JPS63265594A - 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、低周波の交流で励磁する同期機を任意の回転
数で運転する可変速揚水発電システムの励磁制御方式に
係り、特に系統事故等により１次側に大きなしよう乱の
入った場合にも、端子電圧の変動を抑制するに好適な可
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、゛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、ならびに揚水運転このため１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
来直流励磁の同期機であった揚水発電機を低周波で励磁
する同期機とし、同期速度以外の回転数で運転する。い
）わゆる可変速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種々進められてい
る。この可変速発電システムについては、既に、昭和５
９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」において紹介されているものの、
具体的な制御方式については、何等ふれられていなかっ
た。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術では、２次励磁電圧の位相角の制御方式に
、系統事故除去後の端子電圧及び有効電力の変動を抑制
することまで配慮された制御方式となっておらず、端子
電圧及び有効電力の変動を抑制した制御方式を確立する
必要があった。

本発明の目的は、上記欠点を補い、揚水及び発電の各種
運転状態で、高効率で運転する可変速揚水発電システム
において、系統事故時に電機子側よりの影響により励磁
回路のうけるしよう乱を小さくシ、端子電圧及び有効電
力の変動を小さくした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〕

本発明は、任意の発電力をうる運転条件が、有効落差１
回転数及びガバナのベン開度との関連より定まること、
この運転条件のうち、本システムの効率が回転数で定ま
ること、上記の回転数°が。

水車入力と発電機出力との差で定まること等の知見に基
づき１回転数を目標値にあうように制御すると共に１発
電機出力を指令値にあわせるように内部位相角を制御し
ているが、この位相角の制御量を定めるために乗する係
数を、端子電圧の大きさによりかえ、系統事故後の端子
電圧の変動を抑制するように制御することにより、上記
目的を達成しようとするものである。

〔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。

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

固定子の回転磁界の速度と同一になる。７は回転子の回
転数を測定する測定部を示す、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。すなおち、第２図の例では、回転子の回
転磁界は、 ！　（１−５）＋ｆ−８＝Ｊ　　　　　　　・・・（１
）となり、すべりにかかわらず、定格周波数の出力の得
られることになる。このような方式において。

２次励磁電圧の位相角の制御を行うために乗する係数を
端子電圧の大きさでかえるようにすることにより、系統
事故時にも端子電圧及び有効電力の変動を抑制すること
ができる。

〔実施例〕

第３図は１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２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Ｐａ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Ｈ９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１は回転する。

１１は速度発電機を示し、この出力により、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、ｍ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Ｐａ　、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〜２３ｃは、１７で設定した励磁量をもとに、ａ
、ｂ、Ｑ相の励磁量を作る部分である。

２２ａ〜２２ｃは励磁量作成部２３ａ〜２３ｃで算出し
た励磁量によりａ、ｂ、ｃ相を励磁する励磁巻線である
。このようなシステムにおいて、従来の考えにもとずく
、２次励磁電圧の位相角制御方法を用いた場合には、事
故除去後、端子電圧及び有効電力が大きく変動する。こ
のため、事故除去後、端子電圧及び有効電力が変動しな
いような運転制御方式を確立する必要がある。

このため、２次励磁電圧の位相角の制御に用いている有
効電力指令値と実出力との差に乗じていし る係数を端子電圧の大きさにより制御蚕、事故除去後の
端子電圧及び有効電力の変動を抑制しようとするもので
ある。

以上、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次を低周波の交流で励磁する同期機を任意
の回転数で運転する、いわゆる可変速揚水発電システム
ＯＡが、送電線りを介して、系統Ｓに接続、運転してい
る例を示すものであるｂ送電線りには、電圧変成器ＰＴ
ｚ、ｆ！Ｅ流変成器ＣＴｌ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、回転数をパ
ラメータとして示したものである。Ｐｚ　、Ｐｚは水車
出力を、ηｌ、η２は効率を、Ｎｌｅ　Ｎｚは回転数を
示す、出力Ｐｉでは回転数Ｎ五で、出力ｐｇでは回転数
Ｎ２で、それぞれの出力において最高効率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シムの特徴であ
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１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、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１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、発電機の効率が最高となるよう１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、発電機回転数の定格よりのずれは、励磁装置Ｅ、
の情報として、すべり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、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　Ｉ　＆　ｇ　Ｖ　Ｉ　
Ｌ＋　ｅ　Ｖ　Ｉ　Ｃとすると、 と表すされる。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２・・ 状態で定まる位相角、Δδ：制御指令部の出力を制御さ
ゎ６位相角、す６．上式ヶ□いア、制お五法鼻番寺−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ｆＢ１に対しては１位相角Δδで制御す
ればよい。

ここで、Δδはたとえば、次式のようにあられせる。

Δδ＝　ｋｚ（Ｐｏ−Ｐ）＋　ｋｚｆ　（Ｐａ　　Ｐ）
ｄｔ・・’（３）ここで、ｋｉ、ｋｚ：定数、ＰＧ：有
効電力制御指令値、Ｐ：実出力とする。

第４図において送電線りの地点Ｆで事故が起き。

７０ｍ５で２回線で構成されている送電線の１回線を開
放した場合の端子電圧及び有効電力の変化は。

有効電力指令値及び実出力の差に係数を乗じて算出して
いる２次励１１ｆｆｉ圧の位相角を算出する際に乗じる
係数を一定とした場合には、事故除去後に端子電圧及び
有効電力に大きな変動があらｂれる。

これは、事故により実出力が大幅に低下したため。

位相角を大きく制御するように、指令値と実出力の差に
より求めている２次励ａＳ圧の位相角が制御される。そ
の後、事故の除去により、実出力が増大するが、２次励
磁電圧の位相角はただちに。

増大した実出力とのバランスがとれないためである。

この変動を抑制するため、第１図に示すように。

雁 ２次励磁電圧の鉛相角制御量を端子電圧の絶対値又は、
事故の状況により制御する。すなわち、電圧変成器２７
及び電流変成器２８を介して得た可変速機の一次側の情
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、事故を検出
した場合には。

前述の２次励磁電圧位相角制御量算出時に乗する係数ｋ
ｘ、ｋｇを低下させ、２次励磁電圧位相角の制御量を抑
制する。

具体的には、たとえば、次式のように（３）式のｋｉ、
ｋｉを端子電圧で制御する。すなわち。

ＴＯ とする、ここで、ＥＴ：事故中及び事故後の端子電圧、
Ｅｔｏ：事故前の端子電圧とする。

又は事故中又は、一定期間中は係数ｋｓ、ｋｘをｋｌ＝
に五／ｌ、ｋｚ＝ｋｚ＃　　　　　　　　　　　・・・
（６）に変更する。

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図は本発明の一実施例の系統図、第２図は可変速揚
水発電システムの原庫説明図、第３図は可変速揚水発電
システムの制御系統図、第４図は本発明の概要を示す説
明図、第５図は出力と効果の関係を示す線である。 １・・・固定子、２・・・回転子、３・・・すべり検出
部、４・・・電圧発生部、５ａ〜５ｃ・・・固定子のａ
、ｂ、ｃ相巻線、６ａ〜６ｃ・・・回転子のａ、ｂ、Ｑ
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、２
０・・・電圧変成器、２１・・・有効電力界部、２２８
〜２２ｃ・・・２次励磁のａ、ｂ、ｃ相巻線、　Ｐｏ・
・・出力指令値、Ｎｏ・・・速度指令値、Ｎ・・・速度
、２３８〜２３ｃ・・・定電流制御部、２４８〜２４ｃ
・・・電流変成器。 ２５ａ〜２５ｃ・・・定電流制御部のゲイン、２６ａ〜
２６ｃ・・・比較部、２７・・・電圧変成器、２８・・
・電流変成器、２９・・・事故検出リレー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、低周波の交流で励磁する多相界磁巻線を有する同期
   機を任意の回転数で運転し、有効電力指令値と実出力の
   差に係数を乗じて、励磁電圧の位相角を制御する可変速
   揚水発電システムにおいて、端子電圧の大きさ又は、事
   故の状況に応じて上記係数を変化させるようにすること
   を特徴とした可変速揚水発電システムの運転制御方式。