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JPH0768938B2 - Variable speed power generation system - Google Patents
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JPH0768938B2 - Variable speed power generation system - Google Patents

Variable speed power generation system

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JPH0768938B2
JPH0768938B2 JP63098349A JP9834988A JPH0768938B2 JP H0768938 B2 JPH0768938 B2 JP H0768938B2 JP 63098349 A JP63098349 A JP 63098349A JP 9834988 A JP9834988 A JP 9834988A JP H0768938 B2 JPH0768938 B2 JP H0768938B2
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  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Control Of Water Turbines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、交流励磁型可変速発電機を用いた可変速発電
システムに係り、特に、水車を原動機とした発電システ
ムに好適な可変速発電システムの制御方式に関する。
The present invention relates to a variable speed power generation system using an AC excitation type variable speed power generator, and particularly to a variable speed power generation suitable for a power generation system using a water turbine as a prime mover. Regarding the control method of the system.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

水車システム、特にポンプ水車を用いた揚水発電システ
ムなどでは、それらが接続される電力系統の周波数とは
独立に、その水車を可変速運転するのが望ましい場合が
あり、このことは、最近のパワーエレクトロニクス及び
制御技術の発展により、種々の可変速発電システム、特
に水車を原動機とした発電システム、或いはポンプ水車
を用いた可変速揚水発電システムの実現という形で具体
化されるようになつてきている。
In turbine systems, especially pumped-storage power generation systems that use pump turbines, it may be desirable to operate the turbine at variable speeds independently of the frequency of the power system to which they are connected. With the development of electronics and control technology, it has come to be embodied in the form of realizing various variable speed power generation systems, particularly power generation systems using turbines as prime movers, or variable speed pumped storage power generation systems using pump turbines. .

ところで、この種の従来技術としては、例えば、「日立
評論」のVol.68(1986)p.653〜658に開示されている可
変速発電システムがあり、以下、この従来技術について
説明すると、この従来技術は、第4図に示すように、交
流電力系統に接続された交流励磁形の可変速発電機1を
備え、この可変速発電機1が、これに直結された水車3
を原動機として駆動され、交流電力系統に電力を供給す
るようになつている。
By the way, as this type of conventional technology, for example, there is a variable speed power generation system disclosed in Vol.68 (1986) p.653 to 658 of "Hitachi Commentary". As shown in FIG. 4, the conventional technique includes an AC excitation type variable speed generator 1 connected to an AC power system, and the variable speed generator 1 is directly connected to the turbine 3.
It is driven as a prime mover and supplies power to the AC power system.

可変速発電機1は、電力系統から変圧器5とサナクロコ
ンバータ7を介して供給される、電力系統とは独立した
周波数の3相交流電流I2により励磁されるようになつて
おり、これにより可変速発電機として機能するようにな
つている。なお、この励磁電流I2はコレクタリング6を
介して可変速発電機1の回転子に供給されるようになつ
ている。
The variable speed generator 1 is adapted to be excited by a three-phase alternating current I 2 having a frequency independent of the power system, which is supplied from the power system via the transformer 5 and the sanacro converter 7. This allows it to function as a variable speed generator. The exciting current I 2 is supplied to the rotor of the variable speed generator 1 via the collector ring 6.

可変速発電機1には、さらに位相検出器2が直結されて
おり、これにより電力系統の電圧位相に対する可変速発
電機1の回転子位相の差が検出されるようになつてい
る。なお、このときの電力系統の電圧位相は、電圧検出
器4により検出され、位相検出器2に入力されるように
なつている。
Further, a phase detector 2 is directly connected to the variable speed generator 1, so that the difference between the rotor phase of the variable speed generator 1 and the voltage phase of the power system can be detected. The voltage phase of the power system at this time is detected by the voltage detector 4 and input to the phase detector 2.

サイクロコンバータ7は電流指令発生器9により制御さ
れ、これにより所定の交流励磁電流I2が可変速発電機1
に供給されることになるが、このため、電流指令発生器
は9は、位相検出器2から入力される位相差データと、
d軸成分電流指令発生器13からのd軸電流指令値ID
それにq軸電流指令発生器15から与えられるq軸電流指
令値Iqとにより電流指令値I2 を演算し、それをサイ
クロコンバータ7に入力するようになつている。
The cycloconverter 7 is controlled by the current command generator 9, so that a predetermined AC exciting current I 2 is generated in the variable speed generator 1.
Therefore, the current command generator 9 outputs the phase difference data input from the phase detector 2,
d-axis current command value ID * from the d-axis component current command generator 13,
The q-axis current command value Iq * given from the q-axis current command generator 15 is used to calculate the current command value I 2 * , which is input to the cycloconverter 7.

一方、これと並行して、原動機側の水車3は、水車回転
速度調整信号発生器22の信号をもとに、調速器19、サー
ボ系18を介してガイドベーン17を制御することにより、
所定の回転速度Nに速度制御されることになる。
On the other hand, in parallel with this, the water turbine 3 on the motor side controls the guide vanes 17 via the speed governor 19 and the servo system 18 based on the signal from the water turbine rotation speed adjustment signal generator 22,
The speed is controlled to a predetermined rotation speed N.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

ところで、このような可変速発電システムでは、可変速
発電機1の回転速度の制御は、水車3のガイドベーン17
で行なわれるようになつており、このため、回転速度変
動に対する抑制効果は、あまり期待できない。
By the way, in such a variable speed power generation system, the rotation speed of the variable speed generator 1 is controlled by the guide vanes 17 of the water turbine 3.
Therefore, the effect of suppressing fluctuations in rotation speed cannot be expected so much.

その理由は、そもそも、このシステムでは、可変速運転
を目的としているためであり、従つて、回転速度変動に
より可変速発電機1の回転子の位相が変化しても、それ
は位相検出器2の出力により励磁電流I2の変化となつて
表われ、自動的に回転速度変動に追従し、この結果、回
転速度変動に対する制動力はほとんど発生しないからで
ある。
The reason is that this system is intended for variable speed operation in the first place. Therefore, even if the phase of the rotor of the variable speed generator 1 changes due to fluctuations in the rotation speed, This is because it is represented as a change in the exciting current I 2 by the output and automatically follows the rotation speed fluctuation, and as a result, a braking force with respect to the rotation speed fluctuation is hardly generated.

一方、このような水車発電システムでは、部分負荷時
に、水車に振動、いわゆるセントラル・ホワール振動を
生じ易いが、このとき、可変速発電システムでは、上記
したように、回転速度変動に対する制動力が奇態できな
いため、このホワール振動が起ると、これが水圧脈動を
惹起し、水車トルクの脈動となり、この結果、第7図に
示すように、さらに回転速度変動を増長させ、最終的に
水圧鉄管や水車の破壊につながる虞れを生じる。なお、
この第7図で、ΔHは水圧変動を、そしてNは回転速度
をそれぞれ表わす。
On the other hand, in such a turbine power generation system, vibration, that is, so-called central whirl vibration, is likely to occur in the turbine during partial load. At this time, however, in the variable speed power generation system, as described above, the braking force with respect to the rotation speed fluctuation is abnormal. When this whirl vibration occurs, it causes water pressure pulsation, which results in pulsation of the water turbine torque. As a result, as shown in FIG. There is a risk of destruction of the. In addition,
In FIG. 7, ΔH represents water pressure fluctuation and N represents rotational speed.

しかして、上記従来技術では、このようなセントラル・
ホワール振動に対する配慮が特にされておらず、運転性
に問題があつた。
However, in the above-mentioned conventional technology, such a central
No consideration was given to whirl vibration, and there was a problem with drivability.

他方、この振動の問題については、可変速発電機の有効
電力の制御による対処も考えられるが、この場合には、
制御系でのゲインの制限から、充分な応答が得られず、
このような周期の短い振動の抑制は困難であり、かえつ
て電力の脈動を生じるなどの弊害が現われる場合を生じ
るという問題があつた。
On the other hand, this vibration problem may be dealt with by controlling the active power of the variable speed generator, but in this case,
Due to the gain limitation in the control system, a sufficient response cannot be obtained,
There is a problem in that it is difficult to suppress such short-cycle vibrations, which may cause adverse effects such as pulsation of electric power.

請求項1に記載の発明の目的は、負荷の状態にかかわら
ず、常に安定した回転速度のの維持が可能で、可変速運
転の利点が充分に活用できるようにした可変速発電シス
テムを提供することである。
It is an object of the invention as set forth in claim 1 to provide a variable speed power generation system capable of always maintaining a stable rotation speed regardless of the load condition and making full use of the advantages of variable speed operation. That is.

また、請求項2に記載の発明の目的は、請求項1に記載
の発明にサイクロコンバータを適用することにより、更
にコストや制御安定性の面での改善が図れるようにした
可変速発電システムを提供することである。
Further, the object of the invention described in claim 2 is to provide a variable speed power generation system in which the cycloconverter is applied to the invention described in claim 1 to further improve the cost and control stability. Is to provide.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

請求項1の記載の発明の目的は、可変速発電システムに
おいて、不安定振動発生の虞れのある部分負荷領域で
は、可変速発電機の交流励磁電流の周波数を一定に保持
させるように制御することにより達成される。
The object of the invention described in claim 1 is to control in the variable speed power generation system so that the frequency of the alternating current of the variable speed generator is kept constant in a partial load region where unstable vibration may occur. It is achieved by

請求項2に記載の発明の目的は、可変速発電システムに
おいて、不安定振動発生の虞れのある部分負荷領域で
は、可変速発電機の交流励磁電流の周波数を一定に保持
させるようにエネルギーするようにしたものにおいて、
交流励磁電流を発生させるためにサイクルコンバータを
用いることにより達成される。
The object of the invention as set forth in claim 2 is to energize the variable speed power generation system so as to keep the frequency of the alternating-current excitation current of the variable speed generator constant in a partial load region where unstable vibration may occur. In what you did,
This is achieved by using a cycle converter to generate the alternating excitation current.

〔作用〕[Action]

請求項1の発明によれば、可変速発電気の交流励磁電流
の周波数が一定に保たれる領域があり、このときには、
可変速発電機は同期機として動作することになり、この
ときの電力系統の周波数と交流励磁電流の周波数との差
によって定まる回転速度で定速運転されることになる。
そして、この結果、回転子の回転位相変化、すなわち回
転速度変動に対して、通常の同期機と同じ同期化トルク
を発生し、大きな制動力が現われ、セントラル・ホワー
ル振動などによる不安定振動を充分に抑える作用が得ら
れる。
According to the invention of claim 1, there is a region in which the frequency of the alternating-current exciting current of the variable-speed generator is kept constant.
The variable speed generator will operate as a synchronous machine, and will be operated at a constant speed at a rotation speed determined by the difference between the frequency of the power system and the frequency of the alternating excitation current at this time.
As a result, the same synchronization torque as that of a normal synchronous machine is generated with respect to the rotational phase change of the rotor, that is, the variation of the rotational speed, a large braking force appears, and unstable vibration due to central whirl vibration etc. is sufficiently generated. The effect of suppressing to

また、請求項2の発明によれば、交流励磁電流がサイク
ロコンバータによって供給されるので、更にコスト面や
制御安定性の面で有利になる。
Further, according to the invention of claim 2, since the alternating excitation current is supplied by the cycloconverter, it is more advantageous in terms of cost and control stability.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明による化変速発電システムについて、図示
の実施例により詳細に説明する。
Hereinafter, the compound transmission power generation system according to the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.

第1図は本発明の一実施例で、図において、23は交流系
統、1は交流系統23に接続された可変速発電機、2は位
相検出器で、交流系統23の電流圧位相と可変速発電機1
の電気角で表わした回転角との差に等しいすべり位相を
検出する。位相検出器2の回転子は可変速発電機1の回
転軸に連結されており、更に回転子側には可変速発電機
1の1次巻線と並列に接続された3相巻線が設けられて
いる。一方、位相検出器の固定子側には電気角でπ/2だ
け位相の異なる位置にホールコンバータがそれぞれ1個
設けられていて、可変速発電機1の2次側から見た交流
系統23の電圧と位相が一致した信号cosθとこれよりπ/
2の位相差をもつ信号sinθが該ホールコンバータより検
出される。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In the figure, 23 is an AC system, 1 is a variable speed generator connected to the AC system 23, 2 is a phase detector, and the current pressure phase of the AC system 23 can be changed. Variable speed generator 1
The slip phase equal to the difference from the rotation angle expressed by the electrical angle of is detected. The rotor of the phase detector 2 is connected to the rotary shaft of the variable speed generator 1, and a three-phase winding connected in parallel with the primary winding of the variable speed generator 1 is provided on the rotor side. Has been. On the other hand, on the stator side of the phase detector, one Hall converter is provided at a position where the phase is different by π / 2 in terms of electrical angle, and the Hall converter of the AC system 23 seen from the secondary side of the variable speed generator 1 is provided. A signal cosθ whose phase matches the voltage and π /
A signal sin θ having a phase difference of 2 is detected by the Hall converter.

11は周波数発生器、そして12は切換器であり、位相検出
器2からの信号cosθ,sinθと、周波数発生器11で発生
されている一定周波数信号cosωot,sinωotとが切換器1
2を介して電流指令発生器9に入力される。従つて、こ
の電流指令発生器9には、信号cosθとsinθ、および信
号cosωot,sinωotの双方から選択された一方の信号が
供給されるようになつている。
11 frequency generator, and 12 is a switching unit, the signal cosθ from the phase detector 2, sin [theta and a constant frequency signal cos .omega o t that is generated by the frequency generator 11, sin .omega o t and the switching equipment 1
It is input to the current command generator 9 via 2. Accordance connexion, the current command generator 9, the signal cosθ and sin [theta, and signal cosω o t, sinω o t both one signal selected from the are summer as supplied.

13はd軸成分電流指令発生器で、交流系統23における電
圧実効値の検出値Vと、外部で、オペレータによつて設
定された無効電圧設定値Voとの偏差に基いてd軸成分指
令値Idを発生する。なお、このd軸成分電流指令値Id
とは可変速発電機1の2次電流のうちで、1次側から
みて交流系統23の電圧位相と電気角でπ/2だけ位相を異
にする成分(以下、d軸成分と略す)に対する指令値の
ことで、定常状態では直流値となるものである。ところ
で、この2軸成分電流指令発生器13としては、例えば、
可変速発電機1の無効電力出力と、それに対する設定値
との偏差に応じて上記指令値Idを発生するものとして
もよい。
A d-axis component current command generator 13 is a d-axis component command command based on the deviation between the detected value V of the voltage effective value in the AC system 23 and the reactive voltage setting value V o externally set by the operator. Generates the value Id * . This d-axis component current command value Id
* Is a component of the secondary current of the variable speed generator 1 that differs in phase by π / 2 in electrical angle from the voltage phase of the AC system 23 when viewed from the primary side (hereinafter abbreviated as d-axis component) Is a command value for, and is a DC value in a steady state. By the way, as the two-axis component current command generator 13, for example,
The command value Id * may be generated according to the deviation between the reactive power output of the variable speed generator 1 and the set value for the reactive power output.

15はq軸成分電流指令発生器で、交流系統23の出力検出
値Pと外部からオペレータよつて設定された有効電旅設
定値Poの偏差からq軸成分電流指令値Iq を発生する。
なお、このq軸成分電流指令値はIqとは、可変速発電
機1の2次電流のうち、1次側から見て交流系統23の電
圧位相に等しい成分(以下q軸成分と略す。)に対する
指令値のことで、定常状態では直流値を示すものであ
る。しかして、このq軸成分電流指令発生器15として
は、例えば可変速発電機1のトルク、回転数、もしくは
交流系統23の周波数の設定値と出力検出値Pとの偏差に
応じて前期指令値Iq を発生するものとしてもよい。
Reference numeral 15 is a q-axis component current command generator, which generates a q-axis component current command value I q * from a deviation between the output detection value P of the AC system 23 and an effective travel set value P o set by an operator from outside. .
The q-axis component current command value is Iq *, which is a component of the secondary current of the variable speed generator 1 that is equal to the voltage phase of the AC system 23 when viewed from the primary side (hereinafter abbreviated as q-axis component). ), The direct current value is shown in a steady state. As the q-axis component current command generator 15, for example, the command value of the previous period is set according to the deviation between the output value P and the torque of the variable speed generator 1, the rotation speed, or the frequency of the AC system 23. It may also generate I q * .

14は切換器、16は一定q軸成分発生器であり、切換器14
は、q軸成分電流指令発生器15の出力信号と、一定q軸
成分発生器16の出力信号のうちの一方を選択し、q軸成
分電流指令値Iq として取り出す働きをする。
14 is a switching device and 16 is a constant q-axis component generator.
Has a function of selecting one of the output signal of the q-axis component current command generator 15 and the output signal of the constant q-axis component generator 16 and extracting it as the q-axis component current command value I q * .

上記した電流指令発生器9は、切換器12で選択された位
相検出器2からの信号cosθ,sinθ又は周波数発生器11
からの信号cosωot,sinωotのいずれかの信号を用い、
切換器14で選択されたq軸成分電流指令発生器15又は一
定q軸成分発生器16のいずれかによる信号出力Iq とd
軸成分電流指令発生器13の出力Id から可変速発電機1
の2次側各相電流指令値Ia ,Ib ,Ic を演算式(1)
により演算する。但しKは定数である。
The above-mentioned current command generator 9 uses the signals cos θ, sin θ from the phase detector 2 selected by the switch 12 or the frequency generator 11
Signal from the cosω o t, using any one of the signal of sinω o t,
The signal output I q * and d by either the q-axis component current command generator 15 or the constant q-axis component generator 16 selected by the switcher 14
Variable speed generator 1 based on the output I d * of the axis component current command generator 13
The secondary side current command values I a * , I b * , I c * of the calculation formula (1)
Calculate with. However, K is a constant.

第2図に、電流指令発生器9の詳細回路構成例をK=1
の場倍について示す。この構成例では、掛算器8a〜8dと
増幅器25a〜25jを用いて2次電流指令値Ia ,Ib ,Ic
を演算するようになつている。
FIG. 2 shows a detailed circuit configuration example of the current command generator 9 K = 1.
I will show the case of. In this configuration example, multipliers 8a~8d and secondary current command value using the amplifier 25a~25j I a *, I b * , I c *
Is calculated.

サイクロコンバータ7は交流系統23から受電変圧器5を
介して交流電力を受け、可変速発電機1の2次側2の各
相の交流励磁電流I2が、電流指令発生器9から与えられ
る電流指令値Ia ,Ib ,Ic に追従したものとなるよう
に制御される。
The cycloconverter 7 receives AC power from the AC system 23 via the power receiving transformer 5, and the AC exciting current I 2 of each phase on the secondary side 2 of the variable speed generator 1 is a current supplied from the current command generator 9. command value I a *, I b *, are controlled to be those following the I c *.

なお、このサイクロコンバータ7は、交流励磁手段を構
成しているものであり、従って、電力系統からの一定の
周波数の電力を任意の周波数の電力に変換することがで
きるなら、例えばインバータ装置など任意の交流励励磁
手段を用いてもよい。
The cycloconverter 7 constitutes an AC excitation means, and therefore, if power of a certain frequency from the power system can be converted into power of an arbitrary frequency, for example, an inverter device or the like can be used. Alternating current excitation means may be used.

しかして、サイクロコンバータを用いることにより、更
にコスト面や制御安定性の面で有利にすることができ
る。
By using the cycloconverter, it is possible to further improve the cost and control stability.

第3図はサイクロコンバータ7の詳細を、その1相分に
ついて示したもので、この第3図において、26は可変速
発電機1の2次電流検出器、27は指令値Ia と検出値I
Maを比較して移送器28に三相分相の所要位相でサイリス
タ点弧パルスの発生を指令する電流制御装置、29および
32は各々正接続側サイリスタ変換器30および逆接続側サ
イリスタ変換器31のサイリスタゲートを付勢するゲート
パルスを通過させるゲート、33は2次電流の極性切替指
令発生器であつて、電流指令値の正又は負に従つて極性
切替指令信号PN(正接続側への通電指令のとき信号レベ
ルは1、負接続側のときは0とする)を発生する。
FIG. 3 shows the details of the cycloconverter 7 for one phase thereof. In FIG. 3, 26 is the secondary current detector of the variable speed generator 1, 27 is the command value I a * Value I
A current controller for instructing the transfer device 28 to generate a thyristor firing pulse at the required phase of three-phase splitting by comparing Ma , 29 and
Reference numeral 32 is a gate for passing a gate pulse for energizing the thyristor gates of the positive connection side thyristor converter 30 and the reverse connection side thyristor converter 31, respectively, and 33 is a secondary current polarity switching command generator, which is a current command value. A polarity switching command signal PN (the signal level is 1 when the power supply command is supplied to the positive connection side and 0 when the power supply is negative connection side) is generated in accordance with the positive or negative of.

35は零電流検出器であつて、検出電流が零とみなされて
いるときの出力レベルは“0"、電流が流れているとみな
されているときの出力レベルは“1"となる出力信号ZDを
発生する。
Reference numeral 35 is a zero current detector. The output level when the detected current is regarded as zero is "0", and the output level when it is considered that current is flowing is "1". Generate ZD.

従つて、このサイクロコンバータ7により、電流指令値
Ia ,Ib ,Ic に対応した交流励磁電流が可変速発電機
1に供給されることになる。
Therefore, the current command value is
I a *, I b *, so that the AC excitation current corresponding to I c * is supplied to the variable-speed generator 1.

一方、水車3を含む電動機側について説明すると、20は
切換器、21は交流系統23へ供給されている電力Pと、外
部から与えられている電力指令Poとの偏差に基いて、調
速器19に与えるべき信号を発生するための水車出力調整
信号発生器、22は水車3の実回転速度Nと、外部から与
えられている回転速度指令Noとの偏差に基いて調速器19
に与えるべき信号を発生するための水車速度調整信号発
生器である。
On the other hand, the electric motor side including the water turbine 3 will be described. 20 is a switching device, 21 is a speed control based on the deviation between the electric power P supplied to the AC system 23 and the electric power command P o given from the outside. hydraulic turbine output adjustment signal generator for generating a signal to be provided to vessel 19, 22 and the actual rotation speed N of the water wheel 3, the rotational speed command N o on the basis of the deviation between the governor which is supplied externally 19
It is a water turbine speed adjustment signal generator for generating a signal to be given to.

従つて、水車3は、切換器20の状態により、水車出力調
整信号発生器21、又は水車速度調整信号発生器22のいず
れかの信号により、サーボ系18を介してガイドベーン17
の開度が操作されることにより運転制御されることにな
る。
Therefore, the turbine 3 is guided by the guide vane 17 via the servo system 18 by the signal from either the turbine output adjustment signal generator 21 or the turbine speed adjustment signal generator 22 depending on the state of the switch 20.
The operation is controlled by operating the opening degree of.

次に、この実施例全体の動作について説明する。Next, the operation of the entire embodiment will be described.

本発明では、この実施例における切換器12,14,20の切換
えを、負荷の状態に応じて行なうところに特徴がある。
The present invention is characterized in that the switches 12, 14, 20 in this embodiment are switched according to the state of the load.

すなわち、この第1図の実施例では、これらの切換器1
2,14,20の切換え操作についての具体的な構成について
は、記載を省略してあるが、図示してなに制御装置を含
み、負荷に応じて自動的に切換えが行なわれるようにな
つているものであり、以下、まず、これら切換器の切換
えのタイミングについて説明する。
That is, in the embodiment of FIG. 1, these switching devices 1
Although the specific configuration of the switching operation between 2, 14 and 20 is omitted, it is possible to automatically switch according to the load including a control device as shown in the figure. First, the switching timing of these switching devices will be described below.

一般に水車の効率ηは、水位H、水車出力Pが決まる
と、第5図のように、回転速度Nに対して最も効率の良
い点がある。例えば、この第5図では、水位H1、水車出
力P1に対しては回転数N1、水位H2、水車出力P2に対して
は回転数N2のようになる。なお、このように、最高効率
点を選んで運転できるのが可変速発電システムの一つの
利点である。
Generally, when the water level H and the turbine output P are determined, the efficiency η of the turbine is most efficient with respect to the rotation speed N as shown in FIG. For example, in the FIG. 5, the water level H 1, the rotational speed N 1 for water turbine output P 1, the water level H 2, so that the rotational speed N 2 for water turbine output P 2. In addition, one of the advantages of the variable speed power generation system is that it can be operated by selecting the highest efficiency point.

ところで、この場合での出力Pと、最高効率回転速度N
を図にすると、第6図のようになる。しかして、このよ
うなシステムでは、サイクロコンバータの容量から、す
べり周波数に限界があり、他方、回転速度には最高回転
速度Nxと最低回転速度Nmがあるため、この第6図に示す
ように、部分負荷運転に際しては、最低回転速度Nmでの
定速運転が望ましい。
By the way, in this case, the output P and the maximum efficiency rotation speed N
Is shown in FIG. However, in such a system, the slip frequency is limited due to the capacity of the cycloconverter, while the rotation speed has the maximum rotation speed N x and the minimum rotation speed N m , so that as shown in FIG. In addition, at the time of partial load operation, constant speed operation at the minimum rotation speed N m is desirable.

そこで、第1図の実施例では、第6図の運転点Aにおけ
る定格負荷近傍では、各切換器12,14,20を図示の状態に
保ち、これにより本来の可変速運転を行なうようになつ
ている。すなわち、このときには、第4図の従来例と同
じく、位相検出器2の検出信号により運転される。
Therefore, in the embodiment shown in FIG. 1, in the vicinity of the rated load at the operating point A shown in FIG. 6, the respective switching devices 12, 14, 20 are kept in the illustrated state so that the original variable speed operation is performed. ing. That is, at this time, as in the conventional example of FIG. 4, the operation is performed by the detection signal of the phase detector 2.

しかして、この状態で部分負荷指令がきたときには、B
点の最低速度となつたことを確認し、切換器12,14,20を
切換える。この切換時の動作を以下に説明する。なお、
ここでは、例として、cosθ成分のみについて説明す
る。
When a partial load command is sent in this state, B
After confirming that the point has reached the minimum speed, the switching devices 12, 14, 20 are switched. The operation at the time of this switching will be described below. In addition,
Here, only the cos θ component will be described as an example.

まず、位相検出器2の信号は第11図の〔cosθ〕として
表わすような波形であり、周波数発生器11は、時刻t1
時点で位相検出器2の信号と同期させて再スタートする
ものとする。第11図の〔cos(ωot)〕はその信号を示
している。なお〔sinωot〕も、時刻t1に合わせて、位
相差90゜で再スタートする。
First, the signal of the phase detector 2 has a waveform shown as [cos θ] in FIG. 11, and the frequency generator 11 restarts in synchronization with the signal of the phase detector 2 at time t 1. And [Cos (ω o t)] in FIG. 11 shows the signal. Note that [sin ω o t] also restarts with a phase difference of 90 ° in time t 1 .

そこで、この時刻t1に同期して切換器12,14,20を同時に
切換えるのである。
Therefore, the switches 12, 14, 20 are simultaneously switched in synchronization with this time t 1 .

このとき、電流指令発生器9、(1)式のように、演算
による変換を行なうだけであるから、これらの信号I
d,Iq,cosθ,sinθは時刻t1では変化せず、従つて、
可変速発電機1の出力も変化せず、交流系統にじよう乱
を与えることはない。
At this time, the current command generator 9 and the signal I
d * , Iq * , cos θ, sin θ do not change at time t 1 , and therefore,
The output of the variable speed generator 1 does not change and does not disturb the AC system.

この状態を、さらに第9図により説明すると、このとき
可変速発電機1の磁極配置は変わつていない。従つて、
系統側(固定子側)の電流は固定子側コイル90により仮
想磁極93を生じ、この仮想磁極93は系統周波数に一致す
る回転速度で回転している。また、回転子側では、回転
子コイル91に流れる電流により仮想磁極94を生じ、この
仮想磁極94は、回転子からみて励磁周波数(ω)に対
応する回転速度で回転しており、結果的に停止状態から
みると系統周波数に一致する回転速度で回転しているこ
とになり、これにより、磁力線92が常に一定配置で回転
し、回転子から固定子にエネルギーを送つている状態に
なつている。
This state will be further described with reference to FIG. 9. At this time, the magnetic pole arrangement of the variable speed generator 1 has not changed. Therefore,
The current on the system side (stator side) causes a virtual magnetic pole 93 by the stator side coil 90, and the virtual magnetic pole 93 rotates at a rotation speed that matches the system frequency. Further, on the rotor side, a virtual magnetic pole 94 is generated by the current flowing through the rotor coil 91, and the virtual magnetic pole 94 rotates at a rotation speed corresponding to the excitation frequency (ω o ) as viewed from the rotor. Seen from the stopped state, it means that it is rotating at a rotation speed that matches the system frequency, which causes the magnetic field lines 92 to always rotate in a fixed arrangement and to send energy from the rotor to the stator. There is.

このとき、従来の可変速発電システムの場合には、回転
速度のじよう乱が起こると自動的に位相検出器2の位相
が追随するため、自動的に仮想磁極94が系統に合わせて
調節されてしまうため、回転速度のじよう乱をおさえる
ことは困難である。
At this time, in the case of the conventional variable speed power generation system, since the phase of the phase detector 2 automatically follows when the disturbance of the rotational speed occurs, the virtual magnetic pole 94 is automatically adjusted according to the system. Therefore, it is difficult to suppress the fluctuation of the rotation speed.

しかるに、この実施例では、このときには周波数発生器
11の周波数が一定のため、あたかも仮想磁極94が回転子
に固定されたように振舞いをし、回転速度のじよう乱を
抑えてしまう。
However, in this embodiment, at this time, the frequency generator
Since the frequency of 11 is constant, the virtual magnetic pole 94 behaves as if it were fixed to the rotor, suppressing the disturbance of the rotation speed.

これを、さらに詳しく説明すると、仮想磁極94は、通常
の同期機と同等と考えてよいから、内部相差角θに対
して、電気出力P、すなわち発電機のトルクは第10図の
ようになる。そこで、いま、C点で運転していたもの
が、D点に移つたとすると、これを戻そうという力が自
動的に働き、一定速度で運転される。この場合の戻す力
は非常に大きい。
Explaining this in more detail, since the virtual magnetic pole 94 may be considered to be equivalent to a normal synchronous machine, the electric output P, that is, the torque of the generator is as shown in FIG. 10 with respect to the internal phase difference angle θ p . Become. Therefore, if the vehicle that was being driven at point C now moves to point D, the force to return it will automatically work and the vehicle will be driven at a constant speed. The return force in this case is very large.

従つて、この実施例によれば、第8図に示すように、部
分負荷時で回転速度Nのふらつきはなくなり、セントラ
ル・ホワールによる振動を無視できる程度にまで小さく
抑えることができるのである。
Therefore, according to this embodiment, as shown in FIG. 8, the fluctuation of the rotation speed N is eliminated under the partial load, and the vibration due to the central whirl can be suppressed to a negligible level.

なお、本実施例にいおいては、部分負荷時では、全く同
期機と同様の特性をもつので、このときには、従来の水
車発電機と同様、調速器19は水車出力調整信号発生器2
信号によりコントロールされる。
In addition, in this embodiment, at the time of partial load, since the characteristics are exactly the same as those of the synchronous machine, at this time, the speed governor 19 is the turbine output adjustment signal generator 2 like the conventional turbine generator.
Controlled by signal.

また、このときまでの指令値Iqは、高いレベルに設定
されすぎると高圧制御の妨害にもなるので、第12図に示
すように、切換え時の値Iql から、待期時の値Iqo
下げるようになつている。そして、この下げるスピード
は、d軸成分電流指令発生器13の応答速度より充分遅く
とり、最終的には、 となるようにし、指令値Idの方はId1 からIdに変
化させる。
Further, the command value Iq * is up to this time, since it becomes disturbing high too is set at a level high-voltage control, as shown in FIG. 12, the switching time of the value I ql *, palliative time value It is designed to be lowered to I qo * . Then, this lowering speed is set to be sufficiently slower than the response speed of the d-axis component current command generator 13, and finally, As a Trip command value Id * is varied from Id 1 * to Id *.

次に、第6図において、C点の運転点から、A点の負荷
に対応する指令がきた場合には、B点を通過するところ
で切換えを行う。切換えを行うときは、第13図に示すよ
うに、指令値IqをIqoから徐々に上昇させ、位相検
出器2の信号が周波数発生器11の信号と一致した時点の
時刻t2で、切換器12,14,20を再切換えする。なお、この
ときでも、励磁状態は全く前と同じであり、系統にじよ
う乱を与えることはない。
Next, in FIG. 6, when a command corresponding to the load at the point A comes from the operating point at the point C, switching is performed at the point where the point B is passed. When switching is performed, as shown in FIG. 13, the command value Iq * is gradually increased from Iqo * , and at time t 2 when the signal of the phase detector 2 matches the signal of the frequency generator 11, Switch the switches 12, 14, 20 again. Even at this time, the excitation state is exactly the same as before, and the system is not disturbed.

このように、本実施例によれば、セントラル・ホワール
等の不安定励動の生じやすい部分負荷領域では、同期機
なみの制動効果をもたせることができるため、不安定振
動現象を問題ないレベルまで抑えることができる。
As described above, according to the present embodiment, in a partial load region such as a central whirl where unstable excitation is likely to occur, it is possible to provide a braking effect similar to that of a synchronous machine, so that the unstable vibration phenomenon is reduced to a level at which there is no problem. Can be suppressed.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、原動機の不安定振動領域における運動
において、同期トルクなみの強い制動力をもたせること
ができるので、不安定振動を小さく抑制することがで
き、可変速発電システムの運転性向上が得られ、適用範
囲を広げることができる。
According to the present invention, in the motion of the prime mover in the unstable vibration region, a braking force as strong as a synchronous torque can be exerted, so that the unstable vibration can be suppressed to a small level, and the drivability of the variable speed power generation system can be improved. Thus, the scope of application can be expanded.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明による可変速発電システムの一実施例を
示すブロツク図、第2図は上記実施例における電流指令
発生器の詳細を示すブロツク図、第3図は同じく実施例
におけるサイクロコンバータの1相分の詳細を示すブロ
ツク図、第4図は可変速発電システムの従来例を示すブ
ロツク図、第5図は水車効率の説明図、第6図はシステ
ムの運転点を示す説明図、第7図は従来のシステムの振
動の説明図、第8図は本発明の一実施例の振動の説明
図、第9図は可変速発電機の磁極の説明図、第10図は同
期化トルクの説明図、第11図は切換え時の説明図、第12
図は切換後の指令値の説明図、第13図は再切換え時の説
明図である。 1……可変速発電機、2……位相検出器、3……水車、
7……サイクロコンバータ、9……電流指令発生器、11
……周波数発生器、12,14,20……切換器、13……d軸成
分電流指令発生器、15……q軸成分電流指令発生器、16
……一定q軸成分発生器。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a variable speed power generation system according to the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing details of a current command generator in the above embodiment, and FIG. 3 is a cycloconverter in the same embodiment. Block diagram showing details of one phase, FIG. 4 is a block diagram showing a conventional example of a variable speed power generation system, FIG. 5 is an explanatory diagram of turbine efficiency, and FIG. 6 is an explanatory diagram showing operating points of the system. FIG. 7 is an explanatory view of vibration of a conventional system, FIG. 8 is an explanatory view of vibration of an embodiment of the present invention, FIG. 9 is an explanatory view of magnetic poles of a variable speed generator, and FIG. Explanatory drawing, FIG. 11 is explanatory drawing at the time of switching, 12th
FIG. 13 is an explanatory diagram of the command value after switching, and FIG. 13 is an explanatory diagram at the time of switching again. 1 ... Variable speed generator, 2 ... Phase detector, 3 ... Water turbine,
7: Cycloconverter, 9: Current command generator, 11
…… Frequency generator, 12,14,20 …… Switcher, 13 …… D axis component current command generator, 15 …… Q axis component current command generator, 16
...... Constant q-axis component generator.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 名倉 理 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 白田 伸作 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 北 英三 大阪府大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 中川 博人 大阪府大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 大野 泰照 大阪府大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電力株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Osamu Nagura 3-1-1 Sachimachi, Hitachi City, Ibaraki Hitachi Ltd. Hitachi Factory (72) Inventor Shinsaku Shirata 3-chome, Saiwaicho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture No. 1 Hitachi, Ltd. Hitachi factory (72) Inventor Eizo Kita 3-3-22 Nakanoshima, Kita-ku, Osaka-shi, Osaka Prefecture Kansai Electric Power Co., Inc. (72) Inventor Hiroto Nakagawa Kita, Osaka-shi, Osaka 3-3-22 Nakanoshima-ku, Kansai Electric Power Co., Inc. (72) Inventor Taisho Ohno 3-3-22 Nakanoshima, Nakanoshima, Kita-ku, Osaka City, Osaka Prefecture Kansai Electric Power Co., Inc.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】交流電力系統に接続された交流励磁型可変
速発電機と、この可変速発電機の回転子回転位置と上記
交流電力系統の電圧との位相差を検出する位相検出器と
を備え、この位相差検出器の出力信号により上記交流励
磁型可変速発電機に対する交流励磁を行なう方式の可変
速発電システムにおいて、所定の一定周波数の信号を発
生する周波数指令信号発生手段と、該周波数指令信号発
生手段の出力と上記位相検出器の出力信号の一方を任意
に選択して出力する切換手段と、該切換手段の出力によ
り上記可変速発電機に対する交流励磁電力を発生する交
流励磁手段とを設け、上記可変速発電機の負荷領域に応
じて上記切換手段を切換制御するように構成したことを
特徴とする可変速発電システム。
1. An AC excitation type variable speed generator connected to an AC power system, and a phase detector for detecting a phase difference between a rotor rotation position of the variable speed generator and a voltage of the AC power system. In the variable speed power generation system of the method of performing AC excitation for the AC excitation type variable speed generator by the output signal of the phase difference detector, frequency command signal generating means for generating a signal of a predetermined constant frequency, and the frequency Switching means for arbitrarily selecting and outputting one of the output of the command signal generating means and the output signal of the phase detector, and AC exciting means for generating AC exciting power for the variable speed generator by the output of the switching means. The variable speed power generation system is characterized in that the variable speed power generation system is configured to switch and control the switching means according to a load region of the variable speed generator.
【請求項2】特許請求の範囲第1項において、上記交流
励磁手段が上記交流電力系統から給電されるサイクロコ
ンバータを含み、このサイクロコンバータの変換電力容
量の上限値で定まる上記可変速発電機の運転可能回転数
に応じて、上記切換手段の切換制御が行なわれるように
構成されていることを特徴とする可変速発電システム。
2. The variable speed generator according to claim 1, wherein the alternating current excitation means includes a cycloconverter fed from the alternating current power system, and the variable speed generator is determined by an upper limit value of the converted power capacity of the cycloconverter. A variable speed power generation system, characterized in that the switching control of the switching means is performed in accordance with the operable rotation speed.
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