JPS6343598A - 可変速揚水発電システムの運転制御装置 - 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、任意の回転数で運転できる可変速揚水発電シ
ステｌ、の運転制御装置に係り、特に、揚水ポンプを所
定の可変速範囲で確実に運転する制マ卸装置に関する。

〔従来の技術〕

よく知られているように、揚水発電システ１１は昼間は
水力発電システムとして働き、夜間は余剰電力を利用し
て揚水運転することによりエネルギを蓄積する発電シス
テ１１である。

従来の揚水発電システ１１は、揚水時に負荷の調整がで
きないこと、および発電運転および揚水運転時に、系統
より要求される発・電力の変化ならびに揚水時の揚程の
変化等により、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。上
記目的を達成するため、従来の同期機である揚水発電機
を２次励磁付の誘導機で運転する、いわゆる可変速発電
システムとすることに１より、発ｆＩ！電力、ｍｓにか
かわらず、システムの最高効率で運転が可能であるとの
観点より、これを実現するための研究が進められている
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、このようなシステムに関しては、昭和５９年電
気学会全国大会論文＆５５３ｒ人容士正同期電ＷＪ機の
可変速運転特性」等があるが、具体的な制御方式につい
ては、ふれられていない。

本発明は、上記欠点を補い、揚水および発電の各Ｎ１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、ＡＦＣ（自動周波数制御）運転時に安定に目標
値に制御するための運転制御装置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〕

上記問題点を解決するために、本発明は、電力制御指令
値完値および実出力電力値に基づいて巻線形誘導機の２
次励磁巻線の励磁を制御することにより前記誘導機を任
意の回転数で運転する可変揚水発電システムにおいて、
前記誘導機の回転数の急変動を検出する変動検出要素と
、その検出値が一定値以上のとき出力を生じる第１の不
ｒ６帯要素と、前記誘導機の回転数と目標値との差が一
定値以上のとき出力を生じる第２の不感帯要素と、前記
第１．第２の不感帯要素の出力値の積を求める積分要素
と、この積分値を前記電力制御指令値に加算する加算要
素と、を備えたことを特徴とするものである。

関連より定まる。このうち、本システムの効率は回転数
および弁開度で定まる。このため、有効落差と回転数が
定まったとき、最高効率となるように弁開度を制御する
ことになる。一方、上記の回転数は水車入力と発電機（
誘導機）出力との差で定まる。このため、発電機出力を
電力制御指令値にあわせるように２次励磁電圧の位相角
を制御する必要がある。したがって、２次励磁付の誘導
機を用いろ本システ１１では、２次励磁電圧の位相角更
に、過渡的に回転数が誘導機の可変速運転範囲を逸脱す
るのを防止するため、回転数が所定の値を超え、かつ、
回転数の変化率が所定の値を超えた場合には電力制御指
令値に補正信号を印加し。

回転数の可変速運転範囲から逸脱することを防止する。

具体的には電力制御指令値と実際の誘導機の出力電力値
との差を用いて、前記位相角を制御すると共に、目標回
転数と実回転数との差、および有更に、過渡的には１回
転数および回転数の変化率より得た補正信号により、指
令値を制御することにより、回転数が、可変速運転範囲
で逸脱することがない。

〔作用〕

上記本発明の構成によれば、変動検出要素により誘導機
の回転数の急変動が検出され、若干の変動には応答せず
一定の値以上になったとき第１の不感帯要素から出力が
生じる。一方、誘導機の回転数がｒｌ標値から一定値以
上ずれた場合には第２の不感帯要素から出力が生じる。

これら２つの出力は積分要素において掛は合され、その
積分値は補正信号として加算要素において電力制御指令
値に加算される。その結果、電力制御指令値は実際の誘
導機の運転状態に応じてフィードバック補正制御される
ことになる。

かくして、誘導機の回転数が過渡的に急変動しても一定
以上の場合は負荷変動に追従せず抑制される。一方では
１回転数が目標値より大きく外れた場合には速やかに可
変速運転範囲に修正することができ、安定した運転が可
能となる。

〔実施例〕

次に、本発明に係る実施例を図面に基づいて説明する６ 可変速　電システムの概要 第２図に、可変速発電システ１１の概要を示す。

このシステムに用いられる誘導機は巻線形であり、−次
、二次側共、３相巻線からなる。

第２図において、１は固定子、２は回転子を示す。５ａ
〜５ｃは固定子のａ、ｂ、ｃ相巻線、６ａ〜６ｃは回転
子ａ、ｂ、ｃ相巻線である。また、定格周波数をｆ、す
べりを３とすると、回転子２の速度はｆ（１−ｓ）であ
り１回転子２の励磁巻線をすべりＳの周波数で励磁する
ことにより、回転子２により発生する回転磁界はすべり
’ｌ（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。７は回転子２の回転数を測定する測定部
であり、この測定部７からの出力をすべり検出部３に取
り込み、この検出部３ですべり周波数を検出し、その検
出した信号を電圧発生部４に供・′給する。電圧発生部
４は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２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、すベリにかかわらず、定格周波数の出力が得られ
ることになる。

このような可変速発電システムにおいて、本発明は揚水
および発電におけるＡＦＣ運転時に任意の回転数で安定
に目標値に制御できる制御装置を提供しようとするもの
である。

制御装置の具体例 第１図に、本発明の具体例を示す。可変速の誘導機が系
統に接続、運転している場合を示しである。１０は電子
系統を、１，２は第２図と同一の固定子および回転子を
示している。揚程Ｉ（および電力制御指令Ｐａが与えら
れると、この電力制御指令ＰＯは遅延回路１５を介して
位相角算出部１６へ与えられる。一方、揚程Ｈおよび回
転数Ｎ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２５により最適のガイドベーン開度Ｙ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開度が決まる。

Ｎで定まる。この水車特性に基づいて、誘導機の回転子
２が回転する。１１は速度検出器を、１９は電流変成器
を、２０は電圧変成器を示し、その検出値は有効電力算
出部２１で有効電力Ｐが算出されろ。

１６は２次巻線２２ａ〜２２ｃの位相角算出部であり、
有効電力算出部２１の出力Ｐおよび遅延回路１５の時間
遅れをもった電力制御指令Ｐａにより位相角Δδが算出
される。１７は２次回路の励磁量を設定する設定部であ
り、１８は励磁量の電圧値を制御する電圧調整部を示す
、２３ａ。

２３ｂ、２３ｃは、１７で設定した励磁量をａ。

ｂ、ｃ相に用いるために移相する移相部である。

２２ａ、２２ｂ、２２ｃは移相部２３ａ〜２３Ｃで移相
した励磁量でａ、ｂ、Ｑ相を励磁する励磁巻線である。

このように、電力制御指令値Ｐｏと実際の出力Ｐとの差
により、２次巻線の位相角Δδを算出して制御を行う。

一方、揚ｉＨおよび回転数Ｎよりガイドベーン開度Ｙが
ＲｔＭ開度となるように制御される。

その上、回転数Ｎの急激な変化に対しても、回転数Ｎお
よび回転数Ｎの微分回路３１と不動帯回路３２で構成し
た補正回路の出力により、電力制御指令値Ｐｏを制御す
ることにより、回転数Ｎを所定の可変速運転範囲の中に
確実に保持し、安定な運転ができるようにする。

具体的には１回転数Ｎを不’ＩｊＪｔｒ回路３０に与え
、又１回転数Ｎを微分回路３１に与え、微分回路３］の
出力を不動回路３２に与え、不動回路３０および３２の
出力を積回路３３に与え、この出力を遅延回路１５の出
力に加算部３４で加える。これにより、誘導機の回転数
Ｎに急変が生じても抑制される。一方、目標値から大き
く外れても速やかに可変速運転範囲に引きもどすことが
できるので、系統周波数を安定に保ち、最適な運転制御
が可能となる。

実際への応用例 第３図に２次励磁巻線を有する巻線形誘導機により任意
の回転数で運転できるイ本発明に係る可変速発電システ
ムＧ１　を送電線りを介して系統１ｏに接続されている
例を示すものである。送電線Ｉ７には、電圧変成器ＰＴ
ｘ’、ｆｆＸ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、
水畢、出力と効率ηとの関係は、第４図のように示され
る。第４図は、横軸に水車出力Ｐ、縦軸に効率ηをとり
、回転数Ｎをパラメータとし出力Ｐ１では回転数Ｎ１．
へ９１ｆ面度Ｙ１で、出力Ｐ２では回転数Ｎ２、弁開度
Ｙ２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Ｐによって、効率η
が最高となる回転数Ｎ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ことが本発明の前提をなす６ 第３図において、可変速揚水発電システムＧｌは、操作
端Ｔから誘導機に電力制御指令ＰＯが与えられると、誘
導機の特性、揚程）■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より求まる誘導機の回転数Ｎ
、揚程１〜■に基づいて水求められ、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、誘導機出力の変更指令が与えられると、予め
与えらＹを求め、これらの値となるよう１回転数Ｎを制
御し、効率のよい運転を行うことになる。

第５図は、回転数Ｎおよび揚程ＢＴから最高効率となる
ガイドベーン開度Ｙを求める最適開度関数発生器２５の
特性図である。すなわち、揚ｉＨをパラメータとして、
回転数Ｎから最適ガイドベーン開度Ｙを求めるものであ
る。なお、この第５図は、揚程）Ｉｉ＞揚程Ｈｚの場合
を示している。また、この図から、揚程Ｈ１で運転中に
回転数がＮｌからＮＺに変化した場合には、弁開度はＹ
ｌからＹ２に制御する必要があることがわかる。

誘導機の出力は、交流励磁電流の位相を調整して制御す
る６回時に交流励磁電流の振幅を調整して出力電圧を制
御する構成としている。

〔発明の効果〕 本発明によれば、揚水運転中にも外部からの指令信号に
応じて誘導機出力を調整することが可能になり、従来、
全く不可能であったＡＦＣ等の電力系統制御が適用可能
になる。その上、所定の可変速範囲内で安定に可変速運
転が継続できる。

更に、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において、揚
水運転時にも系統よれ求められる電力調整にも、効率よ
く対応できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る可変速楊水発電システｌ〜の制御
装置の実施例を示すブロック図、第２図は可変速揚水発
電システムの原理を示す概要図、第３図は本発明の実際
への応用例を示す系統図、第４図は可変速機の出力と効
率の関係例を示す説明図、第５図は最適ガイドベーン開
度関数発生部の特性を示す説明図である。 Ｅｘ・・・励磁回路、Ｇｌ・・・可変速発電システムの
発電機、Ｌ・・・送電線、Ｃ・・・制御指令部、Ｔ・・
・操作端、］・・・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　−Ｃ相巻線、６ａ〜６ｃ・・・回転子のａ
”−’　Ｃ相巻線、７・・・回転数Δ１り走部、１０・
・・系統、１１・・・速度検出器、１２・・・水車特性
部、１４・・・調速機の弁開度設定器、１５・・・遅延
回路、１６・・・２次巻線位相角算出部、１−７・・・
２次巻線励磁量算出部、１８・・・電圧：Ａ整品、１９
・・・電流変成器、２０・・・電圧変成器、２１・・・
有効電力導出部、２２ａ〜２２ｃ・・・２次励磁のａ〜
Ｃ相巻線、２３ａ〜２３ｃ・・・移相部、２５・・・Ｑ
適ガイドベーン関数発生器、３０，３２・・・不ｇＩｊ
Ｊ帯回路、３１・・・御分回路、３３・・・積回路、３
４・・・加算部、■・・・蔭ルザ辿ガイドベーン、Ｐ・
・・有効電力算出部、ＰＴＩ・・・電圧変成器、ＣＴ　
１・・・＠流変成器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、電力制御指令指定値および実出力電力値に基づいて
   巻線形誘導機の２次励磁巻線の励磁を制御することによ
   り前記誘導機を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、前記誘導機の回転数の急変動を検出
   する変動検出要素と、その検出値が一定値以上のとき出
   力を生じる第１の不感帯要素と、前記誘導機の回転数と
   目標値との差が一定値以上のとき出力を生じる第２の不
   感帯要素と、前記第１、第２の不感帯要素の出力値の積
   を求める積分要素と、この積分値を前記電力制御指令値
   に加算する加算要素と、を備えたことを特徴とする可変
   変揚水発電システムの運転制御装置。