JPH1146499A

JPH1146499A - 可変速誘導発電装置の制御装置及びその制御方法

Info

Publication number: JPH1146499A
Application number: JP10114598A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Fujimoto; 茂藤本; Takeshi Okochi; 豪大河内; Mamoru Nemoto; 守根本; Naoki Hoshino; 直樹星野; Akio Nishimura; 章夫西村; Osamu Nagura; 理名倉; Seiji Takahashi; 清司高橋; Masamichi Makino; 正廸牧野; Masahiro Tanaka; 正広田中; Manabu Kamijo; 学上條
Original assignee: Hitachi Engineering and Services Co Ltd; Chubu Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering and Services Co Ltd; Chubu Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Priority date: 1997-05-30
Filing date: 1998-04-24
Publication date: 1999-02-16
Anticipated expiration: 2018-04-24
Also published as: JP3375888B2

Abstract

(57)【要約】【課題】可変速発電機の制御装置において、水量の急激
な調整が困難な場合でも、水車の回転状態をなるべく最
適にさせることを目的とする。【解決手段】本発明の可変速誘導発電装置の制御装置に
おいては、外部より与えられる水車流量指令信号と落差
信号に基づいて水車の適正回転数信号を算出する回転速
度適正化制御手段と、水車の運転状態情報を検出し、こ
の水車運転状態信号に基づいて適正回転数信号を補正す
る適正回転数信号補正手段とを備え、電力変換器は適正
回転数信号補正手段により補正された水車の目標回転数
信号に基づいて誘導発電機の二次側に流れる電流を制御
するようにする。【効果】ガイドベーンサーボ容量が小型、また、ガイド
ベーンレスの場合においても、水車効率向上および水車
の長寿命化を図りながら水車の可変速運転が可能にな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は可変速誘導発電装置
の制御装置及びその制御方法に係り、特に水車に連結さ
れた巻線形誘導発電機の二次側の電流を制御することに
より誘導発電機と連結した水車の回転速度を調整するよ
うにした、例えば中小容量の水力発電装置に採用するの
に好適な可変速誘導発電装置の制御装置及びその方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から大規模な水力発電所では、水車
発電を効率良く行うため水車の水量信号とダムの水位信
号とを用いて水車の適正回転速度を演算し、水車をこの
適正回転速度になるように可変速回転させて高効率で水
車発電運転を行う可変速発電装置が使用されていた。

【０００３】この水車発電を効率良く行う技術を用いれ
ば、水資源を有効に利用することができるため、中小の
水力発電所においても水車の可変速回転技術を適用する
ことが要求されているが、従来の大規模な水力発電所に
おける可変速発電装置を用いた水車の可変速回転制御手
段をそのまま中小の水力発電所に適用することは困難で
あった。

【０００４】これは大規模な水力発電所では、発電所が
流さなくてはならない水量を発電所の判断で調整するこ
とが可能であるため、水車に流入する水量を調節するガ
バナ機構を水車の周囲に設けて水車への水量を調節し、
最終的に水車の回転速度を調節することが可能であっ
た。ところが、近年の中小水力発電所、特に多目的ダム
等に併設された発電所においては、発電所の発電要求指
令よりも、河川の水量確保を優先させる必要性があり、
ある程度の水量を流さなければならないため、水車に水
量調節の機構を設けて水車の回転速度を調整することは
難しいものとなる。

【０００５】従来の中小水力発電所を対象として水車の
可変速運転を行う技術としては、例えば第１の公知例と
して、特開平2−179300 号公報に開示されているものが
あり、この第１の公知例では、水車に流入する水量を調
節する機構を持たない水力発電所において、誘導発電機
の二次電流をチョッパ型の電力変換器で制御することに
より、水車を可変速回転制御させる可変速誘導発電機の
構成について論じられている。

【０００６】また、同様に中小水力発電所を対象とした
第２の公知例として特公平7−34677号公報に開示されて
いるものがあり、この第２の公知例では、発電機からの
発生電力が最大となる回転速度で水車運転を行う技術に
ついて言及している。

【０００７】更に、第３の公知例として特開平1−30007
0 号公報に開示されているものがあり、この第３の公知
例は大規模な水力発電所を対象としているもので、水車
が流す流量とダムの水位を検出し、これらの検出信号を
取り込んで水車の適正回転速度信号を得て、これに基づ
いて水車の回転速度が適正回転速度となるように制御す
ることが論じられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
第１の公知例では、水車を可変速回転制御させる可変速
誘導発電装置において、誘導発電機の二次側電流を制御
するための電力変換器の構成については開示されている
が、効率よく水車を回転させるための具体的な制御につ
いては開示されていない。

【０００９】また、上述の第２の公知例では、発電機か
らの発生電力が最大となる回転速度で水車運転を行う技
術について開示されているが、発生電力を最大にする制
御では電力出力を優先にした制御であるため、発生電力
が最大となる回転速度に制御した場合、運転状態として
は水車にとって必ずしも最高効率での運転とはならず、
キャビテーションが発生することもあった。

【００１０】更に、上述の第３の公知例では、適正回転
速度がその水車にとって好適であるためには、モデルラ
ンナーなどを製作して詳細なデータを取らなければなら
ず、大型の水力発電所には適用できても、中小の水力発
電所ではコストが高騰するという問題がある。また、ラ
ンナーが摩耗等で経年変化した場合、モデルランナーを
用いた特性データと実際のランナーの特性データが異な
り、モデルランナーを用いた特性データを補正する必要
が生じ、その補正作業が極めて面倒であるという問題が
ある。

【００１１】本発明は上述の点に鑑みなされたもので、
その目的とするところは、水車にとって効率の良い回転
速度で可変速発電運転が行えることは勿論、中小の水力
発電装置に適用する場合であってもコストが高騰するこ
となく、経年変化があってもそれに対応した回転速度に
迅速にシフトすることができる可変速誘導発電装置の制
御装置及びその制御方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の可変速誘導発電
装置の制御装置は、上記目的を達成するために、水車の
水量信号とダムの水位信号に基づいて該水車の適正回転
速度信号を算出する適正回転速度演算手段と、該適正回
転速度演算手段からの適正回転速度信号に応じて前記水
車の回転速度を制御する回転制御手段と、水車の効率状
態を示す水車運転状態情報信号を指標として、水車効率
を向上する方向に前記適正回転速度信号を補正し、この
補正した信号を前記回転制御手段に出力する手段とを備
えたことにある。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面に
基づいて説明する。図１に本発明の可変速誘導発電装置
の制御装置の一実施例を示す。

【００１４】図１において、１０１は巻線形誘導発電機
（以下誘導発電機と称す）であり、この誘導発電機１０
１は原動機である水車１０３に連結されており、更に誘
導発電機１０１の一次側巻線は三相の送電系統１３３に
接続され、二次側巻線は電力変換器１００及び変圧器１
０９を介して誘導発電機１０１の一次側に接続されてい
る。

【００１５】電力変換器１００は順変換器１０４、及び
逆変換器１０８を有し、順変換器１０４はダイオードな
どの整流素子により構成され、誘導発電機１０１の二次
側の交流電力を直流電力へ変換し、逆変換器１０８はＰ
ＷＭ制御回路１１０からのパルス信号によって、トラン
ジスタがオン・オフすることにより直流電力を交流電力
へ変換する。順変換器１０４と逆変換器１０８との間の
経路上には送流用ダイオード１０６が配置され、逆変換
器１０８と並列に平滑用コンデンサ１０７が入ってい
る。また、順変換器１０４と並列に二次チョッパ回路を
構成するトランジスタ１０５が入っており、トランジス
タ１０５と順変換器１０４を結ぶ経路上には電流を検出
する電流検出器１１２が設置されている。

【００１６】そして、トランジスタ１０５はパルス増幅
器１１４の信号によりオン・オフ動作して通電率を変化
させて、順変換器１０４から出力される電流すなわち、
誘導発電機１０１の二次電流を制御する。

【００１７】また、ＰＷＭ変換器１１０は平滑用コンデ
ンサ１０７の充電電圧を検出して、逆変換器１０８の端
子電圧が一定になるようにＰＷＭ変換器１１０を制御す
る。電流調節器１１３は電流検出器１１２からの電流検
出信号ｉと電流変換器115からの二次電流信号Ｉとを受
け、両信号の偏差に応じたスイッチング信号を生成しパ
ルス増幅器１１４へ出力している。また、パルス増幅器
１１４はこのスイッチング信号を基に、トランジスタ１
０５のスイッチング制御を行うように構成されている。
つまり、電流調節器１１３，パルス増幅器１１４、及び
トランジスタ１０５は、二次電流信号Ｉを目標値とし
て、この目標値に電流検出信号ｉが一致するように動作
して、誘導発電機１０１の二次電流を制御する二次電流
制御手段として構成されている。

【００１８】一方、誘導発電機１０１の回転速度を検出
するための速度検出器１２２が誘導発電機１０１の主軸
に付加されていると共に、水車１０３の運転状態を検出
するための水車運転状態情報検出器１１６が水車１０３
に設けられている。

【００１９】この水車運転状態情報検出器１１６からの
水車運転状態情報信号Ｊと、速度検出器１１２からの回
転速度信号Ｎは、制御コンピュータ３００内に設けられ
たトラッキング制御回路１２０に入力され、トラッキン
グ制御回路１２０は後述するトラッキング制御によっ
て、水車１０３にとって好適な回転速度を求め、この回
転速度を示す好適回転速度信号Ｎ２を出力するようにな
っている。

【００２０】また、水車の運転状態を制御するためにダ
ムの水位を検出する落差検出器129と水車１０３の流量
を検出する流量検出器１３０を有し、落差検出器１２９
からの水位を示す水位信号Ｈと、流量検出器１３０から
の水量を示す水量信号Ｑとが制御コンピュータ３００内
に設けられた適正回転速度演算器１３１に入力され、こ
の適正回転速度演算器１３１は、水位信号Ｈと水量信号
Ｑを用いて水車１０３の特性関数に従って算出された適
正回転速度信号Ｎ１を出力するようになっている。

【００２１】そして、適正回転速度演算器１３１からの
適正回転速度信号Ｎ１とトラッキング制御回路１２０か
らの好適回転速度信号Ｎ２が制御コンピュータ３００内
に設けられた信号選択回路１１１に入力され、この信号
選択回路１１１では、状況に応じてどちらかの信号指令
が選択されて電流変換器１１５へ速度指令信号を出力す
るようになっている。また、電流変換器１１５は信号選
択回路１１１から出力された速度信号指令に応じて電流
調節器１１３へ二次電流信号Ｉを出力する。

【００２２】上述した信号選択回路１１１における好適
回転速度信号Ｎ２と適正回転速度信号Ｎ１との切換えに
ついて図２を用いて詳細に説明する。

【００２３】該図に示す如く、制御コンピュータ３００
の中に上述のトラッキング制御回路１２０，適正回転速
度演算器１３１、及び信号選択回路１１１と後述する状
態変化検出回路１４０の機能がソフトウェアにより構築
された回路として組み入れられている。そして、状態変
化検出回路１４０は流量信号Ｑと水位信号Ｈが入力され
て状態が変化したことを検知し、流量信号Ｑと水位信号
Ｈが変化したことに基づいて信号選択回路１１１のスイ
ッチを端子ａ，ｂ間で切換えるスイッチ切換信号３０４
を出力すると共に、トラッキング制御回路１２０にはト
ラッキング制御を開始するトラッキング開始信号３０２
を出力する。

【００２４】この状態変化検出回路１４０は、例えば水
量信号Ｑ，水位信号Ｈが１％以上変化した時、又は水量
信号Ｑと水位信号Ｈの変化率の合計（和）が１.５％以
上変化した時のＯＲ条件でスイッチ切換信号３０４を出
力する。これにより信号選択回路１１１はスイッチを端
子ａに切換えて、一定の期間(例えば２分，３分等)、適
正回転速度信号Ｎ１を電流変換器１１５へ出力するよう
になっている。また、状態変化検出回路１４０はスイッ
チ切換信号３０４と共にトラッキング制御回路１２０に
トラッキング開始信号３０２を出力している。トラッキ
ング制御回路１２０は、トラッキング開始信号３０２を
受けて変化後の水量条件，水位条件で水車１０３にとっ
て好適な回転速度を後述のトラッキング制御を行って検
出し、好適回転速度信号Ｎ２として出力する。

【００２５】尚、水車の運転状態を反映する水車運転状
態情報信号Ｊとしては、水車を納めたドラフト容器内の
水圧脈動，水車ランナー部に発生するキャビテーション
発生状況，水車の振動状況などを圧力センサ，アコース
ティックエミッションセンサや振動センサで検出し、そ
の大きさを制御信号として用いることができる。

【００２６】また、適正回転速度演算器１３１に設定す
る水車１０３の特性関数としては、水車ランナーの設計
の際、計算で求めた特性から設定する。もちろん、モデ
ル水車ランナーを作り、これから試験的に求めても良
い。

【００２７】さらに、水量信号Ｑとしては、流量検出器
１３０からの信号以外に、河川への水量確保のために外
部から指定された発電所が流すべき水量信号を用いるこ
とも可能である。

【００２８】次に、トラッキング制御回路１２０につい
て、図３を用いて説明する。

【００２９】該図に示す如くトラッキング制御回路１２
０は、差分回路２０２，２０４，ＥＸ−ＯＲ回路２０
６，インバータ２０８，レベル変換器２１０，積分回路
212および出力制限器２１４から構成されており、差分
回路２０２に速度検出器112の回転速度出力信号Ｎが入
力され、差分回路２０４に水車運転状態情報検出器１１
６の水車運転状態情報信号Ｊが入力され、これら差分回
路２０２，２０４からの信号はＥＸ−ＯＲ回路２０６，
インバータ２０８を経てレベル変換器２１０に入力さ
れ、レベル変換器２１０からの信号は、積分回路２１２
及び出力制限器２１４を経て、トラッキング制御回路１
２０からの好適回転速度信号Ｎ２が信号選択回路１１１
に入力されるようになっている。

【００３０】差分回路２０２はクロックパルスに同期し
て現時点の回転速度信号Ｎと前回(クロックパルスの１
パルス前)の回転速度信号Ｎとの差分を回転速度信号Ｎ
の時間的変化の変化分として算出し、回転速度信号Ｎが
増加傾向にあるときは“１”の信号を出力し、回転速度
信号Ｎが減少傾向にあるときには“０”の信号を出力す
るようになっている。

【００３１】一方、差分回路２０４はクロックパルスに
同期して現時点の水車運転状態情報信号Ｊと前回（クロ
ックパルスの１パルス前）の水車運転状態情報信号Ｊと
の差分を水車運転状態情報信号Ｊの時間時変化分として
算出し、水車運転状態情報信号Ｊの変化分が減少傾向に
あり、これにより水車がより運転効率が良好な状態に向
かう傾向にあるときには“１”の信号を出力するよう
に、水車運転状態情報信号Ｊの変化分が増加傾向にあ
り、水車の運転効率が良好な状態でない傾向にあるとき
には“０”の信号を出力するようになっている。すなわ
ち、差分回路２０２，２０４は状態変化算出手段として
構成されている。

【００３２】ＥＸ−ＯＲ回路２０６は２入力信号の情報
が相異なるときのみ“１”の信号を出力し、それ以外の
ときには“０”の信号を出力するようになっている。そ
して、ＥＸ−ＯＲ回路２０６の出力信号はインバータ２
０８を介して反転され、反転された信号がレベル変換器
２１０に入力されるようになっている。レベル変換器２
１０は入力信号が“１"のときには正のパルス信号を出
力し、入力信号が“０"のときには負のパルス信号を出
力するようになっている。積分回路２１２はレベル変換
器２１０からの出力信号を積分し、レベル変換器２１０
から正のパルス信号が出力されたときにはトラッキング
制御回路１２０から出力される回転速度信号を増速方向
に変更し、負のパルス信号が出力されたときには、回転
速度信号を減速方向に変更するようになっている。すな
わち、ＥＸ−ＯＲ回路２０６，インバータ２０８，レベ
ル変換器２１０，積分回路２１２は、回転速度信号Ｎと
水車運転状態情報信号Ｊの変化分の増減傾向が互いに異
なるとき、即ち回転速度信号Ｎが増加傾向にあり、差分
回路２０２の出力信号が“１”、そして水車運転状態情
報信号Ｊの変化分が減少傾向にあり差分回路２０２の出
力信号が“１”の時は回転速度信号を増速方向に変更
し、また、回転速度信号Ｎが減少傾向にあり差分回路２
０２の出力信号が“０”、そして水車運転状態情報信号
Ｊの変化分が増加傾向にあり差分回路２０４の出力信号
が“０”の時も回転速度信号を増速方向に変更する。

【００３３】また、回転速度信号Ｎと水車運転状態情報
信号Ｊの変化分の増減傾向が互いに同じとき、即ち回転
速度信号Ｎが増加傾向にあり差分回路２０２の出力信号
が“１”、そして水車運転状態情報信号Ｊの変化分が増
加傾向にあり差分回路204の出力信号が“０”の時は回
転速度信号を減速方向に変更し、また、回転速度信号Ｎ
が減少傾向にあり差分回路２０２の出力信号が“０”、
そして水車運転状態情報信号Ｊの変化分が減少傾向にあ
り差分回路２０４の出力信号が“１”の時も好適回転速
度信号Ｎ１を減速方向に変更する。

【００３４】更に、出力制限器２１４は、トラッキング
制御が開始された回転速度を中心として、規定の回転速
度変動幅（±ｋ：ｋの値としては、例えばトラッキング
制御が開始された回転速度Ｎの±５％の範囲が設定可
能）を出力範囲として、この範囲内に積分回路２１２か
らの信号が収まっている場合は、その積分回路２１２か
らの信号を出力し、また、この範囲内より積分回路２１
２からの信号が下限より低い値になる場合は、回転速度
変動幅の下限値を出力し、更に、この範囲内より積分回
路２１２からの信号が高い値になる場合は、回転速度変
動幅の上限値を出力する。

【００３５】次に、回転速度信号Ｎと水車運転状態情報
信号Ｊとの関係について、図４を用いて説明する。

【００３６】図４は、水車１０３の流量及びダムの水位
が一定の場合における、回転速度信号ｎに対する水車運
転状態情報信号Ｊの特性を示す。

【００３７】該図（Ａ）に示す回転速度Ｎ１からトラッ
キング制御が開始された場合を説明する。トラッキング
制御が開始されると、まず、積分回路２１２にレベル変
換器２１０から“１”が出力され回転速度Ｎ２に増速す
る。回転速度がＮ２に変化した時点では水車運転状態情
報信号Ｊが減少傾向を示し、回転速度信号Ｎが増加傾向
を示すため、ＥＸ−ＯＲ回路２０６の出力信号が“０”
となり、この信号がインバータ２０８を介してレベル変
換器２１０に入力される。これにより積分回路２１２か
らは増速方向に変更された回転速度信号が出力され、誘
導発電機１０１の回転速度信号が上昇する。このような
制御は回転速度信号がＮ１からＮ５まで同様に継続され
る。

【００３８】一方、回転速度信号がＮ５になると、水車
運転状態情報信号Ｊが増加傾向になるため、差分回路２
０４の出力が“１”から“０”に反転し、ＥＸ−ＯＲ回
路２０６の出力が“０”から“１”に反転し、積分回路
２１２からはそれまでとは逆に、減速方向に変更された
回転速度信号が出力され、誘導発電機１０１の回転速度
が低下する。

【００３９】次に、図４(Ｂ)に示したように回転速度信
号がＮ５からＮ４に下降すると、今度は回転速度信号Ｎ
および水車運転状態情報信号Ｊも減少傾向になるため、
差分回路２０２の出力が“１”から“０”に反転し、積
分回路２０４の出力も“０”から“１”に反転し、ＥＸ
−ＯＲ回路２０６の出力が“１”に維持され、積分回路
２１２からは減速方向に変化する回転速度信号が継続し
て出力され、誘導発電機１０１の回転速度が更に下降す
る。

【００４０】そして、回転速度信号がＮ４からＮ３に下
降すると、回転速度信号は引き続き減少傾向にあるが、
水車運転状態情報信号Ｊは減少傾向から増加傾向に反転
するため、差分回路２０２の出力は“０"、差分回路２
０４の出力が“０”から“０"に変化するため、ＥＸ−
ＯＲ回路２０６の出力が“１”から“０”に反転し、積
分回路２１２からは増速方向に変更された好適回転速度
信号が出力され、誘導発電機１０１の回転速度が再び上
昇する。すなわち、誘導発電機１０１の回転速度信号
は、水車運転状態情報信号Ｊが減少となる回転速度信号
Ｎ４を中心にして高速回転側と低速回転側に交互に変化
するように制御する。

【００４１】そして、このような一連の動作を図１に示
したトラッキング制御回路１２０が行い、回転速度信号
Ｎ４を中心にして高速回転側と低速回転側に交互に変化
する信号を出力するが、この回転速度信号がＮ３とＮ５
との範囲を移動していても、これらの回転速度の間は現
実には微少であることにより、回転速度信号Ｎ４に近傍
の回転速度信号が出力される。

【００４２】水車運転状態情報信号Ｊとしては、前述し
たように水車を納めたドラフト容器内の水圧脈動，水車
ランナー部に発生するキャビテーション発生状況，水車
の振動状況などを圧力センサ，アコースティックエミッ
ションセンサや振動センサで検出した信号が用いられて
おり、これらドラフト容器内の水圧脈動，水車ランナー
部に発生するキャビテーション発生状況，水車の振動状
況は、水車の運転効率がよいとき、即ち水流と水車ラン
ナーとの流体作用関係が良好なときはほとんど発生せ
ず、また、水車の運転効率が悪いとき、つまり、水流と
水車ランナーの流体作用関係が悪くなるに従い発生する
傾向にある。このため、これらの状況をセンサにより検
出した水車運転状態情報信号Ｊを用いれば、水車運転状
態情報信号Ｊが小さくなるに従い水車の運転効率が向上
しており、水車運転状態情報信号Ｊが極小の時に最も水
車の運転効率が最良になることを示している。つまり、
回転速度信号Ｎと水車運転状態情報信号Ｊを入力して、
Ｊが最小となるトレッキング制御を行えば、Ｊが最小と
なる回転速度に収束する。収束した速度Ｎ４が、この水
量，水位における好適回転速度信号Ｎ２になる。

【００４３】次に、本装置における制御動作について説
明する。

【００４４】まず、定水位，定水量での正常運転状態で
は水量信号Ｑと水位信号Ｈは変化しないので、状態変化
検出回路１４０は動作しない。この時、信号選択回路１
１１のスイッチは端子ｂ側に接続され、好適回転速度信
号Ｎ２で継続運転されている。

【００４５】この定常運転状態から、水量信号Ｑが発電
所外部からの要求により変化した場合の動作例を図１，
図２，図５、及び図６を用いて説明する。

【００４６】図５の時刻Ｔ１までは信号選択回路１１１
のスイッチは上述の如く端子ｂ側に入っており、トラッ
キング制御回路１２０から出力されている好適回転速度
信号Ｎ２（回転速度ｎ₂₀）が電力変換器１００に入力さ
れ、水車は回転速度ｎ₂₀で運転している。

【００４７】図５の時刻Ｔ１においてダムからの水量が
変化すると、流量検出器１３０が水量の変化を検出し、
状態変化検出回路１４０が所定の範囲以上に水量が変化
していることを判断するとスイッチ切換え信号３０４を
信号選択回路１１１に出力する。すると、信号選択回路
１１１のスイッチは端子ａ側に変化する。そして、水位
Ｈと変化した水量信号Ｑを入力して適正回転速度演算器
１３１は新たな適正回転速度信号Ｎ１（回転速度ｎ₁₀）
を信号選択回路１１１に出力する。信号選択回路１１１
はスイッチが端子ａ側に入っており、適正回転速度信号
Ｎ１を電流変換器１１５へ出力するようになり、この電
流変換器１１５からの二次電流信号Ｉに応じて誘導発電
機１０１の運転状態が変化し、図５の時刻Ｔ２には水車
１０３の運転状態は適正回転速度信号Ｎ１に基づく回転
速度ｎ₁₀の運転状態に移行する。そして、スイッチ切換
信号３０４が、信号選択回路１１１を端子ａ側に切換え
てから、予め定められた所定の時間（例えば２分間）が
経過した時刻Ｔ３において、信号選択回路１１１は今度
はスイッチを端子ｂ側に切換える。また、これと同期し
てトラッキング制御回路１２０には、状態変化検出回路
１４０からのトラッキング開始信号３０２が入力され前
述したトラッキング制御を開始する。

【００４８】トラッキング制御回路１２０は、前述のト
ラッキング制御を行い、図６の実線で示したように水車
運転状態情報信号Ｊが極小となるように逐次回転速度信
号を徐々に変化させ好適回転速度信号Ｎ１として信号選
択回路１１１に出力する。これにより、トラッキング制
御回路１２０からの回転速度信号を適正回転速度信号に
対応した回転速度（回転速度信号ｎ₁₀）から変化させ、
時刻Ｔ４で水車にとって最も望ましい好適回転速度信号
Ｎ２（回転速度信号ｎ₂₁：トラッキング開始時の回転速
度ｎ₁₀（図６のＡ点）から、水車運転状態情報信号Ｊの
特性に沿ってＪの値が極小となる方向に水車の速度を徐
々に変化させて、Ｊが極小となる回転速度）を電流変換
器１１５へ出力するようになり、誘導発電機１０１は、
この新たな好適回転速度信号Ｎ２に対応した回転速度で
運転されるようになる。

【００４９】また、上述では水量信号Ｑが変化したこと
により水車の回転速度を変化させる一連の動作を説明し
たが、水位信号Ｈのみが変化した場合、又は水量信号Ｑ
と水位信号Ｈの両方が変化した場合でも水車の回転速度
を変化させて、その水量，水位におけるＪの値が最少と
なる回転速度へ移行させることができる。

【００５０】このように、本実施例の可変速誘導発電機
の制御装置と、この制御方法とすることにより、水車を
回転制御するにあたり、水車の流量信号と水位信号より
算出された適正回転速度信号に応じて回転制御されるだ
けでなく、水車運転状態情報を指標としてさらに水車効
率が向上する方向に水車回転状態を制御することを実現
しているので、水車の回転数を算出するために高精度な
適正回転速度演算器を設定しなくても、効率の良い回転
数で水車運転を行うことが可能になる。

【００５１】また、図６は回転速度信号Ｎと水車運転状
態情報信号Ｊとの関係を示した特性図であり、実線は発
電所開設時における実機の水車の回転速度信号Ｎと水車
運転状態情報信号Ｊとの関係を、破線は長い期間使用
し、ランナーが摩耗したときの実機の水車の回転速度信
号Ｎと水車運転状態情報信号Ｊとの関係を示したもので
ある。

【００５２】水車運転状態情報信号Ｊが、図６の実線と
破線のように異なっている場合であっても、適正回転速
度Ｎ₁₀からトラッキング制御を行えば、実線の特性にあ
っては、Ａ点からＢ点へ移行し、破線の特性にあっては
Ｃ点からＤ点へ移行し、ともにＪの値が極小となる回転
速度に収束する。

【００５３】すなわち、ランナーに摩耗が生じても適正
回転速度演算器１３１を変えなくても水車は最も良い効
率点で運転ができる。

【００５４】このように本実施例によれば、長期間使用
したことにより翼の形状が変化した水車を用いた場合で
も、関数発生器の設定を変えずに、トラッキング制御を
行う範囲内で最も効率の良い運転点で運転を行うことが
可能になる。

【００５５】

【発明の効果】以上説明した本発明の可変速誘導発電装
置の制御装置及びその制御方法によれば、水車を回転制
御するにあたり、水車の流量信号とダムの水位信号より
算出された適正回転速度信号に応じて回転制御されるだ
けでなく、水車の運転状態情報信号を指標としてさらに
水車効率が向上する方向に水車の運転状態を制御するこ
とを実現しているので、水車の状況に合った効率の良い
回転速度で水車の運転を行うことが可能になることは勿
論、モデルランナーなどを製作して詳細なデータをとる
必要もなくなりコストが高騰することはないし、更にラ
ンナーが摩耗等で経年変化しても、その状況に対応した
回転速度に迅速にシフトできるので、これらの可変速誘
導発電装置に採用する場合には非常に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の可変速誘導発電装置の制御装置の一実
施例を示す構成図。

【図２】図１に示した実施例に用いられる制御コンピュ
ータの詳細を示す構成図。

【図３】図１に示した実施例に用いられるトラッキング
制御回路の詳細を示す構成図。

【図４】本発明の一実施例に用いられるトラッキング制
御回路の動作を説明するための特性図。

【図５】本発明における水量変化に伴い運転状態を説明
するための特性図。

【図６】本発明の一実施例における水車の運転効率を説
明するための特性図。

【符号の説明】

１００…電力変換器、１０１…巻線形誘導発電機、１０
２…速度検出器、103…水車、１０４…順変換器、１０
５…トランジスタ、１０６…送流用ダイオード、１０７
…平滑用コンデンサ、１０８…逆変換器、１１１…信号
選択回路、113…電流調節器、１１４…パルス増幅器、
１１６…水車運転状態情報検出器、120…トラッキング
制御回路、１２９…落差検出器、１３０…流量検出器、
１３１…適正回転速度演算器、３００…制御コンピュー
タ。

フロントページの続き (72)発明者大河内豪茨城県日立市幸町三丁目２番２号株式会社日立エンジニアリングサービス内 (72)発明者根本守茨城県日立市幸町三丁目２番２号株式会社日立エンジニアリングサービス内 (72)発明者星野直樹茨城県日立市幸町三丁目２番２号株式会社日立エンジニアリングサービス内 (72)発明者西村章夫茨城県日立市幸町三丁目２番２号株式会社日立エンジニアリングサービス内 (72)発明者名倉理茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内 (72)発明者高橋清司愛知県名古屋市中区栄三丁目17番12号株式会社日立製作所中部支社内 (72)発明者牧野正廸愛知県名古屋市東区東新町１番地中部電力株式会社内 (72)発明者田中正広愛知県名古屋市東区東新町１番地中部電力株式会社内 (72)発明者上條学愛知県名古屋市東区東新町１番地中部電力株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一次側巻線が電力系統に接続され、二次側
巻線が電力変換器に接続された誘導発電機と、該誘導発
電機の回転軸に接続された水車とを備え、前記誘導発電
機の二次側巻線の電流を制御することにより前記水車の
回転速度を制御する可変速誘導発電装置の制御装置にお
いて、水車の流量信号とダムの水位信号に基づいて該水車の適
正回転速度信号を算出する適正回転速度演算手段と、該
適正回転速度演算手段からの適正回転速度信号に応じて
前記水車の回転速度を制御する回転制御手段と、前記水
車の効率状態を示す水車運転状態情報信号を指標とし
て、水車効率を向上する方向に前記適正回転速度信号を
補正し、この補正した信号を前記回転制御手段に出力す
る手段とを備えていることを特徴とする可変速誘導発電
装置の制御装置。
【請求項２】一次側巻線が電力系統に接続され、二次側
巻線が電力変換器に接続された誘導発電機と、該誘導発
電機の回転軸に接続された水車とを備え、前記誘導発電
機の二次側巻線の電流を制御することにより前記水車の
回転速度を制御する可変速誘導発電装置の制御装置にお
いて、前記水車の水量信号とダムの水位信号に基づいて該水車
の適正回転速度信号を算出する適正回転速度演算手段
と、該適正回転速度演算手段からの適正回転速度信号に
応じて前記誘導発電機の二次側巻線の電流を制御して前
記水車の回転速度を制御する回転制御手段と、前記水車
の効率状態を示す水車運転状態情報信号を指標として水
車効率が向上する方向の好適回転速度信号を前記回転制
御手段に出力するトラッキング制御回路と、該トラッキ
ング制御回路からの好適回転速度信号と前記適正回転速
度演算手段からの適正回転速度信号とのいずれかを選択
して前記回転制御手段に出力する選択手段とを備えてい
ることを特徴とする可変速誘導発電装置の制御装置。
【請求項３】請求項２の可変速誘導発電機の制御装置に
おいて、前記選択手段は前記水車の水量信号、またはダ
ムの水位信号が所定量以上変化したときに、一定時間適
正回転速度信号を選択し、他の場合は好適回転速度信号
を選択するようにしたことを特徴とする可変速誘導発電
装置の制御装置。
【請求項４】一次側巻線が電力系統に接続され、二次側
巻線が電力変換器に接続された誘導発電機と、該誘導発
電機の回転軸に接続された水車とを備え、前記誘導発電
機の二次側巻線の電流を制御することにより前記水車の
回転速度を制御する可変速誘導発電装置の制御装置にお
いて、前記水車の水量信号とダムの水位信号に基づいて該水車
の適正回転速度信号を算出する適正回転速度演算手段
と、該適正回転速度演算手段からの適正回転速度信号に
応じて前記誘導発電機の二次側巻線の電流を制御して前
記水車の回転速度を制御する回転制御手段と、前記水車
の効率状態を示す水車運転状態情報信号を指標として水
車効率が向上する方向の好適回転速度信号を前記回転制
御手段に出力するトラッキング制御回路と、該トラッキ
ング制御回路からの好適回転速度信号と前記適正回転速
度演算手段からの適正回転速度信号とのいずれかを選択
して前記回転制御手段に出力する選択手段と、前記水車
の水量信号とダムの水位信号が変化したことに基づいて
前記選択手段に切換信号を出力し、変化後の水量，水位
条件に基づく新たな適正回転速度信号、もしくは好適回
転速度信号を選択指令する状態変化検出手段とを備えて
いることを特徴とする可変速誘導発電装置の制御装置。
【請求項５】一次側巻線が電力系統に接続され、二次側
線巻線が電力変換器に接続された誘導発電機の回転軸に
接続された水車の回転を制御する回転制御手段と、前記
水車の水量信号と水位信号に基づいて該水車の適正回転
速度信号を算出する適正回転速度演算手段と、前記誘導
発電機の回転速度信号と水車の運転状態情報信号からト
ラッキング制御し、水車にとって好適な回転状態を示す
好適水車速度信号指令を出力するトラッキング制御回路
と、前記適正回転速度演算手段からの適正回転速度信号
と前記トラッキング制御回路からの好適水車速度信号指
令とが入力され、前記水車の運転状況に応じてどちらか
の信号指令を選択して前記回転制御手段に出力する信号
選択手段とを備えていることを特徴とする可変速誘導発
電装置の制御装置。
【請求項６】一次側巻線が電力系統に接続され、二次側
線巻線が電力変換器に接続された誘導発電機の回転軸に
接続された水車の回転を制御する回転制御手段と、前記
水車の水量信号と水位信号に基づいて該水車の適正回転
速度信号を算出する適正回転速度演算手段と、前記誘導
発電機の回転速度信号と水車の運転状態情報信号からト
ラッキング制御し、水車にとって好適な回転状態を示す
好適水車速度信号指令を出力するトラッキング制御回路
と、前記適正回転速度演算手段からの適正回転速度信号
と前記トラッキング制御回路からの好適水車速度信号指
令とが入力され、前記水車の運転状況に応じてどちらか
の信号指令を選択して前記回転制御手段に出力する信号
選択手段と、前記水車の水量信号と水位信号が変化した
ことに基づいて前記選択手段に切換信号を出力し、変化
後の水量，水位条件に基づく新たな適正回転速度信号、
もしくは好適回転速度信号を選択指令する状態変化検出
手段とを備えていることを特徴とする可変速誘導発電装
置の制御装置。
【請求項７】一次側巻線が電力系統に接続され、二次側
巻線が電力変換器に接続された誘導発電機と、該誘導発
電機の回転軸に接続された水車と、前記誘導発電機の二
次側巻線の電流を制御して前記水車の回転数を制御する
回転制御手段とを備えた可変速誘導発電装置の制御装置
において、前記水車の水量信号とダムの水位信号に基づいて水車の
適正回転速度信号を算出し、該適正回転速度信号を回転
速度指令として前記回転制御手段に出力する適正回転速
度演算手段と、前記水車の効率状態を示す水車運転状態情報信号を指標
として、水車効率を向上する方向に前記適正回転速度信
号が示す回転数を補正した好適回転速度信号を、前記適
正回転速度信号の代わりに回転速度指令として前記回転
制御手段に入力する好適回転速度演算手段とを備えてい
ることを特徴とする可変速誘導発電装置の制御装置。
【請求項８】請求項２，３，４、又は５に記載の可変速
誘導発電装置の制御装置において、前記トラッキング制御回路は前記適正回転速度演算手段
により算出された適正回転速度の上下所定回転数幅内
で、前記水車の効率が最高になるように適正回転速度信
号を制御することを特徴とした可変速誘導発電装置の制
御装置。
【請求項９】誘導発電機の回転軸に接続された水車を、
前記誘導発電機の二次側巻線の電流を制御することによ
り可変速運転する可変速誘導発電装置の制御方法におい
て、水車の流量信号とダムの水位信号に基づいて前記水車の
適正回転速度信号を算出し、この算出された適正回転速
度信号に応じて前記水車を運転させると共に、水車の運転状態に応じてそのときの水車の効率状態を示
す水車運転状態情報信号を指標とし、この指標をもとに
前記水車の効率が向上する方向に前記適正回転速度信号
を補正することを特徴とする可変速誘導発電装置の制御
方法。
【請求項１０】誘導発電機の回転軸に接続された水車
を、前記誘導発電機の二次側巻線の電流を制御すること
により可変速運転する可変速誘導発電装置の制御方法に
おいて、水車の流量信号とダムの水位信号に基づいて前記水車の
適正回転速度信号を算出し、この算出された適正回転速
度信号に応じて前記水車を運転させ、かつ前記誘導発電
機の回転速度信号と水車の運転状態情報信号から水車に
とって好適な回転状態を示す好適水車速度信号を算出す
ると共に、前記適正回転速度信号に応じて運転されてい
る水車をこの好適水車速度信号に基づく運転に切替える
ことを特徴とする可変速誘導発電装置の制御方法。
【請求項１１】誘導発電機の回転軸に接続された水車
を、前記誘導発電機の二次側巻線の電流を制御すること
により可変速運転する可変速誘導発電装置の制御方法に
おいて、前記誘導発電機の回転速度信号と水車の運転状態情報信
号から算出された水車にとって好適な回転状態を示す好
適水車速度信号に応じて前記水車を運転させ、かつ、前
記水車の流量信号とダムの水位信号が変化したことを検
知したら、前記水車をこの変化後の流量，水位信号に基
づく適正回転速度信号に応じた運転に切替えると共に、
所定時間経過後に変化後の誘導発電機の回転速度信号と
水車の運転状態情報に基づいた水車の好適水車速度信号
に応じた運転に切替えることを特徴とする可変速誘導発
電装置の制御方法。
【請求項１２】誘導発電機の回転軸に接続された水車
を、前記誘導発電機の二次側巻線の電流を制御すること
により可変速運転する可変速誘導発電装置の制御方法に
おいて、水車の流量信号とダムの水位信号に基づいて前記水車の
適正回転速度信号を算出し、この算出された適正回転速
度信号に応じて前記水車を運転させ、かつ前記誘導発電
機の回転速度信号と水車の運転状態情報信号から水車に
とって好適な回転状態を示す好適水車速度信号を算出す
ると共に、前記適正回転速度信号に応じて運転されてい
る水車をこの好適水車速度信号に基づく運転に切替え、
更に、水車の流量信号とダムの水位信号が変化したこと
を検知したら、好適水車速度信号に基づく水車の運転か
ら変化後の流量水位信号に基づく適正回転速度信号に基
づく運転に切替えると共に所定時間経過後に変化後の誘
導発電機の回転速度信号と水車の運転状態情報に基づい
た水車の好適水車速度信号に応じた運転に切替えること
を特徴とする可変速誘導発電装置の制御方法。