JPH0697030B2 - Variable speed turbine generator - Google Patents

Variable speed turbine generator

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JPH0697030B2
JPH0697030B2 JP61099842A JP9984286A JPH0697030B2 JP H0697030 B2 JPH0697030 B2 JP H0697030B2 JP 61099842 A JP61099842 A JP 61099842A JP 9984286 A JP9984286 A JP 9984286A JP H0697030 B2 JPH0697030 B2 JP H0697030B2
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rotation speed
output
command
generator
power generation
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阪東  明
明夫 伊藤
茂明 林
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は可変速水車発電装置に係り特に発電機に巻線形
回転子を有する回転電機が用いられ、この巻線形回転子
を有する回転電機の同期速度付近での発電運転を、最小
の周波数変換器容量で可能とするのに好敵な可変速水車
発電装置に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a variable speed turbine generator, and in particular, a rotary electric machine having a wire-wound rotor is used as a generator, and a rotary electric machine having this wire-wound rotor is used. The present invention relates to a variable-speed turbine generator that is suitable for enabling power generation operation near a synchronous speed with a minimum frequency converter capacity.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来一般に採用されているこの種の可変速水車発電装置
は、たとえば特開昭59−72998号に記載されているよう
なものが知られている。
As a variable speed turbine power generator of this type which has been generally adopted in the past, for example, one described in JP-A-59-72998 is known.

すなわち、第5図にも概略図で示すように、一、二次巻
線を備えた巻線形回転子を有する回転電機1があり、こ
の巻線形回転子を有する回転電機はその回転子に直結さ
れた水車2によって回転駆動されるとともに、巻線形回
転子を有する回転電機1の二次巻線1bには、サイクロコ
ンバータ等の交流励磁装置3により巻線形回転子を有す
る回転電機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、巻線形回転子を有する回転電
機1の一次巻線1aからは電力系統4と等しい周波数の交
流電力が出力されるように可変速運転が行われる。
That is, as shown in the schematic view of FIG. 5, there is a rotating electric machine 1 having a wound rotor provided with primary and secondary windings, and the rotating electric machine having this wound rotor is directly connected to the rotor. The secondary winding 1b of the rotating electric machine 1 having a winding type rotor is driven to rotate by a rotating water turbine 2 and the rotational speed of the rotating electric machine having a winding type rotor is adjusted by an AC exciter 3 such as a cycloconverter. A variable speed operation is performed so that an AC exciting current adjusted to a predetermined phase is supplied in accordance with the above, and AC power having a frequency equal to that of the power system 4 is output from the primary winding 1a of the rotating electric machine 1 having a wound rotor. Is done.

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、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が入力され、最高効率で運転す
るための最適回転速度指令Naoと最適案内弁開度指令Yao
を発生する。7はスリップ位相検出用誘導機で、その回
転子が巻線形回転子を有する回転電機1に直結されると
ともに、一次巻線7aが巻線形回転子を有する回転電機1
の出力側に接続され、又二次巻線7bからスリップ位相信
号Spを出力するように形成されている。このスリップ位
相信号Spと前記最適回転速度指令Naoとがサイクロコン
バータ3に与えられ、前述したように、巻線形回転子を
有する回転電機1の二次巻線1bに供給される交流励磁電
流の位相等を制御する。一方最適案内弁開度指令Yao
は、案内弁駆動装置8に与えられ、案内弁9の開度が制
御され、水車出力PTが制御される。
Reference numeral 5 is a turbine characteristic function generator, which is a rotation speed signal N detected by the rotation speed detector 6 and a power generation output command given from the outside.
P 0 and water level detection signal H are input, and optimum rotation speed command Nao and optimum guide valve opening command Yao for operating at maximum efficiency
To occur. Reference numeral 7 denotes an induction machine for slip phase detection, the rotor of which is directly connected to the rotary electric machine 1 having a wound rotor, and the primary winding 7a of which has a wound rotor 1
Of the secondary winding 7b, and is configured to output the slip phase signal Sp from the secondary winding 7b. The slip phase signal Sp and the optimum rotation speed command Nao are given to the cycloconverter 3 and, as described above, the phase of the AC exciting current supplied to the secondary winding 1b of the rotary electric machine 1 having the winding rotor. Etc. On the other hand, the optimum guide valve opening command Yao
Is given to the guide valve drive device 8, the opening of the guide valve 9 is controlled, and the turbine output PT is controlled.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

このような発電装置において、巻線形回転子を有する回
転電機1を同期速度付近で運転する場合のことを考えて
みると、サイクコンバータ3の、電流極性変更の間隔が
長いために、電流は逆並列の変換器より成るサイクコン
バータ3の片側のみを流れることになり、この間に受け
取るジュール熱エネルギーが過大となり冷却能力を超え
る等の問題が生じ、結果的にサイクロコンバータ3の出
力電流容量の許容量は大幅に低下することになる。この
ような、サイクロコンバータ3にとって過酷な回転速度
範囲を、サイクロコンバータ出力禁止帯と呼び、この範
囲を通らぬように設計すると、サイクロコンバータ3は
格段に大型になり高価となる。
Considering the case where the rotary electric machine 1 having a wound rotor is operated in the vicinity of the synchronous speed in such a power generator, the current is reversed because the cycle of the current polarity change of the cycl converter 3 is long. Since only one side of the cycloconverter 3 composed of parallel converters flows, the Joule heat energy received during this period becomes excessive and the cooling capacity is exceeded. As a result, the allowable output current capacity of the cycloconverter 3 is increased. Will be significantly reduced. Such a rotation speed range that is harsh for the cycloconverter 3 is called a cycloconverter output prohibition zone, and if it is designed so as not to pass through this range, the cycloconverter 3 becomes significantly large and expensive.

従って従来技術をベースにすると、サイクロコンバータ
出力禁止帯有で設計し、最適回転速度が禁止帯に入るよ
うな発電出力範囲を避けて運転範囲そのものを狭くする
ことによってサイクロコンバータ容量の小型化を達成す
るか、あるいは大きな容量のサイクロコンバータを用
い、全ての発電出力範囲が運転可能となる、即ち、禁止
帯を持たないようにするかの二者択一の選択がある。
Therefore, based on the conventional technology, the cycloconverter output forbidden band is designed, and the operating range itself is narrowed by avoiding the power generation output range where the optimum rotation speed enters the forbidden band, thus achieving miniaturization of the cycloconverter capacity. Alternatively, a cyclone converter with a large capacity is used, and the entire power output range can be operated, that is, there is no forbidden band.

本発明はこれに鑑みなされたもので、その目的をすると
ころは、上記のうちの出力禁止帯を設け、最小のサイク
ロコンバータ容量を採用できる可変速水車発電装置を提
供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a variable speed turbine generator capable of providing the above-mentioned output forbidden band and adopting the minimum cycloconverter capacity.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、電力系統に接続された1次巻線と、水車に直
結されて回転する2次巻線を備えた発電機と、前記発電
機の発電電力及び発電出力指令から前記2次巻線に流す
励磁電流を制御する交流励磁装置と、前記発電出力指令
により前記水車の案内弁を駆動する案内弁駆動装置を有
する可変速水車発電装置において、前記発電出力指令
(Po)に応じて最適回転速度指令(Nao)を出力する水
車特性関数発生器(5)と、下限回転速度(Nmin)と上
限回転速度(Nmax)を有するサイクロコンバータ出力禁
止帯内に前記最適回転速度指令(Nao)が入るときは、
前記最適回転速度指令(Nao)を前記サイクロコンバー
タ出力禁止帯の外へと修正する関数発生器(19)と、実
回転速度(N)と前記関数発生器(19)出力である回転
速度指令(Na)との偏差(ΔN)に応じて制御される前
記案内弁駆動装置(8)と、前記サイクロコンバータ出
力禁止帯内に前記実回転速度(N)が入っている場合
に、前記実回転速度(N)を禁止帯から速やかに脱出す
るための禁止帯蹴り返し信号(Pε)を出力する禁止帯
蹴り返し回路(20)を有し、前記発電出力指令、前記禁
止帯蹴り返し信号、及び前記発電出力から前記交流励磁
装置を制御するようにしたものである。
The present invention relates to a generator having a primary winding connected to an electric power system, a secondary winding directly connected to a water turbine and rotating, and a secondary winding based on a generated power and a generated output command of the generator. In the variable speed turbine generator having an AC exciter for controlling the exciting current flowing through the rotor and a guide valve drive device for driving the guide valve of the water turbine according to the power generation output command, optimum rotation according to the power generation output command (Po). A turbine characteristic function generator (5) that outputs a speed command (Nao), and the optimum rotation speed command (Nao) enters within a cycloconverter output prohibited zone having a lower limit rotation speed (Nmin) and an upper limit rotation speed (Nmax). when,
A function generator (19) that corrects the optimum rotation speed command (Nao) to the outside of the cycloconverter output prohibited band, an actual rotation speed (N), and a rotation speed command (N) that is the output of the function generator (19). The guide valve drive device (8) controlled according to the deviation (ΔN) from the Na) and the actual rotation speed when the actual rotation speed (N) is within the cycloconverter output inhibition zone. (N) has a forbidden band kickback circuit (20) for outputting a forbidden band kickback signal (Pε) for promptly exiting the forbidden band, and has the power generation output command, the forbidden band kickback signal, and The AC exciter is controlled from the power generation output.

〔作用〕[Action]

第3図を用いて説明すると、図はある落差Hの場合の出
力−回転特性を案内弁開度をパラメータにして示したも
ので、本来なら水車を最高効率点で運転するには、落差
Hと出力P1を与えると最適回転速度が点AのN1に定めれ
ば良い。しかし、何よりも同期速度付近のサイクロコン
バータ禁止帯(回転速度Nmin〜Nmaxの範囲)は確実に回
避する必要があるので、回転速度のずれに対する水車効
率の低下は僅かである点A′にスライドさせて修正設定
するようにする。
Explaining with reference to FIG. 3, the figure shows the output-rotation characteristic in the case of a certain head H with the guide valve opening as a parameter, and in order to operate the water turbine at the highest efficiency point, the head H And the output P1 is given, the optimum rotation speed may be set to N1 of the point A. However, above all, it is necessary to surely avoid the cycloconverter forbidden zone (the range of rotation speeds Nmin to Nmax) near the synchronous speed, so slide to point A'where the decrease in turbine efficiency with respect to the difference in rotation speed is slight. So that the correction setting is made.

なお蹴り返し回路とは、実回転速度が上昇し乍ら禁止帯
に入り込もうとするとき、禁止帯突入直前又は直後の禁
止帯下限付近で、発電出力指令を急激に増加させるよう
にして発電機にかかる出力(水車にかかる負荷)を増加
させるか、または実回転速度が下降し乍ら禁止帯に入り
込もうとする禁止帯上限附近では、発電出力指令を急激
に減少させるよう修正し、発電機にかかる出力を減少さ
せる回路で、これにより実回転数を上下させて、回転禁
止帯の外へと蹴り戻すようにする。
The kickback circuit means that when the actual rotation speed rises and tries to enter the forbidden band, the generator output command is suddenly increased near the lower limit of the forbidden band immediately before or immediately after entering the forbidden band. When the output (load on the turbine) is increased or the actual rotation speed decreases and the prohibition band is approaching the upper limit of the prohibition band, the power generation output command is corrected to be sharply reduced and applied to the generator. This is a circuit that reduces the output, which raises or lowers the actual rotation speed and kicks it back out of the rotation prohibition zone.

〔実施例〕〔Example〕

以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細に説明す
る。
The present invention will be described in detail based on the illustrated embodiments.

第1図は、本発明の一実施例にかかる発電装置のブロッ
ク図である。なお、第1図中、第5図と同一符号は同一
又は相当物を示し、説明は省略する。水車特性関数発生
器5には従来と同様、発電出力指令P0と水位検出信号H
が入力され、出力側に最適回転速度指令Naoと最適案内
弁開度指令Yaoが発生する。いま、発電出力指令P0が上
げられこれに伴って最適回転速度指令N1となってサイク
ロコンバータにとって過酷なすべり過少の禁止帯に入っ
てしまう場合、水車特性関数発生器5の出力側に設けら
れた履歴関数発生器19の出力は、第4図に示すようにサ
イクロコンバータ禁止帯下限の回転速度に等しい回転速
度指令Na=Nminに修正されて出力される。
FIG. 1 is a block diagram of a power generator according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the same reference numerals as those in FIG. 5 indicate the same or corresponding parts, and the description thereof will be omitted. In the turbine characteristic function generator 5, as in the conventional case, the power generation output command P 0 and the water level detection signal H
Is input, and the optimum rotation speed command Nao and the optimum guide valve opening command Yao are generated on the output side. Now, when the power generation output command P 0 is raised and the optimum rotation speed command N 1 is accordingly entered into the prohibition zone where slippage is too severe for the cycloconverter, it is provided on the output side of the turbine characteristic function generator 5. The output of the hysteresis function generator 19 is corrected to a rotation speed command Na = Nmin equal to the rotation speed at the lower limit of the cycloconverter band and output as shown in FIG.

尚、回転速度指令値Naoが下降してきて上から禁止帯に
入る場合には、第4図のようにNaoがNminまで下がるま
で回転速度指令がNaoはNmaxのまま保持される。
When the rotation speed command value Nao falls and enters the prohibited zone from above, the rotation speed command Nao is kept at Nmax until Nao falls to Nmin as shown in FIG.

このように修正された回転速度指令Naは、回転速度器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、微分要素K3
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補正信号ΔCを出力する。この補正
信号ΔCは加算器13で最適案内弁開度指令Yaoと加算さ
れ、加算器13からの出力、すなわち補正された案内弁開
度指令(Yao+ΔC)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。
The rotation speed command Na corrected in this way is applied to the rotation speed device 6
The actual rotation speed signal N detected in 1 is compared with the comparator 10, and the deviation ΔN (Na−N) is input to the calculator 11. The calculator 11 has a proportional element K1, an integral element K2 / S, and a derivative element K3.
It is composed of S and an adder 12, and outputs a correction signal ΔC so as to make this deviation zero as long as there is the deviation ΔN. The correction signal ΔC is added by the adder 13 to the optimum guide valve opening command Yao, and the output from the adder 13, that is, the corrected guide valve opening command (Yao + ΔC) is input to the guide valve drive device 8. The guide valve driving device 8 is composed of an adder 14 and an integrating element K4 / S, and its output is negatively fed back to the adder 14.

また、前記発電出力指令P0は後で詳述する禁止帯蹴り返
し回路20の出力Pεと加算器21で合成され、P0′となっ
て比較器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、比較要素K6、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。
Further, the power generation output command P 0 is combined with the output P ε of the forbidden band kickback circuit 20 described later in detail in the adder 21 to become P 0 ′, which is input to the comparator 15 and the other input power generation. Compared with the actual power generation output signal PG detected by the output detector 16,
The deviation ΔP (P 0 ′ -PG) is input to the power control device 17. The power control device 17 comprises a comparison element K6, an integration element K6 / S and an adder 18, the output of which is the cycloconverter 3
Entered in.

このように構成された本実施例の制御装置において、第
2図(a)の時点t0で、発電出力指令P0が最適回転速度
Naoをサイクロコンバータ出力禁止帯に入るようにステ
ップ状に上昇させると、修正信号P0′もステップ状に変
化し、巻線形回転子を有する回転電機即ち巻線形回転子
を有する発電機1の発電出力信号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。ただし、禁止帯内にNaoはあるので、履歴関数発生
器19の出力NaはNminとなる。尚、説明を簡単にするため
禁止帯蹴り返し回路20の説明は後で述べることとし、当
面出力Pεはゼロと考えて以下説明を進める。
In the control device of this embodiment configured in this way, at the time point t 0 in FIG. 2A, the power generation output command P 0 is the optimum rotation speed.
When Nao is raised stepwise so as to enter the cycloconverter output forbidden band, the correction signal P 0 ′ also changes stepwise, and the power generation of the rotating electric machine having the winding rotor, that is, the generator 1 having the winding rotor. As shown in FIG. 2 (g), the output signal PG rises following the change in the power generation output command P 0 ′. However, since Nao exists in the forbidden band, the output Na of the history function generator 19 becomes Nmin. For the sake of simplicity, the forbidden band kickback circuit 20 will be described later, and the following description will be given assuming that the output Pε is zero for the time being.

すると、電力制御装置17に含まれる積分要素K8/Sと、サ
イクロコンバータ3、巻線形回転子を有する発電機1、
発電出力検出器16及び比較器15によって構成される負帰
還回路により、偏差ΔP(P0′−PG)は次第に減少し
て、定常時にPG=P0′となる。一方、前記案内弁開度指
令Yに対しての案内弁9の開度応答性は、前述の発電出
力指令P0に対する発電出力PGの応答性よりも遅い。この
ため、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
P0の急変により一時的に減速された後、第2図の時点t1
で発電出力PGと水車出力PTがほぼ等しくなり、回転速度
Nの低下は止む。なお、時点t1では回転速度の偏差ΔN
(=Na−N)が正で、修正演算器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
た案内弁開度指令(Yao+ΔC)は、最適案内弁開度指
令Yaoよりも大となり、やがて水車出力PTは発電出力PG
よりも大となる。
Then, the integral element K8 / S included in the power control device 17, the cycloconverter 3, the generator 1 having the wound rotor,
Due to the negative feedback circuit composed of the power generation output detector 16 and the comparator 15, the deviation ΔP (P 0 ′ −PG) gradually decreases, and PG = P 0 ′ in a steady state. On the other hand, the opening responsiveness of the guide valve 9 to the guide valve opening command Y is slower than the responsiveness of the power generation output PG to the power generation output command P 0 . Therefore, the turbine output PT becomes smaller than the power generation output PG,
As shown in FIG. 2 (f), the rotation speed N is the power generation output command.
After temporary deceleration due to a sudden change in P 0 , time t 1 in FIG.
Then, the power generation output PG and the turbine output PT become almost equal, and the decrease of the rotation speed N stops. At the time point t 1 , the deviation ΔN of the rotation speed is
Since (= Na−N) is positive and the correction signal ΔC output from the correction calculator 11 is positive, the guide valve opening command (Yao + ΔC) corrected by this correction signal ΔC is the optimum guide valve opening. It becomes larger than the command Yao, and eventually the turbine output PT is the power generation output PG
Will be greater than.

従って、回転速度Nは増大して、回転速度指令Naに近づ
くとともに、補正信号ΔCも零に近づき、最終的に案内
弁開度Yは最適案内弁開度指令Yaoと一致し、回転速度
Nは回転速度指令Naと等しくなる。すなわち、修正演算
器11に含まれる積分要素K2/Sと、加算器12、加算器13、
案内弁駆動装置8、案内弁9、水車2、巻線形回転子を
有する発電機1、回転速度検出器6および比較器10によ
っ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。また、定
常時、偏差ΔY(Yao−Y)=0、すなわち、Yao=Yは
以下(イ)〜(ニ)を総合すれば、偏差ΔY(Yao−
Y)=0、すなわちYao−Yとなる。
Therefore, the rotation speed N increases and approaches the rotation speed command Na, the correction signal ΔC also approaches zero, and finally the guide valve opening Y coincides with the optimum guide valve opening command Yao, and the rotation speed N is It becomes equal to the rotation speed command Na. That is, the integral element K2 / S included in the correction calculator 11, the adder 12, the adder 13, and
A negative feedback circuit composed of the guide valve driving device 8, the guide valve 9, the water turbine 2, the generator 1 having a wound rotor, the rotation speed detector 6 and the comparator 10 causes the deviation ΔN (= Na−
N) gradually decreases and becomes N = Na in a steady state. Further, in a steady state, the deviation ΔY (Yao−Y) = 0, that is, Yao = Y is the deviation ΔY (Yao−Y
Y) = 0, that is, Yao-Y.

(イ)水車特性関数発生器5から出力される最適案内弁
開度指令Yaoは当然のことであるが発電出力指令P0に相
当するものである。(ロ)前記したように、定常時PG=
P0となる。(ハ)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PTと発電出力PG
の差によって加速されたり、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
に修正演算器11、加算器13、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によって負帰還回路が構成されているので、定常時に
はPG=P0となる。(ニ)案内弁開度Yは水車出力PTに相
当するものである。
(A) The optimum guide valve opening command Yao output from the water turbine characteristic function generator 5 naturally corresponds to the power generation output command P 0 . (B) As mentioned above, PG during steady state =
It becomes P 0 . (C) The inertia effect of all the rotating parts such as the runner of the water turbine 2 and the rotor of the generator 1 is determined by the turbine output PT and the power generation output PG.
It is accelerated or decelerated by the difference of
It can be regarded as a kind of integral element, and as described above, the correction calculator 11, the adder 13, the guide valve drive device 8, the guide valve 9, the water turbine 2, the generator 1, the rotation speed detector 6 and the comparator.
Since 10 forms the negative feedback circuit, PG = P 0 in the steady state. (D) The guide valve opening Y corresponds to the turbine output PT.

また反対に、発電出力指令を下げる時に最適回転速度指
令Naoがサイクロコンバータ禁止帯内となった場合に
は、履歴関数発生器19の出力は、サイククロコンバータ
出力禁止帯上限回転速度に等しい回転速度指令Na(=Nm
ax)となる。
On the contrary, if the optimum rotation speed command Nao falls within the cycloconverter prohibition band when the power generation output command is lowered, the output of the history function generator 19 is the rotation speed equal to the cycloconverter output prohibition band upper limit rotation speed. Directive Na (= Nm
ax).

前述のように最終的には水車の実際の回転速度Nは履歴
関数発生器19によって修正された回転速度指令Naと等し
くなり禁止帯から外れるが過渡的には第2図(f)の斜
線部のように一時的に禁止帯に入り込んでしまう。
As described above, finally, the actual rotation speed N of the water turbine becomes equal to the rotation speed command Na corrected by the history function generator 19 and deviates from the forbidden band, but transiently the shaded area in FIG. 2 (f). As you can see, it temporarily enters the prohibited zone.

本発明の目的の1つはこの一時的な入り込みを最小限に
止め、かつ、す早く脱出せしめるようにすることにあ
る。更に第8図(イ)のように発電出力指令P0が増加
し、これに伴って最適回転速度指令Naoが禁止帯の下か
ら上へ横切るような場合や、第8図(ロ)のように発電
出力指令P0が減少し、これに伴って最適回転速度指令Na
oが禁止帯の上から下へ横切るような場合に回転速度N
の禁止帯通過時間を短縮することにある。
One of the objects of the present invention is to minimize this temporary entrapment and to allow a quick escape. Further, as shown in FIG. 8 (a), the power generation output command P 0 increases, and along with this, the optimum rotation speed command Nao crosses from the bottom of the prohibited zone to the top, or as shown in FIG. 8 (b). Power generation output command P 0 decreases, and the optimum rotation speed command Na
Rotation speed N when o crosses from the top to the bottom of the forbidden zone
The purpose is to shorten the time required to pass the band.

通過時間を短くできればサイクロコンバータの逆並列変
換器の片側使用の時間を短くできるので、ジェール熱に
よる放熱量を制限でき、サイクロコンバータの容量縮小
が図れる。
If the passage time can be shortened, the time for using one side of the anti-parallel converter of the cycloconverter can be shortened, so that the heat radiation amount due to the jail heat can be limited and the capacity of the cycloconverter can be reduced.

第7図は、本発明の要件となる禁止帯蹴り返し回路の説
明図で、最適回転速度指令Naoが第8図(イ)のように
禁止帯の下から上へ横断するように設定された場合を考
える。Naoの上昇に伴って実際の回転速度Nも上昇する
が、回転速度Nが第7図の禁止帯下限即ち、Nminに達す
ると禁止帯蹴り返し回路20の出力Pεを増大せしめる。
FIG. 7 is an explanatory diagram of a forbidden band kickback circuit which is a requirement of the present invention, and the optimum rotation speed command Nao is set so as to cross from the bottom to the top of the forbidden band as shown in FIG. Consider the case. The actual rotation speed N also rises as Nao rises, but when the rotation speed N reaches the lower limit of the forbidden band, that is, Nmin in FIG. 7, the output Pε of the forbidden band kickback circuit 20 is increased.

尚、蹴り返し回路20の出力Pεの最大量Pεmaxは後述
のように速度指令のNaoの禁止帯横断設定が可能なよう
に設定するが一般には定格出力の20〜30%程度に抑える
のがよい。
The maximum amount Pεmax of the output Pε of the kickback circuit 20 is set so that the speed command Nao crosses the forbidden band can be set as described later, but it is generally preferable to suppress it to about 20 to 30% of the rated output. .

Pεが増大するとP0′が増大し結果として発電機出力PG
が増大する。このことは水車にかかる負荷が増大するこ
とで回転速度Nの上昇の勢いが禁止帯下限のNmin附近で
大きく腰を折られブレーキを掛けられることを意味す
る。それでも尚速度上昇が止まずNがNmin+εに至る
と、今まで出していた禁止帯蹴り返し要素の出力Pεは
ゼロとなる。
As Pε increases, P 0 ′ increases, resulting in generator output PG
Will increase. This means that as the load on the water turbine increases, the momentum of the increase in the rotation speed N is greatly broken near the lower limit Nmin of the prohibited zone, and the brake can be applied. Nevertheless, when the speed increase still does not stop and N reaches Nmin + ε, the output Pε of the forbidden band kickback element that has been output until now becomes zero.

かくてPGもステップ状にP0まで急激する。この結果、今
までの合成出力指令P0′=P0+Pεmaxとほとんどバラ
ンスしていた水車出力PTとの間に急にPεmax分のプラ
ス偏差が生じ、回転速度Nは急上昇を始め一気に禁止帯
を横切り、新しい(禁止帯より上の)最適回転速度に移
行する。上述の如く禁止帯蹴り返し回路20によって、回
転速度Nの上昇はNmin〜Nmin+εの間に止るように制御
され、それでもNの上昇が止まらないときは、Nが一気
に禁止帯を走り抜ける。
Thus, PG also jumps to P 0 in steps. As a result, a positive deviation of Pεmax suddenly occurs between the combined output command P 0 ′ = P 0 + Pεmax up to now and the turbine output PT which is almost in balance, and the rotation speed N starts to rapidly increase and falls into the prohibited band at once. Cross and move to the new (above the band) optimum speed. As described above, the forbidden zone kickback circuit 20 controls the increase of the rotation speed N to stop between Nmin and Nmin + ε, and when the increase of N still does not stop, the N runs through the forbidden zone at once.

逆に最適回転速度指令Naoが第8図(ロ)の様に禁止帯
の上から下へ横断設定された場合はNmax〜Nmax−εの間
で回転速度Nの下降が止むよう作用を受け、それでもN
の下降が止まずNmax−εを超えたとたんに加速され一気
に禁止帯を走り抜け新しい(禁止帯より下の)最適回転
速度へ移行する。
On the contrary, when the optimum rotation speed command Nao is set to traverse from the top to the bottom of the forbidden zone as shown in FIG. 8 (b), the rotation speed N is affected so as to stop falling between Nmax and Nmax-ε, Still N
As soon as Nmax-ε exceeds Nmax-ε, it accelerates and runs through the forbidden zone at once, and shifts to a new optimum rotation speed (below the forbidden zone).

尚、禁止帯蹴り返し回路20は第7図の様なN−Pε関数
発生器と回転速度Nが上昇中が下降中かを判別するため
の回路(例えば時定数の小さい不完全微分回路)より構
成される。
The forbidden band kickback circuit 20 is composed of an N-Pε function generator as shown in FIG. 7 and a circuit for determining whether the rotational speed N is increasing or decreasing (for example, an incomplete differentiation circuit having a small time constant). Composed.

尚、第7図は禁止帯蹴り返し回路の1例で前述の如く回
転速度Nが禁止帯に入ろうとした時、その入口で押し返
しができなかった時は急に押し返しを止めて禁止帯のす
早い通過を促すタイプのものであれば何でもよい。
Incidentally, FIG. 7 shows an example of a forbidden band kickback circuit. When the rotational speed N is about to enter the forbidden band as described above, and when it cannot be pushed back at the entrance, the pushback is suddenly stopped to set the forbidden band. Anything that encourages quick passage is acceptable.

第6図は第4図の履歴関数発生器10の代案で最適回転速
度指令Naoを入力とし禁止帯を避けた回転速度Naを出力
する別の速度指令関数発生器の例である。
FIG. 6 shows an example of another speed command function generator which inputs the optimum rotation speed command Nao and outputs the rotation speed Na avoiding the forbidden band as an alternative to the history function generator 10 of FIG.

入力の最適回転速度指令NaoがNmin〜Ncの間は出力NaはN
minに入力し、NaoがNc〜Nmaxの間はNaoはNmaxにする。
The output Na is N while the input optimum rotation speed command Nao is between Nmin and Nc.
Enter in min and set Nao to Nmax while Nao is between Nc and Nmax.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本願発明は、発電機1の回転速度が
サイクロコンバータ出力禁止帯に入らないよう履歴関数
発生装置19を設けると共に、発電機1の回転速度が水車
2の慣性により一時的にサイクロコンバータ出力禁止帯
に入り込んでも、この入り込みを最小限に抑えて素早く
サイクロコンバータ出力禁止帯外へ移行させるか、速や
かに通過せしめるようにする禁止帯蹴り返し回路20を設
けているから、サイクロコンバータ3を構成している逆
並列変換器の片側だけに電流が流れるということがなく
なって、過大のジュール熱の発生がなくなり、サイクロ
コンバータ3の出力電流容量が小さくできるから経済的
な設計ができるという効果がある。
As described above, according to the present invention, the history function generator 19 is provided so that the rotation speed of the generator 1 does not fall within the cycloconverter output prohibited band, and the rotation speed of the generator 1 is temporarily changed by the inertia of the water turbine 2. Even if it enters the converter output forbidden band, the forbidden band kickback circuit 20 is provided so as to minimize this entry and quickly move it to the outside of the cycloconverter output forbidden band, or to allow it to pass quickly. Since the current does not flow only to one side of the anti-parallel converter configuring the above, excessive Joule heat is not generated, and the output current capacity of the cycloconverter 3 can be reduced, so that an economical design can be achieved. There is.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、本発明の一実施例に係る可変速水車発電装置
のブロック図、第2図(a)〜(g)は、同発電装置の
各部における信号の波形図、第3図は、水車出力と最適
回転速度および案内弁開度との関係を示す図、第4図
は、履歴関数発生器の入出力の関係を示す図、第5図
は、従来の可変速水車発電装置の一例を示すブロック
図、第6図は第4図の履歴関数発生器の代りに使用する
速度指令関数発生器の図、第7図は禁止帯蹴り返し要素
の作用説明図、第8図は禁止帯を横断して最適回転速度
指令の設定移動をした例である。 1……巻線形回転子を有する回転電機(又は発電機)、
2……水車、3……サイクロコンバータ、4……電力系
統、5……水車特性関数発生器、6……回転速度検出
器、7……スリップ位相検出誘導機、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、19……履歴関数発生器、20……禁止
帯蹴り返し回路、21……加算器、P0……修正された発電
出力指令。
FIG. 1 is a block diagram of a variable speed turbine generator according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2 (a) to 2 (g) are waveform diagrams of signals in respective parts of the generator, and FIG. The figure which shows the relationship between the turbine output and the optimum rotation speed and the guide valve opening degree, FIG. 4 is a figure which shows the input-output relationship of a hysteresis function generator, FIG. 5 is an example of the conventional variable speed turbine generator. 6 is a block diagram showing a speed command function generator used in place of the history function generator shown in FIG. 4, FIG. 7 is an explanatory view of the action of a forbidden band kickback element, and FIG. 8 is a forbidden band. This is an example in which the optimum rotation speed command is set and moved across. 1 ... A rotating electric machine (or generator) having a wound rotor,
2 ... water turbine, 3 ... cycloconverter, 4 ... electric power system, 5 ... turbine characteristic function generator, 6 ... rotation speed detector, 7 ... slip phase detection induction machine, 8 ... guide valve drive device , 9 ... Guide valve, 10 ... Comparator, 11 ... Computing unit, 13
...... Adder, 15 …… Comparator, 16 …… Generation output detector, 17
...... Power control device, 19 …… Historical function generator, 20 …… Forbidden band kickback circuit, 21 …… Adder, P 0 …… Modified power generation output command.

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 伊藤 明夫 茨城県日立市大みか町5丁目2番1号 株 式会社日立製作所大みか工場内 (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 (72)発明者 原口 英二 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Front Page Continuation (72) Inventor Akira Bando 3-1-1 Sachimachi, Hitachi City, Ibaraki Hitachi Ltd. Hitachi factory (72) Inventor Akio Ito 5-2-1 Omikacho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Stock company Hitachi Omika Plant (72) Inventor Shigeaki Hayashi 3-22 Nakanoshima 3-chome, Kita-ku, Osaka-shi, Osaka Prefecture Kansai Electric Power Co., Inc. (72) Eiji Haraguchi 3-chome Nakanoshima 3-chome, Kita-ku, Osaka No.22 in Kansai Electric Power Co., Inc.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】電力系統(4)に接続された1次巻線(1
a)と、水車(2)に直結されて回転する2次巻線(1
b)を備えた発電機(1)と、前記発電機(1)の発電
電力(PG)及び発電出力指令(Po)から前記2次巻線
(1b)に流す励磁電流を制御する交流励磁装置(3)
と、前記発電出力指令(Po)により前記水車(2)の案
内弁(9)を駆動する案内弁駆動装置(8)を有する可
変速水車発電装置において、 前記発電出力指令(Po)に応じて最適回転速度指令(Na
o)を出力する水車特性関数発生器(5)と、 下限回転速度(Nmin)と上限回転速度(Nmax)を有する
サイクロコンバータ出力禁止帯内に前記最適回転速度指
令(Nao)が入るときは、前記最適回転速度指令(Nao)
を前記サイクロコンバータ出力禁止帯の外へと修正設定
する関数発生器(19)と、 実回転速度(N)と前記関数発生器(19)出力である回
転速度指令(Na)との偏差(ΔN)に応じて制御される
前記案内弁駆動装置(8)と、 前記サイクロコンバータ出力禁止帯内に前記実回転速度
(N)が入っている場合に、前記実回転速度(N)を禁
止帯から速やかに脱出するための禁止帯蹴り返し信号
(Pε)を出力する禁止帯蹴り返し回路(20)を有し、 前記発電出力指令(Po)、前記禁止帯蹴り返し信号(P
ε)、及び前記発電出力(PG)から前記交流励磁装置
(3)を制御することを特徴とする可変速水車発電装
置。
1. A primary winding (1) connected to a power system (4)
a) and the secondary winding (1) that is directly connected to the water turbine (2) and rotates.
a generator (1) provided with b), and an alternating current excitation device for controlling the exciting current flowing from the generator (1) to the secondary winding (1b) from the generated power (PG) and the generated output command (Po). (3)
And a variable speed water turbine power generator having a guide valve drive device (8) for driving a guide valve (9) of the water turbine (2) according to the power generation output command (Po). Optimal rotation speed command (Na
o) output turbine characteristic function generator (5), when the optimum rotation speed command (Nao) falls within the cycloconverter output inhibition zone having the lower limit rotation speed (Nmin) and the upper limit rotation speed (Nmax), The optimum rotation speed command (Nao)
A function generator (19) that corrects and sets the outside of the cycloconverter output prohibited band, and a deviation (ΔN) between the actual rotation speed (N) and the rotation speed command (Na) that is the output of the function generator (19). And the guide valve drive device (8) controlled according to (1)), and when the actual rotation speed (N) is included in the cycloconverter output inhibition zone, the actual rotation speed (N) is changed from the inhibition zone. A forbidden band kickback circuit (20) that outputs a forbidden band kickback signal (Pε) for prompt escape is provided, and the power generation output command (Po) and the forbidden band kickback signal (P) are provided.
ε), and the AC exciter (3) is controlled from the power generation output (PG), a variable speed turbine generator.
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