JP3091567B2 - 巻線形誘導機の電力制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、巻線形の誘導発電機の
電力制御装置に係り、特に、並列時の有効電力の変動を
抑制する巻線形誘導機の電力制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の揚水発電所では、発電電動機とし
て同期機を使用しているため、回転速度が同期速度で一
定である。そのため、発電運転時は、有効電力と落差が
決まればガイドベーン開度も決まるが、そのときの運転
状態は、ポンプ水車として効率がよいとは限らない。ま
た、揚水運転時は、揚程が決まれば入力が一定となり、
有効電力を操作することができない。

【０００３】可変速揚水システムは、巻線形誘導機の回
転子の回転速度および位相を検出して、巻線形誘導機の
２次側を低周波の交流で励磁する周波数変換器の出力周
波数および位相を制御することにより、巻線形誘導機の
回転子が同期速度でなくても１次側を系統に常に同期さ
せることができるシステムである。すなわち、系統並列
中に回転速度を変化させることができるシステムであ
る。

【０００４】本システムでは、発電運転中は、ポンプ水
車が常に高効率で運転するように有効電力、ガイドベー
ン開度、回転速度を操作することができる。また、揚水
運転中では、回転速度の３乗で有効電力が変わることか
ら、回転速度を変化させることで有効電力を調整するこ
とができる。

【０００５】図４は、並列状態の従来例を示す構成図で
ある。図中、巻線形誘導機１の回転子１ａとポンプ水車
２とは直結し、これらがガイドベーン３からの流量によ
って回転する。また、回転子１ａは周波数変換器４によ
り交流励磁される一方、その電流が電流検出器５によっ
て検出され、回転数が速度検出器６によって検出されて
いる。巻線形誘導機１の固定子１ｂは、並列遮断器７を
介して系統８に接続され、系統８には有効電力検出器９
が接続されている。

【０００６】有効電力制御器１０は、有効電力指令設定
器１１の出力である有効電力指令と系統に入力する有効
電力を検出する有効電力検出器９の出力である有効電力
と落差とからポンプ水車２が高効率運転するようにガイ
ドベーン開度指令と速度指令を出力する。速度制御器１
２は、速度指令信号Ｎａと速度検出器６の出力である速
度信号Ｎとから巻線形誘導機１の回転速度を指令値通り
になるように周波数変換器４の出力電流指令を電流制御
器１３へ出力する。電流制御器１３は、出力電流指令と
周波数変換器４の出力電流を検出する電流検出器５の出
力とから周波数変換器４の出力電流を制御する。

【０００７】発電運転時には、ガイドベーン３の開閉に
よる流量調整によってポンプ水車２の入力が変化し、そ
の入力が巻線形誘導機１の発電量となり、系統８に出力
する。また、揚水運転時には、巻線形誘導機１が系統か
ら入力した有効電力によってポンプ水車２を回転させて
揚水をする。なお、１４は加減算器を示す。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た装置では並列時に有効電力が突変するという問題があ
る。

【０００９】すなわち、並列前の１次側の周波数、位相
は系統と同期させているので、並列の瞬間は系統との電
力のやり取りはないが、並列後の速度指令信号となる有
効電力は、ポンプ水車２を高効率とする回転速度であ
り、並列前の速度と異なっている。このため並列後は有
効電力制御器１０からの速度指令信号Ｎａと速度信号Ｎ
との速度偏差信号とが速度制御器１２に入力して、速度
制御器１２で速度偏差信号に比例ゲインが乗算された出
力が電流制御器１３から周波数変換器４へ出力される。
これによって、急変した信号が周波数変換器４の出力電
流を突変させることになる。

【００１０】例えば、図５を参照して説明すると、速度
信号Ｎと速度指令信号Ｎａとから時刻ｔ１から図のよう
に推移し、時刻ｔ２に並列条件が成立したとする。この
場合、並列条件成立により速度制御器１２の図示省略す
る切替手段が切替えられ、並列前の速度信号から有効電
力制御器１０が出力する速度指令信号Ｎａに切替えられ
る。このため図示する速度指令信号Ｎａと速度信号Ｎと
の大きな速度偏差信号が速度制御器１２に入力される。
速度制御器１２では、大きな速度偏差信号に大きな比例
ゲインが掛けられて、電流制御器１３を介して周波数変
換器４へ出力される。これにより、周波数変換器４で
は、巻線形誘導機１の二次電流を速度信号Ｎを速度指令
信号Ｎａに近づけるように出力するため、巻線形誘導機
１が電動機（揚水方向）として動作し、有効電力Ｐが図
示するように突変する。なお、図中時刻ｔ１から時刻ｔ
３の有効電力Ｐ１が僅かマイナスとなっている理由は、
並列条件成立前にも周波数変換器４が系統８の電力供給
を受けているからである。

【００１１】水力発電では、巻線形誘導機１とポンプ水
車２を合わせた回転時定数が大きいため、速度制御器１
２の比例ゲインは、非常に高く、例えば１０以上に設定
される。このため、周波数変換器４の出力電流の突変は
無視できない大きなものとなる。

【００１２】そこで、本発明は並列時に速度指令を補正
することにより有効電力の突変を防止する巻線形誘導機
の電力制御装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、系統に並列遮
断器を介して１次側が接続されると共に、２次側がガイ
ドベーンによる流量調整で制御されるポンプ水車に直結
された巻線形誘導機と、この巻線形誘導機の２次側巻線
に前記系統の電力を可変周波数に変換して電流を出力す
る周波数変換器と、有効電力指令設定器の出力と系統の
有効電力検出器の出力とから前記ガイドベーンの開度を
調整し、かつ、速度目標信号を出力する有効電力制御器
と、前記巻線形誘導機の速度信号を検出する速度検出器
と、並列時に前記巻線形誘導機を速度制御する速度制御
器と、この速度制御器の電流指令と前記周波数変換器の
出力電流とから前記周波数変換器の出力電流を制御する
電流制御器と、並列前に前記速度目標信号と前記速度信
号の偏差に基づく信号をバイアス信号として出力する一
方、並列後に前記偏差に基づく信号を所定の時定数で零
として出力するバイアス信号出力手段と、このバイアス
信号出力手段の出力と前記速度目標信号とを加算して速
度指令信号として出力する手段とからなる速度指令作成
部と、この速度指令作成部の出力する速度指令信号と前
記速度信号との偏差を算出して、この偏差信号を前記速
度制御器へ出力する偏差算出手段とを備えるようにした
ものである。

【００１４】

【作用】上記構成により、並列前では、速度指令作成部
からほぼ速度信号に近い速度指令信号が偏差算出手段へ
出力される。偏差算出手段では、前記速度指令信号と速
度信号との偏差が算出されて、ほぼ零に近い偏差信号が
速度制御器へ出力される。並列後には、速度指令作成部
からの速度指令信号が所定の時定数をもって速度目標信
号に近づき、この信号が偏差算出手段へ出力される。偏
差算出手段では、前記信号と速度信号との偏差が算出さ
れ、所定の時間後には速度指令信号と速度信号との速度
偏差信号が速度制御器へ入力される。従って、巻線形誘
導機が系統に並列するときに系統の有効電力が突変する
ことがない。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１６】図１は、本発明の一実施例を示す巻線形誘
導機の電力制御装置の系統図である。図４と異なる点
は、速度指令作成部１５を追設したことである。速度指
令作成部１５は、有効電力制御器１０が出力する速度目
標信号Ｎｂと、並列条件と、速度検出器６の速度信号Ｎ
とを入力して速度指令信号Ｎａを加減算器１４に出力す
る。

【００１７】本実施例は、速度指令作成部１５で有効電
力制御器１０の出力する速度目標信号Ｎｂと並列前の条
件と速度検出器６の出力する速度信号Ｎとから加減算器
１４が出力する速度偏差信号がほぼ零になるように速度
指令信号Ｎａを補正して出力し、並列後に除々に速度指
令信号Ｎａがほぼ速度目標信号Ｎｂに一致して出力する
ようにしている。

【００１８】速度指令作成部１５は、具体的には、図２
に示すように積分器１６と並列条件ａ接点１７ａと並列
条件ｂ接点１７ｂと加算器１８ａ，１８ｂ，１８ｃと固
定値設定器１９とから構成される。並列前には、並列条
件ａ接点１７ａが不成立となっており、並列条件ｂ接点
１７ｂが成立している。このため、速度信号Ｎと速度目
標信号Ｎｂとが図示符号で加算器１８ａにより加算さ
れ、並列条件ｂ接点１７ｂを介してその偏差信号が積分
器１６に入力されている。積分器１６では、その積分噐
１６の出力に対して常に前記偏差信号が上書きするよう
に構成されており、前記偏差信号が上書きされてバイア
ス信号Ｂとして加算器１８ｃに出力される。このとき、
バイアス信号Ｂは次の式（１）で示される。

【００１９】

【数１】Ｂ＝Ｎ−Ｎｂ……………（１）

【００２０】さらに、加算器１８ｃでは、図示符号で加
算され次の式（２）で示される速度指令信号Ｎａが速度
指令作成部１５から出力される。

【００２１】

【数２】 Ｎａ＝（Ｎ−Ｎｂ）＋Ｎｂ＝Ｎ……………（２）

【００２２】すなわち、上記の式（２）および図３に示
すように時刻ｔ１から速度指令作成部１５が出力する速
度指令信号Ｎａと速度信号Ｎがほぼ一致した状態で推移
する。上記速度指令信号Ｎａは、加減算器１４へ出力さ
れ、ここで、速度信号Ｎと加算され、その偏差信号がほ
ぼ零となっている。この状態で時刻ｔ２に並列条件が成
立すると、並列条件ａ接点１７ａが閉となり、並列条件
ｂ接点１７ｂが開となる。この場合、積分器１６の出力
が積分器１６の入力へ帰還される回路が形成され、積分
器１６の出力、つまり、バイアス信号Ｂと固定値設定器
１９の零の値とが図示符号で加算された信号が積分器１
６に入力される。これにより、積分器１６の出力が、並
列前のバイアス信号Ｂの値から所定の一次遅れの時定数
によって零の値に減衰して行く。やがて、時刻ｔ４にバ
イアス信号Ｂが零になると、速度目標信号Ｎｂと速度指
令信号Ｎａがほぼ一致し、さらに速度信号Ｎも一致して
くる。そして、速度指令信号Ｎａが時刻ｔ５から徐々に
増加される。これに応じて有効電力Ｐが増加して系統へ
出力される。

【００２３】このように、速度偏差信号を出力する加減
算器１４への入力する速度指令信号Ｎａが速度信号Ｎと
ほぼ等しく速度偏差信号が零となり並列直後に追従して
いるから並列時の突変はなくなると共に、その後、円滑
にポンプ水車２が高効率運転となるように、並列運転に
移行できる。なお、本実施例では、発電運転および揚水
運転時の有効電力の突変を防止できる。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、並
列前には、速度目標信号にあるバイアス信号を加え、速
度偏差をほぼ零にして追従させる一方、並列後に徐々に
バイアス信号を零としたから並列後に速度指令信号がス
テップ状に変化することがない。従って、２次電流の突
変が生じることがなく、有効電力の突変も防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す巻線形誘導機の電力制
御装置の系統図である。

【図２】図１の速度指令作成部を示す構成図である。

【図３】図１の作用の一例を示す説明図である。

【図４】従来例を示す巻線形誘導機の電力制御装置の系
統図である。

【図５】図４の作用の一例を示す図３に対応する説明図
である。

【符号の説明】

１ 巻線形誘導機 ４ 周波数変換器 １０ 有効電力制御器 １２ 速度制御器 １３ 電流制御器 １４ 加減算器 １５ 速度指令作成部 １ａ 回転子 １ｂ 固定子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 9/00 - 9/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 系統に並列遮断器を介して１次側が接続
   されると共に、２次側がガイドベーンによる流量調整で
   制御されるポンプ水車に直結された巻線形誘導機と、 この巻線形誘導機の２次側巻線に前記系統の電力を可変
   周波数に変換して電流を出力する周波数変換器と、 有効電力指令設定器の出力と系統の有効電力検出器の出
   力とから前記ガイドベーンの開度を調整し、かつ、速度
   目標信号を出力する有効電力制御器と、 前記巻線形誘導機の速度信号を検出する速度検出器と、 並列時に前記巻線形誘導機を速度制御する速度制御器
   と、 この速度制御器の電流指令と前記周波数変換器の出力電
   流とから前記周波数変換器の出力電流を制御する電流制
   御器と、 並列前に前記速度目標信号と前記速度信号の偏差に基づ
   く信号をバイアス信号として出力する一方、並列後に前
   記偏差に基づく信号を所定の時定数で零として出力する
   バイアス信号出力手段と、このバイアス信号出力手段の
   出力と前記速度目標信号とを加算して速度指令信号とし
   て出力する手段とからなる速度指令作成部と、 この速度指令作成部の出力する速度指令信号と前記速度
   信号との偏差を算出して、この偏差信号を前記速度制御
   器へ出力する偏差算出手段とを備えたことを特徴とする
   巻線形誘導機の電力制御装置。