JPH0634626B2 - 可変速水車発電装置の制御装置 - Google Patents

可変速水車発電装置の制御装置

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JPH0634626B2
JPH0634626B2 JP60014776A JP1477685A JPH0634626B2 JP H0634626 B2 JPH0634626 B2 JP H0634626B2 JP 60014776 A JP60014776 A JP 60014776A JP 1477685 A JP1477685 A JP 1477685A JP H0634626 B2 JPH0634626 B2 JP H0634626B2
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一郎 人見
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B15/00Controlling
    • F03B15/02Controlling by varying liquid flow
    • F03B15/04Controlling by varying liquid flow of turbines
    • F03B15/06Regulating, i.e. acting automatically
    • F03B15/16Regulating, i.e. acting automatically by power output
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/04Control effected upon non-electric prime mover and dependent upon electric output value of the generator
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2101/00Special adaptation of control arrangements for generators
    • H02P2101/10Special adaptation of control arrangements for generators for water-driven turbines
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 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。
〔発明の背景〕
この種可変速水車発電装置の制御装置として、第5図に
示すようなものが提案されている(例えば、特願昭57-1
82920号参照)。
第5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の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、可変速運転が行なわされる。
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P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Nと最適案内弁開度指
令Y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Sを出力する。このスリツプ位相信
号Sと最適回転速度指令N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Yは案内弁駆動装置8に与えられ、水車
出力Pが最適値になるように案内弁9の開度を制御す
る。
このような制御装置において、いま発電出力Pをステ
ツプ状に上昇させようとして、発電出力指令Pを第6
図(a)に示すように変化させた場合、発電出力指令P
のステツプ状の上昇に伴つて最適回転速度指令N
と最適案内弁開度指令Yも、第6図(b),(c)に
示す如くステツプ状に上昇し、案内弁9の開度Yは案内
弁駆動装置8により、第6図(d)に示すように、最適
案内弁開度指令Yの値と一致するように制御され、こ
の案内弁9の開度の変化に従つて水車出力Pも、第6
図(e)に示すように変化して、発電出力指令Pに対
応した値となる。一方、発電機1の回転速度Nを、第6
図(f)に示すように上昇させて、最適回転速度指令N
に一致させるためには、その上昇分は見合うだけの発
電装置の回転系の運転エネルギが必要であるが、この運
動エネルギは水車出力Pで発電機1にかかる電気的負
荷、すなわち発電出力Pのいずれか一方から補ぎなう
しか方法がない。しかし、前記したように、水車出力P
は最適案内弁開度指令Yに応じて変化する案内弁9
の開度Yによつて決められているため、早急には上昇し
ない。このため、前記運転エネルギを発電出力Pから
補ぎなうことになり、第6図(g)に示すように、上昇
させるべき発電出力Pが過渡的に逆に下がつてしま
い、電力系統の運転上問題が生じる。この問題は発電出
力指令を下げる場合にも同様に生じる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、前記した従来技術の問題点を解決し、
発電効率を低下させることなく、発電出力を発電出力指
令に円滑に追従させて、電力系統の安定度を高め得る可
変速水車発電装置の制御装置を提供することにある。
〔発明の概要〕
この目的を達成するために、本発明においてはサイクロ
コンバータ側の制御を電力偏差による制御とし、案内弁
側の制御を回転速度偏差による制御とした。また、電力
偏差制御と回転速度偏差制御の目標値は、いずれも電力
指令から与える。このように構成すると、電気系統であ
るサイクロコンバータ側の制御の方が機械系統である案
内弁側の制御よりも応答が早いために、電力が回転速度
に先行して変化し、初期の目的である電力変動が円滑に
行える。但しこのようにすると、回転速度の低下が大き
くなりすぎる懸念が有り、この解決のために第3図の実
施例においては回転速度の変化が大きくなりすぎたと
き、電力偏差制御を抑制するようにしている。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を図示の各実施例について説明する。
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5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Pと水位検出
信号Hが入力されて、最適回転速度指令Nが発生す
る。最適回転速度指令Nは回転検出器6で検出された
実際の回転速度信号と比較器10で比較され、その偏差
ΔN(=N−N)が演算器11に入力される。演算器
11は比例要素K,積分要素K2/S、微分要素K、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Xを出力する。この補正信号Xが案
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からなり、その出力が加算器14
に負帰還されている。また、前記発電出力指令Pは比
較器15にも入力され、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Pと比較され
て、その偏差ΔP(=P−P)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K、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tで例えば発電出力Pをステツプ状に上昇さ
せようとして、発電出力指令P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
は、第2図(f)に示すように、発電出力指令P
の変化に追従して上昇する。すなわち、電力制御装置1
7に含まれる積分要素K1/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
び批較器15によつて構成される負帰還回路により、偏
差ΔP(=P−P)は次第に減少して定常時にP
=Pとなる。一方、案内弁9の開度Yは、前述の発電
出力指令Pに対しての発電出力Pの応答の結果生ず
る回転速度Nの低下と最適回転速度指令Nの上昇の両
方の影響を受けて応答する。このため、発電出力指令P
の急変後過渡的に発電出力Pよりも水車出力P
方が小さくなり、第2図(e)に示すように、回転速度
Nは一時的に減速され、その後、時点tで第2図
(c)に示すように、案内弁開度Yは、発電出力P
等しい水車出力Pを出すための値Yに達し回転速度
Nの低下は止む。なお、時点tでは実際の回転速度N
の方が最適回転速度指令Nよりも低く、偏差ΔN(=
−N)は正のままで、演算器11から出力される補
正信号Xは引き続き案内弁Yを開せしめるのでYはY
よりも大となり、水車出力Pは発電出力Pよりも大
となる。したがつて、回転速度Nは増大して最適回転速
度指令Nに近付くとともに、補正信号Xもゆつくり減
少し始める。最終的に案内弁開度YはYに戻り、回転
速度Nは最適回転速度指令と等しくなり安定する。すな
わち、演算器11に含まれる積分要素K2/Sと、加算器1
2、案内弁駆動装置8、案内弁9、水車2、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
負荷還回路により、偏差ΔN(=N−N)は次第に減
少して定常時にN=Nとなる。また、Y=Yは次の
ようにして達成される。(イ)前記したように、定常時
=Pとなる。(ロ)水車2のランナ、発電機1の
回転子等の総ての回転部の慣性効果は水車出力Pと発
電出力Pの差によつて加速されたり、減速されたりす
るもので、一種の積分要素とみることができ、しかも前
記したように11,8,9,2,1,6,10によつて
負帰還回路が構成されているので、定常時にはP=P
となる。(ハ)案内弁開度Yは水車出力Pに相当す
るものである。以上(イ)〜(ハ)を総合すれば、Y
=Yとなる。
さらに、第3図は本発明の他の実施例に係る制御装置の
ブロツク図である。
この実施例が第1図の実施例と異なる点は、最適回転速
度指令Nと回転速度Nとの偏差ΔNを入力して、その
値が所定値を越えたときに、電力補正信号ΔPを発生
する電力補正関数発生器21と、この電力補正信号ΔP
を発電出力指令Pから減じる加算器22が設けられ
ていることである。
したがつて、この実施例によれば、最適回転速度指令N
と回転速度Nの偏差ΔNが所定値を越えた場合に、電
力補正関数発生器21から電力補正信号ΔPが発生
し、これが加算器22に加えられて発電出力指令P
ら減じられるので、発電出力Pは、第4図(f)に示
すように、第2図(f)に比べてゆるやかに発電出力指
令Pの変化に追従して上昇することになる。一方、回
転速度Nの低下は、第4図(e)に示すように、その分
だけ抑えられ、最適回転速度指令Nの変化に対する回
転速度Nの応答が早くなる。すなわち、発電出力P
回転速度Nを、両者の調和をとりながら発電出力指令P
の変化に追従させることができる。
第1図及び第3図の実施例では水車特性関数発生器の入
力として発電出力指令Pの他に水位検出信号Hを考え
ているがHの変動が小さい場合にはこれを省いてもよい
場合がある。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、サイクロコンバ
ータ側の制御を電力偏差による制御とし、案内弁側の制
御を回転速度偏差による制御とし、電力偏差制御と回転
速度偏差制御の目標値は、いずれも電力指令から与える
ようにしたので、発電出力を発電出力指令に円滑に追従
させて、電力系統の安定度を高めることができる。ま
た、回転速度を最適回転速度指令に追従して変化させる
のを遅らせると、その分発電効率が低下するが、それは
極めて僅かな時間であるから、殆んど無視することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
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)〜(f)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(a)〜(f)は同制御装置
の各部における信号の波形図、第5図は従来の制御装置
の一例を示すブロツク図、第6図(a)〜(g)は同制
御装置の各部における信号の波形図である。 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、15……比較器、16……発電出力検出器、
17……電力制御装置、21……電力補正関数発生器、
22……加算器。
フロントページの続き (72)発明者 桑原 尚夫 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 人見 一郎 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 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

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電力系統に接続された巻線型誘導発電機
    と、この巻線型誘導発電機の二次巻線を交流励磁するサ
    イクロコンバータと、巻線型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
    を備えた可変速水車発電装置において、 可変速水車発電装置に対する発電出力指令と巻線型誘導
    発電機の発電出力との偏差を入力としてサイクロコンバ
    ータに制御出力を与える電力制御装置と、少なくとも前
    記可変速水車発電装置に対する発電出力指令を入力とし
    てこの可変速水車発電装置の回転速度の目標信号を与え
    る水車特性関数発生器と、この水車特性関数発生器の出
    力と可変速水車発電装置の回転速度との偏差を入力とし
    て前記案内弁の開度目標信号を得る演算器と、該演算器
    出力に応じて前記案内弁の開度を制御する案内弁駆動装
    置とを備えたことを特徴とする可変速水車発電装置の制
    御装置。
  2. 【請求項2】第1項記載の可変速水車発電装置の制御装
    置において、 前記回転速度偏差が所定値より大きいときに、前記電力
    制御装置の入力を修正する電力補正関数発生器を設けた
    ことを特徴とする可変速水車発電装置の制御装置。
JP60014776A 1985-01-28 1985-01-28 可変速水車発電装置の制御装置 Expired - Lifetime JPH0634626B2 (ja)

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