JPH0246199A - 発電設備 - 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） 本発明は発電設備に係り、従来の水車やディーゼルエン
ジン等の速度調整機能を持った原動機による同期発電機
と、並列接続しても、負荷に対応した一定周波数、一定
電圧の出力を得られるようにした。原動機の速度調整機
能を持たない発電設備に関するものである。

（従来の技術） 第６図を参照して、従来技術の一例を説明する。

通常の水力発電設備は第６図に示すように貯水池又は調
整池１から取水した水を導水路２、入口弁３を介して水
車４へ導びき、速度制御袋［５で検出した回転速度に応
じて、自動的に可動ガイドベーン６の開度を変化させ、
流量を調整して回転数が一定になるように制御するよう
に構成されている。また、発電機を複数台運転する場合
は速度調定率を持たせてあり、負荷が増えた場合は、系
統の周波数が低下するため速度調定率に対応した出力を
増加することになる。

（発明が解決しようとする課題） ところで、この流量調整機能は調速機７の油圧または電
動サーボモータ（図示せず）、可動ガイドベーン６およ
びその操作機構などにより実現されているため複雑で保
守等に多大な費用と期間を要する欠点がある。

従来、このような欠点を除去するために、水車の流量調
整機構を省略し、同期発電機の一次巻線に発生した電力
を整流器およびインバータ等の電力変換器で商用周波数
の交流電力を得るようにしたものも考えられている（例
えば特開昭５７−１３８９９号公報）が、電力変換器の
容量は発電装置の出力容量以上必要なため装置が大きく
なる欠点があった。

本発明は上記従来技術の欠点を除去するためになされた
もので、発電機を同期機から誘導機に置き換えると共に
水車の流量調整機能を省略し、誘導発電機の二次巻線を
電力変換器で交流励磁を行い、従来と同様、負荷に対応
した一定周波数、定電圧の出力を発生する発電装置で、
従来の水車やディーゼル等で速度調整機能を持った原動
機による同期発電機と並列運転が可能な発電設備を提供
することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決するために、原動機により二次
巻線が駆動される巻線形誘導機の二次巻線および一次巻
線間に交直変換器、直流回路および整流器を直列に接続
し、前記一次巻線に発生した電力を負荷に供給するよう
にした発電設備において、前記巻線形誘導機の一次巻線
の電圧と基準電圧とを比較演算して電圧偏差信号を検出
する手段と、前記巻線形誘ぷ機の一次巻線の電圧と電流
とから有効電力を検出し基準負荷と比較演算して負荷偏
差信号を検出する手段と、前記巻線形誘導機一次巻線の
周波数を規定するための基準周波数発信号と誘導機の二
次側回転数に応じた信号とを入力し、これからすべり周
波数を得るすべり周波数検出手段と、前記電圧偏差信号
とすべり周波数信号とを乗算した信号と、前記負荷偏差
信号に対してすべり周波数信号による垂下率と速度調定
率とを加えた負荷偏差信号とすべり周波数信号とを乗算
した信号とを入力し、前記誘導機の一次側電圧が一定に
なり、出力が負荷に対応した値となる様に二次電流を調
整するための前記交直変換器に対して制御信号を出力す
る二次電流制御器と、前記直流回路の電圧を検出し、直
流回路電圧が過電圧になった場合には回生用放電抵抗器
を投入し直流回路電圧の上昇を抑える手段と、前記誘導
機一次巻線の電圧を整流して前記直流回路の電圧を与え
る整流器と、前記変換器の直流側に接続された初期励磁
用電源とから構成したものである。

（作　　用） 原動機４により駆動される巻線形誘導機８の二次巻線に
対してすべり周波数および一次電圧に関する電圧偏差と
の積の信号と、負荷設定にすベリ周波数の変動分および
一次側周波数の変動分を各々垂下率に応じて加算した負
荷設定信号とすべり周波数の値の信号とで、変換器９を
制御して二次電流の大きさと周波数とを調整する。これ
により、従来の調速機能を持った原動機で駆動する同期
発電機との並列運転時は、負荷変動により一次側周波数
が変動するため、その変動分に応じて巻線形誘導機８の
出力も調整され負荷が片寄ることなく安定に運転できる
。

（実　施　例） 本発明の一実施例を図面を用いて説明する。第１図及び
第２図は本発明の一実施例を示す水力発電設備の構成図
、第３図は流量調整装置のない水車の回転速度出力特性
曲線である。第１図において、８は巻線形誘導機（以下
誘導機８という）でその二次側に変換器９の交流側に接
続する。この変換器８は誘導機８の二次側に励磁電流を
供給するためのものである。そしてこの変換器９のイン
バータ９ａの直流回路９ｂ側には整流器９ｃの直流側を
接続し、更に整流器９ｃの交流側は誘導機８の一次巻線
に接続する。インバータ９ａは広知の如く直流を交流に
変換する逆変換動作、交流を直流に変換する順変換動作
のいずれも可能である。インバータ９ａの位相の基準と
なる信号は誘導機８によって駆動される回転位相検出器
２２の出力信号ｆｒと、配電線路２７の周波数ｆ１とを
すベリ位相検出器２３により合成し、すべり周波数ｆ、
（ｆ、＝ｆ、−ｆ、）を検出する。一方誘導機８の一次
巻線に誘起した電圧は一次電圧検出器１７により検出さ
れて制御に適する大きさに変換された後加算器１３へ加
えられる。この加算器１３は一次電圧検出器１７の出力
と電圧設定器１６の設定電圧とを比較し、その偏差を出
力する。この偏差信号と前述のすベリ周波数１２とを乗
算器１１へ入力する。この乗算器１１はこの２つの入力
を乗算し、二次電流制御器１０に出力する。

また、誘導機８の負荷は負荷整定器１４で設定されるが
、負荷整定器１４の設定値は加算器１８へ加えられる。

この加算器１８は負荷整定器１４の出力とすべり周波数
に対する垂下率を出力する垂下率整定器１５の出力信号
と一次側周波数１と基準周波数ｆ０との偏差Δｆ　に対
する垂下率を出力する垂下率整定器２５の出力信号とを
加算し、その偏差を出力する。この偏差信号と前述のす
べり周波数１２とを乗算器３０へ入力する。この乗算器
３０はこの２つの入力を乗算し、二次電流制御１０に出
力する。

この二次電流制御器ｌＯは入力信号にもとずいて前記イ
ンバータ９ａを制御するための信号を出力し、誘導機８
の二次電流を変化させて、一次電圧及び負荷電流を調整
する。

インバータ９ａと整流器９ｃとを接続する直流回路９ｂ
の電圧は過電圧検出回路９ｅにより過電圧を検出する。

この過電圧検出回路９ｅの出力はトランジスタ９ｇのベ
ースに加えられトランジスタ９ｇをＯＮさせる。トラン
ジスタ９ｇのＯＮにより回生用放電抵抗器９ｆを投入し
、直流回路９ｂの電圧を抑制する。　したがって、誘導
機８の二次側電力はインバータ９ａから直流回路９ｂを
介して回生用放電抵抗用により放電される。誘導機８の
一次側に接続した交流側コンデンサ２５は誘導機８の励
磁無効電力および負荷の遅れ無効電力を供給するための
ものであり、当該誘導機８の励磁容量に相当する容量の
ものを備える。また、直流回路９ｂ側に設けた９ｄ、９
ｈは夫々インバータ９ａの二次側の回生電力を吸収し過
電圧を防止するコンデンサ、初期励磁用電源（バッテリ
ー）である。また、２６．２７は夫々しゃ断器および配
電線路である。

この様な構成にて、入口弁３を開くと、流量調整機能の
ない水車４の回転速度は第３図中の無拘速度ＮＲまで上
昇する。この水車４に直結された誘導機８の二次側を初
期励磁用バッテリーでインバータ９ａの逆変換動作によ
り励磁すると、誘導発電機８の一次側に電圧が発生する
。この交流電圧が整流器９ｃにより整流され、インバー
タ９ａと整流器９ｃとの間の直流回路９ｂに電圧が確立
する。そして、しゃ断器２６を投入して配電線路２７へ
接続すると。

一般に水車は第３図の様に回転速度−出力間に放物線状
の特性を有するので、配電線路２７の負荷が増加すると
一次側周波数１１が低下し、一次層波数ｆ１と基狭周波
数ｆ。との偏差Δｆを検出し、Δｆに対する垂下率を出
力する垂下率整定器２５の出力により第５図に示すよう
に誘導機８の出力が増加し、回転数Ｎが低下する。誘導
機８の二次巻線のすベリ周波数と誘導機８の出力特性を
第３図の特性に合わせて第４図の如く垂下率を持たせる
ことにより、配電線路２７の負荷が増加し、誘導機８の
回転数Ｎが低下すると、すべり周波数も変化し、それに
応じて実に出力も増加し、最終的には誘導機８の出力は
ＰｌからＰ２、回転数ＮはＮ、からＮ２へ変化し、すべ
り周波数ｆ２の変化にもとすいたインバータ９ａの動作
により誘導機８の一次電圧および周波数が一定な発電を
行うことができる。

以上の様に、流量調整機構のない水車でも、従来の速度
調整機能を持った水車やディーゼルエンジン等の原動機
でも駆動する同期発電機と並列運転が可能となる。

以上の実施例では、二次巻線が駆動される巻線形誘導機
の場合で説明したが、逆に一次巻線を回転子とした場合
も１回転子に結合した回転位相検出器２２の出力信号ｆ
ｒと周波数ｆ□とすべり周波数ｆ２の関係が異なるのみ
である。よって本発明はすべり位相検出器２３での信号
合成方法を変更（ｆ２＝ｆｒ−ｆ、とする）のみで一次
巻線を駆動する巻線形誘導機にも適用できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば前述したように、速度調整機能を備えて
いない原動機で駆動する発電機でも、従来の速度調整機
能を持った水車やディーゼルエンジン等の原動機で駆動
する同期発電機と並列運転できる発電設備を提供できる
。

特に原動機が水車の場合は、水車の流量調整機能が不要
となり、調速機、可動ガイドベーンおよびその操作機構
などの流量調整装置が省略できるので、運転方式が簡素
化し、設備の保守が非常に容易になる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例を示す水力発電設
備の構成図、第３図は流量調整装置のない水車の回転速
度−出力特性曲線の特性図、第４図はすべり周波数−出
力特性曲線の特性図、第５図は速度調定率の説明図、第
６図は従来例の概略構成図である。 １・・・貯水池　　　　　　２・・・導水路３・・・入
口弁　　　　　　４・・・水車５・・・速度検出装置　
　　６・・・可動ガイドベーン７・・・調速機　　　　
　　８・・・巻線形誘導機９・・・変換器　　　　　　
９ａ・・・インバータ９ｂ・・・直流回路　　　　　９
Ｃ・・・整流器９ｄ・・・直流側コンデンサ　９ｅ・・
・過電圧検出回路９ｆ・・・回生用放電抵抗　９ｇ・・
・トランジスタ９ｈ・・・初期励磁用バッテリー １０・・・二次電流制御器　　１１・・・乗算器１３・
・・加算器　　　　　　１４・・・負荷整定器１５・・
・垂下率整定器　　　１６・・・電圧整定器１７・・・
一次電圧検出　　　１８・・・加算器２２・・・回転位
相検出器 ２４・・・発振器 ２６・・・しゃ断器 ３０・・・乗算器 ３２・・・垂下率整定器 ２３・・・すべり位相検出器 ２５・・・交流側コンデンサ ２７・・・配電線路 ３１・・・Δｆ検出器 代理人　弁理士　則　近　憲　佑 同　　第子丸　健 第２図 ｑ 回転数 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原動機により駆動される巻線形誘導機の二次巻線および
   一次巻線間に交直変換器、直流回路および整流器を直列
   に接続し、前記一次巻線に発生した電力を負荷に供給す
   るようにした発電設備において、前記巻線形誘導機の一
   次巻線の電圧と基準電圧とを比較演算して電圧偏差信号
   を検出する手段と、前記巻線形誘導機の一次巻線の出力
   を設定する負荷整定器と、前記巻線用誘導機一次巻線の
   周波数を規定するための基準周波数信号と誘導機の回転
   数に応じた信号とを入力しこれからすべり周波数を得る
   すべり周波数検出手段と、前記電圧偏差信号とすべり周
   波数信号とを乗算した信号と、前記負荷整定器の設定値
   に対してすべり周波数信号による垂下率と速度垂下率と
   を加えた負荷設定信号とすべり周波数信号とを乗算した
   信号とを入力し、前記誘導機の一次側電圧が一定になり
   出力が負荷に対応した値となる様に二次電流を調整する
   ための前記交直変換器に対して制御信号を出力する二次
   電流制御器と、前記直流回路の電圧を検出し直流回路電
   圧が過電圧になった場合には回生用放電抵抗器を投入し
   、直流回路電圧の上昇を抑える手段と、前記誘導機一次
   巻線の電圧を整流して前記直流回路の電圧を与える整流
   器と、前記変換器の直流側に接続された初期励磁用電源
   とからなる発電設備。