JPS63287399A - 発電機及び発電電動機の運転方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は発電機１発電電動機の運転方法に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

第４図は揚水発電所の要部単線結線図であり、第５図は
発電電動機及び可変速ポンプ水車の従来の運転方法によ
る場合の電力設定器のブロック図である。第４図におい
て、交流励磁同期機である発電電動機Ｇ／Ｍの固定子ｌ
は発電機遮断機８を介して主変圧ａＩＯの１次側と接続
されている。固定子ｌと発電機遮断８とを接続する回路
途中には変成器６及び変流器７が設けられており、それ
らの出力は位相差検出回路１３に入力されている。位相
差検出回路１３の出力１ま電流制御部ｈ゛る速度、電圧
制御回路１５に入力されている。この速度、電圧制御回
路１５には、電圧、無効電力設定器１４の出力が入力さ
れており、落差検出器１８の出力が入力されている電力
設定器１７の出力が入力されている。速度、電圧制御回
路１５の出力はゲート回路１６に入力され、ゲート回路
１６の出力はサイクロコンバータ４に入力されている。

サイクロコンバータ４の入力側はコンバータ用変圧Ｓ９
を介して主変圧器１０の１次側と接続している。

サイクロコンバータ４の出力側は前記発電電動機Ｇ／Ｈ
の回転子２と接続されている。前記電力設定器１７の出
力は水量を調節するガイド弁（図示せず）の開度を制御
する調速ｔＪＩｔ５に入力されている。

回転子２には可変速ポンプ水車３の回転軸を連結してお
り、また回転速度検出器１１及び位相検出器１２が取付
けられている０回転速度検出器１１の出力は前記速度、
電圧制御回路１５に入力されている。

位相検出器１２の出力は位相差検出回路１３に入力され
ている。

電力設定器１７は第５図に示すように落差検出器１８の
出力が入力される演算回路１７ａと、出力をこの演算回
路１７ａに入力する電力設定回路１７ｂと、演算回路１
７ａの出力が入力されるガイド弁開度制御利得調整回路
１７ｃ及び回転数制御利得調整回路１７ｄとからなって
いる。そして演算回路１７ａは落　・差検出器１８から
の出力と電力設定回路１７ｂの出力とにより演算を行い
、可変速ポンプ水車の特性上最適のガイド弁開度及び回
転速度を算出して、その算出値に基づくガイド弁の開度
制御信号ＣＶ及び変速制御信号Ｎを調速機及び蓮度、電
圧制御回路１５に入力し“ている。

発電運転をする場合、可変速ポンプ水車で回転駆動され
ている発電電動機Ｇ／Ｈの回転子２にサイクロコンバー
タ４から励磁電流を供給する。発電運転中に発電電動機
Ｇ／Ｈの回転速度が変化した場合は、電力設定器１７か
ら出力される変速制御信号Ｎ及び開度制御信号ＧＶによ
り発電電動機Ｇ／Ｍの回転速度を制御する。一方、揚水
運転をする場合は発電電動機Ｇ／Ｍで可変速ポンプ水車
３を゛回転駆動して調速機５によりガイド弁を開いて揚
水する。

揚水運転中に可変速ポンプ水車３の回転速度が変化した
場合は電力設定器１７から出力される変速制御信号Ｎ及
び開度゛制御信号ＧＶにより、可変速ポンプ水車３の回
転速度を制御する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

揚水発電所における可変速ポンプ水車の発電運転時の水
車としての運転特性及び揚水運転時のポンプとしての運
転特性は第２図及び第３図に示したものとなっている。

水車としての運転特性は第２図に示すように縦軸を単位
落差当りの流量とし、横軸を単位落差当りの回転速度と
すると、両者の関係は逆Ｓ字状の僅かに右下がりの曲線
となる。

一点鎖線で示している無拘束速度曲線Ｘより上側は水車
正転域、下側斜線部分は水車制動域、第４象限はポンプ
域である。２本の特性曲線Ｇ１’、Ｇ２は夫々ガイド弁
開度の大、小のものを示し、ポンプとしての運転域では
前者が上側にある。

一方、ポンプとしての運転特性は第３図に示すように縦
軸を揚程係数とし、横軸を流量係数とすると両者の関係
を示す曲線は右下りとなっており、ガイド弁開度が小で
ある程その傾きが大となっている。同図には２０．４０
．６０．８０，１００％の５種類のガイド弁開度をパラ
メータとして示している。

これらの発電電動機及び可変速ポンプ水車は電流制御部
による変速制御と、ガイド弁の開度制御とにより回転速
度が調整されるが、これらを同時に行うと機械的制御で
ある開度制御は、電気的制御である変速制御より遅延す
ることになる。

したがって、可変速ポンプ水車を水車として運転してい
るばしに発電電動機の出力を増大すべく変速制御及び開
度制御をすると、次のような問題がある。即ち第２図に
示すように特性曲線Ｇ２と無拘束速度曲線Ｘとの交点φ
に動作点がある状態で変速制御（増速）が先行し、ガイ
ド弁の開度制御が遅れると動作点−はφ点から横軸に平
行してＧｌ上のＢ“点の方向へ移るがこの領域は、水車
制動域であり、また逆Ｓ字の右湾曲突部の不安定域であ
リ、Ｂ点位置では回転速度変化量ΔＳに対して流量変化
量ΔＱが極めて大きい、従って従来の制御では水流が不
安定となる。

一方、ポンプとして運転している場合において、ポンプ
の入力を減少すべく変速制御及び開度制御をすると、次
のような問題がある。即ち、第３図に示すように開度１
００％上の動作点φにある場合に変速制御（減速）が先
行し、ガイド弁の開度制御（減少）に先行すると同開度
曲線上の低流量側のＢ点上に移る。この領域は揚程変化
量ΔＨに対して流量変化量ΔＱが極めて大きい、したが
って従来の制御では水流が不安定となる。このように水
車としての運転時及びポンプとしての運転時のいずれに
おいても発電機出力又はポンプ入力を変化させた場合は
大きい流量変化をともなうこととなって水流が不安定と
なって可変速ポンプ水車の回転軸に大きい機械的振動を
生じ、また騒音が生じるという問題がある。

本発明は前述した問題点を解消すべく、運転状態に応じ
て可変速ポンプ水車を適正に変速制御及び開度制御をし
て安定に動作させる発電機及び発電電動機の運転方法を
提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る発電機及び発電電動機の運転方法は、発電
機の出力を増加させる場合はガイド弁の開度制御を、電
流制御部による変速制御に先行させ、出力を減少させる
場合は変速制御をガイド弁の開度制御に先行させる。ま
た発電電動機においては、ポンプ水車の入力を減少させ
る場合はガイド弁の開度制御を変速制御に先行させ、入
力を増加させる場合は変速制御を開度制御に先行させる
運転方法とする。

〔作用〕

発電運転中において発電機の出力を増大させる場合は開
度制御信号が先行して出力され、続いて変速制御信号が
出力されて可変速水車の回転速度が上昇する。出力を減
少させる場合は変速信号が先行して出力され、続いて開
度制御信号が出力されて回転速度が低下する。

揚水運転中において可変速ポンプ水車の入力を減少させ
る場合は開度制御信号が先行して出力され、続いて変速
制御信号が出力されて可変速ポンプ水車の回転速度が低
下する。入力を増大させる場合は、変速制御信号が先行
して出力され、続いて開度制御信号が出力されて回転速
度が上昇する。

これにより運転状態に相応して可変速ポンプ。

水車の回転速度が通正に制御され、不安定域で運転され
ることがなく、また機械的振動及び騒音が生じず、安定
した′運転状態となる。

〔実施例〕

本発明の詳細な説明するに先立ち、本発明の詳細な説明
する０発電運転時に発電出力を増大させるべく可変速水
車の回転速度を上昇させる場合は、第２図においてガイ
ド弁の開度制御を先行させれば動作点はφ点から曲線Ｇ
ｌ上のＡ点に変わる。このＡ点は逆Ｓ字の上辺平坦部に
あるから回転速度変化量ΔＳに対して流量変化量ΔＱが
極めて小さく可変速水車は安定に変速制御できる。その
後、変速制御により動作位置を所要の発電出力が得られ
る位置にすれば大きい流量変化を生じることかない、ま
た発電出力を減少させる場合は逆に変速制御、開度制御
の順序で制御すればよい。

一方、揚水運転時において可変速ポンプ水車の入力を減
少させる場合は第３図においてガイド弁の開度制御を先
行させれば動作点はφ点から低開度（例えば６０％）の
曲線上のＡ点に変わる。このＡ点では揚程変化量ΔＨに
対して流量変化量ΔＱが極めて小さく可変速ポンプ水車
を安定に速度制御できる。その後、変速制御により動作
位置を所要の入力が得られる位置にすれば大きい流量変
化量を生ぜしめることがない。また入力を増大させる場
合は逆の順序で制御すればよい。

さて、本発明をその実施例を示す図面によって詳述する
。第１図は本発明に係る運転方法を実施するための電力
設定器のブロック図である。演算回路１７ａには落差検
出器１８の出力及び電力設定回路１７ｂの出力が入力さ
れている。また電力設定回路１７ｂの出力は、ポンプ水
車８が発電運転中であるか、揚水運転中であるか、更に
発電出力が増大中であるか減少中であるか、また揚水入
力を増加中か減少中かを判別する運転状態判別回路１７
ｅに入力されている。演算回路１７ａは落差検出器１８
からの落差入力と電力設定回路１７ｂからの設定電力と
によりポンプ水車特性上最適のガイド弁開度と回転速度
とを算出する演算を行う。そして、この演算回路１７ａ
の出力は切換回路１７ｆ、１７ｇ及び１７ｂ。

１？ｉを介してガイド弁開度制御利得調整回路１７ｃお
よび回転数制御利得調整回路１７ｄに各入力されている
。

これらの切換回路１７Ｌ　１７ｇ、　１？ｈ、　１７ｉ
は前記運転状態判別回路１７ｅにより切換制御されるよ
うになっており、運転状態判別回路１７ｅが揚水運転状
態と判定している場合であってポンプ水車の入力を増加
（減少）させる場合は切換回路１７ｆ及び１７ｉを夫々
を夫々Ａ側（Ｂ側）に切換制御し、発電運転状態と判別
している場合であって、発電出力を増加（減少）させる
場合は切換回路１７ｇ及び１７ｈを夫々Ａ側（Ｂ側）に
切換制御するようになっている。切換回路１７ＬＬ７ｇ
、１７ｈ並びに１７ｉのＡ側及びＢ側は運転状態制御回
路１７１及び１７２．１７３及び１７４、１７５及び１
７６並びに１７７及び１７８の入力側と各別に接続され
ている。これらの運転状態制御回路１７１．１７２　・
１７Ｂは利得Ｋｇ＋　ｌ　Ｋｇ２　＋　Ｋｇｖ３＋　Ｋ
ｇｖ＋＋Ｋｎ５　＋　Ｋｎｓ　＋　ＫＩＩＴ　＋　Ｋ＋
ｍＢ及び遅延定数７３１　ｒ　Ｉ３２　。

ＴＩ３・Ｔ１４・Ｔ２５・Ｔ２Ｇ・Ｔ４？・Ｔ４Ｂを独
立して設定できる構成となっており、運転状態制御回路
１７３、１７５の遅延定数はＴ　１３　〈Ｔ　２５　＋
運転状態制御回路１７４．１７６の遅延定数はＴ、、＞
Ｔ２６．同様に運転状態制御回路１７１，１７７及び１
７２．１７８の遅延定数はＴ　３１　〉Ｔ　４７　、　
Ｔ　３２　＜　Ｔ　４１１に設定されている。

なお、Ｓは自動制御におけるラプラス演算子である。そ
して運転状態制御回路１７１．１７２．１７３．１７４
の出力側は共通接続されていて、第４図に示す調速機５
に開度制御信号ＧＶが出力されるようになっている。ま
た運転状態制御回路１７５．１７６、１７７、１７８の
出力側が共通接続されていて、第４図に示す速度、電圧
制御回路１５に変速制御信号Ｎが出力されるようになっ
ている。

次にこのように構成した電力設定器による発電電動機及
びポンプ水車の運転動作を説明する。運転状態判別回路
１８はポンプ水車が発電運転（水車で）されているのか
、揚水運転（ポンプで）されているのかを判別するとと
もに、発電運転されている場合は発電電動機の出力が増
大中であるか減少中であるか、また揚水運転されている
場合はポンプ水車の入力が増大中であるか減少中である
かを判別する。いま、ポンプ水車が発電運転されていて
発電出力を増大させているときは、切換回路１７ｇ及び
１７ｈはＡ側に切換制御される。それにより演算回路１
７ａの出力は運転状態制御回路１７３及び１７５に入力
される。そのため運転状態制御回路１７３、１７５に設
定されている係数に基づいてガイド弁の開度制御信号Ｇ
Ｖ及びポンプ水車の変速制御信号Ｎを出力することにな
るが、遅延定数がＴ１３くＴ２Ｓに設定されているから
開度制御信号ＧＶが先行して出力されることになり、ポ
ンプ水車をガイド弁を開度制御した後に変速制御するこ
とになる。

これとは反対に発電出力を減少させているときには、切
換制御回路１７ｇ及び１７ｈはＢ側に切換制御される。

運転状態制御回路１７４．１７６の遅延定数はＴ　２６
　＜Ｔ　Ｉ４に設定されているから、この場合には変速
制御信号Ｎが先行して出力され、ポンプ水車を変速制御
した後にガイド弁を開度制御することになる。

これとは別にポンプ水車が揚水運転されていてポンプ水
車の入力を減少させているときには、切換回路１７ｆ及
び１７ｉはＢ側に切換制御される。それにより演算回路
１７ａの出力は運転状態制御回路１７２及び１７８に入
力される。そのため前記同様にして運転状態制御回路１
７２．１７８は開度制御信号ＧＶ及び変速制御信号Ｎを
出力することになるが、遅延定数がＩ３２くＴ４８に設
定されているから開度制御信号ＧＶが先行して出力され
、ガイド弁を開度制御した後に変速制御することになる
。また反対にポンプ水車の入力を増大させているときは
、切換回路１７ｆ及び１７ｉはＡ側に切換制御され、運
転状態制御回路１７１．１７７は前記同様に開度制御信
号ＧＶ及び変速制御信号Ｎを出力し、遅延定数がＩ４７
〈Ｉ３１に設定されているから、変速制御信号Ｎが先行
し、ポンプ水車は変速制御された後に開度制御されるこ
とになる、したがって、ポンプ水車は発電出力及びポン
プ入力を調整する場合に前述の如く適正に制御されてポ
ンプ水車に機械的振動及び騒音を発生させることがない
。

本実施例においては、ポンプ水車の場合について説明し
たが、水車のみの場合にも同様に通用できる。また一方
を先行させる制御にすべく遅延定数をし設定したが、無
駄時間制御又は制御するための制御速度の調整等によっ
ても同様の効果を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、発電中或いは揚水
中のいずれにおいても水の大きな流量変化が生じない、
したがって可変速ポンプ水車の回転軸に大きな機械的振
動及び騒音が生じず、可変速ポンプ水車の安定性を損な
うことがない等の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る運転方法を通用するための電力設
定器のブロック図、第２図は水車の運転特性図、第３図
はポンプの運転特性図、第４図は揚水発電所の要部単線
結線図、第５図はポンプ水車を従来の運転方法で運転す
るための電力設定器のブロック図である。　　　　′ １°°°Ｉ！Ｉ′Ｍ′″Ｆ２°−ｒｙｒ＊−ｒ　　、３
°°°″’Ｊ＊ＪＭｙ　　。 プ水車　　４・・・サイクロコンバータ　　１０・・・
生変　　２圧器　　１１・・・回転速度検出器　　１７
・・・電力、設定器　　□１７ａ・・・演算回路　　１
７ｂ・・・電力設定回路　　１７ｅパ・−・□・・・運
転状態判別回路　　１７ｆ、１７ｇ、１７ｈ、１７ｉ・
・・切換回路　　１８・・・落差検出鼎　　１７１．１
７２　・・１７Ｂ・・・運転状態制御回路 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、可変速水車と連結した発電機の励磁電流を制御する
   電流制御部と、前記可変速水車に供給する水量を調整す
   るためのガイド弁とを備え、前記電流制御部による変速
   制御及び前記ガイド弁の開度制御を行う発電機の運転方
   法において、 前記発電機の出力を増大させる場合は、前 記開度制御を前記変速制御に先行させ、出力を減少させ
   る場合は変速制御を開度制御に先行させることを特徴と
   する発電機の運転方法。 ２、可変速ポンプ水車と連結した発電電動機の励磁電流
   を制御する電流制御部と、前記可変速ポンプ水車に供給
   する水量を調整するためのガイド弁とを備え、電流制御
   部による変速制御及びガイド弁の開度制御を行う発電電
   動機の運転方法において、 前記発電電動機の出力を増大させる場合は、前記開度制
   御を前記変速制御に先行させ、出力を減少させる場合は
   変速制御を開度制御に先行させ、一方可変速ポンプ水車
   の入力を減少させる場合は、前記開度制御を変速制御に
   先行させ、可変速ポンプ水車の入力を増大させる場合は
   変速制御を開度制御に先行させることを特徴とする発電
   電動機の運転方法。