JPS63265525A - 可変速揚水発電システム - 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〕 本発明は発電電動機の回転子巻線を誘導機のすべりに相
当する交流で励磁する可変速揚水発電システムの運転制
御方式に関する。

〔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
ないことや１発電運転時に系統から要求される発電力が
変化すること、更には揚水運転時に揚程が作用すること
などにより、システムの効率が変化するという欠点があ
った。

そこで、発電力や揚程に拘らず、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１回転子巻線を３相巻線とし、それを誘
導機のすべりに相当する交流で励磁し、同期速度以外の
回転数で運転する可変速揚水発電システムを採用する方
向にある。　　　　　　゛このような可変速発電システ
ムを採用することにより、発電力や揚程に係らず、シス
テムを最高効率で運転することが可能となる。この可変
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＆５５３ｒ大容量同期電動機の可変速運
転特性」で紹介されている。

第５図は可変速発電システムの概略図であり、−次およ
び二次側とも三相巻線がらなっている。

固定子１は三相巻線５ａ、５ｂ、５ｃを有し、回転子２
は三相巻線６ａ、６ｂ、６ｃを有している。定格周波数
をｆ、すべりをＳとすると、回転子２の速度はｆ（１−
！Ｉ）であり、回転子２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２によって発生する回転
磁界はすベリ零（同期速度）で回転し、固定子１の回転
磁界の速度と同一になる１回転子２の回転数を測定する
測定部７からの出力は、すべり検出部３へ取り込まれ、
この検出部３ですべり周波数を検出し、その生させ、２
次巻線を励磁する。

このように構成することにより、任意の回転数で運転を
行なっても、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５図の構成では回転子の回転磁界は、ｆ　（１−ｓ）
　＋ｆ　ｓ−ｆ　　　　　　　　　−（１）となり、す
ベリに拘らず定格周波数の出力が得られることになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕 上述した従来技術では、発電のＡＦＣ運転時に同期速度
附近を通過する恐れがあるにも拘らず、同附近を速やか
に通過させるための対策が何等とられていなかった。

本発明は上記欠点に注目したもので、その目的とすると
ころは、発電時におけるＡＦＣ運転時に速やかに同期速
度附近を通過するようにした可変速揚水発電システムの
運転制御方式を提供するにある。

ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明は１回転子巻線の各相毎の励磁電流あるいは電圧
の瞬時値の累積値を求め、この値をもとに回転子巻線の
励磁電圧の位相角を制御するようにしたことを特徴とす
る。

〔作用〕

本発明による運転制御方式は、任意の発電力を得る運転
条件が、有効落差９回転数およびガイドベーンの開度と
の関連より決まること、この運転条件のうち本システム
の効率が回転数で決まること、また回転数が水車入力と
発電機出力との差で決まること、という知見に基づき、
発電機出力を指令値に合わせるよう内部位相角を制御す
ると共に、回転数が同期速度附近にある場合、励磁電流
あるいは電圧の瞬時値の累積値により回転子巻線の励磁
電圧位相角を制御するようにしたため、速やかに同期速
度附近を通過させて、同附近での運転時に生ずる二次巻
線の特定相への電流の集中を回避できる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面により説明する。

第１図は可変速機が系統に接続されて運転している場合
を示している。揚程Ｈおよび電動機出力指令Ｐｏが与え
られると、電動機出力指令Ｐｏは、遅延回路１５を介し
て位相角算出部１６に与えられる。一方、揚程Ｈおよび
回転数検出器１１による回転数Ｎにより、予め与えられ
ている関数に従って、最適開度関数発生器２２により最
適のガイドベーン開度が求められ、この出力がサーボ系
１４に与えられ、時間遅れをもってガイドベーン１２の
開度が決まる。つまり水車１３の特性は、サーボ系１４
の遅れを持った調速機のガイドベーン１２の開度および
回転数Ｎで定められる。

この水車１３の特性により、可変速機の回転子２は回転
する。ｆ！！流変成器１９および電圧変成器２０の出力
を基に、有効電力導出部２１では有効電力を算出する。

二次巻線の位相角算出部１６では、有効電力導出部２１
の出力および有効電力導出部２１の出力と出力指令値の
時間協調をとった遅延回路１５の時間遅れをもった出力
指令Ｐｏにより、位相角が算出される。二次巻線励磁量
算出部１７は励磁量の電圧値を制御する電圧調整部１８
の入力によって二次回路の励磁量を設定する。この二次
巻線励磁量算出部１７で設定した励磁量を二次回路の三
相に用いるために移相する移相部２３ａ。

２３ｂ、２３ｃがそれぞれ設けられており、この移相部
２３ａ、２３ｂ、２３ｃで移相した励磁量で励磁される
ように三相の励磁巻線６ａ、６ｂ。

６ｃが接続されている。このように電力制御指令値と実
際の出力との差により、二次巻線の位相角を算出して制
御を行なう。

また回転数が同期速度附近になった場合には、回転子巻
線の特定相に励！電流が集中して流れ、機器容量の増大
を招き、経済的に高価なものとなる。このため、このよ
うな運転状態は速やかに通過させる必要がある。このた
め１回転子励磁電流の各相の瞬時値の累積値を求め、こ
の値を基に回・転子巻線の励磁電圧の位相角を制御し、
予め設定した回転数の範囲内で運転するようにしている
。

この点を具体的に説明すると、第１図の二次回路電流検
出回路２４ａ、２４ｂ、２４ｃにより二次電流を求め、
この値を累積部２５で各相毎の累積値を求める。最大値
算出部２６は、累積部２５で求めた累積値の最大値を求
め、この値を比較部２７の出力Ｓｆに定数ｋを乗じ、位
相角制御量の補正値Δδ′を次式（２）によって乗算部
２８で求める。

Δδ’　＝に一８ｆ　　　　　　　　　　　・・・（２
）求めた値Δδ′と、位相角算出部１６の出力を加算部
２９で加え合わせる。

第２図は累積部２５の詳細を示しており、Ａ／Ｄ変換部
２５ａで、二次回路電流検出回路２４ａ、２４ｂ、２４
ｃの出力をＡ／Ｄ変換し、各相毎の累積部２５ｂで二次
電流の瞬時値を各相毎に累算する。すベリが大きい範囲
、つまり回転数が同期速度より大幅にずれている場合に
は、第３図の曲線ａのように電流値が正と負に変化する
ため、瞬時値の累積値は正負が交互に相殺してほぼ零と
なる。これに対し、曲線すのように同期速度附近で運転
している場合には、瞬時値の累積値は零にならない、こ
のとき（２）式の考えにより、二次励磁電圧の位相角を
制御し、可変速揚水発電システムの人、出力関係に過渡
的なアンバランスを作り、速やかに同期速度附近を通過
させるようにしている。

第４図は他の実施例による運転制御方式を示す　。

系統図で、二次励磁材の発Ｉ！電動機により任意の回転
数で運転できる、所謂可変速発電システムＧ１が送電線
りを介して系ｌｉｔ　１０に接続されている例である。

送電線りには、電圧変成器２０と電流変成器１９が設け
られている。可変速揚水発電システムＧｌは操作端Ｔか
ら電力の指令値ｐｏが与えられると１発電システムの特
性、落差Ｈを考慮した上で、高効率の運転ができるよう
速度検出器１１で求めた発電機の回転数Ｎ、落差Ｈによ
って、水車のガイドベーン１２の開度が制御摺令部Ｃで
求められ、これらの値に合うような運転ができるよう制
御する必要がある。このような状態で、発電機出力の変
更指令が与えられると、予め与えられている手法により
、落差および回転数から発ｆｌ！電動機の効率が最高と
なるようガイドベーンの開度を求め、これらの値となる
よう回転数を制御し、効率の良い運転を行なう６また二
次回路電流の計測値をもとに、二次励磁電圧の位相角を
制御することにより、同期速度附近を先の実施例と同じ
く速やかに通過させ、同期速度附近における運転時に生
ずる二次巻線の特定相への電流の集中を回避できる。励
磁装置の大きさは、通過電流と通過時間によって決まる
が、本実施例により長周期の電流の流れる時間を短縮で
きるので１機器の小型化が図られ経済的にも有利である
。

また、これら実施例によれば、系統の変動負荷をまかな
うために、昼間は発電、夜間は揚水として運転する揚水
発電システムで揚水運転時に系統から定まる電力に対し
ても効率良く運転できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、ＡＦＣ運転時にすべり零
附近で１回転子巻線の励磁電圧の位相角の制御を行なっ
て揚水発電機の入出力の間に故意にアンバランスを作る
ようにしたため、短時間ですべり零附近を通過でき、励
磁装置としてのサイクロコンバータの容量を大幅に低減
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による可変速揚水発電システ
ムの制御方式を示すブロック図、第２図は第１図の累積
部の拡大図、第３図は二次電流の変動を示す特性図、第
４図は可変速揚水発電システムの制御系統図、第５図は
可変速揚水発電システムの原理を示す概略図である。 Ｇ、・・・発電電動機、Ｌ・・・送電線、２・・・回転
子、３・・・すベリ検出部、６ａ、６ｂ、６ｃ・・・回
転子巻線、１２・・・ガイドベーン、１６・・・二次巻
線位相角算出部、１７・・・二次巻線励磁量算出部、２
３ａ、２３ｂ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、電力系統に接続され、発電電動機の回転子巻線を誘
   電機のすべりに相当する交流で励磁し、任意の回転数で
   運転する可変揚水発電システムにおいて、上記回転子巻
   線の各相毎の励磁電流および励磁電圧のいずれか一方の
   瞬時値の累積値を求め、この値をもとに上記回転子巻線
   の励磁電圧の位相角を制御するようにしたことを特徴と
   する可変速揚水発電システムの運転制御方式。