JP3629802B2 - 可変速揚水発電システムの模擬装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電力系統の模擬を含む可変速揚水発電システムの模擬装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
可変速揚水発電システムは、夜間ＡＦＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ ）容量の確保、高効率運転、系統安定度に対する寄与の点から実用化が図られている。
このシステムは、巻線形誘導機と同一構造である発電電動機の二次側を交流で励磁するため系統と電気的に同期を保ちながら、非同期速度で運転することが可能となる。
【０００３】
しかしながら、系統事故が発生して同期が保てなくなったり、励磁装置の故障で非同期速度で運転できなくなる場合が起これば、回転数が変化し従来の同期機と異なった挙動を示すことになる。
このため、このシステムの開発設計推進や工場内試験・現地試験などでは、これらの過渡的な現象を模擬し、各制御装置、保護装置の電気的特性や制御特性を検証し、過渡時のシステム的な挙動を模擬できる装置が必要となった。
【０００４】
従来例では、電力技術研究会ＰＥ−８８−９１に示された４０００ｋｗモデル機や、Ｈ５年度電気学会全国大会１６１３に示された１００ｋｗモデル機などのように容量を縮小した誘導機モデルを使ったモデル試験装置が使われてきた。
これらのモデル試験装置では、図９に示すように、実システムに対し容量を縮小したモデル機をそのまま使用し、励磁装置（図９ではサイリスタを用いたサイクロコンバータ装置で表している）はそのモデル機容量に合わせて設計しており、主変圧器を介して模擬系統に接続することにより系統事故などに対する挙動も確認できるものとなっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の模擬装置では、実システムより小さな容量の誘導機モデルをそのまま使用してきた。このため、実システムのような大容量機と比べてインピーダンス、時定数が一致しないまま使用しなければならない状態が生じる。
特に、時定数については、容量が大きくなれば絶縁耐圧をキープするために電流密度が小さくなり大電流を流す必要が生じることから、インダクタンス分抵抗分の比すなわち当該回路における時定数が小さくなる。
【０００６】
このため系統事故時に発生する過渡的な過電圧値、過電流値が異なるのはもちろん可変速システム設計の重要なポイントとなるＴａ（電機子時定数）、Ｔｄ’（界磁回路短絡時定数）が異なってくるので、実システムをターゲットとした検証には同等の特性が得られないため、定性的な模擬試験程度にしか使用できないという問題点があった。
【０００７】
また、励磁制御装置、ガイドベーン開度制御装置（いわゆるガバナ制御装置を含む）などの制御装置に対する模擬方法、および水路、水車などの機械系の模擬方法について、従来例では全く言及されておらず、後に本特許にて明確にするような「実機と同じく制御装置が使えるシステム構成にした場合のメリット」や「水路系を容易に変更できる場合のメリット」について明確に記したものは全くなかった。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、本模擬装置では、これまで使用されてきた小容量の誘導機モデルに代わり、μ−Ｐを用いる等のリアルタイム演算装置を使用し、誘導機などを含む交流励磁形発電電動機を表わす状態方程式をリアルタイムで演算することにより、実システムと同じ大容量の交流励磁形発電電動機のインピーダンス、時定数などの特性を模擬することのできる模擬装置を提供することを目的とする。
【０００９】
また、これまでの従来例では述べられることのなかった、次に示す機能、
▲１▼入出力などのとのインターフェース仕様を実システムの制御装置と同一仕様とする。
▲２▼切替スイッチ、接続端子など容易にいくつかの制御装置を切替えできる機能とする。
を保持することにより、実機と同じ制御装置が使えることで、これまで不可能であった実システムの制御装置の工場内での詳細な調整が可能となる模擬装置を提供することを目的とする。
【００１０】
さらに、水路系模擬回路についても制御装置と同じような切替機能を設けることにより、当該設定以外の水路系を有する可変速システムにおいても実システムとほぼ同じ特性を持たせた模擬装置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】
（１）この発明に係る可変速揚水発電システムの模擬装置は、電力系統に接続され交流励磁形発電電動機と上記電力系統に接続され上記発電電動機を励磁する励磁用変換器から構成される可変速揚水発電システムを模擬する可変速揚水発電システムの模擬装置において、
上記発電電動機をリアルタイムで演算する演算装置に置き換え、この演算装置で状態方程式を次の式（１）で演算し、
［Ｖ］＝［Ｒ］［ｉ］ −−−−−−−−−−（１）
但し
［Ｖ］：電圧ベクトル
［Ｒ］：インピーダンス行列
［ｉ］：電流ベクトル
上記演算結果によって上記可変速揚水発電システムの特性を得る特性演算手段を備えたものである。
【００１２】
（２）、また、上記（１）において、
演算装置の特性演算手段は、演算式（１）を下記の演算式（２）に展開して演算し、
【００１３】
【数２】
【００１４】
但し、ｒ１＝固定子抵抗
ｌ１＝固定子漏洩インダクタンス
ｒ２＝回転子抵抗
ｌ１＝回転子漏洩インダクタンス
Ｍ ＝固定子・回転子間相互インダクタンス
Ｌ１＝固定子インダクタンス
Ｌ２＝回転子インダクタンス
Ｒ１ｎ＝固定子対地抵抗
Ｒ２ｎ＝回転子対地抵抗
Ｖ１ｄ＝固定子側電圧（ｄ成分）
Ｖ１ｑ＝固定子側電圧（ｑ成分）
Ｖ１０＝固定子側電圧（零相成分）
Ｖ２ｄ＝回転子側電圧（ｄ成分）
Ｖ２ｑ＝回転子側電圧（ｑ成分）
Ｖ２０＝回転子側電圧（零相成分）
Ｉ１ｄ＝固定子側電流（ｄ成分）
Ｉ１ｑ＝固定子側電流（ｑ成分）
Ｉ１０＝固定子側電流（零相成分）
Ｉ２ｄ＝回転子側電流（ｄ成分）
Ｉ２ｑ＝回転子側電流（ｑ成分）
Ｉ２０＝回転子側電流（零相成分）
ωｅ ＝回転子回転数
ｐ＝ｄ／ｄｔ
上記演算結果によって可変速揚水発電システムの特性を得る特性演算手段としたものである。
【００１５】
（３）また、上記（１）において、
演算装置の特性演算手段は、（１）式の状態方程式を、次の（３）式に変換して演算し、
［ｉ］＝［Ｒ］−１［Ｖ］ −−−−−−−−−−（３）
但し、
［Ｒ］−１：［Ｒ］の逆マトリックス
上記演算結果によって可変速揚水発電システムの特性を得る手段としたものである。
【００１６】
（４）また、上記（１）〜（３）のいずれか１項において、
可変速発電電動機を模擬する演算装置に水車からの駆動トルク出力信号を制御するガイドベーンコントローラをリアルタイムで演算する演算回路で構成した模擬ガイドベーンコントローラとしたものである。
【００１７】
（５）また、上記（４）において、
模擬ガイドベーンコントローラは、可変速発電電動機の回転数フィードバック信号と目標回転数から偏差を得る手段と、
上記偏差を入力とするガバナー制御装置ブロックと、
上記ガバナー制御装置ブロックの出力を入力とするアクチュエータ模擬ブロックと、
上記アクチュエータ模擬ブロックの出力を入力とするガイドベーン模擬ブロックと、
上記ガイドベーン模擬ブロックの出力を入力とすると共に、上記偏差を入力とし、駆動トルク出力信号を送出する水路系模擬ブロックとで構成したものである。
【００１８】
（６）また、上記（５）において、
水路系模擬ブロックは、１水路に対し１台のポンプ水車を有する水路系模擬ブロックと、１水路に対し複数のポンプ水車を有する水路系模擬ブロックとを設け、上記両水路系模擬ブロックを切り替えて演算するものである。
【００１９】
（７）また、上記（１）〜（６）いずれか１項において、
励磁用変換器は、インバータとコンバータの組み合わせ、または、サイクロコンバータで構成し、この励磁用変換器のコントローラを模擬装置用のコントローラで構成すると共に、実システムに用いる励磁用変換器のコントローラからの制御信号を入力する入力部を設け、上記二つのコントローラからの制御信号を切り替え使用するようにしたものである。
【００２０】
【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を図に基づいて説明する。
図１において、１は電力系統模擬回路のブロック、１８は主変圧器（以下Ｍ−Ｔｒ）、２はデジタル演算回路で模擬した交流励磁形発電電動機モデル（以下ＩＭ／ＩＧ）、３は固定子（ステータ）サイドでアナログ回路とインターフェースを合わせるためのパワーアンプである。
【００２１】
４はステータ電流を検出するためのＣＴ、５は回転子（ローター）サイドでアナログ回路とインターフェースを合わせるためのパワーアンプ、６はローター電流を検出するためのＣＴ、７は交流励磁形発電電動機（ＩＭ／ＩＧ）２を模擬しているデジタル演算回路とインターフェースをとるためのＡ／ＤおよびＤ／Ａ変換回路、８はガイドベーンコントローラ、９はＡＣＬで、模擬の交流インダクタンス素子である。
【００２２】
１０はＩＭ／ＩＧのローターに低周波のＡＣ電流を流すための励磁装置で、励磁用変換器が用いられる。１１はＧＴＯ素子で構成しているインバータ（ＩＮＶ）、１２は１１と同じくＧＴＯ素子で構成しているコンバータ（ＣＯＮＶ）である。
【００２３】
１３はリンクコンデンサと呼ばれている平滑用コンデンサ、１４は励磁回路用電源変圧器（以下ＥＸＣ−Ｔｒ）、１５はインバータを点弧パルスにて制御するインバータコントローラ、１６はコンバータを点弧パルスにて制御するコンバータコントローラ、１７は有効電力無効電力などを制御するためにインバータ制御信号としてＩｄｒｅｆ 、Ｉｑｒｅｆ を出力するシステムコントローラを示す。
【００２４】
なお、励磁装置１０、インバータコントローラ１５、コンバータコントローラ１６、システムコントローラ１７、ＥＸＣ−Ｔｒ１４、Ｍ−Ｔｒ１８等は、通常模擬装置専用のものが用いられる。
【００２５】
ＩＭ／ＩＧの状態方程式を式（２）に示す。また、その等価回路を図２に示す。
【００２６】
【数３】
【００２７】
但し、ｒ１＝固定子抵抗
ｌ１＝固定子漏洩インダクタンス
ｒ２＝回転子抵抗
ｌ１＝回転子漏洩インダクタンス
Ｍ ＝固定子・回転子間相互インダクタンス
Ｌ１＝固定子インダクタンス
Ｌ２＝回転子インダクタンス
Ｒ１ｎ＝固定子対地抵抗
Ｒ２ｎ＝回転子対地抵抗
Ｖ１ｄ＝固定子側電圧（ｄ成分）
Ｖ１ｑ＝固定子側電圧（ｑ成分）
Ｖ１０＝固定子側電圧（零相成分）
Ｖ２ｄ＝回転子側電圧（ｄ成分）
Ｖ２ｑ＝回転子側電圧（ｑ成分）
Ｖ２０＝回転子側電圧（零相成分）
Ｉ１ｄ＝固定子側電流（ｄ成分）
Ｉ１ｑ＝固定子側電流（ｑ成分）
Ｉ１０＝固定子側電流（零相成分）
Ｉ２ｄ＝回転子側電流（ｄ成分）
Ｉ２ｑ＝回転子側電流（ｑ成分）
Ｉ２０＝回転子側電流（零相成分）
ωｅ ＝回転子回転数
ｐ＝ｄ／ｄｔ
【００２８】
また、ガイドベーンコントローラ８のブロックの詳細を図３に示す。
図３において、３１は目標回転数を、３２はフィードバック制御を行うための回転数（回転子回転数）信号、３３はガバナ制御装置相当のガバナ制御装置ブロックを、３４は制御器で、アクチュエータなどの模擬ブロック、３５はガイドベーンなどの模擬ブロック、３６は水路系の模擬ブロック、３７はガイドベーンコントローラとしての出力信号となる駆動トルク（機械トルク）出力信号を示す。
【００２９】
また、水路系模擬ブロック３６へ入力されるΔωｅ は回転数偏差信号で、
Δωｅ ＝ωｅ −ωｅｒｅｆ
であり、ガバナ制御装置ブロック３３の入力信号と同一の信号である。
なお、図３のブロック内の式のＴ１ ，Ｔ２ ，Ｔｗ１，Ｔｗ２，Ｔｗ３，Ｔｗ４は時定数である。
【００３０】
次に動作について説明する。
通常、実システムではＩＭ／ＩＧの回転子側から励磁装置１０によってすべり周波数（系統側周波数と回転子回転数に相当する周波数の差）にて励磁電流を流す。
これにより回転数が非同期速度で回転していても固定子側は系統側と同期のとれた出力が可能となっている。
【００３１】
本実施の形態では、実システムに使っているＩＭ／ＩＧの模擬としてデジタル演算回路を使用し、図２に示した状態方程式をリアルタイムで演算する。
図２に示す状態方程式は、説明をシンプルにするために、行列式で簡易的に表現すると下記式（１）となる。
【００３２】
［Ｖ］＝［Ｒ］［ｉ］ ……式（１）
但し、
［Ｖ］：電圧ベクトル
［Ｒ］：インピーダンス行列
［ｉ］：電流ベクトル
【００３３】
本例では、式（１）をそのまま演算回路に使用する。
すなわち、入力信号として固定子側電流（図２で言えばｉ１ ｄ、ｉ１ ｑ、ｉ１０）、回転子側電流（図２ではｉ２ ｄ、ｉ２ ｑ、ｉ２０）を入力し、各電圧信号を計算するやり方である。
【００３４】
当然ながら、インピーダンス行列にあたるＲに用いられている各インピーダンス値は実システムで使われる大容量マシンのものをそのまま設定値として使用しているため、過渡時に生ずる過電流、過電圧などの特性、ＩＭ／ＩＧの固定子／回転子側に生じる電流の減衰時定数が得られ、より実機に近いスケール、特性にてシステム検証を行うことができる。
【００３５】
以上のように、この実施の形態によれば、従来例での容量を縮小した誘導機モデルを使用することから、リアルタイム演算装置を用いて交流励磁形発電電動機を表わす状態方程式をリアルタイムで演算する手段を使用することとしたので、実システムの大容量発電電動機と同じインピーダンス、時定数などの特性が得られる模擬装置が実現できる。
【００３６】
実施の形態２．
実施の形態１では、励磁装置としてインバータ、コンバータを組み合わせたシステムで説明を行ったが、励磁装置としてサイクロコンバータを採用した場合でも同様の効果を得ることができる。
【００３７】
図４にサイクロコンバータを用いた実施の形態を示す。
図４において、符号７までは実施の形態１で示した図１と同じ機器を示す。
１０ａは励磁装置としてサイリスタ素子で構成されるサイクロコンバータで、正群コンバータ１９と負群コンバータ２０で構成されている。この励磁装置１０ａは通常模擬装置専用のものが用いられるが、実機を用いてもよい。
【００３８】
１４は励磁装置用変圧器（以下ＥＸＣ−Ｔｒ）、２１は点弧パルスにてサイクロコンバータを制御するサイクロコンバータコントローラ、１７は実施の形態１と同じくサイクロコンバータコントローラにＩｄｒｅｆ 、Ｉｑｒｅｆ を出力するシステムコントローラである。
本実施の形態では、実システムに励磁装置としてサイクロコンバータが採用された場合でもより実機に近いスケール、特性を持った模擬装置が実現できる。
【００３９】
実施の形態３．
実施の形態１では、ＩＭ／ＩＧを示す状態方程式を、式（１）のまま電流入力でリアルタイム演算する手段をとっていた。
【００４０】
従って、行列式Ｖを演算するのにＰ（＝ｄ／ｄｔ）Ｉの微分項が入っており、電流値の微小変化、ノイズによる変動が増幅される傾向にあり安定したシミュレーション結果が得られない恐れがある。
【００４１】
本実施の形態では、式（１）を下記のように式（３）に変換し、各電圧値（固定子側Ｖ１ ｄ、Ｖ１ ｑ、Ｖ１０、回転子側Ｖ２ ｄ、Ｖ２ ｑ、Ｖ２０）を入力とし電流値を出力とする手段をとる。
［Ｖ］＝［Ｒ］［ｉ］ ……（１）
［ｉ］＝［Ｒ］−１［Ｖ］ ……（３）
【００４２】
このようにすると、電流の微分項であるＰ（＝ｄ／ｄｔ）Ｉの項がなくなり、逆に電圧の積分項から電流を演算する方法となるため、実施の形態１で考えられるような電流値の微小変化、ノイズによる変動が増幅される恐れはなくなり、安定したシミュレーション結果が期待できる。
【００４３】
実施の形態４．
実施の形態３では、実施の形態１と同じく励磁装置は、ＧＴＯ素子を用いたインバータ、コンバータシステムを適用している。
励磁装置としてサイクロコンバータを採用した実システムをシミュレーションする場合には、実施の形態２と同じく図４のような模擬装置の構成を適用することによって、実施の形態３と同じように電流値の微小変化などが増幅されることなく、安定したシミュレーション結果が期待できる。
【００４４】
実施の形態５．
実施の形態１から４では、ＩＭ／ＩＧの模擬方式について述べたが、ガイドベーンコントローラ、システムコントローラなどの制御装置は本模擬装置では図１、図３に示すように本装置に付属の制御装置で構成されている。
本実施の形態では、図５、図６に示すように実システムの制御装置が使用できる構成とした。
【００４５】
図５において、符号１〜１８までは図１に示すものと同一である。２３は本装置に付属の制御装置と実システムの制御装置とを切替える切替スイッチ、２４は実システムの制御装置とのインターフェースをとる端子台などの接続部、１５ａ、１６ａ、１７ａはそれぞれ実システムのインバータコントローラ、コンバータコントローラ、システムコントローラを示す。
【００４６】
また、図６において、符号３１〜３７は図３と同一のものを示す。４１は本装置に付属の制御装置と実システムの制御装置とを切替える切替スイッチ、４２は実システムの制御装置とのインターフェースをとる端子台などの接続部、３３ａは実システムのガバナ制御装置のブロックを示す。
【００４７】
本実施の形態では、図５の切替スイッチ２３、図６の切替スイッチ４１を通常は、ａ側を選択して使用する。このとき、操作指令フィードバック信号などのインターフェース信号を実システムと合わせておくか、もしくは、実システムと合わせることが可能なアンプなどを設置する。
【００４８】
実システムの制御装置を使用して検証試験を行う場合には、端子台などの接続部（図５中の２４および図６中の４２）に実システムのコントローラを接続し、切替スイッチ（図５中の２３および図６中の４１）をａ側からｂ側へ切替える。
【００４９】
このことにより容易に実システムの制御装置を用いて検証試験が行うことが可能となる。このことは、従来現地でしか実施できなかった制御装置の詳細な調整が工場内でできることになり、現地調整期間の短縮など大きな効果が期待できる。
【００５０】
実施の形態６．
実施の形態５では、励磁装置としてインバータ、コンバータを組み合わせたシステムで説明を行ったが、励磁装置としてサイクロコンバータを採用した場合でも同様の効果を示す。
【００５１】
図７にサイクロコンバータを用いた実施の形態を示す。
図７において、符号２１までは実施の形態２で示した図４と同じ機器を示す。２３は本装置に付属の制御装置と実システムの制御装置とを切替える切替スイッチを、２４は実システムの制御とのインターフェースをとる端子台などの接続部、２１ａ、１７ａはそれぞれ実システムのサイクロコンバータコントローラ、システムコントローラを示す。
【００５２】
本実施の形態でも実施の形態５と同じく、容易に実システムの制御装置を用いて検証試験が可能となり、且つ、実システムが励磁装置にサイクロコンバータを採用した場合においては、より実機に近いスケール、特性を持った模擬装置が実現できる。
【００５３】
実施の形態７．
実施の形態５、実施の形態６は、実システムの制御装置を切替えて使用できる模擬装置の効果を明確にしたが、水路系模擬回路についても切替回路を使用することにより実システムに近い特性を持たせられるという効果が期待できる。
これは実システムの水路として、１水路に複数の揚水発電システムが構成されているような場合である。
【００５４】
実施の形態１において、図１中のガイドベーンコントローラ８のブロックを図８のような構成とする。
図８では、符号３１〜３７までは図３と同じ機器を示す。
３６ａは外部にて設定する水路系（１水路に対し複数のポンプ水車を有する水路系）模擬回路のブロックで、このブロック内の演算式の構成は図示しないが、水路系模擬ブロック３６に示す１水路に対し一つのポンプ水車を有する水路系より複雑な構成となる。
【００５５】
５１は本装置に付属の水路系（１水路に対し１台のポンプ水車を有する水路系）模擬回路のブロック３６と、外部にて設定する水路系模擬回路３６ａとを切替える切替スイッチ、５２は外部にて設定する水路系模擬回路３６ａとのインターフェースをとる端子台などの接続部である。
【００５６】
本実施の形態１で示す水路系模擬回路（１水路に対し一つのポンプ水車を有する水路系模擬回路）では模擬できない水路系、例えば、１本の水路で２台以上のポンプ水車と接続する１条多分岐のシステムなどでは、その水路系のみを外部に接続し得る図８のような模擬回路３６ａとしておき、その外部の水路系模擬回路３６ａを必要とするときに、容易に使用できる図８のシステム構成とすることで、実システムとほぼ同じ特性を持たせた模擬装置が可能となる。
【００５７】
以上のように、水路系模擬回路についても切替機能を設けることにより、１水路に対し複数のポンプ水車を有する水路系を有するような当該設定以外の水路系を有する可変速揚水発電システムにおいても、実システムとほぼ同じ特性を持たせた模擬装置が可能となる。
【００５８】
実施の形態８．
実施の形態７では、励磁装置としてインバータ、コンバータを組み合わせたシステムで説明を行ったが、励磁装置としてサイクロコンバータを採用した場合でも同様の効果を示す。
【００５９】
この実施の形態としては、実施の形態２で示した図４のガイドベーンコントローラ８に、図８で示した回路図を適用することで実現できる。
本実施の形態では、実システムの励磁装置としてサイクロコンバータが採用された場合でも、水路系を含めてより実システムに近いスケール、特性をもった模擬装置が可能となる。
【００６０】
【発明の効果】
（１）以上のように、この発明は交流励磁形発電電動機を状態方程式で模擬してリアルタイムで演算するようにしたので、大容量の交流励磁形発電電動機に対しても実システムと同様な模擬テストを即座に行うことができる。
【００６１】
（２）また、状態方程式を変形して演算するようにしたので、演算が容易になる。
【００６２】
（３）また、ガイドベーンコントローラも模擬して行うことができる。
【００６３】
（４）また、水路系についても１水路に対し１台の水車ポンプと複数台の水車ポンプの模擬回転を切り替えるようにしたので、実システムに応じたテストを行うことができる。
【００６４】
（５）また、模擬コントローラからの制御信号と、実システムからの制御信号とを切り替えるようにしたので、事前に模擬回路でテストすることができると共に、実機を用いてテストすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１および実施の形態３による可変速揚水発電システムの模擬装置のブロック図を示す。
【図２】この発明の実施の形態１から実施の形態４による可変速揚水発電システムの模擬装置の等価回路図を示す。
【図３】この発明の実施の形態１および実施の形態３のガイドベーンコントローラのブロック図を示す。
【図４】この発明の実施の形態２および実施の形態４による可変速揚水発電システムの模擬装置のブロック図を示す。
【図５】この発明の実施の形態５による可変速揚水発電システムの模擬装置のブロック図を示す。
【図６】この発明の実施の形態５のガイドベーンコントローラのブロック図を示す。
【図７】この発明の実施の形態６による可変速揚水発電システムの模擬装置のブロック図を示す。
【図８】この発明の実施の形態７および実施の形態８のガイドベーンコントローラのブロック図を示す。
【図９】従来のモデル試験装置のブロック図を示す。
【符号の説明】
１ 電力系統模擬回路ブロック、
２ 交流励磁形発電電動機モデル（ＩＭ／ＩＧ）、
３ 固定子側インターフェース用パワーアンプ、
４ ステータ電流検出用ＣＴ、
５ 回転子側インターフェース用パワーアンプ、
６ ローター電流検出用ＣＴ、
７ ＩＭ／ＩＧインターフェース用Ａ／Ｄ及びＤ／Ａ変換器、
８ ガイドベーンコントローラ、９ ＡＣＬ、
１０，１０ａ 励磁装置（励磁用変換器）、１１ インバータ、
１２ コンバータ、１３ 平滑用コンデンサ、１４ 励磁回路用電源変圧器、
１５，１５ａ インバータコントローラ、
１６，１６ａ コンバータコントローラ、
１７，１７ａ システムコントローラ、１８ 主変圧器、
１９ 正群コンバータ、２０ 負群コンバータ、
２１，２１ａ サイクロコンバータコントローラ、２３ 切替スイッチ、
２４ 実システム制御スイッチ用接続部、３１ 目標回転数、
３２ 回転数フィードバック信号、３３，３３ａ ガバナ制御装置ブロック、
３４ 制御器（アクチュエータ模擬ブロック）
３５ ガイドベーン模擬ブロック、３６，３６ａ 水路系模擬ブロック、
３７ 駆動トルク（機械トルク）出力信号、４１ 切替スイッチ、
４２ 実システム制御装置用接続部、５１ 水路系模擬回路、
５２ 水路系模擬回路用接続部。
【発明の属する技術分野】
この発明は、電力系統の模擬を含む可変速揚水発電システムの模擬装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
可変速揚水発電システムは、夜間ＡＦＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ ）容量の確保、高効率運転、系統安定度に対する寄与の点から実用化が図られている。
このシステムは、巻線形誘導機と同一構造である発電電動機の二次側を交流で励磁するため系統と電気的に同期を保ちながら、非同期速度で運転することが可能となる。
【０００３】
しかしながら、系統事故が発生して同期が保てなくなったり、励磁装置の故障で非同期速度で運転できなくなる場合が起これば、回転数が変化し従来の同期機と異なった挙動を示すことになる。
このため、このシステムの開発設計推進や工場内試験・現地試験などでは、これらの過渡的な現象を模擬し、各制御装置、保護装置の電気的特性や制御特性を検証し、過渡時のシステム的な挙動を模擬できる装置が必要となった。
【０００４】
従来例では、電力技術研究会ＰＥ−８８−９１に示された４０００ｋｗモデル機や、Ｈ５年度電気学会全国大会１６１３に示された１００ｋｗモデル機などのように容量を縮小した誘導機モデルを使ったモデル試験装置が使われてきた。
これらのモデル試験装置では、図９に示すように、実システムに対し容量を縮小したモデル機をそのまま使用し、励磁装置（図９ではサイリスタを用いたサイクロコンバータ装置で表している）はそのモデル機容量に合わせて設計しており、主変圧器を介して模擬系統に接続することにより系統事故などに対する挙動も確認できるものとなっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の模擬装置では、実システムより小さな容量の誘導機モデルをそのまま使用してきた。このため、実システムのような大容量機と比べてインピーダンス、時定数が一致しないまま使用しなければならない状態が生じる。
特に、時定数については、容量が大きくなれば絶縁耐圧をキープするために電流密度が小さくなり大電流を流す必要が生じることから、インダクタンス分抵抗分の比すなわち当該回路における時定数が小さくなる。
【０００６】
このため系統事故時に発生する過渡的な過電圧値、過電流値が異なるのはもちろん可変速システム設計の重要なポイントとなるＴａ（電機子時定数）、Ｔｄ’（界磁回路短絡時定数）が異なってくるので、実システムをターゲットとした検証には同等の特性が得られないため、定性的な模擬試験程度にしか使用できないという問題点があった。
【０００７】
また、励磁制御装置、ガイドベーン開度制御装置（いわゆるガバナ制御装置を含む）などの制御装置に対する模擬方法、および水路、水車などの機械系の模擬方法について、従来例では全く言及されておらず、後に本特許にて明確にするような「実機と同じく制御装置が使えるシステム構成にした場合のメリット」や「水路系を容易に変更できる場合のメリット」について明確に記したものは全くなかった。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、本模擬装置では、これまで使用されてきた小容量の誘導機モデルに代わり、μ−Ｐを用いる等のリアルタイム演算装置を使用し、誘導機などを含む交流励磁形発電電動機を表わす状態方程式をリアルタイムで演算することにより、実システムと同じ大容量の交流励磁形発電電動機のインピーダンス、時定数などの特性を模擬することのできる模擬装置を提供することを目的とする。
【０００９】
また、これまでの従来例では述べられることのなかった、次に示す機能、
▲１▼入出力などのとのインターフェース仕様を実システムの制御装置と同一仕様とする。
▲２▼切替スイッチ、接続端子など容易にいくつかの制御装置を切替えできる機能とする。
を保持することにより、実機と同じ制御装置が使えることで、これまで不可能であった実システムの制御装置の工場内での詳細な調整が可能となる模擬装置を提供することを目的とする。
【００１０】
さらに、水路系模擬回路についても制御装置と同じような切替機能を設けることにより、当該設定以外の水路系を有する可変速システムにおいても実システムとほぼ同じ特性を持たせた模擬装置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】
（１）この発明に係る可変速揚水発電システムの模擬装置は、電力系統に接続され交流励磁形発電電動機と上記電力系統に接続され上記発電電動機を励磁する励磁用変換器から構成される可変速揚水発電システムを模擬する可変速揚水発電システムの模擬装置において、
上記発電電動機をリアルタイムで演算する演算装置に置き換え、この演算装置で状態方程式を次の式（１）で演算し、
［Ｖ］＝［Ｒ］［ｉ］ −−−−−−−−−−（１）
但し
［Ｖ］：電圧ベクトル
［Ｒ］：インピーダンス行列
［ｉ］：電流ベクトル
上記演算結果によって上記可変速揚水発電システムの特性を得る特性演算手段を備えたものである。
【００１２】
（２）、また、上記（１）において、
演算装置の特性演算手段は、演算式（１）を下記の演算式（２）に展開して演算し、
【００１３】
【数２】
但し、ｒ１＝固定子抵抗
ｌ１＝固定子漏洩インダクタンス
ｒ２＝回転子抵抗
ｌ１＝回転子漏洩インダクタンス
Ｍ ＝固定子・回転子間相互インダクタンス
Ｌ１＝固定子インダクタンス
Ｌ２＝回転子インダクタンス
Ｒ１ｎ＝固定子対地抵抗
Ｒ２ｎ＝回転子対地抵抗
Ｖ１ｄ＝固定子側電圧（ｄ成分）
Ｖ１ｑ＝固定子側電圧（ｑ成分）
Ｖ１０＝固定子側電圧（零相成分）
Ｖ２ｄ＝回転子側電圧（ｄ成分）
Ｖ２ｑ＝回転子側電圧（ｑ成分）
Ｖ２０＝回転子側電圧（零相成分）
Ｉ１ｄ＝固定子側電流（ｄ成分）
Ｉ１ｑ＝固定子側電流（ｑ成分）
Ｉ１０＝固定子側電流（零相成分）
Ｉ２ｄ＝回転子側電流（ｄ成分）
Ｉ２ｑ＝回転子側電流（ｑ成分）
Ｉ２０＝回転子側電流（零相成分）
ωｅ ＝回転子回転数
ｐ＝ｄ／ｄｔ
上記演算結果によって可変速揚水発電システムの特性を得る特性演算手段としたものである。
【００１５】
（３）また、上記（１）において、
演算装置の特性演算手段は、（１）式の状態方程式を、次の（３）式に変換して演算し、
［ｉ］＝［Ｒ］−１［Ｖ］ −−−−−−−−−−（３）
但し、
［Ｒ］−１：［Ｒ］の逆マトリックス
上記演算結果によって可変速揚水発電システムの特性を得る手段としたものである。
【００１６】
（４）また、上記（１）〜（３）のいずれか１項において、
可変速発電電動機を模擬する演算装置に水車からの駆動トルク出力信号を制御するガイドベーンコントローラをリアルタイムで演算する演算回路で構成した模擬ガイドベーンコントローラとしたものである。
【００１７】
（５）また、上記（４）において、
模擬ガイドベーンコントローラは、可変速発電電動機の回転数フィードバック信号と目標回転数から偏差を得る手段と、
上記偏差を入力とするガバナー制御装置ブロックと、
上記ガバナー制御装置ブロックの出力を入力とするアクチュエータ模擬ブロックと、
上記アクチュエータ模擬ブロックの出力を入力とするガイドベーン模擬ブロックと、
上記ガイドベーン模擬ブロックの出力を入力とすると共に、上記偏差を入力とし、駆動トルク出力信号を送出する水路系模擬ブロックとで構成したものである。
【００１８】
（６）また、上記（５）において、
水路系模擬ブロックは、１水路に対し１台のポンプ水車を有する水路系模擬ブロックと、１水路に対し複数のポンプ水車を有する水路系模擬ブロックとを設け、上記両水路系模擬ブロックを切り替えて演算するものである。
【００１９】
（７）また、上記（１）〜（６）いずれか１項において、
励磁用変換器は、インバータとコンバータの組み合わせ、または、サイクロコンバータで構成し、この励磁用変換器のコントローラを模擬装置用のコントローラで構成すると共に、実システムに用いる励磁用変換器のコントローラからの制御信号を入力する入力部を設け、上記二つのコントローラからの制御信号を切り替え使用するようにしたものである。
【００２０】
【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を図に基づいて説明する。
図１において、１は電力系統模擬回路のブロック、１８は主変圧器（以下Ｍ−Ｔｒ）、２はデジタル演算回路で模擬した交流励磁形発電電動機モデル（以下ＩＭ／ＩＧ）、３は固定子（ステータ）サイドでアナログ回路とインターフェースを合わせるためのパワーアンプである。
【００２１】
４はステータ電流を検出するためのＣＴ、５は回転子（ローター）サイドでアナログ回路とインターフェースを合わせるためのパワーアンプ、６はローター電流を検出するためのＣＴ、７は交流励磁形発電電動機（ＩＭ／ＩＧ）２を模擬しているデジタル演算回路とインターフェースをとるためのＡ／ＤおよびＤ／Ａ変換回路、８はガイドベーンコントローラ、９はＡＣＬで、模擬の交流インダクタンス素子である。
【００２２】
１０はＩＭ／ＩＧのローターに低周波のＡＣ電流を流すための励磁装置で、励磁用変換器が用いられる。１１はＧＴＯ素子で構成しているインバータ（ＩＮＶ）、１２は１１と同じくＧＴＯ素子で構成しているコンバータ（ＣＯＮＶ）である。
【００２３】
１３はリンクコンデンサと呼ばれている平滑用コンデンサ、１４は励磁回路用電源変圧器（以下ＥＸＣ−Ｔｒ）、１５はインバータを点弧パルスにて制御するインバータコントローラ、１６はコンバータを点弧パルスにて制御するコンバータコントローラ、１７は有効電力無効電力などを制御するためにインバータ制御信号としてＩｄｒｅｆ 、Ｉｑｒｅｆ を出力するシステムコントローラを示す。
【００２４】
なお、励磁装置１０、インバータコントローラ１５、コンバータコントローラ１６、システムコントローラ１７、ＥＸＣ−Ｔｒ１４、Ｍ−Ｔｒ１８等は、通常模擬装置専用のものが用いられる。
【００２５】
ＩＭ／ＩＧの状態方程式を式（２）に示す。また、その等価回路を図２に示す。
【００２６】
【数３】
但し、ｒ１＝固定子抵抗
ｌ１＝固定子漏洩インダクタンス
ｒ２＝回転子抵抗
ｌ１＝回転子漏洩インダクタンス
Ｍ ＝固定子・回転子間相互インダクタンス
Ｌ１＝固定子インダクタンス
Ｌ２＝回転子インダクタンス
Ｒ１ｎ＝固定子対地抵抗
Ｒ２ｎ＝回転子対地抵抗
Ｖ１ｄ＝固定子側電圧（ｄ成分）
Ｖ１ｑ＝固定子側電圧（ｑ成分）
Ｖ１０＝固定子側電圧（零相成分）
Ｖ２ｄ＝回転子側電圧（ｄ成分）
Ｖ２ｑ＝回転子側電圧（ｑ成分）
Ｖ２０＝回転子側電圧（零相成分）
Ｉ１ｄ＝固定子側電流（ｄ成分）
Ｉ１ｑ＝固定子側電流（ｑ成分）
Ｉ１０＝固定子側電流（零相成分）
Ｉ２ｄ＝回転子側電流（ｄ成分）
Ｉ２ｑ＝回転子側電流（ｑ成分）
Ｉ２０＝回転子側電流（零相成分）
ωｅ ＝回転子回転数
ｐ＝ｄ／ｄｔ
【００２８】
また、ガイドベーンコントローラ８のブロックの詳細を図３に示す。
図３において、３１は目標回転数を、３２はフィードバック制御を行うための回転数（回転子回転数）信号、３３はガバナ制御装置相当のガバナ制御装置ブロックを、３４は制御器で、アクチュエータなどの模擬ブロック、３５はガイドベーンなどの模擬ブロック、３６は水路系の模擬ブロック、３７はガイドベーンコントローラとしての出力信号となる駆動トルク（機械トルク）出力信号を示す。
【００２９】
また、水路系模擬ブロック３６へ入力されるΔωｅ は回転数偏差信号で、
Δωｅ ＝ωｅ −ωｅｒｅｆ
であり、ガバナ制御装置ブロック３３の入力信号と同一の信号である。
なお、図３のブロック内の式のＴ１ ，Ｔ２ ，Ｔｗ１，Ｔｗ２，Ｔｗ３，Ｔｗ４は時定数である。
【００３０】
次に動作について説明する。
通常、実システムではＩＭ／ＩＧの回転子側から励磁装置１０によってすべり周波数（系統側周波数と回転子回転数に相当する周波数の差）にて励磁電流を流す。
これにより回転数が非同期速度で回転していても固定子側は系統側と同期のとれた出力が可能となっている。
【００３１】
本実施の形態では、実システムに使っているＩＭ／ＩＧの模擬としてデジタル演算回路を使用し、図２に示した状態方程式をリアルタイムで演算する。
図２に示す状態方程式は、説明をシンプルにするために、行列式で簡易的に表現すると下記式（１）となる。
【００３２】
［Ｖ］＝［Ｒ］［ｉ］ ……式（１）
但し、
［Ｖ］：電圧ベクトル
［Ｒ］：インピーダンス行列
［ｉ］：電流ベクトル
【００３３】
本例では、式（１）をそのまま演算回路に使用する。
すなわち、入力信号として固定子側電流（図２で言えばｉ１ ｄ、ｉ１ ｑ、ｉ１０）、回転子側電流（図２ではｉ２ ｄ、ｉ２ ｑ、ｉ２０）を入力し、各電圧信号を計算するやり方である。
【００３４】
当然ながら、インピーダンス行列にあたるＲに用いられている各インピーダンス値は実システムで使われる大容量マシンのものをそのまま設定値として使用しているため、過渡時に生ずる過電流、過電圧などの特性、ＩＭ／ＩＧの固定子／回転子側に生じる電流の減衰時定数が得られ、より実機に近いスケール、特性にてシステム検証を行うことができる。
【００３５】
以上のように、この実施の形態によれば、従来例での容量を縮小した誘導機モデルを使用することから、リアルタイム演算装置を用いて交流励磁形発電電動機を表わす状態方程式をリアルタイムで演算する手段を使用することとしたので、実システムの大容量発電電動機と同じインピーダンス、時定数などの特性が得られる模擬装置が実現できる。
【００３６】
実施の形態２．
実施の形態１では、励磁装置としてインバータ、コンバータを組み合わせたシステムで説明を行ったが、励磁装置としてサイクロコンバータを採用した場合でも同様の効果を得ることができる。
【００３７】
図４にサイクロコンバータを用いた実施の形態を示す。
図４において、符号７までは実施の形態１で示した図１と同じ機器を示す。
１０ａは励磁装置としてサイリスタ素子で構成されるサイクロコンバータで、正群コンバータ１９と負群コンバータ２０で構成されている。この励磁装置１０ａは通常模擬装置専用のものが用いられるが、実機を用いてもよい。
【００３８】
１４は励磁装置用変圧器（以下ＥＸＣ−Ｔｒ）、２１は点弧パルスにてサイクロコンバータを制御するサイクロコンバータコントローラ、１７は実施の形態１と同じくサイクロコンバータコントローラにＩｄｒｅｆ 、Ｉｑｒｅｆ を出力するシステムコントローラである。
本実施の形態では、実システムに励磁装置としてサイクロコンバータが採用された場合でもより実機に近いスケール、特性を持った模擬装置が実現できる。
【００３９】
実施の形態３．
実施の形態１では、ＩＭ／ＩＧを示す状態方程式を、式（１）のまま電流入力でリアルタイム演算する手段をとっていた。
【００４０】
従って、行列式Ｖを演算するのにＰ（＝ｄ／ｄｔ）Ｉの微分項が入っており、電流値の微小変化、ノイズによる変動が増幅される傾向にあり安定したシミュレーション結果が得られない恐れがある。
【００４１】
本実施の形態では、式（１）を下記のように式（３）に変換し、各電圧値（固定子側Ｖ１ ｄ、Ｖ１ ｑ、Ｖ１０、回転子側Ｖ２ ｄ、Ｖ２ ｑ、Ｖ２０）を入力とし電流値を出力とする手段をとる。
［Ｖ］＝［Ｒ］［ｉ］ ……（１）
［ｉ］＝［Ｒ］−１［Ｖ］ ……（３）
【００４２】
このようにすると、電流の微分項であるＰ（＝ｄ／ｄｔ）Ｉの項がなくなり、逆に電圧の積分項から電流を演算する方法となるため、実施の形態１で考えられるような電流値の微小変化、ノイズによる変動が増幅される恐れはなくなり、安定したシミュレーション結果が期待できる。
【００４３】
実施の形態４．
実施の形態３では、実施の形態１と同じく励磁装置は、ＧＴＯ素子を用いたインバータ、コンバータシステムを適用している。
励磁装置としてサイクロコンバータを採用した実システムをシミュレーションする場合には、実施の形態２と同じく図４のような模擬装置の構成を適用することによって、実施の形態３と同じように電流値の微小変化などが増幅されることなく、安定したシミュレーション結果が期待できる。
【００４４】
実施の形態５．
実施の形態１から４では、ＩＭ／ＩＧの模擬方式について述べたが、ガイドベーンコントローラ、システムコントローラなどの制御装置は本模擬装置では図１、図３に示すように本装置に付属の制御装置で構成されている。
本実施の形態では、図５、図６に示すように実システムの制御装置が使用できる構成とした。
【００４５】
図５において、符号１〜１８までは図１に示すものと同一である。２３は本装置に付属の制御装置と実システムの制御装置とを切替える切替スイッチ、２４は実システムの制御装置とのインターフェースをとる端子台などの接続部、１５ａ、１６ａ、１７ａはそれぞれ実システムのインバータコントローラ、コンバータコントローラ、システムコントローラを示す。
【００４６】
また、図６において、符号３１〜３７は図３と同一のものを示す。４１は本装置に付属の制御装置と実システムの制御装置とを切替える切替スイッチ、４２は実システムの制御装置とのインターフェースをとる端子台などの接続部、３３ａは実システムのガバナ制御装置のブロックを示す。
【００４７】
本実施の形態では、図５の切替スイッチ２３、図６の切替スイッチ４１を通常は、ａ側を選択して使用する。このとき、操作指令フィードバック信号などのインターフェース信号を実システムと合わせておくか、もしくは、実システムと合わせることが可能なアンプなどを設置する。
【００４８】
実システムの制御装置を使用して検証試験を行う場合には、端子台などの接続部（図５中の２４および図６中の４２）に実システムのコントローラを接続し、切替スイッチ（図５中の２３および図６中の４１）をａ側からｂ側へ切替える。
【００４９】
このことにより容易に実システムの制御装置を用いて検証試験が行うことが可能となる。このことは、従来現地でしか実施できなかった制御装置の詳細な調整が工場内でできることになり、現地調整期間の短縮など大きな効果が期待できる。
【００５０】
実施の形態６．
実施の形態５では、励磁装置としてインバータ、コンバータを組み合わせたシステムで説明を行ったが、励磁装置としてサイクロコンバータを採用した場合でも同様の効果を示す。
【００５１】
図７にサイクロコンバータを用いた実施の形態を示す。
図７において、符号２１までは実施の形態２で示した図４と同じ機器を示す。２３は本装置に付属の制御装置と実システムの制御装置とを切替える切替スイッチを、２４は実システムの制御とのインターフェースをとる端子台などの接続部、２１ａ、１７ａはそれぞれ実システムのサイクロコンバータコントローラ、システムコントローラを示す。
【００５２】
本実施の形態でも実施の形態５と同じく、容易に実システムの制御装置を用いて検証試験が可能となり、且つ、実システムが励磁装置にサイクロコンバータを採用した場合においては、より実機に近いスケール、特性を持った模擬装置が実現できる。
【００５３】
実施の形態７．
実施の形態５、実施の形態６は、実システムの制御装置を切替えて使用できる模擬装置の効果を明確にしたが、水路系模擬回路についても切替回路を使用することにより実システムに近い特性を持たせられるという効果が期待できる。
これは実システムの水路として、１水路に複数の揚水発電システムが構成されているような場合である。
【００５４】
実施の形態１において、図１中のガイドベーンコントローラ８のブロックを図８のような構成とする。
図８では、符号３１〜３７までは図３と同じ機器を示す。
３６ａは外部にて設定する水路系（１水路に対し複数のポンプ水車を有する水路系）模擬回路のブロックで、このブロック内の演算式の構成は図示しないが、水路系模擬ブロック３６に示す１水路に対し一つのポンプ水車を有する水路系より複雑な構成となる。
【００５５】
５１は本装置に付属の水路系（１水路に対し１台のポンプ水車を有する水路系）模擬回路のブロック３６と、外部にて設定する水路系模擬回路３６ａとを切替える切替スイッチ、５２は外部にて設定する水路系模擬回路３６ａとのインターフェースをとる端子台などの接続部である。
【００５６】
本実施の形態１で示す水路系模擬回路（１水路に対し一つのポンプ水車を有する水路系模擬回路）では模擬できない水路系、例えば、１本の水路で２台以上のポンプ水車と接続する１条多分岐のシステムなどでは、その水路系のみを外部に接続し得る図８のような模擬回路３６ａとしておき、その外部の水路系模擬回路３６ａを必要とするときに、容易に使用できる図８のシステム構成とすることで、実システムとほぼ同じ特性を持たせた模擬装置が可能となる。
【００５７】
以上のように、水路系模擬回路についても切替機能を設けることにより、１水路に対し複数のポンプ水車を有する水路系を有するような当該設定以外の水路系を有する可変速揚水発電システムにおいても、実システムとほぼ同じ特性を持たせた模擬装置が可能となる。
【００５８】
実施の形態８．
実施の形態７では、励磁装置としてインバータ、コンバータを組み合わせたシステムで説明を行ったが、励磁装置としてサイクロコンバータを採用した場合でも同様の効果を示す。
【００５９】
この実施の形態としては、実施の形態２で示した図４のガイドベーンコントローラ８に、図８で示した回路図を適用することで実現できる。
本実施の形態では、実システムの励磁装置としてサイクロコンバータが採用された場合でも、水路系を含めてより実システムに近いスケール、特性をもった模擬装置が可能となる。
【００６０】
【発明の効果】
（１）以上のように、この発明は交流励磁形発電電動機を状態方程式で模擬してリアルタイムで演算するようにしたので、大容量の交流励磁形発電電動機に対しても実システムと同様な模擬テストを即座に行うことができる。
【００６１】
（２）また、状態方程式を変形して演算するようにしたので、演算が容易になる。
【００６２】
（３）また、ガイドベーンコントローラも模擬して行うことができる。
【００６３】
（４）また、水路系についても１水路に対し１台の水車ポンプと複数台の水車ポンプの模擬回転を切り替えるようにしたので、実システムに応じたテストを行うことができる。
【００６４】
（５）また、模擬コントローラからの制御信号と、実システムからの制御信号とを切り替えるようにしたので、事前に模擬回路でテストすることができると共に、実機を用いてテストすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１および実施の形態３による可変速揚水発電システムの模擬装置のブロック図を示す。
【図２】この発明の実施の形態１から実施の形態４による可変速揚水発電システムの模擬装置の等価回路図を示す。
【図３】この発明の実施の形態１および実施の形態３のガイドベーンコントローラのブロック図を示す。
【図４】この発明の実施の形態２および実施の形態４による可変速揚水発電システムの模擬装置のブロック図を示す。
【図５】この発明の実施の形態５による可変速揚水発電システムの模擬装置のブロック図を示す。
【図６】この発明の実施の形態５のガイドベーンコントローラのブロック図を示す。
【図７】この発明の実施の形態６による可変速揚水発電システムの模擬装置のブロック図を示す。
【図８】この発明の実施の形態７および実施の形態８のガイドベーンコントローラのブロック図を示す。
【図９】従来のモデル試験装置のブロック図を示す。
【符号の説明】
１ 電力系統模擬回路ブロック、
２ 交流励磁形発電電動機モデル（ＩＭ／ＩＧ）、
３ 固定子側インターフェース用パワーアンプ、
４ ステータ電流検出用ＣＴ、
５ 回転子側インターフェース用パワーアンプ、
６ ローター電流検出用ＣＴ、
７ ＩＭ／ＩＧインターフェース用Ａ／Ｄ及びＤ／Ａ変換器、
８ ガイドベーンコントローラ、９ ＡＣＬ、
１０，１０ａ 励磁装置（励磁用変換器）、１１ インバータ、
１２ コンバータ、１３ 平滑用コンデンサ、１４ 励磁回路用電源変圧器、
１５，１５ａ インバータコントローラ、
１６，１６ａ コンバータコントローラ、
１７，１７ａ システムコントローラ、１８ 主変圧器、
１９ 正群コンバータ、２０ 負群コンバータ、
２１，２１ａ サイクロコンバータコントローラ、２３ 切替スイッチ、
２４ 実システム制御スイッチ用接続部、３１ 目標回転数、
３２ 回転数フィードバック信号、３３，３３ａ ガバナ制御装置ブロック、
３４ 制御器（アクチュエータ模擬ブロック）
３５ ガイドベーン模擬ブロック、３６，３６ａ 水路系模擬ブロック、
３７ 駆動トルク（機械トルク）出力信号、４１ 切替スイッチ、
４２ 実システム制御装置用接続部、５１ 水路系模擬回路、
５２ 水路系模擬回路用接続部。
Claims (7)
- 電力系統に接続され交流励磁形発電電動機と上記電力系統に接続され
上記発電電動機を励磁する励磁用変換器から構成される可変速揚水発電システムを模擬する可変速揚水発電システムの模擬装置において、
上記発電電動機をリアルタイムで演算する演算装置に置き換え、この演算装置で状態方程式を次の式（１）で演算し、
［Ｖ］＝［Ｒ］［ｉ］ −−−−−−−−−−（１）
但し
［Ｖ］：電圧ベクトル
［Ｒ］：インピーダンス行列
［ｉ］：電流ベクトル
上記演算結果によって上記可変速揚水発電システムの特性を得る特性演算手段を備え、
可変速発電電動機を模擬する演算装置に水車からの駆動トルク出力信号を制御するガイドベーンコントローラをリアルタイムで演算する演算回路で構成した模擬ガイドベーンコントローラとしたことを特徴とする可変速揚水発電システムの模擬装置。 - 電力系統に接続され交流励磁形発電電動機と上記電力系統に接続され
上記発電電動機を励磁する励磁用変換器から構成される可変速揚水発電システムを模擬する可変速揚水発電システムの模擬装置において、
上記発電電動機をリアルタイムで演算する演算装置に置き換え、この演算装置で状態方程式を次の式（１）で演算し、
［Ｖ］＝［Ｒ］［ｉ］ −−−−−−−−−−（１）
但し
［Ｖ］：電圧ベクトル
［Ｒ］：インピーダンス行列
［ｉ］：電流ベクトル
上記演算結果によって上記可変速揚水発電システムの特性を得る特性演算手段を備え、
演算装置の特性演算手段は、演算式（１）を下記の演算式（２）に展開して演算し、
ｌ１＝固定子漏洩インダクタンス
ｒ２＝回転子抵抗
ｌ１＝回転子漏洩インダクタンス
Ｍ ＝固定子・回転子間相互インダクタンス
Ｌ１＝固定子インダクタンス
Ｌ２＝回転子インダクタンス
Ｒ1n＝固定子対地抵抗
Ｒ2n＝回転子対地抵抗
Ｖ1d＝固定子側電圧（ｄ成分）
Ｖ1q＝固定子側電圧（ｑ成分）
Ｖ10＝固定子側電圧（零相成分）
Ｖ2d＝回転子側電圧（ｄ成分）
Ｖ2q＝回転子側電圧（ｑ成分）
Ｖ20＝回転子側電圧（零相成分）
Ｉ1d＝固定子側電流（ｄ成分）
Ｉ1q＝固定子側電流（ｑ成分）
Ｉ10＝固定子側電流（零相成分）
Ｉ2d＝回転子側電流（ｄ成分）
Ｉ2q＝回転子側電流（ｑ成分）
Ｉ20＝回転子側電流（零相成分）
ωe ＝回転子回転数
ｐ＝ｄ／ｄｔ
上記演算結果によって可変速揚水発電システムの特性を得る特性演算手段としたことを特徴とする可変速揚水発電システムの模擬装置。 - 電力系統に接続され交流励磁形発電電動機と上記電力系統に接続され
上記発電電動機を励磁する励磁用変換器から構成される可変速揚水発電システムを模擬する可変速揚水発電システムの模擬装置において、
上記発電電動機をリアルタイムで演算する演算装置に置き換え、この演算装置で状態方程式を次の式（１）で演算し、
［Ｖ］＝［Ｒ］［ｉ］ −−−−−−−−−−（１）
但し
［Ｖ］：電圧ベクトル
［Ｒ］：インピーダンス行列
［ｉ］：電流ベクトル
上記演算結果によって上記可変速揚水発電システムの特性を得る特性演算手段を備え、
演算装置の特性演算手段は、（１）式の状態方程式を、次の（３）式に変換して演算し、
［ｉ］＝［Ｒ］-1［Ｖ］ −−−−−−−−−−（３）
但し、
［Ｒ］-1：［Ｒ］の逆マトリックス
上記演算結果によって可変速揚水発電システムの特性を得る手段とし、
可変速発電電動機を模擬する演算装置に水車からの駆動トルク出力信号を制御するガイドベーンコントローラをリアルタイムで演算する演算回路で構成した模擬ガイドベーンコントローラとしたことを特徴とする可変速揚水発電システムの模擬装置。 - 請求項２において、
可変速発電電動機を模擬する演算装置に水車からの駆動トルク出力信号を制御するガイドベーンコントローラをリアルタイムで演算する演算回路で構成した模擬ガイドベーンコントローラとしたことを特徴とする可変速揚水発電システムの模擬装置。 - 請求項１、３、４のいずれか１項において、
模擬ガイドベーンコントローラは、可変速発電電動機の回転数フィードバック信号と目標回転数から偏差を得る手段と、
上記偏差を入力とするガバナー制御装置ブロックと、
上記ガバナー制御装置ブロックの出力を入力とするアクチュエータ模擬ブロックと、
上記アクチュエータ模擬ブロックの出力を入力とするガイドベーン模擬ブロックと、
上記ガイドベーン模擬ブロックの出力を入力とすると共に、上記偏差を入力とし、駆動トルク出力信号を送出する水路系模擬ブロックとで構成したことを特徴とする可変速揚水発電システムの模擬装置。 - 請求項５において、
水路系模擬ブロックは、１水路に対し１台のポンプ水車を有する水路系模擬ブロックと、１水路に対し複数のポンプ水車を有する水路系模擬ブロックとを設け、上記両水路系模擬ブロックを切り替えて演算するようにしたことを特徴とする可変速揚水発電システムの模擬装置。 - 請求項１〜６のいずれか１項において、
励磁用変換器は、インバータとコンバータの組み合わせ、または、サイクロコンバータで構成し、この励磁用変換器のコントローラを模擬装置用のコントローラで構成すると共に、実システムに用いる励磁用変換器のコントローラからの制御信号を入力する入力部を設け、上記二つのコントローラからの制御信号を切り替え使用するようにしたことを特徴とする可変速揚水発電システムの模擬装置。
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