JPS6285697A - 発電機の制御装置 - 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） この出願の発明は、水車やエンジン等の原動機で駆動さ
れる発電機の制御装置に関し、特に簡単な構成によｐ発
電機の出力及び周波数をともに一定に維持することがで
きる制御装置に関する。

（従来の技術） 水車やエンジン等で駆動される発電機においては、従来
、出力周波数、すなわち発電機の出力回転数を一定に制
御するために調速機が必要であるとされていた。従来の
この種の調速機は、回転数検出器（速度検出器）で発電
機の速度を検出し、その検出信号に従って水車等の原動
機への入力を調整し、その速度を一定に制御するもので
ある。

第２図は、従来の水車発電機における出力周波数制御装
置の代表的な一例を示し、図（おいてＧは水車Ｗによっ
て駆動され、負荷ＰＬに出力を供給する主発電機、２１
は発電機Ｇの回転数を検出する回転検出発電機（ＴＧ）
、２２は回転検出発電機２１の出力により主発電機Ｇの
速度を検出する速度検出器、２３は速度検出器２２の出
力信号を受けて演算及び増幅処理を行って調速機を制御
する信号を出力する調速機制御装置、２４は調速機制御
装置２３が出力する電気制御信号を機械的操作量に変換
する電気・機械変換器、２５は電気・機械変換器２４の
出力によシ水車Ｗのガイドベーンの開閉制御を行うサー
ボモータである。

上記の構成において、負荷ＰＬが変化すると回転検出発
電機２１及び速度検出器２２で二次的に主発電機回転数
の変化を検出し、その検出信号に基づいて調速機制御装
置２３で演算及び増幅処理を行い、電気・機械変換器２
４を介して水車Ｗの水量を調節するガイドベーンをサー
ボモータ２５で開閉制御して水車Ｗ、ひいては主発電機
Ｇの速度を一定に制御する。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の発電機出力周波数制御装置は、前述のように主発
電機の速度を検出してその検出信号によって原動機への
入力を調整する構成であり、また、特に水車発電機の場
合には、水圧管路を急閉鎖すると水圧上昇が過大になる
等の制約があるので入力調整に要する時間が制限されて
いるため、下記のような問題点がある。

（１）小容量出力になるほど発電装置全体の価格に対す
る調速機の価格の比率が大きくなシ経済性を損なう。

（２）構造が複雑であるため保守点検に専門技術者を必
要とし、維持管理が容易でない。

（３）　　速度を検出して制御を行うため水車、発電機
及び調速装置等の系の遅れ要素があるので、過渡特性に
限界がある。

（４）水車発電機を他の電力系統と接続しないで単独運
転する場合には、周波数変動を小さくするだめフライホ
イールが必要になシ、価格が上昇する。

したがって、この出願の第１の発明は、従来の発電機の
制御装置の前述の欠点を解消し、簡単な構成よシなシ、
かつ制御の応答性が良好で制御精度が高く、発電機の出
力及び周波数をともに一定に維持することができる制御
装置を提供することを目的とする。

また第２の発明は、前記第１の発明の目的を達成すると
ともに、原動機への入力が変化する場合にも、原動機入
力に見合った発電機出力とすることによシ発電機周波数
を一定に維持することができる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） この出願の第１の発明の発電機の制御装置は、上記目的
を達成するため、発電機出力の検出装置と、前記検出装
置の出力信号と出力設定値とを比較して制御信号を発生
する装置と、前記制御信号によって制御される発電機出
力の調整装置と、前記出力調整装置の出力が供給される
ダミー負荷とを備えている。

また第２の発明は、第１の発明において、前記出力設定
信号は、出力設定値と発電機周波数の変化を検出した信
号に基づいて形成される補正信号とよりなるものである
。

（作　用） 第１の発明は、上記の構成に基づき、前記のダミー負荷
とその制御装置が出カ一定制御装置を構成するので、発
電機出力を一定に保つことによシ発電機周波数を一定に
維持する。

また第２の発明は、さらに、発電機周波数の変化を検出
し、この検出信号に基づいて出力設定値を補正するので
、原動機入力が変化する場合に原動機入力に見合った発
電機出力とすることによシエネルギのバランスをとるこ
とができ、発電機周波数を一定に維持する。

（実施例） 以下第１図を参照して、この出願の発明を原動機として
の水車によシ駆動される発電機の制御装置に適用した実
施例について、その構成及び作用の順序で詳細に説明す
る。なお、この出願の発明は、エンジン等の他の原動機
により駆動される発電機の制御装置にも適用できるもの
である。

（この出願の発明の実施例の構成） 第１図に示すこの出願の発明の一実施例において、概括
的にいえば電力検出器１からダミー負荷６までを含む制
御ループが優先制御を行う出カ一定制御ループであって
第１の発明の具体例をなすものであり、周波数検出器７
から周波数修正増幅器９までを含む制御ループが発電機
の回転数を制御する補助制御ループであって第２の発明
の主要な特徴の具体例をなすものである。。

第１図において、Ｇは発電機、Ｗは発電機Ｇを駆動する
水車、ＰＴ及びＣＴはそれぞれ発電機Ｇの出力電圧及び
負荷電流を検出する計器用変圧器及び計器用変流器であ
る。１は発電機Ｇの電力を検出する電力検出器（Ｗ／ｖ
）であって計器用変圧器ＰＴ及び計器用変流器ＣＴの検
出出力が入力されて発電機出力に比例する電・圧を有す
る信号を出力する。３は出力増幅器であって電力検出器
１の出力信号と出力設定信号とを比較し、判別演算を行
う。ここで、上記の出力設定信号は、第１の発明におい
ては、特に限定されず、例えば出力設定器２の設定値の
みで構成してもよいが、第２の発明においては、この出
力設定器２の設定値と発電機周波数の変化を検出した信
号に基づいて形成される補正信号、第１図の実施例では
前記の補助制御ループ７〜９からの補正信号とからなる
ものである。

４は位相制御器であって出力増幅器３の出力信号を出力
調整器５における制御に必要な制御信号に変換する。出
力調整器５は、例えばサイリスタ、ノ臂ワートランジス
タ等で構成されておシ、その入力側は配線用しゃ断器Ｍ
ＣＣＢを介して発電機Ｇの出力母線に接続され、その出
力は、例えば電気ヒータ、抵抗器等で構成されるダミー
負荷６に供給される。後に詳述するように、発電機ＧＯ
負負荷Ｌに変動を生じたときは、出力調整器５は前記の
制御信号の制御により、負荷電の変動分が実質的にすべ
てダミー負荷６で吸収されるようにその出力を調整され
る。

次に発電機の回転数を制御する補助制御ループについて
説明する。７は周波数検出器（Ｆ／ｖ）であって計器用
変圧器ＰＴの出力から発電機Ｇの回転数を検出し、この
回転数に比例する電圧を有する信号を出力する。９は周
波数修正増幅器であって周波数検出器７の出力信号を周
波数設定器８の設定値と比較して判別演算を行い、その
判別出力信号は出力設定器２の設定値と共に出力増幅器
３に供給される。

（この出願の発明の実施例の作用） 第１図に示す制御系において、負荷ＰＬｋＷ、ダミー負
荷の消費電力をＰＤｋＷとして、発電機Ｇの出力ＰＧは Ｐ、＝ＰＬ＋ＰＤｋＷ となる。この出力で運転中に負荷に±ＰＬ′の変化が生
じた場合に ｐ、　＝　（ｐＬ＋ｐＬ／）　＋　（ｐ、壬ｐ／）の関
係をみたすように制御すれば、発電機出力Ｐ。

が変化しないので発電機回転数（周波数）は変化しない
ことになる。

そこで負荷の変化量±ＰＫ、′　　を電力検出器１で検
出し、その検出信号を出力増幅器３で出力設定器２の設
定値（第２の発明の具体化手段として、後述のように回
転数を制御する補助制御ループの出力信号も加算される
）と比較し、判別演算を行ってその判別出力信号が位相
制御器４で出力調整器５の調整に必要な制御信号に変換
される。この制御信号は、発電機出力を検出した信号と
出力設定値との偏差量に見合う信号であるから、この制
御信号によって出力調整器５の出力を調整し、ダミー負
荷６で消費する電力をｐｊ分だけ補填するように制御す
る。すなわち、負荷の変化量ＰＬ′は実質的にすべてダ
ミー負荷６で吸収されるため発電機出力Ｐ。が変化しな
いので、発電機Ｇの回転数（周波数）が一定に保たれる
。この制御ループは、発電機出力Ｐ。の変化を直接検出
して制御するので、速度検出方式に比較して連応性と制
御性にすぐれている。

第１図の制御系では、さらに、水車Ｗへの水力入力の条
件（落差、水量等）の変化によシ入力が変化するのに伴
って発電機Ｇの回転数（出力周波数）の変動を補償する
ため回転数制御用の補助ループが設けられている。この
補助ループは、前述の出カ一定制御ルータによる優先制
御に対し、下記の動作によシ補正制御を行うものである
。すなわち、出カ一定制御ループで安定運転されている
ときに、水車Ｗへの入力が変化すると発電機００回転数
が変化するので、周波数検出器７でこの回転数を検出し
、周波数修正増幅器９でこの検出信号と周波数設定器８
の設定値とを比較し、判別演算を行う。この判別出力信
号は、電力設定信号のひとつを形成するものであって、
出力増幅器３の入力において出力設定器２の設定値とベ
クトル的に加算される。すなわち出力増幅器３において
、出カ一定制御ループの設定信号に周波数要素の信号を
加算して出力設定の変更を行うので、水車Ｗへの入力に
見合った制御を行うことができ、制御精度が向上する。

この場合も水車Ｗへの入力に対応して発電機の出力及び
周波数が一定に維持される。したがって補助制御ループ
による制御を含めれば、第１図の制御系は従来の調速機
の機能を有することになるので、独立した調速機を設け
なくてもすみ、また水車発電機の場合にはフライホイー
ルが不要になる。

以上述べた事項を要約すると、原動機（例えば水車Ｗ）
の入力エネルギが不変である場合は、発電機出力ＰＣの
変化、すなわち負荷ＰＬの変化を検出してつねに発電機
出力ＰＧを一定に保つことよシミ力供給系として最も重
要な要素のひとつである発電機出力周波数を一定に維持
する。

上記の条件のもとで、原動機入力が変化すると発電機出
力との間に変化分に相当する分だけ過不足を生じ、この
エネルギは原動機の回転数の変化ですべて消費される。

すなわち、原動機の入力変化によって発電機の出力周波
数が変動する。そこでこの周波数変化を検出し、その検
出信号に基づいて発電機出力の設定値を変更するように
すれば、原動機入力に見合った発電機出力全設定するこ
とができるのでエネルギのバランスをとることができ、
発電機出力周波数が一定に保たれ、調速機の機能をもた
せることができる。

第１図の実施例は、上記の構成に基づき、下記の効果を
奏する。すなわち発電機出力を直接検出して周波数制御
を行うため発電機の出力及び周波数を共に一定に維持す
ることができ、従来の発電機周波数を検出して制御する
ものに比べて応答性及び制御精度の向上をはかることが
できる。また原動機入力が変化する場合にも、原動機入
力に見合った発電機出力を設定することができるので、
エネルギのバランスをとシ、発電機周波数を一定に維持
することができる。

さらに独立した調速機を備えていないので、発電装置全
体の価格の低減をはかることができ、特に小容量機につ
いては調速機に相当する機器価格がほぼ半減される。ま
た使用部品に可動部がないので給油及び日常点検が不要
であシ、このため維持管理が容易であって精密点検周期
及び所要工数がほぼ半減される。一方、従来の調速機で
はメーカーの専門技術者が出向いて点検、調整、修理等
をしていたが、この装置では構成部品が少ないので、フ
ォールトインジケータを付加すれば、専門技術者を煩わ
さなくともマニュアルに基づいて維持管理が可能である
。また原動機として水車全使用し単独運転をする場合に
は、フライホイールが不要であるので発電機及び水車の
構造が簡単になり、それに伴って価格が低下する。容量
によるが、例えば２０〜３０チの価格低下を期待するこ
とができる。

（発明の効果） この出願の第１の発明によれば、発電機出力を直接検出
して周波数制御を行うため発電機の出力及び周波数を共
に一定に維持することができ、従来の発電機周波数を検
出して制御するものに比べて応答性及び制御精度の向上
をはかることができる。

また第２の発明によれば、原動機入力が変化する場合に
も、原動機入力に見合った発電機出力を設定することが
できるので、エネルギのバ、ランス金と９、発電機周波
数を一定に維持することができる。

さらに両発明を通じて、独立した調速機を設けなくてす
み、使用部品に可動部がないゃで、調速機に相当する機
器価格の低減をはかることができ、保守管理が容易で１
、かつ経済的である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの出願の発明に係る発電機の制御装置の一実
施例のブロック図、第２図は従来の発電機周波数の制御
装置のブロック図である。 符号の説明 １：電力検出器、２：出力設定器、３：出力増幅器、４
：位相制御器、５：出力調整器、６：ダミー負荷、７：
周波数検出器、８：周波数設定器、９：周波数修正増幅
器、Ｇ：発電機、Ｗ二水車、ＰＴ：計器用変圧器、ＣＴ
：計器用変流器。 代　理　人　　松　　家　　健　　− 第２因

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）原動機によつて駆動される発電機の制御装置であ
   つて、 発電機出力の検出装置と、 前記検出装置の検出信号と出力設定信号とを比較して制
   御信号を発生する装置と、 前記制御信号によつて制御される発電機出力の調整装置
   と、 前記出力調整装置の出力が供給されるダミー負荷と、 を備える発電機の制御装置。
2. （２）原動機によつて駆動される発電機の制御装置であ
   つて、 発電機出力の検出装置と、 前記検出装置の検出信号と出力設定信号とを比較して制
   御信号を発生する装置と、 前記制御信号によつて制御される発電機出力の調整装置
   と、 前記出力調整装置の出力が供給されるダミー負荷と を備え、 前記出力設定信号は、出力設定値と発電機周波数の変化
   を検出した信号に基づいて形成される補正信号とよりな
   る 発電機の制御装置。