JPH01126199A - 発電機の制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は発電機の制御装置に関し、更に詳述すれば発電
機を可変速にして、効率良く、負荷調整範囲の広い運転
をなし得る発電機の制御装置を提案するものである。

〔従来の技術〕

第４図は発電機を可変速運転する場合の原理図である。

交流励磁同期機である発電電動機Ｇ／Ｍの回転子２を取
付けているシャフト４には、ポンプ水車３及び回転数検
出器７を取付けている。発電電動機Ｇ／Ｍの固定子１は
サイクロコンバータ変圧器５の入力側と接続されており
、その出力側はサイクロコンバータ６の入力側と接続さ
れている。

サイクロコンバータ６の出力側は前記回転子２と接続さ
れている０回転数検出器７の出力は回転数制御器８に与
えられ、回転数制御器８の出力はサイクロコンバータ６
の制御信号としてサイクロコンバータ６に与えられてい
る。

発電電動機Ｇ／Ｍを可変速運転する場合には、発電電動
機Ｇ／Ｈの回転子２を励磁する。そして運転中にポンプ
水車３の回転速度が変化した場合は、発電系統の周波数
に一致させるように回転子２を励磁する電流の周波数を
調整することにより、発電系統との並列運転を可能にす
る。サイクロコンバータ６は、一般に交流から直接に交
流を得る電力変換方式のものが用いられる。

そして、このような発電電動機Ｇ／Ｍの回転速度を制御
する従来の制御回路は第５図に示すブロック図の如く構
成されている。周波数設定器１ｏ及び系統周波数検出器
１１の各出力が加算器Ｐ１に与えられており、その出力
は加算器Ｐ２に与えられる。加算器Ｐ２の出力はガバナ
比例回路１２、ガバナ積分回路１３及びガバナ微分回路
１４に与えられ、それらの各回路１２．１３．１４の出
力は加算器Ｐ３に与えられる。

加算器Ｐ３の出力はガイドベーンを駆動する補助サーボ
１７に与えられ、補助サーボ１７の出力はガイドベーン
を駆動する主サーボ１８及び加算器Ｐ４に与えられる。

加算器Ｐ４の出力は速度垂下率回路１５に与えられ、そ
の出力は前記加算器Ｐ２に与えられる。

なお、ガバナ比例回路Ｉ２、ガバナ積分回路Ｉ３、ガバ
ナ微分回路１４、速度垂下率回路１５よりガバナ制御部
１６を構成している。主サーボ１８によりガイドベーン
ＧＶが駆動され回転させられたポンプ水車３の出力は水
路系１９に与えられる。水路系１９の機械出力Ｐ、は加
算器Ｐ５に与えられ、その出力は発電電動機Ｇ／Ｈに与
えられる。

発電電動機Ｇ／Ｍの出力は加算器Ｐ６に与えられる。

負荷設定器２１及び落差検出器２２の各出力は、回転速
度・ガイドベーン開度演算制御回路２３に与えられ、回
転速度・ガイドベーン開度演算制御回路２３で算出した
目標ガイドベーン開度信号ＧＶｏは前記加算器Ｐ４に、
また目標回転速度信号Ｎ０は前記加算器Ｐ６に与えられ
る。加算器Ｐ６の出力はサイクロコンバータ６に与えら
れ、その出力は前記加算器Ｐ５に与えられる。

この制御回路は、負荷設定器２１と落差検出器２２との
出力により、回転速度・ガイドベーン開度演算回路２３
が目標ガイドベーン開度及び発電電動機Ｇ／Ｍの目標回
転速度を算出する。算出した目標ガイドベーン開度信号
ＧＶｔ、は加算器Ｐ４に入力され、ガイドベーン制御部
１６の出力が補助サーボ１７に与えられ、補助サーボ１
７の出力が主サーボ１８に与えられてガイドベーンＧＶ
が駆動されて、ポンプ水車３はガイドベーンＧＶＯ開度
に応じた回転速度となる。また補助サーボ１７の出力は
加算器Ｐ４にフィードバックされて、加算器Ｐ４は、補
助サーボ１７の出力と回転速度・ガイドベーン開度演算
制御回路２３の出力とを加算した出力をガイドベーン制
御部１６の速度垂下率回路１５に与え、ガイドベーン制
御部１６の出力が制御される。一方、発電電動機Ｇ／Ｈ
の目標回転速度信号Ｎ０が加算器Ｐ５に与えられて、発
電電動機Ｇ／Ｈの回転速度信号と、目標回転速度信号Ｎ
。とが加算されてその出力がサイクロコンバータ６に与
えられる。その出力で制御されたサイクロコンバータ６
の電気人力Ｐ、は加算器Ｐ５に、水路系１９の機械出力
ＰＭとともに与えられる。そして電気人力Ｐ、と機械出
力Ｐ、とを加算した加算器Ｐ５の出力は発電電動機Ｇ／
Ｍに与えて、発電電動機Ｇ／Ｍを負荷に応じた適正な回
転速度に制御する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述した発電電動機Ｇ／Ｍの制御回路では補助サーボ１
７の出力をガイドベーン制御部１６にフィードバックし
ているために、縦軸を定格回転状態を１としているパワ
ーユニットとし、横軸を時間として第６図に示した発電
電動機の電気入力及び水車ポンプの機械出力の応答特性
の如く、負荷が変動した場合には電気入力ＰＥ及び機械
出力Ｐ、の応答性が悪い、また回路が複雑であり、ガイ
ドベーンの開度調整が簡単にできないという問題がある
。

本発明は前述した問題点に鑑み、負荷変動に対して発電
電動機の電気入力及びポンプ水車の機械出力の応答性が
良（、ガイドベーンの開度調整が容易である発電機の制
御装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕 本発明に斯かる発電機の制御装置は、ポンプ水車に供給
する水の流量を調節するガイドベーンの開度を制御する
ガイドベーン開度演算制御回路と、ガイドベーンを駆動
するサーボ回路とを備えて、ガイドベーン開度演算制御
回路の出力に基づき、直接にサーボ回路を制御する構成
にする。

〔作用〕

ガイドベーン開度演算制御回路の出力により、ガイドベ
ーンを駆動するサーボ回路が直接制御され、ガイドベー
ンが直ちに駆動されポンプ水車の回転速度が変化する。

これにより、負荷変動に対する電気入力及び機械出力の
応答性が良くなる。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面によって詳述する。

第１図は本発明に係る発電機の制御装置のブロック図で
ある。周波数設定器１０及び発電系統の系統周波数を検
出する系統周波数検出器１１の各出力が加算器Ｐ１に与
えられている。加算器Ｐ１の出力は、回転速度・ガイド
ベーン開度演算制御回路２３の目標ガイドベーン開度信
号ＧＶ、が与えられている加算器Ｐ２に与えられ、その
出力はガイドベーン（図示せず）を駆動するサーボ回路
たる補助サーボ１７に与えられ、その出力は主サーボ１
８に与えられている。主サーボ１８により駆動されたガ
イドベーンＧＶの開度量に応じて水の流量が変わりポン
プ水車３が駆動されるようになっている。ポンプ水車３
の出力は水路系１９に与えられており、その機械出力Ｐ
１４は加算器Ｐ４に与えられている。この加算器Ｐ４に
は発電電動機Ｇ／Ｍの回転子に励磁電流を供給するサイ
クロコンバータ６の出力たる発Ｎ　電動機Ｇ／Ｈの電気
入力ｐｔが与えられており、加算器Ｐ４の出力は発電電
動機Ｇ／Ｈの回転子に与えられている。発電電動機Ｇ／
Ｈの実回転速度信号Ｎは加算器Ｐ６に与えており、これ
には前記回転速度・ガイドベーン開度演算制御回路２３
の目標回転速度信号Ｎ、が与えられている。加算器Ｐ６
は実回転速度信号Ｎと目標回転速度信号Ｎ０とを加算し
て得た回転速度差信号ΔＮをサイクロコンバータ６に与
えている。

負荷設定器２１及び落差検出器２２の各出力は回転速度
・ガイドベーン開度演算制御回路２３に与えており、回
転速度・ガイドベーン開度演算制御回路２３は前述した
目標回転速度及び目標ガイドベーン開度を算出し、その
目標回転速度信号Ｎ０及び目標ガイドベーン開度信号Ｇ
Ｖ、を出力するようになっている。

次にこのように構成した発電機の制御装置の制御動作を
、第１図及び第２図により説明する。第２図は電気入力
並びに機械出力の応答特性を示す曲線図である。

負荷設定器２１及び落差設定器２２の出力に基づいて回
転速度・ガイドベーン開度演算制御回路２３は、目標ガ
イドベーン開度信号ＧＶＯを出力し、それを加算器Ｐ２
に与える。その目標ガイドベーン開度（Ｋ号ＣＶ、は直
接に補助サーボ１７に与えられた後主サーボ１８に与え
られ、ガイドベーンＧＶが直ちに駆動されてガイドベー
ンの開度が変わり、ポンプ水車３の回転速度が変わりそ
の機械出力ＰＭが変わることになる。

一方、目標回転速度信号Ｎ０を出力して、それが加算器
Ｐ６に与えられ、実回転速度信号Ｎと目標回転速度信号
Ｎ０とを加算して得た回転速度差信号ΔＮがサイクロコ
ンバータ６に与えられ、それにより制御されてサイクロ
コンバータ６が化カスる電気人力ｐｉの信号を加算器Ｐ
４に与える。加算器Ｐ４は水路系１９からの機械出力Ｐ
９の信号と電気人力Ｐ６の信号とを加算して、加算して
得た出力を発電電動機Ｇ／Ｍに与えて、発電電動機Ｇ／
Ｍの実回転速度Ｎを目標回転速度Ｎ０に保持する。

そのような電気人力Ｐ、及び機械出力Ｐ、は第２図に示
す如く変化する。第２図は縦軸を定格回転状態を１とし
ているパワーユニットとし、横軸を時間として、電気入
力Ｐ、及び機械出力ＰＭの応答特性を示した曲線図であ
る。いま、サーボ回路を制御して目標ガイドベーン開度
信号ＧＶ（１を１ｐ、ｕから０．２５ｐ、ｕに減少させ
た場合には、それにより水車ポンプ３に与える水の流量
が減少するのに反して、瞬時的に水車ポンプ３の機械出
力Ｐ４（破線）が略１．２５ｐ、ｕまで増加する。その
後、急激に減少して略５秒後に整定することになる。−
方、発電電動機Ｇ／Ｈの電気人力Ｐｔ　　（−点鎖線）
も瞬時的に略１．５ＰＰ、Ｌｌまで増加する。その後、
急激に減少して略９秒後に整定することになる。そして
、発電電動機Ｇ／Ｈの回転数は、目標ガイドベーン開度
信号ＣＶ、を出力した時点から略９秒後に、目標ガイド
ベーン開度に相応した実回転速度Ｎに整定する。

このような応答特性は、ガバナ制御部１６を有する従来
の制御回路（第５図参照）の応答特性を示す第６図と比
較すると、従来は発電電動機Ｇ／Ｈの回転速度の整定に
略１４秒要したものが、本発明によれば略９秒で整定で
きるのが判る。

つまり、本発明によれば負荷変動に対し、直ちに発電電
動機Ｇ／Ｍの電気人力Ｐ、及びポンプ水車３の機械出力
Ｐ。が変わり、応答性が改善される。

第３図はポンプ水車を揚水発電所の揚水ポンプとして用
いる場合の発電機の制御装置のブロック図である。

周波数設定器１０及び発電系統の系統周波数検出器１１
の各出力は加算器Ｐ１に与えられ、その出力は加算器Ｐ
７に与えられている。加算器Ｐ７には負荷設定器２１の
出力が与えられており、加算器Ｐ７の出力はサイクロコ
ンバータ６に与えられ、その出力は加算器Ｐ７及び加算
器Ｐ４に与えられている。加算器Ｐ４の出力は発電電動
機Ｇ／Ｍに与えられ、その回転速度を検出した出力及び
落差検出器２２の出力は、回転速度・ガイドベーン開度
演算制御回路２３に与えられている０回転速度・ガイド
ベーン開度演算制御回路２３の出力は補助サーボ１７に
与えられ、その出力は主サーボ１８に与えられている。

主サーボ１８によりガイドベーン開度が変わり、ポンプ
水車３の水の流量が変化してポンプ水車３の回転速度が
変わる。ポンプ水車３の出力が水路系１９に与えられて
おり、水路系１９の出力が前記加算器Ｐ４に与えられて
いる。そしてこの場合も回転速度ガイドベーン開度演算
制御回路２３の出力で直接にサーボ回路を制御してポン
プ水車３を駆動することになる。

このように揚水発電所において、ポンプ水車３で揚水す
る場合は、ガバナＧＶを落差に応じた所定開度に設定す
ればよいからガイドベーン制御部１６を用いる必要がな
い。それ故、回転速度・ガイドベーン開度演算制御回路
２３の出力で直接に補助サーボ１７及び主サーボ２８を
制御することができる。

したがって、前述したようにポンプ水車３を水車として
用いる場合と同様に応答性を良（することができる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明はガイドベーン開度演算制御
回路の出力で直接にサーボ回路たる補助サーボ及び主サ
ーボを制御してガイドベーンを駆動するようにしたので
、負荷変動に対するポンプ水車の機械出力の応答性を良
くすることができる。

またガイドベーンの制御回路が簡素化しガイドベーンの
開度調整が容易にできる等の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る発電機の制御装置のブロック図、
第２図は電気入力及び機械出力の応答特性を示す曲線図
、第３図は本発明の他の実施例を示す発電機の制御装置
のブロック図、第４図は可変速運転する発電機の原理図
、第５図は従来の発を電動機の制御回路を示すブロック
図、第６図は電気入力及び機械出力の応答特性を示す曲
線図である。 １・・・固定子　２・・・回転子　３・・・ポンプ水車
６・・・サイクロコンバータ　１７・・・補助サーボ１
８・・・主サーボ　２１・・・負荷設定器　２２・・・
落差検出器２３・・・回転速度・ガイドベーン開度演算
制御回路Ｇ／Ｍ・・・発電電動機 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、ポンプ水車で駆動される発電機を可変速運転する発
   電機の制御装置において、前記ポンプ水車に供給する水
   の流量を調節するガイドベーンの開度を演算しポンプ水
   車を制御するガイドベーン開度演算制御回路と、前記ガ
   イドベーンを駆動するサーボ回路とを備え、前記ガイド
   ベーン開度演算制御回路の出力により、直接にサーボ回
   路を制御して発電機を可変速運転することを特徴とする
   発電機の制御装置。