JP3388672B2

JP3388672B2 - 揚水発電システム

Info

Publication number: JP3388672B2
Application number: JP09452596A
Authority: JP
Inventors: 浩横田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-04-16
Filing date: 1996-04-16
Publication date: 2003-03-24
Anticipated expiration: 2016-04-16
Also published as: JPH09285194A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は交流励磁同期機の
２次側に接続された励磁用変換器を制御することで、そ
の交流励磁同期機を可変速運転する揚水発電システムに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は例えば電気学会、電力技術研究会
（昭和６２年７月２８日、於名古屋）、発表論文「可変
揚水発電システムによる系統安定化効果のシミュレーシ
ョン解析、Ｐ２６〜Ｐ２９、または日本電気協会誌、昭
和６２年１２月号「世界初の可変速発電システムについ
て」に示された従来の可変速揚水発電システムの回路図
である。

【０００３】図において、１は交流励磁同期機（ＡＥＳ
Ｍ）の電機子、２は交流励磁同期機の回転子（２次コイ
ル）、３は回転子２のシャフト、４は励磁用変圧器、５
は励磁用変換器、６は回転位置／回転数検出器、７は励
磁用変換器５を制御する制御器、８は電機子（１次コイ
ル）に接続された変流器、９は計器用変圧器、４１は界
磁遮断器、５２は発電機遮断器である。

【０００４】次に動作について説明する。交流励磁同期
機を可変速で運転するのは、この交流励磁同期機を２次
励磁する方式が通常採用され。この交流励磁同期機の回
転数が変わっても、系統周波数と一致するようにスベリ
分だけ２次励磁により周波数を補正すれば、系統との並
列運転が可能である。

【０００５】従って、電機子１が接続される系統の電
圧、電流を計器用変圧器９および変流器８で検出し、こ
れらと回転数検出器６の出力とに基づいて、制御器７に
より励磁用変換器５を制御することで、上記並列運転が
可能になる。

【０００６】一方、２次励磁装置としては、交流から直
接に交流を作るサイクロコンバータ方式や、交流から一
度直流に変換し更に交流を作るコンバータとインバータ
からなる方式などが採用され、これらを用いて設定され
た電圧、回転数、電力になるように励磁用変換器５を制
御器７により制御し交流励磁同期機を揚水発電電動機と
して運転する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の交流励磁同期機
の運転制御装置は以上のように構成されており、制御器
７により指令電力になるように励磁用変換器５を制御し
ているため、系統安定度や周波数維持は従来の直流励磁
同期機並の制御装置を備えているだけで、交流励磁同期
機により積極的に向上させるための制御装置は備えてお
らず、系統安定化や周波数調整の目的では可変速揚水発
電機の能力を十分には発揮していないなどの問題点があ
った。

【０００８】また、従来から系統安定化のため静止形無
効電力発生装置（ＳＶＧ：Static Var Generator）、静
止形無効電力補償装置（ＳＶＣ：Static Var Conpensat
or）、電力系統電圧調整装置（ＰＳＶＲ：Power System
Voltage Regulator）、系統安定化装置（ＰＳＳ：Powe
r System Stabilizer ）等が用いられており、将来的に
は超伝導エネルギー貯蔵装置（ＳＭＥＳ：Superconduct
ive Magnetic EnergyStorage ）、フレキシブルＡＣ送
電システム（ＦＡＣＴＳ：Flexible AC Transmission S
ystem ）等の適用が考えられているが、これらについて
はそれぞれ一長一短があり、電圧維持、無効電力の供給
特性、価格、実現の可能性等の問題点があった。また、
系統周波数調整のためのＡＦＣ装置があるが、可変速揚
水発電電動機をより積極的に周波数維持に貢献させてい
ない問題点があった。

【０００９】（１）この発明は上記のような問題点を解
消するためになされたものであり、電力需要バランスが
一時的に崩れた場合に、過渡的にバランスを維持して電
力動揺を抑制し、系統安定度の向上に寄与できる揚水発
電システムの提供を目的とする。

【００１０】（２）また、無効電力需給バランスが崩れ
た場合に、バランスを維持して電圧動揺を抑制し、系統
安定度の向上に寄与できる揚水発電システムの提供を目
的とする。

【００１１】（３）また、電圧が一時的に上昇または低
下した場合に、系統電圧を維持し、系統の安定運転継続
に貢献できる揚水発電システムの提供を目的とする。

【００１２】（４）また、通常の定速機発電所よりも可
変速揚水発電所の周波数調整能力を向上させるため、Ａ
ＦＣの信号を用いて周波数調整に積極的に寄与できる揚
水発電システムの提供を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】（１）この発明に係る揚
水発電システムは、可変速運転を行う可逆式の揚水発電
システムにおいて、緊急電力制御指令により電力設定値
を変更する場合、時間当たりの電力設定値の増減率を、
緊急時以外のときの上記増減率より大きくすると共に、
上記緊急電力制御指令の緊急度に応じて上記増減率を大
きくして電力設定値を変更する設定手段を設け、上記大
きくした増減率に応じて電力を緊急に増減するよもので
ある。

【００１４】（２）また、可変速運転を行う可逆式の揚
水発電システムにおいて、緊急無効電力制御指令により
無効電力設定値を変更する場合、無効電力の制御を行う
と共に、時間当たりの無効電力設定値の増減率を、緊急
時以外のときの上記増減率より大きくし、且つ、緊急無
効電力制御指令の緊急度に応じて上記増減率を大きくし
て無効電力設定値を変更する設定手段を設け、上記大き
くした増減率に応じて無効電力を緊急に増減するもので
ある。

【００１５】（３）また、可変速運転を行う可逆式の揚
水発電システムにおいて、緊急電圧増減指令により電圧
設定値を変更する場合、時間当たりの電圧設定値の増減
率を、緊急時以外の上記増減率よりも大きくすると共
に、上記緊急電圧増減指令の緊急度に応じて上記増減率
を大きくして電圧設定値を変更する設定手段を設け、上
記大きくした増減率に基づいて電圧を緊急に増減するも
のである。

【００１６】（４）また、可変速運転を行う可逆式の揚
水発電システムにおいて、ＡＦＣ信号は正パルスの電力
上げ信号または負パルスの電力下げ信号とすると共に、
この電力上げ・下げ信号のパルス幅の長さに応じて電力
設定値を増減する値を大きくする信号とし、ＡＦＣ信号
により電圧設定値を変更する場合、変更する電力設定値
に達するまで上記ＡＦＣ信号を発信すると共に、上記Ａ
ＦＣ信号による上記電力上げ・下げ信号のパルス幅を、
定速運転タイプ（可変速運転でないタイプ）の揚水発電
システムにおけるＡＦＣ信号の上記電力上げ・下げ信号
の最長のパルス幅よりも長くして、上記電力設定値を早
急に変更することにより上記ＡＦＣ信号による電力の調
整幅を大きくする手段を設け、周波数調整能力を大きく
するものである。

【００１７】（５）また、上記（４）の揚水発電システ
ムにおいて、パルス幅を長くする手段を中央給電所等の
外部に設けたものである。

【００１８】（６）また、可変速運転を行う可逆式の揚
水発電システムにおいて、ＡＦＣ信号は正パルスの電力
上げ信号または負パルスの電力下げ信号とすると共に、
この電力上げ・下げ信号のパルス幅の長さに応じて電力
設定値を増減する値を大きくする信号とし、緊急周波数
制御指令があると、緊急時の電力設定値に達するまで上
記ＡＦＣ信号を発信すると共に、上記ＡＦＣ信号による
上記電力上げ・下げ信号のパルス幅を、緊急時以外の運
転時におけるＡＦＣ信号の上記電力上げ・下げ信号の最
長のパルス幅よりも長くして、上記電力設定値を早急に
変更することにより上記ＡＦＣ信号による電力の調整幅
を大きくする手段を設け、周波数調整能力を大きくする
ものである。

【００１９】（７）また、上記（４）または上記（５）
の電力の調整幅を大きくする手段と、上記（６）の緊急
周波数制御指令に基づいて電力の調整幅を大きくする手
段と、上記両手段を切り替え使用する手段とを設けたも
のである。

【００２０】（８）また、可変速運転を行う可逆式の揚
水発電システムにおいて、ＡＦＣ信号は正パルスの電力
上げ信号または負パルスの電力下げ信号とすると共に、
この電力上げ・下げ信号のパルス幅の長さに応じて電力
設定値を増減する値を大きくする信号とし、ＡＦＣ信号
により電力設定値を変更する場合、変更する電力設定値
に達するまで上記ＡＦＣ信号を発信すると共に、上記受
信したＡＦＣ信号による上記電力上げ・下げ信号のパル
ス幅の長さに応じた上記電力設定値を増減する値よりも
更に大きく増減した値とする手段を設け、電力の調整幅
を大きくするものである。

【００２１】（９）また、可変速運転を行う可逆式の揚
水発電システムにおいて、ＡＦＣ信号は正パルスの電力
上げ信号または負パルスの電力下げ信号とすると共に、
この電力上げ・下げ信号のパルス幅の長さに応じて電力
設定値を増減する値を大きくする信号とし、緊急周波数
制御指令があると、変更する電力設定値に達するまで上
記ＡＦＣ信号を発信すると共に、上記受信したＡＦＣ信
号による上記電力上げ・下げ信号のパルス幅の長さに応
じた上記電力設定値を増減する値よりも更に大きく増減
した値とする手段を設け、電力の調整幅を大きくするも
のである。

【００２２】（１０）また、上記（８）と、上記（９）
の両手段を切り替え使用する手段とを設けたものであ
る。

【００２３】（１１）また、可変速運転を行う可逆式の
揚水発電システムにおいて、ＡＦＣ信号は正パルスの電
力上げ信号または負パルスの電力下げ信号とすると共
に、この電力上げ・下げ信号のパルス幅の長さに応じて
電力設定値を増減する値を大きくする信号とし、上記Ａ
ＦＣ信号により電圧設定値を変更する場合、変更する電
力設定値に達するまで上記ＡＦＣ信号を発信し、上記受
信したＡＦＣ信号による上記電力上げ・下げ信号のパル
ス幅の長さに応じて、電力設定値を増減する値を大きく
すると共に、電力を制御する制御ループの利得を大きく
し、その制御ループの時定数を小さくする手段を設け、
上記変更する電力設定値に早く応動するものである。

【００２４】（１２）また、可変速運転を行う可逆式の
揚水発電システムにおいて、ＡＦＣ信号は正パルスの電
力上げ信号または負パルスの電力下げ信号とすると共
に、この電力上げ・下げ信号のパルス幅の長さに応じて
電力設定値を増減する値を大きくする信号とし、緊急電
力制御信号があると、変更する電力設定値に達するまで
上記ＡＦＣ信号を発信し、上記受信したＡＦＣ信号によ
る上記電力上げ・下げ信号のパルス幅の長さに応じて、
電力設定値を増減する値を大きくすると共に、電力を制
御する制御ループの利得を大きくし、その制御ループの
時定数を小さくする手段を設け、上記変更する電力設定
値に早く応動するものである。

【００２５】（１３）また、上記（１１）と（１２）の
両手段と、この両手段を切り替え使用する手段とを設け
たものである。

【００２６】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、この発明の実施の形態１を図１、
図２に基づいて説明する。図１において、Ｓは交流励磁
同期機（可変速揚水発電電動機）で、電機子１、回転子
２、シャフト３で構成されている。１０はポンプ水車、
１１はインバータ制御器で、これには回転子２に２次励
磁電流を供給する励磁用変換器としてのインバータ１２
が接続されている。

【００２７】１３はコンバータで、２次励磁用の変圧器
４から得られる交流を直流に変換し、その直流出力をイ
ンバータ１２に供給するものである。１６はｄ軸制御時
定数、ｄ軸制御比例ゲインに従って動作する電圧、無効
電力制御回路で、計器用変圧器９を介して得られる電圧
Ｖと、電圧比較器１５における電圧設定器（９０Ｒ）と
の比較出力、または、電圧−無効電力制御切替器２３に
て無効電力設定器２４と実無効電力との無効電力比較器
２５での比較出力を入力とする。

【００２８】１７は電力・無効電力検出器で、変流器８
および計器用変圧器９から得られた電流、電圧に基づい
て電力及び無効電力を求める。１８は電力・無効電力検
出器１７の出力Ｐを電力設定器（６５Ｐ）と比較する電
力比較器、１９はその比較結果に基づきｑ軸制御時定数
で、ｑ軸制御比例ゲインに従って電力偏差を補正する電
力偏差補正回路である。

【００２９】２０は電力偏差補正回路１９および後述の
回転数偏差補正回路２２の各出力を加算する加算器、１
４はｑ軸制御時定数で、ｑ軸制御比例ゲインに従って演
算出力する電力制御回路である。

【００３０】また、２１は回転位置・回転数検出器６の
出力Ｎと目標回転数演算器２６からの基準回転数Ｎｏと
を比較する回転数比較器で、この比較結果は回転数偏差
補正回路２２で電力制御上限回転数、２次励磁装置制御
可能な下限回転数、回転比例ゲインに従って偏差補正処
理された後、上記加算器２０に入力されて、電力偏差補
正回路１９の各出力と加算される。

【００３１】また、インバータ制御器１１において、３
１は位相検出器、３２は座標変換機能を有する３相／２
相変換器で、位相検出器３１および変流器８に接続され
ている。更に、２７は電力制御回路１４および３相／２
相変換器３２の各出力差を求める減算器、２８はｑ軸制
御回路、２９は電圧・無効電力制御回路１６と３相／２
相変換器３２の各出力の差をとる減算器、３０はｄ軸制
御回路、３３はｑ軸、ｄ軸制御出力を２相／３相に座標
変換する２相／３相変換器である。

【００３２】図２は本発明の一実施の形態を示す電力設
定器（６５Ｐ）の特性図で、横軸は時間（ｔ）で、電力
設定器（６５Ｐ）の上げ・下げ信号のパルス積算時間、
縦軸は電力設定値で０％（無負荷）〜１００％（全負
荷）を示している。従来の特性はＡに固定されていた
が、本発明ではＢ、Ｃのごとく整定時間をあらかじめ短
くできるようにしている。

【００３３】次に動作について説明する。電力の需給バ
ランスが電源脱落や負荷急変などにより崩れた場合、有
効電力の緊急制御指令が系統制御装置等から送出され
る。電力設定器（６５Ｐ）はその電力指令値をあらかじ
め決められた整定時間で自動設定する。

【００３４】その整定時間の一例を図２に示し、有効電
力の緊急制御指令の緊急度に応じて図２の特性をＡから
ＢまたはＣの信号に切り替える。即ち、無負荷から全負
荷までの設定変更時間は、通常６０秒程度であるが、例
えば、１，１０，３０秒等に切り替えて電力設定値を緊
急に増減する。

【００３５】このＢまたはＣの信号により電力は設定さ
れ、図１で実電力と電力比較器１８で比較され、偏差を
無くすように電力偏差補正回路１９、加算器２０、電力
制御回路１４、減算器２７、ｑ軸制御回路２８、２相／
３相変換器３３にて２次励磁装置のインバータ１２を制
御し、電力指令値になるように制御される。

【００３６】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、電力の需給バランスが電源脱落や負荷急変などによ
り崩れた場合に、バランス維持を目的として可変速揚水
機に貯えられた回転エネルギーの放出、吸収により有効
電力緊急制御を実施するため、電力設定器の応答時間を
早くしたので、電力指令値に即応できる。即ち、電力設
定器（６５Ｐ）による電力設定値の変更時間を短くする
ことで、可変速揚水機の２次励磁装置により、回転数は
一時的に加速または減速して変動するが、電力は指令値
に早く整定され、系統の安定度を向上することができ
る。

【００３７】実施の形態２．この発明の実施の形態を図
１、図３、図４に基づき説明する。図３は可変速発電電
動機の可能出力曲線の一例であり、左側が揚水運転特
性、右側が発電運転特性で、横軸は左側が入力、右側が
出力、縦軸は無効電力（ＶＡＲ）で上側が強め励磁側
（発電方向で遅れＶＡＲ）、下側が弱め励磁側（発電方
向で進みＶＡＲ）であり、円弧の内側が運転可能範囲で
ある。

【００３８】図４はこの実施の形態を示す無効電力設定
器２４の特性図であり、横軸は時間（ｔ）で無効電力設
定器２４の上げ、下げ信号のパルス積算時間、縦軸は無
効電力設定値で上側が弱め励磁、下側が強め励磁の例を
示している。従来の特性はＡに固定していたが本発明で
はＢ、Ｃのごとく整定時間をあらかじめ短くできるよう
にしている。

【００３９】次に動作について説明する。無効電力の需
給バランスが系統事故等により崩れた場合、無効電力の
緊急制御指令が系統制御装置等から送出される。無効電
力設定器２４はその無効電力指令値をあらかじめ決めら
れた整定時間で自動設定する。その整定時間は図４に示
し、無効電力の緊急制御指令の緊急度に応じて図４の特
性をＢ、Ｃのごとく早く整定する特性とする。

【００４０】緊急無効電力指令により図１の電圧−無効
電力制御切替器２３が無効電力制御側に切替えられ、本
発明の早い整定特性を持った無効電力設定器２４の出力
が実無効電力と無効電力比較器２５で比較され、偏差を
無くすように電圧・無効電力制御回路１６、減算器２
９、ｄ軸制御回路３０、２相／３相変換器３３にて２次
励磁装置のインバータ１２を制御して無効電力指令値に
なるように制御される。

【００４１】以上のように、この実施の形態２によれ
ば、無効電力の需給バランスが系統事故等により崩れた
場合に、バランス維持を目的として、無効電力緊急制御
を実施するため、ｄ軸制御を電圧制御から無効電力制御
に切替え、かつ、無効電力設定器の応答時間を早く（無
効電力設定値の設定変更時間を短く）して、指令無効電
力値に即応できるようにしたので、系統の安定度を向上
することができる。

【００４２】実施の形態３．この発明の実施の形態を図
１と図５に基づき説明する。図５はこの発明の実施の形
態３を示す電圧設定器（９０Ｒ）の特性図で、横軸は時
間（ｔ）で電圧設定器の上げ、下げ信号のパルス積算時
間、縦軸は電圧設定値で９５〜１０５％を示している。

【００４３】次に動作について説明する。系統事故等に
より電圧が大幅に変動した場合、緊急電圧制御指令が系
統制御装置等から送出される。電圧設定器（９０Ｒ）は
その電圧指令値をあらかじめ決められた整定時間で自動
設定する。

【００４４】その整定時間は図５に示し、緊急電圧制御
指令の緊急度に応じて図５の特性をＢ、Ｃのごとく早く
整定する特性とする。即ち、電圧設定器（９０Ｒ）によ
り９５〜１０５％変動の範囲での設定変更時間は、通
常、６０秒程度であるが、緊急度に応じて、例えば、
１，５，１０秒等として、電圧指令値を緊急に増減す
る。

【００４５】緊急電圧制御指令により図１の電圧−無効
電力制御切替器２３が電圧制御側に切替えられ、本発明
の早い整定特性を持った電圧設定器（９０Ｒ）の出力と
実電圧が電圧比較器１５で比較され、偏差を無くすよう
に電圧・無効電力制御器１６、減算器２９、ｄ軸制御回
路３０、２相／３相変換器３３にて２次励磁装置のイン
バータ１２を制御して、電圧指令値になるように制御さ
れる。

【００４６】以上のように、この実施の形態３によれ
ば、系統事故等により電圧が大幅に変動した場合に電圧
維持を目的として、電圧増減緊急制御を実施するため、
電圧設定器の応答時間を早く（電圧設定値の設定変更時
間を短く）して、電圧指令値に即応できるようにしたの
で、系統の安定度を向上することができる。

【００４７】実施の形態４．この発明の実施の形態を図
１、図６、図７に基づき説明する。図６はＡＦＣ信号の
説明図である。通常の定速機（定速運転の揚水発電シス
テム）向けの電力の上げ、下げ信号のパルスの例を示し
ており、上げ、下げ共に通常は長、中、短パルスの３種
の信号で電力の上げ、下げ調整をしている。

【００４８】図７は本発明の可変速揚水機向けのＡＦＣ
信号で、電力上げ、下げ信号のパルスの一例を示してお
り、上げ、下げ共に図６の通常（従来）の長、中、短パ
ルスよりもそれぞれ長パルス化して、一回の上げ、下げ
信号でも定速機よりも大幅に電力を調整するようにして
いる。

【００４９】図６の通常（従来）の場合は、長パルスで
１秒間、短パルスで０．５秒間程度で、０から１００％
までの電力を約６０秒間で制御している。即ち、１パル
ス当たりの電力の設定値の変更度合いは、長パルスで（１／６０）×１００％＝１．７％／秒となる。

【００５０】これに対し、この実施の形態では図７のよ
うに長くし、長パルスを２〜３秒にして、１パルス当た
りの電力の設定値の変化の度合いを、（２〜３／６０）×１００％＝３．３〜５％秒程度とするか、更に３〜６秒と長くして、（３〜１０／６０）×１００％＝５〜１０％／秒程度とする。

【００５１】次に動作について説明する。図１で電力設
定器（６５Ｐ）が図７に示すＡＦＣ信号によって、大幅
に設定変更される。この場合、可変速機の回転エネルギ
ーの放出、吸収によって一時的に回転数は変動するが、
図１で設定電力は実電力と電力比較器１８で比較され、
偏差を無くすように電力偏差補正回路１９、加算器２
０、電力制御回路１４、減算器２７、ｑ軸制御回路２
８、２相／３相変換器３３にて２次励磁装置のインバー
タ１２を制御して、ＡＦＣ信号に即応して電力の大幅な
制御を行い、系統周波数を維持する。

【００５２】以上のように、この実施の形態４によれ
ば、周波数調整に可変速揚水機の能力を十分に発揮させ
る目的で、中央給電所のＡＦＣ信号の電力上げ、下げ信
号のパルス幅を長くすることで、ワンパルスに対する電
力調整量が大きくなり、電力の調整幅を定速機よりも大
きくしたので、周波数調整能力を大きくすることがで
き、系統周波数維持に貢献する。

【００５３】実施の形態５．この実施の形態４は、中央
給電所側でＡＦＣ信号である電力の上げ、下げ信号のパ
ルス幅を長くしたが、この実施の形態５は、中央給電所
からは通常のＡＦＣ信号を揚水発電所側で受け、揚水発
電所側で電力の上げ、下げ信号のパルスのパルス幅を長
くして、周波数調整能力を大きくするものである。

【００５４】この発明の実施の形態５は図１のシステム
構成であり、電力設定器（６５Ｐ）は中央給電所から図
６の特性のＡＦＣ信号を受けると、図７の特性のＡＦＣ
信号に変換して電力指令値を設定し、このＡＦＣ信号で
電力設定器（６５Ｐ）が設定された後の動作は実施の形
態４と同様である。

【００５５】以上のように、この実施の形態５によれ
ば、周波数調整に可変速揚水機の能力を十分に発揮させ
る目的で、中央給電所のＡＦＣ信号を揚水発電所側で受
けてから可変速揚水機側で、ＡＦＣ信号の電力上げ、下
げ信号のパルス幅を長くして、ワンパルスに対する電力
調整量を大きくし、電力の調整幅を定速機よりも大きく
したので、周波数調整能力を大きくすることができ、系
統周波数維持に貢献する。

【００５６】実施の形態６．実施の形態４および実施の
形態５では、従来よりもＡＦＣ信号の電力上げ、下げ信
号のパルス幅を長くしたが、この実施の形態では、通常
の場合は従来と同様の図６のようなパルスの長さにして
おき、中央給電所などから緊急指令を受けるとその緊急
度に応じて図７のようにパルスを長くする。例えば、緊
急指令は周波数変動幅が規定値（例えば±０．１Ｈｚ）
を超えると発信するようにする。

【００５７】このようにすると、緊急度に応じた周波数
の制御を行うことができ、系統の安定度を向上すること
ができる。

【００５８】実施の形態７．この実施の形態は、実施の
形態４または５と、実施の形態６とを組み合わせたもの
である。実施の形態４，５の従来よりもＡＦＣ信号の電
力上げ、下げ信号のパルス幅を長くした場合と、実施の
形態６の緊急度に応じてパルス幅を長くする場合とを切
り換え使用できるようにする。

【００５９】このようにすると、緊急度に応じた周波数
の制御を行うことができ、系統の安定度を向上すること
ができる。

【００６０】実施の形態８．この発明の実施の形態を図
１、図２、図６に基づき説明する。図６は、実施の形態
４で示した通常のＡＦＣ信号の一例を示す説明図で、中
央給電所から発電所に向けての電力の上げ、下げ信号の
パルスの例を示しており、上げ、下げ信号共に通常は
長、中、短パルスの３種の信号で電力の上げ、下げの調
整をしている。

【００６１】図２は実施の形態１で示した通りである。
従って、図６の通常のＡＦＣ信号で図２のＡ（無負荷か
ら全負荷までの設定変更時間が通常６０秒）からＢ、Ｃ
（例えば、１，１０，３０秒）のごとき特性の電力設定
器（６５Ｐ）で制御すると、同一パルス長でも定速機よ
りも大幅に電力が増減されることになる。

【００６２】次に動作について説明する。図１で電力設
定器（６５Ｐ）がＡＦＣ信号によって図２の特性Ｂ，Ｃ
のように、ＡＦＣのワンパルスによって定速機と比較し
大幅に電力が設定変更される。可変速揚水機は回転エネ
ルギーの放出、吸収によって一時的に回転数は変動する
が、設定電力は図１で実電力と電力比較器１８で比較さ
れ、偏差を無くすように電力偏差補正回路１９、加算器
２０、電力制御回路１４、減算器２７、ｑ軸制御回路２
８、２相／３相変換器３３にて２次励磁装置のインバー
タ１２を制御してＡＦＣ信号に即応して電力の大幅な制
御により系統周波数維持を行う。

【００６３】以上のように、この実施の形態８によれ
ば、周波数調整に可変速揚水機の能力を十分に発揮させ
る目的で、中央給電所から送出されてきたＡＦＣ信号の
上げ、下げ信号を受けて、入出力を調整する電力設定器
（６５Ｐ）の応答を早くすることで、ＡＦＣ信号のワン
パルスに対する電力の調整幅を定速機よりも大きくした
ので、周波数調整能力を大きくすることができ、系統周
波数維持に貢献する。

【００６４】実施の形態９．実施の形態８では、初めか
らＡＦＣ信号のパルス幅に応じて電力設定値の変更時間
を短くしたが、この実施の形態は緊急指令を受けるとそ
の緊急度に応じて電力設定値の変更時間を短くしたもの
である。例えば、緊急指令は周波数変動幅が規定値（例
えば±０．１Ｈｚ）を超えると発信するようにする。

【００６５】このようにすると、緊急度に応じた周波数
の制御を行うことができ、系統の安定度を向上すること
ができる。

【００６６】実施の形態１０．この実施の形態は、ＡＦ
Ｃ信号のパルス幅に応じて電力設定値の変更時間を短く
したが、この実施の形態は、実施の形態８と実施の形態
９とを組み合わせたものである。実施の形態８のＡＦＣ
信号のパルス幅に応じて電力設定値の変更時間を短くし
た場合と、実施の形態９の緊急指令を受けると、その緊
急度に応じて電力設定値の変更時間を短くする場合とを
切り替えるようにしたものである。

【００６７】このようにすると、緊急度に応じた周波数
の制御を行うことができ、系統の安定度を向上すること
ができる。

【００６８】実施の形態１１．この発明の実施の形態を
図８、図６に基づき説明する。図６は通常のＡＦＣ信号
の一例の説明図であり、通常の中央給電所からの電力上
げ、下げ信号のパルスの例を示しており、上げ、下げ共
に通常は長、中、短パルスの３種の信号で電力の上げ、
下げ調整をしている。

【００６９】図８は、図１の構成に通常運転−ＡＦＣ貢
献運転の切替スイッチ３７とＡＦＣ貢献運転用電力偏差
補正回路３８を追加したものである。電力偏差補正回路
１９とＡＦＣ貢献運転用電力偏差補正回路３８の違い
は、両者の回路の比例利得がＡＦＣ貢献運転用電力偏差
補正回路３８の方が大きく、時定数がＡＦＣ貢献運転用
電力偏差補正回路３８の方が小さく設計されている。そ
のため電力の指令値と実電力との偏差が短時間の内にオ
ーバシュート気味ではあるが早く電力の指令値に設定さ
れる。

【００７０】以上のように、この実施の形態９によれ
ば、周波数調整に可変速揚水機の能力を十分に発揮させ
る目的で、中央給電所から送出されてきたＡＦＣ信号の
電力上げ、下げ信号を、入出力を調整する電力設定器
（６５Ｐ）で受けて、可変速揚水機の電力を制御する一
巡回路の利得を大きく、時定数を小さくして電力設定の
時間を早くしたので、周波数調整能力を大きくすること
ができ、系統周波数維持に貢献する。

【００７１】実施の形態１２．実施の形態１１では、初
めからＡＦＣの信号のパルス幅の長さに応じて、ループ
ゲインを大きくし、また、時定数を小さくしたが、この
実施の形態は、緊急指令を受けるとＡＦＣの信号のパル
ス幅の長さに応じて、ループゲインを大きくし、また、
時定数を小さくするようにしたものである。例えば、緊
急指令は周波数変動幅が規定値（例えば±０．１Ｈｚ）
を超えると発信するようにする。

【００７２】このようにすると、緊急度に応じた周波数
の制御を行うことができ、系統の安定度を向上すること
ができる。

【００７３】実施の形態１３．この実施の形態は、実施
の形態１１と実施の形態１２とを組み合わせたものであ
る。実施の形態１１の初めからＡＦＣの信号のパルス幅
の長さに応じて、ループゲインを大きくし、また、時定
数を小さくした場合と、実施の形態１２の緊急指令を受
けるとＡＦＣの信号のパルス幅の長さに応じて、ループ
ゲインを大きくし、また、時定数を小さくする場合とを
切り替えるものである。

【００７４】このようにすると、緊急度に応じた周波数
の制御を行うことができ、系統の安定度を向上すること
ができる。

【００７５】

【発明の効果】（１）以上のように、請求項１の発明に
よれば、緊急の場合、通常の場合の時間当たりの電力設
定値の増減率よりも大きくすると共に、緊急度に応じて
その増減率を大きくするようにしたので、電力の急激な
変化に対しても対応することができ、系統の安定度を向
上する。

【００７６】（２）また、請求項２の発明によれば、緊
急の場合、通常の場合の時間当たりの無効電力設定値の
増減率よりも大きくすると共に、緊急度に応じてその増
減率を大きくするようにしたので、即応性のある無効電
力の調整ができ、系統の安定度を向上する。

【００７７】（３）また、請求項３の発明によれば、緊
急の場合、通常の場合の時間当たりの電圧設定値の増減
率よりも大きくすると共に、緊急度に応じてその増減率
を大きくするようにしたので、電圧の急激な変化に対し
ても対応することができ、系統の安定度を向上する。

【００７８】（４）また、請求項４または請求項５の発
明によれば、ＡＦＣ信号である電力上げ・下げ信号のパ
ルス幅を定速運転の揚水発電システムよりも長くするよ
うにしたので、電力の調整幅を大きくして周波数調整能
力を大きくすることができ、系統の安定度を向上する。

【００７９】（５）また、請求項６の発明によれば、緊
急指令があると、ＡＦＣ信号である電力上げ・下げ信号
のパルス幅を従来よりも長くするようにしたので、電力
の調整幅を大きくして周波数調整能力を大きくし、系統
の安定度を向上する。

【００８０】（６）また、請求項７の発明によれば、請
求項４または請求項５の電力の調整幅を大きくする手段
と、請求項６の緊急周波数制御指令に基づいて電力の調
整幅を大きくする手段とを任意に選択するようにしたの
で、周波数の制御をフレキシブルに行い、系統の安定度
を向上する。

【００８１】（７）また、請求項８の発明によれば、Ａ
ＦＣ信号である電力上げ・下げ信号のパルス幅の長さに
応じて、電力設定値を増減する値よりも、更に大きく電
力設定値を増減するようにしたので、電力の調整幅を大
きくして周波数の調整能力を大きくし、系統の安定度を
向上する。

【００８２】（８）また、請求項９の発明によれば、緊
急指令があると、ＡＦＣ信号である電力上げ・下げ信号
のパルス幅の長さに応じて電力設定値を増減する値より
も、更に大きく電力設定値を増減するようにしたので、
電力の調整幅を大きくして周波数の調整能力を大きく
し、系統の安定度を向上する。

【００８３】（９）また、請求項１０の発明によれば、
請求項８と請求項９の両手段とを選択するようにしたの
で、フレキシブルに電力の調整幅を大きくして周波数の
調整能力を大きくし、系統の安定度を向上する。

【００８４】（１０）、また、請求項１１の発明によれ
ば、ＡＦＣ信号である電力上げ下げ信号のパルス幅の長
さに応じて、電力を制御する制御ループの利得を大きく
すると共に、その制御ループの時定数を小さくするよう
にしたので、電力設定値に早く応動することができ、周
波数の変動が少なくなり系統の安定度が向上する。

【００８５】（１１）、また、請求項１２の発明によれ
ば、緊急指令があると、ＡＦＣ信号である電力上げ下げ
信号のパルス幅の長さに応じて、電力設定値を増減する
値を大きくすると共に、電力を制御する制御ループの利
得を大きくし、その制御ループの時定数を小さくするよ
うにしたので、電力設定値に早く応動することができ、
周波数の変動が少なくなり系統の安定度が向上する。

【００８６】（１２）また、請求項１３の発明によれ
ば、通常の場合、ＡＦＣ信号である電力上げ下げ信号の
パルス幅の長さに応じて、電力設定値を増減する値を大
きくすると共に、電力を制御する制御ループの利得を大
きくし、その制御ループの時定数を小さくするのを、常
に行う場合と、緊急指令があると行う場合とを選択する
ようにしたので、周波数の制御をフレキシブルに行い、
系統の安定度を向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１〜６による可変速揚
水発電システムの回路図である。

【図２】この発明の実施の形態１、６による電力設定
器（６５Ｐ）の特性図である。

【図３】この発明の実施の形態１による可変速揚水発
電電動機の運転可能電力曲線の図である。

【図４】この発明の実施の形態２による無効電力設定
器の特性図である。

【図５】この発明の実施の形態３による電圧設定器の
特性図である。

【図６】この発明の実施の形態４，６，７による通常
のＡＦＣ信号である電力上げ、下げ信号の図である。

【図７】この発明の実施の形態４、５によるＡＦＣ信
号である電力上げ、下げ信号の図である。

【図８】この発明の実施の形態７の可変速揚水発電シ
ステムの回路図である。

【図９】従来の可変速揚水発電システムの回路図であ
る。

【符号の説明】

１電機子、２回転子、３シャフト、４励磁用変
圧器、６回転位置・回転数検出器、８変流器、９
計測用変圧器、１０ポンプ水車、１１インバータ制
御器、１２インバータ、１３コンバータ、１４電
力制御回路、１５電圧比較器、１６電圧、無効電力
制御回路、１７電力・無効電力検出器、１８電力比
較器、１９電力偏差補正回路、２０加算器、２１
回転数比較器、２２回転数偏差補正回路、２３電圧
−無効電力制御切替器、２４無効電力設定器、２５
無効電力比較器、２６目標回転数演算器、２７減算
器、２８ｑ軸制御回路、２９減算器、３０ｄ軸制
御回路、３１位相検出器、３２３相／２相変換器、
３３２相／３相変換器、３７切替スイッチ、３８
ＡＦＣ貢献運転用電力偏差補正回路、４１界磁遮断
器、５２発電機遮断器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 9/04 H02J 3/40 H02P 9/14

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】可変速運転を行う可逆式の揚水発電シス
テムにおいて、緊急電力制御指令により電力設定値を変更する場合、時
間当たりの電力設定値の増減率を、緊急時以外のときの
上記増減率より大きくすると共に、上記緊急電力制御指
令の緊急度に応じて上記増減率を大きくして電力設定値
を変更する設定手段を設け、上記大きくした増減率に応じて電力を緊急に増減するよ
うにしたことを特徴とする揚水発電システム。
【請求項２】可変速運転を行う可逆式の揚水発電シス
テムにおいて、緊急無効電力制御指令により無効電力設定値を変更する
場合、無効電力の制御を行うと共に、時間当たりの無効
電力設定値の増減率を、緊急時以外のときの上記増減率
より大きくし、且つ、緊急無効電力制御指令の緊急度に
応じて上記増減率を大きくして無効電力設定値を変更す
る設定手段を設け、上記大きくした増減率に応じて無効電力を緊急に増減す
るようにしたことを特徴とする揚水発電システム。
【請求項３】可変速運転を行う可逆式の揚水発電シス
テムにおいて、緊急電圧増減指令により電圧設定値を変更する場合、時
間当たりの電圧設定値の増減率を、緊急時以外の上記増
減率よりも大きくすると共に、上記緊急電圧増減指令の
緊急度に応じて上記増減率を大きくして電圧設定値を変
更する設定手段を設け、上記大きくした増減率に基づいて電圧を緊急に増減する
ようにしたことを特徴とする揚水発電システム。
【請求項４】可変速運転を行う可逆式の揚水発電シス
テムにおいて、ＡＦＣ信号は正パルスの電力上げ信号または負パルスの
電力下げ信号とすると共に、この電力上げ・下げ信号の
パルス幅の長さに応じて電力設定値を増減する値を大き
くする信号とし、ＡＦＣ信号により電圧設定値を変更する場合、変更する
電力設定値に達するまで上記ＡＦＣ信号を発信すると共
に、上記ＡＦＣ信号による上記電力上げ・下げ信号のパ
ルス幅を、定速運転タイプ（可変速運転でないタイプ）
の揚水発電システムにおけるＡＦＣ信号の上記電力上げ
・下げ信号の最長のパルス幅よりも長くして、上記電力
設定値を早急に変更することにより上記ＡＦＣ信号によ
る電力の調整幅を大きくする手段を設け、周波数調整能
力を大きくするようにしたことを特徴とする揚水発電シ
ステム。
【請求項５】請求項４の揚水発電システムにおいて、パルス幅を長くする手段を中央給電所等の外部に設けた
ことを特徴とする揚水発電システム。
【請求項６】可変速運転を行う可逆式の揚水発電シス
テムにおいて、ＡＦＣ信号は正パルスの電力上げ信号または負パルスの
電力下げ信号とすると共に、この電力上げ・下げ信号の
パルス幅の長さに応じて電力設定値を増減する値を大き
くする信号とし、緊急周波数制御指令があると、緊急時の電力設定値に達
するまで上記ＡＦＣ信号を発信するすると共に、上記Ａ
ＦＣ信号による上記電力上げ・下げ信号のパルス幅を、
緊急時以外の運転時におけるＡＦＣ信号の上記電力上げ
・下げ信号の最長のパルス幅よりも長くして、上記電力
設定値を早急に変更することにより上記ＡＦＣ信号によ
る電力の調整幅を大きくする手段を設け、周波数調整能力を大きくするようにしたことを特徴とす
る揚水発電システム。
【請求項７】請求項４または請求項５の電力の調整幅
を大きくする手段と、請求項６の緊急周波数制御指令に
基づいて電力の調整幅を大きくする手段と、上記両手段
を切り替え使用する手段とを設けたことを特徴とする揚
水発電システム。
【請求項８】可変速運転を行う可逆式の揚水発電シス
テムにおいて、ＡＦＣ信号は正パルスの電力上げ信号または負パルスの
電力下げ信号とすると共に、この電力上げ・下げ信号の
パルス幅の長さに応じて電力設定値を増減する値を大き
くする信号とし、ＡＦＣ信号により電力設定値を変更する場合、変更する
電力設定値に達するまで上記ＡＦＣ信号を発信すると共
に、上記受信したＡＦＣ信号による上記電力上げ・下げ
信号のパルス幅の長さに応じた上記電力設定値を増減す
る値よりも更に大きく増減した値とする手段を設け、電力の調整幅を大きくするようにしたことを特徴とする
揚水発電システム。
【請求項９】可変速運転を行う可逆式の揚水発電シス
テムにおいて、ＡＦＣ信号は正パルスの電力上げ信号または負パルスの
電力下げ信号とすると共に、この電力上げ・下げ信号の
パルス幅の長さに応じて電力設定値を増減する値を大き
くする信号とし、緊急周波数制御指令があると、変更する電力設定値に達
するまで上記ＡＦＣ信号を発信すると共に、上記受信し
たＡＦＣ信号による上記電力上げ・下げ信号のパルス幅
の長さに応じた上記電力設定値を増減する値よりも更に
大きく増減した値とする手段を設け、電力の調整幅を大きくするようにしたことを特徴とする
揚水発電システム。
【請求項１０】請求項８と請求項９の両手段と、上記
両手段を切り替え使用する手段とを設けたことを特徴と
する揚水発電システム。
【請求項１１】可変速運転を行う可逆式の揚水発電シ
ステムにおいて、ＡＦＣ信号は正パルスの電力上げ信号または負パルスの
電力下げ信号とすると共に、この電力上げ・下げ信号の
パルス幅の長さに応じて電力設定値を増減する値を大き
くする信号とし、上記ＡＦＣ信号により電圧設定値を変更する場合、変更
する電力設定値に達するまで上記ＡＦＣ信号を発信し、
上記受信したＡＦＣ信号による上記電力上げ・下げ信号
のパルス幅の長さに応じて、電力設定値を増減する値を
大きくすると共に、電力を制御する制御ループの利得を
大きくし、その制御ループの時定数を小さくする手段を
設け、上記変更する電力設定値に早く応動するようにしたこと
を特徴とする揚水発電システム。
【請求項１２】可変速運転を行う可逆式の揚水発電シ
ステムにおいて、ＡＦＣ信号は正パルスの電力上げ信号または負パルスの
電力下げ信号とすると共に、この電力上げ・下げ信号の
パルス幅の長さに応じて電力設定値を増減する値を大き
くする信号とし、緊急電力制御信号があると、変更する電力設定値に達す
るまで上記ＡＦＣ信号を発信し、上記受信したＡＦＣ信
号による上記電力上げ・下げ信号のパルス幅の長さに応
じて、電力設定値を増減する値を大きくすると共に、電
力を制御する制御ループの利得を大きくし、その制御ル
ープの時定数を小さくする手段を設け、上記変更する電力設定値に早く応動するようにしたこと
を特徴とする揚水発電システム。
【請求項１３】請求項１１と請求項１２の両手段と、
この両手段を切り替え使用する手段とを設けたことを特
徴とする揚水発電システム。