JPH01243896A - 可変速発電電動機の周波数制御装置 - 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、可変速発電動電機の周波数調整装置に係り、
電力系統周波数と基準周波数との偏差から有効電力を調
整し、電力系統周波数を安定させる制御装置に関する。

〔従来の技術〕

揚水発電所においては、水車及びポンプの最大効率は異
なった回転速度になっている。特に変落差の場合には、
落差に応じた回転速度が有利となる。したがってそれぞ
れ最大効率を示す回転速度で運転するのが経済的で可変
速発電電動機が使われている。

可変速発電電動機は並列後負荷制御をおこなうため、有
効電力目標値に対し、実有効電力をフィードバックして
電力制御をおこなっているが、周波数制御をおこなって
いなかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の同期発電電動機は。系統周波数変動を検出して負
荷を可変する調整機能を有するものであったが、これま
での可変速発電電動機システムには、この機能に相当す
るものがなく系統周波数の変動に対応できないという問
題があった。

本発明の目的は、可変連発？！！電動機システムにおい
て従来の同期発電電動機の調速機能と同様に、系統周波
数変動に対して負荷を増減し該周波数を安定させること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点は、２次巻線を周波数変換器からのすべり周
波数を持った交流で励磁することにより可変速度で運転
する可変速発電電動機において、該発電電動機が接続さ
れる電力系統の周波数を検出し、系統周波数検出値とし
て出力する検出装置と、該系統発電電動機の所定の基準
数との偏差から発電電動機の所定の有効電力設定値を補
正する補正信号を出力する自動周波数制御装置と、該補
正出力信号を前記有効電力設定値とから前記補正有効電
力設定値出力信号を出力する補正有効電力設定手段とを
有する周波数調整装置により解決される。

〔作用〕

可変速発電電動機は巻線型誘導機を使っており、水車回
転周波数と系統周波数との差であるすベリ周波数を検出
し、このすべり周波数と同期した交流電流を周波数変換
器を用いて可変速発電電動機の２次巻線に流すことによ
り、回転子の磁束と固定子の磁束の相対的周波数を系統
周波数と同じに保ち、負荷運転中の水車回転数を可変速
制御できるようにしたものである。すなわち系統周波数
をｆｌ、水車回転周波数をｆ２とするとすベリ周波数は
Δｎ＝ｆ１−ｆ２となる。水車効率を最大にするため水
車回転数を変えるということは、水車回転数ｆ２を変え
た場合にはすベリ周波数Δｎを変えてｆ２＋Δｎ＝ｆｌ
とすることを意味する。

したがって水車の機械的エネルギの増減だけでは、水車
の回転数が変化し、それが持つ運動エネルギが変化する
だけである。１を気的には、すべり周波数ガ変化するだ
けで負荷は変化しない。可変速発電電動機は、従来の定
速度同期機とは異なり内部相差角（トルク角）に相当す
るものを回転子の励磁電流の位相をエアギャップ磁束（
誘起電圧）に対して変えることによって発電機回転子の
回転速度に関係なく出力を調整できる。このため機械的
エネルギの増減と同時に回転子のすベリ周波数を持った
交流励磁電流の位相を変えることにより負荷の増減をお
こなっている。交流励磁電流はギャップ磁束方向成分と
それとπ／２ｒａｄの位相差を持ったＩｑ酸成分にベク
トル的に分けられる。

１１成分の電流はフレミングの左手の法則により磁束を
ΦとするとトルクＴは、Ｔ＝Φ・工１となりトルクと有
効電力Ｐの関係は、角速度ωとするとＰ＝ω・Ｔ＝ω・
　（Φ　Ｉｑ）で表わされる。

磁束方向成分とそれとπ／２ｒａｄの位相差を持ったＩ
ｑ酸成分増減することにより、有効電力が調整できる。

本発明では、基準周波準に対して系統の負荷によって変
動する系統周波数との偏差を比例積分演算し、有効電力
目標値に加算することにより補正する。その際わずかの
周波数偏差に応じて発電機の出力を調整させるために偏
差の比例積分演算結果を周波数偏差に負帰環をかける。

同目標値に対する電力偏差は、可変速発電電動機の回転
子に交流励磁されるすベリ周波数位相を変化させ、有効
電力を制御して解消している。このようにして可変速発
電電動機の負荷を制御して系統の負荷変動に対応して系
統周波数を安定させる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。揚水
発電所の可変速発電電動機３（巻線型誘導機）は水車５
とすベリ検出器４とが連結されており、主変圧器２を介
して電力系統１に接続されている。可変速発電電動機３
の２次巻線は、サイクロコンバータ６によりすベリ周波
数を持った２次励磁電流を供給し、同期速度以上に亘り
速度制御をおこなう超同期セルビウスシステムを構成し
ている。すべり検出器４は可変速発電電動機３と相数、
極数等を同一構造とした小型誘導機でその出力は、可変
速発電電動機３の２次誘超電圧を相射的に検出する。

定常運転時は、電力系統から電力変換器１ｏにより有効
電力Ｐｌ　と無効電力Ｑ１を検出し、有効電力Ｐ１と有
効電力設定値Ｐｏにより有効電カー定制御器１２で演算
をおこない。また無効電力Ｑ１と無効電力設定値Ｑｏと
により無効電カ一定制御器１３で演算をおこない、両方
の出方を電流バタン演算部８に入力する。電流バタン演
算部にて、すべり検出器４からの信号と工、成分よりベ
クトル演算によりすベリ周波数を持った励磁電流指令を
演算する。自動パルス移相器７で電流バタン演算部８に
おいて演算されたサイクロコンバータ６の制御位相角に
従ってトリガパルスを供給する。

電力系統１の負荷変動により、系統の周波数ｆ１が変動
した場合、周波数変換器９により系統周波数ｆ五’とし
て検出されて、自動周波数制御装置１４に基準周波数ｉ
ｏと共に入力され、その偏差から有効電力Ｐａを補正す
る信号が出力される。

その信号は有効電力Ｐｏと加算器１１において加算され
補正有効電力Ｐｏ′として有効電カ一定制御器１２に入
力され、以降電流バタン演算部８．自動ハルス移相機７
．サイクロコンバータ６へ信号が送られ、サイクロコン
バータ６が可変速発電電動機３の負荷を制御し、ｆ１力
系ａ１の負荷変動による周波数変動を解消する。

第２ａ図に自動周波数制御装置１４のブロック図を示す
。自動周波数制御装置１４は、系統周波数ｆｌ’をフィ
ルタ１５及びリミッタ１６で処理して、仏僧周波数ｉｏ
と共に加算器１７へ入力し偏差を得て、増幅器１９．垂
下率演算器２２及び積分器２１で比例積分演算し、リミ
ッタ２ｏを経て出力する回路構成となっている。増幅器
１９から垂下率演算器２２を介して加算器１７へ負帰環
をかけているのは、周波数偏差によって有効電力の制御
をおこなうにあたり、ハンチングの発生を防止して早く
制御系を安定させるためである。垂下率演算器２２は、
第２ｂ図に示すように系統全体の負荷変化に応じて系統
内の各発発電所の出方をわずかな周波数変化の差に応じ
て負荷を変化、させ調整するための垂下率に従って演算
するもので、周波数変化Δｆに対して有効電力をΔＰ変
化させる変化率（垂下率）に従って演算する。

第３図において自動周波数調整装置１４の動作を説明す
る。第３ａ図は、基準周波数ｆｏｃ一定）及び系統周波
数ｆｌ’ｃ変動）の変化を示す、第３ｂ図は、基準周波
数ｆｏと系統周波数ｆ、Ｔとの周波数偏差Δｆの変化を
示す。第３ｃ図は、発電運転時において第３ａ図、第３
ｂ図に示すような系統周波数の変動が発生した場合の補
正有効電力Ｐｏ’の変化を示す。第３ｄ図は、揚水運転
時において第３ａ図、第３ｂ図に示すような系統周波数
の変動が発生した場合の補正有効電力Ｐｏ′の変化を示
す。

発電運転時に、系統負荷が軽くなり系統周波数ｆ１が上
昇すると、自動周波数制御装置１４により補正有効電力
Ｐｏ’は低下し、発電機出力（有効電力）を低下させる
。系統負荷が重くなり系統周波数ｆ１が低下すると、補
正有効電力Ｐｏ’は上昇し、発電機出力が増加する。

揚水運転時に系統負荷が軽くなり系統周波ｆｘが上昇す
ると、補正有効電力Ｐｏ’は上昇し、電動機入力（負荷
）を増加させる。系統負荷が重くなり系統周波数ｆｉが
低下すると、補正有効設定値Ｐｏ’　は低下し、電動機
入力が減少する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、可変速揚水発電システムにおいて、電
力系統周波数が変動した場合電力系統周波数と基準周波
数の偏差から、負荷の増減値を計算し回転子巻線に供給
する交流励磁電流の位相を制御することにより、負荷を
制御して周波数偏差をなくすることができるので、電力
系統周波数の安定化に寄与する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は可変速揚水発電システム構成図、第２ａ図は自
動周波数制御装置の制御ブロック図、第２ｂ図は垂下率
を示す図、第３図は自動周波数制御特性図である。 ３・・・巻線形誘導機、６・・・サイクロコンバータ、
９・・・周波数変換器、１１・・・加算器、１４・・・
自動周波数制御装置、ｉｌ・・・系統周波数、ＰＯ・・
・有効電力設定値、ｆｏ・・・基準周波数、１８・・・
加算器、１９・・・増幅器、２２・・・垂下率演算器、
Ｐｏ’・・・補正有効電力。 代理人　弁理士　小川勝愚／パ＼ （。 宗１図 預句電力　　　　　　愚渾出う皮ダ入 殺定値 高２−図 （α〕

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２次巻線を周波数変換器からのすべり周波数を持つ
   た交流で励磁することにより可変速度で運転する可変速
   発電電動機が接続される電力系統の周波数を検出し系統
   周波数検出値として出力する検出装置と、該系統周波数
   検出値と所定の基準周波数との偏差から前記発電電動機
   の所定の有効電力設定値を補正する補正信号を出力する
   自動周波数制御装置と、該補正出力信号と前記有効電力
   設定値とから前記補正有効電力設定値出力信号を出力す
   る補正有効電力設定手段とを有することを特徴とする可
   変速発電電動機の周波数制御装置。 ２、自動周波数制御装置が、前記系統周波数及び前記基
   準周波数が入力される加算器と、該加算器に後続する増
   幅器と、該増幅器に後続しその出力が前記加算器に入力
   される垂下率演算器とを有することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の可変速発電電動機の周波数制御装
   置。