JPH044799A - 交流励磁同期機の制御装置 - 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〕 この発明は斜流形ポンプ水車交流励磁同期機（ＡＥＳＭ
）が接続された可変速揚水発電システムにおける電力制
御と回転数制御を行う交流励磁同期機の制御装置に関す
るものである。

［従来の技術］ 最近の電力系統は原子力の比率の増大、及び火力のプー
リースタートストップの増大等に伴い深夜帯の揚水発電
電動機の入力調整による系統周波数制御（ＡＦＣ；Ａｕ
ｔｏｍａｔｉｃ　　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　　Ｃｏｎｔｒ
ｏｌ）が必要となってきた。

第６図は、例えば電気学会　電力技術研究会（Ｓ６２．
７．２７／２８．於名古屋）発表論文ｒ可変速揚水発電
システムによる系統安定化効果のシミュレーション解析
」又は日本電気協会誌８６２．１２月号「世界初の可変
速発電システムについて」等に示された従来の可変速揚
水発電機の原理図であり、図において、ｌは交流励磁同
期機（ＡＥＳＭ）３０（７）電機子、２は同じ＜ＡＥＳ
Ｍ３０の回転子（２次コイル）、３はシャフト４に結合
した可逆式ポンプ水車、５は励磁変換器用変圧器、６は
励磁用変換器（以下、ＥＸと略称）、７は回転位置検出
器（レゾルバ）、８はＡＥＳＭ３０の励磁電流を制御す
る制御器、９は発電機出力電流を検出する変流器、１０
は同じく電圧を検出する計器用変圧器、１γはガイドベ
ーン開度制御器である。図中Ｈは落差を示す。

次に動作について説明する。まずＡＥＳＭ３０を可変速
で運転するには、該ＡＥＳＭ３０を２次励磁する方式が
通常採用される。この制御方式はＡＥＳＭ３０の回転子
２の回転数が変っても、系統周波数と常に一致するよう
に回転子２のスベリ分だけ励磁用変換器６の２次励磁に
より周波数を補正してやることにより系統との並列運転
が可能である。

励磁用変換器６（２次励磁装置）としては、交流から直
接に交流を作るサイクロコンバータ方式や交流から一度
直流に変換して再度交流を作るコンバータとインバータ
との組合せ回路で構成する方法等がある。可変速揚水発
電システムとしては設定された電力や回転数および電圧
になるように励磁用変換器６を制御器８により制御して
ＡＥＳＭ３０を運転する。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の交流励磁同期機の制御装置は以上のように構成さ
れているので、可逆式ポンプ水車としては、フランシス
形ポンプ水車の適用が主流であった。そのため制御装置
も今迄の可変速揚水発電所設備ではフランシス形ポンプ
水車にしか適用できないという課題があった。

この発明は上記のような課題を解消するためになされた
もので、斜流形ポンプ水車の特性や構造上の制約条件の
もとでも最適の可変速運転が可能なＡＥＳＭの制御装置
を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る交流励磁同期機の制御装置は、斜流形ポ
ンプ水車を発電運転、または揚水運転する時に電力指令
値と落差とをパラメータとして最適の回転数を演算し出
力する最適回転数演算器と、その電力指令値と落差とを
パラメータとして最適ガイドベーン開度及び最適ランナ
ベーン開度とを演算し出力する最適ガイドベーン開度・
最適ランナベーン開度函数発生器と、その最適ガイドベ
ーン開度・最適ランナベーン開度函数発生器の指令によ
りランナベーン出力指令を斜流形ポンプ水車に与えてラ
ンナベーンを制御するランナベーン制御器と、その最適
ガイドベーン開度・最適ランナベーン開度函数発生器の
指令、又は前記最適回転数演算器の指令のいずれか一方
によりガイドベーン出力指令を斜流形ポンプ水車に与え
てガイドベーンを制御するガイドベーン制御器とで構成
したものである。

〔作用〕

この発明における交流励磁同期機の、制御装置は、電力
設定値と落差とをパラメータとして最適回転数と演算に
よって求め、かつ同パラメータを用いて最適ガイドベー
ン開度・最適ランナベーン開度函数発生器を介してラン
ナベーン制御器及びガイドベーン制御器を制御する。そ
して前記両制御器の出力信号により斜流形ポンプ水車の
運転効率が最大となるように運転特性を各種条件下で特
性分けして制御を実施する。

［発明の実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。図中
、第６図と同一の部分は同一の符号をもって図示した第
１図において、６は励磁用変換器（２次励磁回路：　Ｅ
Ｘ）でインバータとコンバータとで構成されている。ま
た１１は前記ＥＸ６のインバータ制御器、１２はそのイ
ンバータ制御器１１により制御されるＥＸ６のインバー
タ、１３は同じ＜ＥＸ６のコンバータ、１４は電力（入
力）指令器、１５は最適ガイドベーン開度とランナベー
ン開度演算器とからなる最適ガイドベーン開度・最適ラ
ンナベーン開度函数発生器、１６はランナベーン出力指
令ＲＶＯにより斜流形ポンプ水車を制御するランナベー
ン制御器、１７は同じくガイドベーン出力指令ＧＶＯを
出力するガイドベーン開度制御器、１８は発電機しゃ断
器、２１は最適回転数演算器、２２はＥＸ６を電力指令
か回転数指令かいづれの指令で制御するかの切替回路、
２３は回転数偏差制御入切スイッチである。

次に動作について説明する。まず、従来のフランシス形
ポンプ水車の場合には指令電力（入力）とその時の落差
とから最高効率になるようにＥＸ６とガバナを制御し回
転数とガイドベーン開度とを決めるようにしていた。

しかし、斜流形（アリア形とも称する）ポンプ水車の場
合には、発電、揚水運転共に高効率の運転が可能である
とは言うものの各種制限条件があるためにフランシス形
ポンプ水車のごとく運転が簡単でない。斜流形ポンプ水
車の水車方向の特性例を第２図に示す。縦軸に流量（出
力に比例）を表し、横軸は回転数（Ｎ）でガイドベーン
開度制御器１７の出力ＧＶＯによるガイドベーン開度と
ランナベーン制御器１６の出力ＲＶＯによるランナベー
ン開度がパラメータで全体が落差Ｈの函数となっている
。第２図でＡ−Ａは各流量における最高効率点の包絡線
、Ｂ−Ｂはランナベーン最大開度、Ｃ−Ｃはガイドベー
ン最大開度、イー口は回転数最低に調整、ロームは効率
最大になるように可変速で変化させる、ハーニも同様で
あるがランナベーン開度は最大で一定である。この運転
特性を図示したのが第３図である。図において横軸は水
車出力、縦軸は効率、流量、回転数を示している。同様
に斜流形ポンプ水車のポンプ特性を第４図に示す、縦軸
は回転数、横軸が流量（入力に比例）でガイドベーン開
度とランナベーン開度とがパラメータで全体が揚程の函
数となっている。

Ａ−Ａは各流量における最高効率点の包絡線、Ｂ−Ｂは
ランナベーン最大開度、Ｃ−Ｃはガイドベーン最大開度
、Ｄ−Ｄは逆流限界である。イー口は最大回転に調整、
ロームは最高効率となるように可変速で変化させる、ハ
ーニは最低回転に調整、ニーホも同様であるがランナベ
ーンは最大開度一定の運転範囲を示している。

この運転特性を第３図と同様に示したのが第５図である
。第１図の最適ガイドベーン開度・最適ランナベーン開
度函数発生器１５、最適回転数演算器２１は発電運転で
あれば第２図のごとき函数に従い、第３図のごと（指令
し、また揚水運転であれば第４図のごとき函数に従い第
５図のごとく指令してインバータ１２、可逆式ポンプ水
車３のガイドベーン、ランナベーンを制御してＡＥＳＭ
３０を与えられた制御条件下で最適な運転になるように
制御する。

また、上記実施例では２次励磁用変換器の例としてイン
バータとコンバータで構成した場合について説明したが
、サイクロコンバータであってもよ（、また可変速揚水
発電所でな（，２次励磁方式のＡＥＳＭの応用界、例え
ばフライホイール発電による系統安定化やフリッカ防止
装置であってもよく、上記実施例と同様の効果を奏する
。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、斜流形ポンプ水車を使
用し、ポンプ水車や２次励磁装置の各種制限条件のもと
に運転特性を区分して特性分けし、運転効率が常に最大
となるように指令入力（又は出力）と揚程（又は落差）
により予め決められた特性に合致するように回転数、ガ
イドベーン開度、ランナベーン開度を制御するので、斜
流形ポンプ水車であっても各種制限のもとて発電、揚水
に最適な可変速制御ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるＡＥＳＭの制御方法
を示すブロック図、第２図は斜流形ポンプ水車の水車特
性の一例を示す説明図、第３図は水車運転特性図、第４
図はポンプ特性の一例を示す説明図、第５図はポンプ運
転特性図、第６図は従来のＡＥＳＭの制御方式を示すブ
ロック図である。 図において、１は電機子、２は２次コイル、３は可逆式
ポンプ水車、６は励磁用変換器、１５は最適ガイドベー
ン開度・最適ランナベーン開度函数発生器、１６はラン
ナベーン制御器、１７はガイドベーン開度制御器、２１
は最適回転数演算器、３０は交流励磁同期機（ＡＥＳＭ
）である。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 特許比願人　三菱電機株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 可逆式ポンプ水車に直結された交流励磁同期機の２次コ
   イルを励磁用変換器により制御して可変速運転を行う交
   流励磁同期機の制御装置において、前記可逆式ポンプ水
   車として斜流形ポンプ水車を発電運転又は揚水運転時に
   電力指令値と落差とをパラメータとして最適の回転数を
   演算し出力する最適回転数演算器と、同じく前記電力指
   令値と落差とをパラメータとして最適ガイドベーン開度
   及び最適ランナベーン開度とを演算し出力する最適ガイ
   ドベーン開度・最適ランナベーン開度函数発生器と、前
   記最適ガイドベーン開度・最適ランナベーン開度函数発
   生器の指令によりランナベーン出力指令を斜流形ポンプ
   水車に与えて運転効率が最大となるように運転特性を区
   分してランナーベーンを制御するランナベーン制御器と
   、前記最適ガイドベーン開度・最適ランナベーン開度函
   数発生器の指令、又は前記最適回転数演算器の指令の何
   れか一方によりガイドベーン出力指令を斜流形ポンプ水
   車に与えて運転効率が最大となるように運転特性を区分
   してガイドベーンを制御するガイドベーン制御器とを備
   えたことを特徴とする交流励磁同期機の制御装置。