JPS63170567A - ガバナレス可変速水車発電装置の水車回転速度制限方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は負荷に応じて水車の回転速度が変化するガバナ
レス可変速水車発電装置において、水車回転速度を常に
一定速度以下に制限する水車回転速度制限方法に関する
。

（従来の技術） 中小の水力発電設備としては安価でメンテナンスが容易
なガバナレス可変速水車発電装置が多用されている。

このガバナレス可変速水車発電装置はガバナ（調速機）
を備えておらず、水車の回転速度は負荷に応じて変化し
、その出力はインバータ制御装置により所定の電圧・周
波数に変換されて系統へ供給される。

第２図はガバナレス可変速水車発電装置における水車回
転速度Ｎと、水車出力ＰおよびトルクＴとの関係を例示
するもので、図中、Ｎｏは定格出力を発生する水車回転
速度を、またＮＲは負荷が零のときの回転速度（無拘束
速度）を示している。

同図において、水車発電装置に接続されている負荷の大
きさが変化すると、発電機のトルクが変化し、この発電
機に直結・されている水車は、それに対応する水車トル
クＴを発生する回転速度Ｎまで変化する。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の水車発電装置では、負荷が減少して零になった場
合、水車の回転速度は無拘束速度ＮＲまで上昇する。従
って、例えば夜間等のように負荷が大幅に減少した状態
で運転を継続すると、水車発電装置は無拘束速度に近い
状態で長時間運転されることになる。

ガバナレス可変速水車発電装置の各構成機器は無拘束速
度での運転に耐えるよう構成されてはいるが、騒音や振
動を伴う長時間の高速運転は各構成機器の保守上も好ま
しくはない。特に、中小の水力発電所におけるガバナレ
ス水車発電装置は、メンテナンスフリー化と共に、安価
であることが要請されているが、無拘束速度状態での長
時間運転に十分に耐えるように設計しようとすると、建
設コストが増大し、上述の要請に応えることができない
という欠点がある。

本発明は背景技術における上述のごとき欠点を除去すべ
くなされたもので、水車発電装置の外部負荷が大幅に低
減した場合、あるいは零になった場合でも、水車の回転
速度が無拘束速度以下の所定値を越えないよう制御する
ガバナレス可変速水車発電装置の水車回転速度制限方法
を提供することを目的としている。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明のガバナレス可変速水車発電装置の水車回転速度
制限方法は、負荷の増減に応じて水車回転速度が変化し
、水車発電装置の出力をインバータ制御装置により電圧
・周波数が一定となるよう作動するガバナレス可変速水
車発電装置において、前記水車発電装置に接続されてい
る外部負荷が減少し、水車の回転速度が増加して制限値
Ｎｔ、を越えた際、コントローラからの信号により遮断
器を閉路させ、水車発電装置に内蔵負荷を接続すること
を特徴とするものである。

（作　用） 上述のように構成した本発明方法においては、水車回転
速度が所定の制限値ＮＬに達すると、外部負荷とは別に
水車発電装置に内蔵された内蔵負荷が負荷回路に投入さ
れるので、外部負荷が、たとえ零になった場合でも、水
車回転速度は制限値Ｎｔ、を越えることがない。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図において、水車１に直結された巻線形誘導発電機
２の出力は発電制御装置３において所定の電圧・周波数
の交流電力に変換され、送電線４を通して外部負荷（図
示せず）へ供給される。

発電制御装置３は直並列接続した多数個の半導体素子か
らなるインバータ制御装置３ａと、これらの素子の点弧
時間およびタイミングを制御する制御回路３ｂ、３ｃと
からなる。

巻線形誘導発電機２の回転速度は回転速度センサ５によ
って検出され、コントローラ６に入力さ　　　′れる。

送電線４には遮断器７を介して内蔵負荷８が接続されて
おり、この遮断器はコントローラ６によって制御される
。

上述のように構成した水車発電装置において、通常運転
時には遮断器７は開路しており、水車１によって駆動さ
れる巻線形誘導発電機２の出力は発電制御装置３により
所定の電圧・周波数の交流電力に変換され、送電線４を
介して外部負荷に供給されている。

この状態で外部負荷が低減してくると、水車１および巻
線形誘導発電機２の回転速度は次第に増大するが、それ
が予め設定した一定の値を越えると、コントローラ６か
らの指令により遮断器７が閉路し、送電線４に抵抗体な
どの内蔵負荷８を投入する。これによって、水車および
巻線形誘導発電機の回転速度は制限値ＮＬ以下に保たれ
る。

次に、上記の作動を第２図を参照して説明する。

まず、水車発電装置に接続されている外部負荷が高負荷
状態から減少して零になる場合、外部負荷の減少と共に
水車１の回転速度Ｎは増加する。

水車１の回転速度Ｎは回転速度センサ５により常時モニ
ターされているが、これが予め設定された制限値Ｎｔ、
に等しくなると、コントローラ６は遮断器７を投入させ
、内蔵負荷８を送電線４に接続する。ここで、制限値Ｎ
Ｌは水車発電装置に接続されている外部負荷が零の状態
で内蔵負荷８のみを巻線形誘導発電機２に接続した場合
に水車１が取り得る回転速度と等しい値とされており、
したがって、制限値ＮＬ通過時に巻線形誘導発電機２に
加わる負荷は内蔵負荷８と外部負荷の和、すなわち内蔵
負荷８の２倍の値となり、水車１の回転速度Ｎはこの値
に対応するよう回転速度Ｎ１まで減少する。その後、引
続いて外部負荷が減少すると、水車回転速度ＮはＮ１か
ら増加し、外部負荷が零になると回転速度は制限値Ｎｔ
、となる。従って、水車回転速度Ｎは内蔵負荷８の大き
さによって決定される制限値ＮＬ以下に制限されること
になる。

次に、外部負荷が零、すなわち水車回転速度ＮがＮ　ｔ
の状態から、外部負荷が定格負荷まで増加する場合には
、外部負荷の増大と共に水車回転速度Ｎは減少し、内蔵
負荷遮断回転速度ＮＬＲになると、コントローラ６から
の指令により遮断器７が開路し、内蔵負荷８は系統から
切離される。この場合、水車回転速度Ｎは内蔵負荷８が
無くなった分だけ増加し、Ｎ２となる。それ以降は、外
部負荷のみが負荷として巻線形誘導発電機２に連結され
た状態となり、外部負荷の増加と共に水車回転速度Ｎは
減少し、定格負荷でＮ。となる。

なお、上述の内蔵負荷遮断回転速度ＮＬＲは内蔵負荷８
の２倍の負荷に対応する回転速度Ｎ１から所定の値（α
）を減算した値とされている。これは仮にＮＬ−Ｎ１と
すると、外部負荷の増大と共に水車回転速度Ｎが内蔵負
荷遮断回転速度ＮＬＲに達し、内蔵負荷が遮断されて制
限値ＮＬになった際、再び内蔵負荷８が投入されて水車
回転速度ＮＲとなる事態を防止するためであり、この内
蔵負荷遮断回転速度ＮＬＲは予めコントローラ６に設定
されている。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明方法にによれば、水車発電装置に接
続された外部負荷の大幅な減少あるいは外部負荷零の状
態でも水車回転速度は無拘束速度よりも低い制限値ＮＬ
以下の値に保たれる。従って、長時間の高速運転を避け
ることができ、振動や騒音も低く抑えられ、安全性が向
上する。また、コストダウンやメンテナンスフリー化の
点からも有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法において使用される水車発電装置
の概略構成を示す系統図、第２図は可変速水車発電装置
の特性例を示すグラフである。 １・・・水車、２・・・巻線形誘導発電機、３・・・発
電制御装置、４・・・送電線、５・・・回転速度センサ
、６・・・コントローラ、７・・・遮断器、８・・・内
蔵負荷。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、負荷の増減に応じて水車回転速度が変化し、水車発
   電装置の出力をインバータ制御装置により電圧・周波数
   が一定となるよう作動するガバナレス可変速水車発電装
   置において、前記水車発電装置に接続されている外部負
   荷が減少し、水車の回転速度が増加して制限値Ｎ＿Ｌを
   越えた際、コントローラからの信号により遮断器を閉路
   させ、水車発電装置に内蔵負荷を接続することを特徴と
   するガバナレス可変速水車発電装置の水車回転速度制限
   方法。 ２、制限値Ｎ＿Ｌが、水車発電装置に接続されている外
   部負荷が零の状態で、内蔵負荷のみを水車発電装置に加
   えた場合に水車が取り得る回転速度と等しい値とするこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のガバナレス
   可変速水車発電装置の水車回転速度制限方法。