、反対にｆが急降下した
時は駆動出力を下げる方向に作用し電力系統の安定化に
役立つように作用する。 【００２０】図３はΔｆからＰ×２までの部分の回路の
代案でこの場合は単純に周波数偏差Δｆ自身がプラスの
所定値以上になったりマイナスの所定値以下になった時
にオーバーシュート量に応じて応答するものである。 【００２１】図２は速度制御部３１の詳細を示すブロッ
ク図である。３１ｂは積分要素でεＮｂ即ちＮの偏差が
少しでも残っておれば出力Ｐ×１を所望の方向に増し続
けＮをＮ０に引き戻すように発電／電動機の出力を制御
せんとするものである。 【００２２】３１ａは比例要素でこのＮ制御系の安定性
を改善するためのものである。 【００２３】４１は不動帯要素でＮが可変速バンド内に
留る限り何の出力も出さずＮが可変速バンドの上限や下
限を超えてオーバーシュートしようとした時、該オーバ
ーシュート量を検出するための要素である。 【００２４】４２はＮ蹴り返しゲイン部で上記４１不動
帯要素で検出されたオーバーシュート量に応じてＰ×３
有効電力指令補正信号を発するものである。即ち４１，
４２よりなるＮ蹴り返し回路は実際の回転数Ｎが可変速
バンドを外れようとした時、有効電力に補正を掛けＮの
その以上の暴走を喰い止めるためのものである。 【００２５】ＰΣは図１から明らかな様に有効電力指令
Ｐ×１とＰ×２それに上述の有効電力補正信号Ｐ×３の
合成信号である。 【００２６】１６は発電／電動機１の実際の駆動出力Ｐ
を検出する電力検出器である。１５は加算器でここでＰ
ΣとＰの偏差εＰが求められる。ＡＰＲ（出力制御装
置）１７はこの電力偏差εＰに応じて励磁電流制御装置
３７に対して２軸制御のうち直軸電流指令Ｉｑを与え
る。励磁電流制御装置３７は前述の図４の公知例と同様
横軸電流指令Ｉｄと直軸電流指令Ｉｑ、実際のスリップ
位相角θｓを入力とし回転子の３相の励磁巻線に対する
電圧指令を決める。Ｖ０は発電／電動機の電圧の設定
値、ＡＱＲ３３は無効電力制御器でこの出力ΔＶ０によ
って上記電圧設定値Ｖ０が補正を受ける。ＶΣはＶ０と
ΔＶ０の合成信号、Ｖは実際の発電／電動機の電圧、３
５は加算器でＶΣとＶの偏差εＶを求めるものである。 【００２７】そしてＡＶＲ３６がこの電圧偏差εＶに応
じて横軸電流Ｉｄを決める電圧制御装置である。上述に
おいてＰΣ→１５→εＰ→ＡＰＲ→Ｉｑ→３７→３→１
→１６→Ｐ→１５の制御ループは有効電力制御系と呼ぶ
ことができる。そしてこの有効電力系の安定性や速度性
はＡＰＲ（出力制御装置）１７内の積分要素や比例要素
のゲインによって適切に設定される。 【００２８】他方ＶΣ→３５→εＶ→３６→Ｉｄ→３７
→３→１→図示していない電圧検出器→Ｖ→３５の制御
ループが電圧制御系でこの電圧制御系の安定性や速応性
はＡＶＲ３６（電圧制御装置）内の積分要素や比例要素
のゲインによって適切設定される。又Ｎｏ→３０→εＮ
ｂ→３１→Ｐ×１→２７→上述の有効電力制御系→６→
Ｎ→３０の制御ループは速度制御系である。そしてこの
速度制御系の速応性や安定性は速度制御部３１内の比例
要素３１ａや積分要素３１ｂのゲインを調節して所望の
レベルに設定される。 【００２９】ところで本実施例では、電力系統周波数ｆ
の変動が大きい時に有効電力Ｐの一時的追従変動を許す
ことがポイントになっている。従って速度制御部３１内
の比例要素３１ａや積分要素３１ｂのゲインを過大にし
ないよう配慮する必要がある。即ち速度制御系の応答速
度を速め過ぎると一時的にＰ×２が生じてもこれを素速
くＰ×１の逆変動で消えてしまおうと作用するからであ
る。ところでこの様に速度制御系の応答速度を抑える結
果として回転速度Ｎの一時的変動は避けられない。但し
前にも述べた如く可変速機であるのでＮが可変速バンド
内にある限り正常運転を継続できる。 【００３０】但し乍らＮが可変速バンドを飛び出そうと
した時は上記のｆ応答機能より可変速バンド保持を優先
すべきでこれを果すのが前述のＮ蹴り返し回路であり、
Ｎ蹴り返しゲイン部４２のゲインも相当の高い値にする
必要がある。 【００３１】尚、本実施例は発電／電動機の一次側に電
力変換器を設けた可変速システムにも簡単に応用でき
る。 【００３２】以下、正常運転を継続できることについて
図５を参照して説明する。図５は本実施例の可変速誘導
電動機システムとこれが連がっている電力系統の動作説
明図である。（イ）のΔｋｗは該電力系統生じた突然の
電力の需給アンバランスを示し、この場合同電力系統上
の他所のある負荷が遮断されるなどして同電力系統の供
給電力の総和が同電力系統の負荷の総和を上向たことを
意味する。これによって同電力系統の周波数ｆは（ロ）
の如く上昇する。すると同電力系統に連がっている本発
明の水力機械のｆ応答機能が動作し、有効電力指令Ｐ×
２が（ハ）の如く変化する。 【００３３】他方でＡＦＣ（自電周波数制御装置）等の
作用で同電力系統に連がっている各発電所はこの電力系
統の周波数ｆの変動に伴いその出力を減ずる。それらの
各発電所の供給電力減少分の総和が（ニ）の実線であ
る。有効電力指令Ｐ×２の変動に応じこの可変速誘導電
動機システムの発電／電動機の実際の駆動出力（モータ
リング）Ｐが変動する。この結果回転体の回転速度Ｎは
（ヘ）の如く加速され、これを検知して前述の速度制御
系が応動し有効電力指令Ｐ×１は回転速度Ｎを下げよう
として（ホ）の如く応答する。但し前述の如く速度制御
系の応答速度は比例的低いのでＰ×２とＰ×１の和もこ
の外乱の直後ほとんどＰ×２に支配されてほとんど
（ハ）に近い応答となる。但し、その後時点ｔｂに至る
とＰ×２が時定数Ｔ１の作用で自然に減少してきてＰ×
２とＰ×１の和が正から負に反転し、これにより回転速
度Ｎは（ヘ）の如く目標回転速度Ｎ０へと戻っていく。 【００３４】ところで本実施例の可変速誘導電動機シス
テムの有効電力制御応答（Ｐ×２−Ｐ×１）を加味した
同電力系統の電力需給アンバランス解消作用の総和ΔＫ
ｗｘは（ニ）の実線との和になり、結局（ニ）の点線の
様になる。即ち本発明の効果は（ニ）の実線を点線にし
たことにあり、電力需給アンバランスを素速く消して電
力系統周波数ｆの変動を小さく抑えるところにある。も
ちろん本発明の効果は図からも解るように外乱発生直後
の僅かな時間に限られ定常的には本来の電力源（各種発
電所等）の応答に待つことになる。但し本来の電力源の
発電所の応答は一般に各々のプラントの制約により簡単
には速くできない。これを考慮すると本発明の果す役割
は決して小さくない。換言すると本発明の可変速誘導電
動機システムを持つことによって電力系統の有効電力応
答速度が改善され電力系統周波数の変動幅が縮小され
る。又、電力系統に起る比較的速い、短周期の電力需給
アンバランスにも追従できる能力を持つことになる。 【００３５】以上、上述したように、例えば２軸励磁電
流制御を使えば矛盾をきたすことなく無効電力制御と共
に有効電力制御ができること、一般に比較的大きな慣性
効果を有する可変速誘導電動機システムでは、電力系統
の安定化のために上述の如く電力系統のエネルギーを一
時的に慣性効果に蓄め込んだり、逆に慣性効果に蓄って
いるエネルギーを一時的に吐き出したりすることによっ
て回転速度は変化するが、可変速装置であるので所定の
範囲内にある限り何の支障もなく許容できること、これ
らの点を合理的に結びつけて可変速誘導電動機システム
の機能倍加、即ち慣性効果を利用した有効電力制御を可
能にできる。 【００３６】 【発明の効果】本発明の効果は前述からも明らかな如く
可変速誘導電動機システムの無効電力制御の他に有効電
力制御も同時に果す方法を提供したこと、これによって
可変速誘導電動機システムが電力系統の周波数ｆ安定化
により貢献できる道を開いたこと、更にこれが電力系統
の安定化のために従来設けられてきた各種の装置の軽量
化，経済化を可能にするものである。
側又は二次側に電力変換器を備え可変速で電動運転可能
な可変速誘導電動機システムに係り、特に電力系統の安
定化に好適な可変速誘導電動機システムに関する。 【０００２】 【従来の技術】本発明に関する公知例として、（ａ).Ｓ
６１年電気学会全国大会発表Ｎo.1028「可変速揚水発電
システム用発電電動機の２軸励磁電流制御系検討」
（ｂ）「電力技術ハンドブック（電気書院，監修：填野
一郎（早大）Ｐ１−６４，７・５・３項，Ｐ５−８１
９・４項」が知られている。 【０００３】このうち上記公知例ｂでは同期電動機とこ
れに駆動される水力機械の調相運転の原理と方法が記述
されている。 【０００４】但し電力変換器を備え可変速運転可能な可
変速誘導電動機システムの調相運転制御法については一
切述べておらず、当然に本発明の対象としている有効電
力制御も調相制御、即ち無効電力制御と同時に達成しよ
うとの考え方は示されていない。 【０００５】更に公知例（ａ）では可変速揚水発電シス
テム用発電電動機の２軸励磁電流制御方法が開示されて
いる。 【０００６】図４はその説明図で発電／電動機１の二次
側即ち回転子側を電力変換器３（ＣＹＣ）により可変周
波数励磁をして発電／電動機の一次側即ち固定子側の電
力周波数を一定に保持したまま回転子の回転速度を可変
にした可変速発電／電動機に関するものである。ＡＰＲ
（出力制御装置）１７が図示してない出力指令（即ち有
効電力指令）と実出力検出器１６の出力を比較し乍らＡ
ＣＲ（励磁電流制御装置）３７に対してあるべき有効電
力相当の直軸電流の値Ｉｑを指令する。他方ＡＶＲ（電
圧制御装置）３６が図示していない電圧指令と電圧検出
器３９で検出した実際の発電／電動機電圧を比較してあ
るべき電圧相当の横軸電流の値ｉｄを指令する。 【０００７】ＡＣＲ（励磁電流制御装置）３７は上記Ｉ
ｑ，ｉｄの他に位相検出器７が検出する実際のスリップ
位相角θｓ，実際の各相電流ｉｍを考慮して各相電圧指
令ｖを決める。 【０００８】尚、発電／電動機の電流検出器３８，電力
変換器用３のトランス４０を有する。ところでこの公知
例では可変速誘導電動機システムの制御方法については
一切触れていない。 【０００９】特に可変速の特徴を生かし回転部の慣性効
果に蓄えたエネルギーの放出やこれにエネルギーを蓄え
るよう有効電力も制御して電力系統の安定化により貢献
しようとの考え方は全く開示されていない。 【００１０】 【発明が解決しようとする課題】本発明は可変速機の特
徴をより生かし電力系統の安定化により貢献する可変速
誘導電動機システムを提供するもので、従来通りの無効
電力制御に加えて、電力系統周波数の変動を抑えるよう
に有効電力制御を行う可変速誘導電動機システムを提供
することを目的とする。 【００１１】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の可変速誘導発電機システムは、一次側が電力
系統に接続された誘導電動機と、該誘導電動機の一次巻
線又は二次巻線に接続された電力変換器と、前記誘導電
動機の回転軸と共に回転する慣性体と、前記電力系統の
周波数もしくはその変動を検出する検出手段と、前記回
転軸の回転速度を検出する回転速度検出手段と、定常時
の回転速度指令値を与える回転速度指令手段とを備えた
可変速誘導発電機システムであって、前記検出手段によ
り検出された電力系統の周波数もしくはその変動に基づ
いて、前記回転軸の回転速度を制御して、前記誘導電動
機の有効電力の吸放出を行うとともに、定常時には前記
回転速度検出手段から与えられる実回転速度を回転速度
指令値に復帰させる制御手段を備えたことを特徴とす
る。又、一次側が電力系統に接続された誘導電動機と、
該誘導電動機の一次巻線又は二次巻線に接続された電力
変換器と、前記誘導電動機の回転軸と共に回転する慣性
体と、前記電力系統の周波数もしくはその変動を検出す
る検出手段とを備えた可変速誘導発電機システムであっ
て、前記検出手段により検出された電力系統の周波数も
しくはその変動に基づいて、前記回転軸の回転速度を制
御して、前記誘導電動機の有効電力の吸放出を行うとと
もに、前記回転速度が所定の可変速幅を逸脱しそうにな
った時には、前記有効電力の吸放出を行う制御手段に優
先して作動し、逸脱阻止を行う制御手段を備えたことを
特徴とする。又、前記回転速度が所定の可変速幅を逸脱
しそうになった時には、前記有効電力の吸放出を行う制
御手段に優先して作動し、逸脱阻止を行う制御手段を備
えたことを特徴とする。又、前記電力系統の周波数が上
昇した時には、前記回転軸の回転速度を増加させ、前記
電力系統の周波数が減少した過渡時には、前記回転速度
を減少させることを特徴とする。又、一次側が電力系統
に接続された誘導電動機と、該誘導電動機の一次巻線又
は二次巻線に接続された電力変換器と、前記誘導電動機
の回転軸に接続され、該回転軸と共に回転する慣性体
と、前記誘導電動機の実回転速度を検出する回転速度検
出手段と、前記電力系統の周波数変動を検出する周波数
変動検出手段と、回転速度指令値を与える回転速度指令
手段と、該回転速度指令手段による回転速度指令値と前
記回転速度検出手段から与えられる実回転速度値との偏
差が最小となるように前記電力変換器を介して前記誘導
電動機の出力を制御する第１の制御手段と、前記周波数
変動検出手段から与えられる周波数変動を抑制する方向
に前記電力変換器を介して前記誘導電動機の出力を制御
する第２の制御手段と、該第２の制御手段による前記誘
導電動機の出力の制御が定常的には零に戻るように前記
電力変換器を制御する第３の制御手段と、前記回転速度
検出手段から与えられる実回転速度値が所定の回転速度
可変範囲を逸脱しようとする場合に、実回転速度が前記
所定の回転速度可変範囲に復帰するように前記電力変換
器を介して前記誘導電動機の出力を制御する第４の制御
手段と、前記第１，第２、及び第４の制御手段の応答速
度を第４の制御手段，第２の制御手段、第１の制御手段
の順に高くしたことを特徴とする。 【００１２】また、本発明の可変速誘導電動機システム
では、電力系統の周波数が上昇した時には、回転軸の回
転速度を増加させ、電力系統の周波数が減少した過渡時
には、回転軸の回転速度を減少させることを特徴とした
ものである。 【００１３】また、本発明の可変速誘導電動機システム
では、回転軸の回転速度を検出する回転速度検出手段
と、定常時の回転速度指令値を与える回転速度指令手段
とを備え、定常時には回転速度検出手段から与えられる
実回転速度を回転速度指令値に復帰させることを特徴と
するものである。 【００１４】また、本発明の可変速誘導電動機システム
では、回転速度が所定の可変速幅を逸脱しそうになった
時には、有効電力の吸放出を行う制御手段に優先して作
動し、逸脱防止を行う制御手段を備えたものである。 【００１５】更に、上記目的を達成するために、一次側
が電力系統に接続された誘導電動機と、誘導電動機の一
次巻線又は二次巻線に接続された電力変換器と、誘導電
動機の回転軸に接続され、回転軸と共に回転する慣性体
を備えたことを特徴とする可変速誘導電動機システムに
おいて、可変速誘導電動機の実回転速度を検出する回転
速度検出手段と、電力系統の周波数変動を検出する周波
数変動検出手段と、回転速度指令値を与える回転速度指
令手段と、回転速度指令手段による回転速度指令値と回
転速度検出手段から与えられる実回転速度値との偏差が
最小になるように電力変換器を介して可変速電動機の出
力を制御する第１の制御手段と、周波数変動検出手段か
ら与えられる周波数変動検出信号に応じて、電力系統の
周波数変動を抑制する方向に電力変換器を介して可変速
電動機の出力を制御する第２の制御手段と、第２の制御
手段による可変速電動機出力の制御が定常的には零に戻
るように電力変換器を制御する第３の制御手段と、回転
速度検出手段から与えられる実回転速度値が所定の回転
速度可変範囲を逸脱しようとする場合に、実回転速度が
所定の回転速度可変範囲に復帰するように電力変換器を
介して可変速電動機の出力を制御する第４の制御手段と
を備え、第１，第２及び第４の制御手段の応答速度を第
４の制御手段，第２の制御手段および第１の制御手段の
順に高くしたことを特徴とするものである。 【００１６】 【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例を示すブロ
ック図である。１は発電機としても電動機としても使用
可能な誘導形発電電動機又は誘導電動機を示し（以後は
発電／電動機と呼ぶ）、２は１発電／電動機の回転子に
直結された例えば水力機械のような回転体、３は電力変
換器、即ち発電／電動機１の二次励磁回路にスリップ相
当分の可変周波数励磁をするサイクロコンバーター、６
は回転体の実際の回転速度Ｎを検出する速度検出器、７
はスリップ位相検出器で発電／電動機１の一次側即ち電
力系統の電圧位相と電気角で表わした発電／電動機１の
二次側回転位相の差に等しいスリップ位相角θｓを検出
する。スリップ位相検出器７の回転子は発電／電動機１
の一次巻線と並列に接続された３相巻線が設けられ、ス
リップ位相検出器の固定子側には電気角でπ／２だけ異
なる位置にホールコンバーターがそれぞれ１個設けられ
ていて、発電／電動機１の二次側から見た電力系統の電
圧位相が一致した信号が該ホールコンバーターより検出
され、スリップ位相角θｓに変換される。 【００１７】Ｎ０は回転体の定常時速度を決める設定速
度である。３０は加算器でこのＮ０と実際の回転速度Ｎ
の差εＮｂを導出するものである。３１は上述の速度偏
差εＮｂを入力として定常的にはこの偏差εＮｂをゼロ
ならしめ、かつ回転体の速度制御系の安定性を確保する
ように発電／電動機に対し有効電力指令Ｐ×１を与える
速度制御部である。ｆはこの発電／電動機１が接続され
る電力系統の周波数、ｆ１はその定格周波数ｆ０とｆと
の偏差を示す。２４は速度変化率演算部でゲインｋ１時
定数Ｔ１の不完全微分回路になっている。 【００１８】２５は不動帯要素で速度変化率演算部２４
から出力される速度変化率がプラス側の所定値より高く
なったり、マイナス側の所定値より低くなった時にこれ
らオーバーシュート分に応じて増減する有効電力指令Ｐ
×２を出力する。 【００１９】尚このＰ×２はｆが急上昇しΔｆが急上昇
した時には発電／電動機の駆動出力（電力系統から見れ
ば負荷）を上げる方向に作用し、反対にｆが急降下した
時は駆動出力を下げる方向に作用し電力系統の安定化に
役立つように作用する。 【００２０】図３はΔｆからＰ×２までの部分の回路の
代案でこの場合は単純に周波数偏差Δｆ自身がプラスの
所定値以上になったりマイナスの所定値以下になった時
にオーバーシュート量に応じて応答するものである。 【００２１】図２は速度制御部３１の詳細を示すブロッ
ク図である。３１ｂは積分要素でεＮｂ即ちＮの偏差が
少しでも残っておれば出力Ｐ×１を所望の方向に増し続
けＮをＮ０に引き戻すように発電／電動機の出力を制御
せんとするものである。 【００２２】３１ａは比例要素でこのＮ制御系の安定性
を改善するためのものである。 【００２３】４１は不動帯要素でＮが可変速バンド内に
留る限り何の出力も出さずＮが可変速バンドの上限や下
限を超えてオーバーシュートしようとした時、該オーバ
ーシュート量を検出するための要素である。 【００２４】４２はＮ蹴り返しゲイン部で上記４１不動
帯要素で検出されたオーバーシュート量に応じてＰ×３
有効電力指令補正信号を発するものである。即ち４１，
４２よりなるＮ蹴り返し回路は実際の回転数Ｎが可変速
バンドを外れようとした時、有効電力に補正を掛けＮの
その以上の暴走を喰い止めるためのものである。 【００２５】ＰΣは図１から明らかな様に有効電力指令
Ｐ×１とＰ×２それに上述の有効電力補正信号Ｐ×３の
合成信号である。 【００２６】１６は発電／電動機１の実際の駆動出力Ｐ
を検出する電力検出器である。１５は加算器でここでＰ
ΣとＰの偏差εＰが求められる。ＡＰＲ（出力制御装
置）１７はこの電力偏差εＰに応じて励磁電流制御装置
３７に対して２軸制御のうち直軸電流指令Ｉｑを与え
る。励磁電流制御装置３７は前述の図４の公知例と同様
横軸電流指令Ｉｄと直軸電流指令Ｉｑ、実際のスリップ
位相角θｓを入力とし回転子の３相の励磁巻線に対する
電圧指令を決める。Ｖ０は発電／電動機の電圧の設定
値、ＡＱＲ３３は無効電力制御器でこの出力ΔＶ０によ
って上記電圧設定値Ｖ０が補正を受ける。ＶΣはＶ０と
ΔＶ０の合成信号、Ｖは実際の発電／電動機の電圧、３
５は加算器でＶΣとＶの偏差εＶを求めるものである。 【００２７】そしてＡＶＲ３６がこの電圧偏差εＶに応
じて横軸電流Ｉｄを決める電圧制御装置である。上述に
おいてＰΣ→１５→εＰ→ＡＰＲ→Ｉｑ→３７→３→１
→１６→Ｐ→１５の制御ループは有効電力制御系と呼ぶ
ことができる。そしてこの有効電力系の安定性や速度性
はＡＰＲ（出力制御装置）１７内の積分要素や比例要素
のゲインによって適切に設定される。 【００２８】他方ＶΣ→３５→εＶ→３６→Ｉｄ→３７
→３→１→図示していない電圧検出器→Ｖ→３５の制御
ループが電圧制御系でこの電圧制御系の安定性や速応性
はＡＶＲ３６（電圧制御装置）内の積分要素や比例要素
のゲインによって適切設定される。又Ｎｏ→３０→εＮ
ｂ→３１→Ｐ×１→２７→上述の有効電力制御系→６→
Ｎ→３０の制御ループは速度制御系である。そしてこの
速度制御系の速応性や安定性は速度制御部３１内の比例
要素３１ａや積分要素３１ｂのゲインを調節して所望の
レベルに設定される。 【００２９】ところで本実施例では、電力系統周波数ｆ
の変動が大きい時に有効電力Ｐの一時的追従変動を許す
ことがポイントになっている。従って速度制御部３１内
の比例要素３１ａや積分要素３１ｂのゲインを過大にし
ないよう配慮する必要がある。即ち速度制御系の応答速
度を速め過ぎると一時的にＰ×２が生じてもこれを素速
くＰ×１の逆変動で消えてしまおうと作用するからであ
る。ところでこの様に速度制御系の応答速度を抑える結
果として回転速度Ｎの一時的変動は避けられない。但し
前にも述べた如く可変速機であるのでＮが可変速バンド
内にある限り正常運転を継続できる。 【００３０】但し乍らＮが可変速バンドを飛び出そうと
した時は上記のｆ応答機能より可変速バンド保持を優先
すべきでこれを果すのが前述のＮ蹴り返し回路であり、
Ｎ蹴り返しゲイン部４２のゲインも相当の高い値にする
必要がある。 【００３１】尚、本実施例は発電／電動機の一次側に電
力変換器を設けた可変速システムにも簡単に応用でき
る。 【００３２】以下、正常運転を継続できることについて
図５を参照して説明する。図５は本実施例の可変速誘導
電動機システムとこれが連がっている電力系統の動作説
明図である。（イ）のΔｋｗは該電力系統生じた突然の
電力の需給アンバランスを示し、この場合同電力系統上
の他所のある負荷が遮断されるなどして同電力系統の供
給電力の総和が同電力系統の負荷の総和を上向たことを
意味する。これによって同電力系統の周波数ｆは（ロ）
の如く上昇する。すると同電力系統に連がっている本発
明の水力機械のｆ応答機能が動作し、有効電力指令Ｐ×
２が（ハ）の如く変化する。 【００３３】他方でＡＦＣ（自電周波数制御装置）等の
作用で同電力系統に連がっている各発電所はこの電力系
統の周波数ｆの変動に伴いその出力を減ずる。それらの
各発電所の供給電力減少分の総和が（ニ）の実線であ
る。有効電力指令Ｐ×２の変動に応じこの可変速誘導電
動機システムの発電／電動機の実際の駆動出力（モータ
リング）Ｐが変動する。この結果回転体の回転速度Ｎは
（ヘ）の如く加速され、これを検知して前述の速度制御
系が応動し有効電力指令Ｐ×１は回転速度Ｎを下げよう
として（ホ）の如く応答する。但し前述の如く速度制御
系の応答速度は比例的低いのでＰ×２とＰ×１の和もこ
の外乱の直後ほとんどＰ×２に支配されてほとんど
（ハ）に近い応答となる。但し、その後時点ｔｂに至る
とＰ×２が時定数Ｔ１の作用で自然に減少してきてＰ×
２とＰ×１の和が正から負に反転し、これにより回転速
度Ｎは（ヘ）の如く目標回転速度Ｎ０へと戻っていく。 【００３４】ところで本実施例の可変速誘導電動機シス
テムの有効電力制御応答（Ｐ×２−Ｐ×１）を加味した
同電力系統の電力需給アンバランス解消作用の総和ΔＫ
ｗｘは（ニ）の実線との和になり、結局（ニ）の点線の
様になる。即ち本発明の効果は（ニ）の実線を点線にし
たことにあり、電力需給アンバランスを素速く消して電
力系統周波数ｆの変動を小さく抑えるところにある。も
ちろん本発明の効果は図からも解るように外乱発生直後
の僅かな時間に限られ定常的には本来の電力源（各種発
電所等）の応答に待つことになる。但し本来の電力源の
発電所の応答は一般に各々のプラントの制約により簡単
には速くできない。これを考慮すると本発明の果す役割
は決して小さくない。換言すると本発明の可変速誘導電
動機システムを持つことによって電力系統の有効電力応
答速度が改善され電力系統周波数の変動幅が縮小され
る。又、電力系統に起る比較的速い、短周期の電力需給
アンバランスにも追従できる能力を持つことになる。 【００３５】以上、上述したように、例えば２軸励磁電
流制御を使えば矛盾をきたすことなく無効電力制御と共
に有効電力制御ができること、一般に比較的大きな慣性
効果を有する可変速誘導電動機システムでは、電力系統
の安定化のために上述の如く電力系統のエネルギーを一
時的に慣性効果に蓄め込んだり、逆に慣性効果に蓄って
いるエネルギーを一時的に吐き出したりすることによっ
て回転速度は変化するが、可変速装置であるので所定の
範囲内にある限り何の支障もなく許容できること、これ
らの点を合理的に結びつけて可変速誘導電動機システム
の機能倍加、即ち慣性効果を利用した有効電力制御を可
能にできる。 【００３６】 【発明の効果】本発明の効果は前述からも明らかな如く
可変速誘導電動機システムの無効電力制御の他に有効電
力制御も同時に果す方法を提供したこと、これによって
可変速誘導電動機システムが電力系統の周波数ｆ安定化
により貢献できる道を開いたこと、更にこれが電力系統
の安定化のために従来設けられてきた各種の装置の軽量
化，経済化を可能にするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示すブロック図。
【図２】（図１）の３１速度制御部の詳細を示すブロッ
ク図である。 【図３】図１のΔｆからＰ×２に至る回路の代案を示す
図。 【図４】従来技術の２軸励磁電流制御の説明図である。 【図５】本発明の電力系統の動作説明図である。 【符号の説明】 １７…ＡＰＲ、３３…ＡＱＲ、３６…ＡＶＲ。
ク図である。 【図３】図１のΔｆからＰ×２に至る回路の代案を示す
図。 【図４】従来技術の２軸励磁電流制御の説明図である。 【図５】本発明の電力系統の動作説明図である。 【符号の説明】 １７…ＡＰＲ、３３…ＡＱＲ、３６…ＡＶＲ。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名)
H02J 3/00 - 5/00
H02P 9/00 - 9/48
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．一次側が電力系統に接続された誘導電動機と、該誘
導電動機の一次巻線又は二次巻線に接続された電力変換
器と、前記誘導電動機の回転軸と共に回転する慣性体
と、前記電力系統の周波数もしくはその変動を検出する
検出手段と、前記回転軸の回転速度を検出する回転速度
検出手段と、定常時の回転速度指令値を与える回転速度
指令手段とを備えた可変速誘導電動機システムであっ
て、前記検出手段により検出された電力系統の周波数も
しくはその変動に基づいて、前記回転軸の回転速度を制
御して、前記誘導電動機の有効電力の吸放出を行うとと
もに、定常時には前記回転速度検出手段から与えられる
実回転速度を回転速度指令値に復帰させる制御手段を備
えたことを特徴とする可変速誘導電動機システム。 ２．一次側が電力系統に接続された誘導電動機と、該誘
導電動機の一次巻線又は二次巻線に接続された電力変換
器と、前記誘導電動機の回転軸と共に回転する慣性体
と、前記電力系統の周波数もしくはその変動を検出する
検出手段とを備えた可変速誘導電動機システムであっ
て、前記検出手段により検出された電力系統の周波数も
しくはその変動に基づいて、前記回転軸の回転速度を制
御して、前記誘導電動機の有効電力の吸放出を行うとと
もに、前記回転速度が所定の可変速幅を逸脱しそうにな
った時には、前記有効電力の吸放出を行う制御手段に優
先して作動し、逸脱阻止を行う制御手段を備えたことを
特徴とする可変速誘導電動機システム。 ３．請求項１に記載の可変速誘導電動機システムにおい
て、前記回転速度が所定の可変速幅を逸脱しそうになっ
た時には、前記有効電力の吸放出を行う制御手段に優先
して作動し、逸脱阻止を行う制御手段を備えたことを特
徴とする可変速誘導電動機システム。 ４．請求項１から３のいずれかに記載の可変速誘導電動
機システムにおいて、前記電力系統の周波数が上昇した
時には、前記回転軸の回転速度を増加させ、前記電 力系
統の周波数が減少した過渡時には、前記回転速度を減少
させることを特徴とする可変速誘導電動機システム。 ５．一次側が電力系統に接続された誘導電動機と、該誘
導電動機の一次巻線又は二次巻線に接続された電力変換
器と、前記誘導電動機の回転軸に接続され、該回転軸と
共に回転する慣性体と、前記誘導電動機の実回転速度を
検出する回転速度検出手段と、前記電力系統の周波数変
動を検出する周波数変動検出手段と、回転速度指令値を
与える回転速度指令手段と、該回転速度指令手段による
回転速度指令値と前記回転速度検出手段から与えられる
実回転速度値との偏差が最小となるように前記電力変換
器を介して前記誘導電動機の出力を制御する第１の制御
手段と、前記周波数変動検出手段から与えられる周波数
変動を抑制する方向に前記電力変換器を介して前記誘導
電動機の出力を制御する第２の制御手段と、該第２の制
御手段による前記誘導電動機の出力の制御が定常的には
零に戻るように前記電力変換器を制御する第３の制御手
段と、 前記回転速度検出手段から与えられる実回転速度値が所
定の回転速度可変範囲を逸脱しようとする場合に、実回
転速度が前記所定の回転速度可変範囲に復帰するように
前記電力変換器を介して前記誘導電動機の出力を制御す
る第４の制御手段と、前記第１，第２、及び第４の制御
手段の応答速度を第４の制御手段、第２の制御手段、第
１の制御手段の順に高くしたことを特徴とする可変速誘
導電動機システム。 ６．一次側が電力系統に接続された誘導電動機と、該誘
導電動機の一次巻線又は二次巻線に接続された電力変換
器と、前記誘導電動機の回転軸と共に回転する慣性体
と、前記回転軸の回転速度を検出する回転速度検出手段
と、定常時の回転速度指令値を与える回転速度指令手段
とを備えた可変速誘導電動機システムであって、前記電
力系統の周波数変動時には、前記慣性体の慣性エネルギ
ーを吸放出するとともに、定常時には前記回転速度検出
手段から与えられる実回転速度を回転速度指令値に復帰
させる制御手段を備えたことを特徴とする可変速誘導電
動機システム。 ７．一次側が電力系統に接続された誘導電動機と、該誘
導電動機の一次巻線又は二次巻線に接続された電力変換
器と、前記誘導電動機の回転軸と共に回転する慣性体
と、前記回転軸の回転速度を検出する回転速度検出手段
とを備えた可変速誘導電動機システムであって、前記電
力系統の周波数変動時には、前記慣性体の慣性エネルギ
ーを吸放出するとともに、前記回転速度が所定の可変速
幅を逸脱しそうになった時には、前記慣性エネルギーの
吸放出を行う制御手段に優先して作動し、逸脱阻止を行
う制御手段を備えたことを特徴とする可変速誘導電動機
システム。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62318845A JP2858748B2 (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | 可変速水力機械の空転運転制御方法 |
| JP10134828A JP2993930B2 (ja) | 1987-12-18 | 1998-05-18 | 可変速誘導電動機システム |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62318845A JP2858748B2 (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | 可変速水力機械の空転運転制御方法 |
| JP10134828A JP2993930B2 (ja) | 1987-12-18 | 1998-05-18 | 可変速誘導電動機システム |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62318845A Division JP2858748B2 (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | 可変速水力機械の空転運転制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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ID=59580718
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62318845A Expired - Lifetime JP2858748B2 (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | 可変速水力機械の空転運転制御方法 |
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|---|---|---|---|---|
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1987
- 1987-12-18 JP JP62318845A patent/JP2858748B2/ja not_active Expired - Lifetime
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1998
- 1998-05-18 JP JP10134828A patent/JP2993930B2/ja not_active Expired - Lifetime
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