JPS6285698A - 発電機の制御装置 - 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） この発明は、水車やエンジン等の原動機で駆動される発
電機の制御装置に関し、特に簡単な構成により発電機の
出力及び周波数をともに一定に維持することができる制
御装置に関する。

（従来の技術） 水車やエンジン等で駆動される発電機においては、従来
、出力周波数、すなわち発電機の出力回転数を一定に制
御するために調速機が必要であるとされていた。従来の
この種の調速機は、回転数検出器（速度検出器）で発電
機の速度を検出し、その検出゛信号に従って水車等の原
動機への入力を調整し、その速度を一定に制御するもの
である。

第２図は、従来の水車発電機における出力周波数制御装
置の代表的な一例を示し、図においてＧは水車Ｗによっ
て駆動され、負荷ＰＬに出方を供給する主発電機、２１
は発電機Ｇの回転数を検出する回転検出発電機（ＴＧ）
、２２は回転検出発電受けて演算及び増幅処理を行って
調速機を制御する信号を出力する調速機制御装置、２４
は調速機制御装置２３が出力する電気制御信号を機械的
操作量に変換する電気・機械変換器、２５は電気・機械
変換器２４の出力により水車Ｗのガイドベーンの開閉制
御を行うサーブモータである。

上記の構成において、負荷ＰＬが変化すると回転検出発
電機２１及び速度検出器２２で二次的に主発電機回転数
の変化を検出し、その検出信号に基づいて調速機制御装
置２３で演算及び増幅処理を行い、電気・機械変換器２
４をオして水車Ｗの水量を調節するガイドベーンをサー
ブモータ２５で開閉制御して水車Ｗ、ひいては主電機Ｇ
の速度を一定に制御する。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の発電機出力周波数制御装置は、前述のように主発
電機の速度を検出してその検出信号によって原動機への
入力を調整する構成であり、また、特に水車発電機の場
合には、水圧管路を急閉鎖すると水圧上昇が過大になる
等の制約があるので入力調整に要する時間が制限されて
いるため、下記のような問題点がある。

（１）小容量出力になるほど発電装置全体の価格に対す
る調速機の価格の比率が大きくなり経済性を損なう。

（２）構造が複雑であるため保守点検に専門技術者を必
要とし、維持管理が容易でない。

（３）速度を検出して制御を行うため水車、発電機及び
調速装置等の系の遅れ要素があるので、過渡特性に限界
がある。

（４）水車発電機を他の電力系統と接続しないで単独運
転する場合には、周波数変動を小さくするためフライホ
イールが必要になり、価格が上昇する。

したがって、この発明は、従来の発電機の制御装置の前
述の欠点を解消し、簡単な構成よりなり、かつ制御の応
答性が良好で制御精度が高く、発電機の出力及び周波数
をともに一定に維持することができる制御装置を提供す
ることを目的とする。

さらに、この発明は、装置内に設けられるダミー負荷に
おける消費電力を可能な限り抑えることが可能であり、
ダミー負荷の容量を小さくすることができる制御装置を
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） この発明の発電機の制御装置は、上記の目的を達成する
ため、原動機によって駆動される発電機の制御装置であ
って、発電機出力の検出装置と、前記検出装置の検出信
号と出力設定信号とを比較して制御信号を発生する装置
と、前記制御信号によって制御される発電機出力の調整
装置と、前記出力調整装置の出力が供給されるダミー負
荷と、前記ダミー負荷の消費電力を検出する消費電力検
出装置と、前記消費電力検出装置の検出信号に応じて前
記原動機への入力を制御するサーブモータ装置とを備え
ている。

（作用） この発明の発電機の制御装置は、上記の構成に基づき、
前記ダミー負荷とその制御装置が出カ一定制御装置を構
成するので、発電機出力の変化を検出した信号に基づい
て発電機出力を一定に保つことにより発電機周波数を一
定に維持する。またダミー負荷の消費電力の変化を検出
した信号に基づいて原動機への入力を制御するのでダミ
ー負荷の消費電力を調整し、発電機の周波数を一定に維
持する。

（実施例） 以下第１図を参照して、この発明を原動機としての水車
により駆動される発電機の制御装置に適用した実施例に
ついて、その構成及び作用の順序で詳細に説明する。な
お、この発明は、エンジン等の他の原動機により駆動さ
れる発電機の制御装置にも適用できるものである。

（この発明の実施例の構成） 第１図に示すこの発明の一実施例において、概括的にい
えば、電力検出器１からダミー負荷６までを含む制御ル
ープ、周波数検出器７から周波数修正増幅器９までを含
む制御ループ、並びに、電圧検出器１０及び電動サーボ
モータ１１を含む制御ループが、それぞれ、優先制御を
行う出カ一定制御ループ、発電機の回転数を制御する補
助制御ループ及びダミー負荷の消費電力を制御するルー
プの具体例である。

第１図において、Ｇは発電機、Ｗは発電機Ｇを駆動する
水車、ＰＴ及びＣＴはそれぞれ発電機Ｇの出力電圧及び
負荷電流を検出する計器用変圧器及び計器用変流器であ
る。１は発電機Ｇの電力を検出する電力検出器（Ｗ／Ｖ
）であって計器用変圧器ＰＴ及び計器用変流器ＣＴの検
出出力が入力されて発電機出力に比例する電圧を有する
信号を出力する。３は出力増幅器であって電力検出器１
の出力信号と出力設定信号とを比較し、判別演算を行う
。ここで、上記の出力信号は、出力設定器２の設定値の
みで構成してもよいが、この出力設定器２の設定値と前
記の補助制御ルーグア〜９からの補正信号とにより構成
することを可とする。

４は位相制御器であって出力増幅器３の出力信号を出力
調整器５における制御に必要な制御信号に変換する。出
力調整器５は１例えばサイリスタ、ノぐワートランジス
タ等で構成されており、その入力側は配線用しゃ断器Ｍ
ＣＣＢを介して発電機Ｇの出力母線に接続され、その出
力は、例えば電気ヒータ、抵抗器等で構成されるダミー
負荷６に供給される◎後に詳述するように、発電機Ｇの
負荷ＰＬに変動を生じたときは、出力調整器５は前記の
制御信号の制御により、負荷ＰＬの変動分が実質的にす
べてダミー負荷６で吸収されるようにその出力を調整さ
れる。

次に発電機の回転数を制御する補助制御ループについて
説明する。７は周波数検出器ＣＦ／Ｖ　）であって計器
用変圧器ＰＴの出力から発電機Ｇの回転数を検出し、こ
の回転数に比例する電圧を有する信号を出力する。９は
周波数修正増幅器であって周波数検出器７の出力信号を
周波数設定器８の設定値と比較して判別演算を行い、そ
の判別出力信号は出力設定器２の設定値と共に出力増幅
器３に供給される。

ダミー負荷の消費電力を制御するループについでは、１
０は電圧検出器であってダミー負荷６の消費電力が基準
レベルの上下共に所定範囲を超えた場合にその消費電力
を検出する。なおダミー負荷６は固定であるから、電圧
によって消費電力を検出することができる。１１はサー
ボモータ装置の一例としての電動サーブモータであって
電圧検出器１０の検出信号に応じて水車Ｗのがイドベー
ンを開閉制御して水車入力を調整する。

（この発明の実施例の作用〕 第１図に示す制御系において、負荷をＰＬＫＳｖ。

ダミー負荷の消費電力をＰｔ１ＫＷとして、発電機Ｇの
出力Ｐ。は Ｐｏ＝ＰＬ＋ＰＤＫＷ となる。この出力で運転中に負荷に±Ｐ′の変化り が生じた場合に Ｐｃ　＝　（Ｐ　Ｌ、　ｆ　ＰＬ’）　＋　（ｐｏ壬Ｐ
ｒ、’）の関係をみたすように制御すれば、発電機出力
Ｐ（：Ｊが変化しないので発電機回転数（周波数）は変
化しないことになる。

そこで負荷の変化量上ＰＬ′を電力検出器１で検出しそ
の検出信号を出力増幅器３で出力設定器２の設定値（こ
の実施例では後述のように回転数を制御する補助制御ル
ープの出力信号も加算される）と比較し、判別演算を行
ってその判別出力信号が位相制御器４で出力調整器５の
調整に必要な制御信号に変換される。この制御信号は、
発電機出力を検出した信号と出力設定値との偏差量に見
合う信号であるから、この制御信号によって出力調整器
５の出力を調整し、ダミー負荷６で消費する電力をＰＬ
′分だけ補填するように制御する。すなわち、負荷の変
化量ＰＬ′は実質的にすべてダミー負荷６で吸収される
ため発電機出力ＰＧが変化しないので、発電機Ｇの回転
数（周波数）が一定に保たれる。この制御ループは１発
電機出力Ｐ。の変化を直接に検出して制御するので、速
度検出方式に比較して連応性と制御性にすぐれている。

第１図の制御系では、さらに、水車Ｗへの水力入力の条
件（落差、水量等）の変化により入力が変化するのに伴
って発電機Ｇの回転数（出力周波数）の変動を補償する
ため回転数制御用の補助ループが設けられている。この
補助ループは・前述の出カ一定制御ループによる優先制
御に対し、下記の動作により補正制御を行うものである
。すなわち、出カ一定制御ルーグで安定運転されている
ときに、水車Ｗへの入力が変化すると、発電機Ｇの回転
数が変化するので１周波数検出器７でこの回転数を検出
し、周波数修正増幅器９でこの検出信号と周波数設定器
８の設定値とを比較し、判別演算を行う。この判別出力
信号は、電力設定信号のひとつを形成するものであって
、出力増幅器３の入力において出力設定器２の設定値と
ベクトル的に加算される。すなわち出力増幅器３におい
て、出力〒定制御ループの設定信号に周波数要素の信号
を加算して出力設定の変更を行うので、水車Ｗへの入力
に見合った制御を行うことができ、制御精度が向上する
。この場合も水車Ｗへの入力に対応して発電機の出力及
び周波数が一定に維持される。したがって補助制御ルー
プによる制御を含めれば、第１図の制御系は従来の調速
機の機能を有することになシ、また水車発電機の場合に
はフライホイールが不要になる。

第１図の制御系では、また、ダミー負荷６の消費電力を
制御するために、この消費電力が基準レベルの上下共に
所定範囲を超えたときに電圧検出器１０で消費電力を検
出し、その検出信号で電動サーボモータ１１を制御する
ことによって水車Ｗのがイドベーンを開閉制御し、水車
Ｗへの入力を調整する。この制御ループは従来の調速機
と同一の機能を果たすものであって発電機Ｇの出力周波
数を一定に維持するとともに水エネルギの有効利用及び
ダミー負荷の容量低減をはかることができる。なおエン
ジン発電機の場合には、工／ソンへの給気を制御して同
様の効果を奏することができる。

以上述べた事項を要約すると、原動機（例えば水車Ｗ）
の入力エネルギが不変である場合は、発電機出力Ｐ。の
変化、すなわち負荷ＰＬの変化を検出してつねに発電機
出力Ｐ。を一定に保つことよシミ力供給系として最も重
要な要素のひとつである発電機の周波数を一定に維持す
る。

上記の条件のもとで、原動機入力が変化すると発電機出
力との間に変化分に相当する分だけ過不足を生じ、この
エネルギは原動機の回転数の変化ですべて消費される。

すなわち、原動機の入力変化によって発電機の出力周波
数が変動する。そこでこの周波数変化を検出し、その検
出信号に基づいて発電機出力の設定値を変更するように
すれば、原動機入力に見合った発電機出力を得ることが
できるので、エネルギのバランスをとることができ、発
電機出力周波数が一定に保たれ、調速機の機能をもたせ
ることができる。

さらに、ダミー負荷の消費電力が所定範囲を超えたとき
水車への入力を制御することによシ、ダミー負荷の消費
電力を調整し、発電機の周波数を一定に維持する。した
がって電圧検出器１０及び電動サーボモータ１１を含む
消費電力制御ループも、また、調速機の機能を有するこ
とになり、また水エネルギの有効利用及びダミー負荷の
容量低減をはかることができる。なおダミー負荷の消費
電力を検出してそれが所定範囲を超えたときその検出信
号に応じて水車への入力を制御するので、このサーボ系
が第１図に示す全制御系の中で果たす調速機能は部分的
、補助的であるため、従来の発電機周波数を検出して調
速機を制御する方式と比較してサーボ系の容量が小さく
てすみ、調整手段の構成が簡単になる。

第１図の実施例は、上記の構成に基づき、下記の効果を
奏する。すなわち、発電機出力を直接検出して周波数制
御を行うため発電機の出力及び周波数を共に一定に維持
することができ、従来の発電機周波数を検出して制御す
るものに比べて応答性及び制御精度の向上をはかること
ができる。また原動機入力が変化する場合にも、原動機
入力に見合った発電機出力を設定することができるので
、エネルギのバランスをとり、発電機周波数を一定に維
持することができる。

さらにダミー負荷で無駄に消費される電力を可能な限シ
少なく抑えることができるので水エネルギの有効利用及
びダミー負荷の容量低減をはかることができる。一方、
ダミー負荷の消費電力を検出した信号に基づいて原動機
への入力を制御するので、従来の発電機周波数を制御し
て調速機を制御するものと比較してサーボ系の容量が小
さくてすみ、調速手段の構成が簡単化される。

また水車発電機として単独運転をする発電装置に適用す
る場合にフライホイールが不要であるため発電機及び水
車の構造が簡単になシ、発電装置全体の価格が低減され
る。例えば容量によって変化するが、２０〜３０％の価
格低減を期待することができる。

（発明の効果） 前述のように、この発明によれば、発電機出力を直接検
出して周波数制御を行うため発電機の出力及び周波数を
共に一定に維持することができ、従来の発電機周波数を
検出して制御するものに比べて応答性及び制御精度の向
上をはかることができる。さらにダミー負荷で消費され
る電力を可能な限り少なく抑えることができるので、原
動機への入力エネルギの有効利用及びダミー負荷の容量
低減をはかることができるとともに、ダミー負荷の消費
電力を検出した信号に基づいて原動機への入力を制御す
るので、従来の発電機周波数を制御して調速機を制御す
るものと比較してサーボ系の容量が小さくてすみ、調速
手段の構成が簡単になり、価格の低減が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこのｍ発明に係る発電機の制御装置の一実施例
のブロック図、第２図は従来の発電機周波数の制御装置
のブロック図である。 符号の説明 １：電力検出器、２：出力設定器、３：出力増幅器、４
：位相制御器、５：出力調整器、６：ダミー負荷、７：
周波数検出器、８：周波数設定器、９：周波数修正増幅
器、１０：電圧検出器、１１：電動サーボモータ、Ｇ：
発電機、Ｗ：水車、ＰＴ：計器用変圧器、ＣＴ：計器用
変流器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）原動機によつて駆動される発電機の制御装置であ
   つて、 発電機出力の検出装置と、 前記検出装置の検出信号と出力設定信号とを比較して制
   御信号を発生する装置と、 前記制御信号によつて制御される発電機出力の調整装置
   と、 前記出力調整装置の出力が供給されるダミー負荷と、 前記ダミー負荷の消費電力を検出する消費電力検出装置
   と、 前記消費電力検出装置の検出信号に応じて前記原動機へ
   の入力を制御するサーボモータ装置とを備える発電機の
   制御装置。
2. （２）前記出力設定信号は、出力設定値と発電機周波数
   の変化を検出した信号に基づいて形成される補正信号と
   よりなる特許請求の範囲（１）記載の発電機の制御装置
   。
3. （３）前記消費電力検出装置は、前記ダミー負荷の消費
   電力が所定範囲を超えたかどうかを検出する装置である
   特許請求の範囲（１）記載の発電機の制御装置。