JPH01255500A - 可変速発電システムの制御方法及び同制御装置 - 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、電力系統に接続されるとともに水車で駆動さ
れる２次励磁形の交流発電機の、２次励磁制御により該
発電機の出力制御を行なう可変速発電システムの制御方
法に関するものである。

〔従来技術〕

従来一般に、水力発電所で用いられる発電機は、系統周
波数により決定される一定の回転数、即ち同期速度る運
転しか行えないので、出力及び落差等の変化によりシス
テム効率が変化するという問題があった。このため、近
年、従来の定速度運転の発電機に替つえて２次交流励磁
発ＴＩ！機を用いて同期速度以外の回転数でも運転を行
ない、最適効率となる点で運転する可変速発電システ１
１の適用が検討されている。この種の交流可変速システ
ムの電力系統へ適用については、特開昭６１−１７３６
９８号に開示された技術が公知である。

〔発明が解決しようとする課題〕

一ヒ記従来技術においては、可変速交流発電機を駆動す
る原動機側、即ち水車の制御および水車制御系と２次励
磁制御系との関係については具体的に触れられていなか
った。

２次励磁交流発電機を用いた可変速発電システムでは、
２次励磁量を制御することにより発電機出力を調整でき
る。しかしながら、発電所への適用においては電力の安
定供給という目的から考えた場合、２次励磁量を制御し
て発電機出力を調整すると同時に、水車出力も調整して
定常的に電力を電力系統へ供給することが重要である。

２次励磁交流発電機の回転数は、発電機出力と水車出力
とのバランスで決まり、このバランスが崩れると速度変
動を招くことになる。

一方、２次励磁源としては可変電圧源であるサイクロコ
ンバータが用いられ、その最大出力電圧は可変速範囲に
より決定される。即ち、可変速範囲が大きくなれば、サ
イクロコンバータの所要最大出力電圧も大きくなり、２
次励磁源の設備容量も増大することになる。この為、可
変速発電システムに於いては、可変速範囲を制限すると
ともに、これに見合うように、２次励磁源であるサイク
ロコンバータの最大出力電圧を決めている。

出力制御を２次励磁制御単独で行なっただけでは水車出
力との協調がとれず、速度変動が可変速範囲を超える場
合があり、２次電圧が前記のサイクロコンバータの最大
出力電圧を超える場合もあり、所定の２次励磁電流が流
せなくなって、このため発電機出力が所期の値とならず
、発電システムとしての機能を満足しなくなる。さらに
は、サイクロコンバータ出力電圧不足により過電流、ひ
いては転流失敗を起こす虞れがある。

本発明は、過大な速度変化を生じることなく安定した運
転を行なえるにした可変速発電システムの制御方法及び
制御装置を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成する為に創作した本発明の基本的原理
は、目標回転数と実回転数との偏差に基づいて、出力制
御装置へ与える出力指令値の変化率を制限するものであ
る。

上記の原理を実用面に適用するため、本発明に係る制御
方法は、（ａ）１次側が電力系統に接続され、かつ、交
流２次励磁巻線を備えた発電機と、（ｂ）外部から与え
られる出力指令値に基づいて該発電機の２次励磁量を！
ｌ！ｌ整して１次側出力を制御する出力制御装置と、（
ｅ）前記発電機を回転駆動する水車と、（ｄ）該水車の
回転速度を制御する調速機とを備えた可変速発電システ
ムに適用され、（６）前記発電機の目標回転数と実回転
数との偏差を求め、（ｆ）前記出力指令値が変化した場
合、上記の偏差に基づいて該出力指令値の変化率を制限
するものである。

また、上記の発明方法を実施する為に創作した本発明の
装置は、上記発明方法と同じく上記（ａ）〜（ｄ）の可
変速発電システムに適用され、（ｇ）前記７４＞力指令
値と、前記水車に加えられている落差とに基づいて１発
電機に対して目標回転数を与える回転数指令回路と、（
ｈ）前記発電機の実回転数を検出する手段と、（ｉ）前
記の目標回転数と実回転数との偏差を算出する手段と、
（ｉ）前記出力指令値の値が変化した場合に、その変化
率を加減して出力目標値を出力して、この出力目標値を
出力制御装置に与える変化率制限回路とを設け、かつ、
（ｊ）上記の変化率制限回路は、前記の偏差に応じて出
力目標値の変化率を制御する機能を備えたものとした。

〔作用〕

後述の実施例について詳しく説明する如く、目標回転数
と実回転数との偏差に応じて、出力制御装置へ与えられ
る出力指令値の変化率を制限することにより、電気的調
整と機械的調整との応答を一致させて回転速度変化を抑
えることができる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の装置に係る制御装置の１実施例を示
すブロック図である。本第１図において１は２次励磁交
流発電機で、該発電機】−の回転子は直結された水車２
により駆動され、発電機１の２次巻線はサイクロコンバ
ータ３により励磁され、その交流側は電力系統４に接続
されている。５は出力制御装置、６は電力系統４への発
生電力Ｐｅを検出する変換器、７は水車２の調速機、８
は水車２のガイドベーン、９は落差検出器、１０は回転
数指令回路、１１は回転数検出器、１２は変化率制限回
路、Ｐｏは外部から与えられる出力指令値、ＰＱＩは出
力目標値、Ｈは落差信号、Ｎｏは目標回転数、Ｎは実回
転数信号である。

第２図は第１図に示した可変速発電システムの出力の流
れを示す図で、Ｐｍは水車２の軸出力。

Ｐｅは電力系統４への発生電力、Ｎは実回転数を示す。

上記構成の可変速発電システムの動作を以下に説明する
。外部から与えられる出力指令値Ｐｏは変化率制限回路
１２を通って出力目標値Ｐｏｔ　となる、変化率制限回
路１２へは変化率制限信号として目標回転数Ｎｏと実回
転数Ｎとの偏差ΔＮをはへカしており、回転数偏差ΔＮ
が小さい場合は入力信号Ｐｏに対する出力Ｐｏｚの変化
率は大きく、ΔＮが大きい場合は率化率が小さくなる様
に設定されている。出力制御装置５では、変換器６によ
って検出される出力Ｐｅが出力目標値Ｐｏｔと一致する
ように、サイクロコンバータ３を制御して２次励磁量を
調整し、発電機１の電気出力を制御する。同時に、出力
指令値Ｐｏは回転数指令回路１０へ入力され、この指令
値Ｐｏと落差信号Ｈとに応じて最適効率となる目標回転
数信号Ｎ。

が出力される。調速機７は目標回転数ＮＯと実回転数Ｎ
とが一致するようにガイドベーン８の開度を制御し、水
車２の軸出力Ｐｍを調整する。回転数Ｎは、水車軸出力
Ｐｍと発電気出力とがバランスしていれば一定となり、
アンバランスが生じると速度偏差ΔＮを生じる。本実施
例では、回転数偏差ΔＮに応じて出力指令値ＰＯに対す
る出力指令値Ｐｏ１の制限しているため、水車２のガイ
ドベーン８の開度を調整する機械的調整と、発電機】−
の励磁調整による出力制御との応答を一致させることに
より回転数変化を抑えることができる。

第３図は、第１図に示した本発明の一実施例の効果を説
明する図表である。本図表の」二半は、縦軸に電気出力
をとり、下半は縦軸に回転数をとっである。而して、横
軸は上半、下半に共通する時間軸である。図において、
ＰＯは外部からの出力指令値、ＮＯは目標回転数である
。

Ｐｅは本実施例における実際の電気出力である。

ただし、実際の電気出力とは、目標出力でない実出力の
意である。Ｎは、実回転数である。

一方、Ｐｅ’は従来例における実電気出力、Ｐｅ’は従
来例における実回転数である。

ＰＯＩは、Ｐｏを変化率制限回路に通して得られた出力
目標値である。

この第３図は１時刻ｔｉにて出力指令値ＰＯが変更され
た場合を例示している。発電機出力Ｐｅ’は指令値Ｐｏ
にほぼ追従して変化する。同時に速度指令回路において
も目標回転数Ｎｏが変更される。電気的な制御状態は、
上述の如く瞬時にして即応・追随し得るが、ガイドベー
ン８を操作する機体的な制御状態の変更は、電気的制御
状態の変化に比して時間的遅れを避は難い。このため、
従来例における実回転数Ｎ′は一旦下がり可変速範囲を
逸脱した後に回復していく。一方１本実施例における出
力指令値ＰＯは、目標回転数Ｎｏと実回転数Ｎとの偏差
ΔＮに応じてその変化率を制限され Ｐｏ１どなって出力制御装置へ与えられる。このため、
電気出力Ｐａの変化は水車軸出方に見合ったものとなり
回転数の変動を抑えることができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の方法によれば、発電機出力
と水車軸出力との応答速度の違いを考慮して、目標回転
数と実回転数との偏差により２次励磁制御系へ与える目
標値の変化を制限し、過大な速度変化を生じることなく
安定した運転を行なうことができる。

また１本発明の制御装置によれば、前記の発明方法を容
易に実施して、その効果を充分に発揮せしめることが出
来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を示すブロック図、第２
図は可変速発電システムの出力の流れを示す説明図、第
３図は本発明に係る制御方法の効果を示す図表である。 １・・・２次励磁交流発電機、２・・・水車、３・・・
サイクロコンバータ、４・・・電力系統、５・・・出力
制御装置、６・・・変換器、７・・・調速機、８・・・
水車のガイドベーン、９・・・落差検出器、１０・・・
回転数指令回路、１１・・・回転数検出器、１２・・・
変化率制限器、Ｐｍ・・・水車軸出力、Ｐｅ・・・電気
出力、Ｎ・・・回転数、Ｐｏ・・・出力指令値、Ｐｏ１
・・・出力目標値、Ｎｏ・・・目標回転数。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、（ａ）１次側が電力系統に接続され、かつ、交流２
   次励磁巻線を備えた発電機と、（ｂ）外部から与えられ
   る出力指令値に基づいて該発電機の２次励磁量を調整し
   て１次側出力を制御する出力制御装置と、（ｃ）前記発
   電機を回転駆動する水車と、（ｄ）該水車の回転速度を
   制御する調速機とを備えた可変速発電システムにおいて
   、（ｅ）前記発電機の目標回転数と実回転数との偏差を
   求め、（ｆ）前記出力指令値が変化した場合、上記の偏
   差に基づいて該出力指令値の変化率を制限することを特
   徴とする、可変速発電システムの制御方法。 ２、（ａ）１次側が電力系統に接続され、かつ、交流２
   次励磁巻線を備えた発電機と、（ｂ）外部から与えられ
   る出力指令値に基づいて該発電機の２次励磁量を調整し
   て１次側出力を制御する出力制御装置と、（ｃ）前記発
   電機を回転駆動する水車と、（ｄ）該水車の回転速度を
   制御する調速機とを備えた可変速発電システムにおいて
   、（ｇ）前記出力指令値と、前記水車に加えられている
   落差とに基づいて、発電機に対して目標回転数を与える
   回転数指令回路と、（ｈ）前記発電機の実回転数を検出
   する手段と、（ｉ）前記の目標回転数と実回転数との偏
   差を算出する手段と、（ｉ）前記出力指令値の値が変化
   した場合に、その変化率を加減して出力目標値を出力し
   て、この出力目標値を出力制御装置に与える変化率制限
   回路とを設け、かつ、（ｊ）上記の変化率制限回路は、
   前記の偏差に応じて出力目標値の変化率を制御する機能
   を備えたものであることを特徴とする、可変速発電シス
   テムの制御装置。