JPH02146996A - 可変速揚水発電制御装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、可変周波数交流励磁により可変速運転を可能
にした交流励磁同期機の制御装置に係り、特に可変速揚
水発電システムにおける交流系統の安定度向上のための
負荷調整装置として好適な可変速揚水発電制御装置に関
する。

［従来の技術］ 揚水発電システムでは、揚水運転時での負荷調整の見地
から、可変速運転が望ましい。

そこで、同期機に代えて、交流系統に電機子巻線が接続
された、巻線形誘導機と類似の巻線椅造を有し、可変周
波数交流励磁により可変速運転を可能にした交流励磁同
期機を発電機として用い、揚水運転時での負荷調整を実
現する技術についての提案が、従来から種々なされてい
るが、この中で、具体的に精密な負荷調整を実現する方
法としては、特願昭６０−９５２５号の出願に係る発明
のように、入力指令に対する実際の入力の偏差が零に収
斂するように駆動装置を制御し、実際の運転回転数を入
力とする最適案内羽根開度発生器の指令に応じて、案内
羽根を開閉制御する方法がある。

この方法によれば、通常の運転中での精密な負荷調整と
最高効率のもとての運転が可能になるが、他方、停止状
態から通常の運転状態に到るまでの、起動運転状態など
での制御方法については、特願昭６１−７８１３３号、
特願昭６１−１８６８２８号の各発明による方法があり
、いずれにしても、これらの方法では、その交流励磁同
期機は交流電力系統の電圧位相を基準信号として制御を
行うようになっている。

しかして、このようなシステムが、交流電力系統から遮
断されると、制御のための基準信号が失われてしまうが
、このような場合での制御方法し、一ついて触れた例も
知られている。

さらに、交流励磁同期機が、交流電力系統の異常時にも
充分に安定した運転を保証する方法としては１例えば特
開昭６２−７１４．９６号の公報に開示がある。

ここで、このような揚水発電システムの従来例について
、以下に説明する。

第７図は、このようなシステムの一例で１図において、
５が交流励磁同期機で、その電機子巻線５ａは同期投入
用遮断器２ｂと主変圧器３、それに系統遮断器２ａを介
して交流系統１に接続される。

４はポンプ水車で、交流励磁同期機５に直結されており
１発電時には水車として働き、揚水時にはポンプとして
働く。

６は周波数変換装置で、交流系統１に接続された励磁用
変圧器７と、この励磁用変圧器７で降圧された交流系統
周波数電力を低周波数交流電力に変換するサイリスタ電
力変換装置８とで構成され、これらは交流励磁同期機５
の励磁巻線５ｂの各相ごとに独立に設けられている。

９は位相検出器で、系統電圧位相ＯＶを検出するための
電圧変成器１０と、電圧位相演算器１１、交流励磁同期
機５の電気角で表わした回転位相θ。

を検出するレゾルバ装Ｗ］−２、それにすべり位相演算
器１３とで構成されている。

１４は励磁電流制御装置で、すべり位相Ｏ８と共に回転
する３相交流電流指令の振幅と位相を、互いに直交する
２軸の電流指令ＩｑとＩｄにより調整し、交流励磁同期
機５の励磁巻線電流が前記電流指令に合致するように、
サイリスタ電力変換装置８の主スイツチング素子である
。サイリスタに対する点弧角信号１，５を自動パルス移
相器１６に供給する働きをし、この結果、自動パルス移
相器１６から点弧パルス信号１７が出力される。

このとき、この励磁電流制御装置１４により調整される
電流指令信号は、特公昭５３−７６２８号、特公昭５７
−６０６４５号の各公報などに記載されている方法によ
り与えるようにすればよい。

すなわち、まず、すベリ位相Ｏ５と同位相の電流成分に
対する電流指令Ｉ（Ｉを、！ｊ！！整することにより有
効電力出力を制御し、他方、すべり位相θ、と直角位相
の電流成分に対する電流指令Ｉｄを調整、することによ
り電圧を制御するのである。

この有効電力出力と電圧とは、それぞれ計器用電流変成
器１８と計器用変成器１０により取り出され、計測器１
９により所定の直流信号に変換された上で自動有効電力
制御装置２０と自動電圧制御装置２１に入力される。

一方、すべり位相演算器１３から出力されるすベリ位相
信号は周波数電圧変換器２２に供給され、ここですべり
周波数信号ｆ、に変換される。そして、このすベリ周波
数信号ｆ、の周波数が−ｆＩＩｌ≦ｆｓ≦＋ｆｍ の範囲から外れたときだけ信号を発生する不感帯回路２
３と、出力変化を緩和させる働きをする一次遅れ要素２
４とを介して、出力補正指令ΔＰ。

とじて出力され、自動有効電力制御装置２０に対する出
力指令Ｐ、に加算される。なお、このとき、これらの指
令ΔＰ０とＰ、とは、いずれも、交流励磁同期機５が揚
水時に電動機として動作しているときに、この電動機を
加速する方向を正と定義している。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は、揚水運転時に交流系統側で異常が発生
したときに、電機子周波数のかなり急激な低下が起りや
すい点について配慮がされておらず、周波数変換装置に
よる交流励磁運転の安定性に問題があった。

この問題点について、第７図の従来例により説明すると
、交流系統１で何等かの異常が発生し、系統遮断器２ａ
が作動すると、交流励磁同期機５に対する給電は停止し
、この結果、以下の３種の要因により交流励磁同期機５
の電機子５ａの周波数が急激に低下する。

■　揚水運転時での交流励磁同期機５のベクトル図は第
８図に示すようになり、誘起電圧Ｅのベクトルが端子電
圧Ｖよりも遅れ位相になる。

一方、入力遮断時には、端子電圧Ｖは誘起電圧Ｅにほぼ
等しくなり、この結果、電圧位相は遅れ、周波数は低下
するのである。

■　揚水運転時には、電動機としての交流励磁同期機５
の出力がゼロになると、有効電力制御装置２ｏの出力は
、第９図に示すように、出力Ｐを増加させる方向に、例
えば電流指令をｒｑからＩｑ□に変化し、この結果、励
磁電流指令はＩ　ｒ６Ｆから工「。ｔｌに移り、電圧位
相をさらに遅らせ１周波数を低下させる方向に変化させ
てしまう。

■　揚水運転時は、水車運転時とは異なり、ポンプ水車
側で回転速度を調節する機能がない。

このため、入力遮断時には回転速度が急激に低下し、電
圧と周波数が低下してしまうのである。

そして、このように周波数が急激に低下すると。

すべり周波数を設定範囲内に保つために、不感帯回路２
３を介して出力されてくる出力補正指令ΔＰＩｌが機能
して補正動作が働く前に１周波数変換器６による交流励
磁が停止し、この結果、従来技術では、交流系統異常に
際して交流励磁運転の安定性が悪化してしまうのである
。

本発明の目的は、揚水運転時での交流系統異常に際して
も、常に充分に安定した運転状態が保たれ、継続的な運
転が可能な可変速揚水発電制御装置を提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段］ 上記目的は、交流系統異常時に電流指令Ｉｑが不安定化
方向に変化しないようにする手段を設けることにより達
成される。

具体的には、交流系統での異常発生を検出して有効電力
制御系に対する出力指令をゼロにする切換手段を設ける
ことにより達成される。

また、回転速度制御系で電流指令Ｉｑを調整する方式の
システムでは、交流系統異常を検出したときには、回転
速度制御系の出力を所定期間保持するようにして達成さ
れる。

［作用］ 有効電力指令の切換手段は、交流系統異常発生時にはそ
の指令をゼロに切り換える。

この結果、電流指令Ｉ（Ｉは電機子周波数の低下を和ら
げるように変化し１周波数変換装置による交流励磁運転
の安定性の低下を抑え、これにより交流系統での異常が
高速再閉路機能などによ、り復帰したときなどでの継続
的な運転を可能にすることができる。

また、回転速度制御装置の出力を保持する手段は、交流
系統の異常に際しても電流指令Ｉｑを保持するから、電
機子周波数の低下を和らげるように動作し１周波数変換
装置による交流励磁運転の安定性の低下を抑え、これに
より交流系統での異常が高速再閉路機能などにより復帰
したときなどでの継続的な運転を可能１こすることがで
きる。

［実施例］ 以下１本発明による可変速揚水発電制御装置について、
図示の実施例により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例で、第７図で説明した従来例
と同等の部分については同一の符号を付すことにより、
その詳しい説明については省略し、異なる部分に重点を
おいて説明する。

第１図において、２５は切替・時限回路で、入力信号ｏ
Ｐに応じて選択スイッチ２５ａ、２５ｂを制御する働き
をする。

この切替・時限回路２５に対する人力信号ＯＰは、交流
系統が正常なときにはレベル０に保たれ、異常が発生し
たときにはレベル１に切り替わる信号である。

選択スイッチ２５ａ、２５ｂは、切替・時限回路２５の
出力信号ＳＷによって制御され、この信号ＳＷがレベル
Ｏのときには図示の状態にあり、これにより出力指令が
そのまま加算器２０ａに入力されるようにしているが、
信号ｓｗがレベル１になったときには図示と反対の状態
に切り替わり、これにより出力指令ｏＰとしてレベル０
の信号を加算器２０ａに入力するように動作する。

第２図は切替・時限回Ｎ２５の動作を示すタイミングチ
ャートで、この第２図（ａ）、（ｂ）から明らかなよう
に、切替・時限回路２５は、人力信号ＯＰがレベル０か
らレベル１に変化したとき、これに応じてその出力信号
ＳＷもレベル１．に変化し、その後、所定の設定時間Ｔ
ｄの期間、このＩ／ベル１を保持する。そして、この設
定時間Ｔｄ経過後に入力信号ＯＰがレベル０に戻ってい
たときには出力信号ＳＷもレベル０に戻るが、このとき
、入力信号ＯＰがレベル１になっていたとぎには、この
ときからさらに設定時間Ｔｄが経過するまで出力信号Ｓ
Ｗをレベル１に保つ働きをする。

ここで、この設定時間Ｔｄの値としては、交流系統にお
ける高速再閉路時間よりも若干長い時間を設定する。

従って、この実施例によれば、第１図から明らかなよう
に、交流系統に異常が発生すると、これに応じて人力信
号ＯＰがレベル０がらレベル１しご変化するため、選択
スイッチ２５ａ、２５ｈは図示と反対の状態に切り替わ
り、自動有効電力制御装置２０に対する出力指令Ｐ０は
Ｏにされ、電流指令Ｉｑの不安定方向への変化は効果的
に抑えられてしまう。

そして、この結果、この実施例においては、交流系統で
の異常発生に際しても回転速度の低下を充分に抑えるこ
とができるため、交流系統が再閉路動作により異常から
復旧した直後、直ちに通常運転状態に戻ることができ、
安定した運転状態の継続が可能になる。

次に、第３図は本発明の他の一実施例で、図において、
２６は比較器であり、その他は第１図の実施例と同じで
ある。

この比較器２６は計測器】９で検出した有効電力出力信
号Ｐｍを所定の設定値Ｐ１と比較し、前者が後背よりも
小さくなったときにレベル。がらレベル１に変化する出
方信号ｏ１〕を発生する働きをする。ここで、設定値Ｐ
、としては、ポンプ水車４の全揚程と回転速度範囲で定
まるポンプ久方の下限値よりも若干小さな値に設定する
。

この第３図の実施例によれば、外部からの人力信号ＯＰ
に依存することなく５交流系統の異常を独自に検出して
応動することができ、回転速度の低下を抑え、安定した
運転状態を継続させることができる。

また、この実施例によれば、久方遮断時には、有効電力
出力信号Ｐｍが０になる前に異常を検出することができ
るので、応答性に優れた動作が期待できる。

第４図は本発明のさらに別の一実施例で、図において、
２７は絶対値演算回路、２７ａは加算器であり、その他
は第１図の実施例と同じである。

絶対値演算回路２７は、加算器２７ａから得られる。計
測器１９からの有効電力出力信号Ｐｍと出力指令Ｐ０と
の偏差の絶対値を出力し、それを比較器２６に入力する
働きをする。

従って、この実施例では、比較器２６の出力信号ｏｐは
、有効電力出力信号Ｐｍと出力指令Ｐ。

どの偏差の絶対値が所定の設定値Ｐ２よりも大きくなっ
たとき、レベルＯからレベル１に変化する信号となる。

この第４図の実施例によれば、交流系統の安定化などを
目的として、過渡的にポンプ入力の下限値以下まで指令
値を下げるような運転を行う場合にも、異常検出に誤動
作が現れないようにすることができ、さらに信頼性の向
上を得ることができる。

また、第５図も本発明の一実施例で、図において、２８
は回転速度制御装置、２９は回転速度検出器、３０はポ
ンプ特性関数発生器、それに３１はサンプラ零次保持回
路であり、その他は第１図の実施例と同じである。

回転速度制御装置２８は、回転速度検出器２９からの速
度信号Ｎと速度指令値Ｎ。どの偏差が０に収斂するよう
に、電流指令値Ｉｇ。を調節する働きをする。

ポンプ特性関数発生器３０は、外部から与えられる出力
指令Ｐ０に対応するポンプ回転速度を演算し、それを回
転速度指令Ｎ、として出力する働きをする。

サンプラ零次保持回路３１は、切替・時限回路２５から
の出力信号ＳＷがレベル０からレベル１に変化した時点
での電流指令値Ｉｇｏをサンプリングし、それを保持す
る働きをする。

従って、この実施例によれば、切替用の出力信号ＳＷが
レベル１に変化すると、この時点での電流指令値Ｉｇ。

がサンプルホールドされると共に、選択スイッチが２５
ａから２５ｂに切り替わり。

この結果、励磁電流制御装置１４に対する電流指令Ｉｇ
は、切替・時限回路２５の設定時間Ｔｄの期間中、異常
発生時点での電流指令値Ｉｇ。に固定されることになる
。

この第５図の実施例によれば１回転速度制御装置２８を
用いたシステムにおいても、第１図の実施例のように、
自動有効電力制御装置２０を用いた場合と同様に、交流
系統側での異常発生に際しての安定した運転継続が可能
になる。

第６図は本発明の更に別の一実施例で、図において、比
較器２６は、既に第３図の実施例で説明したように、計
測器１９で検出した有効電力出力信号Ｐｍを所定の設定
値Ｐ１と比較し、前者が後者よりも小さくなったときに
レベル０からレベル１に変化する出力信号ｏＰを発生す
る働きをするもので、このときも、設定値Ｐ１としては
、ポンプ水車４の全揚程と回転速度範囲で定まるポンプ
入力の下限値よりも若干小さな値に設定するのである。

従って、この第６図の実施例によれば、回転速度制御装
置２８を用いたシステムにおいても、第３図の実施例の
ように、自動有効電力制御装置２゜を用いた場合と同様
に、交流系統側での異常発生に際しての安定した運転継
続を可能にすることができる。

［発明の効果］ 本発明によれば、交流系統に異常が発生したことを検出
し、これにより励磁電流制御系に対する電流指令を所定
の設定時間だけ、出方を減少させる方向へ、または所定
値に保持させるようにしたので、交流系統での異常発生
に際しても、電動機周波数の急低下が抑えられ、異常発
生時がら復旧後まで安定した運転の継続が得られるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による可変速揚水発電制御装置の一実施
例を示すブロック図、第２図は切替・時限回路の動作を
示すタイミングチャート、第３図。 第４図、第５図、それに第６図はいずれも本発明の一実
施例を示すブロック図、第７図は可変速揚水発電制御装
置の従来例を示すブロック図、第８図は電動機運転中で
のベクトル図、第９図は入力遮断時での電流指令の変化
を示すベクトル図である。 １・・・・・・交流系統、３・・・・・・主変圧器、４
・・・・・・ポンプ水車、５・・・・・・交流励磁同期
機、６・・・・・・周波数変換装置、９・・・・・・位
相検出器、１４・・・・・・励磁電流制御装置、２０・
・・・・・自動有効電力制御装置、２１・・・・・・自
動電圧制御装置、２５・・・・・・切替・時限回路。 ２５ａ、２５ｂ・・・・・・選択スイッチ、２６・・・
・・・比較器、２７・・・・・・絶対値演算回路、２８
・・・・・・回転速度制御装置、２９・・・・・・回転
速度検出器、３０・・・・・・ポンプ特性関数発生器、
３１・・・・・・サンプラ零次保持回路。 第２図 ζｂ） 片ｘｌ 第 圓 ｌ；支環Ｊ潰Ｌ ５：芝厖η庫鴫極 ６−ＵＩ服載襲神亀１ ９：ａ粗号τ蕃 ／４：励扉奄輿Ｖ仰（覆 ｚｏ　：　ｉ！′ｈ彫！ｒｔｆＪｔｌ岬玉１２１、け漢
工別仰券１ ２３．７玖沿田胃 ２５：　“１ニジ４１コ限（＋ゝ＆逼Ｏｆ第３１ ２６１を郵１４ 第４区 ２５゛切諺ｐ寸■町弓 ２６　社彰θト ２７　　　；ぎＺえゴ゛ａ　ン史Ｘ０Ｐｆｓ第６区 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、交流電力系統に接続した電機子巻線と、該交流電力
   系統から周波数変換装置を介して交流励磁電力が供給さ
   れる励磁巻線とを有する交流励磁同期機をポンプ水車運
   転用として備え、上記周波数変換装置を制御することに
   より上記交流励磁同期機の有効電力を制御する方式の可
   変速揚水発電装置において、上記有効電力に対する指令
   値を強制的に零に固定する指令値切換手段を設け、揚水
   運転中、上記交流電力系統での異常検知に対応して該指
   令値切換手段を切換動作させるように構成したことを特
   徴とする可変速揚水発電制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、上記指令値切換手
   段と共に能動化される時限制御手段を設け、所定時間経
   過後、上記指令値切換手段を復帰させるように構成した
   ことを特徴とする可変速揚水発電制御装置。 ３、交流電力系績に接続した電機子巻線と、該交流電力
   系統から周波数変換装置を介して交流励磁電力が供給さ
   れる励磁巻線とを有する交流励磁同期機をポンプ水車運
   転用として備え、上記周波数変換装置を制御することに
   より上記交流励磁同期機の回転速度を制御する方式の可
   変速揚水発電装置において、上記回転速度に対する指令
   値を入力とするサンプル保持手段を設け、揚水運転中、
   上記交流電力系統での異常検知に対応して該サンプル保
   持手段を所定の設定時間だけ動作させるように構成した
   ことを特徴とする可変速揚水発電制御装置。 ４、特許請求の範囲第１項又は第３項において、上記交
   流電力系統での異常検知が、上記有効電力の検出値が所
   定値を越えたことにより行われるように構成されている
   ことを特徴とする可変速揚水発電制御装置。 ５、特許請求の範囲第１項又は第３項において、上記交
   流電力系統での異常検知が、上記有効電力に対する指令
   値と、この有効電力の検出値との偏差が所定値を越えた
   ことにより行われるように構成されていることを特徴と
   する可変速揚水発電制御装置。