JP4480777B2 - 可変速同期発電電動機 - Google Patents
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Description
又、例えば特許文献1に示すように、可変速同期発電電動機を用いた可変速揚水発電システムにおいては、揚水運転と発電運転それぞれに最適な可変速幅を設定することが行われているが、可変速幅はあらゆる発電出力または揚水入力に対して設定された値に固定されており、運転状態に関係なく常に一定で運用されている。
可変速揚水発電システムは揚水運転時にもAFC運転を実現するために導入されるので、それに適用される可変速同期発電電動機の可変速幅は、揚水運転時のAFC容量から決まってくる。
例えば、同期速度にて300MWのポンプ入力を必要とし、その入力は回転数の3乗に比例するポンプ水車を想定し、その可変速幅を同期速度の上下10%に設定すれば、300MW×(1.13−0.93)=399.3MW−218.7MW=180.6MWのAFC容量が確保できることになる。
可変速同期発電電動機を定格速度の±10%で運転するには、可変周波数電力変換器は定格周波数の±10%の周波数(滑り周波数と呼ばれる)の電圧を可変速同期発電電動機の回転子巻線に印加することが必要になる。50Hz系統であれば±5Hzの周波数の励磁電圧を出せなければならない。
このことから、可変周波数電力変換器の所要最大出力電圧は、399.3MWの揚水運転するのに必要な励磁電流に回転子巻線のインピーダンスを乗じた電圧となる。何故ならば、励磁電流の大きさは399.3MW入力のときに最大となり、回転子インピーダンスは印加される周波数にほぼ比例するので+5Hzの時に最大となるからである。
最小ポンプ入力218.7MWの運転時の回転数は−5%になるので、回転子の励磁周波数も負の最大になり回転子巻線のインピーダンスも最大になるが、励磁電流が少なく可変周波数電力変換器の出力電圧も少なくて済むので、励磁装置の所要最大出力電圧を決定する要因にはならない。
従って、ポンプ水車の水車効率はポンプ水車性能特性から、回転速度が低いほど高いことがわかっているので出来るだけ低い回転速度で運転するのが好ましいのはわかっているが、回転速度は可変速幅の下限により制限されているので可変速幅の下限の速度に固定して運転するケースが多い。
一方、ポンプ水車の水車出力即ち可変速同期発電電動機の電気出力が低い場合には、励磁電流の大きさが小さくて済むので、励磁電圧には余裕があり、更に回転数を下げて励磁電圧を大きく出来る。即ち、出力が低い場合には回転速度は更に下げることが可能である。
揚水運転時においても、同様に低揚水入力運転の場合即ち回転数が低い場合には可変速幅の下限を小さく出来るので、更に小さな揚水入力での運転が可能になる。言い換えればAFC容量を更に大きく出来るメリットも生じる。
よって、ポンプ水車の水車出力の全域に亘って一定の可変速幅で運転するということは、水車出力の低い領域での効率向上の機会を逸していると言えるし、揚水運転時の場合にはAFC量の拡大の機会を逸していると言える。
言い換えれば、可変速同期発電電動機による可変速揚水発電システムには、水車運転時又は揚水運転時の低回転速度領域の発電効率や揚水AFC量を改善できるという課題があった。
以下、この発明の実施の形態1を図1に基づいて説明する。
図1において、可変速同期発電電動機1は、その回転子をポンプ水車2によって駆動され、その固定子巻線は発電機母線3及び主変圧器4を通じて電力系統5に接続されている。交流励磁装置6は励磁変圧器7を経由して発電機母線3から給電され、系統周波数と回転数の差に相当する周波数を持った交流励磁電流を可変速同期発電電動機1の回転子巻線に供給する。電力変換器8は発電機母線3に接続された計器用変成器9の2次側信号から可変速同期発電電動機1の出力を検出する。電力制御回路10は電力変換器8で検出された出力が電力指令値設定器11の信号に合致するような制御信号を発生し交流励磁装置6に与えその出力で可変速同期発電電動機1の出力を調整する。可変速同期発電電動機1の出力はその回転数を下げてエネルギーの放出、或いはその回転数を上昇させ系統からのエネルギーを吸収することにより瞬時に調整できる。これが可変速同期発電電動機の最大の特徴である。
電力制御回路10には系統周波数検出器18で検出した系統周波数と基準周波数設定器19からの基準周波数を取り込み、電力指令値と実電力の偏差に速度垂下率特性を付加した制御信号を交流励磁装置6に与え、可変速同期発電電動機1が電力系統5の状態に適した出力を自動的に出せるような構成にしてある。
図1の回転数設定器12を、具体例として同期速度600rpm、可変速幅±4%、出力300MWの可変速同期発電電動機1の最適回転数について図2により説明する。
最適回転数は従来から図2のAに示すように電力指令値に無関係に可変速幅の下限である576rpm一定に設定されている。一方、図1の交流励磁装置6の性能の一つに許容最大出力電圧があり、可変速同期発電電動機1の可変速幅はこの電圧によって決まっていると言える。
Vex≦Vr・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式1
但し、
Vr:交流励磁装置6の定格出力電圧
Vex:励磁電圧
Vex=If・(Rf+j・2・π・fex・Lf)・・・・・・・・・・・・・・・式2
但し、
If:励磁電流=励磁装置の出力電流(A)
Rf:可変速同期発電電動機1の回転子巻線の抵抗(Ω)
Lf:可変速同期発電電動機1の回転子巻線のインダクタンス(H)
fex:励磁電流の周波数(滑り周波数とも言う)(Hz)
fex=fs-f0・N/Ns・・・・・・・・・・・・・・・・・式3
但し、
fs:系統周波数(Hz)
fo:系統の基準周波数(50Hz 又は 60Hz)
Ns:可変速同期発電電動機1の同期速度(rpm)
N:可変速同期発電電動機1の回転速度(rpm)
B:N1=15×Pref(pu)+561(rpm)
この新最適回転数Bで運転できるようにして部分負荷時の発電効率を向上することが出来る。例えば、定格300MWの揚水発電機の場合に、1年間で1000MWH規模の発電量の増加が見込める。
上記実施の形態1では電力指令値により最適回転数を設定する場合を述べたが、可変速同期発電電動機1が定格無効電力を送電している場合を前提としている。
実施の形態2においては、図3に示すように無効電力検出器21を設け、無効電力が定格以下で少ない場合には励磁電流も少なくて済むので、その分可変速幅を更に拡大するように補正し部分負荷時の発電効率を向上する制御方式を提供する。
図4にその動作例を示す。実施の形態1にて説明した新最適回転数"N=15 × Pref(pu) +561(rpm)"を、実無効電力Qact(mvar), 定格無効電力Qrate(mvar)を使って補正することにより、新最適回転数N2(rpm)を次式で決定するものとする。
新最適回転数 N2(rpm)=15 × Pref(pu)+561(rpm)−k × (Qrate−Qact)
ただし、kは定数とする。
Qact=Qrateの場合には図4に示すカーブCとなって実施の形態1のカーブBと同じになる。
カーブC:N2(rpm)=15 × Pref(pu)+561(rpm)
Qact=0場合には図4に示すカーブDとなり、回転数指令値が"k × Qrate"だけ小さくなるのでより高効率運転が出来る。
カーブD:N2(rpm)=15 × Pref(pu)+561(rpm) −k × Qrate
上記実施の形態1では電力指令値により最適回転数を設定する場合を述べたが、可変速同期発電電動機1が定格力率で送電している場合を前提としている。
実施の形態3においては、図5に示すように力率検出器22を設け、力率が1に近い場合には励磁電流も少なくて済むので、その分可変速幅を更に拡大するように補正し部分負荷時の発電効率を向上する制御方式を提供する。
図6にその動作例を示す。実施の形態1にて説明した新最適回転数"N=15 × Pref(pu) +561(rpm)"を 実力率Pfact(%), 定格力率Pfrate(%)を使って補正することにより、新最適回転数N3(rpm)を次式で決定するものとする。
新最適回転数 N3(rpm)=15 × Pref(pu)+561(rpm)−k × (Pfact−Pfrate)
ただし、kは定数とする。また、Pfactは、Pfrate(%)<Pfact(%)<100(%)となる様に運転されるものとする。
Pfact=Pfrateの場合には、図6に示すカーブEとなって実施の形態1のカーブBと同じになる。
カーブE: N3(rpm)=15 × Pref(pu)+561(rpm)
Pfact=100(%)の場合には、図6に示すカーブFとなり、回転数指令値が"k×(100−Pfrate)"だけ小さくなるのでより高効率運転が出来る。
カーブF:N3(rpm)=15 × Pref(pu)+561(rpm) −k × (100−Pfrate)
上記実施の形態1では電力指令値により最適回転数を設定する場合を述べたが、実施の形態4においては、図7に示すように、励磁電流検出器23を設け、系統周波数及び励磁電流を基に最適回転数を設定して部分負荷時の発電効率を向上する制御方式を提供する。
発電運転中の回転数は前記式1、式2、式3から、機器の定数及び運転時の励磁電流及び系統周波数から制限されていることが解る。式2に式3を代入すると式4のとおりとなる。
Vex=If・(Rf+j・2・π・(fs-f0・N/Ns)・Lf) ・・・・・・・・・・式4
通常は系統周波数は基準周波数とほぼ同じなので、fs=f0=1pu=60Hz or 50Hzとし、Rfは小さいので無視すると式4は式5の通りとなる。
Vex=If・(2・π・f0・(Ns-N)/Ns)・Lf・・・・・・・・・・式5
式5をNについて解くと式6になる。
N=Ns−Ns・Vex/(2πf0Lf))・1/If ・・・・・・式6
式6において、Vexを定格値に固定すると式7の通りとなる。
N=K1-K2/If・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式7
但し、K1=Ns K2=Ns・Vex/(2πf0Lf)
仮に、If=0.1(pu)の時に回転数が561rpmでIf=1.0(pu)の時に576rpmとすると式7は式8のようになる。
N=577.67-1.67/If・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・式8
式8は図8の新最適回転数G
G:N4=577.67-1.67/If(rpm)
のようになる。
上記実施の形態1では電力指令値により最適回転数を設定する場合を述べたが、これは発電出力の全域において効率が良くなる運転方式を目指している。従って、発電運転中の実回転数は可変速幅の下限にて運転しているので、電力増指令を受けた場合には図1の電力制御回路10は直ぐに回転数を下げて回転エネルギーを放出することにより電気出力を出そうと働くが、電力制御回路10の中の可変速幅逸脱防止機能により、図2に示す新最適回転数B以下にはならないように電力増指令が補正される。その結果、電力は速度制御回路13、サーボモータ14、ポンプ水車2、水路系、及びガバナの特性により比較的ゆっくりした応答速度で増加することになる。
言い換えれば、可変速機の最大の特長である回転エネルギーの活用が制限され電力制御の応答速度が犠牲になっている。
実施の形態5では、発電運転の効率を少し犠牲にして電力制御の応答速度を向上する制御方式を提供する。具体的には図9にて説明する。図2で設定された新最適回転数Bを+αだけ補正して下記の最新最適回転数Hを設ける。
H:N5=15×Pref(pu)+561(rpm)+α
従って、発電運転中の実回転数は最新最適回転数Hになるように制御され、新最適回転数B以下にはならないように制限される。言い換えれば、新最適回転数Bは可変速幅下限回転数となる。
今、図9において時刻T0にて電力指令値P0をP1に増加すると、実回転数は図2の新最適回転数Bになるように制御されており、回転数はこのカーブ以下には下げられないので、実電力は図1に示す速度制御回路13、サーボモータ14、ポンプ水車2、及び水路系の比較的ゆっくりした応答速度で図9の実電力1に示すようにP0からP1へゆっくりと増加することになる。実回転数は電力指令値が瞬時に増加するので最適回転数指令値も瞬時にNoからN1に上昇するが実回転数は可変速幅の下限の状態にあるので、更に下げることは出来ず、P1のときの最適回転数N1に向かって図9に示す実回転数1のように増加する。この回転数の増加速度は水路系及びガバナ系の応答速度で決まり、従来の同期機を使った発電運転の場合の動きと同じである。
今、図9において時刻T0にて電力指令値P0をP1に増加すると、可変速同期発電電動機1は回転エネルギーを瞬時に系統に放出するので実回転数はN2から実回転数2の様に新可変速幅下限回転数を下回らない範囲で一旦低下しP1に対応する最適回転数N3に増加する。従って、実電力は実電力2の様に瞬時に増加する。これはあらかじめ最新最適回転数Hを新最適回転数B即ち可変速幅下限回転数をよりも+αだけ上方に設定してあったから可能になったものである。このような応答速度の高い電力制御方式は電力系統5の安定化に貢献できる。
上記実施の形態2では電力指令値により最適回転数を設定し、無効電力が定格以下で少ない場合には励磁電流も少なくて済むので、無効電力の量に応じて可変速幅を更に拡大するように補正し部分負荷時の発電効率を向上する制御方式を提供する場合を述べたが、これは発電出力の全域において効率が良くなる運転方式を目指している。
従って、発電運転中の回転数はその時々の無効電力の大きさによって、図4の新最適回転数C、又は、新最適回転数D、或いはその中間などの許される最下限の最適回転数で運転しているので、電力増指令を受けた場合には図3の電力制御回路10は直ぐに回転数を下げて回転エネルギーを放出することにより電気出力を出そうと働くが、電力制御回路10の中の可変速幅逸脱防止機能により、図3に示す最適回転数以下にはならないように電力増指令が補正される。その結果、電力は速度制御回路13、サーボモータ14、ポンプ水車2、水路系、及び、ガバナの特性による比較的ゆっくりした応答速度で増加することになる。
言い換えれば、可変速機の最大の特長である回転エネルギーの活用が制限され電力制御の応答速度が犠牲になっている。
I:N6=15×Pref(pu)+561(rpm)- k×(Q(rate)-Q(mvar)) +α
但し、Q(mvar)= Q(rate)の場合 k:係数
J:N6=15×Pref(pu)+561(rpm)- k×(Q(rate)-Q(mvar)) +α
但し、Q(mvar)=0の場合
従って、発電運転中の実回転数はその時々の無効電力の量に応じて最新最適回転数I、又は最新最適回転数J、或いはその中間になるように制御され、新最適回転数C又はD或いはその中間以下にはならないように制限される。
言い換えれば、新最適回転数C又はD或いはその中間が可変速幅下限回転数となる。
今、図10において時刻T0にて電力指令値P0をP1に増加すると、もし、図4の様に実回転数が新最適回転数Cになるように制御されている場合には、回転数はこのカーブ以下には下げられないので、実電力は図3に示す速度制御回路13、サーボモータ14、ポンプ水車2、及び水路系の比較的ゆっくりした応答速度で図10の実電力1に示すようにP0からP1へゆっくりと増加することになる。実回転数は電力指令値が瞬時に増加するので最適回転数指令値も瞬時に上昇するが実回転数は可変速幅の下限の状態にあるので、更に下げることは出来ず、P1のときの最適回転数N1に向かって図10に示す実回転数1のように増加する。この回転数の増加速度は水路系及びガバナ系の応答速度できまり、従来の同期機を使った発電運転の場合の動きと同じである。
今、図10において時刻T0にて電力指令値P0をP1に増加すると、可変速同期発電電動機1は回転エネルギーを瞬時に系統に放出するので実回転数はN2から実回転数2の様に一旦低下しP1に対応する最適回転数N3に増加する。従って実電力は実電力2の様に瞬時に増加する。これはあらかじめ最新最適回転数Jを新最適回転数D即ち可変速幅下限回転数よりも+αだけ上方に設定してあったから可能になったものである。このような応答速度の高い電力制御方式は電力系統5の安定化に貢献できる。
上記実施の形態3では電力指令値により最適回転数を設定し、力率が1の場合には無効電力も少なく励磁電流も少なくて済むので、力率の大きさに応じて可変速幅を更に拡大するように補正し部分負荷時の発電効率を向上する制御方式を提供する場合を述べたが、これは発電出力の全域において効率が良くなる運転方式を目指している。
従って、発電運転中の回転数はその時々の力率の大きさによって、図6の新最適回転数E、又は、新最適回転数F、或いはその中間などの許される最下限の最適回転数で運転しているので、電力増指令を受けた場合には図5の電力制御回路10は直ぐに回転数を下げて回転エネルギーを放出することにより電気出力を出そうと働くが、電力制御回路10の中の可変速幅逸脱防止機能により、図6に示す最適回転数以下にはならないように電力増指令が補正される。その結果、電力は速度制御回路13、サーボモータ14、ポンプ水車2、水路系、及び、ガバナの特性による比較的ゆっくりした応答速度で増加することになる。
言い換えれば、可変速機の最大の特長である回転エネルギーの活用が制限され電力制御の応答速度が犠牲になっている。
K:N7=15×Pref(pu)+561(rpm)- k×Pf+α
但しPf=Pf(rate)の場合 k:係数
L:N7=15×Pref(pu)+561(rpm)- k×Pf+α
但しPf=1の場合 k:係数
従って、発電運転中の実回転数はその時々の力率の大きさに応じて最新最適回転数K、又は最新最適回転数L、或いはその中間になるように制御され、新最適回転数E又はF或いはその中間以下にはならないように制限される。
言い換えれば、新最適回転数E又はF或いはその中間が可変速幅下限回転数となる。
今、図11において時刻T0にて電力指令値P0をP1に増加すると、もし、図6の様に実回転数が新最適回転数Fになるように制御されている場合には、回転数はこのカーブ以下には下げられないので、実電力は図5に示す速度制御回路13、サーボモータ14、ポンプ水車2、及び水路系の比較的ゆっくりした応答速度で図11の実電力1に示すようにP0からP1へゆっくりと増加することになる。実回転数は電力指令値が瞬時に増加するので最適回転数指令値も瞬時に上昇するが実回転数は可変速幅の下限の状態にあるので、更に下げることは出来ず、P1のときの最適回転数N1に向かって図11に示す実回転数1のように増加する。この回転数の増加速度は水路系及びガバナ系の応答速度できまり、従来の同期機を使った発電運転の場合の動きと同じである。
今、図11において時刻T0にて電力指令値P0をP1に増加すると、可変速同期発電電動機1は回転エネルギーを瞬時に系統に放出するので実回転数はN2から実回転数2の様に一旦低下しP1に対応する最適回転数N3に増加する。従って実電力は実電力2の様に瞬時に増加する。これはあらかじめ最新最適回転数Lを新最適回転数F即ち可変速幅下限回転数よりも+αだけ上方に設定してあったから可能になったものである。このような応答速度の高い電力制御方式は電力系統5の安定化に貢献できる。
上記実施の形態4では電力指令値により最適回転数を設定し、励磁電流の大きさに応じて可変速幅を更に拡大するように補正し部分負荷時の発電効率を向上する制御方式を提供する場合を述べたが、これは発電出力の全域において効率が良くなる運転方式を目指している。
従って、発電運転中の実回転数は可変速幅の下限にて運転しているので、電力増指令を受けた場合には図7の電力制御回路10は直ぐに回転数を下げて回転エネルギーを放出することにより電気出力を出そうと働くが、電力制御回路10の中の可変速幅逸脱防止機能により、図8に示す新最適回転数G以下にはならないように電力増指令が補正される。その結果、電力は速度制御回路13、サーボモータ14、ポンプ水車2、水路系、及びガバナの特性により比較的ゆっくりした応答速度で増加することになる。
言い換えれば、可変速機の最大の特長である回転エネルギーの活用が制限され電力制御の応答速度が犠牲になっている。
実施の形態8では、発電運転の効率を少し犠牲にして電力制御の応答速度を向上する制御方式提供する。具体的には図12にて説明する。実施の形態4で設定された新最適回転数Gを+αだけ補正して下記の最新最適回転数Mを設ける。
M:N8=577.67-1.67/If(rpm)+α
従って、発電運転中の実回転数は最新最適回転数Mになるように制御され、新最適回転数G以下にはならないように制限される。言い換えれば、新最適回転数Gは可変速幅下限回転数となる。
今、図12において時刻T0にて電力指令値P0をP1に増加すると、実回転数は図8の新最適回転数Gになるように制御されており、回転数はこのカーブ以下には下げられないので、実電力は図7に示す速度制御回路13、サーボモータ14、ポンプ水車2、及び 水路系の比較的ゆっくりした応答速度で図12の実電力1に示すようにP0からP1へゆっくりと増加することになる。実回転数は電力指令値が瞬時に増加するので最適回転数指令値も瞬時にNoからN1に上昇するが実回転数は可変速幅の下限の状態にあるので、更に下げることは出来ず、P1のときの最適回転数N1に向かって図12に示す実回転数1のように増加する。この回転数の増加速度は水路系及びガバナ系の応答速度できまり、従来の同期機を使った発電運転の場合の動きと同じである。
今、図12において時刻T0にて電力指令値P0をP1に増加すると、可変速同期発電電動機1は回転エネルギーを瞬時に系統に放出するので実回転数はN2から実回転数2の様に新可変速幅下限回転数を下回らない範囲で一旦低下しP1に対応する最適回転数N3に増加する。従って実電力は実電力2の様に瞬時に増加する。これはあらかじめ最新最適回転数Mを新最適回転数G即ち可変速幅下限回転数をよりも+αだけ上方に設定してあったから可能になったものである。このような応答速度の高い電力制御方式は電力系統5の安定化に貢献できる。
上記実施の形態1は可変速同期発電電動機1による可変速揚水発電システムの発電運転時の低回転速度領域における可変速幅を拡大して部分負荷効率を向上した運転ができる制御方法を得ることを目的としている。
しかし、実施の形態9は、揚水運転時の低入力領域、即ち、低回転速度領域において可変速幅を拡大してAFC容量の拡大,揚水始動時の加速回転数の上限を下げることによる始動装置の容量低下、揚水停止時の解列回転数を下げ遮断電力を低下し接点の劣化の低減に貢献する可変速同期発電電動機の制御方式を得ることを目的としている。
図13において可変速同期発電電動機1は、回転子でポンプ水車2を駆動し、その固定子巻線は発電機母線3及び主変圧器4を通じて電力系統5に接続されている。交流励磁装置6は励磁変圧器7を経由して発電機母線3から給電され、系統低周波と回転数の差に相当する周波数を持った交流励磁電流を可変速同期発電電動機1の回転子巻線に供給する。電力変換器8は、発電機母線3に接続された計器用変成器9の2次側信号から可変速同期発電電動機1の入力を検出する。電力制御回路10は、電力変換器8で検出された出力が電力指令値設定器11の信号に合致するような制御信号を発生し交流励磁装置6に与えその出力で可変速同期発電電動機1の入力を調整する。可変速同期発電電動機1の入力はその回転数を下げてエネルギーの放出、或いはその回転数を上昇させ系統からのエネルギーを吸収することにより瞬時に調整できる。これが可変速同期発電電動機の最大の特徴である。
電力制御回路10には系統周波数検出器18で検出した系統周波数と基準周波数設定器19からの基準周波数を取り込み、電力指令値と実電力の偏差に速度垂下率特性を付加した制御信号を交流励磁装置6に与え可変速同期発電電動機1が電力系統5の状態に適した入力を自動的に取り込むような構成にしてある。例えば安定した揚水運転中に、系統の負荷変動により系統周波数が下がれば、可変速同期発電電動機1は入力を自動的に減じて系統周波数の回復に寄与するように構成されている。
通常の運転は図14において給電指令所から電力指令値設定器11を介して電力指令値が与えられると、電力変換器8からの実入力信号との偏差がなくなるように電力制御回路10が交流励磁装置6を制御して、入力が指令値になるようになされる。尚、設計誤差を含む何等かの原因により回転数が揚水最低回転数を外れると回転数制御回路24が電力制御指令を補正して最適回転数から外れないように運転される。
通常、給電指令所からの電力指令値は系統の状況を判断して与えられるが、図14の揚水最適回転数が可変速幅の上下限を超えないように与えられる。しかし、揚程の変動などにより回転数が可変速幅の上下限を逸脱しそうになると、図13の電力制御回路10の中に備えている可変速幅逸脱防止機能が働き逸脱を未然に防止するように運転される。
可変速幅は一般に図14に示す様に揚水入力の如何に関わらず、交流励磁装置6の定格電圧Vrを超えない一定の回転子周波数即ち回転数によって決められている。
図14から、運転点P1においては、回転数が可変速幅の下限で回転子周波数は最大になるが、揚水入力が小さいので励磁電流は運転点P2よりも少ないことがわかる。
従って、揚水入力指令値が低い領域では、例えば図14における新可変速幅下限カーブBの運転点P3のように可変速幅を拡大しても交流励磁装置6の定格電圧の範囲内で運転できる。
1.揚水AFC幅の下限側入力が拡大することにより、AFC容量が増加するので系統の安定化に貢献できる。
2.サイリスタ始動装置による揚水始動を行う場合には加速すべき回転数を低く出来るのでサイリスタ始動装置の容量を削減できる。
3.揚水停止時、回転数を下げることにより入力を絞れるので、並列用遮断器の遮断電流が小さくなり接点の寿命を延長するのに貢献できる。
上記実施の形態9では電力指令値により可変速幅下限カーブを設定する場合を述べたが、可変速同期発電電動機1が定格無効電力を運転している場合を前提としている。
実施の形態10においては、図15に示すように無効電力検出器26を設け、無効電力が定格以下で少ない場合には励磁電流も少なくて済むので、その分可変速幅下限を更に拡大するように補正し、低入力時の最小回転数を拡大する制御方式を提供する。
図16にその具体例を示す。実無効電力Qactが定格無効電力Qrateの場合には、新可変速幅下限カーブCのようになり、実施の形態9の場合における新可変速幅下限カーブBと変わらないが、実無効電力Qactが定格以下の場合にはその差に比例して新最適回転数を下方に補正し、実無効電力Qactが0の場合には新可変速幅下限カーブDのように補正して低入力時の最小回転数を拡大する。
上記実施の形態9では電力指令値により可変速幅下限を設定する場合を述べたが、可変速同期発電電動機1が定格力率で運転している場合を前提としている。
実施の形態11においては、図17に示すように力率検出器27を設け、力率が1に近い場合には励磁電流も少なくて済むので、その分可変速幅を更に拡大するように補正し部分負荷時の発電効率を向上する制御方式を提供するものである。
図18にその具体例を示す。実力率Pfactが定格力率Pfrateの場合には、新可変速幅下限カーブEのようになり、実施の形態9の場合における可変速幅下限カーブBと変わらないが、実力率Pfactが1に近い場合には定格力率との差応じて可変速幅下限カーブを下方に補正し、実力率Pfactが1の場合には新可変速幅下限カーブFのように補正して低入力時の最小回転数を拡大する。
上記実施の形態9では電力指令値により可変速幅下限カーブを設定する場合を述べたが、実施の形態12においては、図19に示すように、励磁電流検出器28を設け系統周波数及び励磁電流を基に可変速幅下限カーブを設定して低入力時の最小回転数を拡大する制御方式を提供する。
揚水運転中の回転数は前記式1、式2、式3から、機器の定数及び運転時の励磁電流及び系統周波数から制限されていることが解る。発電運転の場合での実施の形態4と同様に式を変形して、式8を得る。式8は図20の新可変速下限カーブGのようになる。
2:ポンプ水車
3:発電機母線
4:主変圧器
5:電力系統
6:交流励磁装置
7:励磁変圧器
8:電力変換器
9:計器用変成器
10:電力制御回路
11:電力指令値設定器
12:回転数設定器
13:速度制御回路
14:サーボモータ
15:ガイドベーン開度検出器
16:落差検出器
17:ガイドベーン開度設定器
18:系統周波数検出器
19:基準周波数設定器
20:実回転数検出器
21:無効電力検出器
22:力率検出器
23:励磁電流検出器
24:回転数制御回路
25:揚程設定器
26:無効電力検出器
27:力率検出器
28:励磁電流検出器
Claims (9)
- ポンプ水車に結合されて発電運転モードまたは揚水運転モードに切り替えて運転する可変速同期発電電動機であって、
励磁電流を変化させることにより、可変速同期発電電動機が出力する電力が指令値に一致するように、かつ回転数が上限値と下限値の間に入るように制御する制御装置を備え、
発電運転モードにおいて、前記下限値を可変速同期発電電動機が出力する有効電力により変化させ、有効電力が小さい場合に有効電力が大きい場合よりも前記下限値を小さくすることを特徴とする可変速同期発電電動機。 - 発電運転モードにおいて、前記下限値を可変速同期発電電動機が出力する無効電力により変化させ、無効電力が小さい場合に無効電力が大きい場合よりも前記下限値を小さくすることを特徴とする請求項1に記載の可変速同期発電電動機。
- 発電運転モードにおいて、前記下限値を可変速同期発電電動機が出力する電力の力率により変化させ、力率が大きい場合に力率が小さい場合よりも前記下限値を小さくすることを特徴とする請求項1に記載の可変速同期発電電動機。
- 発電運転モードにおいて、前記下限値を励磁電流により変化させ、励磁電流が小さい場合に励磁電流が大きい場合よりも前記下限値を小さくすることを特徴とする請求項1に記載の可変速同期発電電動機。
- 前記制御装置が前記回転数を目標値と一致するように制御するものであり、
発電運転モードにおいて、前記目標値を前記下限値よりも所定値だけ大きくすることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の可変速同期発電電動機。 - 揚水運転モードにおいて、前記下限値を可変速同期発電電動機に入力される有効電力により変化させ、有効電力が小さい場合に有効電力が大きい場合よりも前記下限値を小さくすることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の可変速同期発電電動機。
- 揚水運転モードにおいて、前記下限値を可変速同期発電電動機に入力される無効電力により変化させ、無効電力が小さい場合に無効電力が大きい場合よりも前記下限値を小さくすることを特徴とする請求項6に記載の可変速同期発電電動機。
- 揚水運転モードにおいて、前記下限値を可変速同期発電電動機に入力される電力の力率により変化させ、力率が大きい場合に力率が小さい場合よりも前記下限値を小さくすることを特徴とする請求項6に記載の可変速同期発電電動機。
- 揚水運転モードにおいて、前記下限値を励磁電流により変化させ、励磁電流が小さい場合に励磁電流が大きい場合よりも前記下限値を小さくすることを特徴とする請求項6に記載の可変速同期発電電動機。
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