JPH0638599A - 揚水発電装置 - Google Patents
揚水発電装置Info
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- JPH0638599A JPH0638599A JP4214751A JP21475192A JPH0638599A JP H0638599 A JPH0638599 A JP H0638599A JP 4214751 A JP4214751 A JP 4214751A JP 21475192 A JP21475192 A JP 21475192A JP H0638599 A JPH0638599 A JP H0638599A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 経済的な揚水運転時の自動周波数調整が可能
な揚水発電装置を得ることを目的とする。 【構成】 可逆式ポンプ水車３に直結された交流励磁同
期機Ｍと、この交流励磁同期機Ｍの２次側電圧を制御し
て該交流励磁同期機の可変速運転を行なう励磁用変換器
６とを有する揚水発電装置において、指令回転数がスベ
リ零付近の運転禁止帯に入ったら該運転禁止帯の外側で
運転するように指令回転数を修正する回転数修正装置３
５と、前記運転禁止帯を通過中は励磁電流を絞る電流絞
り回路３３とを具備した構成である。
な揚水発電装置を得ることを目的とする。 【構成】 可逆式ポンプ水車３に直結された交流励磁同
期機Ｍと、この交流励磁同期機Ｍの２次側電圧を制御し
て該交流励磁同期機の可変速運転を行なう励磁用変換器
６とを有する揚水発電装置において、指令回転数がスベ
リ零付近の運転禁止帯に入ったら該運転禁止帯の外側で
運転するように指令回転数を修正する回転数修正装置３
５と、前記運転禁止帯を通過中は励磁電流を絞る電流絞
り回路３３とを具備した構成である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は例えばポンプ水車に交
流励磁同期機を接続した揚水発電装置に関するものであ
る。
流励磁同期機を接続した揚水発電装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種の揚水発電装置としては、
次のようなものが知られている。
次のようなものが知られている。
【０００３】（１）図１５は例えば特開昭６２−７７０
８２号公報に示された可変速揚水発電装置の原理を説明
するブロック図であり、図において、Ｍは巻線形誘導発
電電動機の２次側をスベリ周波数により２次励磁し、可
変速度で指定された電力にて運転される交流励磁同期機
Ｍ（以下、ＡＥＳＭと略称する）、１はその巻線形誘電
発電電動機の電機子、２はその誘電発電電動機の回転子
（２次コイル）、３は可逆式ポンプ水車、４はシャフ
ト、５はサイクロコンバータ用変圧器、６は励磁用変換
器としてのサイクロコンバータ（以下、ＥＸと略称す
る）、７は回転数検出器、８はサイクロコンバータの制
御器である。
８２号公報に示された可変速揚水発電装置の原理を説明
するブロック図であり、図において、Ｍは巻線形誘導発
電電動機の２次側をスベリ周波数により２次励磁し、可
変速度で指定された電力にて運転される交流励磁同期機
Ｍ（以下、ＡＥＳＭと略称する）、１はその巻線形誘電
発電電動機の電機子、２はその誘電発電電動機の回転子
（２次コイル）、３は可逆式ポンプ水車、４はシャフ
ト、５はサイクロコンバータ用変圧器、６は励磁用変換
器としてのサイクロコンバータ（以下、ＥＸと略称す
る）、７は回転数検出器、８はサイクロコンバータの制
御器である。
【０００４】図１６は上記可変速揚水発電装置の揚水方
向運転特性を示すもので、縦軸はポンプ入力を％表示、
横軸はポンプの揚程である。揚程の１００％は最高揚程
で、最低揚程が９０％の場合を示している。点Ｐ１〜Ｐ
４，Ｐ１３，Ｐ１４は特定のポイントを示しており、ラ
インＬ１２は最大ポンプ入力、Ｌ５は１００％ポンプ入
力、Ｌ６は安定なるポンプ運転の限界線、Ｌ７は最低揚
程におけるポンプ入力の最小しぼり込み値の限界、ライ
ンＬ８〜Ｌ１１は回転数を各々１０２，１００，９７．
５，９５％に変えた場合の運転特性曲線である。
向運転特性を示すもので、縦軸はポンプ入力を％表示、
横軸はポンプの揚程である。揚程の１００％は最高揚程
で、最低揚程が９０％の場合を示している。点Ｐ１〜Ｐ
４，Ｐ１３，Ｐ１４は特定のポイントを示しており、ラ
インＬ１２は最大ポンプ入力、Ｌ５は１００％ポンプ入
力、Ｌ６は安定なるポンプ運転の限界線、Ｌ７は最低揚
程におけるポンプ入力の最小しぼり込み値の限界、ライ
ンＬ８〜Ｌ１１は回転数を各々１０２，１００，９７．
５，９５％に変えた場合の運転特性曲線である。
【０００５】可変速機でない常に定格回転数（ｎ＝１０
０％）で運転される揚水発電装置の揚水方向運転特性
は、図１６のラインＬ９に示す特性で揚程によって一義
的にポンプ入力が決められてしまうのに対し、上記可変
速揚水発電装置の場合は回転を定格の回転数より下げる
ことにより、点Ｐ２〜Ｐ４を結ぶ範囲内でポンプ入力の
調整が可能であり、回転を定格回転数より上げることに
より点Ｐ１３，Ｐ１４，Ｐ２，Ｐ３を結ぶ範囲内でポン
プ入力の調整が可能であり、合せてＰ１３，Ｐ２，Ｐ
４，Ｐ１４で囲まれた範囲が運転可能である。
０％）で運転される揚水発電装置の揚水方向運転特性
は、図１６のラインＬ９に示す特性で揚程によって一義
的にポンプ入力が決められてしまうのに対し、上記可変
速揚水発電装置の場合は回転を定格の回転数より下げる
ことにより、点Ｐ２〜Ｐ４を結ぶ範囲内でポンプ入力の
調整が可能であり、回転を定格回転数より上げることに
より点Ｐ１３，Ｐ１４，Ｐ２，Ｐ３を結ぶ範囲内でポン
プ入力の調整が可能であり、合せてＰ１３，Ｐ２，Ｐ
４，Ｐ１４で囲まれた範囲が運転可能である。
【０００６】（２）図１７は例えば平成３年電気学会全
国大会、第１１−５５，第１１−５６の「可変速揚水発
電システムの励磁装置保護方式」に示されたサイクロコ
ンバータ形可変速揚水発電装置のブロック図であり、前
記図１５と同一部分には同一符号を付して重複説明を省
略する。図１７において、９は周波数変換装置としての
サイクロコンバータであり、この入力側にそれぞれ並列
に過電圧抑制用サイリスタ１０、過電圧抑制アレスタ１
１、過電圧検出回路１２が接続されている。
国大会、第１１−５５，第１１−５６の「可変速揚水発
電システムの励磁装置保護方式」に示されたサイクロコ
ンバータ形可変速揚水発電装置のブロック図であり、前
記図１５と同一部分には同一符号を付して重複説明を省
略する。図１７において、９は周波数変換装置としての
サイクロコンバータであり、この入力側にそれぞれ並列
に過電圧抑制用サイリスタ１０、過電圧抑制アレスタ１
１、過電圧検出回路１２が接続されている。
【０００７】次に動作について説明する。ＡＥＳＭを可
変速で運転するには、ＡＥＳＭを２次励磁する方式が通
常採用される。回転数が変っても、系統周波数と一致す
るようにスベリ分だけ２次励磁により周波数を補正して
やれば、系統との並列運転が可能である。
変速で運転するには、ＡＥＳＭを２次励磁する方式が通
常採用される。回転数が変っても、系統周波数と一致す
るようにスベリ分だけ２次励磁により周波数を補正して
やれば、系統との並列運転が可能である。
【０００８】系統事故が発生すると、ＡＥＳＭの２次に
過電圧が発生することが知られており、過電圧検出回路
１２で過電圧を検出し、過電圧抑制用アレスタ１１を点
弧して過電圧を抑制していた。
過電圧が発生することが知られており、過電圧検出回路
１２で過電圧を検出し、過電圧抑制用アレスタ１１を点
弧して過電圧を抑制していた。
【０００９】（３）図１８は例えば特開平３−１１７３
９６号公報に示されたサイクロコンバータ形可変速揚水
発電装置の概要を示すブロックであり、前記図１５と同
一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。図１
８において、１３は計器用変流器、１４は計器用変圧器
である。図１９は上記装置に適用する１２相非循環電流
方式サイクロコンバータの回路図である。
９６号公報に示されたサイクロコンバータ形可変速揚水
発電装置の概要を示すブロックであり、前記図１５と同
一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。図１
８において、１３は計器用変流器、１４は計器用変圧器
である。図１９は上記装置に適用する１２相非循環電流
方式サイクロコンバータの回路図である。
【００１０】次に動作について説明する。まず、ＡＥＳ
Ｍを可変速で同期運転するには、該ＡＥＳＭの電機子１
を２次励磁する交流励磁方式が通常採用される。この励
磁方式は、例えば、図示のように、ＡＥＳＭの電機子１
の出力電圧をコンバータ用変圧器５で電圧変換した２次
電圧をＥＸ６に入力する。
Ｍを可変速で同期運転するには、該ＡＥＳＭの電機子１
を２次励磁する交流励磁方式が通常採用される。この励
磁方式は、例えば、図示のように、ＡＥＳＭの電機子１
の出力電圧をコンバータ用変圧器５で電圧変換した２次
電圧をＥＸ６に入力する。
【００１１】一般に同期発電機を並列運転するには、特
に両機の周波数，電圧の大きさ、及び位相の３要素が一
致していなければ並列投入と同時にじょう乱が発生する
ので、常に回転子２の回転数が高まっても系統周波数と
一致するように、スベリ分だけ２次励磁により周波数を
補正してやる必要がある。
に両機の周波数，電圧の大きさ、及び位相の３要素が一
致していなければ並列投入と同時にじょう乱が発生する
ので、常に回転子２の回転数が高まっても系統周波数と
一致するように、スベリ分だけ２次励磁により周波数を
補正してやる必要がある。
【００１２】そこで、ＥＸ６の周波数変換機能として、
交流電源からサイリスタのスイッチ作用を利用して直接
に周波数の異る交流電力を得、これをＡＥＳＭの回転子
２に供給するサイクロコンバータ制御方式が使用され
る。
交流電源からサイリスタのスイッチ作用を利用して直接
に周波数の異る交流電力を得、これをＡＥＳＭの回転子
２に供給するサイクロコンバータ制御方式が使用され
る。
【００１３】前記ＥＸ６としてはＡＥＳＭの回転子２の
回転位置検出機（例えば、レゾルバ）７の位置信号や変
流器１３による発電機出力電流，及び計器用変圧器１４
による発電機出力電圧等を制御要素として入力したサイ
クロコンバータ制御器８によって制御し、最終的に設定
された電力及び最適回転数になるようにＡＥＳＭをシス
テム制御している。
回転位置検出機（例えば、レゾルバ）７の位置信号や変
流器１３による発電機出力電流，及び計器用変圧器１４
による発電機出力電圧等を制御要素として入力したサイ
クロコンバータ制御器８によって制御し、最終的に設定
された電力及び最適回転数になるようにＡＥＳＭをシス
テム制御している。
【００１４】（４）図２０は例えば電学誌、１０７巻３
号、昭６２，第２１０頁、図１２に示された揚水発電装
置のブロックであり、図において、Ｍは電機子１と回転
子２を有するＡＥＳＭ、３はＡＥＳＭに直結されたポン
プ水車、１５はサイクロコンバータ、１６は自動電流制
御回路、１７は負荷調整回路、１８は出力設定器、１９
はポンプ水車３の入出力制御サーボ、２０はガバナ、２
１は回転速度演算回路、２２は弁開度演算回路、Ｐ，
Ｎ，Ｈ，ＧＶＯは各々実際の発生電力、回転数、落差、
ガイドベーン開度である。各々のサフィックスの零は指
令値を示す。
号、昭６２，第２１０頁、図１２に示された揚水発電装
置のブロックであり、図において、Ｍは電機子１と回転
子２を有するＡＥＳＭ、３はＡＥＳＭに直結されたポン
プ水車、１５はサイクロコンバータ、１６は自動電流制
御回路、１７は負荷調整回路、１８は出力設定器、１９
はポンプ水車３の入出力制御サーボ、２０はガバナ、２
１は回転速度演算回路、２２は弁開度演算回路、Ｐ，
Ｎ，Ｈ，ＧＶＯは各々実際の発生電力、回転数、落差、
ガイドベーン開度である。各々のサフィックスの零は指
令値を示す。
【００１５】上記の構成において、図１１に示すごとく
設定された電力（６５Ｐ）になるように、出力設定器１
８、負荷調整回路１７、自動電流制御回路１６によりサ
イクロコンバータ１５を制御して電力をＰのごとく制御
し、最適回転数（Ｎ0 ）になるように、出力設定器１
８、回転速度演算回路２１、ガバナ２０、弁開度演算回
路２２により入出力制御サーボ１９を制御して回転数Ｎ
でＡＥＳＭを運転する。
設定された電力（６５Ｐ）になるように、出力設定器１
８、負荷調整回路１７、自動電流制御回路１６によりサ
イクロコンバータ１５を制御して電力をＰのごとく制御
し、最適回転数（Ｎ0 ）になるように、出力設定器１
８、回転速度演算回路２１、ガバナ２０、弁開度演算回
路２２により入出力制御サーボ１９を制御して回転数Ｎ
でＡＥＳＭを運転する。
【００１６】（５）図２１は前記図２０に示す可変速揚
水発電装置の始動装置を示すブロック図であり、図１５
と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
図２１において、２３はＡＥＳＭ用しゃ断器、２４はＡ
ＥＳＭの相切替断路器、２５は主変圧器、２６はＥＸ用
しゃ断器、２７は始動用しゃ断器、２８は始動用変圧
器、２９は始動変圧器用しゃ断器、３０はサイリスタ始
動装置である。
水発電装置の始動装置を示すブロック図であり、図１５
と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
図２１において、２３はＡＥＳＭ用しゃ断器、２４はＡ
ＥＳＭの相切替断路器、２５は主変圧器、２６はＥＸ用
しゃ断器、２７は始動用しゃ断器、２８は始動用変圧
器、２９は始動変圧器用しゃ断器、３０はサイリスタ始
動装置である。
【００１７】次に上記始動装置の動作を説明する。相切
替断路器２４の揚水方向断路器（Ｐ側）を投入し、しゃ
断器２６，２９を投入しておき、始動指令によりまずポ
ンプ水車３の水面を押下げてからしゃ断器２７を投入
し、サイリスタ始動装置３０にて始動を開始する。サイ
リスタ始動装置３０にて昇速し、昇速中の励磁はＥＸ６
によりＤＣまたは低周波（スベリ３％以下）励磁とし、
同期速度近くまで加速したら始動用しゃ断器２７を解放
し、ＥＸ６を制御して揃速制御を行ない、発電機しゃ断
器２３で同期投入する。水面押下げ用空気排気後、プラ
イミング圧力を確立し、ガイドベーンを開けて揚水運転
に入る。なお、図２０の揚水発電装置および図２１の始
動装置に関連する従来例として、特開昭６０−２０１０
７８号公報、特開平２−１１１３００号公報、特公平３
−５１９１０号公報等がある。
替断路器２４の揚水方向断路器（Ｐ側）を投入し、しゃ
断器２６，２９を投入しておき、始動指令によりまずポ
ンプ水車３の水面を押下げてからしゃ断器２７を投入
し、サイリスタ始動装置３０にて始動を開始する。サイ
リスタ始動装置３０にて昇速し、昇速中の励磁はＥＸ６
によりＤＣまたは低周波（スベリ３％以下）励磁とし、
同期速度近くまで加速したら始動用しゃ断器２７を解放
し、ＥＸ６を制御して揃速制御を行ない、発電機しゃ断
器２３で同期投入する。水面押下げ用空気排気後、プラ
イミング圧力を確立し、ガイドベーンを開けて揚水運転
に入る。なお、図２０の揚水発電装置および図２１の始
動装置に関連する従来例として、特開昭６０−２０１０
７８号公報、特開平２−１１１３００号公報、特公平３
−５１９１０号公報等がある。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】従来の揚水発電装置は
以上のように構成されているので、それぞれ次のような
問題点があった。
以上のように構成されているので、それぞれ次のような
問題点があった。
【００１９】まず、前記（１）の揚水発電装置は、スベ
リ零（Ｓ＝０）即ち、定格回転数（ｎ＝１００％）付近
では、ＥＸ６の出力が非常に低周波で直流に近くなるた
め、３相の１アームに長く通電することにより、熱的に
ＥＸ６の容量を大きくしなければならず、不経済とな
る。
リ零（Ｓ＝０）即ち、定格回転数（ｎ＝１００％）付近
では、ＥＸ６の出力が非常に低周波で直流に近くなるた
め、３相の１アームに長く通電することにより、熱的に
ＥＸ６の容量を大きくしなければならず、不経済とな
る。
【００２０】前記（２）のサイクロコンバータ形可変速
揚水発電装置は、一度過電圧保護回路を動作させると、
復帰が困難となったり、復帰回路が複雑になったり、Ｅ
Ｘ６の出力側に過電圧保護装置を設ける必要があり、構
成も複雑なため装置スペースも大きく、不経済である。
揚水発電装置は、一度過電圧保護回路を動作させると、
復帰が困難となったり、復帰回路が複雑になったり、Ｅ
Ｘ６の出力側に過電圧保護装置を設ける必要があり、構
成も複雑なため装置スペースも大きく、不経済である。
【００２１】また、ＥＸ６は常に回転子２の回転数を検
出し、系統周波数や位相との差によるスベリ周波数でＡ
ＥＳＭを励磁しているため、系統並入指令が出たら、Ａ
ＥＳＭの発生電圧と系統電圧が一致すればすぐ並入して
いた。これは周波数と位相に常に一致しているものとし
て確認せず、従来の同期機と同じように電圧や位相を３
相回路で比較し、同期判定していたため、不十分な条件
で並入したり、装置が複雑になるなどの問題点があっ
た。
出し、系統周波数や位相との差によるスベリ周波数でＡ
ＥＳＭを励磁しているため、系統並入指令が出たら、Ａ
ＥＳＭの発生電圧と系統電圧が一致すればすぐ並入して
いた。これは周波数と位相に常に一致しているものとし
て確認せず、従来の同期機と同じように電圧や位相を３
相回路で比較し、同期判定していたため、不十分な条件
で並入したり、装置が複雑になるなどの問題点があっ
た。
【００２２】前記（３）のサイクロコンバータ形可変速
揚水発電装置は、ＥＸ６の容量は変換器の使用素子の容
量によって制限を受け、大容量の変換器への適用が難し
く、ＡＥＳＭの容量を大きくできなかったり、変換器で
ＡＥＳＭを自己始動できない等の問題点があった。
揚水発電装置は、ＥＸ６の容量は変換器の使用素子の容
量によって制限を受け、大容量の変換器への適用が難し
く、ＡＥＳＭの容量を大きくできなかったり、変換器で
ＡＥＳＭを自己始動できない等の問題点があった。
【００２３】前記（４）の揚水発電装置は、入出力設定
器を操作した時、電力は出力設定器１８により電気的に
ＥＸ６により即応するが、ガイドベーン動作が機械的で
遅いために、一時的に回転速度が反対方向に応動する。
また早い制御が電力でフィードバックされているため、
電力が一定に保たれることからガバナ系ループの安定性
が悪くなり、回転速度が可変速範囲を逸脱するおそれも
あり、ＡＦＣ信号での応動に問題がある場合があった。
器を操作した時、電力は出力設定器１８により電気的に
ＥＸ６により即応するが、ガイドベーン動作が機械的で
遅いために、一時的に回転速度が反対方向に応動する。
また早い制御が電力でフィードバックされているため、
電力が一定に保たれることからガバナ系ループの安定性
が悪くなり、回転速度が可変速範囲を逸脱するおそれも
あり、ＡＦＣ信号での応動に問題がある場合があった。
【００２４】前記（５）の揚水発電装置は、揚水始動時
にサイリスタ始動装置の設置を必要としたり、ＥＸ６で
ベクトル制御のみで自己始動する場合は該ＥＸの容量を
大きくしなければならず、不経済である。
にサイリスタ始動装置の設置を必要としたり、ＥＸ６で
ベクトル制御のみで自己始動する場合は該ＥＸの容量を
大きくしなければならず、不経済である。
【００２５】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、第１の目的は経済的な揚水運転
時の自動周波数調整（以下、ＡＦＣと略称する）が可能
な揚水発電装置を得ることである。
ためになされたもので、第１の目的は経済的な揚水運転
時の自動周波数調整（以下、ＡＦＣと略称する）が可能
な揚水発電装置を得ることである。
【００２６】第２の目的は簡潔な系統側事故対応と励磁
用変換器故障に対応できるようにすることである。
用変換器故障に対応できるようにすることである。
【００２７】第３の目的は小形で経済的で簡潔な揚水発
電装置を得ることである。
電装置を得ることである。
【００２８】第４の目的はＡＥＳＭを系統に並入する
時、確実に電圧、周波数、位相を一致させて並入する揚
水発電装置を得ることである。
時、確実に電圧、周波数、位相を一致させて並入する揚
水発電装置を得ることである。
【００２９】第５の目的は系統のニーズにマッチした安
定なＡＦＣ信号に応動可能な揚水発電装置を得ることで
ある。
定なＡＦＣ信号に応動可能な揚水発電装置を得ることで
ある。
【００３０】第６の目的は経済的な揚水運転時のＡＦＣ
調整が可能である揚水発電装置を得ることである。
調整が可能である揚水発電装置を得ることである。
【００３１】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る揚
水発電装置は、スベリ零付近の運転を避けるために一定
以下のスベリにならないように運転禁止帯を設け、指令
回転数がスベリ零付近の運転禁止帯に入ったら該運転禁
止帯の外側で運転するように指令回転数を修正する回転
修正装置と、前記運転禁止帯を通過中は励磁電流を絞る
電流絞り回路とを具備したものである。
水発電装置は、スベリ零付近の運転を避けるために一定
以下のスベリにならないように運転禁止帯を設け、指令
回転数がスベリ零付近の運転禁止帯に入ったら該運転禁
止帯の外側で運転するように指令回転数を修正する回転
修正装置と、前記運転禁止帯を通過中は励磁電流を絞る
電流絞り回路とを具備したものである。
【００３２】請求項２の発明に係る揚水発電装置は、励
磁用変換器を構成するインバータとコンバータの間の直
流電圧過大検出回路と、前記インバータ出力電流過大検
出回路と、系統異常検出回路と、これら２回路以上の検
出信号に基づいて異常を判断して、異常が発生したとき
は前記インバータの出力端子間に設けられた直流リンク
コンデンサ短絡回路または／およびインバータ出力短絡
回路を動作させ、異常が一定時間継続していれば、交流
励磁同期機をトリップさせ、直流電圧および系統電圧が
復帰すれば前記交流励磁同期機を平常運転させるインバ
ータ制御回路とを具備したものである。
磁用変換器を構成するインバータとコンバータの間の直
流電圧過大検出回路と、前記インバータ出力電流過大検
出回路と、系統異常検出回路と、これら２回路以上の検
出信号に基づいて異常を判断して、異常が発生したとき
は前記インバータの出力端子間に設けられた直流リンク
コンデンサ短絡回路または／およびインバータ出力短絡
回路を動作させ、異常が一定時間継続していれば、交流
励磁同期機をトリップさせ、直流電圧および系統電圧が
復帰すれば前記交流励磁同期機を平常運転させるインバ
ータ制御回路とを具備したものである。
【００３３】請求項３の発明に係る揚水発電装置は、交
流励磁同期機の回転子を制御する励磁用変換器を多相並
列多重型のインバータとコンバータとで構成し、各並列
インバータの電流バランス制御を各々並列回路毎に独立
してｄ，ｑ軸の２相成分で実施するため３相−２相変換
回路で変換した後、インバータ制御回路の指令信号と合
せて各々並列毎に独立して２相−３相変換回路で３相変
換して各並列多重インバータを制御し、コンバータはコ
ンバータ制御回路によって制御するようにしたものであ
る。
流励磁同期機の回転子を制御する励磁用変換器を多相並
列多重型のインバータとコンバータとで構成し、各並列
インバータの電流バランス制御を各々並列回路毎に独立
してｄ，ｑ軸の２相成分で実施するため３相−２相変換
回路で変換した後、インバータ制御回路の指令信号と合
せて各々並列毎に独立して２相−３相変換回路で３相変
換して各並列多重インバータを制御し、コンバータはコ
ンバータ制御回路によって制御するようにしたものであ
る。
【００３４】請求項４の発明に係る揚水発電装置は、交
流励磁同期機の発生電圧を系統電圧に同期して回転する
直交座標に変換して該発生電圧の直交座標成分が各々一
致するように前記励磁用変換器を制御する電圧制御回路
と、前記発生電圧の直交座標成分の各々が論理積条件で
一致した時に同期並入する同期検出装置とを具備したも
のである。
流励磁同期機の発生電圧を系統電圧に同期して回転する
直交座標に変換して該発生電圧の直交座標成分が各々一
致するように前記励磁用変換器を制御する電圧制御回路
と、前記発生電圧の直交座標成分の各々が論理積条件で
一致した時に同期並入する同期検出装置とを具備したも
のである。
【００３５】請求項５の発明に係る揚水発電装置は、励
磁用変換器とガバナの制御を電力偏差による制御と回転
数偏差による制御の両方が可能な回路と、自動周波数調
整信号の電力調整指令を前記励磁用変換器でも前記ガバ
ナでも運用上の必要性と系統の状況に応じて選択切替え
て制御する切替回路とを具備したものである。
磁用変換器とガバナの制御を電力偏差による制御と回転
数偏差による制御の両方が可能な回路と、自動周波数調
整信号の電力調整指令を前記励磁用変換器でも前記ガバ
ナでも運用上の必要性と系統の状況に応じて選択切替え
て制御する切替回路とを具備したものである。
【００３６】請求項６の発明に係る揚水発電装置は、励
磁用変換器を構成するインバータをパルス幅変調制御す
るパルス幅変調制御回路と、通常の発電時、揚水運転時
には指令条件で決まる最適励磁量になるように前記パル
ス幅変調制御を行なうベクトル制御回路と、揚水始動時
の初期回転時は速度制御信号による前記ベクトル制御回
路の制御信号で始動を開始し、規定回転まで回転が上昇
したら、周波数に比例した励磁電圧に上げる制御により
同期速度まで昇速するように上記パルス幅変調制御を行
なわしめるように前記インバータの制御を切替える制御
切替回路とを具備したものである。
磁用変換器を構成するインバータをパルス幅変調制御す
るパルス幅変調制御回路と、通常の発電時、揚水運転時
には指令条件で決まる最適励磁量になるように前記パル
ス幅変調制御を行なうベクトル制御回路と、揚水始動時
の初期回転時は速度制御信号による前記ベクトル制御回
路の制御信号で始動を開始し、規定回転まで回転が上昇
したら、周波数に比例した励磁電圧に上げる制御により
同期速度まで昇速するように上記パルス幅変調制御を行
なわしめるように前記インバータの制御を切替える制御
切替回路とを具備したものである。
【００３７】
【作用】請求項１の発明における揚水発電装置は、スベ
リ零付近の運転を禁止するように制御し、運転禁止帯を
通過中は励磁電流を絞り込む制御を行なうことにより、
容量が小さくても揚水運転中の自動周波数調整を可能と
する。
リ零付近の運転を禁止するように制御し、運転禁止帯を
通過中は励磁電流を絞り込む制御を行なうことにより、
容量が小さくても揚水運転中の自動周波数調整を可能と
する。
【００３８】請求項２の発明における揚水発電装置は、
異常発生時、保護用ＧＴＯの点弧で励磁用変換器の直流
回路およびインバータ出力回路を短絡することにより、
系統事故時のＡＥＳＭの２次過電圧、過電流および励磁
用変換器回路の故障による過電圧、過電流による機器の
損傷を防止する。
異常発生時、保護用ＧＴＯの点弧で励磁用変換器の直流
回路およびインバータ出力回路を短絡することにより、
系統事故時のＡＥＳＭの２次過電圧、過電流および励磁
用変換器回路の故障による過電圧、過電流による機器の
損傷を防止する。
【００３９】請求項３の発明における揚水発電装置は、
励磁用変換器を多相並列多重電圧型のインバータとコン
バータとコンバータとで構成され、このインバータの出
力電流が各並列回路毎に独立して３相−２相変換回路を
経てｄ，ｑ変換され、さらに各並列回路毎に電流バラン
ス回路で電流バランス制御を受けた後、再度各並列回路
毎に独立して２相−３相変換回路にかけ３相にもどさ
れ、各並列回路毎のインバータ制御回路により制御され
ることにより、大容量化に適用可能となる。
励磁用変換器を多相並列多重電圧型のインバータとコン
バータとコンバータとで構成され、このインバータの出
力電流が各並列回路毎に独立して３相−２相変換回路を
経てｄ，ｑ変換され、さらに各並列回路毎に電流バラン
ス回路で電流バランス制御を受けた後、再度各並列回路
毎に独立して２相−３相変換回路にかけ３相にもどさ
れ、各並列回路毎のインバータ制御回路により制御され
ることにより、大容量化に適用可能となる。
【００４０】請求項４の発明における揚水発電装置は、
系統電圧に同期して回転する直交座標により、交流励磁
同期機の発生電圧を直交座標変換して、直交座標上で電
圧制御、同期検出を行なうようにしたことにより、同期
並入を迅速、かつ、確実に行なうことができる。
系統電圧に同期して回転する直交座標により、交流励磁
同期機の発生電圧を直交座標変換して、直交座標上で電
圧制御、同期検出を行なうようにしたことにより、同期
並入を迅速、かつ、確実に行なうことができる。
【００４１】請求項５の発明における揚水発電装置は、
電力指令をＥＸに入れ、早く電力をＡＦＣ信号の要求に
追従させる場合と、電力指令をガバナに入れ、ゆっくり
電力をＡＦＣ信号の要求に追従させる場合を、運用上の
必要性と系統の状況に応じて切替えて制御可能としたこ
とにより、系統のニーズにマッチした安定な自動周波数
調整信号に応動可能である。
電力指令をＥＸに入れ、早く電力をＡＦＣ信号の要求に
追従させる場合と、電力指令をガバナに入れ、ゆっくり
電力をＡＦＣ信号の要求に追従させる場合を、運用上の
必要性と系統の状況に応じて切替えて制御可能としたこ
とにより、系統のニーズにマッチした安定な自動周波数
調整信号に応動可能である。
【００４２】請求項６の発明における揚水発電装置は、
通常の発電および揚水運転時と揚水始動の初期の制御は
ベクトル制御としたことにより、正弦波変調で交流励磁
同期機や系統側への高調波の影響は少ない、一方、加速
の途中からＶ／Ｆ制御として電圧を上げることにより、
高調波も多いが始動時のわずかな時間であり、交流励磁
同期機の加熱の問題もなく、出力電圧を増加させ得るた
め、揚水始動トルクを増大でき、ベクトル制御のままで
並列まで加速するよりも励磁用交換器の容量を小さくで
きる。
通常の発電および揚水運転時と揚水始動の初期の制御は
ベクトル制御としたことにより、正弦波変調で交流励磁
同期機や系統側への高調波の影響は少ない、一方、加速
の途中からＶ／Ｆ制御として電圧を上げることにより、
高調波も多いが始動時のわずかな時間であり、交流励磁
同期機の加熱の問題もなく、出力電圧を増加させ得るた
め、揚水始動トルクを増大でき、ベクトル制御のままで
並列まで加速するよりも励磁用交換器の容量を小さくで
きる。
【００４３】
【実施例】実施例１．以下、この発明の実施例を図につ
いて説明する。図１は請求項１の発明の一実施例を示す
可変速揚水発電装置のブロック図であり、前記図１５と
同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
いて説明する。図１は請求項１の発明の一実施例を示す
可変速揚水発電装置のブロック図であり、前記図１５と
同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００４４】図１において、ＥＸ６はインバータ６ａと
コンバータ６ｂとで構成され、インバータ制御回路８は
ψ検出回路８ａ、３相−２相変換回路８ｂ、励磁系制御
指令演算回路８ｃ、ｑ軸制御回路８ｄ、ｄ軸制御回路８
ｅ、電圧、無効電力制御回路８ｆ、２相−３相変換回路
８ｇ等で構成されている。
コンバータ６ｂとで構成され、インバータ制御回路８は
ψ検出回路８ａ、３相−２相変換回路８ｂ、励磁系制御
指令演算回路８ｃ、ｑ軸制御回路８ｄ、ｄ軸制御回路８
ｅ、電圧、無効電力制御回路８ｆ、２相−３相変換回路
８ｇ等で構成されている。
【００４５】３１は電力設定器、３２は運転禁止帯のス
ベリ運転を避けるための回転指令回路、３３は運転禁止
帯を通過中は電流を絞り込む電流絞り回路、３４は回転
数修正装置としての最適回転数演算回路、３５はガバナ
系制御指令演算回路、３６はガバナ、３７は電力検出回
路である。
ベリ運転を避けるための回転指令回路、３３は運転禁止
帯を通過中は電流を絞り込む電流絞り回路、３４は回転
数修正装置としての最適回転数演算回路、３５はガバナ
系制御指令演算回路、３６はガバナ、３７は電力検出回
路である。
【００４６】次に上記実施例の動作を図２のポンプ水車
の特性曲線を参照しながら説明する。なお、図２におい
て、前記図１６と同一部分には同一符号を付して重複説
明を省略する。
の特性曲線を参照しながら説明する。なお、図２におい
て、前記図１６と同一部分には同一符号を付して重複説
明を省略する。
【００４７】図２において、ラインＬ１５，Ｌ１６で囲
まれた範囲が運転禁止帯（例えば±０．５Ｈｚ）であ
る。一例として揚程が９５％でＡＦＣ信号のポンプ入力
指令値が点Ｐ１７と同Ｐ１８の中間であれば、点Ｐ１８
の回転数になるように図１の回転指令回路３２で判定し
て、ガバナ系制御指令演算回路３５で回転数を制御し、
ポンプ入力指令値が点Ｐ１７と同１９の中間であれば、
点１９の回転数になるように動作する。更に運転禁止帯
を通過中であれば、電流を絞り込む回路３３で励磁電流
を絞り込むように制御する。このようにすることにより
容量が小さくても回転数調整が可能になる。
まれた範囲が運転禁止帯（例えば±０．５Ｈｚ）であ
る。一例として揚程が９５％でＡＦＣ信号のポンプ入力
指令値が点Ｐ１７と同Ｐ１８の中間であれば、点Ｐ１８
の回転数になるように図１の回転指令回路３２で判定し
て、ガバナ系制御指令演算回路３５で回転数を制御し、
ポンプ入力指令値が点Ｐ１７と同１９の中間であれば、
点１９の回転数になるように動作する。更に運転禁止帯
を通過中であれば、電流を絞り込む回路３３で励磁電流
を絞り込むように制御する。このようにすることにより
容量が小さくても回転数調整が可能になる。
【００４８】図３で横軸がスベリ（Ｓ）、縦軸がＥＸ容
量である。Ｌ−１は理論的特性、Ｌ−２は実現上の特
性、Ｌ−３はスベリが大きい場合のＥＸ６の容量、Ｌ−
４は運転禁止帯スベリをラインＬ−８から同Ｌ−９の間
とした場合の理論上の容量、Ｌ−５はＬ−４に余裕を付
した実現上の容量、Ｌ−６は従来の理論的必要容量、Ｌ
−７は従来の実現上の容量を示している。
量である。Ｌ−１は理論的特性、Ｌ−２は実現上の特
性、Ｌ−３はスベリが大きい場合のＥＸ６の容量、Ｌ−
４は運転禁止帯スベリをラインＬ−８から同Ｌ−９の間
とした場合の理論上の容量、Ｌ−５はＬ−４に余裕を付
した実現上の容量、Ｌ−６は従来の理論的必要容量、Ｌ
−７は従来の実現上の容量を示している。
【００４９】即ちスベリ零は完全に直流となるため、３
相で次々に点弧して各相素子に均等に流れていた電流が
一相素子のみに連続して流れるため、理論的にはスベリ
が大きい場合、熱容量に対し３倍の容量を必要とし、実
現レベルでは更に余裕を付ける必要があるため、非常に
大容量とせざるを得ないが、本発明によれば容量Ｌ−５
で良いため、経済的な可変速揚水発電装置を提供するこ
とができる。
相で次々に点弧して各相素子に均等に流れていた電流が
一相素子のみに連続して流れるため、理論的にはスベリ
が大きい場合、熱容量に対し３倍の容量を必要とし、実
現レベルでは更に余裕を付ける必要があるため、非常に
大容量とせざるを得ないが、本発明によれば容量Ｌ−５
で良いため、経済的な可変速揚水発電装置を提供するこ
とができる。
【００５０】実施例２．また上記実施例１では、ＥＸ６
の制御を電力フィードバックの場合について説明した
が、回転数フィードバックでも、電力フィードバックに
回転数補正回路を付加しても良く、回転数フィードバッ
クに電力補正回路を付加しても良い。また、ＥＸ６がイ
ンバータ６ａとコンバータ６ｂで構成された場合につい
て説明したが、サイクロコンバータの場合でも良く、更
に可変速発電のみの場合でも、可変速機の応用としての
可変速調相機、フライホイール付可変速発電機でも上記
実施例と同様の効果を奏する。
の制御を電力フィードバックの場合について説明した
が、回転数フィードバックでも、電力フィードバックに
回転数補正回路を付加しても良く、回転数フィードバッ
クに電力補正回路を付加しても良い。また、ＥＸ６がイ
ンバータ６ａとコンバータ６ｂで構成された場合につい
て説明したが、サイクロコンバータの場合でも良く、更
に可変速発電のみの場合でも、可変速機の応用としての
可変速調相機、フライホイール付可変速発電機でも上記
実施例と同様の効果を奏する。
【００５１】実施例３．図４は請求項２の発明の実施例
を示すブロック図であり、前記図１と同一部分には同一
符号を付して重複説明を省略する。図４において、３８
は過電流検出回路、３９はＡＥＳＭの２次電流検出用変
流器、４０は系統異常検出回路である。
を示すブロック図であり、前記図１と同一部分には同一
符号を付して重複説明を省略する。図４において、３８
は過電流検出回路、３９はＡＥＳＭの２次電流検出用変
流器、４０は系統異常検出回路である。
【００５２】図５は本実施例３におけるＥＸ６のインバ
ータ６ａを示す詳細図であり、図５において、６ｃは直
流リンクコンデンサ、６ｄは直流電圧過大検出回路、６
ｅは保護用ＧＴＯ、６ｆは短絡抵抗である。
ータ６ａを示す詳細図であり、図５において、６ｃは直
流リンクコンデンサ、６ｄは直流電圧過大検出回路、６
ｅは保護用ＧＴＯ、６ｆは短絡抵抗である。
【００５３】次に本実施例３の動作を図６のフローチャ
ート図について説明する。系統側で事故、例えば１線短
絡、２線地絡、短絡等が発生すると、ＡＥＳＭの２次側
に過電圧や過電流が発生する。また励磁用変換器回路の
故障によってもコンバータとインバータの中間直流電圧
が上昇することがある。
ート図について説明する。系統側で事故、例えば１線短
絡、２線地絡、短絡等が発生すると、ＡＥＳＭの２次側
に過電圧や過電流が発生する。また励磁用変換器回路の
故障によってもコンバータとインバータの中間直流電圧
が上昇することがある。
【００５４】これ等から、機器の損傷を防止するため、
系統異常検出回路４０で系統異常を、過電流検出回路３
８でインバータ出力電流過大を、直流電圧過大検出回路
６ｄで直流過電圧をそれぞれ検出し（ＳＴ６−１〜ＳＴ
６−３）、インバータ出力電流過大と直流過電圧の論理
和をＯＲゲート４１で得て、このＯＲゲート４１の出力
と系統電圧異常の論理積をＡＮＤゲート４２で得る。
系統異常検出回路４０で系統異常を、過電流検出回路３
８でインバータ出力電流過大を、直流電圧過大検出回路
６ｄで直流過電圧をそれぞれ検出し（ＳＴ６−１〜ＳＴ
６−３）、インバータ出力電流過大と直流過電圧の論理
和をＯＲゲート４１で得て、このＯＲゲート４１の出力
と系統電圧異常の論理積をＡＮＤゲート４２で得る。
【００５５】次いで、ＡＮＤゲート４２の出力でインバ
ータ６ａ、コンバータ６ｂをゲートＯＦＦ（ＳＴ６−
４）、インバータ出力を短絡（ＳＴ６−５）する。ま
た、ＡＮＤゲート４２の出力で保護用ＧＴＯ６ｅをＯＮ
（ＳＴ６−６）、直流電圧低下確認（ＳＴ６−７）、保
護用ＧＴＯ６ｅをＯＦＦ（ＳＴ６−８）とする。
ータ６ａ、コンバータ６ｂをゲートＯＦＦ（ＳＴ６−
４）、インバータ出力を短絡（ＳＴ６−５）する。ま
た、ＡＮＤゲート４２の出力で保護用ＧＴＯ６ｅをＯＮ
（ＳＴ６−６）、直流電圧低下確認（ＳＴ６−７）、保
護用ＧＴＯ６ｅをＯＦＦ（ＳＴ６−８）とする。
【００５６】また、上記ＡＮＤゲート４２の出力でイン
バース（逆）とし（ＳＴ６−９）、このＳＴ６−９の出
力とＯＲゲート４１の論理積を得るＡＮＤゲート４３の
出力でインバータ６ａ、コンバータ６ｂをＯＦＦとし
（ＳＴ６−１０）、ユニット・トリップを行なう（ＳＴ
６−１１）。
バース（逆）とし（ＳＴ６−９）、このＳＴ６−９の出
力とＯＲゲート４１の論理積を得るＡＮＤゲート４３の
出力でインバータ６ａ、コンバータ６ｂをＯＦＦとし
（ＳＴ６−１０）、ユニット・トリップを行なう（ＳＴ
６−１１）。
【００５７】一方、上記ＳＴ６−８の出力とＳＴ６−９
の出力の論理積を得るＡＮＤゲート４４の出力で、一定
時限後もＡＥＳＭ電圧が回復しない場合（ＳＴ６−１
２）、前記ＳＴ６−１１のユニット・トリップを行な
う。
の出力の論理積を得るＡＮＤゲート４４の出力で、一定
時限後もＡＥＳＭ電圧が回復しない場合（ＳＴ６−１
２）、前記ＳＴ６−１１のユニット・トリップを行な
う。
【００５８】また、上記ＡＮＤゲート４４の出力とＳＴ
６−５の出力との論理積を得るＡＮＤゲート４５の出力
でインバータ６ａ、コンバータ６ｂをＯＮし（ＳＴ６−
１３）、平常運転へ復帰する（ＳＴ６−１４）。
６−５の出力との論理積を得るＡＮＤゲート４５の出力
でインバータ６ａ、コンバータ６ｂをＯＮし（ＳＴ６−
１３）、平常運転へ復帰する（ＳＴ６−１４）。
【００５９】上記の動作過程において、保護用ＧＴＯ６
ｅを点弧して、短絡抵抗６ｆを通して直流リンクコンデ
ンサ６ｃを短絡すると共にインバータ出力を短絡する時
の２次電圧の位相により、例えば一瞬時には図５に点線
で示すごとく、ＡＥＳＭは順次に２次回路が短絡される
ため誘導機運転となり、過電圧を抑制する。
ｅを点弧して、短絡抵抗６ｆを通して直流リンクコンデ
ンサ６ｃを短絡すると共にインバータ出力を短絡する時
の２次電圧の位相により、例えば一瞬時には図５に点線
で示すごとく、ＡＥＳＭは順次に２次回路が短絡される
ため誘導機運転となり、過電圧を抑制する。
【００６０】この時、インバータ６ａのゲートもオフし
てインバータの運転も停止させる。送電線しゃ断器等の
動作で系統側の事故が除去されれば、インバータ制御回
路８にて、コンバータ６ｂをゲートオフし、その後イン
バータ６ａ、コンバータ６ｂを共に通常の点弧制御に復
帰させてＡＥＳＭの運転を継続するものである。
てインバータの運転も停止させる。送電線しゃ断器等の
動作で系統側の事故が除去されれば、インバータ制御回
路８にて、コンバータ６ｂをゲートオフし、その後イン
バータ６ａ、コンバータ６ｂを共に通常の点弧制御に復
帰させてＡＥＳＭの運転を継続するものである。
【００６１】実施例４．また、上記実施例３では、２次
励磁用変換器の例として強制転流式ＧＴＯ形電圧インバ
ータについて説明したが、インバータ、コンバータはＧ
ＴＯ方式でなくても、ＡＥＳＭの応用品、例えば可変速
調相機、フライホイール付発電機や可変速周波数変換器
等でも上記実施例と同様の効果を奏する。
励磁用変換器の例として強制転流式ＧＴＯ形電圧インバ
ータについて説明したが、インバータ、コンバータはＧ
ＴＯ方式でなくても、ＡＥＳＭの応用品、例えば可変速
調相機、フライホイール付発電機や可変速周波数変換器
等でも上記実施例と同様の効果を奏する。
【００６２】実施例５．図７は請求項３の発明の一実施
例を示すブロック図、図８はＧＴＯ多相電圧形励磁用変
換器のブロック図であり、前記図１、４と同一部分には
同一符号を付して重複説明を省略する。
例を示すブロック図、図８はＧＴＯ多相電圧形励磁用変
換器のブロック図であり、前記図１、４と同一部分には
同一符号を付して重複説明を省略する。
【００６３】図７，図８において、４６，４７，４８お
よび４９はＥＸ６の入・出力電流を検出する電流検出回
路、５０ａ−１，５０ａ−２は３相−２相（２φでｄ，
ｑ軸成分のこと）変換回路、５１は運転指令回路、５２
ａ−１，５２ａ−２は２相−３相変換回路、５３ａ−
１，５３ａ−２は２組の並列多重のインバータ６ａ−
１，６ａ−２を制御するインバータ制御回路、５４は２
組の並列多重のコンバータ６ｂ−１，６ｂ−２を制御す
るコンバータ制御回路、５５は落差検出回路、８４は制
御器である。
よび４９はＥＸ６の入・出力電流を検出する電流検出回
路、５０ａ−１，５０ａ−２は３相−２相（２φでｄ，
ｑ軸成分のこと）変換回路、５１は運転指令回路、５２
ａ−１，５２ａ−２は２相−３相変換回路、５３ａ−
１，５３ａ−２は２組の並列多重のインバータ６ａ−
１，６ａ−２を制御するインバータ制御回路、５４は２
組の並列多重のコンバータ６ｂ−１，６ｂ−２を制御す
るコンバータ制御回路、５５は落差検出回路、８４は制
御器である。
【００６４】次に動作について説明する。まず、インバ
ータ制御回路５３ａ−１，５３ａ−２は、ＡＥＳＭの出
力が運転指令回路５１で指令された電力，無効電力，電
圧及び最適回転数になるようにインバータ６ａ−１，６
ａ−２をＰＷＭ（パルス・ウエブ・モジュレーション）
制御する。
ータ制御回路５３ａ−１，５３ａ−２は、ＡＥＳＭの出
力が運転指令回路５１で指令された電力，無効電力，電
圧及び最適回転数になるようにインバータ６ａ−１，６
ａ−２をＰＷＭ（パルス・ウエブ・モジュレーション）
制御する。
【００６５】そして、前記インバータ６ａ−１，６ａ−
２とは独立に、コンバータ制御回路５４はコンバータ出
力電圧をコンバータ６ｂ−１，６ｂ−２の力率を１．０
に近づけるように制御する。すなわち、図８のＧＴＯサ
イリスタ多相電圧形励磁用変換器に示すように、電圧波
形はＰＷＭ制御されるため、インバータ制御回路５３ａ
−１，５３ａ−２は簡単化され、併せてＧＴＯ回路の保
護回路等（図示せず）も簡単化される。
２とは独立に、コンバータ制御回路５４はコンバータ出
力電圧をコンバータ６ｂ−１，６ｂ−２の力率を１．０
に近づけるように制御する。すなわち、図８のＧＴＯサ
イリスタ多相電圧形励磁用変換器に示すように、電圧波
形はＰＷＭ制御されるため、インバータ制御回路５３ａ
−１，５３ａ−２は簡単化され、併せてＧＴＯ回路の保
護回路等（図示せず）も簡単化される。
【００６６】なお、従来のサイクロコンバータは図に示
したように１２非相循環電流の自然転流方式であったた
め、力率制御が独立して行なえなかった。従って、力率
０．３程度と低かった。また入・出力回転数制御をサイ
クロコンバータで制御しているため回路が複雑となるを
免れ得ず、従って制御性も好ましいとは言い難かった。
したように１２非相循環電流の自然転流方式であったた
め、力率制御が独立して行なえなかった。従って、力率
０．３程度と低かった。また入・出力回転数制御をサイ
クロコンバータで制御しているため回路が複雑となるを
免れ得ず、従って制御性も好ましいとは言い難かった。
【００６７】また、ＡＥＳＭを大容量化するためにＥＸ
６のインバータ６ａ−１，６ａ−２を並列多重化してい
るので、その並列多重化制御には多重インバータ間の電
流バランス制御が必要となるが、この場合も各並列回路
毎に独立した電流バランス回路によってＰＷＭ制御が可
能となるので、制御性が容易となる。
６のインバータ６ａ−１，６ａ−２を並列多重化してい
るので、その並列多重化制御には多重インバータ間の電
流バランス制御が必要となるが、この場合も各並列回路
毎に独立した電流バランス回路によってＰＷＭ制御が可
能となるので、制御性が容易となる。
【００６８】また、電流検出器４６，４７で各並列回路
の出力電流を検出し各並列回路毎に３相−２相変換回路
５０ａ−１，５０ａ−２で３相−２相変換後、前記電流
バランス回路で電流バランス制御を行ない、インバータ
制御回路５３ａ−１，５３ａ−２の出力と合わせて各並
列回路毎にｄ，ｑ軸上でバランス制御させ、各並列回路
毎の２相−３相変換回路５２ａ−１，５２ａ−２で３相
に戻して各並列回路毎のインバータ６ａ−１，６ａ−２
をＰＷＭ制御するため、制御性も向上する。
の出力電流を検出し各並列回路毎に３相−２相変換回路
５０ａ−１，５０ａ−２で３相−２相変換後、前記電流
バランス回路で電流バランス制御を行ない、インバータ
制御回路５３ａ−１，５３ａ−２の出力と合わせて各並
列回路毎にｄ，ｑ軸上でバランス制御させ、各並列回路
毎の２相−３相変換回路５２ａ−１，５２ａ−２で３相
に戻して各並列回路毎のインバータ６ａ−１，６ａ−２
をＰＷＭ制御するため、制御性も向上する。
【００６９】一般に、ｄ，ｑ軸制御することの有効性に
ついては、（社）電気学会，１９８６年７月１１日，半
導体電力変換研究会資料，ＳＰＣ−８６−５１，二次励
磁誘導機を用いた電力，無効電力制御の検討」に示され
ている。
ついては、（社）電気学会，１９８６年７月１１日，半
導体電力変換研究会資料，ＳＰＣ−８６−５１，二次励
磁誘導機を用いた電力，無効電力制御の検討」に示され
ている。
【００７０】実施例６．また、上記実施例５では２次励
磁用変換器の例として強制転流式多相並列多重電圧形に
ついて説明したが、相数が３相以上で並列多重数も２以
上であれば上記実施例と同様の効果を奏する。
磁用変換器の例として強制転流式多相並列多重電圧形に
ついて説明したが、相数が３相以上で並列多重数も２以
上であれば上記実施例と同様の効果を奏する。
【００７１】また、揚水発電装置に限らず、一般のＡＥ
ＳＭ応用プラント、例えば調相機やフライホイール発電
機によるフリッカ防止システム等に採用してもよく、上
記実施例と同様の効果を奏する。
ＳＭ応用プラント、例えば調相機やフライホイール発電
機によるフリッカ防止システム等に採用してもよく、上
記実施例と同様の効果を奏する。
【００７２】実施例７．図９は請求項４の発明の実施例
を示すブロック図であり、前記図４と同一部分には同一
符号を付して重複説明を省略する。
を示すブロック図であり、前記図４と同一部分には同一
符号を付して重複説明を省略する。
【００７３】図９において、５６はＡＥＳＭ用しゃ断
器、５７は系統側ＰＴ、５８はＥＸ用遮断器、５９はＥ
Ｘ回路用ＰＴ、６０は直流リンクコンデンサ初期充電回
路、６１はＡＥＳＭを同期並入時の電圧制御回路、６２
はコンバータを系統に並入時の電圧制御回路、６３，６
４，６５は３相→２相（直交座標のｄ，ｑ軸）変換回
路、６６は同期回路（ＰＬＬ）、６７は同期検出装置で
あり、この同期検出装置６７は減算器６７ａ−１〜６７
ａ−４、零検出回路６７ｂ−１〜６７ｂ−４、ＡＮＤゲ
ート６７ｃ−１，６７ｃ−２により構成されている。
器、５７は系統側ＰＴ、５８はＥＸ用遮断器、５９はＥ
Ｘ回路用ＰＴ、６０は直流リンクコンデンサ初期充電回
路、６１はＡＥＳＭを同期並入時の電圧制御回路、６２
はコンバータを系統に並入時の電圧制御回路、６３，６
４，６５は３相→２相（直交座標のｄ，ｑ軸）変換回
路、６６は同期回路（ＰＬＬ）、６７は同期検出装置で
あり、この同期検出装置６７は減算器６７ａ−１〜６７
ａ−４、零検出回路６７ｂ−１〜６７ｂ−４、ＡＮＤゲ
ート６７ｃ−１，６７ｃ−２により構成されている。
【００７４】次に動作について説明する。ＡＥＳＭを起
動して系統に並入するときには、系統電圧とＡＥＳＭの
発電電圧の間に同期をとることが必要で、両者の間に次
の条件が満足されなければならないことは周知の通りで
ある。 Ｉ．電圧の大きさが等しい II．周波数が等しい III.位相が等しい
動して系統に並入するときには、系統電圧とＡＥＳＭの
発電電圧の間に同期をとることが必要で、両者の間に次
の条件が満足されなければならないことは周知の通りで
ある。 Ｉ．電圧の大きさが等しい II．周波数が等しい III.位相が等しい
【００７５】通常、直流励磁同期機の場合、自動並列装
置は自動同期装置、自動揃速装置、自動電圧平衡装置の
３つから構成されており、そのうち自動揃速装置はガバ
ナーモータを制御して、ＡＥＳＭの発電電圧の周波数を
系統電圧の周波数に一致させ、自動電圧平衡装置はＡＶ
Ｒの電圧設定器を制御して、系統電圧に同期機の発電電
圧を一致させる。このうち２つの動作により周波数と電
圧の大きさが接近したのち、自動同期装置が両電圧の位
相が一致する瞬時にしゃ断器を閉合させる。
置は自動同期装置、自動揃速装置、自動電圧平衡装置の
３つから構成されており、そのうち自動揃速装置はガバ
ナーモータを制御して、ＡＥＳＭの発電電圧の周波数を
系統電圧の周波数に一致させ、自動電圧平衡装置はＡＶ
Ｒの電圧設定器を制御して、系統電圧に同期機の発電電
圧を一致させる。このうち２つの動作により周波数と電
圧の大きさが接近したのち、自動同期装置が両電圧の位
相が一致する瞬時にしゃ断器を閉合させる。
【００７６】次に可変速揚水発電装置の場合について説
明する。ＥＸ６をインバータ６ａとコンバータ６ｂによ
り構成し、まず、インバータとコンバータの中間にある
リンクコンデンサ６ｃを初期充電回路６０により充電す
る。次いで、コンバータ６ｂのゲートをオンして、コン
バータの電圧制御回路６２をオンして、インバータ６ａ
をｄ，ｑ軸上で電圧平衡制御させ、ｄ，ｑ軸上で電圧平
衡を同期検出装置６７で確認の上、コンバータ６ｂをＥ
Ｘ用しゃ断器５８により系統に並入する。
明する。ＥＸ６をインバータ６ａとコンバータ６ｂによ
り構成し、まず、インバータとコンバータの中間にある
リンクコンデンサ６ｃを初期充電回路６０により充電す
る。次いで、コンバータ６ｂのゲートをオンして、コン
バータの電圧制御回路６２をオンして、インバータ６ａ
をｄ，ｑ軸上で電圧平衡制御させ、ｄ，ｑ軸上で電圧平
衡を同期検出装置６７で確認の上、コンバータ６ｂをＥ
Ｘ用しゃ断器５８により系統に並入する。
【００７７】次にＡＥＳＭの系統並入指令で、ＡＥＳＭ
が目標速度に達していれば、インバータ６ａの電圧制御
回路６１をオンし、ＡＥＳＭの発電電圧と系統電圧をイ
ンバータ制御でｄ，ｑ軸上で一致させ、ｄ，ｑ軸上で電
圧平衡を同期検出装置６７で確認し、ＡＥＳＭ用しゃ断
器５６を投入する。
が目標速度に達していれば、インバータ６ａの電圧制御
回路６１をオンし、ＡＥＳＭの発電電圧と系統電圧をイ
ンバータ制御でｄ，ｑ軸上で一致させ、ｄ，ｑ軸上で電
圧平衡を同期検出装置６７で確認し、ＡＥＳＭ用しゃ断
器５６を投入する。
【００７８】以下、２軸制御の詳細について説明する。
系統電圧Ｖｓを系統側ＰＴ５７で検出する。この系統電
圧Ｖｓに同期して回転する直交座標（ｄ，ｑ座標：ｄ，
ｑ座標では同じ速度で回転する。ベクトルは静止して見
える（直流値））に系統電圧Ｖｓ、ＰＴ１４で検出した
電圧ＶA 、ＰＴ５７で検出した電圧ＶE を系統電圧ＶS
に同期（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋ）した同期回路（ＰＬ
Ｌ：Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｈｅｄ Ｌｏｏｐ）の出力（ｓ
ｉｎＵ、ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷ，ｃｏｓＵ，ｃｏｓＶ，ｃ
ｏｓＷ）を得て、これを３相−２相変換回路６３，６
４，６５に入力して座標変換を行ない、ｄ，ｑ座標上の
直流量としてＶｓｄ，Ｖｓｑ，ＶA ｄ，ＶA ｑ，ＶE
ｄ，ＶE ｑを得る。
系統電圧Ｖｓを系統側ＰＴ５７で検出する。この系統電
圧Ｖｓに同期して回転する直交座標（ｄ，ｑ座標：ｄ，
ｑ座標では同じ速度で回転する。ベクトルは静止して見
える（直流値））に系統電圧Ｖｓ、ＰＴ１４で検出した
電圧ＶA 、ＰＴ５７で検出した電圧ＶE を系統電圧ＶS
に同期（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋ）した同期回路（ＰＬ
Ｌ：Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｈｅｄ Ｌｏｏｐ）の出力（ｓ
ｉｎＵ、ｓｉｎＶ，ｓｉｎＷ，ｃｏｓＵ，ｃｏｓＶ，ｃ
ｏｓＷ）を得て、これを３相−２相変換回路６３，６
４，６５に入力して座標変換を行ない、ｄ，ｑ座標上の
直流量としてＶｓｄ，Ｖｓｑ，ＶA ｄ，ＶA ｑ，ＶE
ｄ，ＶE ｑを得る。
【００７９】これを同期検出装置６７に入力し「Ｖｓｄ
＝ＶE ｄ，Ｖｓｑ＝ＶE ｑ」，「Ｖｓｄ＝ＶA ｄ，Ｖｓ
ｑ＝ＶA ｑ」を検出し、一致した場合にＥＸ用しゃ断器
５８と発電機しゃ断器５６を並入する。ｄ軸、ｑ軸，そ
れぞれの電圧成分が一致した場合、電圧値、位相、周波
数が一致しており、これを直流量として比較しているた
めにその精度は良い。
＝ＶE ｄ，Ｖｓｑ＝ＶE ｑ」，「Ｖｓｄ＝ＶA ｄ，Ｖｓ
ｑ＝ＶA ｑ」を検出し、一致した場合にＥＸ用しゃ断器
５８と発電機しゃ断器５６を並入する。ｄ軸、ｑ軸，そ
れぞれの電圧成分が一致した場合、電圧値、位相、周波
数が一致しており、これを直流量として比較しているた
めにその精度は良い。
【００８０】実施例８．また、上記実施例７ではＥＸ６
がインバータ６ａとコンバータ６ｂで構成された場合の
例で説明したが、ＡＥＳＭ用しゃ断器の投入の場合であ
れば、ＥＸ６がサイクロコンバータであっても良く、ま
た、交流励磁用同期機の応用品例えば可変速調相機、フ
ライホイール付発電機でも同様の効果を奏する。
がインバータ６ａとコンバータ６ｂで構成された場合の
例で説明したが、ＡＥＳＭ用しゃ断器の投入の場合であ
れば、ＥＸ６がサイクロコンバータであっても良く、ま
た、交流励磁用同期機の応用品例えば可変速調相機、フ
ライホイール付発電機でも同様の効果を奏する。
【００８１】実施例９．図１０は請求項５の発明の実施
例を示すブロック図であり、前記図１と同一部分には同
一符号を付して重複説明を省略する。図１０において、
６８はＡＦＣ装置、６９はＡＦＣ入・切コンタクト、７
０は最適回転数演算回路、７１ａ，７１ｂは電力（Ｐ）
フィードバックと回転数（Ｎ）フィードバックの切替コ
ンタクトである。
例を示すブロック図であり、前記図１と同一部分には同
一符号を付して重複説明を省略する。図１０において、
６８はＡＦＣ装置、６９はＡＦＣ入・切コンタクト、７
０は最適回転数演算回路、７１ａ，７１ｂは電力（Ｐ）
フィードバックと回転数（Ｎ）フィードバックの切替コ
ンタクトである。
【００８２】次に、本実施例９の動作について説明す
る。まずＡＦＣ信号を最適回転数演算回路７０に与えて
ＥＸ６を回転数偏差にて制御する場合を説明する。
る。まずＡＦＣ信号を最適回転数演算回路７０に与えて
ＥＸ６を回転数偏差にて制御する場合を説明する。
【００８３】ＥＸ６の制御方式を電力フィードバック方
式とした場合と回転速度のフィードバック方式を使った
場合と比較して説明する。いずれの方式も定常状態にお
いては次のような差異を生ずる。即ち、外乱として発電
時の電圧設定器３１を増加側に操作した時、電力フィー
ドバックの場合、図１１に示すごとく、電力Ｐは電力設
定器３１に速応して増加するが、ガイドベーン動作が遅
いために、回転体には減速トルクが働き、一時的に回転
速度が低下する。
式とした場合と回転速度のフィードバック方式を使った
場合と比較して説明する。いずれの方式も定常状態にお
いては次のような差異を生ずる。即ち、外乱として発電
時の電圧設定器３１を増加側に操作した時、電力フィー
ドバックの場合、図１１に示すごとく、電力Ｐは電力設
定器３１に速応して増加するが、ガイドベーン動作が遅
いために、回転体には減速トルクが働き、一時的に回転
速度が低下する。
【００８４】その後、ガイドベーン開動作と共に回転速
度が増加し最適値に落ちつく。電力の追従性は早いが回
転数の整定が遅く、一時的に逆方向に動作してしまう。
度が増加し最適値に落ちつく。電力の追従性は早いが回
転数の整定が遅く、一時的に逆方向に動作してしまう。
【００８５】一方、回転速度フィードバックの回路を使
用した場合は、図１２に示すごとく、回転速度は最適関
数出力に応じて上昇する。回転体の増速分のエネルギー
を原動機から供給するために、一時的に電気出力が減少
し、その後ガイドベーン開動作と共に出力が増加し、設
定値に落ちつく。上記の電力フィードバック方式に比較
し、回転数の整定が早く、逆方向動作をすることもな
く、電力も回転数の整定と同時に落ちつく。
用した場合は、図１２に示すごとく、回転速度は最適関
数出力に応じて上昇する。回転体の増速分のエネルギー
を原動機から供給するために、一時的に電気出力が減少
し、その後ガイドベーン開動作と共に出力が増加し、設
定値に落ちつく。上記の電力フィードバック方式に比較
し、回転数の整定が早く、逆方向動作をすることもな
く、電力も回転数の整定と同時に落ちつく。
【００８６】これらの両者の特徴を組合せて、ＡＦＣ装
置６８のＡＦＣ信号に早く追従させたい場合は、電力指
令値を励磁系制御指令演算回路８ｃに与えてＥＸ６を制
御し、系統が不安定で回転数も安定しない場合は、ＡＦ
Ｃ信号に追従する速度は遅くても、ゆっくりとＡＦＣ信
号に応動するようにガバナ系制御指令演算回路３５を通
して電力指令値をガバナ３６に与える。
置６８のＡＦＣ信号に早く追従させたい場合は、電力指
令値を励磁系制御指令演算回路８ｃに与えてＥＸ６を制
御し、系統が不安定で回転数も安定しない場合は、ＡＦ
Ｃ信号に追従する速度は遅くても、ゆっくりとＡＦＣ信
号に応動するようにガバナ系制御指令演算回路３５を通
して電力指令値をガバナ３６に与える。
【００８７】その場合、回転数指令値は切替コンタクト
７１ａ，７１ｂにより切替えられて、励磁系制御指令演
算回路８ｃとガバナ系制御指令演算回路３５の電力指令
値が入っていない方に入力することとする。
７１ａ，７１ｂにより切替えられて、励磁系制御指令演
算回路８ｃとガバナ系制御指令演算回路３５の電力指令
値が入っていない方に入力することとする。
【００８８】実施例１０．上記実施例９では、ＥＸ６の
制御を電力フィードバックと回転数フィードバックの場
合について説明したが、電力フィードバックに回転補正
回路を付加しても良く、回転数フィードバックに電力補
正回路を付加しても良く、また可変速発電のみの場合で
も上記実施例と同様の効果を奏する。
制御を電力フィードバックと回転数フィードバックの場
合について説明したが、電力フィードバックに回転補正
回路を付加しても良く、回転数フィードバックに電力補
正回路を付加しても良く、また可変速発電のみの場合で
も上記実施例と同様の効果を奏する。
【００８９】実施例１１．図１３は請求項６の発明の実
施例を示すブロック図であり、前記図２１と同一部分に
は同一符号を付して重複説明を省略する。図１３におい
て、７２，７３は電力、電圧、電流、周波数の信号変換
回路、７４は運転指令回路、７５はＡＥＳＭ制御回路、
７６はＶ／Ｆ制御回路、７７はＰＷＭ制御回路、７８は
制御切替回路としての切替スイッチ、７９は断路器、８
０は指令電力、落差または揚程等の指令条件で決まる最
適励磁量になるようにパルス幅変調制御を行なうベクト
ル制御回路である。
施例を示すブロック図であり、前記図２１と同一部分に
は同一符号を付して重複説明を省略する。図１３におい
て、７２，７３は電力、電圧、電流、周波数の信号変換
回路、７４は運転指令回路、７５はＡＥＳＭ制御回路、
７６はＶ／Ｆ制御回路、７７はＰＷＭ制御回路、７８は
制御切替回路としての切替スイッチ、７９は断路器、８
０は指令電力、落差または揚程等の指令条件で決まる最
適励磁量になるようにパルス幅変調制御を行なうベクト
ル制御回路である。
【００９０】図１４は上記ＡＥＳＭ制御回路７５、ベク
トル制御回路８０の詳細を示すブロック図であり、ＡＥ
ＳＭ制御回路７５は減算器７５ａ、速度制御回路７５
ｂ、切替スイッチ７５ｃを有している。また、ベクトル
制御回路８０は減算器８０ａ〜８０ｅ、磁束基準演算回
路８０ｆ、磁束制御回路８０ｇ、ωS 演算回路８０ｈ、
磁束演算回路８０ｉ、電流制御回路８０ｊ、θS 演算回
路８０ｋ、θr 演算回路８０ｌ等を有している。８１は
電圧変換回路、８２は電流検出回路、８３はωr検出回
路である。
トル制御回路８０の詳細を示すブロック図であり、ＡＥ
ＳＭ制御回路７５は減算器７５ａ、速度制御回路７５
ｂ、切替スイッチ７５ｃを有している。また、ベクトル
制御回路８０は減算器８０ａ〜８０ｅ、磁束基準演算回
路８０ｆ、磁束制御回路８０ｇ、ωS 演算回路８０ｈ、
磁束演算回路８０ｉ、電流制御回路８０ｊ、θS 演算回
路８０ｋ、θr 演算回路８０ｌ等を有している。８１は
電圧変換回路、８２は電流検出回路、８３はωr検出回
路である。
【００９１】以上、上記実施例の動作について説明す
る。揚水始動指令により、相切替断路器２４をポンプ運
転側（Ｐ側）に入れ、ＡＥＳＭ用しゃ断器２３を開放、
断路器８１、しゃ断器接点２６を投入して揚水始動準備
に入る。運転指令回路７４からＡＥＳＭ制御回路７５に
始動指令が出ると、まず、このＡＥＳＭ制御回路７５か
らの指令で切替スイッチ７８はベクトル制御回路８０側
に切替えられ、ＡＥＳＭ制御回路７５によりベクトル制
御回路８０、ＰＷＭ制御回路７７を通してインバータ６
ａが制御される。
る。揚水始動指令により、相切替断路器２４をポンプ運
転側（Ｐ側）に入れ、ＡＥＳＭ用しゃ断器２３を開放、
断路器８１、しゃ断器接点２６を投入して揚水始動準備
に入る。運転指令回路７４からＡＥＳＭ制御回路７５に
始動指令が出ると、まず、このＡＥＳＭ制御回路７５か
らの指令で切替スイッチ７８はベクトル制御回路８０側
に切替えられ、ＡＥＳＭ制御回路７５によりベクトル制
御回路８０、ＰＷＭ制御回路７７を通してインバータ６
ａが制御される。
【００９２】ＡＥＳＭの回転が規定回転（約５〜１０％
速度）まで上昇すると、ＡＥＳＭ制御回路７５の指令で
切替スイッチ７８がＶ／Ｆ制御回路７６側に切替わって
Ｖ／Ｆ制御となり、出力周波数に比例して電圧を上げ、
トルクを増大させて加速する。
速度）まで上昇すると、ＡＥＳＭ制御回路７５の指令で
切替スイッチ７８がＶ／Ｆ制御回路７６側に切替わって
Ｖ／Ｆ制御となり、出力周波数に比例して電圧を上げ、
トルクを増大させて加速する。
【００９３】更に規定回転までＡＥＳＭを加速後、イン
バータ６ａをゲートしゃ断した後に断路器７９を開放
し、再度インバータ６ａを立上げて、ＡＥＳＭの電機子
１の電圧、位相を系統側と合せてしゃ断器接点２３を投
入して並列接続を完了し、ベクトル制御回路８０へのＡ
ＥＳＭ制御回路７５からの指令は揚水モードに従った最
適電力、回転数、電圧、無効電力となるように指令され
揚水運転に入る。
バータ６ａをゲートしゃ断した後に断路器７９を開放
し、再度インバータ６ａを立上げて、ＡＥＳＭの電機子
１の電圧、位相を系統側と合せてしゃ断器接点２３を投
入して並列接続を完了し、ベクトル制御回路８０へのＡ
ＥＳＭ制御回路７５からの指令は揚水モードに従った最
適電力、回転数、電圧、無効電力となるように指令され
揚水運転に入る。
【００９４】ここに示されたベクトル制御の有効性につ
いては、（社）電気学会、１９８６年７月１１日、半導
体電力変換研究会資料、ＳＰＣ−８６−５１、「二次励
磁誘導機を用いた電力、無効電力制御の検討」に示され
ている。
いては、（社）電気学会、１９８６年７月１１日、半導
体電力変換研究会資料、ＳＰＣ−８６−５１、「二次励
磁誘導機を用いた電力、無効電力制御の検討」に示され
ている。
【００９５】実施例１２．上記実施例１１は、揚水発電
装置について説明したが、ＡＥＳＭの応用システムであ
る例えば調相機やフライホイール発電機であっても上記
実施例と同様の効果を奏する。
装置について説明したが、ＡＥＳＭの応用システムであ
る例えば調相機やフライホイール発電機であっても上記
実施例と同様の効果を奏する。
【００９６】
【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、励磁用変換器のスベリ零付近の運転を避けるように
し、また、スベリ零付近を通過中は励磁電流を絞り込む
ように構成したので、励磁用変換器の容量が小さくても
揚水運転中の自動周波数調整を可能とする。
ば、励磁用変換器のスベリ零付近の運転を避けるように
し、また、スベリ零付近を通過中は励磁電流を絞り込む
ように構成したので、励磁用変換器の容量が小さくても
揚水運転中の自動周波数調整を可能とする。
【００９７】請求項２の発明によれば、励磁用変換器を
強制転流式多相電圧形インバータで構成し、異常発生
時、励磁用変換器の直流回路およびインバータ出力回路
を短絡するように構成したので、系統事故時にも、励磁
用変換器故障時にも対応できる効果がある。
強制転流式多相電圧形インバータで構成し、異常発生
時、励磁用変換器の直流回路およびインバータ出力回路
を短絡するように構成したので、系統事故時にも、励磁
用変換器故障時にも対応できる効果がある。
【００９８】請求項３の発明によれば、励磁用変換器を
強制転流式多相並列多重インバータとコンバータとで構
成し、並列インバータ間の電流バランスを各並列回路毎
に独立にｄ，ｑ軸上で実施するので、インバータの制御
性が向上する他、交流励磁同期機の変換効率も向上し、
小形となって経済的で簡潔な可変速揚水発電装置を提供
することができる効果がある。
強制転流式多相並列多重インバータとコンバータとで構
成し、並列インバータ間の電流バランスを各並列回路毎
に独立にｄ，ｑ軸上で実施するので、インバータの制御
性が向上する他、交流励磁同期機の変換効率も向上し、
小形となって経済的で簡潔な可変速揚水発電装置を提供
することができる効果がある。
【００９９】請求項４の発明によれば、系統電圧に同期
して回転する直交座標により、交流励磁同期機の発生電
圧を直交座標変換して、直交座標上で電圧制御、同期検
出を行なうように構成したので、同期並入を迅速、か
つ、確実に行なうことができる。
して回転する直交座標により、交流励磁同期機の発生電
圧を直交座標変換して、直交座標上で電圧制御、同期検
出を行なうように構成したので、同期並入を迅速、か
つ、確実に行なうことができる。
【０１００】請求項５の発明によれば、電力指令をＥＸ
に入れ、早く電力をＡＦＣ信号の要求に追従させる場合
と、電力指令をガバナに入れ、ゆっくり電力をＡＦＣ信
号の要求に追従させる場合を、運用上の必要性と系統の
状況に応じて切替えて制御可能としたので、系統のニー
ズにマッチした安定な自動周波数調整信号に応動可能な
揚水発電装置を得ることができる。
に入れ、早く電力をＡＦＣ信号の要求に追従させる場合
と、電力指令をガバナに入れ、ゆっくり電力をＡＦＣ信
号の要求に追従させる場合を、運用上の必要性と系統の
状況に応じて切替えて制御可能としたので、系統のニー
ズにマッチした安定な自動周波数調整信号に応動可能な
揚水発電装置を得ることができる。
【０１０１】請求項６の発明によれば、ベクトル制御で
始動し、加速途中からベクトル制御をＶ／Ｆ制御に切替
えて電圧を上げるようにしたので、定格容量の小さい２
次励磁用変換器でも揚水始動が可能となり、経済的でシ
ンプルな揚水発電装置を得ることができる効果がある。
始動し、加速途中からベクトル制御をＶ／Ｆ制御に切替
えて電圧を上げるようにしたので、定格容量の小さい２
次励磁用変換器でも揚水始動が可能となり、経済的でシ
ンプルな揚水発電装置を得ることができる効果がある。
【図１】請求項１の発明の一実施例を示す揚水発電装置
のブロック図である。
のブロック図である。
【図２】図１の実施例装置によるポンプ水車の揚水運転
特性曲線図である。
特性曲線図である。
【図３】スベリ対励磁用変換器容量の特性曲線図であ
る。
る。
【図４】請求項２の発明の一実施例を示す揚水発電装置
のブロック図である。
のブロック図である。
【図５】図４の実施例装置における励磁用変換器の構成
を示す一部の詳細図である。
を示す一部の詳細図である。
【図６】図４の実施例装置の動作を説明するフローチャ
ート図である。
ート図である。
【図７】請求項３の発明の一実施例を示す揚水発電装置
のブロック図である。
のブロック図である。
【図８】図７の実施例装置におけるＧＴＯ多相電圧形励
磁用変換器のブロック図である。
磁用変換器のブロック図である。
【図９】請求項４の発明の一実施例を示す揚水発電装置
のブロック図である。
のブロック図である。
【図１０】請求項５の発明の一実施例を示す揚水発電装
置のブロック図である。
置のブロック図である。
【図１１】図１０の実施例装置における励磁用交換器を
電力制御した場合の応答特性図である。
電力制御した場合の応答特性図である。
【図１２】図１０の実施例装置における励磁用変換器を
回転数制御とした場合の応答特性図である。
回転数制御とした場合の応答特性図である。
【図１３】請求項６の発明の一実施例を示す揚水発電装
置のブロック図である。
置のブロック図である。
【図１４】図１３の実施例装置における制御回路の一部
詳細を示すブロック図である。
詳細を示すブロック図である。
【図１５】従来の揚水発電装置の原理を説明するブロッ
ク図である。
ク図である。
【図１６】図１５の従来装置によるポンプ水車の揚水運
転特性曲線図である。
転特性曲線図である。
【図１７】従来のサイクロコンバータ形可変速揚水発電
装置のブロック図である。
装置のブロック図である。
【図１８】従来の他のサイクロコンバータ形可変速揚水
発電装置のブロック図である。
発電装置のブロック図である。
【図１９】図１８の従来装置における１２相非循環電流
方式サイクロコンバータの回路図である。
方式サイクロコンバータの回路図である。
【図２０】従来の揚水発電装置のブロック図である。
【図２１】図２０の従来装置における始動装置のブロッ
ク図である。
ク図である。
３ 可逆式ポンプ水車 ６ 励磁用変換器 ６ｄ 直流電圧過大検出回路 ３３ 電流絞り回路 ３５ ガバナ系制御指令演算回路（回転数修正装置） ３８ 過電流検出回路 ４０ 系統異常検出回路 ６ａ インバータ ６ｂ コンバータ ６ｅ 保護用ＧＴＯ（直流リンクコンデンサ短絡回路） ６ｆ 短絡抵抗（直流リンクコンデンサ短絡回路） ８ インバータ制御回路 ８ｂ ３相−２相変換回路 ８ｇ ２相−３相変換回路 ５０ａ−１ ３相−２相変換回路 ５０ａ−２ ３相−２相変換回路 ５２ａ−１ ２相−３相変換回路 ５２ａ−２ ２相−３相変換回路 ６１ 電圧制御回路 ６２ 電圧制御回路 ６７ 同期検出装置 ６９ ＡＦＣ入・切コンタクト ７１ａ，７１ｂ 切替コンタクト（切替回路） ７７ パルス幅変調制御回路 ７８ 切替スイッチ（制御切替回路） ８０ ベクトル制御回路 Ｍ 交流励磁同期機
Claims (6)
- 【請求項１】 可逆式ポンプ水車に直結された交流励磁
同期機と、この交流励磁同期機の２次側電圧を制御して
該交流励磁同期機の可変速運転を行なう励磁用変換器と
を有する揚水発電装置において、指令回転数がスベリ零
付近の運転禁止帯に入ったら、該運転禁止帯の外側で運
転するように指令回転数を修正する回転数修正装置と、
前記運転禁止帯を通過中は励磁電流を絞る電流絞り回路
とを具備したことを特徴とする揚水発電装置。 - 【請求項２】 可逆式ポンプ水車に直結された交流励磁
同期機と、この交流励磁同期機の２次側電圧を制御して
該交流励磁同期機の可変速運転を行なう励磁用変換器と
を有する揚水発電装置において、前記励磁用変換器を構
成するインバータとコンバータ間の直流電圧過大検出回
路と、過電流検出回路と、系統異常検出回路と、これ等
２回路以上の検出信号に基づいて異常を判断し、異常が
発生しているときは前記インバータの出力端子間に設け
た直流リンクコンデンサ短絡回路または／およびインバ
ータ出力短絡回路を動作させ一定時間以上異常が継続し
ていれば前記交流励磁同期機をトリップさせ、直流電圧
および系統電圧が復帰しておれば前記交流励磁同期機を
平常運転させるインバータ制御回路とを具備したことを
特徴とする揚水発電装置。 - 【請求項３】 可逆式ポンプ水車に直結された交流励磁
同期機と、この交流励磁同期機の２次側電圧を制御して
該交流励磁同期機の可変速運転を行なう励磁用変換器と
を有する揚水発電装置において、前記励磁用変換器を構
成する多相並列多重形のインバータおよびコンバータ
と、前記交流励磁同期機の出力側より検出した電圧，電
流及び回転位置検出器の出力信号と指令を出力する制御
器と、前記各並列多重電圧インバータ毎の出力電流を各
並列毎に独立にｄ，ｑ変換する３相−２相変換回路と、
前記３相−２相変換回路の出力により各並列多重インバ
ータ間の電流バランス制御を各並列毎に独立して制御す
る電流バランス回路と、前記各並列毎の電流バランス回
路および前記制御器の出力より各並列回路毎に独立して
ｄ，ｑ軸上でバランス制御し、各並列多重インバータを
制御する２相−３相変換回路と、前記インバータの出力
電流を制御する各並列多重インバータ制御回路と、前記
インバータの直流電圧を生成する前記コンバータとを具
備したことを特徴とする揚水発電装置。 - 【請求項４】 可逆式ポンプ水車に直結された交流励磁
同期機と、この交流励磁同期機の２次側電圧を制御して
該交流励磁同期機の可変速運転を行なう励磁用変換器と
を有する揚水発電装置において、前記交流励磁同期機の
発生電圧を系統電圧に同期して回転する直交座標に変換
して該発生電圧の直交座標成分が各々一致するように前
記励磁用変換器を制御する電圧制御回路と、前記発生電
圧の直交座標成分の各々が論理積条件で一致した時に同
期並入する同期検出装置とを具備したことを特徴とする
揚水発電装置。 - 【請求項５】 可逆式ポンプ水車に直結された交流励磁
同期機と、この交流励磁同期機の２次側電圧を制御して
該交流励磁同期機の可変速運転を行なう励磁用変換器と
を有する揚水発電装置において、前記励磁用変換器とガ
バナの制御を電力偏差による制御と回転数偏差による制
御の両方が可能な回路と、自動周波数調整信号の電力調
整指令を前記励磁用変換器でも前記ガバナでも運用上の
必要性と系統の状況に応じて選択切替えて制御する切替
回路とを具備したことを特徴とする揚水発電装置。 - 【請求項６】 可逆式ポンプ水車に直結された交流励磁
同期機と、この交流励磁同期機の２次側電圧を制御して
該交流励磁同期機の可変速運転を行なう励磁用変換器と
を有する揚水発電装置において、前記励磁用変換器を構
成するインバータをパルス幅変調制御するパルス幅変調
制御回路と、通常の発電時、揚水運転時には指令条件で
決まる最適励磁量になるように前記パルス幅変調制御を
行なうベクトル制御回路と、揚水始動時の初期回転時は
速度制御信号による前記ベクトル制御回路の制御信号で
始動を開始し、規定回転まで回転が上昇したら、周波数
に比例した励磁電圧に上げる制御により同期速度まで昇
速するように上記パルス幅変調制御を行なわしめるよう
に前記インバータの制御を切替える制御切替回路とを具
備したことを特徴とする揚水発電装置。
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