JPS62181698A - 可変速発電システムの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は可変速揚水発電システムに係り、特に。

サイクロコンバータを用いて巻線形誘導発ｒｔｉｆｆｌ
動機の２次巻線を可変励磁するための制御装置に関する
。

〔従来の技術〕

従来一般に、発電所で用いられる発電機は同期発電機で
あり、同期発電機は一定の回転速度による運転しか行え
ないので、発ｔｍ及び落差により水車の効率が低下して
しまうという欠点があった。

そこで、水車の最高効率で運転せしめるために回転ｉＢ
１度を発電は及び落差に１−１合った水車の最高効率と
なる点で運転オろ町ノ伶速発市システムが開発さｉｔた
。このシステムは、大容聴の巻線形の誘導発電機を２次
励磁するごとにより可変速度による発電運転を実現する
ものである。２次励磁方式による速度制御は、特に電’
ｆｉｓ機の分野で研究開発が進められており、セルビウ
ス方式又は、超同期セルビウス方式として高期率、高信
頼性、低トルクリップルの特性を有する１１ｉ動機とし
て知られている（特開昭５６−１５０９８７号公報参照
）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の２次励磁方式は超同期セルビウス方式であり
、この場合の２次励磁電流の指令値は上記公報に記載さ
れているように、誘導機の１次側の無効電力と速度を制
御量とするものである。上記従来の制御方式の適用範囲
は、工作機械の制御や、圧延設備等の比較的中小規模（
数千ＫＷ程度）の誘導電動機が主である。したがって、
上記従来の方式を発電所等の大容！ｔ（数万〜数十分Ｋ
Ｗ）電力系統における有効電力、無効電力の需給調整に
そのまま適用することはできない。

そこで１本発明は、巻線形誘導発電機の２次巻線をサイ
クロコンバータで２次励磁する可変速発電システムにお
いて、主変圧器１次側の有効電力及び無効電力を検出し
て、それぞれ独立に制御を行い、両社の演算結果をベク
トル的に合成して２次励磁′ｆＦ５．流パターンを作り
出すことによって、大容量の系統にｌＡＥれる有効電力
と無効電力の制御を行うに好適な可変速発電システムの
制御装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために１本発明は、電力系統に主
変圧器を介して一次側が接続された巻線形誘導発電電！
Ｆｌ１機と、この発電電動機の一次側を電源として前記
発電電動機の２次巻線を交流励磁するサイクロコンバー
タと、を備えた可変速度発電システムにおいて、前記主
変圧器の一次側の有効電力値と有効電力指令値との偏差
から有効電流成分を求めろ有効成分演算器と、前記主変
圧器の一次側の無効電力値と無効電力指令値との偏差か
ら無効電流成分を求める無効成分波π器と、１胃記求め
られた有効電流成分および無効電流成分を合成して前記
発？Ｉｉ電動機の二次巻線に与える励磁電流指令を前記
サイクロコンバータに出力する電流制御器とを備えたこ
とを特徴とする。

〔作用〕

可変速発電システムの有効電力、無効電力の流れを示す
。最初に、有効電力の流れについて述べると１巻線誘導
発電機１に水車出力Ｐ、を入力し、２次巻線へサイクロ
コンバータ３から２次電力Ｐ２を供給することにより、
１次側電力Ｐ１が発生する６主変圧器４を通じて電力系
統５へ流出する有効電力ＰＬは、サイクロコンバータに
より２次巻線へ供給する２次電力Ｐ２が発電機１の１次
側から回り込むために１発電機１次側に発生する有効電
力ＰＩと２次有効屯力Ｐｚの差として、ＰＬ＝Ｐｘ−Ｐ
ｘ　　　　　　　　　　　　　・・・　（１）となる、
系統５へ流出する無効電力ＱＬも、有効電力Ｐ＋、の場
合と同様に、発電機１の発生無効分Ｑ１とサイクロコン
バータの消費分Ｑ２の差として、 Ｑム＝　Ｑ　ｔ　−Ｑ　２　　　　　　　　　　　　　
　・・・　（２）となる。

発電所が中央給↑ヒ所から与えられる電力指令は、系統
へ流出する電力の指令値であるので、主変圧器４の有効
電力ＰＬ及び無効電力Ｑしを検出するために電力値変換
器６が設置されている。

２次励６Ｊ＆電流指令の演算は、２次励磁電流を磁束方
向成分と、それとπ／　２　（ｒａｄ）　　位相差のあ
る２次誘起電圧方向成分に分割して、各成分をそれぞれ
有効成分演算器および無効成分演算器により独立に演算
し、それらの演算値を電流制御器によりベクトル合成し
て２次励磁電流パターンを得る。そして、求めた２次励
磁電流パターンに基づいてサイクロコンバータを制御し
、各電力の制御が行われる。すなわち、２次誘起電圧方
向の２次電流成分１ｑは、磁束（ｐと直交するためトル
クＴを発生する。トルク゛ｒは Ｔ＝Φ・工、　　　　　　　　　　・・・（３）となり
、磁束を一定とすると、トルクはＩｑ　に比例する。ト
ルクＴと有効電力ＰＬの関係は、角速度ωとすると、 ＰＬ＝ωＴ ＝ω・Φ・■１　　　　　　・・・（４）と表わされ、
工９を制御することにより有効電力ＰＬの制御を行うこ
とができる。無効電力ＱＬの制御は、２次誘起電圧方向
成分■９に対してπ／２　［ｒａｃｊ］　　位相差を持
った磁束方向の電流Ｉ、を制御する。有効電力を一定と
すると１次電流の位相は磁束方向電流Ｉ、を変えろこと
により容易に変化させることができるので、無効電力制
御を行うことができる。

〔発明の実施例〕

次に、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において、水車２に連結されている巻線形誘導発
電ｆｉｌの１次端子は、遮断器１７と主変圧器４を通し
て電力系統５に接続されている。発電機１の２次巻線は
中性点を持つ４腺式で構成し。

３相交流をサイクロコンバータ３−１．３−２゜３−３
を用いて励磁する。各サイクロコンバータ３−１〜３−
３は、サイクロコンバータ変圧器１８−１．１８−２．
１８−３および遮断器１６を介して主変圧器４の１次側
に接続されている。

発電所からｄε出する有効電力ＰＬ及び無効電力Ｑムの
検出は、主変圧器４の１次側に１Ｆ器用変圧器ＰＴと変
流器ＣＴを挿入し、有効電力・無効電力検出器により行
う。位置検出器１１は発電機１と相数、極数等を同一構
造とした小形誘導機で、その出力は９！電機１の２次誘
起電圧を相対的に検出する。検出信号は基準信号演算回
路１０に入力され、検出値を２次誘起電圧Ｅ（１と同相
で、すべり周波数を持ち、且つ、すへり周波数に依らず
振巾が一定である有効成分基準信号ＣＯＢ、ωｓｔ　と
、同信号よりπ／　２　［ｒａｄ］　　位相の遅れた無
効成分（磁束方向成分）基準信号ｓｉｎ　、ωｓｔ　　
（有効、無効成分もいずれも３相分）を得る。サイクロ
コンバータの制御装置は各相に１ずつもち、それぞれ。

１２−１．１２−２．１２−３が対応する。いま。

遮断器１７．１６が投入されている系統並入状態の動作
について説明する。有効電力指令値Ｐｏと系統への流出
有効な力の検出値ｐｔ、の偏差より求めた２次電流の有
効成分１ｑ　を各サイクロコンバータ１３−１〜１３−
３の制御装置１２に指令値としてそれぞれ与える。無効
電力指令値Ｑｏは、系統とやりとりする無効電力Ｑしの
偏差より２次電流の無効成分Ｉ４を、有効成分と同様に
５各相制御装置１２へ指令として与える。制御表！ｒ２
１２では、前記指令値Ｉａ、Ｉｑと前記基準信号とによ
り２次励磁電流パターン１２ψを演算する。この２次励
磁電流パターンｉｚ拳と、サイクロコンバータの電流を
変流器ＣＴで検出した値１２との偏差を電流制御演算１
４によって、サイクロコンバータ制御角ＥＣを算出し、
自動パルス移相器１５にゲート制御信号Ｅｃとして与え
る。自助パルス移相器１５は、ゲート制御信号Ｅｃ応じ
た点弧パルスをサイリスタへ与え、サイクロコンバータ
の正弦波電流出力を制御する。

ここで、第３図に、電流パターンの詳細を示す。

有効電力指令Ｐｏと検出値Ｐ＋、の偏差を有効成分演算
器７に与え、有効成分Ｉｑ　を求める。一方、無効電力
指令Ｑｏと検出値Ｑしの偏差を無効成分演算器８に与え
、無効成分Ｉｄを求める。位置検出器１１及び基準信号
演算回路１０で求めた基準信号ｃｏｓ　（ｊ８ｊ　、　
ｓｉｎ　（ａｌｓｔを使って、２次電流パターンは。

ｉｔ拳＝　　Ｉ　　Ｐｃｏｓ　　ωｓｔ＋　　Ｉ　　ｄ
′ｓｉｎ　　（＋Ｊ　ｓｔ＝　Ｉ　２ｃ０８　　（ωｓ
ｔ＋δ）　　　　　　・（５）ここで　Ｉ　２＝　　Ｉ
　＋＋２＋　Ｉ　ｑ２　　　　・・・（６）１媛 ？＝−ｔａｒｔ−”□　　　・・（７）工１ と求められる。ベクトルで表現すると、２大電流Ｉｚは
。

ｌ２＝Ｉツ＋　１ｄ となる。２次電流Ｉ２の１次側変換はダッシュ（１）Ｉ
ｘ’　”　Ｉｑ’　＋　Ｉｔ’　　　　　　・・・（８
）となる。

第４図、第５図に有効電力及び無効電力の制御状態を示
す。有効成分は誘起電圧Ｅｏ力方向ｉ′Ｉ′ｌｆ述のｃ
ｏｓωｓｔ）で、無効成分は磁束Φ方向（前述のｓｉｎ
　ωｓｔ）である。Ｉｏは励磁電流を示す。ここで、無
効成分１ａ’　　は励磁電流と同相となる。これより、
１次電流Ｔ１は次式より表わされる。

Ｉｘ＝Ｉｏ＋Ｉｚ’ ＝　エ　ッ′＋（丁　（１＋　Ｉｉ’）　　　・・・　
　（９）第４図は有効電力制御を示す。磁束方向ノ戊分
■６（Ｉｏ＋Ｉ％）を一定とすると、有効電力制御によ
り工９′　　を増加減すると、式（３）によりトルクす
なわち有効電力が制御できる。第５図は、無効電力制御
を示す。２次電流有効成分を一定とした場合、２次電流
無効成分Ｉｄ　Ｈａ’　）を無効電力制御により調整す
ることより、進相、遅相運転が可能となる。

以上に示すように、本方式による有効電力制御並びに無
効電力制御によれば、各制御を独立に演算することによ
り良好な特性が得られる。しかし、第１図、第３図の制
御方式における問題点は、電力系統への並入方法である
。系統並入時は、水車による起動・速度上昇に続き励磁
による電圧立上げとなるが、遮断器１７が断、且つ、遮
断器１６が投入という状態において、電力はサイクロコ
ンバータに関する値のみとなり、有効電力ＰＬは零。

無効電力ＱＩ、はサイクロコンバータの無効成分であり
、電圧制御の機能とはなりえず電圧の立上が不可である
。そこで、第７図に示すように電圧指令Ｖｇｏと発電機
１の端子電圧の偏差より２次励磁電流の無効成分■、を
演算する電圧一定演算器９を設けた。第３図に示すもの
は、系統並入＋’＋ｊｆの電圧立−４二と犯人後の定常
運転について考慮し、系統並入前は有効電力制御７によ
る有効成分をＩｑ＝Ｏとする機能を設ける。又無効成分
工、は、無効電力制御８の出力を系統並入又は解列によ
って切換る機能を持たせ、特に解列中は零を出力する。

従って、解列中の電流パターンはＩｑ”Ｏより。

電圧制御だけで決まり ｉ　ｚ＊＝　Ｔ　ａ　ｓｉｎ　ωｓｔ　　　　　　　　
＝１１０）となる。従って、同期発電機における自動電
圧調整器（Ａ　Ｖ　Ｒ）の機能を有することになる。ま
た。

この時の発ｆ［１機１の電圧の位相は、２次励磁電流工
２は磁束Φ方のみであるため、磁束Φに対しπ／２（ｒ
ａｄ）　　の位相となり、位置検出器１１における誘起
電圧ＥＯと同相である。すなわち、主変圧器４の電圧位
相と発電機１の端子電圧が同相となり、従来の同期発電
機の系統並入に用いる同期装置が不要となる。

遮断Ｄ１７を投入した定常運転時において、主変圧器４
の１次屯圧Ｖｇａと発電機１の端子電圧Ｖは ■□。＝Ｖ　　　　　　　　　　　　　・・・　（１１
）であるので、無効電力制御８の出力によりＴ４が決定
され、電圧制御９は無視される。以上の方式により、第
１図の方式による制御特性を満足できる他に、系統並入
を安易に行える。

第６図は、第３図で述べた方式に対して、新たに、電圧
制御９と、主変圧器４の１次屯圧Ｖ「及び発電機４の端
７−電圧■の検出器を設置した。

第１図においては電圧指令を主変圧ｉ’？１４の電圧Ｖ
ｔＯとしているが、系統４η人後にこの電圧指令値を主
変圧器４の電圧と切換えて、ある設定値Ｖ。

とすると、無効電力８を除外として、発電機１の端子電
圧Ｖが設定値ＶＯと一致するような無効電力Ｑ　＋、を
とろような制御もできる。

以上の説明は、発電動作についての説明であるが、揚水
運転においても有効電力および無効電力を負荷調整のｒ
くめの指令として与えることにより同様に制御すること
ができる。

〔発明の効果〕

以上述べた如く、本発明によれば、系統へ流出する有効
電力値および無効電力値を検出し、これらの各指令値と
の偏差から互に独立に有効電流成分値および無効電力成
分値を求め、これらの各成分値をベクトル合成して２次
励磁電流指令を求め、この２次励磁電流指令値によりサ
イクロコンバータを介して巻線型誘導発電電動機の電力
制御を行うものである。有効分と無効分を独立に演算し
ているため、独立にしない場合に比べ、有効電力指令の
変化につられて無効電力も変動してしまうことがなく、
安定な制御、系統周波数の安定化を確保できる。その結
果、システム全体として高効率。

高信頼性をもたせることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
可変速発電システムにおける？ｉｉ力の流れを示す説明
図、第３図は本発明の一実施例における演算部の詳細を
示すブロック図、第４図は有効電力制御の説明図、第５
図は無効電力制御の説明図、第６図は他の実施例を示す
ブロック図、第７図は他の実施例における演算部の詳細
を示すブロック図である。 １・・・巻線形誘導発電電動機、２・・・水車、３・・
・サイクロコンバータ、４・・・主変圧器、Ｓ・・・電
力系統、６・・変換器、７・・・有効成分演算器、８・
・・無効成分演算器、９・・・電圧一定演算器、１０・
・・基準信号演算器、１１・・・位置検出器、１２・・
・電流制御器、１３・・・２次励磁電流指令演算器、１
４・・・電流一定演算器、１５・・・自動パルス位相器
、１６．１７・・・遮断器、１８・・・サイクロコンバ
ータ変圧器、ＰＬ・・・系統有効電力、ＰＩ・・・発電
機１次側有効電力、Ｐ２・・・発電機２次側有効電力、
Ｐｏ・・・有効電力指令、Ｑ　＋、・・・系統無効電力
、Ｑｌ・・・発電機１次側無効電力、Ｑｏ・・・無効電
力指令、Ｉ軒・・有効電流成分、Ｉｑ・・・無効電流成
分、１２季・・・２次励磁電流指令、１２・・・２次電
流、　ＶＳ２・・・電圧指令、■・・発電機１次側〒１
工圧、ＣＯ８ωｑｔ・ｇｉｎ　ωｓｔ＝・基卆信号、ω
３・・すへり角１．′ＩＩ波数、Ｔ・・・位相角。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電力系統に主変圧器を介して一次側が接続された巻
   線形誘導発電電動機と、この発電電動機の一次側を電源
   として前記発電電動機の２次巻線を交流励磁するサイク
   ロコンバータと、を備えた可変速度発電システムにおい
   て、前記主変圧器の一次側の有効電力値と有効電力指令
   値との偏差から有効電流成分を求める有効成分演算器と
   、前記主変圧器の一次側の無効電力値と無効電力指令値
   との偏差から無効電流成分を求める無効成分演算器と、
   前記求められた有効電流成分および無効電流成分を合成
   して前記発電電動機の二次巻線に与える励磁電流指令を
   前記サイクロコンバータに出力する電流制御器と、を備
   えたことを特徴とする可変速発電システムの制御装置。 ２、第１項記載の装置において、前記無効成分演算器は
   主変圧器の一次側の無効電力値と、無効電力指令値との
   偏差より求めた無効成分を、電圧指令値と前記発電電動
   機の一次電圧との偏差に加え合せて演算を行うことによ
   り無効電流成分を求めることを特徴とする可変速発電シ
   ステムの制御装置。