JPH06103023B2 - 可変速揚水装置の制御装置 - Google Patents

可変速揚水装置の制御装置

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JPH06103023B2
JPH06103023B2 JP61099846A JP9984686A JPH06103023B2 JP H06103023 B2 JPH06103023 B2 JP H06103023B2 JP 61099846 A JP61099846 A JP 61099846A JP 9984686 A JP9984686 A JP 9984686A JP H06103023 B2 JPH06103023 B2 JP H06103023B2
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彰廣 酒寄
尚夫 桑原
阪東  明
泰照 大野
茂明 林
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、所望の任意の回転速度で運転できる回転電気
機械と電力変換装置とからなる電力系統に接続された可
変速揚水システムに係り、特に外部より与えられる負荷
設定指令に合せて駆動電動機の入力を調整し乍ら高効率
で運転する可変速揚水発電装置の制御装置に関する。
〔従来の技術〕
従来の同期発電電動機を使用する揚水発電システムで
は、ポンプ水車の回転速度は発電運転でも揚水運転でも
同一の一定値に固定される。揚水運転時の運転特性の一
例を第7図に示す。本図は、可動案内羽根を有するポン
プの性能を示す線図で、1,1′は案内羽根開度をY1,Y2
固定しポンプ回転速度をN2に保持した場合の揚水量Qと
効率ηの関係曲線、2,2′は、上記に対応する揚水量Q
と全揚程Hの関係曲線である。本図より回転速度及び案
内羽根開度を固定すると各案内羽根開度での最高効率点
(図中a,b点)を離れ、激しい効率の落ち込みが生じ振
動,キヤビ等の運転特性が悪下するため上記a,b点を結
ぶ包絡線(破線表示)の如く揚程Hに応じて案内羽根開
度を一義的に調整して運転していた。
この様な揚水発電システムの揚水運転時は、電力系統か
ら見れば全く自由度のない(調整の効かない)単純負荷
になり電力系統の電力需給バランスを改善する様な調整
は一切できなかつた。
こういう従来技術の背景を踏まえて、ポンプ水車の回転
速度を可変にしポンプ運転時の自由度を増すための検討
や提案がなされつつある。例えば昭和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」
があるが、具体的に可変速揚水システムについては触れ
られていない。
一方従来の可変速電動システムとしては、交流系統と電
動機の間に周波数変換器を設ける方法,巻線型誘導機の
1次側を交流系統に接続し2次側と交流系統との間に周
波数変換器を設ける方法等があり各々周波数変換器を制
御し電動機に任意の回転速度を与えるものである。これ
らの周波数変換器のうち交流系統と電動機の間に周波数
変換器を設け可変速揚水運転を実現しようとしたものの
一例として特開昭48-21045号がある。しかしながら本公
知例には具体的な制御回路図については触れられていな
かつた。
本発明の目的は、上記従来技術において明確でなかつた
具体的制御回路及び装置構成を明示し揚水運転中にも電
動機負荷を調整可能にし、AFC等の電力系統制御に対応
できる可変速揚水システムを提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本願では、回転電気機械と電力変換装置からなる電力系
統に接続された可変速駆動装置と、それに駆動されるポ
ンプを含む可変速揚水システムを対象にしており、外部
より与えられる電力指令により前記ポンプを高効率で運
転するための最適回転速度を演算する最適回転速度関数
発生器と、その出力信号と実際の回転速度を検出する検
出器との出力信号を突き合せ、この偏差をゼロならしめ
るように電力制御補正信号を発する電力制御補正信号発
生器とを設け、その補正信号を前記電力指令に加算する
加算器により合成信号とし、その合成信号と実際の電動
機入力の検出信号を突き合せこの偏差をゼロならしめる
様に、即ち実際の電力機入力を前記合成信号に合せる様
励磁制御を行なう電力制御装置を設けることにより前記
電動機の入力制御と回転速度制御を行ない、他方少なく
とも前記電力指令によりその時の最適案内羽根開度を演
算する最適案内羽根関数発生器と、その出力信号と実際
の案内羽根開度を合わせる様制御する案内羽根開度制御
装置を設けることにより案内羽根制御を行なう様に構成
する。
〔作用〕
これにより、揚水運転時の外部からの電力指令に応じて
高効率なポンプの負荷調整運転をするという目的が達成
される。
〔実施例〕
以下本発明の一実施例を第1図により説明する。第1図
は本発明による制御回路図で(尚、電力制御の為の交流
励磁回路についての詳細は本発明に直接関係しないので
図示していない。)外部からの電力指令POとその時の全
揚程HST(ポンプの上下貯水槽の単純な水位差を示し、
これに対し実揚程Hは全揚程HSTと該揚水系統の水路損
失を加算したものと定義され、該揚水系統の立地条件に
より運転時の水位変動(HST変動)が少ない場合は、HST
を入力信号とする必要はない。以下入力信号として定義
するHSTは同様である。)を入力としてその時の最適回
転速度NOPTを演算する最適回転速度関数発生器12からの
出力信号NOPTと実際の回転速度Nを比較すると共に負帰
還回路を構成し、その偏差をゼロとするために少なくと
も積分要素を備えた電力制御補正信号発生器16により補
正信号εが出力される回転速度制御回路、電力指令PO
その補正信号εを加算し合成信号PO+εとし実際の入力
PMと比較すると共に負帰還回路を構成しその偏差をゼロ
とするために少なくとも積分要素を備えた電力制御器7
により交流励磁制御される電力変換器3,17により電動機
の入力PMが合成信号PO+εとなる様にした電力制御回
路,外部からの負荷指令POと全揚程HSTを入力としてそ
の時の最適案内羽根開度YOPTを演算する最適案内羽根開
度関数発生器13の出力信号YOPTと実際の案内羽根開度Y
を比較すると共に負帰還回路を構成し、案内羽根制御器
9に含まれる積分要素によりその偏差がゼロとなる案内
羽根制御回路とにより本発明が達成されることを示して
いる。本回路によれば、前記回転速度制御回路によりN
=NOPT、前記電力制御回路によりPM=PO+ε、前記案内
羽根制御回路によりY=YOPTとすることができる。ここ
でポンプが要求する入力PPと実際の電動機への入力P
Mは、一種の積分要素と見なせる電動機及びポンプが有
する慣性モーメントGD2とNと回転速度制御回路,電力
制御回路より成る負帰還回路によりその偏差がゼロとな
ることからPM=PP、また前記関数発生器の誤差を無視す
ればYOPT=PO相当、NOPT=PO相当となるので、PO=YOPT
=Y=PP=PMの関係が成り立ち、電力制御補正信号εは
ゼロとなる。以上より本願の目的である外部からの電力
指令POに応じて実際の入力PMを制御することができる。
第2図は上記第1図の制御回路により巻線形誘導機2を
可変速電動機として用いた場合の装置構成を示す一例で
ある。図中同一番号は同一品を示す。巻線形誘導機2の
1次側が電力系統1に接続されて2次側が電力変換器3
に接続され誘導機2の入力は、この電力変換器3により
交流励磁電流の位相指令に応じて増減される。実際の入
力PMは電力検出器6により検出され比較器へ又実際の回
転速度Nは回転速度検出器5により検出され比較器へ各
々入力される。
第3図は、第1図の制御回路による別の実施例を示す装
置構成図で可変速電動機として同期機10を用い、系統1
と同期機10との間に電力変換器17を用いた場合である。
この電力変換器への位相指令との突合せのため位相検出
器11を設けている。
第4図は第1図の最適案内羽根開度関数発生器の一例、
第5図は同じく最適回転速度関数発生器の一例を示すも
ので各々負荷指令POと実揚程Hにより信号値が演算され
る。尚図中のa〜f点及びa′〜f′点は第6図に示す
ポンプ特性図の各点に対応している。第6図は、第7図
のポンプ特性図を基に作成したもので図中3は第7図の
揚水量Qに対する全揚程H曲線2に点線で示す包絡線特
性を回転速度毎に示したものである。図中4はその図中
3の特性より揚水量Qに対する所要負荷PPを示したもの
である。これよりポンプ固有特性により制約される包絡
線運転を維持しながらその時の運転条件に対応する最適
運転点が上記2種の関数発生器に与えられることと、実
際の回転速度Nと案内羽根開度Yとの関係は該関数発生
器出力であるNOPT,YOPTに各々制御することが必要であ
ることが分る。尚第4図,第5図の横軸は説明を簡単に
するために全揚程H(第6図のタテ軸)としたが、実施
例は実揚程HSTを信号として用いている。その場合は、
第6図の一点鎖線で示す様に全揚程から揚水量Qの関数
となる水路損失を引いて実揚程の線とした曲線により最
適点を定義すればよく、f点で示す様になる。また第7
図に一点鎖線で示す曲線は、案内羽根開度をY2に固定し
た場合に回転速度をN2からN3に変えたときの特性曲線を
示し最適効率点であるa点相当の運転点がc点に移る様
子を示している。この様に全包絡線上の運転点を回転速
度毎に移動させて求めたのが第6図の曲線4である。
第2A図は特許請求の範囲第5項による第2図の変形例で
ある。上述の様に外部からの電力指令POによる最適回転
速度NOPTと最適案内羽根開度YOPTは一つに決まるので、
NOPT=PO相当=Nの関係から最適案内羽根開度関数発生
器8の入力を実際の回転速度Nとしている。
第2B図は、特許請求の範囲第4項による第2図の変形例
である。上記において最適案内羽根開度関数発生器8へ
の入力を最適回転速度信号NOPTとしている。
〔発明の効果〕
本発明によれば、外部からの電力指令に応じて負荷制御
できる可変速揚水システムを提供できるので、系統の変
動負荷をまかなうために昼間は発電,夜間は揚水として
運転する揚水発電システムにおいて、揚水運転時にも系
統より求められる電力調整によも、効率よく対応できる
ため、経済的効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による制御回路図、第2図は
第1図による誘導機を用いた場合の可変速揚水装置の装
置構成図の一実施例、第2A図は第2図において最適案内
羽根開度関数発生器の入力を実際の回転速度とした場合
の一実施例、第2B図は第2A図において最適回転速度信号
NOPTを入力とした場合の一実施例、第3図は第2図にお
いて同期機と系統の間に電力変換器を設けた場合の可変
速揚水装置の装置構成図、第4図は最適案内羽根開度関
数発生器の一例、第5図は最適回転速度関数発生器の一
例、第6図は第4図,第5図を導出する可変速ポンプ特
性図、第7図はポンプ特性図である。 1……電力系統、2……巻線形誘導機、3,17……電力変
換装置、4……ポンプ水車、5……速度検出器、6……
電力検出器、7……電力制御器、8……速度入力による
最適案内羽根開度関数発生器、9……案内羽根制御器、
10……同期機、11……位相検出器、12……最適回転速度
関数発生器、13……P指令入力による最適案内羽根開度
関数発生器、16……電力制御補正信号発生器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阪東 明 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 大野 泰照 大阪府大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 林 茂明 大阪府大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電力株式会社内 審査官 阿部 寛

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電力系統に接続された電動機と、その二次
    巻線を交流励磁する電力変換装置と、電動機軸に結合さ
    れた案内羽根付揚水ポンプとを備えた可変速揚水装置に
    おいて、外部より与えられる電動機の電力指令信号に応
    じて揚水ポンプの最適回転速度指令を発する第1の関数
    発生器と、該最適回転速度指令と実際の回路速度を突き
    合せ、この偏差がゼロになるように制御する電動機電力
    補正信号を発する補正信号回路と、電動機電力補正信号
    と電動機電力指令信号の合成信号に電動機の実際の入力
    を合わせるように制御する電動機制御装置と、電動機電
    力指令に応じて揚水ポンプの最適案内羽根開度指令を出
    力する第2の関数発生器と、実際の案内羽根開度を最適
    案内羽根開度指令に合わせるように制御する案内羽根制
    御装置を具備することを特徴とする可変速揚水装置の制
    御装置。
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DE8787106153T DE3770332D1 (de) 1986-04-30 1987-04-28 Energiegeneratorsystem vom pumpen-aufschlagstyp mit veraenderlicher geschwindigkeit.
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