JP3395124B2 - 可変速発電電動機の制御方法及び装置 - Google Patents
可変速発電電動機の制御方法及び装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、可変速発電電動機
の制御方法及び装置に関し、特に発電電動機の二次励磁
周波数を可変して可変速運転する発電電動機の有効電力
制御方法及び装置に関する。
の制御方法及び装置に関し、特に発電電動機の二次励磁
周波数を可変して可変速運転する発電電動機の有効電力
制御方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】可変速発電電動機としては、例えば、特
開昭６２−２８２１６９号公報に記載されているよう
に、発電電動機に水車を連結してなる揚水発電電動機が
広く知られている。このような揚水発電電動機のような
可変速発電電動機の速度調整は、一般に、水車の負荷量
を調節して速度を調節し、速度が制限範囲を超えた場合
にのみ、発電電動機の有効電力量を調節して回転速度を
制御している。
開昭６２−２８２１６９号公報に記載されているよう
に、発電電動機に水車を連結してなる揚水発電電動機が
広く知られている。このような揚水発電電動機のような
可変速発電電動機の速度調整は、一般に、水車の負荷量
を調節して速度を調節し、速度が制限範囲を超えた場合
にのみ、発電電動機の有効電力量を調節して回転速度を
制御している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電力系
統の系統安定化装置に用いられるフライホイール発電電
動機のように、水車等のような負荷量による速度制御機
能を備えていない可変速発電電動機システムの場合は、
速度を所望の速度に保つことが困難な場合がある。つま
り、回転速度の変化を有効電力を調整して吸収する制御
システムを採用しても、電力系統運用の要求により有効
電力の吸収又は放出をしようとすると、回転速度が二次
励磁装置の容量から定まる許容範囲を逸脱してしまうこ
とがある。逆に、回転速度の制御を重視すると、有効電
力を効果的に制御することができないことがある。
統の系統安定化装置に用いられるフライホイール発電電
動機のように、水車等のような負荷量による速度制御機
能を備えていない可変速発電電動機システムの場合は、
速度を所望の速度に保つことが困難な場合がある。つま
り、回転速度の変化を有効電力を調整して吸収する制御
システムを採用しても、電力系統運用の要求により有効
電力の吸収又は放出をしようとすると、回転速度が二次
励磁装置の容量から定まる許容範囲を逸脱してしまうこ
とがある。逆に、回転速度の制御を重視すると、有効電
力を効果的に制御することができないことがある。
【０００４】本発明が解決しようとする課題は、可変速
発電電動機の速度制御と有効電力制御の調和をはかるこ
とにある。
発電電動機の速度制御と有効電力制御の調和をはかるこ
とにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、電力系統に接続された発電電動機と前記電
力系統との間で授受する有効電力と、前記発電電動機の
端子電圧とをそれぞれ検出し、それらの検出値をそれぞ
れの指令値に調整すべく、それらの偏差に基づいて前記
発電電動機の二次巻線の励磁電流の周波数、位相及び大
きさを制御するとともに、前記発電電動機の回転速度の
検出値を指令値に調整すべく、その速度偏差に基づいて
前記有効電力に係る制御量を補正する可変速発電電動機
の制御方法において、前記速度偏差に基づいて前記有効
電力に係る制御量を補正するにあたって、前記速度偏差
に応じた値よりも小さな第1の補正量により前記有効電
力に係る制御量を補正し、前記回転速度の検出値が予め
設定される設定範囲を逸脱したときは前記速度偏差に応
じた値の第2の補正量により前記有効電力に係る制御量
を補正することを特徴とする。
決するため、電力系統に接続された発電電動機と前記電
力系統との間で授受する有効電力と、前記発電電動機の
端子電圧とをそれぞれ検出し、それらの検出値をそれぞ
れの指令値に調整すべく、それらの偏差に基づいて前記
発電電動機の二次巻線の励磁電流の周波数、位相及び大
きさを制御するとともに、前記発電電動機の回転速度の
検出値を指令値に調整すべく、その速度偏差に基づいて
前記有効電力に係る制御量を補正する可変速発電電動機
の制御方法において、前記速度偏差に基づいて前記有効
電力に係る制御量を補正するにあたって、前記速度偏差
に応じた値よりも小さな第1の補正量により前記有効電
力に係る制御量を補正し、前記回転速度の検出値が予め
設定される設定範囲を逸脱したときは前記速度偏差に応
じた値の第2の補正量により前記有効電力に係る制御量
を補正することを特徴とする。
【０００６】具体的には、電力系統に電気的に接続され
た固定子巻線と該固定子巻線に磁気的に結合させて設け
られた回転子巻線とを有してなる発電電動機と、前記回
転子巻線に交流の励磁電流を供給する励磁装置と、前記
発電電動機の有効電力の検出値と外部から与えられる有
効電力の外部指令値との差、及び前記固定子巻線の端子
電圧の検出値と外部から与えられる指令値との差を求
め、それらの差を低減させるように前記励磁電流の位相
と大きさの制御指令を生成して前記励磁装置を制御する
励磁制御装置と、前記発電電動機の速度の検出値と外部
から与えられる速度の指令値との速度偏差を低減するよ
うに前記有効電力の指令値を補正する有効電力補正制御
装置とを備えてなる可変速発電電動機の制御装置におい
て、前記有効電力補正制御装置は、前記速度偏差に応じ
た値よりも小さな第1の補正量により前記有効電力の指
令値を補正する第１の速度制御手段と、前記速度の検出
値が予め定めた設定速度範囲を超えたときは、前記速度
偏差に応じた値の第2の補正量により前記有効電力の指
令値を補正する第２の速度制御手段とを有してなること
を特徴とする。
た固定子巻線と該固定子巻線に磁気的に結合させて設け
られた回転子巻線とを有してなる発電電動機と、前記回
転子巻線に交流の励磁電流を供給する励磁装置と、前記
発電電動機の有効電力の検出値と外部から与えられる有
効電力の外部指令値との差、及び前記固定子巻線の端子
電圧の検出値と外部から与えられる指令値との差を求
め、それらの差を低減させるように前記励磁電流の位相
と大きさの制御指令を生成して前記励磁装置を制御する
励磁制御装置と、前記発電電動機の速度の検出値と外部
から与えられる速度の指令値との速度偏差を低減するよ
うに前記有効電力の指令値を補正する有効電力補正制御
装置とを備えてなる可変速発電電動機の制御装置におい
て、前記有効電力補正制御装置は、前記速度偏差に応じ
た値よりも小さな第1の補正量により前記有効電力の指
令値を補正する第１の速度制御手段と、前記速度の検出
値が予め定めた設定速度範囲を超えたときは、前記速度
偏差に応じた値の第2の補正量により前記有効電力の指
令値を補正する第２の速度制御手段とを有してなること
を特徴とする。
【０００７】この場合において、第１の速度制御手段に
よる有効電力の補正量を予め設定した大きさ以内に制限
することが好ましい。具体的には、制御ゲインを小さく
設定したり、補正量を上下限値内に抑えるリミッタを設
ける。
よる有効電力の補正量を予め設定した大きさ以内に制限
することが好ましい。具体的には、制御ゲインを小さく
設定したり、補正量を上下限値内に抑えるリミッタを設
ける。
【０００８】また、第２の速度制御手段の設定速度範囲
を可変設定する設定手段を設けることが好ましい。これ
によれば、設定速度範囲を変えることにより、システム
の運転モードを切り替えることができる。例えば、有効
電力制御モード又は速度制御モードを、１日の電力負荷
の変動に基づいて変更することができる。また、設定速
度範囲の上限と下限とを、発電電動機の検出値に設定す
ることができる。
を可変設定する設定手段を設けることが好ましい。これ
によれば、設定速度範囲を変えることにより、システム
の運転モードを切り替えることができる。例えば、有効
電力制御モード又は速度制御モードを、１日の電力負荷
の変動に基づいて変更することができる。また、設定速
度範囲の上限と下限とを、発電電動機の検出値に設定す
ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図１乃至図４を用いて、本
発明の一実施の形態を説明する。図１は、本発明を適用
してなる可変速発電電動機システムの全体構成図であ
る。図示のように、電力系統１は主変圧器２を介して可
変速の発電電動機３の固定子巻線４に接続されている。
発電電動機３の回転子巻線５は励磁装置６に接続されて
いる。励磁装置６は、励磁用トランス７を介して主変圧
器２の二次側から励磁電力を得て、後述するように、可
変電圧、可変周波数の交流を発生して回転子巻線５を交
流励磁するようになっている。この励磁装置６として
は、交流を一度直流に変換し、この直流をさらに所望の
周波数の交流に変換する間接交流変換器、つまり順変換
器及び逆変換器から構成される変換器を用いてもよい
し、交流を直流を介さずに直接所望の周波数の交流に変
換する直接交流変換器であるサイクロコンバータを用い
てもよい。
発明の一実施の形態を説明する。図１は、本発明を適用
してなる可変速発電電動機システムの全体構成図であ
る。図示のように、電力系統１は主変圧器２を介して可
変速の発電電動機３の固定子巻線４に接続されている。
発電電動機３の回転子巻線５は励磁装置６に接続されて
いる。励磁装置６は、励磁用トランス７を介して主変圧
器２の二次側から励磁電力を得て、後述するように、可
変電圧、可変周波数の交流を発生して回転子巻線５を交
流励磁するようになっている。この励磁装置６として
は、交流を一度直流に変換し、この直流をさらに所望の
周波数の交流に変換する間接交流変換器、つまり順変換
器及び逆変換器から構成される変換器を用いてもよい
し、交流を直流を介さずに直接所望の周波数の交流に変
換する直接交流変換器であるサイクロコンバータを用い
てもよい。
【００１０】次に、図１の可変速発電電動機システムの
制御装置の部分について説明する。可変速の発電電動機
３の制御は、基本的に、回転子巻線５の励磁電流の位相
と大きさを制御して、回転速度（以下、単に速度とい
う。）の変化にかかわらず回転子巻線５の回転磁界を系
統の周波数に同期させるとともに、系統電圧と有効電力
を制御することにある。本実施の形態では、周知のよう
に、励磁電流を２相成分に分けて制御している。つま
り、発電電動機３の誘起電圧を発生させる電流成分であ
るｄ軸方向の電流成分Ｉｄと、これに電気的に直交する
成分で、誘起電圧には無関係に有効電力にのみ関係する
電流成分であるｑ軸方向の電流成分Ｉｑに分解し、与え
られる系統電圧の指令値と有効電力の指令値に応じて、
励磁電流を制御するようにしている。
制御装置の部分について説明する。可変速の発電電動機
３の制御は、基本的に、回転子巻線５の励磁電流の位相
と大きさを制御して、回転速度（以下、単に速度とい
う。）の変化にかかわらず回転子巻線５の回転磁界を系
統の周波数に同期させるとともに、系統電圧と有効電力
を制御することにある。本実施の形態では、周知のよう
に、励磁電流を２相成分に分けて制御している。つま
り、発電電動機３の誘起電圧を発生させる電流成分であ
るｄ軸方向の電流成分Ｉｄと、これに電気的に直交する
成分で、誘起電圧には無関係に有効電力にのみ関係する
電流成分であるｑ軸方向の電流成分Ｉｑに分解し、与え
られる系統電圧の指令値と有効電力の指令値に応じて、
励磁電流を制御するようにしている。
【００１１】まず、系統の電圧位相は、電圧変成器１０
により検出される系統電圧信号に基づいて、電圧位相検
出器１１において検出される。発電電動機３の回転位相
は、回転位相検出器１２により検出される。このように
して検出された系統の電圧位相と回転位相とから励磁位
相検出器１３においてｄ軸とｑ軸の位相情報を検出して
励磁電流検出器１４に出力する。励磁電流検出器１４
は、電流変成器１５により検出される励磁電流を取り込
み、励磁位相検出器１３から入力されるｄ軸とｑ軸の位
相情報に基づいて、検出された励磁電流をｄ軸方向の検
出値Ｉｄと、ｑ軸方向の検出値Ｉｑとに分解し、励磁制
御装置１５に出力する。
により検出される系統電圧信号に基づいて、電圧位相検
出器１１において検出される。発電電動機３の回転位相
は、回転位相検出器１２により検出される。このように
して検出された系統の電圧位相と回転位相とから励磁位
相検出器１３においてｄ軸とｑ軸の位相情報を検出して
励磁電流検出器１４に出力する。励磁電流検出器１４
は、電流変成器１５により検出される励磁電流を取り込
み、励磁位相検出器１３から入力されるｄ軸とｑ軸の位
相情報に基づいて、検出された励磁電流をｄ軸方向の検
出値Ｉｄと、ｑ軸方向の検出値Ｉｑとに分解し、励磁制
御装置１５に出力する。
【００１２】そして、系統電圧制御のための系統電圧の
検出値Ｖは、電圧変成器１０により検出された系統電圧
信号に基づいて電圧検出器１６により検出される。この
系統電圧の検出値ＶＬは交流電圧調整器１７に入力さ
れ、ここで系統電圧の指令値Ｖｃとの差を低減するよう
にｄ軸電流の指令値Ｉｄｃが生成され、励磁電流制御装
置１５に出力される。
検出値Ｖは、電圧変成器１０により検出された系統電圧
信号に基づいて電圧検出器１６により検出される。この
系統電圧の検出値ＶＬは交流電圧調整器１７に入力さ
れ、ここで系統電圧の指令値Ｖｃとの差を低減するよう
にｄ軸電流の指令値Ｉｄｃが生成され、励磁電流制御装
置１５に出力される。
【００１３】また、電力系統１と発電電動機３との間で
やり取りされる有効電力の検出値Ｐは、電流変成器１８
により検出される電力系統１と発電電動機３間に流れる
電流と、電圧変成器１０により検出される系統電圧信号
とに基づき、有効電力検出器１９により求められて有効
電力調整器２０に出力される。有効電力調節器２０は、
有効電力の検出値Ｐを後述する内部有効電力の指令値Ｐ
ｓに近付けるように、励磁電流のｑ軸成分の指令値Ｉｑ
を励磁制御装置１５に出力する。これにより、励磁制御
装置１５は、入力される励磁電流のｄ軸成分とｑ軸成分
の指令値Ｉｄ、Ｉｑに基づいて、回転子巻線５に供給す
る励磁電流の位相と大きさを制御する指令を励磁装置６
に出力する。
やり取りされる有効電力の検出値Ｐは、電流変成器１８
により検出される電力系統１と発電電動機３間に流れる
電流と、電圧変成器１０により検出される系統電圧信号
とに基づき、有効電力検出器１９により求められて有効
電力調整器２０に出力される。有効電力調節器２０は、
有効電力の検出値Ｐを後述する内部有効電力の指令値Ｐ
ｓに近付けるように、励磁電流のｑ軸成分の指令値Ｉｑ
を励磁制御装置１５に出力する。これにより、励磁制御
装置１５は、入力される励磁電流のｄ軸成分とｑ軸成分
の指令値Ｉｄ、Ｉｑに基づいて、回転子巻線５に供給す
る励磁電流の位相と大きさを制御する指令を励磁装置６
に出力する。
【００１４】次に、本発明の特徴に係る速度制御と有効
電力制御の協調制御の部分について説明する。発電電動
機３の速度は速度検出器２１において検出され、その検
出値Ｎは２つの速度制御器（Ａ）２２と速度制御器
（Ｂ）２３に入力される。速度制御器（Ａ）２２には、
速度の指令値Ｎｃが入力されている。速度制御器（Ａ）
２２は図２に示すように構成され、速度制御器（Ｂ）２
３は図３に示すように構成され、それぞれ有効電力の補
正値ｄＰ１、ｄＰ２を生成して、有効電力補正器２４に
出力する。有効電力補正器２４は、外部から入力される
有効電力の外部指令値Ｐｃに補正値ｄＰ１、ｄＰ２を加
算して、有効電力の内部指令値Ｐｓを生成して、有効電
力調整器２０に出力している。有効電力調整器２０は、
有効電力検出器１９により検出された有効電力の検出値
Ｐと内部指令値Ｐｓとの偏差を零にするように、励磁電
流のｑ軸方向の指令値Ｉｑを生成して励磁制御装置１５
に出力するようになっている。
電力制御の協調制御の部分について説明する。発電電動
機３の速度は速度検出器２１において検出され、その検
出値Ｎは２つの速度制御器（Ａ）２２と速度制御器
（Ｂ）２３に入力される。速度制御器（Ａ）２２には、
速度の指令値Ｎｃが入力されている。速度制御器（Ａ）
２２は図２に示すように構成され、速度制御器（Ｂ）２
３は図３に示すように構成され、それぞれ有効電力の補
正値ｄＰ１、ｄＰ２を生成して、有効電力補正器２４に
出力する。有効電力補正器２４は、外部から入力される
有効電力の外部指令値Ｐｃに補正値ｄＰ１、ｄＰ２を加
算して、有効電力の内部指令値Ｐｓを生成して、有効電
力調整器２０に出力している。有効電力調整器２０は、
有効電力検出器１９により検出された有効電力の検出値
Ｐと内部指令値Ｐｓとの偏差を零にするように、励磁電
流のｑ軸方向の指令値Ｉｑを生成して励磁制御装置１５
に出力するようになっている。
【００１５】ここで、速度制御器（Ａ）２２と速度制御
器（Ｂ）２３の詳細構成について説明する。速度制御器
（Ａ）２２は、図２に示すように、速度の指令値Ｎｃと
検出値Ｎとの速度偏差ΔＮを求める減算器３１と、この
速度偏差ΔＮを低減するように、有効電力の補正値ｄＰ
1を生成する制御器３２と、この制御器３２から出力さ
れる補正値ｄＰ1の上下限を制限するリミッタ３３とを
有して構成されている。なお、制御器３２は、例えば比
例積分制御器等を用いることができる。リミッタ３３は
入力される補正値ｄＰ1が上・下限値の範囲内の場合
は、入力された補正値ｄＰ1をそのまま出力するように
なっている。また、制御器３２の制御ゲインを小さくす
ることにより制御出力である補正値ｄＰ1を小さくする
ことができるので、制御ゲインを適切に選ぶことにより
リミッタ３３を省略できる。
器（Ｂ）２３の詳細構成について説明する。速度制御器
（Ａ）２２は、図２に示すように、速度の指令値Ｎｃと
検出値Ｎとの速度偏差ΔＮを求める減算器３１と、この
速度偏差ΔＮを低減するように、有効電力の補正値ｄＰ
1を生成する制御器３２と、この制御器３２から出力さ
れる補正値ｄＰ1の上下限を制限するリミッタ３３とを
有して構成されている。なお、制御器３２は、例えば比
例積分制御器等を用いることができる。リミッタ３３は
入力される補正値ｄＰ1が上・下限値の範囲内の場合
は、入力された補正値ｄＰ1をそのまま出力するように
なっている。また、制御器３２の制御ゲインを小さくす
ることにより制御出力である補正値ｄＰ1を小さくする
ことができるので、制御ゲインを適切に選ぶことにより
リミッタ３３を省略できる。
【００１６】また、速度制御器（Ｂ）２３は、図３に示
すように、速度の検出値Ｎの上下限を制限するリミッタ
３５と、このリミッタ３５の出力から検出値Ｎを減算す
る減算器３６と、この減算器３６の出力を零にするよう
な有効電力指令値の補正値ｄＰ2を生成する制御器３７
とを有して構成されている。なお、制御器３７は、例え
ば比例積分制御器等を用いることができる。また、リミ
ッタ３５は、上限設定値Ｎｍａｘより入力が高い場合は
Ｎｍａｘを出力し、下限設定値Ｎｍｉｎより入力が低い
場合にはＮｍｉｎを出力し、それ以外では入力値をその
まま出力するように形成されている。したがって、速度
の検出値Ｎが上限設定値Ｎｍａｘと下限設定値Ｎｍｉｎ
の間のときは、減算器３６の出力は零になり、検出値Ｎ
が上限設定値Ｎｍａｘより上のとき減算器３６の出力は
正の値になり、検出値Ｎが下限設定値Ｎｍｉｎより下の
とき減算器３６の出力は負の値となる。その結果、制御
器３７は、速度の検出値Ｎが上下限設定値により設定さ
れた範囲を逸脱した場合に、速度をその範囲に戻すよう
な有効電力の補正値ｄＰ2を出力するようになってい
る。上下限設定値Ｎｍａｘ、Ｎｍｉｎは、励磁装置６の
出力電圧の限界に応じて定める。つまり、励磁装置６は
半導体スイッチ素子等を用いて直流等から可変周波数の
正弦波状の交流電圧を発生するが、励磁電圧が高過ぎた
り、低過ぎると、正弦波状を保つことができなくなり、
その結果、励磁電流が歪んで正常な制御が困難になるか
らである。
すように、速度の検出値Ｎの上下限を制限するリミッタ
３５と、このリミッタ３５の出力から検出値Ｎを減算す
る減算器３６と、この減算器３６の出力を零にするよう
な有効電力指令値の補正値ｄＰ2を生成する制御器３７
とを有して構成されている。なお、制御器３７は、例え
ば比例積分制御器等を用いることができる。また、リミ
ッタ３５は、上限設定値Ｎｍａｘより入力が高い場合は
Ｎｍａｘを出力し、下限設定値Ｎｍｉｎより入力が低い
場合にはＮｍｉｎを出力し、それ以外では入力値をその
まま出力するように形成されている。したがって、速度
の検出値Ｎが上限設定値Ｎｍａｘと下限設定値Ｎｍｉｎ
の間のときは、減算器３６の出力は零になり、検出値Ｎ
が上限設定値Ｎｍａｘより上のとき減算器３６の出力は
正の値になり、検出値Ｎが下限設定値Ｎｍｉｎより下の
とき減算器３６の出力は負の値となる。その結果、制御
器３７は、速度の検出値Ｎが上下限設定値により設定さ
れた範囲を逸脱した場合に、速度をその範囲に戻すよう
な有効電力の補正値ｄＰ2を出力するようになってい
る。上下限設定値Ｎｍａｘ、Ｎｍｉｎは、励磁装置６の
出力電圧の限界に応じて定める。つまり、励磁装置６は
半導体スイッチ素子等を用いて直流等から可変周波数の
正弦波状の交流電圧を発生するが、励磁電圧が高過ぎた
り、低過ぎると、正弦波状を保つことができなくなり、
その結果、励磁電流が歪んで正常な制御が困難になるか
らである。
【００１７】なお、図３の例においては、有効電力の正
方向を発電電動機３から電力系統１へ有効電力を放出す
る方向、すなわち発電電動機３の減速方向に設定してい
るが、有効電力の正方向を発電電動機３の加速方向に整
定する場合は、図３における減算器３６の加減算の符号
を逆にすればよい。
方向を発電電動機３から電力系統１へ有効電力を放出す
る方向、すなわち発電電動機３の減速方向に設定してい
るが、有効電力の正方向を発電電動機３の加速方向に整
定する場合は、図３における減算器３６の加減算の符号
を逆にすればよい。
【００１８】このように構成される可変速発電電動機シ
ステムの動作を次に説明する。まず、励磁装置６の性能
により定まる速度の許容範囲に対応させて設定速度範囲
Ｎｍａｘ〜Ｎｍｉｎを設定すると、その設定速度範囲に
おいては、速度制御器（Ａ）２２の作用により、速度偏
差ΔＮを零にするように有効電力の補正値ｄＰ1が出力
され、これに応じて速度が制御される。しかし、リミッ
タ３３又は制御器３２のゲインにより、補正値ｄＰ1は
補正値ｄＰ2に比べて相対的に小さい値に抑制される。
その結果、速度制御器（Ａ）２２は、有効電力一定の制
御となり、速度偏差ΔＮの補正は緩やかな制御になる。
なお、有効電力の外部指令値Ｐｃが変化しても、速度制
御を追従させないようにして、両者の協調を図ってい
る。
ステムの動作を次に説明する。まず、励磁装置６の性能
により定まる速度の許容範囲に対応させて設定速度範囲
Ｎｍａｘ〜Ｎｍｉｎを設定すると、その設定速度範囲に
おいては、速度制御器（Ａ）２２の作用により、速度偏
差ΔＮを零にするように有効電力の補正値ｄＰ1が出力
され、これに応じて速度が制御される。しかし、リミッ
タ３３又は制御器３２のゲインにより、補正値ｄＰ1は
補正値ｄＰ2に比べて相対的に小さい値に抑制される。
その結果、速度制御器（Ａ）２２は、有効電力一定の制
御となり、速度偏差ΔＮの補正は緩やかな制御になる。
なお、有効電力の外部指令値Ｐｃが変化しても、速度制
御を追従させないようにして、両者の協調を図ってい
る。
【００１９】これに対し、設定速度範囲（ＮｍａｘとＮ
ｍｉｎの範囲内）を超えるような速度になった場合に
は、自動的に速度制御器（Ｂ）２３の制御に切り替わ
る。このときの動作を、図４を用いて説明する。図４
は、有効電力の検出値Ｐ、内部指令値Ｐｓ、速度の検出
値Ｎを時間経過に従って示している。ここでは、図３に
おける上限設定値ＮｍａｘをＮｍａｘに設定し、下限設
定値ＮｍｉｎをＮｍｉｎに設定した場合を示している。
速度の検出値ＮがＮｍａｘとＮｍｉｎの間にあるとき、
有効電力の内部指令値Ｐｓは外部の指令値Ｐｃに一致し
ており、かつ実際の有効電力の出力である検出値Ｐもほ
ぼこれに一致して制御されている。図の例では、指令値
Ｐｃが負であるため、発電電動機３から有効電力が吸収
され、これに応じて加速され、速度の検出値Ｎが上昇し
ている。そして、速度の検出値ＮがＮｍａｘを越える
と、図３の速度制御器（Ｂ）２３の出力である補正値ｄ
Ｐ２が正の値となるから、これが負の指令値Ｐｃを打ち
消すように働き、有効電力の内部指令値Ｐｓと検出値Ｐ
は零に近づいていく。そして、速度の検出値Ｎは、Ｎｍ
ａｘに一致するように制御される。
ｍｉｎの範囲内）を超えるような速度になった場合に
は、自動的に速度制御器（Ｂ）２３の制御に切り替わ
る。このときの動作を、図４を用いて説明する。図４
は、有効電力の検出値Ｐ、内部指令値Ｐｓ、速度の検出
値Ｎを時間経過に従って示している。ここでは、図３に
おける上限設定値ＮｍａｘをＮｍａｘに設定し、下限設
定値ＮｍｉｎをＮｍｉｎに設定した場合を示している。
速度の検出値ＮがＮｍａｘとＮｍｉｎの間にあるとき、
有効電力の内部指令値Ｐｓは外部の指令値Ｐｃに一致し
ており、かつ実際の有効電力の出力である検出値Ｐもほ
ぼこれに一致して制御されている。図の例では、指令値
Ｐｃが負であるため、発電電動機３から有効電力が吸収
され、これに応じて加速され、速度の検出値Ｎが上昇し
ている。そして、速度の検出値ＮがＮｍａｘを越える
と、図３の速度制御器（Ｂ）２３の出力である補正値ｄ
Ｐ２が正の値となるから、これが負の指令値Ｐｃを打ち
消すように働き、有効電力の内部指令値Ｐｓと検出値Ｐ
は零に近づいていく。そして、速度の検出値Ｎは、Ｎｍ
ａｘに一致するように制御される。
【００２０】一方、外部から与えられる有効電力の指令
値Ｐｃが増加した場合には、発電電動機３は減速し、有
効電力の補正値ｄＰ2が減少する。そして、ｄＰ2が零と
なった時点で、再び有効電力の内部指令値Ｐｓと検出値
Ｐが有効電力の指令値Ｐｃに一致する。
値Ｐｃが増加した場合には、発電電動機３は減速し、有
効電力の補正値ｄＰ2が減少する。そして、ｄＰ2が零と
なった時点で、再び有効電力の内部指令値Ｐｓと検出値
Ｐが有効電力の指令値Ｐｃに一致する。
【００２１】以上説明したように、図１乃至３に示した
実施の形態によれば、速度制御器（Ｂ）２３の出力は、
速度の上限設定値と下限設定値とにより設定した設定速
度範囲を逸脱した場合にのみ制御出力を出し、有効電力
制御を犠牲にして速度を設定速度範囲に抑えるように制
御する。一方、速度が設定速度範囲内の場合は、速度制
御器（Ａ）２２の制御によって、通常の有効電力中心の
制御が実行される。
実施の形態によれば、速度制御器（Ｂ）２３の出力は、
速度の上限設定値と下限設定値とにより設定した設定速
度範囲を逸脱した場合にのみ制御出力を出し、有効電力
制御を犠牲にして速度を設定速度範囲に抑えるように制
御する。一方、速度が設定速度範囲内の場合は、速度制
御器（Ａ）２２の制御によって、通常の有効電力中心の
制御が実行される。
【００２２】なお、上述の実施の形態においては、ｄ軸
及びｑ軸の二軸成分に電流を分解して制御する方式を示
したが、有効電力を制御する方法として交流の電流制御
を用いた場合でも有効電力の指令に対して補正を加えれ
ば同一の効果を得る。
及びｑ軸の二軸成分に電流を分解して制御する方式を示
したが、有効電力を制御する方法として交流の電流制御
を用いた場合でも有効電力の指令に対して補正を加えれ
ば同一の効果を得る。
【００２３】図５と図６に、本発明の特徴に係る速度制
御器（Ｂ）の他の実施の形態を示す。図５に示した速度
制御器（Ｂ）４０が図３に示したものと相違する点は、
図３のリミッタ３５に代えて、上限設定値Ｎｍａｘと下
限設定値Ｎｍｉｎを外部から変更できるリミッタ４１を
用いたことにある。すなわち、図５におけるリミッタ４
１は、上限設定値Ｎｍａｘ及び下限制限値Ｎｍｉｎを運
転中に外部から変更可能にしている。
御器（Ｂ）の他の実施の形態を示す。図５に示した速度
制御器（Ｂ）４０が図３に示したものと相違する点は、
図３のリミッタ３５に代えて、上限設定値Ｎｍａｘと下
限設定値Ｎｍｉｎを外部から変更できるリミッタ４１を
用いたことにある。すなわち、図５におけるリミッタ４
１は、上限設定値Ｎｍａｘ及び下限制限値Ｎｍｉｎを運
転中に外部から変更可能にしている。
【００２４】このようにすることにより、発電電動機３
の動作モードを運転中に切り換えることができる。この
ことを、図６を用いて説明する。同図は、発電電動機３
の速度Ｎ及び有効電力Ｐを時間経過に従って示したもの
であり、時間Ｔ0までは有効電力の外部指令値Ｐｃに従
って有効電力を吸収しながら発電電動機３は加速してい
る。次に、時間Ｔ0にて上限設定値Ｎｍａｘと下限設定
値Ｎｍｉｎを、その時の速度の検出値Ｎ0に一致させて
変更設定する。これにより、その時点の速度Ｎ0が設定
速度範囲となり、検出値ＮがＮ0から離れないように制
御する強い速度制御が働く。その結果、発電電動機３の
有効電力は急激に絞られ、有効電力が零の近傍におい
て、速度の検出値Ｎと設定値Ｎ0の差に応じた大きな出
力を出すことになる。このとき、発電電動機３が加速し
ようとした場合には、急速に有効電力を放出し、減速し
ようとした場合には急速に有効電力を吸収する。これ
は、例えば、電力系統１の電圧が上昇した場合、発電電
動機３に入る有効電力が増加して発電電動機３が加速さ
れるが、その加速による速度の上昇を抑えるように有効
電力が放出され、系統電圧を一定値に安定に保持するこ
とになる。つまり、言い換えれば、系統電圧の変化によ
り同期電動機としての発電電動機３の位相平衡点が移動
した場合のような動きとなる。
の動作モードを運転中に切り換えることができる。この
ことを、図６を用いて説明する。同図は、発電電動機３
の速度Ｎ及び有効電力Ｐを時間経過に従って示したもの
であり、時間Ｔ0までは有効電力の外部指令値Ｐｃに従
って有効電力を吸収しながら発電電動機３は加速してい
る。次に、時間Ｔ0にて上限設定値Ｎｍａｘと下限設定
値Ｎｍｉｎを、その時の速度の検出値Ｎ0に一致させて
変更設定する。これにより、その時点の速度Ｎ0が設定
速度範囲となり、検出値ＮがＮ0から離れないように制
御する強い速度制御が働く。その結果、発電電動機３の
有効電力は急激に絞られ、有効電力が零の近傍におい
て、速度の検出値Ｎと設定値Ｎ0の差に応じた大きな出
力を出すことになる。このとき、発電電動機３が加速し
ようとした場合には、急速に有効電力を放出し、減速し
ようとした場合には急速に有効電力を吸収する。これ
は、例えば、電力系統１の電圧が上昇した場合、発電電
動機３に入る有効電力が増加して発電電動機３が加速さ
れるが、その加速による速度の上昇を抑えるように有効
電力が放出され、系統電圧を一定値に安定に保持するこ
とになる。つまり、言い換えれば、系統電圧の変化によ
り同期電動機としての発電電動機３の位相平衡点が移動
した場合のような動きとなる。
【００２５】さらに、図６に示すように、時間Ｔ1にお
いて上限設定値Ｎｍａｘ及び下限設定値Ｎｍｉｎを再び
元の値に戻すと、再び発電電動機３は有効電力の外部指
令値Ｐｃに一致する有効電力を出力するようになり、有
効電力一定制御モードに移行する。なお、図６では、上
限設定値Ｎｍａｘと下限設定値Ｎｍｉｎを同一の値Ｎ0
に設定したが、これらは同一の値である必要はなく、設
定速度範囲の幅を変更するだけでもよい。また、設定速
度範囲の変更は、図６のＴ1以降のように連続的に変化
することもできるし、Ｔ0時のように不連続に変化する
こともできる。
いて上限設定値Ｎｍａｘ及び下限設定値Ｎｍｉｎを再び
元の値に戻すと、再び発電電動機３は有効電力の外部指
令値Ｐｃに一致する有効電力を出力するようになり、有
効電力一定制御モードに移行する。なお、図６では、上
限設定値Ｎｍａｘと下限設定値Ｎｍｉｎを同一の値Ｎ0
に設定したが、これらは同一の値である必要はなく、設
定速度範囲の幅を変更するだけでもよい。また、設定速
度範囲の変更は、図６のＴ1以降のように連続的に変化
することもできるし、Ｔ0時のように不連続に変化する
こともできる。
【００２６】上述したように、図５の実施の形態によれ
ば、上限設定値Ｎｍａｘ及び下限設定値Ｎｍｉｎを動的
に変化させることにより、発電電動機３の動作モードを
有効電力制御から速度制御へと切り換えることができる
から、例えば、電力系統の状況に応じた動作モードを選
択して切替えることができる。
ば、上限設定値Ｎｍａｘ及び下限設定値Ｎｍｉｎを動的
に変化させることにより、発電電動機３の動作モードを
有効電力制御から速度制御へと切り換えることができる
から、例えば、電力系統の状況に応じた動作モードを選
択して切替えることができる。
【００２７】図７に、図５の速度制御器（Ｂ）４０の上
限設定値Ｎｍａｘと下限設定値Ｍｍｉｎを可変設定する
のに好適な速度範囲指令器５０の一例を示す。図示のよ
うに、速度範囲指令器５０は、運転モード切り換え指令
Ｍｄに従って上限設定値Ｎｍａｘ及び下限設定値Ｎｍｉ
ｎを切り換えるスイッチＳＷ１、ＳＷ２と、複数の上限
設定値、下限設定値を格納するテーブル５１，５２から
構成される。テーブル５１のＮｍａｘ−１からＮｍａｘ
−ｎの上限設定値を格納しており、テーブル５２はＮｍ
ｉｎ−１からＮｍｉｎ−ｎの下限設定値を格納してい
る。スイッチＳＷ１及びＳＷ２は運転モード切り換え指
令Ｍｄに応じて動作され、それぞれテーブル５１，５２
からＭｄに対応する１つの設定値を選択して、上限設定
値Ｎｍａｘ及び下限設定値Ｎｍｉｎとして出力するよう
になっている。
限設定値Ｎｍａｘと下限設定値Ｍｍｉｎを可変設定する
のに好適な速度範囲指令器５０の一例を示す。図示のよ
うに、速度範囲指令器５０は、運転モード切り換え指令
Ｍｄに従って上限設定値Ｎｍａｘ及び下限設定値Ｎｍｉ
ｎを切り換えるスイッチＳＷ１、ＳＷ２と、複数の上限
設定値、下限設定値を格納するテーブル５１，５２から
構成される。テーブル５１のＮｍａｘ−１からＮｍａｘ
−ｎの上限設定値を格納しており、テーブル５２はＮｍ
ｉｎ−１からＮｍｉｎ−ｎの下限設定値を格納してい
る。スイッチＳＷ１及びＳＷ２は運転モード切り換え指
令Ｍｄに応じて動作され、それぞれテーブル５１，５２
からＭｄに対応する１つの設定値を選択して、上限設定
値Ｎｍａｘ及び下限設定値Ｎｍｉｎとして出力するよう
になっている。
【００２８】ここで、運転モード切り換え指令Ｍｄは、
例えば一日の負荷変動に対応して、電力系統１に接続さ
れて運転している発電機の台数が多い時間帯には速度範
囲を狭めて速度制御モードによる運転を行い、電力系統
１に接続されて運転している発電機の台数が少ない時間
帯には速度範囲を広げて有効電力制御モードによる運転
を行うことができる。また、実際に発電機の運転台数に
関する情報が得られる場合には、その情報に従って速度
範囲の設定値を切り換えるようにすることもできる。
例えば一日の負荷変動に対応して、電力系統１に接続さ
れて運転している発電機の台数が多い時間帯には速度範
囲を狭めて速度制御モードによる運転を行い、電力系統
１に接続されて運転している発電機の台数が少ない時間
帯には速度範囲を広げて有効電力制御モードによる運転
を行うことができる。また、実際に発電機の運転台数に
関する情報が得られる場合には、その情報に従って速度
範囲の設定値を切り換えるようにすることもできる。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本願発明によれ
ば、設定速度範囲内では第１の速度制御手段による有効
電力の補正がなされるから、有効電力の指令値に従った
十分な有効電力の制御を行うことができ、設定速度範囲
を逸脱した場合は第２の速度制御手段による有効電力の
補正により、その範囲から速度が逸脱するのを防ぐ効果
がある。
ば、設定速度範囲内では第１の速度制御手段による有効
電力の補正がなされるから、有効電力の指令値に従った
十分な有効電力の制御を行うことができ、設定速度範囲
を逸脱した場合は第２の速度制御手段による有効電力の
補正により、その範囲から速度が逸脱するのを防ぐ効果
がある。
【００３０】また、有効電力を放出または吸収する必要
がない場合には、第１の速度制御手段により、時間をか
けて緩やかに速度指令値近傍に制御できる。
がない場合には、第１の速度制御手段により、時間をか
けて緩やかに速度指令値近傍に制御できる。
【００３１】さらに、設定速度範囲の上限値及び下限値
を変更するようにしたものによれば、１日の時間帯や電
力需給状況に応じてそれらの値を変更することにより、
有効電力を優先した制御と速度を優先した制御を切り換
えることができ、その時点の状況に応じた運転形態で運
転する可変速発電システムを実現できる。
を変更するようにしたものによれば、１日の時間帯や電
力需給状況に応じてそれらの値を変更することにより、
有効電力を優先した制御と速度を優先した制御を切り換
えることができ、その時点の状況に応じた運転形態で運
転する可変速発電システムを実現できる。
【図１】本発明の一実施の形態の可変速発電電動機シス
テムの全体構成図である。
テムの全体構成図である。
【図２】速度制御器（Ａ）の詳細構成図である。
【図３】速度制御器（Ｂ）の詳細構成図である。
【図４】図１乃至３の実施の形態の動作を説明するタイ
ムチャートである。
ムチャートである。
【図５】本発明に係る速度制御器（Ｂ）の他の実施の形
態の詳細構成図である。
態の詳細構成図である。
【図６】図５の速度制御器（Ｂ）を適用した場合の動作
を説明するタイムチャートである。
を説明するタイムチャートである。
【図７】本発明に係る速度範囲指令器の一実施の形態の
詳細構成図である。
詳細構成図である。
１ 電力系統
２ 主変圧器
３ 発電電動機
４ 固定子巻線
５ 回転子巻線
６ 励磁装置
７ 励磁用変圧器
１３ 励磁位相検出器
１４ 励磁電流検出器
１５ 励磁制御装置
１６ 電圧検出器
１７ 交流電圧調整器
１９ 有効電力検出器
２０ 有効電力調整器
２１ 速度検出器
２２ 速度制御器（Ａ）
２３、４０ 速度制御器（Ｂ）
２４ 有効電力補正器
５０ 速度範囲指令器
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 一瀬 雅哉
茨城県日立市大みか町七丁目２番１号
株式会社 日立製作所 電力・電機開発
本部内
(72)発明者 久保田 譲
茨城県日立市大みか町七丁目２番１号
株式会社 日立製作所 電力・電機開発
本部内
(72)発明者 本部 光幸
茨城県日立市大みか町七丁目２番１号
株式会社 日立製作所 電力・電機開発
本部内
(72)発明者 樋口 幹祐
茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式
会社 日立製作所 日立工場内
(72)発明者 遠藤 政市
茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式
会社 日立製作所 日立工場内
(72)発明者 加藤 有一
大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号
関西電力株式会社内
(72)発明者 西尾 徹
大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号
関西電力株式会社内
(72)発明者 両満 明
大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号
関西電力株式会社内
(56)参考文献 特開 平１−311900（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−285193（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02P 9/00
H02P 9/14
Claims (7)
- 【請求項１】 電力系統に接続された発電電動機と前記
電力系統との間で授受する有効電力と、前記発電電動機
の端子電圧とをそれぞれ検出し、それらの検出値をそれ
ぞれの指令値に調整すべく、それらの偏差に基づいて前
記発電電動機の二次巻線の励磁電流の周波数、位相及び
大きさを制御するとともに、前記発電電動機の回転速度
の検出値を指令値に調整すべく、その速度偏差に基づい
て前記有効電力に係る制御量を補正する可変速発電電動
機の制御方法において、前記速度偏差に基づいて前記有
効電力に係る制御量を補正するにあたって、前記速度偏
差に応じた値よりも小さな第1の補正量により前記有効
電力に係る制御量を補正し、前記回転速度の検出値が予
め設定される設定範囲を逸脱したときは前記速度偏差に
応じた値の第2の補正量により前記有効電力に係る制御
量を補正することを特徴とする可変速発電電動機の制御
方法。 - 【請求項２】 電力系統に電気的に接続された固定子巻
線と該固定子巻線に磁気的に結合させて設けられた回転
子巻線とを有してなる発電電動機と、前記回転子巻線に
交流の励磁電流を供給する励磁装置と、前記発電電動機
の有効電力の検出値と外部から与えられる有効電力の外
部指令値との差、及び前記固定子巻線の端子電圧の検出
値と外部から与えられる指令値との差を求め、それらの
差を低減させるように前記励磁電流の位相と大きさの制
御指令を生成して前記励磁装置を制御する励磁制御装置
と、前記発電電動機の速度の検出値と外部から与えられ
る速度の指令値との速度偏差を低減するように前記有効
電力の指令値を補正する有効電力補正制御装置とを備え
てなる可変速発電電動機の制御装置において、前記有効
電力補正制御装置は、前記速度偏差に応じた値よりも小
さな第1の補正量により前記有効電力の指令値を補正す
る第１の速度制御手段と、前記速度の検出値が予め定め
た設定速度範囲を超えたときは、前記速度偏差に応じた
値の第2の補正量により前記有効電力の指令値を補正す
る第２の速度制御手段とを有してなることを特徴とする
可変速発電電動機の制御装置。 - 【請求項３】 第１の速度制御手段は、第1の補正量を
予め設定した大きさ以内に制限してなることを特徴とす
る請求項２に記載の可変速発電電動機の制御装置。 - 【請求項４】 第２の速度制御手段は、前記設定速度範
囲を可変設定する設定手段を備えたことを特徴とする請
求項２又は３に記載の可変速発電電動機の制御装置。 - 【請求項５】 前記設定速度範囲を可変設定する設定手
段は、前記設定速度範囲の上限と下限とを前記発電電動
機の検出値に設定することを特徴とする請求項４に記載
の可変速発電電動機の制御装置。 - 【請求項６】 前記設定速度範囲を可変設定する設定手
段は、前記設定速度範囲の上限と下限とを１日の電力負
荷の変動に基づいて変更することを特徴とする請求項４
に記載の可変速発電電動機の制御装置。 - 【請求項７】 請求項２乃至６のいずれかに記載の可変
速発電電動機の制御装置を備えてなる可変速発電システ
ム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33254597A JP3395124B2 (ja) | 1997-12-03 | 1997-12-03 | 可変速発電電動機の制御方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33254597A JP3395124B2 (ja) | 1997-12-03 | 1997-12-03 | 可変速発電電動機の制御方法及び装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11168900A JPH11168900A (ja) | 1999-06-22 |
| JP3395124B2 true JP3395124B2 (ja) | 2003-04-07 |
Family
ID=18256126
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33254597A Expired - Fee Related JP3395124B2 (ja) | 1997-12-03 | 1997-12-03 | 可変速発電電動機の制御方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3395124B2 (ja) |
-
1997
- 1997-12-03 JP JP33254597A patent/JP3395124B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11168900A (ja) | 1999-06-22 |
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