JPS63218000A - 可変速揚水発電システムの運転制御方式 - 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１発電々動機の回転子巻線を低周波の交流で励
磁する可変速揚水発電システムの運転制御方式に係り、
特に有効電力及び端子電圧の変動を小さくおさえるに好
適な方式に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の揚水発電システムは、揚水時に負荷の調整ができ
ないこと、および、発電運転時に、系統より要求される
発電力が変化すること、ならびに揚水運転時に揚程が作
用すること等により、システムの効率が変化するという
欠点があった。

このため、発電力、揚程にかかわらず、上記システムを
最高効率で運転させるための研究が進められている。そ
の研究の動向は、従来、直流励磁による同期機であった
揚水発電機を、回転子巻線を３相巻線とし、それを低周
波の交流で励磁し、同期速度以外の回転数で運転する。

いわゆる、可変速揚水発電システムを採用する方向に進
んでいる。このような可変速揚水発電システムを採用す
ることにより、発電力、揚程にかかわらず、システムを
最高効率で運転することが可能となる。そこで、この可
変速発電システムを実現するための研究が進められてい
る。可変速発電システムを揚水システムに用いた例は、
またパ存在しない、可変速発電システムについては、既
に、昭和５９年電気学会全日大会論文Ｎα５５３．ｒ大
容量同期電動機の可変速運転特性」において、紹介され
ているものの、本願のような、系統事故時の制御方式に
ついては、何等ふれられていない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術では、系統事故時の可変速システムの応動
等については、何等対策がとられていなかった。

本発明の目的は、上記欠点を補い、可変速揚水発電シス
テムが接続されている系統側で事故が生じた場合におい
ても、有効電力及び端子電圧の変動を小さくおさえるた
めの運転制御方式を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、励磁電圧の位相角を有効電力及び実出力の
差より求めて制御している位相角算出部の機能を外部よ
りの信号例えば、事故検出信号等により、無効にするこ
とにより、達せられる。

〔作用〕

第２図は、可変速発電システムの概要を示すものであり
、−次、二次側共、３相巻線からなる。

同図で、１が固定子を、２が回転子を示す。

５８〜５ｃは固定子のａ、ｂ、ｃ相巻線を、６８〜６ｃ
は１回転子のａ、ｂ、ｃ相巻線を示す、更に、定格周波
数をｆ、すべりをＳとすると、回転子の速度は！　（１
−８）であり１回転子の励磁巻線をすベリＳの周波数で
励磁することにより、回転子の回転磁界はすベリ零（同
期速度）で回転し。

固定子の回転磁界速度と同一になる。７は回転子の回転
数を測定する測定部を示し、この出力により、３ですべ
り周波数を検出し、４ですべり周波数に応じた電圧を発
生させ、２次巻線を励磁することを示している。このよ
うにすることにより。

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１回転子の回転磁界は。

ｊ（１−８）＋ｆ−８＝ｆ　　　　　　　・・・（１）
となり、すべりにかかわらず、定格周波数の出方の得ら
れることになる。この方式において、系統事故時に端子
電圧の変動を抑制する励磁制御方式を立案しようとする
のが本願の主旨である。

〔実施例〕

第３図は、本システムの具体例を示すものであり、可変
速機が系統に接続、運転している場合を示しである。Ｓ
は、電力系統を、１，２は第１図と同一の固定子及び回
転子を示している。静落差Ｈ及び出力指令Ｐ０が与えら
れると、１５の指令値算出回路で、効率を考慮したガバ
ナ弁の開度指令値及び速度指令値が算出される。１４は
調速機の弁開度設定器であり、指令値算出回路１５より
の開度指令値が１４の開度設定器により時間遅れをもっ
て調速機の弁開度１３となる。１２は水車部であり、こ
の特性は、静落差Ｈ１調速機の弁開度及び回転数Ｎで定
まる。この水車特性により得られる入力より可変速機の
回転子ｌは回転する。

１１は速度発電機を示し、この出方により、速度Ｎが検
出される。１９は電流変成器を、２０は電圧変成器を示
し、２１で、電流変成器１９及び電圧変成器２０の出力
をもとに、有効電力を算出する。

１６は、２次巻線の位相角算出部であり、２１の出力Ｐ
、出力指令値Ｐｏ、速度指令値Ｎｏ、速度Ｎにより算出
する。１７は、２次回路の励磁量を設定する設定部であ
り、１８は励磁量の絶対値を制御する励磁量調整部を示
す、＋　２３ａ、２３ｂ。

２３ｃは１７で設定した励磁量をもとに、ａｔ　ｂ　ｔ
Ｃ相の定電流制御を行う部分である。２２ａ。

２２ｂ、２２ｃは定電流制御２３　ａ　〜２３　ｃで算
出した励磁量によりａ、ｂ、Ｃ相で励磁する励磁巻線で
ある。このようなシステムにおいて、従来の考えにもと
すき、前記ブロック１６を常時機能させた場合には、系
統事故時に端子電圧及び有効電力が著しく変動する場合
がある。このため、系統事故時に端子電圧及び有効電力
が変動しないような制御方式を確立する必要がある。

本発明は、系統事故時に端子電圧及び有効電力の変動を
制御するための励磁電圧位相角制御方式を確立しようと
するものである。

以下、本発明の一実施例を第４図により具体的に説明す
る。

第４図は、２次励磁付の同期機を任意の回転数で運転す
る。いわゆる可変速揚水発電システムＧ１成器ＰＴ１．
電流変成器ＣＴ　１が設置されている。

一般に、揚水発電機には、フランシス水車が使用され、
水車出力と効率の関係は、第５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１回転数をパ
ラメータとして示したものである。Ｐｌ、Ｐ２は水車出
力を、η１．η２は効率を、Ｎ１．Ｎ２は回転数を示す
、出力ＰＩでは回転数Ｎ１で、出力Ｐｚでは回転数Ｎ２
で、それぞれの出力における最高効率η１．η２となる
ことを示している。このように、出力によって。

効率が最高となる回転数は異なっており、これらの最高
効率の点で運転しようとするのが本システムの特徴であ
る。

第４図において、可変速揚水発電システムＧ１は、操作
端Ｔより、本システムに要求される発電力の制御指令が
与えられると１発電機の特性、水の落差を考慮した上で
、高効率の運転ができるよう１発電機の回転数、水車の
ガバナ弁Ｖの開度が制御指令部Ｃにおいて求められ、こ
れらの値にあうような運転ができるよう制御されている
。このような状態で、発電機出力の低下指令が与えられ
ると、あらかじめ与えである手法により１発電機出力、
落差をもとに１発電機の効率が最高となるよう、回転数
、弁開度を制御し、効率のよい運転を行うことになる。

一方１発電機回転数の定格よりのずれは、励磁量［Ｅ、
の情報として、すベリ周波数を用いることにより、前述
のように、定格周波数の出力の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３図に示す
ように、３相の２次励磁巻線は１次のようにあられされ
る。すなわち、第４図の操作端Ｔより与えられた指令に
より、ａ、ｂ、Ｑ相の励磁量をうるための関数のうちの
位相角Δδを求める。

ａ、ｂ、Ｑ相の励磁電圧をＶ　ｚ　ａ　、　Ｖ　ｉ　ｂ
　ｇ　Ｖ　ｘ　ｃとすると、 と表わされる。ここで、Ｅ：すべり及び可変速機の運転
状態で定まる電圧値、δ０　：可変速機の運転状態で定
まる位相角、Δδ：制御指令部の出力を制御される位相
角とする。上式を用いて、制御を行う場合に、無効電力
の制御指令に対しては。

電圧Ｅで、有効電力の制御指令に対しては、位相角Δδ
で制御すればよい。

第４図において、送電線りの地点Ｆで事故が起き、７０
ｍ５で２回線で構成されている送電線の１回線を開放し
、励磁電圧の位相角制御を従来通り行った場合には、可
変速機端子電圧及び出力には、大きな変動があられれる
。これは、事故のため、可変速機出力が減少したにもか
かわらず、目標有効電力は、変化しないため１位相角制
御部の出力が生ずるためである。

事故時には、この位相角制御量を抑制するため。

第１図に示すように、電圧変成器２０及び電流変成器１
９を介して得た情報をもとに、保護リレー２９（不足電
圧リレー又は過電流リレー等）により、事故の有無を判
定し、この信号により、機能の活殺をはかろうとするも
のである。すなわち、上記信号により、事故を検出した
場合には、位相角制御量を零とし、端子電圧及び有効電
力の変動を抑制する。

その後、一定時間経過により１位相角制御をもとにもど
す、このようにすることにより、端子電圧及び有効電力
の変動を抑制でき、その上、定常時のＡＦＣ（自動周波
数制御）、ＡＱＲ（自動無効電力制御）等の運転に関し
ては、高速に応動できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、可変速発電システムにおいて。

系統事故時の端子電圧及び有効電力の変動を抑制できる
ため、運用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、系統より要求される種々の電力に対して、効率よ
く運転できるため、経済的効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は可変速揚水発電システムの制御概要図、第２図
は原理概要図、第３図は本発明の概要図、第４図は出力
と効率の関係図、第５図は本発明の実施例を示す図であ
る。 Ｅ８・・・励磁装置、Ｇｌ・・・可変速発電システム、
Ｌ・・・送電線、Ｓ・・・系統、■・・・ガバナ弁、Ｃ
・・・制御指令部、Ｔ・・・操作端、１・・・固定子、
２・・・回転子、３・・・すベリ検出部、４・・・電圧
発生部、５ａ〜５ｃ甲固定子のａ、ｂ、Ｑ相巻線、６ａ
〜６ｃ・・・回転子のａ、ｂ、ｃ相巻線、７・・・回転
数測定部、１１・・・速度発電機、１２・・・水車部、
１３・・・弁開度、１４・・・調速機の弁開度設定器、
１５・・・指令値算出回路、１６・・・２次巻線位相角
算出部、１７・・・２次巻線励磁量設定部、１８・・・
励磁量調整部、１９・・・電流変成器、２０・・・電圧
変成器、２１・・・有効電力算出部。 ２２　ａ　〜２２　ｃ　−２次励磁のａ、ｂ、ｃ相巻線
。 Ｐａ・・・出力指令値、Ｎｏ・・・速度指令値、Ｎ・・
・速度、２３ａ〜２３ｃ・・・定電流制御部、２９・・
・事故検出リレ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、発電々動機の回転子巻線を低周波の交流で励磁し、
   有効電力の目標値と実出力との差により、上記励磁に用
   いる電圧の位相を制御すると共に、任意の回転数で運転
   する可変速揚水発電システムにおいて、外部よりの信号
   により、有効電力目標値と実出力との差により励磁電圧
   の位相を制御していた機能を無効にすることを特徴とし
   た可変速揚水発電システムの運転制御方式。 ２、請求の範囲第１項において、外部よりの信号として
   、事故検出信号を用いることを特徴とした可変速揚水発
   電システムの運転制御方式。