JPS63287400A - 水車発電機の始動制御方式 - 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〕 本発明は水車発電機の始動制御方式に関するものである
。

〔従来の技術〕

第３図は揚水発電所の系統要部を示す単線結線図である
。誘導発電電動機（以下発電機という）Ｇ／Ｍの回転子
（２次巻線）２には可変速ポンプ水車８及び回転速度検
出器１１が連結されている。発電機Ｇ／Ｈの電機子（１
次巻線）１は並列用遮断器５、相切換１ｊＪｔ＃を器６
及び主変圧器７を介して図示しない電力系統と接続され
ている。

電機子ｌと並列用遮断器５とを接続する回路途中には変
成器１０の１次側が接続されている。主変圧器７の１次
側は電源変圧器４の１次側と接続されており、その２次
側はサイクロコンバータ３の入力側と接続されている。

サイクロコンバータ３の出力側は前記回転子２と接続さ
れている。電機子ｌと並列用遮断器５とを接続する回路
には電圧変成２３１０の１次側が接続されており、その
出力はサイクロコンバータ制御部１２に入力されている
。

前記回転速度検出器１１の出力はサイクロコンバータ制
御部１２及びガバナ１４に入力されている。ガバナ１４
の出力はガイドベ−ンサーボモータ１３に入力されてお
り、このガイドベーンサーボモータ１３の出力は、可変
速ポンプ水車８への水量を調整するガイドベーン９に与
えられている。

第４図は従来の水車発電機の始動制御方式による可変速
ポンプ水車の制御装置のブロック図である。始動制御部
２０は、並列用遮断器５が投入されると閉路する常開接
点１５ａ１．１５ａｚ及び遮断されると開路する常閉接
点１６ｂと、発電出力設定器１７と、回転速度設定器１
８と、発電電圧設定器１９とで構成されている。そして
発電電圧設定器１９と変成器ｌＯとの差の出力をサイク
ロコンバータ制御部１２人力入力しており、また回転速
度設定器１８と回転速度検出器１１との差の出力を常開
接点１５ａ、を介してサイクロコンバータ制御部１２に
入力し、サイクロコンバータ制御部１２の出力をサイク
ロコンバータ３に入力している。そしてサイクロコンバ
ータ３により発電機Ｇ／Ｈの発電電圧を制御している。

この発電機Ｇ／Ｈの発電電圧は変成器１０に入力されて
いる。回転速度設定器１８と回転速度検出器１１との差
の出力は常閉接点１６ｂを介してガバナ１４に入力して
おり、またガバナ１４には発電出力設定器１７の出力が
常開接点１５ａｚを介して人力されている。ガバナ１４
の出力はガイドベーンサーボモータ１３に入力されてい
て、ガイドベーンサーボモータ１３によりガイドベーン
９を開度制御して可変速ポンプ水車８の回転速度を制御
するようになっている。この可変速ポンプ水車８の回転
速度は回転速度検出器１１により検出している。

発電機Ｇ／Ｍを始動すべくガバナ１４によりガイドベー
ンサーボモータ１３を制御してガイドベーン９を開くと
、可変速ポンプ水車８に水が供給され可変速ポンプ水車
が回転を始めて回転速度が上昇していく。この回転速度
は回転速度設定器１８により予め設定された所定値とな
すべくガバナ１４により制御される。

回転速度が定格速度に近づいたときにサイクロコンバー
タ３により、発電機Ｇ／Ｈに励磁電流が供給されて発電
機Ｇ／Ｍは電圧を誘起する。

発電機Ｇ／Ｈの発電電圧は発電電圧設定器１９により定
格電圧になすべくサイクロコンバータ制御部１２を制御
してサイクロコンバータ３により制御される。また発電
電圧の周波数を２定格周波数になすべくサイクロコンバ
ータの出力周波数がサイクロコンバータ制御部１２によ
り制御される。これは回転子２のすべり速度を回転速度
検出器１１により検出して、そのすべり周波数をサイク
ロコンバータ制御部１２に与えて発電機Ｇ／Ｈの発電電
圧の周波数を定格周波数に保つ。このようにして発電機
Ｇ／Ｈの周波数及び位相が電力系統と同期したときに並
列用遮断器５を投入して発電機Ｇ／Ｍを電力系統に並入
する。そしてこの同期を確認するための同期検出器は従
来の一般の水力発電所で用いている同様のものを用いて
いる。

次に発電機を電力系統に同期並入した後に、ガイドベー
ン９の開度を大きくして可変速ポンプ水車８の出力を所
要値まで高める。このような調整は第４図におけ−る発
電出力設定器１７を操作することにより行っている。ま
た可変速ポンプ水車８は可変速であることから発電機の
出力に応じた最適の回転数に設定すべく回転速度設定器
１８を操作して修正している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述した可変速ポンプ水車の運転特性は第５図に示すよ
うに流量を縦軸に、また回転速度を横軸にとるとガイド
ベーンの開度一定（１００，８０，６０，４０％につき
図示）では略並行な右下りの略直線となる。

一方、効率をパラメータとする流量と回転速度との関係
は互いに同心状であって左下りの楕円状をなし、内側が
高効率のもの、外側が低効率のものとなっている。同図
には８０，７５．７０．６５％の４種類のものを示して
いる。

ところで、従来の始動制御方式によれば発電機の始動開
始時点から電力系統への同期並入までは、始動点０点か
ら同期速度Ｎ１０点Ａまでは破線で示す如（、流星及び
回転速度をともに増加し４０％弱の開度とした後は回転
速度のみを増すようにしている。そしてＡ点で同期並入
し、ここから目標出力点Ｐまでは破線で示す如く、回転
速度を一定として流量を増大させる制御をしている。と
ころが０点からＡ点に達するまでの期間は第５図から明
らかな如く可変速ポンプ水車の効率が低効率の領域での
運転であり、可変速ポンプ水車にキャビテーションが生
じ、また回転軸の振動が大きく、このために可変速ポン
プ水車の機械的寿命が短縮する虞れがあるという問題が
ある。

本発明は前述した問題点を解消すべく、可変速ポンプ水
車をその最高効率に保持しつつ、その回転速度及びガイ
ドベーンの開度を制御して、発電機の出力を所要値に上
昇させて、可変速ポンプ水車の機械的寿命を短縮するこ
とがない水車発電機の始動制御方式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〕

本発明の水車発電機の始動制御方式は、水車発電機をそ
の同期速度以下の速度で電力系統に並入し、並入時の速
度において可変速水車の最高効率となすガイドベーンの
開度とし、以降は可変速水車の最高効率を保持しつつガ
イドベーンの開度及び速度を制御して水車発電機の出力
を上昇させる。

〔作用〕

ガイドベーンを開くと可変速水車が回転を始めて水車発
電機が回り始める。水車発電機の同期速度以下の速度で
水車発電機が電力系統に並入される。ガイドベーンの開
度が徐々に大きくなり、並入時の速度における可変速水
車の最高効率を得る開度になる。

以降は可変速水車の最高効率を保持しつつガイドベーン
の開度及び速度が制御され、水車発電機の出力が上昇す
る。

これにより可変速水車の回転軸に過大な振動及び騒音が
生じず、可変速水車は長寿命となる。

〔実施例〕

以下本発明をその実施例を示す図面によって詳述する。

第１図は本発明に係る水車発電機の始動制御方式を適用
するための可変速ポンプ水車の制御装置のブロック図で
ある。

始動制御部２０は、並列用遮断器５が投入されると閉路
する常開接点１５ａ、、１５ａｚ及び遮断されると開路
する常閉接点１６ｂと、発電出力設定器１７と、回転速
度設定器１８と、発電電圧設定器１９とで構成されてい
る。そして発電電圧設定器１９と変成器ｌＯとの差の出
力をサイクロコンバータ制御部１２に入力しており、ま
た回転速度設定器１８と回転速度検出器１１との差の出
力を常開接点１５ａ＋を介してサイクロコンバータ制御
部１２に入力している。サイクロコンバータ制御部１２
の出力はサイクロコンバータ３に入力している。そして
サイクロコンバータ３により誘導発電電動１９Ｇ／Ｈの
発電電圧を制御している。この発電機Ｇ／Ｈの発電電圧
は変成器１０に入力されている。ガイドベーンサーボモ
ータ１３及び回転速度検出器１１の出力が入力されるシ
ーケンスコントローラ２１の出力は回転速度設定器１８
及び発電出力設定器１７に入力されている。回転速度検
出器１１と回転速度設定２３１Ｂとの差の出力は常閉接
点１βｂを介してガバナ１４に入力しており、ガバナ１
４には発電出力設定器１７の出力が常開接点１５ａ２を
介して入力されている。

ガバナ１４の出力はガイドベーンサーボモータ１３に入
力され、ガイドベーンサーボモータ１３によりガイドベ
ーン９を開度制御して可変速ポンプ水車（以下水車とい
う）８０回転速度を制御している。

水車８の回転速度を回転速度検出器１１により検出して
いる。

前記シーケンスコントローラ２１は、水車発電機の始動
時には第５図に示すように、水車８への水の流量が一定
である場合に水車８の始動点（０）−同期速度以下の回
転速度Ｎ２であるＢ点−回転速度Ｎ２における最高効率
の０点−効率を表している楕円の長軸上の動作点を辿り
、目標出力点Ｐに至るようにプログラム制御をする構成
となっている。ところで、発電出力設定２３１７の出力
はガバナ１４に与えられてガイドベーン９の開度を制御
するものであり、この開度は第５図から明らかなように
流星と略比例する。したがって、発電出力設定器１７及
び回転速度設定器１８を相互に最適な状態として関連し
た制御をすることにより第５図に点Ｂ−Ｃ−Ｐを通る実
線で示す始動特性を得ることが可能である。シーケンス
コントローラ２１の制御プログラムとしては水車８の回
転速度の上昇に応して水の流量、つまりガイドベーンの
開度の補正値が最適値にあるか否かを確認しつつ徐々に
回転速度を上昇させて水車発電機をその目標出力点Ｐに
なすものを用い得る。

第２図はシーケンスコントローラ２１のこのｆｔ１ｌ　
ＪＡＭ内容を示すフローチャートである。

先ず、回転速度設定器１８にて回転速度設定値Ｎ。

に増速すべき速度補正値ΔＮ、を加算設定する。

増速された水車８の実回転数ｎはΔＮ、の増加によりΔ
ｎだけ増し、これが回転速度検出器１１で検出される。

その実回転数ｎはシーケンスコントローラ２１に入力さ
れ予め設定しである関数Ｆ　（ｎ）により水車８の水の
最適流ＩＱが算出される。一方、ガイドベーン９の開度
量はガイドベーンサーボモータ１３の駆動量から検出さ
れるが、その信号ｇｖと水車８の実回転数ｎとの関数Ｆ
（ｇｖ、ｎ）により実流ｆｆ１ｑを算出する。そして最
適流量Ｑと実流量ｑとの差と、許容値εとを大小比較し
、許容値ε以下であると再び同様にして増速させる。最
適流、ＩＱと実流量ｑとの差が許容値εを超えた場合は
、ガイドベーン開度設定値Ｐ、に２Ｈ！を増加ずべき流
星補正値ΔＰ、を加算する。これによりガイドベーンサ
ーボモータの信号はΔｇｖ増加することとなる。これに
よって流量が増えた状態で実流量ｑを算出するステップ
に戻る。このようにして、水車の回転速度の制御とガイ
ドベーンの開度の制御とを併用しつつ水車の最高効率を
保持できるように水車発電機の出力を高めていく。

本実施例においてはシーケンスコントローラ２１のプロ
グラム制御により、水車の回転速度と水車に供給する水
の流星との関係を水車の最高効率を保持して発電機の出
力を上昇させたが、これ以外に例えば予め水車を試運転
して、回転速度設定値Ｎ、と流量設定値Ｐ、の最適操作
パターンを求めておき、夫々の設定値を独立させたパタ
ーンに沿って制御する方法も可能であり、この場合はプ
ログラムの簡略化が可能である。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、水車発電機を同期
速度以下の速度で電力系統に並入し、その後は可変速水
車をその最高効率を保持しつつガイドベーンの開度及び
回転速度を制御して水車発電機の出力を高めるから、可
変速水車の回転軸の過大な振動及び騒音が生じない。

したがって、本発明は可変速水車の長寿命化を回り得る
優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る水車発電機の始動制御方式を適用
するための可変速水車の制御装置のブロック図、第２図
はシーケンスコントローラの制御内容を示すフローチャ
ート、第３図は揚水発電所の系統要部を示す争線結線図
、第４図は水車発電機の従来の始動制御方式による可変
速水車の制御装置ηのブロック図、第５図は可変速水車
の特性曲線図である。 ８・・・可変速水車　９・・・ガイドベーン１１・・・
回転速度検出器　１７・・・発電出力設定器１８・・・
回転速度設定器　１９・・・発電電圧設定器２１・・・
シーケンスコントローラ　Ｇ／Ｍ・・・水車発電機なお
、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、可変速水車で駆動される水車発電機を適宜速度で電
   力系統に並入し、次いでその出力を上昇させる水車発電
   機の始動制御方式において、 前記水車発電機をその同期速度以下の速度 で電力系統に並入し、前記可変速水車へ供給する水の流
   量を調整するガイドベーンの開度を徐々に大きくして並
   入時の速度において可変速水車の最高効率となす開度に
   し、以降は最高効率を保持しつつガイドベーンの開度及
   び速度を制御して水車発電機の出力を上昇させることを
   特徴とする水車発電機の始動制御方式。 ２、水車発電機の電力系統への並入時点が可変速水車の
   可変速域の最低速度である特許請求の範囲第１項記載の
   水車発電機の始動制御方式。