JPH089692A - 可変速発電電動装置 - Google Patents
可変速発電電動装置Info
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- JPH089692A JPH089692A JP6135257A JP13525794A JPH089692A JP H089692 A JPH089692 A JP H089692A JP 6135257 A JP6135257 A JP 6135257A JP 13525794 A JP13525794 A JP 13525794A JP H089692 A JPH089692 A JP H089692A
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Abstract
に運転不能になることのない可変速発電電動装置を提供
することである。第2は、同期化力を打ち消すことの無
い可変速発電電動装置を実現して、系統の周波数変動抑
制に貢献することである。第3は、系統の周波数変動を
抑制する制御機能を付加した可変速発電電動装置を提供
することである。 【構成】 本発明の構成は、系統の周波数が変動した場
合、すべり周波数が変動しないように回転速度が系統の
周波数変動とほぼ同じ割合で変化するが、この変化は同
期機が同期化力によって回転速度が変化するのと等価で
あり、同期化力を打ち消さない可変速発電電動装置とな
っていることを意味する。即ち、系統の周波数変動に応
動して回転速度が変動するのは、同期化力を打ち消して
いないことであり、系統の周波数変動抑制に貢献出来る
Description
に貢献できる可変速発電電動装置に関する。
わり、巻線形誘導発電電動機を用いた可変速発電電動装
置が実用化されてきた。この可変速発電電動装置は、一
次巻線が電力系統に接続され二次巻線が交流励磁される
巻線形誘導発電電動機(以下誘導機1と呼ぶ。)と、誘
導機の回転軸に結合された原動機/負荷とから構成され
るものであり、系統周波数から決まる同期速度とは異な
る回転速度で運転できることから、運転効率を最適化で
きる,或いは系統故障時に従来同期機の動揺抑制に寄与
できる等の特徴を有している。但し、同期速度とは異な
る回転速度で運転するために、同期速度と回転速度の差
ので決まる周波数の交流で二次巻線を励磁する必要があ
る。(電気協会雑誌昭和61年3月号34頁他参照) ここに同期速度N1 は、系統周波数f1 と発電電動機の
極数pから決まり、N1=120f1 /pと定義される
回転速度である。すなわち、同期速度N1 は固定値では
なく系統周波数f1 が変化すると同期速度も変化する。
まる同期速度に固定されることなく運用上最適な回転速
度に制御できること、同期速度と回転速度の差ので決ま
る周波数の交流で二次巻線を励磁することがその特徴と
なっている。
によって誘導機の有効電力を制御でき、原動機/負荷制
御装置によって原動機/負荷のトルクを制御できるの
で、回転速度制御は交流励磁制御装置,原動機/負荷制
御装置いずれによっても可能である。(昭和61年電気学
会全国大会1026号他参照) 交流励磁制御装置によって回転速度制御が行われている
一例は、特公平 3-51910、特開昭61-247299 に示されて
いる。また、特開平1-231698に示されている例は、原動
機が図示されていないが、原動機/負荷制御装置によっ
て回転速度制御が行われている一例であると言える。
る例では、交流励磁装置(サイクロコンバ―タ)で有効
電力を制御しているので、回転速度は他の制御装置、す
なわち図示されていない原動機制御装置で制御している
ことが前提となっている。
7、特開昭62-71498も原動機/負荷制御装置によって回
転速度制御が行われている一例である。以下に可変速揚
水発電システムを例にして、従来の可変速発電電動装置
の構成と作用を説明する。
定数は各々の基準値で無次元化された値とし、更に説明
中で使用しているε・jθ1 、ε・jθ2 、ε・jθ
R 、ε・j(θ2 +φ* )は指数関数を示している。例
えばε・jθ1 =EXP(jθ1 )を意味する。
転速度制御が行われている可変速揚水発電システムの例
を説明する。図9にそのシステム構成を示す。図9にお
いて、巻線形誘導発電電動機1(以下、誘導機1と称す
る。)はその回転子にポンプ水車2が連結され、二次巻
線は周波数変換器であるサイクロコンバ―タ3によって
交流励磁される。可変速運転に際し最適な回転速度,ガ
イドベ―ン開度は、有効電力設定器6の出力P* と落差
検出器7の出力Hから、関数発生器8で求められ、各々
回転速度指令N* ,ガイドベ―ン開度指令Y* となる。
ベ―ン開度制御器41とガイドベ―ン開度指令Y* とガイ
ドベ―ン開度Yの差を演算する減算器42とから構成さ
れ、油圧サ―ボモ―タ4を介してポンプ水車2のガイド
ベ―ン開度Yがガイドベ―ン開度指令Y* と一致するよ
うに制御する。
V* と電圧変成器17,電圧検出器23で検出する誘導機1
の一次電圧V1 との差を演算する減算器22と、電圧制御
器21とから構成され、電圧設定器5の出力V* と誘導機
1の一次電圧V1 が等しくなるようにd軸電流指令値I
d * を演算する。
に対して90°遅れた電流成分で、無効電力はこのd軸電
流に比例する。速度制御装置130は、誘導機1の回転
子に取り付けられ回転速度に比例した周波数の交流信号
を出力する速度信号発生器33,周波数に比例した電圧を
発生する速度検出器34から得る速度信号NR と回転速度
指令N* との偏差を演算する減算器32と、速度制御器31
から構成され、この偏差からN* とNR が等しくなるよ
うにq軸電流指令値Iq * を演算する。
回転子に取り付けられた回転子の位相検出器19の出力ε
・jθR と、電圧変成器17,位相検出器19で検出する誘
導機1の一次電圧v1 の位相ε・jθ1 から誘導機1の
二次電流の位相基準ε・jθ2 を検出するフェ―ズドル
―ブロック回路(PLL回路)16と、誘導機1の二次電
流i2 を検出する電流検出器15と、誘導機1の二次電流
i2 と誘導機1の二次電流の位相基準ε・jθ2 からI
dq軸電流検出を検出するIdq軸電流検出器14とで
構成され、誘導機1の二次電流のd軸電流Id、q軸電
流Iqを検出する。
ε・jθ2 は、回転子の電気角θRから決まるベクトル
cosθR +jsinθR 、電圧v1 の位相角θ1 から
決まるベクトルcosθ1 +jsinθ1 ,θ1 −θR
(これをθ2 と呼ぶ)から決まるベクトルcosθ2 +
jsinθ2 である。
されるようにε・jθ1 とε・j(θR θ2 )の差を求
めるベクトル減算器 161と比例積分演算器 162とベクト
ル発生器 163とベクトル加算器 164とで構成される。
Id * とd軸電流Id の差を演算する減算器12と、q軸
電流指令値Iq * とd軸電流Id の差を演算する減算器
13と電流制御器11とから構成され、d軸電流Id がd
軸電流指令値Id * に、q軸電流Iq がq軸電流指令値
Iq * に一致するようにサイクロコンバ―タの点弧角を
制御する。
ステムは、V=V* ,NR =N* ,Y=Y* ,Id =I
d * ,Iq =Iq * となるように運転されるので、電圧
がV* (通常定格電圧に設定される)のもと有効電力設
定値PR と落差Hでの最適な運転(回転速度がN* ,ガ
イドベ―ン開度がY* での運転)が可能となる。
すると、誘導機1の二次巻線は、電力系統の周波数f1
と回転速度NR に対応する周波数fR の差の周波数の交
流で励磁されることは次のように説明できる。
誘導機1の二次電流i2 は、tanφ* =Iq * /Id
* とすると(1)式で表される。
分して求められる。θ2 =θ1 −θR であり、φ* は一
定値であるので f2 =d(θ2 +φ* )/dt=d(θ1 −θR )/d
t θ1 ,θR を微分するとf1 ,fR となるので、f2 は
(2)式で表される。
fS (ただしfS =f1−fR )となることが分かる。
回転速度制御が行われている可変速揚水発電システムの
例を説明する。図11にそのシステム構成を示す。図11に
おいて、誘導機1,ポンプ水車2,サイクロコンバ―タ
3,有効電力設定器6,落差検出器7,関数発生器8,
油圧サ―ボモ―タ4,ガイドベ―ン開度制御器41と減算
器42とで構成されるガイドベ−ン開度制御装置140 、電
圧設定器5,電圧変成器17と電圧検出器23と減算器22と
電圧制御器21とで構成される電圧制御装置120 ,回転子
の位相検出器19と電圧変成器17と系統周波数の位相検出
器18とPLL回路16と電流検出器15とId Iq 検出器14
とで構成されるIdq軸検出装置100,減算器12と電流制
御器11とで構成される二次電流制御装置110 は図9と同
一であるので説明は省略する。
0 のかわりに、速度制御器31と減算器32と加算器33とで
構成される速度制御装置160 は、速度制御器31の出力N
C とガイドベ―ン開度指令値Y* を補正して、補正され
たガイドベ―ン開度指令値Y*1を演算している点と、電
流検出器71,有効電力検出器72,減算器73,有効電力制
御器74から構成される有効電力制御部170 を追加してい
る点である。
* と前記有効電力検出器72の出力Pが一致するように有
効電力制御器74はq軸電流指令値Iq * を出力する。ま
た、速度制御装置160 は、速度指令値N* と回転速度N
R が一致するようにガイドベ―ン開度指令値Y* を補正
する信号NC を出力し、ガイドベ―ン開度Yを補正され
たガイドベ―ン開度指令値Y1 * と一致させるようにガ
イドベ―ン制御装置140 が動作する。関数発生器8が正
確であると補正信号NC は零になる。
ムと同様に、V=V* ,NR =N*,Y=Y* ,Id =
Id * ,Iq =Iq * となるように運転されるので、電
圧がV* のもと有効電力設定値PR と落差Hでの最適な
運転(回転速度がN* ,ガイドベ―ン開度がY* での運
転)が可能となる。
装置では、系統周波数から決まる同期速度に固定される
ことなく運用上最適な回転速度に制御できることから、
種々の特徴が発揮できる反面、回転速度が系統周波数と
独立して制御されることから下記の問題があった。
転速度が大きく変動した場合に運転不能になる恐れがあ
る。誘導機1の二次巻線に誘起される電圧はすべりに比
例するが、この電圧がサイクロコンバ―タが出力できる
電圧v2MAXを越えると、サイクロンコンバ―タによる誘
導機1の二次電流の制御が出来なくなり、運転は継続出
来なくなる。すべりSは同期速度N1 と誘導機1の回転
速度NR から決まるが、周波数によっても表示すことが
出来、(3)式で表される。
R ,fR 一定)でも、電力系統の周波数f1 が大きく変
動した場合には、すべりSが大きくなり運転不能になる
恐れがある。例えばf1 が 100%,fR が95%でSが5
%の時、f1 が 105%に変動すると、すべりSは10%に
なる。
1 ,N1 一定)でも、回転速度が大きく変動した場合に
は、すべりが大きくなり運転不能になる恐れがある。例
えばN1 が 100%,NR が95%でSが5%の時、NR が
90%に変動すると、すべりSは10%になる。特にガイド
ベ―ン制御で回転速度制御を行っている可変速発電電動
装置の場合は、有効電力変化時の回転速度変化が大きい
ので、すべりが大きくなり運転不能になる恐れが多いの
で、何らかの対策が必要になる。
力系統の周波数変動抑制に貢献できない。電力系統の周
波数が低下した場合を例に説明する。同期機を用いた従
来の発電電動装置の場合は、電力系統の周波数が低下す
ると、発電運転中であれば発電電動機出力が増加して、
電力系統の周波数に対応する回転速度まで速度が低下し
て電力系統との同期が保たれる。揚水運転中であれば、
同期機入力が減少して、電力系統の周波数に対応する回
転速度まで速度が低下して電力系統との同期が保たれ
る。
の減少を同期化力と言われているが、同期化力は電力系
統の周波数が低下するのを抑制する方向の変化であり、
電力系統の周波数変動抑制に貢献していると言える。
系統の周波数が低下した場合、同期化力によって回転速
度が低下しようとするが、回転速度は電力系統の周波数
とは関係なく前述のようにNR に制御されているため、
同期化力は打ち消されて誘導機出力の増加(或いは誘導
機入力の減少)も回転速度の低下も生じない。
統の周波数変動抑制に貢献していないと言える。 第3の問題点;ガバナフリ―機能が無いので電力系統の
周波数変動抑制に貢献できない。
は、発電運転中は原動機の回転速度制御機能により、上
述のように電力系統の周波数の低下伴って回転速度が低
下すると、それを抑制するように原動機の出力を変化す
るいわゆるガバナフリ―機能が有る。このガバナフリ―
機能は電力系統の周波数変動抑制に貢献する。
系統の周波数が低下しても上述のように回転速度は変化
しないので、原動機の出力は変化しない。このことは、
発電電動装置に於ける原動機の回転速度制御機能ではガ
バナフリ―の効果が無く、電力系統の周波数変動抑制に
貢献出来ないと言える。
検出してすべりが設定値を越えた量に応じて交流励磁制
御装置による有効電力補正を行う方法が提案されてい
る。(特開平1-231698) この方式は、図12に示されるように図10に対して、PL
L出力信号から誘導機1の励磁周波数f2 (即ちすべり
周波数fs )を検出するすべり周波数検出器81,すべり
周波数fs がすべり幅設定値fm を越えた量を検出する
すべり超過検出器82,一次遅れ演算器83,有効電力指令
値P* から一次遅れ演算器83の出力PCを減算して、補
正された有効電力指令値P1 * を出力する減算器84から
成るすべり周波数制限装置を追加している。
すべり周波数fs は、すべり幅設定値fm をから大きく
越えることはなくなるので、すべりも過大になることは
なく、安定に運転が出来る。
3の問題点が解決されておらず、電力系統の周波数変動
抑制の面からは従来と変わらない。上記第3の問題点を
解決すべく、電力系統の周波数変動を検出し、それによ
り、有効電力設定器6の出力P* を修正する方法が提案
されている。(特公平 3-51910) この方式は図13に示されるように図9に対して、周波数
検出器85,変動率演算器86,加算器84から成る電力系統
周波数抑制手段を追加している。本方式では、電力系統
周波数変動抑制手段により、電力系統の周波数変動に応
じて有効電力指令値を補正し、その結果有効電力は電力
系統の周波数変動を抑制する方向に変化するので、電力
系統の周波数変動抑制に貢献する。
第2の問題点が解決されておらず、不完全な改善に留っ
ている。本発明の第1の目的は,電力系統の周波数が大
きく変動した場合にも運転不能になることのない、可変
速発電電動装置を提供することである。
無い可変速発電電動装置を実現して、電力系統の周波数
変動抑制に貢献出来るようにすることである。第3の目
的は、電力系統の周波数変動を抑制する制御機能を付加
した可変速発電電動装置を提供することである。
は、上記第1及び第2の目的を達成するために、一次巻
線が電力系統に接続され二次巻線が交流励磁される巻線
形誘導発電電動機と、巻線形誘導発電電動機の回転軸に
結合された原動機/負荷とから構成される可変速発電電
動装置において、電力系統の周波数または電圧位相のい
ずれか一方と前記回転軸の回転速度または回転角のいず
れか一方に基づいて前記交流励磁の周波数を検出する周
波数検出手段と、前記交流励磁の周波数がすべり周波数
指令値になるように前記交流励磁装置を制御するすべり
周波数制御手段とを有することを特徴とする。
的を達成するために、請求項1において、すべり周波数
制御手段から出力されるすべり周波数指令値を規定値以
内に制限する手段を追加することを特徴とする。
第3の目的を達成するために、一次巻線が電力系統に接
続され二次巻線が交流励磁される巻線形誘導発電電動機
と、巻線形誘導発電電動機の回転軸に結合された原動機
/負荷とから構成される可変速発電電動装置において、
電力系統の周波数または電圧位相のいずれか一方と前記
回転軸の回転速度または回転角のいずれか一方に基づい
て前記交流励磁の周波数を検出する周波数検出手段と、
前記交流励磁の周波数がすべり周波数指令値になるよう
に前記交流励磁装置を制御するすべり周波数制御手段
と、前記回転軸の回転速度に応じて前記原動機/負荷の
トルクを補正する原動機/負荷トルク補正手段とを有す
ることを特徴とする。
第3の目的を達成するために、一次巻線が電力系統に接
続され二次巻線が交流励磁される巻線形誘導発電電動機
と、巻線形誘導発電電動機の回転軸に結合された原動機
/負荷とから構成される可変速発電電動装置において、
電力系統の周波数または電圧位相のいずれか一方と前記
回転軸の回転速度または回転角のいずれか一方に基づい
て前記交流励磁の周波数を検出する周波数検出手段と、
前記交流励磁の周波数がすべり周波数指令値になるよう
に前記交流励磁装置を制御するすべり周波数制御手段
と、前記電力系統の周波数変動に応じて前記原動機/負
荷のトルクを補正する原動機/負荷トルク補正手段とを
有することを特徴とする。
第3の目的を達成するために、一次巻線が電力系統に接
続され二次巻線が交流励磁される巻線形誘導発電電動機
と、巻線形誘導発電電動機の回転軸に結合された原動機
/負荷とから構成される可変速発電電動装置において、
電力系統の周波数または電圧位相のいずれか一方と前記
回転軸の回転速度または回転角のいずれか一方に基づい
て前記交流励磁の周波数を検出する周波数検出手段と、
前記交流励磁の周波数がすべり周波数指令値になるよう
に前記交流励磁装置を制御するすべり周波数制御手段
と、前記回転軸の回転速度に応じて前記すべり周波数指
令値を補正するすべり周波数指令値補正手段とを有する
ことを特徴とする。
第3の目的を達成するために、一次巻線が電力系統に接
続され二次巻線が交流励磁される巻線形誘導発電電動機
と、巻線形誘導発電電動機の回転軸に結合された原動機
/負荷とから構成される可変速発電電動装置において、
電力系統の周波数または電圧位相のいずれか一方と前記
回転軸の回転速度または回転角のいずれか一方に基づい
て前記交流励磁の周波数を検出する周波数検出手段と、
前記交流励磁の周波数がすべり周波数指令値になるよう
に前記交流励磁装置を制御するすべり周波数制御手段
と、前記電力系統の周波数変動に応じて前記すべり周波
数指令値を補正するすべり周波数指令値補正手段とを有
することを特徴とする。
置の作用を説明する。本装置は、すべり周波数制御手段
を設けていることから、すべり周波数fs (即ちf1 −
fR )は一定に制御されるので、(3)式の分子は一定
となる。従って、電力系統の周波数が変動してもすべり
が変動しないようになる。例えばf1 が 100%,fR が
95%でSが5%の時、f1 が 105%に変動しても、fs
が一定になるようにfR が 100%に制御されるので、す
べりSは5%から 4.76 %に変化するだけで、その変動
は小さい。
た場合、すべり周波数が変動しないように回転速度が電
力系統の周波数変動とほぼ同じ割合で変化するが、この
変化は同期機が同期化力によって回転速度が変化するの
と等価であり、同期化力を打ち消さない可変速発電電動
装置となっていることを意味する。
動装置の作用を説明する。本装置は、すべり周波数指令
値を制限する手段を設けて、すべり周波数指令値を規定
値以内に制限すると、電力系統の周波数が変動しても前
述のようにべりが規定値以内に制限される。
動装置の作用を説明する。本装置は、回転速度Nの変動
ΔNに比例して原動機/負荷のトルクをΔτM 補正させ
ると、すべり周波数制御によりf2 は一定に制御されて
いることから、後述のようにΔτM は電力系統の周波数
f1 の変動量に比例し、誘導機1の有効電力もΔτM補
正される。従って、請求項3の手段を用いた可変速発電
電動装置は、電力系統の周波数f1 の変動に応じて、原
動機/負荷のトルク及び誘導機1の有効電力を変化させ
る機能即ちガバナフリ―機能を発揮することが分かる。
動装置の作用を説明する。本装置は、電力系統の周波数
変動に応じて、原動機/負荷のトルク及び誘導機1の有
効電力を補正するので、請求項3と同様にガバナフリ―
機能を発揮することが分かる。
動装置の作用を説明する。本装置は、電力系統の周波数
変動Δf1 を積分した値で、すべり周波数指令値fs *
を補正する。すべり周波数制御によりf2 はすべり周波
数指令値fs * に一致するように制御されていることか
ら、後述のように、すべり周波数の指令値f2 * を補正
したことにより変化する誘導機1の有効電力の補正量Δ
PE は、電力系統の周波数変動Δf1 に応じた値とな
る。
動装置の作用を説明する。本装置は、電力系統の周波数
と基準周波数の差Δf1 に応じて、すべり周波数の指令
値fs * を補正する。すべり周波数制御によりf2 はす
べり周波数指令値fs * に一致するように制御されてい
ることから、後述のように、すべり周波数の指令値f2
* を補正したことにより変化する誘導機1の有効電力の
補正量ΔPE は、電力系統の周波数変動Δf1 に応じた
値となる。
値で無次元化された値とする。本発明の請求項1に係る
可変速発電電動装置の実施例を図面を参照して説明す
る。請求項1の実施例の構成図を図1に示す。誘導機
1,ポンプ水車2,サイクロコンバ―タ3,有効電力設
定器6,落差検出器7,関数発生器8,油圧サ―ボモ―
タ4,ガイドベ―ン開度制御器41,減算器42とで構成さ
れるガイドベ―ン開度制御装置140 、電圧設定器5,電
圧変成器17と電圧制御器21と減算器22と電圧検出器23と
で構成される電圧制御装置120 、Id Iq 検出器14と電
流検出器15とPLL回路16と電圧変成器17と系統周波数
の位相検出器18と回転子の位相検出器19とで構成される
Idq軸検出装置100,電流制御器11と減算器12とで構成
される二次電流制御装置110 は、図9と同一であるので
説明は省略する。
置130 の代わりに、速度指令値N*からすべり周波数指
令値fs * を演算するすべり周波数指令値発生器51,す
べり周波数指令値fs * とPLL回路16の内部出力f2
の差を演算する減算器52、そしてこの偏差にもとづきq
軸電流指令値Iq * を出力するすべり周波数制御器53と
から構成されるすべり周波数制御装置150 を設けたこと
である。すべり周波数指令値発生器51は図2に示される
ように減算器 511,係数器 512で構成され、その演算内
容は(4)式で表される。
電力系統の周波数f1 の基準値f0 に対応した回転速度
を意味する。
回路16の内部出力f2 は誘導機1の励磁周波数であるの
で、前述のように(2)式で表されるが、回転速度で表
すと(5)式で表される。
御されるので、(4)(5)式から(6)式が成り立
つ。
−N0 に制御されることが分かる。
に電力系統の周波数f1 に無関係に制御されるので、前
述のように電力系統の周波数が変動してもすべりは変動
しない。
周波数が変動しないように回転速度が電力系統の周波数
変動とほぼ同じ割合で変化する((6)式参照)が、こ
の変化は同期機が同期化力によって回転速度が変化する
のと等価であり、同期化力を打ち消さない可変速発電電
動装置となっていることを意味する。
電動装置の回転速度Nは、N* +N1 −N0 に制御され
るが、N* はN1 −N0 に対して十分大きいので、最適
な回転速度N* の近傍で運転でき、しかも電力系統の周
波数変動に応動してN* からN1 −N0 変動することに
なる。
動して回転速度が変動するのは、同期化力を打ち消して
いないことであり、電力系統の周波数変動抑制に貢献出
来る。
ポンプ水車の場合で説明したが、水車,ポンプ,蒸気タ
―ビン,はずみ車,風車等慣性を持った回転体を用いて
も同様の効果が得られる。
を取り出せない場合は、他のすべり周波数の検出方法を
とっても本発明は同等の作用・効果を示すことは明かで
ある。以下に他のすべり周波数検出方法の一例を示す。
代わりに、電力系統の周波数f1 と回転速度NR から、
すべり周波数fs をf1 −NR として検出しても同様の
効果が得られる。
示す。図3では図1に対して、速度信号発生器33, 速度
検出器34,系統周波数検出器35,減算器36から構成され
るすべり周波数検出回路165 を追加して、図1のPLL
出力信号f2 の代わりに、減算器36の出力信号fs を用
いている点が異なっている。作用・効果は図1と同一で
あるので説明は省略する。
電流位相基準εからその周波数を検出することでも、す
べり周波数を検出することが出来る。その一例は、従来
技術例で示した図13の周波数/電圧変換機81に示されて
いるので説明は省略する。
るが、すべり周波数の検出方法がいずれの手法をとって
も、本発明は同等の作用・効果を示すことは明かであ
る。本発明の請求項2に係る可変速発電電動装置の実施
例を図面を参照して説明する。
波数指令値発生器51を図2の内容から、図4に示す内容
に変更することで構成される。即ち、係数器 512の出力
にリミッタ 513を追加する。
例は、すべり周波数指令値fs * が規定値にリミットさ
れるので、fs * になるように制御されている励磁周波
数f2 (即ちすべり周波数fs )は規定値を越えること
はない。
数は規定値を越えることはないので、すべりも規定値を
越えることはない。従って電力系統の周波数が大きく変
動した場合でも運転不能になることはなく、安定に運転
が維持できる。
置の実施例を図面を参照して説明する。請求項3の実施
例の構成図を図5に示す。図5は、図1に対して速度信
号発生器33,速度検出器34から構成される回転速度検出
手段と、速度指令値N* と回転速度Nの差を演算する減
算器61,減算器61の出力からガイドベ―ン開度指令値Y
* を補正する信号τC を演算するトルク補正器62,ガイ
ドベ―ン開度指令値Y* に前記補正信号τC を加算する
加算器63とから構成されるトルク補正手段160 を追加し
ている。次に、本実施例の作用を説明する。本実施例で
は補正信号τC は(7)式で求める。
補正信号τC により、原動機/負荷のトルクが補正され
る量ΔτM は(8)式で表される。
の回転速度,すべりが変化しようとするが、すべり周波
数制御によって誘導機1の有効電力をΔτM 補正してす
べりの変化を抑える。従って、誘導機1の有効電力は電
力系統の周波数変動(f1 −f0 )に応じて補正され
る。
実施例の効果に加えて、電力系統の周波数の変動に応じ
て、原動機/負荷のトルク及び誘導機1の有効電力を変
化させる機能即ちガバナフリ―機能を発揮することが出
来るので、電力系統の周波数の変動抑制によりいっそう
貢献できる。
置の実施例を図面を参照して説明する。請求項4の実施
例の構成図を図6に示す。図6は、図1に対して電力系
統の周波数と基準周波数の差Δf1 を検出する周波数偏
差検出器64と、前記Δf1 からガイドベ―ン開度指令値
Y* を補正する信号τC を演算するトルク補正器65,ガ
イドベ―ン開度指令値Y* に前記補正信号τC を加算す
る加算器63とから構成されるトルク補正手段161 を追加
している。次に、本実施例の作用を説明する。本実施例
では、補正信号τC は(9)式で求める。
る量をΔτM とすると、ΔτM は(14)式で表される。
もΔτM 補正される。(10)式から、請求項5の手段を
用いた可変速発電電動装置は、電力系統の周波数f1 の
変動Δf1 に応じて、原動機/負荷のトルク及び誘導機
1の有効電力を変化させる機能即ちガバナフリ―機能を
発揮することが分かる。
実施例の効果に加えて、電力系統の周波数の変動に応じ
て、原動機/負荷のトルク及び誘導機1の有効電力を変
化させる機能即ちガバナフリ―機能を発揮することが出
来るので、電力系統の周波数の変動抑制によりいっそう
貢献できる。
置の実施例を図面を参照して説明する。請求項5の実施
例の構成図を図7に示す。図7は、図1に対して速度信
号発生器33,速度検出器34から構成される回転速度検出
手段を追加し、更にすべり周波数指令値発生器51の代わ
りに、速度指令値N* と回転速度NR からすべり周波数
指令値fs * を演算するすべり周波数指令値発生器54か
ら構成されるすべり周波数制御装置151 を構成してい
る。
例では、回転速度に応じて(11)式により、すべり周波
数の指令値fs * を補正する。
周波数指令値,TN は補正積分時定数, は積分を表す。fso * は一定であり、またすべり周波数
制御によってf2 が指令値fs * に一致するように制御
されているので、(11)式は(12)式に変形出来る。
する誘導機1の有効電力の補正量ΔPE とすると、回転
軸の運動方程式から(13)式が成り立つ。
は微分を表す。また有効電力,回転速度,周波数は全て
発電方向を正としている。fs * =f2 として、(12)
式を(13)式に代入すると、(13)式は(14)式とな
る。
電電動装置は、電力系統の周波数変動Δf1 に応じて有
効電力PE を変化させる作用をすることが分かる。
実施例の効果に加えて、電力系統の周波数の変動に応じ
て、可変速発電電動装置の有効電力を変化させることが
出来るので、電力系統の周波数の変動抑制によりいっそ
う貢献できる。この機能はすべり周波数制御が出来ない
同期機(何故ならば、同期機は直流励磁しているから)
を用いた発電電動装置では実現できない効果であり、本
可変速発電電動装置の特長となる。
置の実施例を図面を参照して説明する。請求項5の実施
例の構成図を図8に示す。図8は、図1に対して電力系
統の周波数と基準周波数の差Δf1 を検出する周波数偏
差検出器64を追加し、更にすべり周波数指令値発生器51
の代わりに、速度指令値N* と回転速度N前記Δf1 か
らすべり周波数指令値fs * を演算するすべり周波数指
令値発生器55を用いてすべり周波数制御装置152 を構成
している。
例では、電力系統の周波数と基準周波数の差Δf1 に応
じて(15)式により、すべり周波数の指令値fs * を補
正する。
実施例も請求項5の実施例と同様な作用となる。
実施例の効果に加えて、電力系統の周波数の変動に応じ
て、可変速発電電動装置の有効電力を変化させることが
出来るので、電力系統の周波数の変動抑制によりいっそ
う貢献できる。この機能はすべり周波数制御が出来ない
同期機(何故ならば、同期機は直流励磁しているから)
を用いた発電電動装置では実現できない効果であり、本
可変速発電電動装置の特長となる。
きく変動した場合にもすべりの変動は抑制され、また同
期化力を打ち消すことの無く電力系統の周波数変動に追
従でき、更に電力系統の周波数変動を抑制する方向に有
効電力を変化させられるので、電力系統の周波数が大き
く変動した場合にも運転不能になることはなく、電力系
統の周波数変動抑制に貢献出来る。
装置の構成図。
値発生器の一実施例の構成図。
動装置の構成図。
装置の構成図。
装置の構成図。
装置の構成図。
装置の構成図。
装置の構成図。
L構成図。
クロコンバ−タ 4…油圧サ−ボモ−タ、5…電圧設定器、6…有効電力
設定器 7…落差検出器、8…関数発生器、11…電流制御器 14…IdIq 検出器、15…電流検出器、16…PLL 回路、17
…電圧変成器 18,19 …位相検出器、21…電圧制御器、23…電圧検出
器、31…速度制御器 33…速度信号発生器、34…速度検出器、35…系統周波数
検出器 41…ガイドベ−ン開度制御器、51,54,55…すべり周波数
指令値発生器 53…すべり周波数制御器、62,65 …トルク補正器、81…
すべり周波数検出器 82…すべり超過検出器、83…一次遅れ演算器、85…すべ
り周波数検出器 86…変動率演算器、100 …Idq 軸検出装置、110 …二次
電流制御装置 120 …電圧制御装置、130,160 …速度制御装置 140 …ガイドベ−ン開度制御装置、150,151,152 …すべ
り周波数制御装置 161 …トルク補正手段、165 …すべり周波数検出回路、
170 …有効電力制御部
Claims (6)
- 【請求項1】 一次巻線が電力系統に接続され二次巻線
が交流励磁される巻線形誘導発電電動機と、巻線形誘導
発電電動機の回転軸に結合された原動機/負荷とから構
成される可変速発電電動装置において、電力系統の周波
数または電圧位相のいずれか一方と前記回転軸の回転速
度または回転角のいずれか一方に基づいて前記交流励磁
の周波数を検出する周波数検出手段と、前記交流励磁の
周波数がすべり周波数指令値になるように前記交流励磁
装置を制御するすべり周波数制御手段とを有することを
特徴とする可変速発電電動装置。 - 【請求項2】 すべり周波数制御手段から出力されるす
べり周波数指令値を規定値以内に制限する手段を有する
ことを特徴とする請求項1記載の可変速発電電動装置。 - 【請求項3】 一次巻線が電力系統に接続され二次巻線
が交流励磁される巻線形誘導発電電動機と、巻線形誘導
発電電動機の回転軸に結合された原動機/負荷とから構
成される可変速発電電動装置において、電力系統の周波
数または電圧位相のいずれか一方と前記回転軸の回転速
度または回転角のいずれか一方に基づいて前記交流励磁
の周波数を検出する周波数検出手段と、前記交流励磁の
周波数がすべり周波数指令値になるように前記交流励磁
装置を制御するすべり周波数制御手段と、前記回転軸の
回転速度に応じて前記原動機/負荷のトルクを補正する
原動機/負荷トルク補正手段とを有することを特徴とす
る可変速発電電動装置。 - 【請求項4】 一次巻線が電力系統に接続され二次巻線
が交流励磁される巻線形誘導発電電動機と、巻線形誘導
発電電動機の回転軸に結合された原動機/負荷とから構
成される可変速発電電動装置において、電力系統の周波
数または電圧位相のいずれか一方と前記回転軸の回転速
度または回転角のいずれか一方に基づいて前記交流励磁
の周波数を検出する周波数検出手段と、前記交流励磁の
周波数がすべり周波数指令値になるように前記交流励磁
装置を制御するすべり周波数制御手段と、前記電力系統
の周波数変動に応じて前記原動機/負荷のトルクを補正
する原動機/負荷トルク補正手段とを有することを特徴
とする可変速発電電動装置。 - 【請求項5】 一次巻線が電力系統に接続され二次巻線
が交流励磁される巻線形誘導発電電動機と、巻線形誘導
発電電動機の回転軸に結合された原動機/負荷とから構
成される可変速発電電動装置において、電力系統の周波
数または電圧位相のいずれか一方と前記回転軸の回転速
度または回転角のいずれか一方に基づいて前記交流励磁
の周波数を検出する周波数検出手段と、前記交流励磁の
周波数がすべり周波数指令値になるように前記交流励磁
装置を制御するすべり周波数制御手段と、前記回転軸の
回転速度に応じて前記すべり周波数指令値を補正するす
べり周波数指令値補正手段とを有することを特徴とする
可変速発電電動装置。 - 【請求項6】 一次巻線が電力系統に接続され二次巻線
が交流励磁される巻線形誘導発電電動機と、巻線形誘導
発電電動機の回転軸に結合された原動機/負荷とから構
成される可変速発電電動装置において、電力系統の周波
数または電圧位相のいずれか一方と前記回転軸の回転速
度または回転角のいずれか一方に基づいて前記交流励磁
の周波数を検出する周波数検出手段と、前記交流励磁の
周波数がすべり周波数指令値になるように前記交流励磁
装置を制御するすべり周波数制御手段と、前記電力系統
の周波数変動に応じて前記すべり周波数指令値を補正す
るすべり周波数指令値補正手段とを有することを特徴と
する可変速発電電動装置。
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