JP6220241B2 - 可変速揚水発電システムの制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、可変速揚水発電システムの制御装置および制御方法に関する。

電力系統に需給アンバランスが生ずると周波数が変化する。電力系統内の発電電動機は、系統周波数変化を検出し、変化幅に応じて出力（有効電力）を増減し、系統の周波数変化を抑制する。同期発電電動機の場合、原動機出力が変化しなければ、発電電動機出力も変化しないため、発電電動機出力の応答速度は、原動機出力の応答速度の影響を受け、高速に出力を制御することができない。一方、二重給電発電電動機を用いた可変速揚水発電システムは、回転エネルギーを利用することにより、原動機（ポンプ水車）出力に関係なく、発電電動機出力を高速に制御することができる。同期発電電動機よりも発電電動機出力を高速に制御できることが可変速揚水発電システムの大きな利点である。

可変速揚水発電システムは、ポンプ水車を高効率点で運転するため、落差、出力に応じて最適回転速度に制御する。定速揚水発電システムよりもシステム効率が高くなり、水を有効活用できることも可変速揚水発電システムの大きな利点である。

可変速揚水発電システムの発電電動機の回転速度変化は、発電電動機入出力とポンプ水車出力の差分により決まる。発電電動機出力とポンプ水車出力の差分が大きいほど、回転速度変化が大きくなり、最適回転速度からのずれも大きくなる。

特開昭６３−１７８７９５号公報

従来の方式は、高速に変化させたい発電電動機出力変化量を回転速度要求値の補正値として用いている。発電電動機出力を増加させる場合は、回転速度要求値を低めに補正することにより、回転エネルギーを発電電動機出力に変換し、出力を高速に増加させる。ポンプ水車の効率上、発電電動機出力を増加させる場合は、回転速度を上昇させることが望ましい。しかしながら、従来方式では、発電電動機出力を上昇させると、発電電動機出力とポンプ水車出力との差分が大きくなり、回転速度が低下する。発電電動機出力をフィードバックして回転速度要求値を補正するので、発電電動機出力及び回転速度が過制御になる（発電電動機出力がオーバーシュートし、回転速度がアンダーシュートする）という欠点があった。また、回転速度の低下に伴い、ポンプ水車効率が低下するという欠点があった。

一方、発電電動機の出力を減少させる場合は、回転速度要求値を高めに補正することにより、発電電動機出力を回転エネルギーに変換し、出力を高速に減少させる。ポンプ水車の効率上、発電電動機出力を減少させる場合は、回転速度を低下させることが望ましい。しかしながら、従来方式では、発電電動機出力を低下させると、発電電動機出力とポンプ水車出力との差分が大きくなり、回転速度が上昇する。発電電動機出力をフィードバックして回転速度要求値を補正するので、発電電動機出力及び回転速度が過制御になる（発電電動機出力がアンダーシュートし、回転速度がオーバーシュートする）という欠点があった。また、回転速度の低下に伴い、ポンプ水車効率が低下するという欠点があった。

発明が解決しようとする課題は、発電電動機出力を変化させるに際し、回転速度変化を抑えるとともにポンプ水車効率の低下を抑えることができる可変速揚水発電システムの制御装置および制御方法を提供することにある。

実施形態の可変速揚水発電システムの制御装置は、発電電動機の二次巻線に電流を流す二次励磁装置と、前記発電電動機と直結するポンプ水車の流量を調整する流量調整弁の開度を制御する流量調整弁制御部と、要求される発電電動機出力に基づいて発電電動機出力指令値を生成するとともに、落差及び前記発電電動機出力指令値から流量調整弁開度要求値と、すべり指令値、回転速度指令値、角速度指令値、又は二次周波数指令値を含む第１指令値と、を演算し出力する最適化処理部と、前記第１指令値に基づいて、前記二次励磁装置の二次電流有効分指令値を生成する速度制御部と、二次電流有効分指令値の補正値を演算する出力補正部と、前記出力補正部の出力を入力し、前記流量調整弁の開度の補正値及び前記発電電動機出力の補正値のうち少なくともいずれか一方を演算する機械出力補正部と、前記発電電動機出力指令値、前記流量調整弁開度要求値、前記機械出力補正部により演算された補正値、及び前記発電電動機の出力検出値に基づいて流量調整弁開度指令値を生成し、前記流量調整弁制御部へ出力する出力制御部と、を備える。

第１の実施形態に係る可変速揚水発電システムの概略構成の一例（その１）を示す図。 第１の実施形態に係る可変速揚水発電システムの概略構成の一例（その２）を示す図。 第１の実施形態に係る可変速揚水発電システムの概略構成の一例（その３）を示す図。 第１の実施形態に係る可変速揚水発電システムの概略構成の一例（その４）を示す図。 図１Ａ〜図１Ｄの可変速揚水発電システムに備えられる制御装置の主な機能構成を示すブロック図。 図２の制御装置に備えられるＰ制御部の機能構成を示すブロック図。 図２の制御装置に備えられるω_２制御部の機能構成を示すブロック図。 図２の制御装置に備えられるＧＦ制御部１００の機能構成を示すブロック図。 第３の実施形態によるω_２制御に関わる回路構成の一例を示す図。 実施形態の方式による発電機出力変化と速度変化との関係を従来技術と対比させて示す図。 実施形態の方式による周波数変化直後の変化量を大きくしたい場合の発電機出力変化および速度変化の例、ならびに発電機出力変化を維持する時間を長くしたい場合の発電機出力変化および速度変化の例を示す図。 図１Ｄの可変速揚水発電システムの詳細図。 変形例による可変速揚水発電システムの概略構成の一例（その１）を示す図。 変形例による可変速揚水発電システムの概略構成の一例（その２）を示す図。 変形例による可変速揚水発電システムの概略構成の一例（その３）を示す図。 変形例による可変速揚水発電システムの概略構成の一例（その４）を示す図。 図１０Ｄの可変速揚水発電システムの詳細図。 変形例による可変速揚水発電システムの概略構成の一例（その５）を示す図。 変形例による可変速揚水発電システムの概略構成の一例（その６）を示す図。

以下、図面を参照して、実施の形態について説明する。

（第１の実施形態） 図１Ａ〜図１Ｄ、図２〜図５、及び図９を参照して、第１の実施形態について説明する。

図１Ａ〜図１Ｄは、第１の実施形態に係る可変速揚水発電システムの概略構成の一例（その１〜その４）を示す図である。また、図９は図１Ｄに示す可変速揚水発電システムの詳細な構成図である。

可変速揚水発電システムは、発電電動機を非同期速度で運転することを可能とするシステムであり、発電電動機２と直結するポンプ水車１、発電電動機２、発電電動機２の二次巻線に電流を流す二次励磁装置３、ポンプ水車１の流量を制御するガイドベーンの開度を制御するガイドベーン制御装置４、発電電動機２から得られる発電電動機出力検出値Ｐと発電電動機出力指令値Ｐ^＊との偏差に基づいてガイドベーン開度指令値ＧＶ^＊を生成する出力制御部５、発電電動機２から得られる角速度ω_Ｒと角速度指令値との偏差に基づいて発電電動機二次電圧有効分指令値を生成する速度制御部６、二次電流有効分指令値の補正値を演算する出力補正部８、落差Ｈと発電電動機出力要求値Ｐ_０からガイドベーン開度要求値（流量調整弁開度要求値）ＧＶ_０及びすべり指令値を演算で求め出力する最適化処理部９を含む。ここで、「すべり」と、「回転速度（ｒ／ｓ）」、「周波数」の関係は、以下の式で表すことができる。
（数式１）すべり＝（同期速度−回転速度）／同期速度
＝（系統周波数−（回転速度×極数／２））／系統周波数
＝二次周波数／系統周波数

なお、最適化処理部９は、発電電動機出力要求値Ｐ_０に変化率制限を施したものを発電電動機出力指令値Ｐ^＊として生成する。また、後述するように、二次励磁装置３の二次電流有効分指令値（Ｉ_２Ｒ ^＊）を生成するすべり制御部（ω_２制御部１０６）が設けられている。二次励磁装置３は、二次電流制御部（Ｉ_２制御部１０７）、二次電圧制御部（ｖ_２制御部１０８）等から構成されている。

このように、本実施形態では、出力補正部８の出力を前記二次電流有効分指令値（Ｉ_２Ｒ ^＊）の補正信号として用いるように構成されている。

なお、この可変速揚水発電システムは、図１Ａ〜図１Ｄに図示されていない各種の制御機能を実現する１つまたは複数の制御装置も備えている。

図１Ａ〜図１Ｄの例では、ガイドベーンの開度を制御するガイドベーン制御装置４が例示されているが、ここに発電電動機２と直結するポンプ水車１の流量を調整する流量調整弁の開度を制御する流量調整弁制御装置を設けることが望ましい。この場合、出力制御部５は、流量調整弁開度指令値としてのガイドベーン開度指令値ＧＶ^＊を生成してこれを流量調整弁制御装置へ送る。

例えば図１Ｂのように、出力補正部８は、系統周波数偏差Δｆから二次電流有効分指令値の補正値を演算するようにしてもよい。この場合、出力補正部８は、系統周波数偏差Δｆを発電電動機出力に換算して、高速に変化させる発電電動機出力変化量を求める。但し、系統周波数偏差Δｆを用いることは必須ではない。他の情報から発電電動機出力変化量を求めてもよい（図１Ａ参照）。なお、他の発電電動機の応答との兼ね合いで、周波数変化直後の変化量を大きくしたい場合や、高速に変化させる発電電動機出力変化を維持する時間を長くしたい場合とかが、系統の特性によって異なるので、その対応が可能なように、応答調整機能を介して、発電電動機二次電流有効分の補正値とする。

また、図１Ｃのように、出力補正部８の出力を入力し、すべり指令値の補正値を演算し、すべり指令値の補正値を上記すべり制御部に出力する第２の出力補正部（電気出力補正部）を設けてもよい。

また、図１Ｄのように、最適化処理部９が要求される発電電動機出力変化量から高速成分（後述する有効電流高速応答補正値Ｉ_２Ｒ２）を抽出し、速度制御部６に出力する高速成分抽出部（図示せず）を備えていてもよい。

なお、図１Ａ〜図１Ｄの例では、出力制御部５の前段に、減算処理を行う演算部が配置されているが、この演算部は出力制御部５の中に配置されていてもよい。これに伴い、発電電動機出力検出値Ｐが出力制御部５に取り込まれるように構成してもよい。

同様に、出力制御部５の後段には、加算処理を行う演算部が配置されているが、この演算部は出力制御部５の中に配置されていてもよい。これに伴い、最適化処理部９から得られるガイドベーン開度要求値ＧＶ_０が出力制御部５に取り込まれるように構成してもよい。

また、速度制御部６の前段には、減算処理を行う演算部が配置されているが、この演算部は速度制御部６の中に配置されていてもよい。これに伴い、発電電動機２から得られる角速度ω_Ｒが速度制御部６に取り込まれるように構成してもよい。

同様に、速度制御部６の後段には、加算処理を行う演算部が配置されているが、この演算部は速度制御部６の中に配置されていてもよい。これに伴い、出力補正部８から出力される補正信号や最適化処理部９から出力される高速成分が速度制御部６に取り込まれるように構成してもよい。

図２は、図１Ａ〜図１Ｄの可変速揚水発電システムに備えられる制御装置の主な機能構成を示すブロック図である。

可変速揚水発電システムの制御装置は、ＧＦ制御部（ガバナフリー制御部）１００、変化率制限部１０１、応答調整部１０２、関数発生部（Ｆｘ）１０３、Ｐ制御部（出力制御部）１０４、Ｖ_１制御部（一次電圧振幅制御部）１０５、ω_２制御部（発電電動機二次電圧角速度制御部）１０６、Ｉ_２制御部（発電電動機二次電流制御部）１０７、ｖ_２制御部（発電電動機二次電圧制御部）１０８などを含む。

変化率制限部１０１、応答調整部１０２、及び関数発生部１０３の全ての機能もしくはその一部は、例えば図１Ａ〜図１Ｄ中の最適化処理部９に設けられる。Ｐ制御部１０４は、例えば図１Ａ〜図１Ｄ中の出力制御部５に設けられる。Ｖ_１制御部１０５及びω_２制御部１０６の全ての機能もしくはその一部は、例えば図１Ａ〜図１Ｄ中の速度制御部６に設けられる。ＧＦ制御部１００は、例えば図１Ａ〜図１Ｄ中の出力補正部８に設けられる。

ＧＦ制御部１００は、系統周波数偏差Δｆに基づき、発電電動機出力ガバナフリー補正値Ｐ_ＧＦ、ガイドベーン開度ガバナフリー補正値ＧＶ_ＧＦ、角速度ガバナフリー補正値ω_ＧＦ、および有効電流ガバナフリー補正値Ｉ_２Ｒ１を生成する。

変化率制限部１０１は、発電電動機出力要求値Ｐ_０に変化率制限を施し、その結果を発電電動機出力指令値Ｐ^＊として出力する。

応答調整部１０２は、発電電動機出力要求値Ｐ_０と発電電動機出力指令値Ｐ^＊との偏差に基づき、ω_２制御部１０６での有効電流高速応答補正に適した有効電流高速応答補正値Ｉ_２Ｒ２を生成する。

関数発生部１０３は、発電電動機出力指令値Ｐ^＊と落差Ｈとに基づき、ガイドベーン開度要求値ＧＶ_０を生成するとともに、角速度指令値ω_Ｒ ^＊を生成する。

Ｐ制御部１０４は、ＧＦ制御部１００が生成する発電電動機出力ガバナフリー補正値Ｐ_ＧＦおよびガイドベーン開度ガバナフリー補正値ＧＶ_ＧＦを取り込み、これらの値と、発電電動機出力指令値Ｐ^＊と、発電電動機出力検出値Ｐと、ガイドベーン開度要求値ＧＶ_０とに基づき、ガイドベーン開度指令値ＧＶ^＊を生成する。

Ｖ_１制御部１０５は、発電電動機一次電圧振幅指令値Ｖ_１ ^＊と発電電動機一次電圧

とに基づき、無効電流指令値Ｉ_２Ｉ ^＊を生成する。

ω_２制御部１０６は、ＧＦ制御部１００が生成する有効電流ガバナフリー補正値Ｉ_２Ｒ１および角速度ガバナフリー補正値ω_ＧＦを取り込み、これらの値と、角速度指令値ω_Ｒ ^＊と、角速度ω_Ｒと、有効電流高速応答補正値Ｉ_２Ｒ２とに基づき、発電電動機二次電流有効分指令値Ｉ_２Ｒ ^＊を生成する。

Ｉ_２制御部１０７は、発電電動機二次電流有効分指令値Ｉ_２Ｒ ^＊と、無効電流指令値Ｉ_２Ｉ ^＊と、発電電動機二次電流

とに基づき、発電電動機二次電圧有効分指令値Ｖ_２Ｒ ^＊と、発電電動機二次電圧無効分指令値Ｖ_２Ｉ ^＊とを生成する。

ｖ_２制御部１０８は、発電電動機二次電圧有効分指令値Ｖ_２Ｒ ^＊と、発電電動機二次電圧無効分指令値Ｖ_２Ｉ ^＊と、発電電動機二次電圧

と、ω_２制御部１０６からの発電電動機二次電圧位相θ_２とに基づき、発電電動機二次電圧指令値ｖ_２Ｕ ^＊，ｖ_２Ｖ ^＊，ｖ_２Ｗ ^＊を生成する。

図３は、図２の制御装置に備えられるＰ制御部１０４の機能構成を示すブロック図である。

Ｐ制御部１０４は、発電電動機出力指令値Ｐ^＊および発電電動機出力ガバナフリー補正値Ｐ_ＧＦと発電電動機出力検出値Ｐとの偏差に基づき、ガイドベーン開度指令に適した信号を生成し、その値およびガイドベーン開度要求値ＧＶ_０とガイドベーン開度ガバナフリー補正値ＧＶ_ＧＦとに基づき、ガイドベーン開度指令値ＧＶ^＊を生成する。

図４は、図２の制御装置に備えられるω_２制御部１０６の機能構成を示すブロック図である。

ω_２制御部１０６は、発電電動機一次電圧指令値ｖ_１Ｕ，ｖ_１Ｖ，ｖ_１Ｗを用いて３／２変換処理を施す３／２変換器１２５と、その変換結果と発電電動機電気角度θ_Ｒとを用いて発電電動機二次電圧位相θ_２を生成するとともに、ＬＰＦ１２２にて生成される発電電動機二次電圧角速度ω_２と角速度ω_Ｒとから発電電動機一次電圧角速度ω_１を生成するＰＬＬ回路１２０（演算部（ｘ）１２１、ＬＰＦ１２２、積分器１２３、関数発生部（Ｆ_ｘ２）１２４などを含む。）を備える。なお、発電電動機電気角度θ_Ｒは、発電電動機回転子の機械角度や発電電動機の回転速度から求めた値でもよい。

更に、ω_２制御部１０６は、応答調整器１２６、ω_２制御器１２７、および減算処理・加算処理を行う各種の演算部を備え、角速度ガバナフリー補正値ω_ＧＦおよび発電電動機一次電圧角速度ω_１と角速度指令値ω_Ｒ ^＊との偏差に基づいて応答調整器１２６にて応答調整を行った後、応答調整後の値と発電電動機二次電圧角速度ω_２との偏差に基づいてω_２制御部１２７にて発電電動機二次電流有効分Ｉ_２Ｒ０を生成し、この発電電動機二次電流有効分Ｉ_２Ｒ０と、有効電流ガバナフリー補正値Ｉ_２Ｒ１と、有効電流高速応答補正値Ｉ_２Ｒ２とを、加算処理して発電電動機二次電流有効分指令値Ｉ_２Ｒ ^＊を生成する。

図５は、図２の制御装置に備えられるＧＦ制御部１００の機能構成を示すブロック図である。

ＧＦ制御部１００は、除算器１３１、関数発生器（Ｆｘ）１３２、応答調整器１３３などを備え、系統周波数偏差Δｆを調定率で除算して発電電動機出力ガバナフリー補正値Ｐ_ＧＦを生成し、発電電動機出力ガバナフリー補正値Ｐ_ＧＦから関数発生器（Ｆｘ）１３２にてガイドベーン開度ガバナフリー補正値ＧＶ_ＧＦを生成する。また、系統周波数偏差Δｆが応答調整器１３３により応答調整され、有効電流ガバナフリー補正値Ｉ_２Ｒ１及び角速度ガバナフリー補正値ω_ＧＦが生成される。

図７のグラフに、系統周波数が上昇した場合について、本実施形態の方式による発電電動機出力変化と速度変化との関係を従来技術と対比させて示す。Ａ１は本実施形態による速度変化を示し、Ａ２は従来方式による速度変化を示す。また、Ａ３は本実施形態による発電電動機出力変化を示し、Ａ４は従来方式による発電電動機出力変化を示す。本実施形態、従来方式共に、系統周波数上昇に伴い、発電電動機出力が減少し、回転速度が上昇する。従来方式は、補正信号を速度制御部の入力側に加算（フィードバック）していたため、発電電動機出力（Ａ４）がアンダーシュートし、回転速度（Ａ２）がオーバーシュートする。一方、本実施形態では、補正信号を速度制御部の入力側に加算（フィードバック）するとともに、速度制御部の出力側に加算（フィードフォワード）するので、発電電動機出力（Ａ３）、回転速度（Ａ１）共に、オーバーシュートを抑制することができる。

さらに図８のグラフに、本実施形態の方式による系統周波数変化直後の変化量を大きくしたい場合の発電電動機出力変化および速度変化の例、ならびに発電電動機出力変化を維持する時間を長くしたい場合の発電電動機出力変化および速度変化の例を示す。Ｂ１は系統周波数変化直後の変化量を大きくしたい場合の発電電動機出力変化の例を示し、Ｂ２は周波数変化直後の変化量を大きくしたい場合の速度変化を示す。また、Ｂ３は発電電動機出力変化を維持する時間を長くしたい場合の発電電動機出力変化の例を示し、Ｂ４は発電電動機出力変化を維持する時間を長くしたい場合の速度変化の例を示す。

本実施形態によれば、最適回転速度からずれを小さくし、最適回転速度に戻るまでの時間を短くすることができる。これは、速度指令値は最適値のままとしているので、すべり制御によってすべり変化（即ち速度変化を抑える）を抑えるように作用するためである。

（第２の実施形態） 前述の図１Ａ〜図１Ｄ、図２乃至図５を参照して、第２の実施形態について説明する。以下では、第１の実施形態と共通する部分の説明を省略する。

本実施形態では、発電電動機出力要求値Ｐ_０の高速変化成分（変化率制限がかかって変化する発電電動機出力指令値Ｐ^＊と発電電動機出力要求値Ｐ_０の差）を最適化処理部９で抽出し、発電電動機二次電流有効分Ｉ_２Ｒ０の補正値として用いる。

発電電動機出力要求値Ｐ_０の速い変化にガイドベーン開度を変化させても変化速度が制限されているので、効果は期待できず、ガイドべーンやその駆動機構の機械的なストレスもしくは摩耗を招くだけであるので、それを避けている。変化加速度に制約のない、Ｉ_２Ｒで一時的にそれを補う。なお、応答調整の意味は、第１の実施形態と同様である。

（第３の実施形態） 図６をさらに参照して、第３の実施形態について説明する。以下では、第１の実施形態および第２の実施形態と共通する部分の説明を省略する。

図６は、第３の実施形態によるω_２制御に関わる回路構成の一例を示す図である。この図６の回路構成は、図４の下側に記載される回路構成の変形例に相当する。

応答調整器１４１、ω_２制御器１４２は、それぞれ図４中の応答調整器１２６、ω_２制御器１２７に相当する。

本実施形態では、系統周波数偏差Δｆを、応答調整器１３３により発電電動機出力に換算して、高速に変化させる発電電動機出力変化量を求める。なお、他の発電電動機の応答との兼ね合いで、周波数変化直後の変化量を大きくしたい場合や、高速に変化させる発電電動機出力変化を維持する時間を長くしたい場合とかが、系統の特性によって異なるので、その対応が可能なように、応答調整機能を介して、発電電動機二次電圧角速度指令値ω_２ ^＊の補正値および発電電動機二次電流有効分指令値Ｉ_２Ｒ ^＊の補正値として用いてもよい。この場合、発電電動機二次電圧角速度指令値ω_２ ^＊の補正値は、発電電動機二次電流有効分指令値Ｉ_２Ｒ ^＊の制御に伴う速度変化（即ちすべり変化）を予測（演算）し、その速度変化を許容するように作用する。

（第４の実施形態） 第４の実施形態について説明する。以下では、第１乃至第３の実施形態と共通する部分の説明を省略する。

本実施形態では、発電電動機出力要求値Ｐ_０の速い変化分（変化率制限がかかって変化する発電電動機出力指令値Ｐ^＊と発電電動機出力要求値Ｐ_０の差）を発電電動機二次電圧角速度指令値ω_２ ^＊の補正値および発電電動機二次電流有効分指令値Ｉ_２Ｒ ^＊の補正値として用いてもよい。この場合、発電電動機二次電圧角速度指令値ω_２ ^＊の補正値は、発電電動機二次電流有効分指令値Ｉ_２Ｒ ^＊の制御に伴う速度変化（即ちすべり変化）を予測（演算）し、その速度変化を許容するように作用する。

上記第１の実施形態では、図２に示すように、ＧＦ制御部１００が発電電動機出力ガバナフリー補正値Ｐ_ＧＦおよびガイドベーン開度ガバナフリー補正値ＧＶ_ＧＦを生成する例について説明したが、例えば、これらの信号は、図１０Ａ〜図１０Ｄに示すように、第３の出力補正部（機械出力補正部）が生成するように構成することもできる。図１０Ａ〜図１０Ｄは、図１Ａ〜図１Ｄに示す可変速揚水発電システムに第３の出力補正部をさらに設けたものに相当する。また、図１１は図１０Ｄに示す可変速揚水発電システムの詳細な構成図である。図１１では、第２の出力補正部を電気出力補正部、第３の出力補正部を機械出力補正部として示している。

第３の出力補正部は、出力補正部８の出力を入力し、出力制御部５の出力指令値（機械的出力指令値）の補正値を演算し、この補正値を出力制御部５に出力する。例えば、第３の出力補正部は、出力制御部５の前段に設けられた減算処理を行う演算部へ、発電電動機出力ガバナフリー補正値Ｐ_ＧＦを出力する。また、例えば、第３の出力補正部は、出力制御部５の後段に設けられた加算処理を行う演算部へ、ガイドベーン開度ガバナフリー補正値ＧＶ_ＧＦを出力する。第３の出力補正部は、例えば図５に示す除算器１３１、関数発生器１３２、及び応答調整器１３３により構成される。

第３の出力補正部は、発電電動機出力ガバナフリー補正値Ｐ_ＧＦおよびガイドベーン開度ガバナフリー補正値ＧＶ_ＧＦのうち、いずれか一方のみを生成して出力するようにしてもよい。図１２は、図１０Ａに示す可変速揚水発電システムにおいて、第３の出力補正部がガイドベーン開度ガバナフリー補正値ＧＶ_ＧＦのみを生成・出力する構成を示している。また、図１３は、図１０Ａに示す可変速揚水発電システムにおいて、第３の出力補正部が発電電動機出力ガバナフリー補正値Ｐ_ＧＦのみを生成・出力する構成を示している。

以上詳述したように、各実施形態によれば、発電電動機出力を変化させるに際し、回転速度変化を抑えるとともにポンプ水車効率の低下を抑えることができる。

「すべり」と、「回転速度」、「系統周波数」、及び「二次周波数」には、上述の数式１で示したような関係がある。また、「回転速度（ｒ／ｓ）」と「角速度（ｒａｄ／ｓ）」とは以下の数式２のような関係にある。
（数式２）角速度＝２π×回転速度
従って、最適化処理部９は、速度制御部６（ω_２制御部１０６）に対してすべり指令値を出力してもよいし、回転速度指令値、角速度指令値、又は二次周波数指令値を出力してもよい。速度制御部６（ω_２制御部１０６）は、最適化処理部９から受け取ったすべり指令値、回転速度指令値、角速度指令値、又は二次周波数指令値に基づいて、発電電動機二次電流有効分指令値Ｉ_２Ｒ ^＊を生成することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１００…ＧＦ制御部（ガバナフリー制御部）
１０１…変化率制限部
１０２…応答調整部
１０３…関数発生部
１０４…Ｐ制御部（出力制御部）
１０５…Ｖ_１制御部（一次電圧振幅制御部）
１０６…ω_２制御部（発電電動機二次電圧角速度制御部）
１０７…Ｉ_２制御部（発電電動機二次電流制御部）
１０８…ｖ_２制御部（発電電動機二次電圧制御部）
ＧＶ_０…ガイドベーン開度要求値
ＧＶ^＊…ガイドベーン開度指令値
ＧＶ_ＧＦ…ガイドベーン開度ガバナフリー補正値
Ｈ…落差
Ｉ_２Ｒ ^＊…発電電動機二次電流有効分指令値
Ｉ_２Ｒ０…発電電動機二次電流有効分
Ｉ_２Ｉ ^＊…無効電流指令値
Ｉ_２Ｒ１…有効電流ガバナフリー補正値
Ｉ_２Ｒ２…有効電流高速応答補正値
Ｐ_０…発電電動機出力要求値
Ｐ^＊…発電電動機出力指令値
Ｐ…発電電動機出力検出値
Ｐ_ＧＦ…発電電動機出力ガバナフリー補正値
Ｒ…調定率
Ｖ_１ ^＊…発電電動機一次電圧振幅指令値
Ｖ_２Ｒ ^＊…発電電動機二次電圧有効分指令値
Ｖ_２Ｉ ^＊…発電電動機二次電圧無効分指令値

…発電電動機二次電流（ベクトル値）

…発電電動機一次電圧（ベクトル値）

…発電電動機二次電圧（ベクトル値）
ｖ_１Ｕ，ｖ_１Ｖ，ｖ_１Ｗ…発電電動機一次電圧指令値
ｖ_２Ｕ，ｖ_２Ｖ，ｖ_２Ｗ…発電電動機二次電圧指令値
ｖ_１Ｉ…発電電動機一次電圧無効分
Δｆ…系統周波数偏差
Δθ…ＰＬＬ位相偏差
θ_１…発電電動機一次電圧位相
θ_２…発電電動機二次電圧位相
θ_Ｒ…発電電動機電気角度
ω_Ｒ ^＊…角速度指令値
ω_Ｒ…角速度
ω_ＧＦ…角速度ガバナフリー補正値
ω_１…発電電動機一次電圧角速度
ω_２ ^＊…発電電動機二次電圧角速度指令値
ω_２…発電電動機二次電圧角速度

Claims (12)

1. 発電電動機の二次巻線に電流を流す二次励磁装置と、
   前記発電電動機と直結するポンプ水車の流量を調整する流量調整弁の開度を制御する流量調整弁制御部と、
   要求される発電電動機出力に基づいて発電電動機出力指令値を生成するとともに、落差及び発電電動機出力要求値から流量調整弁開度要求値と、すべり指令値、回転速度指令値、角速度指令値、又は二次周波数指令値を含む第１指令値と、を演算し出力する最適化処理部と、
   前記第１指令値に基づいて、前記二次励磁装置の二次電流有効分指令値を生成する速度制御部と、
   二次電流有効分指令値の補正値を演算する出力補正部と、
   前記発電電動機出力指令値、前記流量調整弁開度要求値、及び前記発電電動機の出力検出値に基づいて流量調整弁開度指令値を生成し、前記流量調整弁制御部へ出力する出力制御部と、
   を備える可変速揚水発電システムの制御装置。
2. 前記出力補正部の出力を前記二次電流有効分指令値の補正信号として用いるように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の可変速揚水発電システムの制御装置。
3. 前記出力補正部は、系統周波数偏差から前記二次電流有効分指令値の補正値を演算することを特徴とする請求項１又は２に記載の可変速揚水発電システムの制御装置。
4. 前記出力補正部の出力を入力し、第１指令値の補正値を演算し、第１指令値の補正値を前記速度制御部に出力する電気出力補正部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の可変速揚水発電システムの制御装置。
5. 前記最適化処理部が、要求される発電電動機出力変化量から高速成分を抽出し、前記出力補正部に出力する高速成分抽出部を具備することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の可変速揚水発電システムの制御装置。
6. 前記出力補正部の出力を入力し、前記流量調整弁の開度の補正値及び前記発電電動機出力の補正値のうち少なくともいずれか一方を演算する機械出力補正部をさらに備え、
   前記出力制御部は、前記発電電動機出力指令値、前記流量調整弁開度要求値、前記機械出力補正部により演算された補正値、及び前記発電電動機の出力検出値に基づいて前記流量調整弁開度指令値を生成し、前記流量調整弁制御部へ出力することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の可変速揚水発電システムの制御装置。
7. 発電電動機の二次巻線に電流を流す二次励磁装置と、前記発電電動機と直結するポンプ水車の流量を調整する流量調整弁の開度を調整する流量調整弁制御部と、二次励磁装置の二次電流有効分指令値を生成する速度制御部を備えた可変速揚水発電システムの制御方法であって、
   制御装置が、要求される発電電動機出力に基づいて発電電動機出力指令値を生成するとともに、落差及び発電電動機出力要求値から流量調整弁開度要求値と、すべり指令値、回転速度指令値、角速度指令値、又は二次周波数指令値を含む第１指令値と、を演算し出力する最適化処理工程と、
   前記第１指令値に基づいて、前記二次励磁装置の二次電流有効分指令値を生成する速度制御工程と、
   二次電流有効分指令値の補正値を演算する出力補正工程と、
   前記発電電動機出力指令値、前記流量調整弁開度要求値、及び前記発電電動機の出力検出値に基づいて流量調整弁開度指令値を生成し、前記流量調整弁制御部へ出力する出力制御工程と、
   を有することを特徴とする可変速揚水発電システムの制御方法。
8. 前記出力補正工程で演算した結果を前記二次電流有効分指令値の補正信号として用いることを特徴とする請求項７に記載の可変速揚水発電システムの制御方法。
9. 前記出力補正工程では、制御装置が、系統周波数偏差から前記二次電流有効分指令値の補正値を演算することを特徴とする請求項７又は８に記載の可変速揚水発電システムの制御方法。
10. 制御装置が、前記出力補正工程で演算した結果から第１指令値の補正値を演算し、第１指令値の補正値を前記速度制御部に出力する電気出力補正工程を有することを特徴とする請求項７乃至９のいずれか１項に記載の可変速揚水発電システムの制御方法。
11. 前記最適化処理工程は、要求される発電電動機出力変化量から高速成分を抽出し、前記出力補正工程における前記二次電流有効分指令値の補正値の演算用に出力する高速成分抽出工程を有することを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の可変速揚水発電システムの制御方法。
12. 制御装置が、前記出力補正工程で演算した結果から、前記流量調整弁の開度の補正値及び前記発電電動機出力の補正値のうち少なくともいずれか一方を演算する機械出力補正工程を有し、
    前記出力制御工程では、前記発電電動機出力指令値、前記流量調整弁開度要求値、前記機械出力補正工程で演算された補正値、及び前記発電電動機の出力検出値に基づいて前記流量調整弁開度指令値を生成し、前記流量調整弁制御部へ出力することを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の可変速揚水発電システムの制御方法。

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