JPH01110075A - 交流励磁同期機の揚水運転停止制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は揚水発電プラントの可変速システムにおける交
流励磁同期機の揚水運転停止制御方法に関するものであ
る。

（従来の技術） 近年の揚水発電プラントは、ますます大容量化し、また
立地条件やポンプ水車の効率上からも高落差の傾向にあ
る。そして、一般に、揚水発電所に使用されてきた発電
電動機は、同期機であることから回転数は一定であり、
このような揚水発電プラントにおいて、揚水運転停止時
にはポンプ水車の案内羽根を閉方向制御し、−窓開度以
下になったことで発電電動機を系統より解列するような
方法を採用している。

ところが、このような従来の揚水運転停止制御において
は、案内羽根の開度を絞っても入力電力は案内羽根開度
に比例しては減少せず、例えば全開の２０％まで案内羽
根の開度を絞り込んでも運転揚程における入力電力の７
０〜８０％までしか減少しないので、並列用しゃ断器は
発電電動機が入力電力を持ったままの状態で電力系統か
ら切離さなければならないことになる。従って、発電電
、動機が大容量になればなるほど、その停止時に電力系
統に対し電力動揺を引起こすことになり、また並列用し
ゃ断器自体も発？ｌ！’ｌ動機が入力電力を持ったまま
の状態でしゃ断することになって寿命を短くする。

そこで、最近では同期機に代えて交流励磁同期機を適用
し、その回転子側にサイクロコンバータを接続した可変
速システムが提案されている。

第５図は、この種の揚水発電プラントの交流可変速シス
テムの主回路構成例を示したものである。

交流励磁同期機２は、回転子側がポンプ水車１に機械的
に直結され、固定子側が並列用しゃ断器３壷介して電力
系統４に接続され、また固定子側には始動用新路器５が
接続されている。一方、サイクロコンバータ６はその入
力側がサイクロコンバータ用しゃ断器７を介して電力系
統４に接続され。

電力系統４の周波数を所要周波数に変換してその出力を
交流励磁同期機２の回転子側に与えるようになっている
。

このような可変速システムでは、揚水運転時にポンプ水
車１の案内羽根開度と回転数とをその時の揚程（落差）
に応じて適正値に調整制御することによって、高効率運
転を可能としている。さらに、案内羽根開度と回転数と
を適正に調整制御することができるので、余剰電圧に合
った容量で交流励磁同期機を揚水運転できる。

しかるに、このような可変速システムでは、揚水運転状
態から交流励磁同期機２が完全に停止するまでの過程に
おいて、交流励磁同期機２の入力電力をいかに減少させ
るかが問題となる。従来においては、ポンプ水車ｌの回
転数を減少させ、案内羽根を閉方向制御して、交流励磁
同期機２への入力電力を軽減させていた。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、ポンプ水車１の回転数を減少させると、ポンプ
水車１の吐出圧が低下して逆転ポンプ債域へ突入し、ポ
ンプ水車１はポンプ方向へ回転しているのに水が上池か
ら下池へ流れる状態となり、振動発生や撹はんロスによ
る温度上昇が発生することになる。また、このような運
転状態は継続できないので、交流励磁同期機２を電力系
統４より入力電力を持ったままの状態で解列（入力しゃ
断）させることになる。

従って、始動−停止回数の非常に多い揚水発電プラント
にとっては、このような制御はポンプ水車の寿命にも影
響するばかりでなく、入力しゃ断を行なうための電力系
統へ動揺を与えると共に。

しゃ断器の寿命にも影響することにもなり重要な開局で
ある。

本発明の目的は揚水運転停止の際における系統への動揺
を軽減すると共に、しゃ断器やポンプ水車の寿命を向上
させることが可能な交流励磁同期機の揚水運転停止制御
方法を提供することにある。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段と作用）上記の目的を達
成するために本発明では、まず交流励磁同期機の回転数
を減少制御し、その自転数に応じてポンプ水車の案内羽
根開度を閉方向制御し、交流励磁同期機の回転数がその
時の運転揚程における最小回転数まで減少したら、交流
励磁同期機の入力電力がほぼ零になるように交流励磁量
を制御し、系統より交流励磁同期機を解列させるように
したことを特徴とする。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。ｉｌ１図は、本発明を適用した揚水発電プラントの
可変速システムの構成図である。

交流励磁同期機２は、回転子側をポンプ水車１に機械的
に直結させ、固定子側を並列用しゃ断器３および生麦圧
器８を介して電力系統４に接続している。また、この交
流励磁同期機２の固定子側には始動用新路器５を接続し
ている。サイクロコンバータ６は、電力系統４の周波数
を所要周波数に変換すると共に出力電圧ｖＧ２および出
力電流ｔｃ２を制御するもので、その入力側はサイクロ
コンバータ用変圧器９およびサイクロコンバータ用しゃ
断器７を介して電力系統４に接続され、その出力側は交
流励磁同期機２の回転子側に接続されている。一方、制
御装置１０は、ポンプ水車１゜並列用しゃ断器３．サイ
クロコンバータ６に指令を出して、ポンプ水車１の案内
羽根の開度制御。

並列用しゃ断器３のしゃ断（解列）、交流励磁同期機２
の回転数制御および有効電力制御を行なうものであり、
その指令を出すにあたって必要なプロセス量を人力して
いる。すなわち、交流励磁同期機２の入力電圧ｖＧ１を
計器用変圧器１１を介して、交流励磁同期機２の入力電
流ＩＧ１を計器用変流器１２を介して、交流励磁同期機
２の回転数を回転数検出器１３を介して、サイクロコン
バータ６の出力電流ＩＣ，を計器用変流器１４を介して
、揚水発電時の揚程（落差）を落差検出器１５を介して
入力している。また有効電力制御装置１６は、回転数検
出器１３および落差検出器１５の各出力信号に基づいて
ポンプ水車１の回転数がその時の運転揚程における回転
数になったことを検出し、それを制御装置１０へ与える
ものである。

次に、本実施例による揚水運転停止制御方法について、
第２図に示す制御ブロック図、および第３図のタイムチ
ャートを参照しながら説明する。

いま、揚水運転停止指令が時点ｔ１で与えられると、制
御装置１０はサイクロコンバータ６の出力電流ＩＧ２と
出力電圧ｖＧ２を制御して、交流励磁同期機２の回転数
Ｎを低下させる。一方、ポンプ水車１の案内羽根も、制
御袋！！１０により落差検出器１５で検出された揚程、
および回転数検出器１３で検出された交流励磁同期機２
の回転数Ｎに基づいて演算した開度に制御される。これ
によって、ポンプ水車１の軸入力すなわち入力電−ＩＣ
□は回転数Ｎに比例して低下する。

次に、時点ｔ２になって、交流励磁同期機２の回転数Ｎ
が、その時の揚程（落差）によって決まるポンプ水車１
内の水が逆流を開始する最小回転数にまで減速すると、
有効電力制御装置１６がこれを検出し、°サイクロフン
バータロによる交流励磁同期＠２の有効電力制御が開始
される。つまり、交流励磁同期機２の入力電流ＩＣ１を
“０＃にする制御が行なわれる。ここで、有効電力制御
装置１６での最小回転数の検出は、落差検出器１５およ
び回転数検出器１３からの出力に基づいて、第４図で与
えられた最小回転数特性から求められる。

例えば、その時の揚程がＨ９であるとすると、最小回転
数は定格の９８８２％であり、その時の軸入力は６２％
である。

次ニ、サイクロコンバータ６による交流励磁同期機２の
有効電力制御によって交流励磁同期機２の入力電流ＩＧ
、が時点ｔ１でａＯｏになると、制御装置１０より並列
用しゃ断器３へ解列指令が出力される。そして、この並
列用しゃ断器３が開くと、ポンプ水車１の案内羽根を全
閉操作すると共に、サイクロコンバータ６にゲートブロ
ック指令を与え、サイクロコンバータ６の出力電圧ｖＧ
２と出力電流ＩＧ２を“０“制御する。このようにして
、交流励磁同期機２の入力電圧ＶＧ１が′０”になると
、制動をかけるために始動用断路器５を投入し、サイク
ロコンバータ６を時点ｔ４でゲートデブロックして交流
励磁同期機２：；交流励磁を与える。そうすると、回生
制動により急速に主機の速度、が低下する。そして、主
機が完全に停止した時点ｔ５で、サイクロコンバータ６
を再度ゲートブロックして回生制動を開放する。

なお、交流励磁同期機２に直流励磁を与え、電気制動と
することもできる。

［発明の効果］ このように本発明では、揚水発電プラントの揚水運転を
停止するに際して、まず交流励磁同期機２の回転数を制
御装置１０により減少制御し、またポンプ水車１の案内
羽根も回転数に応じて閉方向に制御し、交流励磁同期機
２の回転数Ｎをその時の運転揚程における最小回転数ま
で減少させ、しかる後に交流励磁同期機２の有効電力制
御を行ない、交流励磁同期機２の入力電力がほぼ零にな
ると、並列用しゃ断器３をしゃ断するようにしているの
で、揚水運転の停止時に系統に動揺を与えることがなく
、シゃ断器の寿命を短くすることもない。また、ポンプ
水車１に苛酷な逆転ポンプ水車運転を行なわせることな
く停止させることができるので、ポンプ水車の寿命を短
くすることもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は同実
施例における揚水運転停止制御方法を説明するための制
御ブロック図、第３図は同実施例における揚水運転停止
制御方法を説明するためのタイムチャート図、第４図は
同実施例におけるポンプ水車の揚程（落差）と軸入力と
回転数の相関関係を示す特性図、第５図は従来の揚水発
電プラントの可変速システムの主回路構成図である。 １・・・ポンプ水車、２・・・交流励磁同期機、３・・
・並列用しゃ断器、４・・・系統電源、５・・・始動用
新路器、６・・・サイクロコンバータ、７・・・サイク
ロコンバータ用しゃ断器、８・・・主変圧器、９・・・
サイクロコンバータ用変圧器、１０・・・制御装置、１
１・・・交流励磁同期機側計器用変圧器、１２・・・交
流励磁同期機側計器用変流器、１３・・・回転数検出器
、１４・・・サイクロコンバータ出力電流用計器用変流
器、１５・・・落差検出器、１６・・・有効電力制御装
置。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　交流励磁同期機の回転子側をポンプ水車に機械的に直
   結し、前記交流励磁同期機の固定子側を電力系統に並列
   用しゃ断器を介して接続し、前記交流励磁同期機の回転
   子側にサイクロコンバータを接続し、前記電力系統周波
   数を所要周波数に変換するように構成された揚水発電プ
   ラントの可変速システムにおいて、前記揚水発電プラン
   トの揚水運転を停止するに際して、前記交流励磁同期機
   の回転数を減少制御し、前記ポンプ水車の案内羽根開度
   を閉方向制御し、次に前記交流励磁同期機の回転数がそ
   の時の運転揚程における最小回転数まで減少したら、前
   記サイクロコンバータにより交流励磁同期機に対する交
   流励磁を減少制御し、しかる後に前記交流励磁同期機の
   入力電力がほぼ零になった時点で、前記系統電源より交
   流励磁同期機を解列させるようにしたことを特徴とする
   交流励磁同期機の揚水運転停止制御方法。