JPH03107398A - 可変速発電装置 - 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、同期回転数以外の任意の回転数で運転出来る
発電機と、その発電機を駆動する水車との組合せになる
可変速発電装置に関する。

〔従来の技術〕

従来水力発電所で用いられる発電機は、電力系統の周波
数により決定される一定の回転数即ち、同期回転数で運
転することを原則としている。

然し乍ら水力発電所の場合、落差等が変化し水車を設計
回転数の同期回転数で運転することが必ずしも最高効率
とならず、特に揚水式発電所の場合同じ水車を発電に用
いるのと揚水の為にポンプとして用いるのとでは最高効
率となる回転数が異なり、可変速発電機の実用が望まれ
ていた。

この為、固定同期回転数の発電機に代わり２次交流励磁
発電機を用いて同期回転数に限定されず水車が最高効率
となる回転数で運転する可変速発電装置の実用化が進め
られている。

従来の同期発電機の有効電力制御は水車に流入する水量
を調整して水車側のみで行っていたが、可変速発電機は
水車側と発電機側の２元的な有効電力制御が可能で、水
車の機械出力と発電機の電気出力とを一敦させる為に電
力指令を発電機への指令とすると共に水車の機械出力を
得るに必要なガイドベーン開度に換算し調速機へ指令し
ている。

この種の可変速発電装置を電力系統へ適用することにつ
いては、特開昭６１−１７３６９８号公報に開示されて
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

水車には起動時、故障発生による緊急停止時、或いは運
転制限の為に案内弁の上下限開度を制御系と別に制限す
る負荷制限装置があり、その負荷制限装置を作動させる
と案内弁が作動し水車の機械出力が変化する。上記従来
技術は、この機械出力の変化と発電機の電気出力との制
御系に於ける協調について前述のように配慮がされてお
らず。

負荷制限装置を作動させた時に電力指令による発電機の
電気出力と負荷制限装置によって定まる水車の機械出力
との不平衡がもたらす水車及び発電機の回転数変動、即
ち水車の機械出力に対して電力指令が小さいと回転数は
急上昇し、水車の機械出力に対して電力指令が大きいと
回転数は急降下し安定な運転が出来ないという問題があ
った。

本発明の目的は、負荷制限装置の作動時に水車及び発電
機の回転数変動を防止し、安定な運転を行うことにある
。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、１次側が電力系統に接続され２次側が交流
励磁される発電機と、外部からの電力指令に基づいて該
発電機の２次側交流励磁量を変えて′に低出力を制御す
る発電機出力制御装置と、前記発電機を回転させる水車
と、該水車に供給される水量を調整する案内弁と、該案
内弁の開度を前記電力指令に基づいて調整し前記水車の
機械出力を制御する調速機と、前記案内弁の開度を所定
値に制限する負荷制限装置と、前記水車にかかる落差を
検出する落差検出器と、を・備えた可変速発電装置にお
いて、前記負荷制限装置の作動を示す信号が入力された
場合、制限される前記水車の機械出力と、前記発電機の
電気出力と、が一致するように前記電力指令を補正した
補正電力指令を前記発電機出力制御装置と前記調速機へ
出力する電力指令補正手段を設けることにより達成され
る。

〔作用〕

本発明によれば、水車の負荷を制限する為に負荷制限装
置を作動させると、負荷制限装置は電力指令補正手段へ
その作動を示す信号を出力し、電力指令補正手段は外部
からの電力指令を低減するよう補正した補正電力指令を
発電機出力制御装置へ出力するので電力系統への電気出
力は低下する。

同時に電力指令補正手段は調速機へ電力指令を速度指令
に変換したものを出力するので水車の機械出力も電力系
統への電気出力と対応して低下し、その出力偏差が小さ
くなり水車及び発電機の回転数変動は小さくなる。速度
指令によって案内弁の開度が小さくなり負荷制限値を下
回ると負荷制限装置は電力指令補正手段へその解除を示
す信号を出力し外部からの電力指令を低減する補正を停
止する。補正の停止後は補正電力指令がそのまま保持さ
れるので水車及び発電機の安定運転が維持される。

〔発明の実施例〕

第１図は、本発明の一実施例を示すブロック図である。

本第１図において、発電機１は、回転子と直結した水車
２より駆動され、発電機１の２次巻線（回転子巻線）は
サイクロコンバータ３により交流励磁され、発電機１の
１次巻線（固定子巻線）は電力系統４に接続されている
。発電機の制御は、電力系統４への発生電力Ｐｓを変換
器６にて求め、出力指令Ｐｏｌと前記発生電力Ｐｓから
２次励磁量を調整する出力制御装置５がある。水車の制
御は、電力指令Ｐｏｌと落差検出器９からの落差Ｈから
最適速度関数１０より速度指令Ｎ。

を求め、速度検出器１１で求めた回転速度Ｎからガイド
ベーン８を制御する調速機７がある。該調速機７は、ガ
イドベーン８を動かすアクチュエータ１３と前記ガイド
ベーン開度を制限する負荷制限袋［１４と、ガイドベー
ン８が負荷制限位置にあることを検出するリミットスイ
ッチ等を用いた負荷制限検出器１５から構成される。給
電指令等の外部からの電力指令Ｐｏに対しては、負荷制
限検出器１５が出力する動作信号７７ＧＬによって電力
指令補正回路１２が電力指令Ｐｏを補正し。

Ｐｏｌとする。

第２図は、電力の流れを示す図である。水車２より発生
した水車出力ＰＴは、発電機１の２次励磁に使われる電
力Ｐｃと含まって発電機出力Ｐｅとなる。電力系統４へ
発生する電力Ｐｓは、発電機電力Ｐｅから２次励磁分Ｐ
ｃを引いた分となり、即ち、Ｐｓ＝Ｐｒが成立ち、水車
出力ＰＴが電力系統４へ送電される。前記電力の流れは
定常的なものであり、速度Ｎの変動はなく安定している
。次に、過渡的な状態として、水車側が負荷制限装置１
４によりガイドベーン開度を小さくし水車出力ＰＴを減
少させると、電気側出力指令が変わらない限りＰｓ’の
出力を保つ様に出力制御を行う為にＰＳ’＞ＰＴの関係
となる。電力偏差ΔＰ＝Ｐｓ’　−ＰＴは回転による水
車の慣性エネルギーに等しく、Ｐｓ’＞Ｐｔであれば回
転速度の低下につながる。従って、瞬時であれば、慣性
エネルギーの増減でＰｓを一定に保つことができるが、
負荷制限の様に長時間においては慣性エネルギーが放出
され回転速度の低下が大きくなり運転範囲を逸脱してし
まう。

第３図が第２図において説明した現象のタイムチャート
である。横軸に時間ｔ、縦軸に上からガイドベーン開度
ＧＶＯ，電力指令Ｐｏ　ｌ、発生電力Ｐ及び回転速度Ｎ
としている。時刻ｔ。で負荷制限装置１４によりガイド
ベーン８が閉められた場合従来の装置では、負荷制限状
態になっても、電力指令Ｐｏｌ’は一定なので発生電力
Ｐｓ’　が一定で急激な発電機回転子の速度低下Ｎ′と
なり安定な運転が実現できない。本発明によれば、時刻
ｔ１において７７０Ｌオンによって外部の電力指令Ｐｏ
を補正し電力指令Ｐｏｌを下げるので、それに追従して
発生電力Ｐｓを下げている。よって、ＰＴとＰｓの差が
小さく速度の変動を小さくできる。更に、電力指令Ｐｏ
ｌを下げる事により、最適速度指令Ｎｏも同時に下がる
。すると、結果として調速機７により速度制御によるガ
イドベーン開度ＧＶＯの設定が負荷制限装置１４による
制限値以下となり、時刻ｔ２で７７０Ｌがオフする。

７７ＧＬがオフすると、電力指令補正回路１２が補正を
中止し、電力指令Ｐｏｌが保持され安定な運転が継続で
きる。

第４図に電力指令補正回路１２の第１実施例を示す。１
２ａは負荷制限状態の信号７７ＧＬによって動作し、制
限−状態の場合（７７ＧＬ、オン）、時間ｔと補正値Δ
Ｐの関数を持ち、電力指令Ｐｏ１＝Ｐｏ−ΔＰｏとなる
。制限状態にない場合スイッチにより（７７ＧＬ、オフ
）ΔＰ＝Ｏを出力Ｐｏ　１＝Ｐｏとなる。１２ｂはメモ
リで通常時は入力Ａの記憶内容を出力しているが、負荷
制限状態から解除されるエツジトリガ（Ｓ端子）（７７
ＧＬ　　ＯＮ→○ＦＦへの立下がり）で入力Ａの記憶内
容（Ｐｏ）を入力Ｂの記憶内容（Ｐｏｌ＝Ｐｏ−ΔＰ）
に書替え出力するもので、即ち制限状態が解除になる時
に外部からの電力指令Ｐｏを補正のかかった電力指令Ｐ
ｏ１（Ｐｏｌ＝Ｐｏ−ΔＰ）に書き替える。上記の動作
によって、制限状態では外部指令に対しΔＰ、の補正が
でき、また、制限状態から解除される場合も同じ電力指
令値Ｐｏｌが保持されるために解除時のショックが無く
安定な運転が継続できる。

第５図は電力指令補正回路の第２実施例で、第４図が補
正値ΔＰｏを時間の関数として設定したのに対して、実
際のガイドベーン開度ＧＶＯと落差Ｈから決定される電
力Ｐｒを関数１２ｃから求め、負荷制限動作時には電力
指令Ｐｒを電力指令Ｐｏｌとする点が異なっている。１
２ｄは、外部電力指令Ｐｏと電力指令Ｐｏ１（＝Ｐｒ）
を円滑に切換えるための変化率制限である。第５図にお
いても、第４図と同様に安定な運転が継続できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、水車の負荷制限装置を作動させて、案
内弁の開度を小さくし水車の機械出力を低下せしめる時
に、その作動信号に対応して外部からの電力指令を低減
するよう補正する制御手段を設けることにより、電力系
統への電気出力と水車の機械出力とを対応させて低下せ
しめ、相互の出力偏差を小さくできるので、水車及び発
電機の回転数変動は小さくなり安定運転が維持可能とな
る効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る全体制御ブロック図、第
２図は第１図に示した実施例の電力の流れを示すブロッ
ク図、第３図は実施例における動作タイミングチャート
、第４図は本発明に係る発電機出力制御装置の第１実施
例の制御ブロック図。 第５図は本発明に係る発電機出力制御装置の第２実施例
の制御ブロック図である。 １・・・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・・・ガイドベーン
、９・・・落差検出器、１０・・・最適速度関数、１１
・・・回転速度検出器、１２・・・電力指令補正回路、 １２ａ、１２ｃ・・・補正関数。１２ｂ・・・メモリ、
１２ｄ・・・変化率制限、１２ｅ・・・リミッタ。 １３・・・アクチュエータ、１４・・・負荷制限装置、
１５・・・負荷制限検出器、 Ｐｏ・・・外部からの電力指令、 Ｐｏｌ・・・補正後の電力指令、Ｐ丁・・・水車出力、
Ｐｓ・・・発生電力、Ｈ・・・落差、Ｎα・・・速度指
令、Ｎ・・・速度検出値、ＧＶＯ・・・ガイドベーン開
度。 ７７ＧＬ・・・負荷制限信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、１次側が電力系統に接続され２次側が交流励磁され
   る発電機と、外部からの電力指令に基づいて該発電機の
   ２次側交流励磁量を変えて前記電力系統への電気出力を
   制御する発電機出力制御装置と、前記発電機を回転させ
   る水車と、該水車に供給される水量を調整する案内弁と
   、該案内弁の開度を前記電力指令に基づいて調整し前記
   水車の機械出力を制御する調速機と、前記案内弁の開度
   を所定値に制限する負荷制限装置と、前記水車にかかる
   落差を検出する落差検出器と、を備えた可変速発電装置
   において、前記負荷制限装置の作動を示す信号が入力さ
   れた場合、制限される前記水車の機械出力と、前記電力
   系統への電気出力と、が一致するように前記電力指令を
   補正した補正電力指令を前記発電機出力制御装置と前記
   調速機へ出力する電力指令補正手段を設けたことを特徴
   とする可変速発電装置。 ２、前記電力指令補正手段は前記負荷制限装置の作動を
   示す信号が入力された時点から時間の経過につれて増加
   する負の補正値を出力する関数発生器と、該負の補正値
   と前記電力指令を入力して加算し前記補正電力指令とし
   て出力する加算器と、を有することを特徴とする請求項
   １に記載の可変速発電装置。 ３、前記電力指令補正手段は前記調速機からの案内弁の
   開度信号と前記落差検出器からの水車にかかる落差信号
   とから定まる水車の機械出力を演算し、前記負荷制限装
   置の作動を示す信号が入力された場合に前記水車の機械
   出力を補正電力指令として前記発電機出力制御装置と前
   記調速機へ出力する手段を有することを特徴とする請求
   項１に記載の可変速発電装置。 ４、前記電力指令補正手段は前記負荷制限装置の解除を
   示す信号が入力された場合に、外部から入力し保持され
   ていた電力指令を前記負荷制限装置の動作中に用いてい
   た前記補正電力指令に書き換えて前記発電機出力制御装
   置と前記調速機へ出力する保持手段を有することを特徴
   とする請求項２及び請求項３に記載の可変速発電装置。