JPS6271498A - 可変速水車発電装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は可変速水車発電装置に係り、特に発電機に誘導
発電機が用いられ、この誘導発電機の同期速度付近での
発電出力範囲を、最小の周波数変換器容量で運転可能と
するのに好適な可変速水車発電装置に関するものである
。

〔発明の背景〕

従来−・般に採用されているこの種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。すなわち第５図にも概略
図で示すように、−９二次巻線を備えた巻線形の誘導発
電機１があり、この誘導発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、誘導発電機
１の二次巻線ｌｂには、サイクロコンバータ（周波数変
換器）、　　３により誘導発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、誘導発
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。

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Ｎ、。と最適案内弁開度指
令Ｙ、。を発生する。７はスリップ位相検出用誘導機で
、その回転子が誘導発電機１に直結されるとともに、一
次巻線７ａが誘導発電機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。このスリップ信号Ｓ、と前記最適回転速
度指令Ｎ、。はサイクロコンバータ３に与えられ、前述
もしたように、誘導発電機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Ｙ、、は、案内弁駆動装置８に与えられて、水車
出力Ｐ７が最適値になるように案内弁９の開度を制御す
る。

このような発電装置において、誘導発電機１を同期速度
付近で運転する場合のことを考えてみる左、サイクロコ
ンバータ３の電流容量は、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ロコンバー
タ３の片側のみを流れることになり、結果的にサイクロ
コンバータ３の出力電流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容量の低下を生ず
る回転速度範囲は、サイクロコンバータ出力禁止帯有−
タ出力禁、止帯とながら、出力禁止帯熱で設計されたサ
イクロコンバータの容量は、出力禁止帯有で設計された
ものに比べ大幅に大きくなる。

従って、従来においては、サイクロコンバータを出力禁
止帯有で設計し、サイクロコンバータの容量を小さな容
量のものとし、その領域の発電出力範囲を犠牲にするか
、あるいは逆に、全ての発電出力範囲を運転可能として
出力禁止帯熱の大きな容量のサイクロコンバータを用い
るかしていた。

したがって従来より出力禁止帯有で、小さな容量のサイ
クロコンバータを用いることの・できるこの種発電装置
が要望されていた。

〔発明の目的〕

本発明はこれにかんがみなされたもので、その目的とす
るところは、出力禁止帯熱であっても最小のサイクロコ
ンバータ容量で実現できるこの種可変速水車発電装置を
提供するにある。

〔発明の概要〕

すなわち、本発明は、同一落差・同一出力を水車運転条
件として定めた時に、微小の効率低下を許容すれば案内
弁開度を；１＃ｌＩＭすることにより、回転速度をある
程度自由に設定できるところに着目したものである。す
なわち、第３図を用いて説明すると、この第３図は落差
Ｈの場合の出力−回転数特性を、案内弁開度をパラメー
タにして示したもので、通常は、同−案内弁開度上の水
車最高効率点を運転点とするため、落差Ｈ１出力Ｐ１を
決定すると回転速度Ｎ１の点Ａに定まるが１回転数のず
れに対する水車効率の低下、および水車出力の変化（Ｐ
工→Ｐ１′）は僅かであるので、同期速度付近のサイク
ロコンバータ出力禁止帯（回転速度Ｎ、、、〜Ｎ１１．
の範囲）を避けて、運転点Ｂにスライドさせて設定して
も何ら問題は生じないということである。

このことより本発明は、誘導発電機の一次側に、発電出
力を検出する発電出力検出器を設け、又二次側、前記発
電出力検出器の出力信号と前記発電出力指令信号との偏
差に応じて二次巻線の励磁電流を制御する電力制御装置
と、前記水位検出信号と前記発電出力指令を入力して最
適回転速度指令と最適案内弁開度指令を出力する水車特
性関数発生器と、前記最適回転速度指令及び最適案内弁
開示指令を入力して、回転速度が設定範囲向となる場合
には、最適回転速度指令を設定範囲最大値、又は最小値
とした修正回転速度指令及び修正回転速度に対応した修
正案内弁開度指令を、それぞれ出力する履歴関数発生器
と、前記修正回転速度指令及び前記回転速度検出値の偏
差を入力してこの偏差を零とするような補正信号を出力
する修正演算器とを設けるようになし、前記履歴関数発
生器により回転速度指令値がサイクロコンバータ出力禁
止帯下限以下の値から禁止帯内に移る際には。

回転速度指令を禁止帯下限回転速度Ｎ、、、に抑え。

逆に、サイグロコンバータ出力禁止帯上限回転速度以上
から禁止帯内へ移る際には１回転速度を禁止帯上限回転
速度Ｎ１１．に抑え、定常時の回転速度がサイクロコン
バータ出力禁止帯外となるように、指令値を修正するよ
うにして所期の目的を達成するようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下図示した実施例に基づいて本発明の詳細な説明する
。

第１図は、本発明の一実施例に係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物
または相当物を示し説明は省略する。水車特性関数発生
器５には従来同様発電出力指令Ｐ、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Ｎ、。と最適案内
弁開度指令Ｙ、。

が発生する。このとき１発電出力指令Ｐ。が上げ指令で
、発電出力を上げた後の最適回転速度指令がＮ１　とな
ってサイクロコンバータ出力禁止帯内にある場合、水車
特性関数発生器の後部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出力
禁止帯下限の回転速度に等しい回転速度指令Ｎ、（＝Ｎ
、、、）となる。

この回転速度指令Ｎ、は、回転速度検出器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ＡＮ　（＝Ｎ、’−Ｎ）が演算器１１に入力され
る。演算器１１は比例要素に１積分要素に、／Ｓ、微分
要素に３Ｓ　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、最適案内弁開度指令
Ｙ、。を補正する補正信号ＡＣを出力する。この補正信
号ＡＣは加算器１３で最適案内弁開度指令Ｙ、。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（Ｙ、＋ＡＣ）が案内弁駆動装ｖ１８に入力される
。案内弁駆動装［８は加算器１４と積分要素に４／Ｓか
らなり、その出力が加算器１４に負帰還されている。ま
た、前記発電出力指令ＰＩ、は比較器１５にも入力され
、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Ｐ０と比較されて、その偏差ＡＰ（＝
Ｐ。

−ｐ、）が電力制御袋−１７に入力される。１！力制御
装置１１７は、比例要素ＫＧ、積分要素に６／′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。

このように構成された本実施例の制御′！Ａ置において
、第２図の時点ｔ０で例えば発電出力Ｐ、を回転速度が
サイクロコンバータ禁止帯に入るような領域にステップ
状に上昇させようとして、発電出力指令Ｐ０　を第２図
（ａ）に示すようにステップ状に上昇させると、誘導発
電機１の発電出力Ｐ６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。すなわち
、電力制御袋！１１１７に含まれる積分要素に、／Ｓと
、電力制御装置１７．サイクロコンバータ３．誘導発電
機１、発電出力検出器１６および比較器１５によって構
成される負帰還回路により、偏差ＡＰＣ＝Ｐ、　　ｐ−
）は次第に減少して、定常時にＰ、＝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Ｙ
の応答性は、前述の発電出力指令Ｐ０　に対しての発電
出力Ｐ６の応答性よりも遅い、このため、発電出力Ｐａ
よりも水車出力Ｐ７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の急変後、
一時的に減速され、その後時点ｔ工で第２図（ｄ）に示
すように、発電出力Ｐ０と水車出力ＰＴがほぼ等しくな
るので１回転速度Ｎの低下は止む。なお。

時点ｔ１では実際の回転速度Ｎの方が、回転速度指令Ｎ
、よりも低く、偏差ＪＮ　（＝Ｎ、−Ｎ）が正で、演算
器１１から出力される補正信号ＡＣは正であるから、こ
の補正信号ＡＣで補正された案内弁開度指令（Ｙ、＋／
！ＩＣ）は、最適案内弁開度指令Ｙ、。よりも大となり
、やがて水車出力Ｐ７は発電出力Ｐ、よりも大となる。

従って、回転速度Ｎは増大して、回転速度指令Ｎ、に近
づくとともに、補正信号ＡＣ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Ｙ　ａａと一致し、回
転速度Ｎは回転速度指令Ｎ、と等しくなる。すなわち、
演算器１１に含まれる積分要ｉＫ、／Ｓと１、　　演算
器１１、加算器１３案内弁駆動装置８、案内弁９．水車
２、誘導発電機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ＡＮ　（＝Ｎ
、−Ｎ）は次第に減少して定常時にＮ＝Ｎ、となる、ま
た、定常時、偏差ΔＹ　（＝Ｙ、。−Ｙ）＝０、すなわ
ちＹ、６＝Ｙは次のようにして達成される。（イ）履歴
関数発生器１９から出力される最適案内弁開度指令Ｙ、
。は当然のことであるが発電出力指令Ｐ、に相当するも
のである。（ロ）前記したように、定常時Ｐ、＝Ｐｎ　
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Ｐ？と発電出力Ｐ０
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１１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Ｐ、＝Ｐ、となる。（ニ）案内弁開度Ｙは水
車出力Ｐ？に相当するものである。以上（イ）〜（ニ）
を総合すれば、偏差ΔＹ　（＝Ｙ、。−Ｙ）＝０、すな
わちＹ、。＝Ｙとなる。

また反対に１発電出力指令を下げる時に最適回転速度指
令Ｎ、ｌｌがサイクルコンバータ出力禁止帯内となった
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Ｎ
、（＝Ｎ、、、）となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように１本発明によれば、サイクロコンバ
ータ容量は２発電機回転速度が同期速度付近のサイクロ
コンバータ出力禁止帯を設けた条件で設定でき、しかも
、発電出力範囲は、サイクルコンバータ出力禁止帯が無
い場合と同じであるので、最大の発電出力範囲を最小の
サイクロコンバータ容量で実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の一実施例に係る可変速水車発電Ｖ＆
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、水車出力と回
転数および案内弁開度との関係例を示す図、第４図は、
Ｈ歴関数発生器の入出力の関係例を示す図、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であ
る。 １・・・巻線形の誘導発電機、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
リップ位相検出用ｇｌ湛機、８・・・案内弁１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、１
７・・・電力制御装置、１９・・・履歴関数発生器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、一次巻線及び二次巻線を備え、一次巻線が電力系統
   に接続された誘導発電機と、該誘導発電機を駆動する水
   車と、該水車に供給される水量を調整する案内弁と、該
   案内弁の開度を制御駆動する案内弁駆動装置と、前記誘
   導発電機の回転速度を検出する回転速度検出器とを備え
   、前記回転速度検出器の回転速度信号、外部より与えら
   れる水位検出信号及び発電出力指令信号により、誘導発
   電機の二次巻線に与えられる交流励磁電流量及び前記案
   内弁の開示が制御され、誘導発電機が最適回転速度で回
   転しつつ、一次巻線に電力系統と同一の周波数の交流電
   力が発生するように形成された可変速水車発電装置にお
   いて、前記誘導発電機の一次側に、発電出力を検出する
   発電出力検出器を設け、又二次側に、前記発電出力検出
   器の出力信号と前記発電出力指令信号との偏差に応じて
   二次巻線の励磁電流を制御する電力制御装置と、前記水
   位検出信号と前記発電出力指令を入力して最適回転速度
   指令と最適案内弁開度指令を出力する水車特性関数発生
   器と、前記最適回転速度指令及び最適案内弁開度指令を
   入力して、回転速度が設定範囲内となる場合には、最適
   回転速度指令を設定範囲最大値、又は最小値とした修正
   回転指令及び修正回転速度に対応した修正案内弁開度指
   令を、それぞれ出力する履歴関数発生器と、前記修正回
   転速度指令及び前記回転速度検出値の偏差を入力してこ
   の偏差を零とするような補正信号を出力する修正演算器
   とを設けたことを特徴とする可変速水車発電装置。 ２、前記修正演算器の補正信号を、前記修正案内弁開度
   指令に加えて前記案内弁駆動装置に入力するようにした
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の可変速水
   車発電装置。