JPS61173698A - 可変速水車発電装置 - 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】 ［発明の利用分野〕 本発明は巻線形誘導発電機を用いた可変速水車発電装置
の制御装置に関する。

〔発明の背景〕

この種可変速水車発電装置の制御装置として。

第７図に示すようなものが提案されている（例えば、特
願昭５７−１８２９２０号参照）。

第７図において、１は巻線形誘導発電機で、その回転子
に直結された水車２によって回転駆動されるとともに、
発電機１の二次巻線１ｂには、サイクロコンバータ３に
より発電機１の回転速度に応じて所定の位相に調整され
た交流励磁電流が供給され１発電機１の一次巻線１ａか
らは電力系統４の定格周波数と等しい一定の周波数の交
流電力が出力されるように、可変速運転が行なわされる
。

５は水車特性関数発生器で、回転速度検出器６で検出さ
れた回転速度信号Ｎと、外部から与えられる発電出力指
令Ｐ、の他必要に応じて水位検出信号Ｈを入力して、最
高効率で運転するための最適回転速度指令Ｎ、と最適案
内弁開度指令Ｙ、を発生する。７はスリップ位相検出用
誘導機で、その回転子が発電機１に直結されるとともに
、−次巻線７ａが発電機１の出力側に接続され、二次巻
線７ｂからスリップ位相信号Ｓ、を出力する。このスリ
ップ位相信号Ｓ、と最適回転速度指令Ｎ、はサイクロコ
ンバータ３に与えられ、前記したように、発電機１の二
次巻線ｌｂに供給する交流励磁電流の位相等を制御し、
また最適案内弁開度指令Ｙ、は案内弁駆動装置８に与え
られ、水車出力Ｐ、が最適値になるように案内弁９の開
度を制御する。

このような制御装置において、いま発電出力Ｐ、をステ
ップ状に上昇させようとし゛（−１発電出力指令Ｐ、を
第８図（ａ）に示すように変化させた場合１発電出力指
令Ｐ、のステップ状の上昇に伴って最適回転速度指令Ｎ
、と最適案内弁開度指令Ｙ、も、第９図（ｂ）、（ｃ）
に示す如くステップ状に上昇し、案内弁９の開度Ｙは案
内弁駆動装置８により、第８図（ｄ）に示すように、順
次最適案内弁関度指令Ｙ、の値と一致するように制御さ
れ、この案内弁９の開度の変化に従って水車出力Ｐアも
、第８図（ｅ）に示すように変化して、発電出力指令Ｐ
、に対応した値となる。一方、発電機１の回転速度Ｎを
、第８図（ｆ）に示すように上昇させて、最適回転速度
指令Ｎ、に一致させるためには、その上昇分は見合うだ
けの発電装置の回転系の運転エネルギが必要であるが、
この運動エネルギは水車出力Ｐ７で発電機１にかかる電
気的負荷、すなわち発電出力Ｐ、のいずれか一方から補
ぎなうしか方法がない。しかし、前記したように、水車
出力Ｐ７は最適案内弁開度指令Ｙ。

に応じて変化する案内弁９の開度Ｙによって決められて
いるため、早急には上昇しない。このため。

前記運転エネルギを発電出力Ｐ０から補ぎなうことにな
り、第８図（ｇ）に示すように、上昇させるべき発電出
力Ｐ、が過渡的に逆に下がってしまい、電力系統の運転
上問題が生じる。この問題は発電出力Ｐ０をステップ状
に下げようとする場合にも同様に生じる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、前記した従来技術の問題点を解決し、
発電効率を低下させることなく、発電出力を発電出力指
令に円滑に追従させて、電力系統の安定度を高め得る可
変速水車発電装置の制御装置を提供することにある。

［発明の概要〕 この目的を達成するため、本発明は、巻線形誘導発電機
の発電出力を検出する発電出力検出器と。

この発電出力検出器で検出された発電出力信号と発電出
力指令の偏差に応じて巻線形誘導発電機の二次巻線に与
える交流励磁電流を制御する電力制御装置と、少くとも
発電出力指令を含む入力を受けて最適回転速度指令と最
適案内弁開度信号を出力する水車特性関数発生器と、最
適回転速度指令と回転速度信号の偏差を入力してこの偏
差を零とするような補正信号を出力する修正演算器とを
備え、発電出力指令をステップ状に変化させた場合に、
巻線形誘導発電機の回転速度が最適回転速度指令に追従
して変化するのを一時的に遅らせて、発電出力を発電出
力指令に応じて直接的に制御するようにしたことを特徴
とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図示の各実施例について説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る制御装置のブロック図
である。なお、第１図中、第　　因と同一符号は同一物
または相当物を示す。

水車特性関数発生器５には発電出力指令Ｐ、が入力され
て、最適回転速度指令Ｎ、と最適案内弁開度指令Ｙ、が
発生する。最適回転速度指令Ｎ。

は回転、検出器６で検出された実際の回転速度信号と比
較器１０で比較され、その偏差ΔＮ　（＝Ｎ。

−Ｎ）が演算器１１に入力される。演算器１１はおよび
加算器１２からなり、前記偏差ΔＮがある限りこれを零
にするように最適案内弁開度指令Ｙ、を補正する補正信
号ΔＣを出力する。この補正信号１ｃは加算器１３で最
適案内弁開度指令Ｙ、と加算され、加算器１３からの出
力、すなわち補正された案内弁開度指令（Ｙ、＋ＡＣ）
が案内弁駆動装置８に入力される。案内弁駆動袋Ｈ８が
加算器１４に負帰還されている。また、前記発電出力指
令Ｐ、は比較器１５にも入力され、他方の入力である発
電出力検出器１６で検出された実際の発電出力信号Ｐ０
と比較されて、その偏差ＡＰ　Ｃ＝ＰＧ　−Ｐ、　）が
電力制御装置１７に入力される。電力制御装置１７は比
例要素に６、積分サイクロコンバータ３に入力される。

このように構成された本実施例の制御装置において、い
ま時点ｔ、で例えば発電出力Ｐ、をステップ状に上昇さ
せようとして、発電出力指令Ｐ゛。

を第２図（ａ）に示すようにステップ状に上昇させると
１発電機１の発電出力Ｐ０は、第２＠　（ｇ）に示すよ
うに、発電出力指令Ｐ、の変化に追従して上昇する。す
なわち、電力制御装置１７に含まロコンバータ３９発電
機１９発電出力検出器１６および比較器１５によって構
成される負帰還回路により、偏差ＡＰ　（＝Ｐ、−Ｐ、
）は次第に減少して定常時にＰ、＝Ｐ、どなる。一方、
最適案内弁開度指令Ｙ、に対しての案内弁９の開度Ｙの
応答性は、前述の発電出力指令Ｐ、に対しての発電出力
Ｐ０の応答性よりも遅い、このため、発電出力指令Ｐ、
の急変後過渡的に発電出力Ｐ、よりも水車出力Ｐ？の方
が小さくなり、第２図（ｆ）に示すように、回転速度Ｎ
は一時的に減速され、その後、時点ｔ４で第２図（ｄ）
に示すように、案内弁開度Ｙは最適案内弁開度Ｙ、と等
しくなり、発電出力Ｐ、と水車出力Ｐ？がほぼ等しくな
るので１回転速度Ｎの低下は止む、なお１時点ｔ１では
実際の回転速度Ｎの方が最適回転速度指令Ｎ。

よりも低く、偏差ΔＮ　（＝Ｎ、−Ｎ）が正で、演算器
１１から出力される補正信号ＡＣは正であるから、この
補正信号ＡＣで補正された案内弁開度指令（Ｙ、＋ＡＣ
）は最適案内弁開度指令Ｙ、よりも大となり、やがて水
車出力ＰＴは発電出力Ｐ０よりも大となる。したがって
、回転速度Ｎは増大して最適回転速度指令Ｎ、に近付く
とともに。

補正信号ＡＣも零に近付き、最終的に案内弁開度Ｙは最
適案内弁開度指令Ｙ、と一致し、回転速度Ｎは最適回転
速度指令と等しくなる。すなわち。

１１、加算器１３、案内弁駆動装置８、案内弁９゜水車
２、発電機１、回転速度検出器６および比較器１０によ
って構成される負帰還回路により、偏差ΔＮ　（＝Ｎ、
−Ｎ）は次第に減少して定常時にＮ＝Ｎ、どなる。また
、定常時、偏差ΔＹ　（＝Ｙ、−Ｙ）＝Ｏ１すなわちＹ
、＝Ｙは次のようにして達成される。（イ）水車特性関
数発生器５から出力される最適案内弁開度指令Ｙ、は当
然のことであるが発電出力指令Ｐ、に相当するものであ
る、（ロ）前記したように、定常時ｐ、＝ｐ、どなる。

（ハ）水車２のランす１発電機１の回転子等の総ての回
転部の慣性効果は水車出力ＰＴと発電出力Ｐ０の差によ
って加速されたり、減速されたりするもので、一種の積
分要素とみることができ、しかも前記したように１１，
１３，８，９゜２．１，６．１０によって負帰還回路が
構成されているので、定常時にはｐ、＝ｐ、どなる。（
ニ）案内弁開度Ｙは水車出力Ｐ７に相当するものである
。以上（イ）〜（ニ）を総合すれば、偏差ΔＹ（＝＝Ｙ
、−Ｙ）＝Ｏ，すなわちＹ、＝Ｙとなる。

また、第３図は本発明の他の実施例に係る制御装置のブ
ロック図である。

この実施例では、演算器１１からの補正信号ＡＣが、最
適案内弁開度指令Ｙ、に加算される代りに、加算器１９
で発電出力指令Ｐ、と加算されて水車特性関数発生器５
に入力されている。その他の構成は第１図の実施例と同
様である。

したがって、この実施例によれば、発電出力指令Ｐ、が
補正信号ＡＣで補正されて水車特性関数発生器５へ入力
され、その出力である最適案内弁開度指令Ｙ、が、第４
図（ｂ）に示すように、第１図の実施例における案内弁
駆動装置８への入力信号（Ｙ、＋ΔＣ）と同様に増大す
るので、第１図の実施例と同様の作用効果が得られる。

なお、発電出力指令Ｐ、が補正信号ΔＣによって補正さ
れると、最適回転速度指令Ｎ、も変化するが、その変化
は過渡的にのみ生ずるもので実害は全くない。

さらに、第５図は本発明のさらに他の実施例に係る制御
装置のブロック図である。

この実施例が第１図の実施例と異なる点は、最適回転速
度指令Ｎ、と回転速度Ｎとの偏差ΔＮを入力して、その
値が所定値を越えたときに、電力補正信号ΔＰ。を発生
する電力補正関数発生器２１と、この電力補正信号ＡＰ
、を発電出力指令Ｐ、から減じる加算器２２が設けられ
ていることである。

したがって、この実施例によれば、発電出力指令Ｐ、を
ステップ状に上昇させ、最適回転速度指令Ｎ、と回転速
度Ｎの偏差ＪＮが所定値を越えた場合に、電力補正関数
発生器２１から電力補正信号ＡＰｅが発生し、これが加
算器２２に加えられて発電出力指令Ｐ、から減じられる
ので、発電出力Ｐ０は、第７図（ｇ）に示すように、第
２図（ｇ）に比べてゆるやかに発電出力指令Ｐ、の変化
に追従して上昇することになる。一方１回転速度Ｎの低
下は、第７図（ｆ）に示すように、その分だけ抑えられ
、最適回転速度指令Ｎ、の変化に対する回転速度Ｎの応
答が早くなる。すなわち、発電出力Ｐ０と回転速度Ｎを
、両者の調和をとりながら発電出力指令Ｐ、の変化に追
従させることができる。

本発明の実施例の水車特性関数発生器の入力は発電出力
指令のみを考えている。

水位の変動が比較的小さい発電所ではこのように水位信
号を入力しなくとも水車特性関数発生器の精度が損われ
ることはない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、発電出力指令を
急変させた場合に１巻線形誘導発電機の回転速度が最適
回転速度指令に追従して変化するのを一時的に遅らせて
、発電出力を発電出力指令に応じて直接的に制御するよ
うにしたので、発電出力を発電出力指令に円滑に追従さ
せて、電力系統の安定度を高めることができる。また、
回転速度を最適回転速度指令に追従して変化させるのを
遅らせると、その分発電効率が低下するが、それは極め
て僅かな時間であるから、殆んど無視することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る制御装置のブロック図
、第２図（ａ）〜（ｇ）は同制御装置の各部における信
号の波形図、第３図は本発明の他の実施例に係る制御装
置のブロック図、第４図（ａ）〜（ｇ）は同制御装置の
各部における信号の波形図、第５図は本発明のさらに他
の実施例に係る制御装置のブロック図、第６図（ａ）〜
（ｇ）は同制御装置の各部における信号の波形図、第７
図は従来の制御装置の一例を示すブロック図、第８図は
（ａ）〜（ｇ）は同制御装置の各部における信号の波形
図である。 １・・・巻線形誘導発電機、２・・・水車、３・・・サ
イクロコンバータ、５・・・水車特性関数発生器、６・
・・回転速度検圧器、７・・・スリップ位相検出用誘導
機、８・・・案内弁駆動装置、９・・・案内弁、１０・
・・比較器、１１・・・演算器、１３・・・加算器、１
５・・・比較器、１６・・・発電出力検出器、１７・・
・電力制御装置。 １９・・・加算器、２１・・・電力補正関数発生器、２
２・・・加算器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電力系統に接続された巻線形誘導発電機と、この巻
   線形誘導発電機を回転駆動する水車と、この水車に供給
   される水量を調整する案内弁と、この案内弁の開度を案
   内弁開度指令に応じて制御する案内弁駆動装置と、前記
   巻線形誘導発電機の回転速度を検出する回転速度検出器
   とを備え、前記回転速度検出器から得られる回転速度信
   号と少くとも発電出力指令を含む入力を受けて、前記巻
   線形誘導発電機の二次巻線に与える交流励磁電流と前記
   案内弁の開度を制御し、前記巻線形誘導発電機を最適回
   転速度で回転させるとともに、前記巻線形誘導発電機の
   一次巻線に電力系統と同一定格周波数の交流電力を発生
   させる可変速水車発電装置の制御装置において、前記巻
   線形誘導発電機の発電出力を検出する発電出力検出器と
   、この発電出力検出器で検出された発電出力信号と前記
   発電出力指令の偏差に応じて前記二次巻線に与える交流
   励磁電流を制御する電力制御装置と、前記発電出力指令
   を入力して最適回転速度指令と最適案内弁開度指令を出
   力する水車特性関数発生器と、前記最適回転速度指令と
   前記回転速度指令の偏差を入力してこの偏差を零とする
   ような補正信号を出力する修正演算器とを備えたことを
   特徴とする可変速水車発電装置の制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記補正信号を前
   記最適案内弁開度指令に加えて前記案内弁駆動装置に入
   力するように構成したことを特徴とする可変速水車発電
   装置の制御装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記補正信号を前
   記発電出力指令に加えて前記水車特性関数発生器に入力
   するように構成したことを特徴とする可変速水車発電装
   置の制御装置。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記最適回転速度
   指令と前記回転速度信号の偏差が所定値を越えたとき、
   その偏差に応じて前記発電出力指令を調整して前記電力
   制御装置に入力するように構成したことを特徴とする可
   変速水車発電装置の制御装置。