JPS6282000A

JPS6282000A - 励磁制御方式

Info

Publication number: JPS6282000A
Application number: JP60219881A
Authority: JP
Inventors: Tadaatsu Kato; 加藤　忠厚; Hiroto Nakagawa; 博人中川; Goo Nohara; 野原　哈夫; Masuo Goto; 益雄後藤
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Priority date: 1985-10-02
Filing date: 1985-10-02
Publication date: 1987-04-15

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、２次励磁付の誘導機により、任意の回転数で
運転できる可変速発電システムの励磁制御方式に係り、
特１ｃ、系統事故時及びすべり零運転時における、可変
速機の端子電圧変動を抑制する励磁制御方式に関する。

（発明の背景）従来の可変速発電システムは、揚水時に負荷の調整がで
きないこと、及び、発電運転及び揚水運転時に、系統よ
り要求される発電力の変化、ならびに揚水時の揚程変化
等により、システムの効率が大きく変化するという欠点
を有していた。

このため、発電力、揚程にかかわらず、上記システムを
常に最高効率で運転させることが要望され、そのための
研究が進められている。

すなわち、従来の同期機である揚水発電機を、２次励磁
付の誘導機として運転する、いわゆる可変速発電システ
ムとすることにより、発電力、揚程の変動にかかわらず
、当該発電システムを最高効率で運転することが可能で
あるという知見に基づいて、これを実現するための研究
が進められている。

第３図は、従来の可変速発電システムの概要を示す原理
的構成図であり、１次および２次側共。

３…巻線からなる場合を示している。

同図において、１が固定子を、２が回転子を示す。５ａ
〜５ｃは固定子１のａ、ｂ、ｃ相巻線を、６＆〜６Ｃは
、回転子２のａ、ｂ、ｃ相巻線をそれぞれ示す。

こ＼で、定格周波数をｆ、すべりをＳとすると、良く知
られているようＫ、回挺子の速度はｆ（１−ｓ）である
。それ故に１回転子２の励磁巻線６ａ〜６ｃをすべりＢ
の周波数で励磁することにより・回転子２の回転磁界は
すべり零（すなわら、同期速度）で回転し、固定子１の
回転磁界速度と同一になる。

７は回転子の回転数を測定する回転数ツ１定部を示す。

前記回転数測定部７の出力により、すべり検出部３です
べり周波数を検出（演算）し、電圧発生部４ですべり周
波数に応じた電圧を発生させ、その出力電圧で２次巻線
、すなわち回転子巻線６ａ〜６ｃを励磁する。

このようにして回転子巻線を励磁することにより、任意
の回転数で運転を行っても、常に電機子巻線には、系統
周波数の電圧を発生させることができる。

すなわち、第１図の例では、回転子の回転磁界は、（１
）式％式％（１）で表わされるよう１こなり、すべりＳの値のいかんにか
かわらず、定格周波数の出力が得られることになる。

第２図は、前記のような５Ｊ変速発電システムの具体例
を示すものであり、可変速機が電力系統に接続されて運
転している場合を示しである。

この図において、１０は電力系統を、１，２は第１図と
同一の固定子及び回転子をそれぞれ示し、また１２は水
車、Ｌは送電線を示している。

静落差ｔ（、無効電力指令Ｑ及び出力（有効電力）指令
Ｐ。か与えられると、指令値算出回路１５では、後述す
るように、水車の効率を考慮したガバナ弁（図示せず）
の開度指令値０及び水車１２の速度指令値Ｎ。が′疼出
される。

１４は調速機（ガバナ：図示せず）の弁開度設定器であ
り、指令値算出回路１５よりの開度指令値θが弁開度設
定器１４により、ある時間遅れをもって調速機の弁開度
となる。

その結果水車１２は前記弁開度設定４１４によって設定
された調整機の弁開度右よび静落差Ｈによって決まる速
度Ｎで回転する。

そして前記水車の回転に応じて、可変速機の回転子２が
回転する。

１１は速度発電機であり、この出力１こよって回転子２
および水車１２の速ｉＮが検出される。１９は電流変成
器を、２０は電圧変成器を示し、電流変成器１９及び電
圧変成器２０の出力をもとｆこ、有効電力算出部２１で
有効電力を算出する。

１６は、２次巻線６ａ〜６Ｃの位相角（Δδ〕算出部で
あり、有効電力算出部２１の出力、出力指令値Ｐ。、速
度指令値Ｎ８、および検出速ＩＪｉ’Ｎ１こより、位相
角Δδを算出する。１７は、後述するような演算によっ
て、発電機２次回路の励磁量を設定する２次巻線励磁量
設定部であり、１８は励磁量の電、圧値Ｅを発１！蛾の
出力端子電圧Ｅ、および基準値”ｔｏ　　に応じて制御
する電圧調整部を示す。

２３ａ、２３ｂ、２３ｃは、前記２次善株励磁量設定部
１７で設定した励磁量を、ａ、ｂ、ｃ相の２次巻線６＆
〜６ｃｌこ適合するように移相する移相部である。

このような可変速発電システムについては、例えば、昭
和５９年電気学会全国大会論文Ａ６５５３「大容量同期
電動機の可変速運転特性」に述べられている。

第２図に示したような可変速発電システム薔こおいて、
電圧調整部１８として、従来の考えに基づ＜ＡＶＲを設
置した場合には、一般１ζ制御ループの時定数が大きく
、すべりの変化ｔＣ対する励磁量の大きさの制御が直ち
にはなされないため、系統事故時などに端子電圧が著し
く変動するという欠点がある。このため、系統事故時に
端子電圧が変動しないような励磁方式を確豆する必要が
ある。

ところで、一般に、揚水発電機には、７ランシス水車が
使用され、この場合の水車出力と効率との典壓的な関係
は、第４図のように示される。同図は、横軸に水車出力
、縦軸に効率をとり、回転数をパラメータとして示した
ものである。

Ｐ　ｒ　＋　Ｐ！は水車出力を、η１．ｌ！　　は効率
を、またＮ、　ｌ　Ｎ！は回転数を、それぞれ示してい
る。

この図から、出力Ｐ、では回転数Ｎ１で、出力Ｐ。

では回転ａＮ２で、それぞれ最高効率η１．η８が得ら
れることがわかる。

このように、出力によって、水車の効率が最高となる回
転数は異なっているが、水車出力が変化しても、常（Ｃ
＃高効率の点で運転しようとするのが、可変速発電シス
テムの特徴である。

第２図において、可変速発電システムは、操作端より、
発電機に要求されろ発電力（有効電力Ｐ。

および無効電力Ｑ）の指令が与えられると、指令値算出
回路１５において、発電機の特性、および水の落差Ｈを
考慮した上で、システムの最高効率運転ができるように
、発電機の回転数Ｎ。、および水車のガバナ弁の開度θ
が求められる。そして、これらの値を満足する運転がで
きるように、発電機２次側の励磁状轢が制御される。

このような状態で１発電機出力Ｐ。の変更指令が与えら
れると、あらかじめ与えられている既知の手法により、
発電機出力Ｐ０および落差Ｈをもとに、水車の効″４９
が最高となるように、水車１２の回転数やガバナの弁開
変θを制御し、効率のよい運転を行うことになる。

一方、発電機回転数の定格よりのずれは、励磁回路の制
御用入力情報として、すべり周波ａｆａまたは水車１２
の回転数Ｎを用いろことにより、補償することができる
。

したがって、助述の（１）式から分るように、発電機か
らは、定格周波数の出力が得られることになる。

次に、２次励磁の具体例について説明する。第２図の指
令値算出回路１５に与えられた指令に基づいて、２次巻
線位相角算出部１６において、ａ。

ｂ、ｃ相の励磁量をつるための関数のうちの位相角Δδ
つＳ求められると、ａ、ｂ、ｅ相の励磁電圧Ｕｆａ　’
　ｌ１ｆｂ　”　ｆｃ　　は、それぞれつぎの（２）式
７式％なお、上記（２）式のうち、Ｅはすべり及び可変速機の
運転状態で定まる電圧値、δ。は可変速機の運転状態で
定まる位相角、Δδは制御指令部の出力に応じて制御さ
れろ位相角である。

上記（２）式を用いて、制御を行う場合に、無効電力制
御指令Ｑに対しては、電圧Ｅで制御し、また有効電力の
制御指令Ｐ。に対しては、位相角Δδで制御すればよい
ことは明らかである。

第２図において、２回線で構成されている送電ｖ；ＡＬ
の、ある地点Ｆで事故が起きたために、前記送電線りの
１回線を７０ｍ５で開放した場合の、発電機出力端子電
圧の変化例を第５図に示す。

同図より明らかなように、発電機出力端子電圧には、大
きな変動があられれている。これは、事故に伴なう回転
数の変化によって生ずる励磁電圧の補正機能を、自動電
圧調整部（ＡｖＲ）１８に持たせた場合の結果である。

すなわち、第２図の構成では、事故に伴なって生じたす
べり周波数Ｓの変化が、ただちには励磁電圧に反映され
ず、励磁回路の時定数だけ遅れて補正されるため、この
間、励磁電圧は、回転数より定まる励磁電圧とは一致し
ない。

欠に、この回転数に対応して必要とする励磁電圧が供給
された時点では、回転数が、既に他の状態に変化してし
まっているということになる。

それ故に、自動電圧調整１（ＡＶＲ）１８に、回転数の
変化に応じて必要となる励磁電圧の補正機能を持たせた
場合には、いずれにしても端子電圧の変動を充分に抑制
することはできないという欠点を生ずる。

（発明の目的）本発明の目的は、発電及び揚水の各種運転状態に対し、
可変速発電システムを常に最高効率で運転する励磁制御
方式において、系統事故時及びすべり零運転時に、可変
速機の端子電圧が変動するのを抑制することのできる励
磁制御方式を提供することにある。

（発明の概４！！、）前記の目的を達成するために、本発明は、前記２次励磁
の励磁電圧を、すべり周波数および可変速機の端子電圧
の関数として−特に、これらの積に応じて制御するよう
にした点に′Ｉ？徴がある。

さらに、本発明は、少なくともすべり周波数が零である
場合には、前記２次励磁の励磁電圧を、すべり周波数Ｉ
Ｃ依存しない定数に基づいて制御ｒるようにした点ＩＣ
特徴がある。

（発明の実施例）以下ｆこ、図面を参照して本発明の詳細な説明する。第
１図は、本発明の一実施例の要部を示すブロック図であ
る。なお、同図において、第２図と同一の符号は、同一
または同等部分をあられしている。

第２図との対比から明らかなように、この実施例は、従
来例の電圧調整部１８にすべり周波数ｆｓを導入して、
電圧調整部１８Ａとしたものである。

第１図に詔いて、ブロック２４は、基準電圧Ｅ、。

にすべり周波数ｆｓを乗する乗算器であり・ブロック２
５は、端子電圧−と基準電圧Ｅｔｏの差をとる減ｎ器で
ある。また、ブロック２６は、ブロック２５の出力にす
べり周波数ｆａを乗する乗算器である。

ブロック２７は、ブロック２４の出力とブロック２６の
出力を合成する加ｌｆ器である。そして、この実施例で
は、ブロック２７の出力をもとに、２次巻線励磁量設定
部１７において、水車回転数Ｎおよび位相角Δδを用い
て、２次回路の励磁量を算出する。

したがって、この実施例を第２図に適用した構成（こよ
れば、２次巻１６ａ〜６Ｃの励磁電圧が、可変連発を機
の端子ｔＥｇ、およびすべり向波数ｆｓの積で制御され
ること（こなる。

それ故に、事故などに伴なって生ずるすべり周波数ｆｓ
の変化が直ちに励磁電圧に反映されることになり、可変
速発電機の出力端子電圧の変動を抑制することかできる
。

第６図に、第１図の実施例を適用した場合の噂第５図と
同様の解析結果を示す。第５図との対比から明らかなよ
うに、この実施例によれば、事故発生時に生ずるすべ（
Ｊ周波数の変化にも拘わらず・可変速発電機の端子電圧
変動が十分に抑制される。

しかし、ｗＪ１図の実施例では、なお、すべり零の運転
状態ｌこおいて、励磁電圧が零−すなわち。

無励磁の状態となり、端子電圧の変動を増大させる恐れ
があるという問題がある。

第７図は、前記の問題を解決した本発明の他の実施例の
要部ブロック図である。第１図との対比から明らかなよ
うに、この実施例は、前述の実施例のブロック２７（加
算器）の出力側にブロック２８を設け、すべり零で必要
とする励磁量Ｅ、。

を加算するようにしたものである。

このように構成することにより、すべり零の運転状態に
おいても、２次巻線が無励磁となることはなくなるので
、端子電圧の変動を抑制することができる。

なお、この実施例における励磁量す。は、可変速システ
ムが従来の同期機と同様な動きをしている場合に必要と
する値であるので、従来の同期機に設電されている電圧
調整装置と同様の機能を持つ制御装置で制御すればよい
ことはいうまでもない。

また、明らかなように、前述の励磁ｆｉＥ１゜は・すべ
り零以外の運転状態に対して必要とされる励磁量に比べ
て小さい。それ故に、第７図に示したように常時加えて
おいてもよいが、すべりが零附近の一定の範囲に達した
場合にのみ加えるよう（こしてもよいことは言うまでも
ない。

第８図は、すべりが零付近の基準値以下になった場合だ
け、励磁ｎＥ、。を加えるようにした、本発明のさらに
他の実施例を示す要部ブロック図である。同図において
、第７図と同一の符号は、同一または同等部分をあられ
している。

比較器２９は、基準設定器３０によって設定された基準
値（零に近い値）を、すべり周波数ｆｓと比較し、すべ
り周波数ｆｓが基準龍よりも小さいときは、スイッチ３
１をすべり周波数ｆａ側へ切換え、また一方、すべり周
波数ｆ３が基準値よりも大きいときは、スイッチ３１を
零設定器３２の側へ切換えろ。

（発明の効果）本発明によれば、可変速発電システムＩＣおいて、系統
事故時におけろ端子電圧の変動を抑制できるため、安定
変向上の効果は極めて大きい。

更に、電力の変動分を補給又は消費するため、昼間は発
電、夜間は揚水として運転する揚水発電システムにおい
ては、系統より妥求され７１１種々の電力に対して、効
率よく運転できるので、その経済的効果は極めて大きい
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の４Ｊｓを示すブロック図、
第２図は従来の可変速揚水発電システムの制御系の概要
を示すブロック図、第３図は可変速揚水発電システムの
制御原理を説明するためのブロック図、第４図は代表的
な水車の出力と効率との関係例を示す図、第５図は従来
の制御方式による事故時の端子電圧変動曲線図、第６図
は本発明を適用した場合の事故時の端子電圧変動線図、
第７図は本発明の他の実施例の４Ｊ部を示すブロック図
、第８図は本発明のさらに池の実施例の要部を示すブロ
ック図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）２次励磁付の誘導機を任意の回転数で運転し、２
次励磁の周波数をすべり周波数とする場合の励磁制御方
式であって、前記２次励磁の励磁電圧を、すべり周波数
および端子電圧の関数として制御することを特徴とする
励磁制御方式。
（２）２次励磁の励磁電圧を、すべり周波数と前記誘導
機の端子電圧との積に応じて制御することを特徴とする
前記特許請求の範囲第１項記載の励磁制御方式。
（３）２次励磁の励磁電圧を、すべり周波数と前記誘導
機の基準端子電圧との積、および前記誘導機の基準端子
電圧と実際の端子電圧との差に前記すべり周波数を乗じ
た積の和に応じて制御することを特徴とする前記特許請
求の範囲第１項記載の励磁制御方式。
（４）２次励磁付の誘導機を任意の回転数で運転し、２
次励磁の周波数をすべり周波数とする場合の励磁制御方
式であって、前記２次励磁の励磁電圧を、すべり周波数
および端子電圧の関数である値と、すべり周波数に依存
しない定数との和に応じた値に応じて制御することを特
徴とする励磁制御方式。
（５）前記関数は積であることを特徴とする前記特許請
求の範囲第４項記載の励磁制御方式。
（６）前記定数は、すべり周波数が予定値より大きいと
きは０であることを特徴とする前記特許請求の範囲第４
項または第５項いずれか記載の励磁制御方式。