JPS63212774A - 可変速揚水装置の制御装置 - 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、所望の任意の回転速度で運転できる回転電気
機械と電力変換装置とからなる電力系統に接続された可
変速揚水システムに係り、特に外部より与えられる負荷
設定指令に合せて駆動電動機の入力を調整し乍ら高効率
で運転する可変速揚水発電装置の制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の同期発電電動機を使用する揚水発電システムでは
、ポンプ水車の回転速度は発電運転でも揚水運転でも同
一の一定値に固定される。揚水運転時の運転特性の一例
を第７図に示す０本図は、可動案内羽根を有するポンプ
の性能を示す線図で、１．１′は案内羽根開度をＹｘ　
、Ｙａに固定しポンプ回転速度をＮｔに保持した場合の
揚水量Ｑと効率ｎの関係曲線、２．２’は、上記に対応
する揚水量Ｑと全揚程Ｈの関係曲線である０本図より回
転速度及び案内羽根開度を固定すると各案内羽根開度で
の最高効率点（図中ａ、ｂ点）を離れ、激しい効率の落
ち込みが生じ振動、キャビ等の運転特性が息下するため
上記ａ、ｂ点を結ぶ包絡線（破線表示）の如く揚程Ｈに
応じて案内羽根開度を一義的に調整して運転していた。

この様な揚水発電システムの揚水運転時は、電力系統か
ら見れば全く自由度のない（ｍ整の効かない）単純負荷
になり電力系統の電力需給バランスを改善する様な調整
は一切できなかった。

こういう従来技術の背景を踏まえて、ポンプ水車の回転
速度を可変にしポンプ運転時の自由度を増すための検討
や提案がなされつつある０例えば昭和５９年電気学会全
国大会論文Ｎｏ５５３ｒ大容量同期電動機の可変速運転
特性」があるが、具体的に可変速揚水システムについて
は触れられていない。

一方従来の可変速電動システムとしては、交流系統と電
動機の間に周波数変換器を設ける方法。

巻線型誘導機の１次側を交流系統に接続し２次側と交流
系統との間に周波数変換器を設ける方法等があり各々周
波数変換器を制御し電動機に任意の回転速度を与えるも
のである。これらの周波数変換器のうち交流系統と電動
機の間に周波数変換器を設は可変速揚水運転を実現しよ
うとしたものの一例として特開昭４８−２１０４５号が
ある。しかしながら本公知例には具体的な制御回路図に
ついては触れられていなかった。

本発明の目的は、上記従来技術において明確でなかった
具体的制御回路及び装置構成を明示し揚水運転中にも電
動機負荷を調整可能にし、ＡＦＣ等の電力系統制御に対
応できる可変速揚水システムを提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本願では、回転電気機械と電力変換装置からなる電力系
統に接続された可変速駆動装置と、それに駆動されるポ
ンプを含む可変速揚水システムを対象にしており、外部
より与えられる電力指令により前記ポンプを高効率で運
転するための最適回転速度を演算する最適回転速度関数
発生器と、その出力信号と実際の回転速度を検出する検
出器との出力信号を突き合せ、この偏差をゼロならしめ
るように電力制御補正信号を発する電力制御補正信号発
生器とを設け、その補正信号を前記電力指令に加算する
加算器により合成信号とし、その合成信号と実際の電動
機入力の検出信号を突き合せこの偏差をゼロならしめる
様に、即ち実際の電力機入力を前記合成信号に合せる様
励磁制御を行なう電力制御装置を設けることにより前記
電動機の入力制御と回転速度制御を行ない、他方少なく
とも前記電力指令によりその時の最適案内羽根開度を演
算する最適案内羽根関数発生器と、その出力信号と実際
の案内羽根開度を合わせる機制御する案内羽根開度制御
装置を設けることにより案内羽根制御を行なう様に構成
する。

〔作用〕

これにより、揚水運転時の外部からの電力指令に応じて
高効率なポンプの負荷調整運転をするという目的が達成
される。

【実施例〕

以下本発明の一実施例を第１図により説明する。

第１図は本発明による制御回路図で（尚、電力制御の為
の交流励磁回路についての詳細は本発明に直接関係しな
いので図示していない、）外部からの電力指令ＰＯとそ
の時の全揚程Ｈａｔ（ポンプの上下貯水槽の単純な水位
差を示し、これに対し実揚程Ｈは全揚程Ｈｓｔと該揚水
系統の水路損失を加算したものと定義され、該揚水系統
の立地条件により運転時の水位変動（ＨＢＴ変動）が少
ない場合は、Ｈｓｔを入力信号とする必要はない、以下
入力信号として定義するＨｓｔは同様である。）を入力
としてその時の最適回転速度Ｎｏｐ丁を演算する最適回
転速度関数発生器１２からの出力信号Ｎ　ｏｐｔと実際
の回転速度Ｎを比較すると共に負帰還回路を構成し、そ
の偏差をゼロとするために少なくとも積分要素を備えた
電力制御補正信号発生器１６により補正信号ｔが出力さ
れる回転速度制御回路。

電力指令Ｐａとその補正信号Ｅを加算し合成信号Ｐａ＋
ξとし実際の入力Ｐにと比較すると共に負帰還回路を構
成しその偏差をゼロとするために少なくとも積分要素を
備えた電力制御器７により交流励磁制御される電力変換
器３，１７により電動機の入力ＰＭが合成信号Ｐｏ＋ｔ
となる様にした電力制御回路外部からの負荷指令Ｐｏと
全揚程ＨＯＴを入力としてその時の最適案内羽根開度Ｙ
　ＯＰＴを演算する最適案内羽根開度関数発生器１３の
出力信号Ｙ　ＯＰＴと実際の案内羽根開度Ｙを比較する
と共に負帰還回路を構成し、案内羽根制御器９に含まれ
る積分要素によりその偏差がゼロとなる案内羽根制御回
路とにより本発明が構成されることを示している。本回
路によれば、前記回転速度制御回路によりＮ　＝　Ｎ０
ＰＴ　、前記電力制御回路によりＰＭ＝Ｐｏ＋ε、前記
案内羽根制御回路によりＹ＝Ｙｏｐｔとすることができ
る。ここでポンプが要求する入力ＰＰと実際の電動機へ
の入力ＰＭは。

一種の積分要素と見なせる電動機及びポンプが有する慣
性モーメントＧＤ”によりその偏差がゼロとなることか
らＰＭ＝Ｐｐ、また前記関数発生器の誤差を無視すれば
Ｙｏｐｔ＝Ｐｏ相当、Ｎ０ＰＴ　ｗＰａ相当となるので
、Ｐｏ　−Ｙｏｐｔ　＝　Ｙ　＝　Ｐｐ　＝ＰＭの関係
が成り立ち、電力制御補正信号ｉはゼロとなる。以上よ
り本願の目的である外部からの電力指令Ｐｏに応じて実
際の入力ＰＭを制御することができる。

第２図は上記第１図の制御回路により巻線形誘導機２を
可変速電動機として用いた場合の装置構成を示す一例で
ある６図中向一番号は同一品を示す０巻線形誘導機２の
１次側が電力系統１に接続されて２次側が電力変換器３
に接続され誘導機２の入力は、この電力変換器３により
交流励磁電流の位相指令に応じて増減される。実際の入
力ＰＭは電力検出器６により検出され比較器へ又実際の
回転速度Ｎは回転速度検出器５により検出され比較器へ
各々入力される。

第３図は、第１図の制御回路による別の実施例を示す装
置構成図で可変速電動機として同期機１０を用い、系統
１と同期機１０との間に電力変換器１７を用いた場合で
ある。この電力変換器への位相指令との突合せのため位
相検出器１１を設けている。

第４図は第１図の最適案内羽根開度関数発生器の一例、
第５図は同じく最適回転速度関数発生器の一例を示すも
ので各々負荷指令Ｐｏと実揚程Ｈにより信号値が演算さ
れる。尚図中のａ　−ｆ点及びａ′〜ｆ′点は第６図に
示すポンプ特性図の各点に対応している。第６図は、第
７図のポンプ特性図を基に作成したもので図中３は第７
図の揚水量Ｑに対する全揚程Ｈ曲ｌｌＡ２に点線で示す
包絡線特性を回転速度毎に示したものである１図中４は
その図中３の特性より揚水量Ｑに対する所要負荷Ｐｐを
示したものである。これよりポンプ固有特性により制約
される包終線運−転を維持しながらその時の運転条件に
対応する最適運転点が上記２種の関数発生器に与えられ
ることと、実際の回転速度Ｎと案内羽根開度Ｙとの関係
は該関数発生器出力であるＮｏｐｔ　、　Ｙｏｐｔに各
々制御することが必要であることが分る。尚第４図、第
５図の横軸は説明を簡単にするために全揚程Ｈ（第６図
のタテ軸）としたが、実施例は実揚程）（ｓＴを信号と
して用いている。その場合は、第６図の一点鎖線で示す
様に全揚程から揚水量Ｑの関数となる水路損失を引いて
実揚程の線とした曲線により最適点を定義すればよく、
ｆ点で示す様になる。また第７図に一点鎖線で示す曲線
は、案内羽根開度をＹ２に固定した場合に回転速度をＮ
ＳからＮ８に変えたときの特性曲線を示し最適効率点で
あるａ点相当の運転点が０点に移る様子を示している。

この様に全包絡線上の運転点を回転速度毎に移動させて
求めたのが第６図の曲線４である。

第２Ａ図は特許請求の範囲第５項による第２図の変形例
である。上述の様に外部からの電力指令Ｐｏによる最適
回転速度Ｎ　ＯＰＴと最適案内羽根開度ＹＯＰＴは一つ
に決まるので、　ＮＱＰＴ　＝Ｐａ相当＝Ｎの関係から
最適案内羽根開度関数発生器８の入力を実際の回転速度
Ｎとしている。

第２Ｂ図は、特許請求の範囲第４項による第２図の変形
例である。上記において最適案内羽根開度関数発生器８
への入力を最適回転速度信号Ｎｏｐｒとしている。

〔発明の効果〕

本発明によれば、外部からの電力指令に応じて負荷制御
できる可変速揚水システムを提供できるので、系統の変
動負荷をまかなうために長間は発電、夜間は揚水として
運転する揚水発電システムにおいて、揚水運転時にも系
統より求められる電力調整によも、効率よく対応できる
ため、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による制御回路図。 第２ｒＪ！ｉは第１図による誘導機を用いた場合の可変
速揚水装置の装置構成図の一実施例、第２Ａ図は第２図
において最適案内羽根開度関数発生器の入力を実際の回
転速度とした場合の一実施例、第２Ｂ図は第２Ａ図にお
いて最適回転速度信号Ｎｏｐｔを入力とした場合の一実
施例、第３図は第２図において同期機と系統の間に電力
変換器を設けた場合の可変速揚水装置の装置構成図、第
４図は最適案内羽根開度関数発生器の一例、第５図は最
適回転速度関数発生器の一例、第６図は第４図、第５図
を導出する可変速ポンプ特性図、第７図はポンプ特性図
である。 １・・・電力系統、２・・・巻線形誘導機、３，１７・
・・電力変換装置、４・・・ポンプ水車、５・・・速度
検出器、６・・・電力検出器、７・・・電力制御器、８
・・・速度六方による最適案内羽根開度関数発生器、９
・・・案内羽根制御器、１０・・・同期機、１１・・・
位相検出器、１２・・・最適回転速度関数発生器、１３
・・・Ｐ指令入力による最適案内羽根開度関数発生器、
１６・・・電力制御補正信号発生器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、回転電動機と電力変換装置と案内羽根付揚水ポンプ
   とを備えた電力系統に接続された可変速揚水システムに
   おいて、外部より与えられる該電動機電力指令信号と、
   該電動機電力指令に応じて該揚水ポンプの最適回転速度
   指令を発する第１の関数発生器と、該最適回転速度指令
   と実際の回転速度を突き合せ、この偏差がゼロになるよ
   うに制御する電動機電力補正信号を発する補正信号回路
   と、該電動機電力補正信号と該電動機電力指令信号の合
   成信号を作り、この合成信号に該電動機の実際の入力を
   合わせるように制御する電動機制御装置と該電動機電力
   指令に応じて該揚水ポンプの最適案内羽根開度指令を出
   力する第２の関数発生器と、実際の案内羽根開度を該最
   適案内羽根開度指令に合わせるように制御する案内羽根
   制御装置を具備することを特徴とする可変速揚水発電装
   置の制御装置。