JPH041194B2 - - Google Patents
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- JPH041194B2 JPH041194B2 JP61106641A JP10664186A JPH041194B2 JP H041194 B2 JPH041194 B2 JP H041194B2 JP 61106641 A JP61106641 A JP 61106641A JP 10664186 A JP10664186 A JP 10664186A JP H041194 B2 JPH041194 B2 JP H041194B2
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- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 10
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
- H02P9/42—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output to obtain desired frequency without varying speed of the generator
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P2101/00—Special adaptation of control arrangements for generators
- H02P2101/10—Special adaptation of control arrangements for generators for water-driven turbines
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
- Control Of Water Turbines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は巻線形誘導発電機を用いた可変速水車
発電装置の制御装置に関する。
発電装置の制御装置に関する。
この種可変速水車発電装置の制御装置として、
第4図に示すようなものが提案されている。(例
えば、特開昭57−182920号参照) 第4図において、1は巻線形誘導発電機で、そ
の回転子に直結された水車2によつて回転駆動さ
れるとともに、発電機1の二次巻線1bには、サ
イクロコンバータ3により発電機1の回転速度に
応じて所定の位相に調整された交流励磁電流が供
給され、発電機1の一次巻線1aからは電力系統
4と定格周波数と等しい一定の周波数の交流電力
が出力されるように、可変速運転が行わされる。
5は水車特性関数発生器で、回転速度検出器6で
検出された回転速度信号Nと、外部から与えられ
る発電出力指令P0および水位検出信号Hを入力
して、最高効率で運転するための最適回転速度指
令Naと最適案内弁開度指令Yaを発生する。7は
スリツプ位相検出用誘導機で、その回転子が発電
機1に直結されるとともに、一次巻線7aが発電
機1の出力側に接続され、二次巻線7bからスリ
ツプ位相信号SPを出力する。このスリツプ位相信
号SPと最適回転速度指令Naはサイクロコンバー
タ3に与えられ、前記したように、発電機1の二
次巻線1bに供給する交流励磁電流の位相等を制
御し、また最適案内弁開度指令Yaは案内弁駆動
装置8に与えられ、水車出力PTが最適値になる
ように、案内弁9の開度を制御する。
第4図に示すようなものが提案されている。(例
えば、特開昭57−182920号参照) 第4図において、1は巻線形誘導発電機で、そ
の回転子に直結された水車2によつて回転駆動さ
れるとともに、発電機1の二次巻線1bには、サ
イクロコンバータ3により発電機1の回転速度に
応じて所定の位相に調整された交流励磁電流が供
給され、発電機1の一次巻線1aからは電力系統
4と定格周波数と等しい一定の周波数の交流電力
が出力されるように、可変速運転が行わされる。
5は水車特性関数発生器で、回転速度検出器6で
検出された回転速度信号Nと、外部から与えられ
る発電出力指令P0および水位検出信号Hを入力
して、最高効率で運転するための最適回転速度指
令Naと最適案内弁開度指令Yaを発生する。7は
スリツプ位相検出用誘導機で、その回転子が発電
機1に直結されるとともに、一次巻線7aが発電
機1の出力側に接続され、二次巻線7bからスリ
ツプ位相信号SPを出力する。このスリツプ位相信
号SPと最適回転速度指令Naはサイクロコンバー
タ3に与えられ、前記したように、発電機1の二
次巻線1bに供給する交流励磁電流の位相等を制
御し、また最適案内弁開度指令Yaは案内弁駆動
装置8に与えられ、水車出力PTが最適値になる
ように、案内弁9の開度を制御する。
ところでこの公知例では、発電出力を外部より
与えられる発電出力指令P0に合せる発電出力制
御を回転速度を水車特性関数発生器より出力され
る最適回転速度指令Naに合せる回転速度最適化
制御と案内弁を水車特性関数発生器より出力され
る最適案内弁開度指令に合せる案内弁最適化制御
とは別に設ける点、及び発電出力制御と回転速度
最適化制御の2つの独立の制御をどのように組合
せて1つの電力制御装置、即ち二次巻線の交流励
磁制御装置に入力し、両者をどのように両立させ
るかという点で具体策が提示されていなかつた。
与えられる発電出力指令P0に合せる発電出力制
御を回転速度を水車特性関数発生器より出力され
る最適回転速度指令Naに合せる回転速度最適化
制御と案内弁を水車特性関数発生器より出力され
る最適案内弁開度指令に合せる案内弁最適化制御
とは別に設ける点、及び発電出力制御と回転速度
最適化制御の2つの独立の制御をどのように組合
せて1つの電力制御装置、即ち二次巻線の交流励
磁制御装置に入力し、両者をどのように両立させ
るかという点で具体策が提示されていなかつた。
又、公知例では案内弁最適化制御の応答速度に
比べ、回転速度最適化制御の応答速度を遅らすと
しているが、その反面回転速度最適化制御の応答
速度を落すことにより回転速度が予め決められた
許容可変速バンドから過渡的に踏み出す可能性が
増大する。即ち脱調の可能性が増大するという欠
点があつた。
比べ、回転速度最適化制御の応答速度を遅らすと
しているが、その反面回転速度最適化制御の応答
速度を落すことにより回転速度が予め決められた
許容可変速バンドから過渡的に踏み出す可能性が
増大する。即ち脱調の可能性が増大するという欠
点があつた。
本発明の目的は、前記した従来技術の問題点を
解決し、発電出力制御、回転速度最適化制御、案
内弁開度最適化制御を同時に合理的に達成しかつ
許容可変速バンド内で安定した運転ができる可変
速水車発電装置を提供することにある。
解決し、発電出力制御、回転速度最適化制御、案
内弁開度最適化制御を同時に合理的に達成しかつ
許容可変速バンド内で安定した運転ができる可変
速水車発電装置を提供することにある。
この目的を達成するため、本発明は、巻線形誘
導発電機の発電出力を検出する発電出力検出器
と、水位検出信号と発電出力指令を入力して最適
回転速度指令と最適案内弁開度信号を出力する水
車特性関数発生器と、最適回転速度指令と回転速
度信号の偏差を入力してこの偏差を零とするよう
な補正演算器とこの補正信号と発電出力指令の合
成信号と発電出力検出器で検出された実際の発電
出力信号を比較し、この偏差を零とするように二
次巻線に与える交流励磁電流を制御する電力制御
装置を備えることを特徴とする。
導発電機の発電出力を検出する発電出力検出器
と、水位検出信号と発電出力指令を入力して最適
回転速度指令と最適案内弁開度信号を出力する水
車特性関数発生器と、最適回転速度指令と回転速
度信号の偏差を入力してこの偏差を零とするよう
な補正演算器とこの補正信号と発電出力指令の合
成信号と発電出力検出器で検出された実際の発電
出力信号を比較し、この偏差を零とするように二
次巻線に与える交流励磁電流を制御する電力制御
装置を備えることを特徴とする。
更に実際の回転速度が所定の許容変動範囲を超
えて変動しようとした時は、これを抑制する方向
に信号を発する回転変動抑制回路を備え、この抑
制回路の出力信号も前記合成信号に加えるように
構成したことを特徴とする。
えて変動しようとした時は、これを抑制する方向
に信号を発する回転変動抑制回路を備え、この抑
制回路の出力信号も前記合成信号に加えるように
構成したことを特徴とする。
本発明の構成によれば、最適回転速度指令と実
際の回転速度信号との偏差に応じて、発電出力指
令信号に補正を加えるようにしたので、前記回転
速度偏差が零となるように水車の負荷が変化し、
常に回転速度が最適回転速度に一致するように制
御される。
際の回転速度信号との偏差に応じて、発電出力指
令信号に補正を加えるようにしたので、前記回転
速度偏差が零となるように水車の負荷が変化し、
常に回転速度が最適回転速度に一致するように制
御される。
以下、本発明を図示の各実施例について説明す
る。
る。
第1図は本発明の一実施例に係る制御装置のブ
ロツク図である。なお、第1図中、第4図と同一
符号は同一物または相当物を示す。
ロツク図である。なお、第1図中、第4図と同一
符号は同一物または相当物を示す。
水車特性関数発生器5には発電出力指令P0と
水位検出信号Hが入力されて、最適回転速度指令
Naと最適案内弁開度指令Yaが発生する。最適回
転速度指令Naは回転速度検出器6で検出された
実際の回転速度信号Nと、比較器10で比較さ
れ、その偏差ΔN(=Na−N)が演算器11に入
力される。演算器11は比例要素K1、積分要素
K2/S、および加算器12からなり、前記偏差
ΔNがある限りこれを零にするように、発電出力
指令を補正する補正信号ΔCを出力する。この補
正信号ΔCは加算器13で外部より与えられる発
電出力指令P0と加算され、最終発電出力指令
P0′となり比較器15に入力される。
水位検出信号Hが入力されて、最適回転速度指令
Naと最適案内弁開度指令Yaが発生する。最適回
転速度指令Naは回転速度検出器6で検出された
実際の回転速度信号Nと、比較器10で比較さ
れ、その偏差ΔN(=Na−N)が演算器11に入
力される。演算器11は比例要素K1、積分要素
K2/S、および加算器12からなり、前記偏差
ΔNがある限りこれを零にするように、発電出力
指令を補正する補正信号ΔCを出力する。この補
正信号ΔCは加算器13で外部より与えられる発
電出力指令P0と加算され、最終発電出力指令
P0′となり比較器15に入力される。
最適案内弁開度指令Yaは案内弁駆動装置8に
入力される。案内弁駆動装置8は加算器14と積
分要素K4/Sとからなり、その出力が加算器1
4に負帰還されている。また、前記最終発電出力
指令P0′は比較器15に入力され、他方の入力で
ある発電出力検出器16で検出された実際の発電
出力信号PGと比較されて、その偏差ΔP(=P0′−
PG)が電力制御装置17に入力される。電力制
御装置17は比例要素K5、積分要素K6/Sおよ
び加算器18からなり、その出力がサイクロコン
バータ3に入力される。
入力される。案内弁駆動装置8は加算器14と積
分要素K4/Sとからなり、その出力が加算器1
4に負帰還されている。また、前記最終発電出力
指令P0′は比較器15に入力され、他方の入力で
ある発電出力検出器16で検出された実際の発電
出力信号PGと比較されて、その偏差ΔP(=P0′−
PG)が電力制御装置17に入力される。電力制
御装置17は比例要素K5、積分要素K6/Sおよ
び加算器18からなり、その出力がサイクロコン
バータ3に入力される。
このように構成された本実施例の制御装置にお
いて、いま時点t0で例えば発電出力PGをステツプ
状に上昇させようとして、発電出力指令P0を第
2図aに示すようにステツプ状に上昇させると、
発電機1の発電出力PGは、第2図gに示すよう
に、発電出力指令P0の変化に追従して上昇する
がこの段階では後述の理由で最終発電出力指令
P0′は発電出力指令P0より小さいのでPGはP0に近
い値までしか上らない。最終発電出力指令P0′に
対しては電力制御装置17に含まれる積分要素
K6/Sと、電力制御装置17、サイクロコンバ
ータ3、発電機1、発電出力検出器16および比
較器15によつて構成される負帰還回路により、
偏差ΔP(=P0′−PG)を次第に減少せしめ最終的
にPG−P0′となる。一方、最適案内弁開度指令Ya
に対しての案内弁9の開度Yの応答性は、前述の
発電出力指令P0′に対しての発電出力PGの応答性
よりも遅い。このため、当初は発電出力PGより
も水車出力PTの方が小さくなり、第2図fに示
すように、回転速度Nは発電出力指令PGの急変
後、一時的に減速され、その後、時点t1で案内弁
開度Yの開きに伴つて上昇してきた水車出力PT
が先に立上つている発電出力PGとほぼ等しくな
るので、回転速度Nの低下は止む。なお、時点t1
では実際の回転速度Nの方が最適回転速度指令
Naよりも低く、偏差ΔN(=Na−N)が正で、演
算器11から出力される補正信号ΔCは正である
から、この補正信号ΔCで補正された最終発電出
力指令P0′=P0−ΔCは発電出力指令P0より小で、
従つて実際の発電出力PGも発電出力指令P0より
若干小さい。その後も案内弁開度Yは発電出力指
令P0相当まで開き続けるので水車出力PTと発電
出力PGの差は広がり回転速度Nは増大して最適
回転速度指令Naに近付くとともに、補正信号ΔC
も零に近付き、最終的に最終発電出力指令P0′は
発電出力指令P0と一致し、回転速度Nは最適回
転速度指令と等しくなる。すなわち、演算器11
に含まれる積分要素K2/Sと、演算器11、加
算器13、比較器15、電力制御装置17、サイ
クロコンバータ3、発電機1、回転速度検出器6
および比較器10によつて構成される負帰還回路
により、偏差ΔN(=Na−N)は次第に減少して
定常時にN=Naとなる。
いて、いま時点t0で例えば発電出力PGをステツプ
状に上昇させようとして、発電出力指令P0を第
2図aに示すようにステツプ状に上昇させると、
発電機1の発電出力PGは、第2図gに示すよう
に、発電出力指令P0の変化に追従して上昇する
がこの段階では後述の理由で最終発電出力指令
P0′は発電出力指令P0より小さいのでPGはP0に近
い値までしか上らない。最終発電出力指令P0′に
対しては電力制御装置17に含まれる積分要素
K6/Sと、電力制御装置17、サイクロコンバ
ータ3、発電機1、発電出力検出器16および比
較器15によつて構成される負帰還回路により、
偏差ΔP(=P0′−PG)を次第に減少せしめ最終的
にPG−P0′となる。一方、最適案内弁開度指令Ya
に対しての案内弁9の開度Yの応答性は、前述の
発電出力指令P0′に対しての発電出力PGの応答性
よりも遅い。このため、当初は発電出力PGより
も水車出力PTの方が小さくなり、第2図fに示
すように、回転速度Nは発電出力指令PGの急変
後、一時的に減速され、その後、時点t1で案内弁
開度Yの開きに伴つて上昇してきた水車出力PT
が先に立上つている発電出力PGとほぼ等しくな
るので、回転速度Nの低下は止む。なお、時点t1
では実際の回転速度Nの方が最適回転速度指令
Naよりも低く、偏差ΔN(=Na−N)が正で、演
算器11から出力される補正信号ΔCは正である
から、この補正信号ΔCで補正された最終発電出
力指令P0′=P0−ΔCは発電出力指令P0より小で、
従つて実際の発電出力PGも発電出力指令P0より
若干小さい。その後も案内弁開度Yは発電出力指
令P0相当まで開き続けるので水車出力PTと発電
出力PGの差は広がり回転速度Nは増大して最適
回転速度指令Naに近付くとともに、補正信号ΔC
も零に近付き、最終的に最終発電出力指令P0′は
発電出力指令P0と一致し、回転速度Nは最適回
転速度指令と等しくなる。すなわち、演算器11
に含まれる積分要素K2/Sと、演算器11、加
算器13、比較器15、電力制御装置17、サイ
クロコンバータ3、発電機1、回転速度検出器6
および比較器10によつて構成される負帰還回路
により、偏差ΔN(=Na−N)は次第に減少して
定常時にN=Naとなる。
尚案内弁9の開度Yは案内弁駆動装置8の中の
積分K4/S、加算器14を含む負帰還回路によ
つて最終的にYa−Y=0になるように制御され
る。即ち、YはYaに合せられる。
積分K4/S、加算器14を含む負帰還回路によ
つて最終的にYa−Y=0になるように制御され
る。即ち、YはYaに合せられる。
上述において(最適回転速度指令Na−回転速
度N)=ΔNに対する演算器11の応答は最終発
電出力指令P0′に対する発電出力PGの応答や最適
案内弁開度指令Yaに対する実際の案内弁開度Y
の応答に比して格段にゆつくりした応答になるよ
うに比例ゲインK1や積分ゲインK2を選ぶのが望
ましい。
度N)=ΔNに対する演算器11の応答は最終発
電出力指令P0′に対する発電出力PGの応答や最適
案内弁開度指令Yaに対する実際の案内弁開度Y
の応答に比して格段にゆつくりした応答になるよ
うに比例ゲインK1や積分ゲインK2を選ぶのが望
ましい。
ところが他方で大きな発電出力指令が与えられ
たり、発電出力指令変化前の回転速度が既に同期
速度よりかなり離れていた場合等では上述の回転
速度最適化制御がゆつくり過ぎるので過渡的には
Nが大きく変動した場合によつてはサイクロコン
バーターが許容する可変速運転許容バンドの上限
又は下限を踏み出す可能性もでてくる。
たり、発電出力指令変化前の回転速度が既に同期
速度よりかなり離れていた場合等では上述の回転
速度最適化制御がゆつくり過ぎるので過渡的には
Nが大きく変動した場合によつてはサイクロコン
バーターが許容する可変速運転許容バンドの上限
又は下限を踏み出す可能性もでてくる。
第3図はこの対策案を示す。
回転速度Nが同期速度よりΔN1だけ上昇した
らNの上昇に伴つて正符号の発電出力修正信号を
発し反対にNが同期速度よりΔN2だけ下降した
らNの下降に伴つて負符号の発電出力修正信号を
発する電力修正信号関数発生器21を設けこの出
力信号即ち電力修正信号ΔDも前記補正信号ΔCと
同様最終発電出力指令P0′に反映されるよう組合
せる。
らNの上昇に伴つて正符号の発電出力修正信号を
発し反対にNが同期速度よりΔN2だけ下降した
らNの下降に伴つて負符号の発電出力修正信号を
発する電力修正信号関数発生器21を設けこの出
力信号即ち電力修正信号ΔDも前記補正信号ΔCと
同様最終発電出力指令P0′に反映されるよう組合
せる。
かくしてNが可変速バンドを超えて上昇しよう
とした時はP0′が増大し即ち発電出力PGが増大し
回転速度を下げるように作用する。即ち回転上昇
を抑えるようにする。
とした時はP0′が増大し即ち発電出力PGが増大し
回転速度を下げるように作用する。即ち回転上昇
を抑えるようにする。
Nが可変速バンドを超えて下降しようとした時
にはP0′が減少し、即ち発電出力PGが減少して回
転速度を上げるように作用する。即ち回転下降を
抑えるようにする。
にはP0′が減少し、即ち発電出力PGが減少して回
転速度を上げるように作用する。即ち回転下降を
抑えるようにする。
かくして回転速度Nは可変速バンド内に確実に
保持される。
保持される。
以上の様に本発明によれば、発電出力制御、回
転速度最適化制御、案内弁開度最適化制御が同時
に矛盾なく達成でき、かつ許容可変速バンド内で
安定した可変速運転ができるようになる。
転速度最適化制御、案内弁開度最適化制御が同時
に矛盾なく達成でき、かつ許容可変速バンド内で
安定した可変速運転ができるようになる。
第1図は本発明の一実施例に係る制御装置のブ
ロツク図、第2図a〜gは同制御装置の各部にお
ける信号の波形図、第3図は本発明の他の実施例
に係る制御装置のブロツク図、第4図は従来の制
御装置の一例を示すブロツク図である。 1……巻線形誘導発電機、2……水車、3……
サイクロコンバータ、5……水車特性関数発生
器、6……回転速度検出器、7……スリツプ位相
検出用誘導機、8……案内弁駆動装置、9……案
内弁、10……比較器、11……演算器、13…
…加算器、15……比較器、16……発電出力検
出器、17……電力制御装置、21……電力修正
信号関数発生器、22……加算器。
ロツク図、第2図a〜gは同制御装置の各部にお
ける信号の波形図、第3図は本発明の他の実施例
に係る制御装置のブロツク図、第4図は従来の制
御装置の一例を示すブロツク図である。 1……巻線形誘導発電機、2……水車、3……
サイクロコンバータ、5……水車特性関数発生
器、6……回転速度検出器、7……スリツプ位相
検出用誘導機、8……案内弁駆動装置、9……案
内弁、10……比較器、11……演算器、13…
…加算器、15……比較器、16……発電出力検
出器、17……電力制御装置、21……電力修正
信号関数発生器、22……加算器。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 電力系統に接続された巻線形誘導発電機と、
この巻線形誘導発電機を回転駆動する水車と、こ
の水車に供給される水量を調整する案内弁と、こ
の案内弁の開度を案内弁開度指令に応じて制御す
る案内弁駆動装置と、前記巻線形誘導発電機の回
転速度を検出する回転速度検出器とを備え、前記
回転速度検出器から得られる回転速度信号と少な
くとも外部から与えられる発電出力指令に応じ
て、前記巻線形誘導発電機の二次巻線に与える交
流励磁電流と前記案内弁の開度を制御し、前記巻
線形誘導発電機を最適回転速度で回転させるとと
もに、前記巻線形誘導発電機の一次巻線に電力系
統と同一定格周波数の交流電力を発生させる可変
速水車発電装置の制御装置において、前記巻線形
誘導発電機の発電出力を検出する発電出力検出器
と、少なくとも前記発電出力指令を入力して最適
回転速度指令と最適案内弁開度指令を出力する水
車特性関数発生器と、前記最適回転速度指令と前
記回転速度信号の偏差を入力してこの偏差を零と
するような補正信号を出力する補正演算器と前記
補正信号と前記発電出力指令の合成信号と前記発
電出力検出器で検出された実際の発電出力信号を
比較しこの偏差を零とするように前記二次巻線に
与える交流励磁電流を制御する電力制御装置を備
えたことを特徴とする可変速水車発電装置。 2 特許請求の範囲第1項において、前記回転速
度信号が所定の許容変動範囲を超えて変動しよう
とした時にはこれを抑制する方向に信号を発する
回転変動抑制回路を備えこの抑制回路の出力信号
も前記合成信号に加えるように構成したことを特
徴とする可変速水車発電装置。 3 特許請求の範囲第1項において補正回路を少
なくとも並列に配置したP(比例)及びI(積分)
回路を含むように構成したことを特徴とする可変
速水車発電装置。
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