JPH0326039B2 - - Google Patents
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- JPH0326039B2 JPH0326039B2 JP60264867A JP26486785A JPH0326039B2 JP H0326039 B2 JPH0326039 B2 JP H0326039B2 JP 60264867 A JP60264867 A JP 60264867A JP 26486785 A JP26486785 A JP 26486785A JP H0326039 B2 JPH0326039 B2 JP H0326039B2
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- JP
- Japan
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- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 31
- 238000010248 power generation Methods 0.000 claims description 24
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 19
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 5
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 4
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- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
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Landscapes
- Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
- Protection Of Generators And Motors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、２次励磁付の誘導機を任意の回転数
で運転する可変速揚水発電システムに係り、特に
発電及び揚水運転時に安定に目標値に制御するに
好適な可変速揚水発電システムの励磁制御方式に
関するものである。
で運転する可変速揚水発電システムに係り、特に
発電及び揚水運転時に安定に目標値に制御するに
好適な可変速揚水発電システムの励磁制御方式に
関するものである。
従来の揚水発電システムは、揚水時に負荷の調
整ができないこと、発電運転時に、系統より要求
される発電力が変化すること、ならびに揚水運転
時には揚程が変化すること等の理由により、シス
テムの効率が変化するという欠点があつた。
整ができないこと、発電運転時に、系統より要求
される発電力が変化すること、ならびに揚水運転
時には揚程が変化すること等の理由により、シス
テムの効率が変化するという欠点があつた。
このため、発電力、揚程にかかわらず、上記シ
ステムを最高効率で運転させるための研究が進め
られている。その研究の動向は、従来同期機であ
つた揚水発電機を２次励磁付の誘導機とし、同期
速度以外の回転数で運転する、いわゆる可変速発
電システムを採用する方向に進んでいる。このよ
うな可変速発電システムを採用することにより、
発電力、揚程にかかわらず、システムを最高効率
で運転することが可能となる。そこで、この可変
速発電システムを実現するための研究が種々進め
られている。この可変速発電システムについて
は、既に、昭和59年電気学会全国大会論文、No.
553「大容量同期電動機の可変速運転特性」におい
て紹介されているものの、具体的な制御方式につ
いては、何等ふれられていなかつた。
ステムを最高効率で運転させるための研究が進め
られている。その研究の動向は、従来同期機であ
つた揚水発電機を２次励磁付の誘導機とし、同期
速度以外の回転数で運転する、いわゆる可変速発
電システムを採用する方向に進んでいる。このよ
うな可変速発電システムを採用することにより、
発電力、揚程にかかわらず、システムを最高効率
で運転することが可能となる。そこで、この可変
速発電システムを実現するための研究が種々進め
られている。この可変速発電システムについて
は、既に、昭和59年電気学会全国大会論文、No.
553「大容量同期電動機の可変速運転特性」におい
て紹介されているものの、具体的な制御方式につ
いては、何等ふれられていなかつた。
本発明の目的は、発電及び揚水の各種運転状態
において高効率で運転できると共に電力事故時に
電圧の変動の小さい可変速揚水発電システムの励
磁制御方式を提供することにある。
において高効率で運転できると共に電力事故時に
電圧の変動の小さい可変速揚水発電システムの励
磁制御方式を提供することにある。
本発明は、２次励磁制御系のゲインを可変速機
の事故検出情報をもとに制御し、可変速機の端子
電圧の変動を抑制するものである。
の事故検出情報をもとに制御し、可変速機の端子
電圧の変動を抑制するものである。
第１図は、可変速揚水発電システムの概要を示
すものであり、一次、二次側共、３相巻線からな
る。
すものであり、一次、二次側共、３相巻線からな
る。
同図で、１が固定子を、２が回転子を示す。５
ａ〜５ｃは固定子のａ、ｂ、ｃ相巻線を、６ａ〜
６ｃは、固定子のａ、ｂ、ｃ相巻線を示す。更
に、定格周波数を、すべりをＳとすると、回転
子２の速度は（１−Ｓ）であり、回転子２の励
磁巻線をすべりＳの周波数で励磁することによ
り、回転子２の回転磁界はすべり零（同期速度）
で回転し、固定子１の回転磁界速度と同一にな
る。７は回転子の回転数を測定する測定部を示
し、この出力により、３ですべり周波数を検出
し、４ですべり周波数に応じた電圧を発生させ、
２次巻線を励磁することを示している。すなわ
ち、第１図の例では、回転子の回転磁界は、 （１−Ｓ）＋・Ｓ＝ ……(1) となり、すべりにかかわらず、定格周波数の出力
が得られることになる。この方式において、系統
事故時に端子電圧の変動を抑制する励磁制御方式
を提供しようとするのが本願の主旨である。
ａ〜５ｃは固定子のａ、ｂ、ｃ相巻線を、６ａ〜
６ｃは、固定子のａ、ｂ、ｃ相巻線を示す。更
に、定格周波数を、すべりをＳとすると、回転
子２の速度は（１−Ｓ）であり、回転子２の励
磁巻線をすべりＳの周波数で励磁することによ
り、回転子２の回転磁界はすべり零（同期速度）
で回転し、固定子１の回転磁界速度と同一にな
る。７は回転子の回転数を測定する測定部を示
し、この出力により、３ですべり周波数を検出
し、４ですべり周波数に応じた電圧を発生させ、
２次巻線を励磁することを示している。すなわ
ち、第１図の例では、回転子の回転磁界は、 （１−Ｓ）＋・Ｓ＝ ……(1) となり、すべりにかかわらず、定格周波数の出力
が得られることになる。この方式において、系統
事故時に端子電圧の変動を抑制する励磁制御方式
を提供しようとするのが本願の主旨である。
第２図は、本システムの具体例を示すものであ
り、送電線Ｌを介して可変速機が電力系統Ｇに接
続され、運転している場合を示している。この可
変速機は以下のように制御される。静落差Ｈ及び
出力指令P0が与えられると、指令値算出回路１
５で、効率を考慮して水量調整弁１３の開度指令
値Y0と速度指令値N0が算出される。１４は水量
調整弁１３の弁開度設定器であり、指令値算出回
路１５よりの開度指令値Y0が開度設定器１４に
よる時間遅れをもつて水量調整弁１３の弁開度指
令となる。水車１２の特性は、静落差Ｈ、水量調
整弁１３の弁開度及び回転数Ｎで定まる。この水
車特性により得られる入力により可変速機の回転
子１は回転する。１１は速度発電機を示し、この
出力により、速度Ｎが検出される。１９は電流変
成器は、２０は電圧変成器を示し、有効電力検出
器２１で有効電力Ｐを算出する。
り、送電線Ｌを介して可変速機が電力系統Ｇに接
続され、運転している場合を示している。この可
変速機は以下のように制御される。静落差Ｈ及び
出力指令P0が与えられると、指令値算出回路１
５で、効率を考慮して水量調整弁１３の開度指令
値Y0と速度指令値N0が算出される。１４は水量
調整弁１３の弁開度設定器であり、指令値算出回
路１５よりの開度指令値Y0が開度設定器１４に
よる時間遅れをもつて水量調整弁１３の弁開度指
令となる。水車１２の特性は、静落差Ｈ、水量調
整弁１３の弁開度及び回転数Ｎで定まる。この水
車特性により得られる入力により可変速機の回転
子１は回転する。１１は速度発電機を示し、この
出力により、速度Ｎが検出される。１９は電流変
成器は、２０は電圧変成器を示し、有効電力検出
器２１で有効電力Ｐを算出する。
１６は２次巻線の位相角算出部であり、有効電
力検出器２１の出力Ｐ、出力指令値P0、速度指
令値N0、速度Ｎを用いて２次巻線の位相角を算
出する。１７は２次回路の励磁量を設定する設定
部であり、１８は励磁量の絶対値を制御する励磁
量調整部を示す。２３ａ，２３ｂ，２３ｃは励磁
量設定部１７で設定した励磁量をもとに、２次回
路ａ、ｂ、ｃ相に与える電流の定電流制御を行う
定電流制御回路である。２２ａ，２２ｂ，２２ｃ
は定電流制御回路２３ａ〜２３ｃで算出した励磁
量によりａ、ｂ、ｃ相を励磁する励磁巻線であ
る。
力検出器２１の出力Ｐ、出力指令値P0、速度指
令値N0、速度Ｎを用いて２次巻線の位相角を算
出する。１７は２次回路の励磁量を設定する設定
部であり、１８は励磁量の絶対値を制御する励磁
量調整部を示す。２３ａ，２３ｂ，２３ｃは励磁
量設定部１７で設定した励磁量をもとに、２次回
路ａ、ｂ、ｃ相に与える電流の定電流制御を行う
定電流制御回路である。２２ａ，２２ｂ，２２ｃ
は定電流制御回路２３ａ〜２３ｃで算出した励磁
量によりａ、ｂ、ｃ相を励磁する励磁巻線であ
る。
以上述べた第２図システムによれば、常に最高
効率点で運転することができ、このことについて
詳細に説明すると、一般に、揚水発電システムで
は、フランシス水車が使用され、この場合に水車
出力と効率の関係は、第４図のように示される。
同図は、横軸に水車出力、縦軸に効率をとり、回
転数をパラメータとして示したものである。P1，
P2は水車出力を、η1，η2は効率を、N1，N2は回
転数を示す。出力P1では回転数N1で、出力P2で
は回転数N2で、それぞれの出力における最高効
率η1，η2となることを示している。このように、
出力によつて、効率が最高となる回転数は異なつ
ているが、これにも関わらず可変速揚水発電シス
テムでは常にこれらの最高効率の点で運転するこ
とができるのが本システムの特徴である。この運
転は以上のようにして実現される。
効率点で運転することができ、このことについて
詳細に説明すると、一般に、揚水発電システムで
は、フランシス水車が使用され、この場合に水車
出力と効率の関係は、第４図のように示される。
同図は、横軸に水車出力、縦軸に効率をとり、回
転数をパラメータとして示したものである。P1，
P2は水車出力を、η1，η2は効率を、N1，N2は回
転数を示す。出力P1では回転数N1で、出力P2で
は回転数N2で、それぞれの出力における最高効
率η1，η2となることを示している。このように、
出力によつて、効率が最高となる回転数は異なつ
ているが、これにも関わらず可変速揚水発電シス
テムでは常にこれらの最高効率の点で運転するこ
とができるのが本システムの特徴である。この運
転は以上のようにして実現される。
第２図において、可変速揚水発電システムに、
発電力の制御指令P0が与えられると、発電機の
特性、水の落差を考慮した上で、高効率の運転が
できるよう、発電機の回転数指令N0、水車の水
量調整弁１３の開度指令Y0が指令値算出部１５
において求められ、これらの値にあうような運転
となるよう水車調整弁１３、２次励磁量が制御さ
れている。このような状態で、発電機出力の低下
指令が与えられると、発電機出力、落差をもと
に、発電機の効率が最高７となる回転数指令と、
弁開度指令を算出してこれに応じて制御し、効率
のよい運転を行うことになる。なお発電機回転数
の定格よりのずれは、励磁情報として、すべり周
波数を用いることにより、前述のように、定格周
波数の出力が得られることになる。
発電力の制御指令P0が与えられると、発電機の
特性、水の落差を考慮した上で、高効率の運転が
できるよう、発電機の回転数指令N0、水車の水
量調整弁１３の開度指令Y0が指令値算出部１５
において求められ、これらの値にあうような運転
となるよう水車調整弁１３、２次励磁量が制御さ
れている。このような状態で、発電機出力の低下
指令が与えられると、発電機出力、落差をもと
に、発電機の効率が最高７となる回転数指令と、
弁開度指令を算出してこれに応じて制御し、効率
のよい運転を行うことになる。なお発電機回転数
の定格よりのずれは、励磁情報として、すべり周
波数を用いることにより、前述のように、定格周
波数の出力が得られることになる。
次に第２図において、２次励磁制御は具体的に
以下のように行なわれる。第２図に示すように、
３相の２次励磁巻線の励磁電圧は、次の(2)式のよ
うにあらわされる。すなわち、本システムに与え
られた指令P0により、ａ、ｂ、ｃ相の励磁量を
うるための(2)式の関数のうちの位相角Δδを求め
る。ａ、ｂ、ｃ相の励磁電圧をvfa，vfb，vfcとす
ると、 vfa＝Esin（2π・Ｓ＋δ0＋Δδ） vfb＝Esin（2π・Ｓ＋δ0＋Δδ−120°） vfc＝Esin（2π・Ｓ＋δ0＋Δδ−240°） ……(2) と表わされる。ここで、Ｅ：すべり及び可変速機
の運転状態で定まる電圧値、δ0：可変速機の運転
状態で定まる位相角、Δδ：制御指令p0で定まる
位相角とする。上式を用いて、制御を行う場合
に、無効電力の制御指令に対しては、電圧Ｅで、
有効電力の制御指令に対しては、位相角Δδで制
御すればよい。
以下のように行なわれる。第２図に示すように、
３相の２次励磁巻線の励磁電圧は、次の(2)式のよ
うにあらわされる。すなわち、本システムに与え
られた指令P0により、ａ、ｂ、ｃ相の励磁量を
うるための(2)式の関数のうちの位相角Δδを求め
る。ａ、ｂ、ｃ相の励磁電圧をvfa，vfb，vfcとす
ると、 vfa＝Esin（2π・Ｓ＋δ0＋Δδ） vfb＝Esin（2π・Ｓ＋δ0＋Δδ−120°） vfc＝Esin（2π・Ｓ＋δ0＋Δδ−240°） ……(2) と表わされる。ここで、Ｅ：すべり及び可変速機
の運転状態で定まる電圧値、δ0：可変速機の運転
状態で定まる位相角、Δδ：制御指令p0で定まる
位相角とする。上式を用いて、制御を行う場合
に、無効電力の制御指令に対しては、電圧Ｅで、
有効電力の制御指令に対しては、位相角Δδで制
御すればよい。
第５図は、従来の定電流制御回路２３ａ〜２３
ｃの詳細を示したものであり、２次巻線制御量設
定部１７の出力と、電流変成器２４ａ〜２４ｃの
出力の差を比較部２６ａ〜２６ｃでとり、この出
力に、ゲイン２５ａ〜２５ｃを乗ずることによ
り、制御を行つている。
ｃの詳細を示したものであり、２次巻線制御量設
定部１７の出力と、電流変成器２４ａ〜２４ｃの
出力の差を比較部２６ａ〜２６ｃでとり、この出
力に、ゲイン２５ａ〜２５ｃを乗ずることによ
り、制御を行つている。
しかるに、第２図において、送電線Ｌの地点Ｆ
で事故が起き、２回線で構成されている送電線の
１回線を開放した場合は、定電流制御系のゲイン
を一定とした場合には、端子電圧に大７きな変動
があらわれる。これは、事故のための電機子電流
が増大し、回転子電流に変化が生じて、定電流制
御回路２３の電流に大きな差があらわれ、大きな
励磁量が要求されるためである。
で事故が起き、２回線で構成されている送電線の
１回線を開放した場合は、定電流制御系のゲイン
を一定とした場合には、端子電圧に大７きな変動
があらわれる。これは、事故のための電機子電流
が増大し、回転子電流に変化が生じて、定電流制
御回路２３の電流に大きな差があらわれ、大きな
励磁量が要求されるためである。
この励磁量を抑制するため、本発明では第３図
に示すように、定電流制御回路２３のゲイン２５
ａ〜２５ｃを電圧変成器２７及び電流変成器２８
を介して得た情報をもとに、保護リレー２９（不
足電圧リレー又は過電流リレー等）により、事故
の有無を判定し、事故を検出した場合には、前述
の定電流制御回路２３のゲイン２５ａ〜２５ｃを
低下させ、電機子電流の変化により生ずる２次励
磁の制御量を減少させる。
に示すように、定電流制御回路２３のゲイン２５
ａ〜２５ｃを電圧変成器２７及び電流変成器２８
を介して得た情報をもとに、保護リレー２９（不
足電圧リレー又は過電流リレー等）により、事故
の有無を判定し、事故を検出した場合には、前述
の定電流制御回路２３のゲイン２５ａ〜２５ｃを
低下させ、電機子電流の変化により生ずる２次励
磁の制御量を減少させる。
その後、事故の除去により、定電流制御回路２
３のゲインをもとに戻す。このようにすることに
より、端子電圧の変動を抑制でき、その上、定常
時のAFC（自動周波数制御）、AQR（自動無効電
力制御）等の運転に関しては、高速に応動でき
る。
３のゲインをもとに戻す。このようにすることに
より、端子電圧の変動を抑制でき、その上、定常
時のAFC（自動周波数制御）、AQR（自動無効電
力制御）等の運転に関しては、高速に応動でき
る。
本発明によれば、可変速発電システムにおい
て、系統事故時の端子電圧の変動を抑制できるた
め、運用上の効果は極めて大きい。
て、系統事故時の端子電圧の変動を抑制できるた
め、運用上の効果は極めて大きい。
更に、電力の変動分を補給又は消費するため、
昼間は発電、夜間は揚水として運転する揚水発電
システムにおいては、系統より要求される種々の
電力に対して、効率よく運転できるため、経済的
効果は極めて大きい。
昼間は発電、夜間は揚水として運転する揚水発電
システムにおいては、系統より要求される種々の
電力に対して、効率よく運転できるため、経済的
効果は極めて大きい。
第１図は可変速揚水発電システムの原理概要を
示す図、第２図は可変揚水発電システムの制御概
要を示す図、第３図は本発明の一実施例を示す
図、第４図は出力と効率の関係を示す図、第５図
は従来例である。 １……固定子、２……回転子、３……すべり検
出部、４……電圧発生部、５ａ〜５ｃ……固定子
のａ、ｂ、ｃ相巻線、６ａ〜６ｃ……回転子の
ａ、ｂ、ｃ相巻線、７……回転数測定部、１１…
…速度発電機、１２……水車、１３……水量調整
弁、１４……弁開度設定器、１５……指令値算出
回路、１６……２次巻線位相角算出部、１７……
２次巻線励磁量設定部、１８……励磁量調整部、
１９……電流変成器、２０……電圧変成器、２１
……有効電力算出部、２２ａ〜２２ｃ……２次励
磁のａ、ｂ、ｃ相巻線、P0……出力指令値、N0
……速度指令値、Ｎ……速度、２３ａ〜２３ｃ…
…定電流制御部、２４ａ〜２４ｃ……電流変成
器、２５ａ〜２５ｃ……定電流制御部のゲイン、
２６ａ〜２６ｃ……比較部、２７……電圧変成
器、２８……電流変成器、２９……事故検出リ
レ。
示す図、第２図は可変揚水発電システムの制御概
要を示す図、第３図は本発明の一実施例を示す
図、第４図は出力と効率の関係を示す図、第５図
は従来例である。 １……固定子、２……回転子、３……すべり検
出部、４……電圧発生部、５ａ〜５ｃ……固定子
のａ、ｂ、ｃ相巻線、６ａ〜６ｃ……回転子の
ａ、ｂ、ｃ相巻線、７……回転数測定部、１１…
…速度発電機、１２……水車、１３……水量調整
弁、１４……弁開度設定器、１５……指令値算出
回路、１６……２次巻線位相角算出部、１７……
２次巻線励磁量設定部、１８……励磁量調整部、
１９……電流変成器、２０……電圧変成器、２１
……有効電力算出部、２２ａ〜２２ｃ……２次励
磁のａ、ｂ、ｃ相巻線、P0……出力指令値、N0
……速度指令値、Ｎ……速度、２３ａ〜２３ｃ…
…定電流制御部、２４ａ〜２４ｃ……電流変成
器、２５ａ〜２５ｃ……定電流制御部のゲイン、
２６ａ〜２６ｃ……比較部、２７……電圧変成
器、２８……電流変成器、２９……事故検出リ
レ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 一次巻線が送電線を介して電力系統に接続さ
れ、２次線巻が交流励磁される発電電動機、発電
電動機の回転子軸に結合され水量調整弁を備える
ポンプ水車、少なくとも出力指令信号を入力とし
て回転数指令と水量調整弁の開度指令を与える指
令値算出部、指令値算出部からの開度指令に応じ
て開度調整される前記ポンプ水車の水量調整弁、
少なくとも前記出力指令信号と指令値算出部から
の回転数指令とを入力として、発電電動機２次巻
線を交流励磁するときの位相角を算出する位相角
算出部、該位相角算出部の出力を用いて発電電動
機２次巻線を交流励磁するときの励磁量を決定す
る励磁量決定部、該励磁量決定部の出力である発
電電動機２次巻線の目標電流に応じて２次巻線電
流を制御する定電流制御部を含む可変速揚水発電
システムにおいて、 前記送電線に発生した事故を検出する事故検出
継電装置、該事故検出継電装置の動作時に前記定
電流制御部の制御ゲインを減少させる手段を付加
したことを特徴とする可変速揚水発電システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60264867A JPS62126899A (ja) | 1985-11-27 | 1985-11-27 | 可変速揚水発電システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60264867A JPS62126899A (ja) | 1985-11-27 | 1985-11-27 | 可変速揚水発電システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62126899A JPS62126899A (ja) | 1987-06-09 |
| JPH0326039B2 true JPH0326039B2 (ja) | 1991-04-09 |
Family
ID=17409319
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60264867A Granted JPS62126899A (ja) | 1985-11-27 | 1985-11-27 | 可変速揚水発電システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62126899A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0683595B2 (ja) * | 1987-03-02 | 1994-10-19 | 関西電力株式会社 | 可変速機の制御方式 |
-
1985
- 1985-11-27 JP JP60264867A patent/JPS62126899A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62126899A (ja) | 1987-06-09 |
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