JPH0834717B2 - 可変速巻線型誘導機制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は水車により回転されうる巻線型誘導機と、こ
の誘導機の２次巻線側に接続される交流励磁装置を用い
た可変速巻線型誘導機制御装置に係り、特に入力される
発電出力に関する信号が大きく変化した場合でも、誘導
機の回転出力および発電出力を円滑に制御できる可変速
巻線型誘導機制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来より回転電気機械の速度制御を行う主要目的の１
つはポンプ水車などのターボ機械の負荷に応じて回転速
度を制御してターボ機械の最高効率での運転を実現する
事であった。水車発電装置用の水車を可変速運転する方
法は２種に大別できる。

第１は、交流系統と発電機の間に周波数変換器を設け
る方法である。特開昭48−21045号では任意の回転速度
で発電機を運転しても交流系統に電力を供給可能とし、
水車の案内弁開閉により回転速度を調整して水車の最高
効率点での運転を実現する方法が提案されている。

第２は、巻線型誘導機の１次側を交流系統に接続し２
次側と交流系統の間に周波数変換器を設ける方法であ
る。この方法は巻線型誘導機の１次側を交流系統に接続
し２次側と交流系統の間に周波数変換器を設けて発電機
出力に応じて回転速度を制御する方法の典型的な応用例
として従来より知られ、電気工学ハンドブック（電気学
会発行，昭和42年版）などにも記載されている。この種
の可変速水車発電装置の制御装置として例えば特開昭52
−46428号，特願昭57−182920号，特開昭55−56499号な
どが提案されている。

上記２種の可変速水車発電装置に共通する課題は水車
出力と発電機出力をどの様に制御して回転速度を制御す
るかである。具体的には水車運転条件を示す少なくとも
外部からの発電出力指令信号Poを含む信号から演算する
最適回転速度指令値Naと回転速度検出値Ｎを比較した速
度偏差信号（Na−Ｎ）をどの様に水車と発電機の出力制
御に用いるかが課題となる。何故ならば、水車と発電機
を機械的に接続したもので回転速度を調整する場合、水
路系の流体運動エネルギー機械系の回転運動エネルギー
よりも小さく、発電機の損失は殆ど無視出来るのが一般
的であり、水車出力と発電機出力の差が殆ど回転運動エ
ネルギーの増加減分となるからである。ここに外部から
の発電出力指令Poとは水車や発電機，周波数変換装置な
どの可変速発電装置を構成する機器の電圧，電流，周波
数，位相，回転速度などの測定信号から演算される発電
出力指令以外の発電出力指令を意味する。具体的には中
央給電指令所など発電装置の外部からの発電出力指令を
意味する。

可変速水車発電に関する誘導機制御装置で巻線型誘導
機の１次側を交流系統に接続し２次側と交流系統の間に
周波数変換器を設ける方法に関する提案として挙げた特
開昭55−56499号では駆動媒体の速度（水車であれば流
水量），回転速度，発電機固定子出力の３種の測定信号
を発電機出力制御と水車出力制御に用いる構成を提案し
ている。しかしながら、どのように発電機出力と水車出
力を制御して回転速度を制御するのかについて具体的提
案は無い。また、外部からの発電出力指令Poに対してど
のように発電機出力を応答させるのかについても具体的
提案は無い。

この種の可変速水車発電に関する誘導機制御装置にか
かる提案として挙げた特開昭52−46428号，特願昭57−1
82920号では回転速度偏差信号を用いて発電機出力の制
御を行う制御方式を提案している。

これらの可変速水車発電に関する誘導機制御装置の構
成例を第９図に示す。第９図において１は誘導機でその
回転子に直結された水車２によって回転駆動されると共
に誘導機１の２次巻線1bには周波数変換器を備えた２次
励磁制御装置３により誘導機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、誘導機の
１の１次巻線1aからは交流系統４と等しい周波数の交流
電力が出力される様に可変速運転が行われる。５は水車
特性関数発生器で、外部から与えられる発電出力指令Po
と水位検出信号Ｈを入力して最高効率で運転する為の最
適回転速度指令Naと最適案内弁開度指令Yaを発生する。
７はスリップ位相検出器で前記交流系統４の電圧位相と
電気角で表わした前記誘導機２次側回転位相の差に等し
いスリップ位相Spを検出する。スリップ位相検出器７の
一構成例を説明する。スリップ位相検出器の回転子は誘
導機１の１次巻線1aと並列に接続された３相巻線が設け
られ、スリップ位相検出器７の固定子側には電気角でπ
/2だけ異なる位置にホールコンバータがそれぞれ１個設
けられていて誘導機１の２次側から見た交流系統４の電
圧位相が一致した信号が該ホールコンバータより検出さ
れ、スリップ位相Spに変換される。８は誘導機出力指令
装置で前記水車特性関数発生器５からの最適回転速度指
令Naと回転速度検出器６からの回転速度検出信号Ｎを比
較して誘導機出力指令PGを発生する。この誘導機出力指
令PGと前記スリップ位相検出器７のスリップ位相信号Sp
は２次励磁制御装置３に入力され、有効電力検出器９で
検出される誘導機１の出力検出信号Ｐが誘導機出力指令
PGに等しくなる様に誘導機１の２次側巻線1bに供給する
交流励磁電流を制御する。具体的には特公昭57−60645
号で提案されている制御方法などが適用できる。案内弁
駆動装置10は水車特性関数発生器５からの供給水量信号
である最適案内弁開度指令Yaに応じて、水量供給手段と
しての案内弁11の開度を補正することにより、案内弁11
が供給する水量を補正し水車出力PTを制御する。

この様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ている発電出力指令Poを第10図
（ａ）に示すように変化させた場合、発電出力指令Poの
ステップ状の上昇に伴って最適回転速度指令Naと最適案
内弁開度指令Yaも第10図（ｂ），（ｃ）に示す如くステ
ップ状に上昇し、案内弁11の開度Ｙは案内弁駆動装置10
により第10図（ｄ）に示す様に順次案内弁開度指令Yaに
一致する様に制御され、この案内弁の開度Ｙの変化に伴
って水車出力PTも第10図（ｅ）に示す様に変化して発電
出力指令Poに対応した値となる。一方、誘導機１の回転
速度Ｎを第10図（ｆ）に示す様に上昇させて最適回転速
度指令Naに一致させるためにはその上昇分に見合うだけ
の発電装置の回転系の運動エネルギーを増加させる必要
がある。この運動エネルギー増加分は水車出力PTを増す
か発電出力Ｐを経らして補うしか方法はない。しかし前
記の如く最適案内弁開度指令Yaに応じて変化する案内弁
11の開度Ｙによって水車出力PTは決められている為に水
車出力PTは早急には上昇しない。この為に前記運動エネ
ルギー増加分を発電出力Ｐを減らして回転系に供給する
事になり第10図（ｇ）に示すように上昇させるべき発電
出力Ｐが過渡的に逆に低下してしまい電力系統の運用上
問題が生じる。この過渡的な発電出力Ｐの低下を防止す
る為には誘導機出力指令装置８の内部で水車特性関数発
生器５からの最適回転速度指令Naを１次遅れ要素などの
信号急変を抑える装置に入力した上でこの装置の出力と
回転速度検出器６からの回転速度検出信号Ｎを比較して
誘導機出力指令PGを発生する方法が考えられる。この方
法により水車出力PTの上昇分の一部を回転運動エネルギ
ー上昇分に供給し、残りを誘導機の１の出力Ｐの上昇分
に振り分ける事が出来る。しかしながらこの方法でも水
車出力PTの上昇よりも速く誘導機１の出力Ｐを上昇させ
る事は出来ず、発電装置としての応答速度が案内弁駆動
装置10の応答で抑えられてしまう欠点があった。この問
題は発電出力指令Poをステップ状に下げようとする場合
にも生じる。これらの問題は根本的には誘導機１の出力
のみを調整して回転速度Ｎを制御している為に生ずる問
題である。

以上、可変速水車発電に関する誘導機制御装置の出力
制御と回転速度制御に関する従来技術の問題点について
説明した。次に、可変速水車発電に関する誘導機制御装
置で交流系統の周波数制御を行う時の問題点について説
明する。

誘導機の２次側と交流系統の間に周波数変換器を備え
た２次励磁制御装置を設けて可変運転を行う発電装置の
特徴として回転速度と交流系統の周波数が一致しない点
が挙げられる。この点に対応して交流系統の周波数を所
定の値に制御する方法として特願昭58−199041号が提案
されている。この提案は周波数を制御する為には交流系
統への発電出力を制御する必要があるが、一方で回転速
度を最適値に保つ為には発電出力の変化に見合う出力を
水車から供給せねばならなぬ点に着目したものである。
この提案の構成例を第11図に示す。第11図の中で前述の
第９図と同一番号の品は同一品を示す。ここでは第11図
の中で第９図と異なる部分についてのみ説明する。

13は交流系統４の周波数ｆを検出する周波数検出器
で、14は周波数制御装置で周波数検出信号ｆと周波数設
定値を比較して発電出力指令修正信号ΔPoを演算する。
この発電出力指令修正信号ΔPoがステップ状に上昇し水
車特性関数発生器５への入力がステップ状に上昇した場
合を考える。この場合、誘導機１の出力Ｐの応答は前記
の第10図（ｇ）と全く同様の変化を示す。従って当初の
目的である周波数制御は誘導機１の出力Ｐが発電出力指
令修正信号ΔPoの変化に対応した応答をせぬ為に過渡的
に周波数偏差を大きくする問題があった。

このように、従来の可変速水車発電に関する誘導機制
御装置においては、誘導機の発電出力状態を変化させる
場合に、目標とする回転数信号と実際の誘導機の回転信
号とを比較し、交流励磁装置の出力を調整して誘導機の
回転出力を変えているが、水車出力を迅速に変化させて
いないため運動エネルギーの変動分の発電出力を増減し
て補うように動作してしまい、この結果、誘導機の発電
出力が過渡的に突出したり、落ち込んだりして目標信号
に対し円滑に変化しないという問題点があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の目的は、入力される発電出力に関する信号が
大きく変化した場合でも、誘導機の回転出力および発電
出力を円滑に変化するように制御できる可変速巻線型誘
導機制御装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明では、発電出力指令
信号を入力して巻線型誘導機の目標回転数信号を出力す
る目標回転数信号発生手段を備えるとともに、巻線型誘
導機の回転信号と目標回転数信号とを入力して、交流励
磁装置の交流励磁出力を補正する交流励磁出力補正手段
と、巻線型誘導機の回転信号と目標回転数信号とを入力
して、水量供給手段へ供給水量を補正する供給水量補正
信号を出力する供給水量補正信号出力手段とを備えたも
のである。

〔作用〕

本発明によれば、誘導機の目標回転数信号と実際の回
転数信号を入力して交流励磁装置の交流励磁出力を早く
補正し、かつ水車へ供給される水量についても誘導機の
目標回転数信号と実際の回転数信号を入力して迅速に水
量補正しているので、入力される発電出力に関する信号
が大きく変化した場合でも、交流励磁出力と共に供給水
量をなるべく早く増減するよにしているので、このため
誘導機の回転出力および発電出力を円滑に変化するよう
に制御可能にしたものである。

〔発明の実施例〕

第１図は最近考えられている可変速巻線型誘導機制御
装置の例を示しており、従来例を説明するのに用いた前
記第９図と同一番号の構成部品は同一品を示す。ここで
は第１図の中で第９図と異なる部分について詳述し、共
通部分の説明は省略する。15は回転速度指令演算器で外
部からの発電出力指令Poと外部からの水位信号Ｈに応じ
て最適回転数指令Naを発生する。水位変動の少ない発電
装置の場合は水位信号Ｈを入力せずに発電出力指令Poの
みから最適回転数指令Naを発生しても良い。16は回転速
度制御装置で最適回転指令Naと回転速度検出器６で検出
される回転速度信号Ｎを比較して供給水量信号である案
内弁開度指令信号Yaを出力する。案内弁駆動装置10はこ
の信号を入力して案内弁11の開度を補正することによ
り、案内弁11が供給する水量を補正し水車出力PTを制御
する。

第２図は回転速度制御装置16の一実施例を示す。17は
比較器で回転速度偏差ΔＮを出力する。この回転速度偏
差ΔＮは18の比較要素K1と19の積分要素（K2/S）に入力
され、これらの出力は加算器20により案内弁開度指令Ya
として案内弁駆動装置10に入力される。

一方、外部からの発電出力指令Poは前記回転速度指令
演算器15に入力されると共に２次励磁制御装置３への発
電出力指令として入力される。

この様に構成された本実施例の制御装置において、い
ま時点t0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Poを第３図（ａ）に示すようにス
テップ状に上昇させると誘導機１の発電出力Ｐは第３図
（ｇ）に示すように発電出力指令Poの変化に追従して上
昇する。一方、案内弁開度指令Yaは最適回転速度指令Na
が第３図（ｃ）に示すようにステップ状に上昇するため
に比例要素18の出力変化により第３図（ｂ）のようにス
テップ状に変化する。しかしながら案内弁11の開度Ｙの
応答は前述の発電出力指令Poに対する誘導機出力Ｐの応
答速度よりも遅い。このため誘導機出力Ｐよりも水車出
力PTの方が小さくなり回転速度Ｎは発電出力指令Poの急
変後一時的に減速され、その後時点t1で発電出力Ｐと水
車出力PTが等しくなり回転速度Ｎは極小となる。なお時
点t1では速度偏差ΔＮは正なので案内弁開度指令Yaは積
分要素19により上昇を続ける。案内弁開度Ｙは上昇を続
け、時点t2で回転速度Ｎは最適回転速度指令Naと等しく
なり、案内弁開度Yaは極大となる。その後、案内弁開度
Ｙと回転速度Ｎは減衰振動しながら回転速度Ｎは最適回
転速度指令Naに整定する。第３図の時点t3とt5で水車出
力PTと発電出力Ｐは等しく、時点t4では回転速度Ｎと最
適回転速度指令Naが等しい。

以上より発電出力指令Poの変化に対して案内弁11の応
答よりも速く発電出力Ｐを追従させ、回転速度Ｎを最適
回転速度Naに整定させる事が可能である。これは発電出
力指令Poの変化に対して発電出力Ｐを追従させる為に最
初に回転運動エネルギーを用い、誘導機１の出力Ｐを発
電出力指令Poに保つ一方で最適回転速度指令Naに回転速
度Ｎを調整するに必要な回転運動エネルギーは案内弁11
を制御して供給する事で実現したものである。

しかし、この装置例においては発電出力指令Poに対し
て、案内弁11の開度制御が迅速に行われないために、水
車出力PTが早く変化しないが、発電出力Ｐについては発
電出力指令Poに早く追従してしまう、このため回転速度
Ｎが過渡的に振動してしまう目標信号に対して円滑に変
化しないという問題があった。

また、第４図は最近考えられている可変速巻線型誘導
機制御装置の他の例を示す図である。ここでは第１図と
異なる部分について詳述し、共通部分の説明は省略す
る。５は水車特性関数発生器で、外部からの発電出力指
令Poと水位信号Ｈとから最適案内弁開度指令Yaと最適回
転速度指令Naを発生する。水位変動が小さい場合は水位
信号Ｈを省略することも出来る。回転速度制御装置16は
第２図と同じ構成で案内弁開度補正信号ΔＹを出力し、
水車特性関数発生器５からの最適案内弁開度指令Yaは前
記案内弁開度補正信号ΔＹに加算器21で付勢されて案内
弁駆動装置10に入力される構成をとっている。

この様に構成された本実施例の制御装置において、い
ま時点t0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Poを第５図（ａ）に示す様にステ
ップ状に上昇させると、誘導機１の発電出力Ｐは第５図
（ｇ）に示すように発電出力指令Poの変化に追従して上
昇する。一方、発電出力指令Poに対する発電出力Ｐの応
答よりも最適案内弁開度指令Yaに対する案内弁11の開度
Ｙの応答は遅い。このため、発電出力Ｐよりも水車出力
PTの方が小さくなり回転速度Ｎは発電出力指令Po急変後
一時的に減速され、その後時点t1で発電出力Ｐと水車出
力PTが等しくなり回転速度Ｎは極小さなる。なおこの時
点t1では速度偏差ΔＮは正なので案内弁開度補正信号Δ
Ｙは正で、案内弁開度Ｙは最適案内弁開度指令Yaよりも
更に上昇する。従って水車出力PTは発電出力Ｐよりも大
きくなり、回転速度Ｎは第５図（ｆ）の様に上昇し始め
る。そして回転速度Ｎの上昇と共に最適回転速度指令Na
との偏差が小さくなり、案内弁開度補正信号ΔＹの減少
と共に水車出力PTが減少し、回転速度Ｎの加速度は減少
する。

第４図の実施例を用いると定常状態における速度偏差
ΔＮは積分要素19により零になる。一方、水車特性関数
発生器５からの最適案内弁開度指令Yaと案内弁開度Ｙの
偏差は水車特性関数発生器５に記憶された水車特性と水
車２の現実の特性の誤差に対応するもので水車特性関数
の精度を上昇させる事により殆ど零にする事が可能であ
る。従って、定常時の案内弁開度偏差（Ya−Ｙ）のみを
積分要素19が発生すれば良い事になる。これは第１図の
実施例では定常時の案内弁開度指令Yaの全てを積分要素
19が発生せねばならないのと対照的である。結果的に第
１図の実施例では案内弁11の応答を早める為に積分要素
19の利得K2をある程度以上大きくせざるを得ぬ代償とし
て第３図（ｅ），（ｆ）の如く水車出力PTと回転速度Ｎ
はある程度振動性の応答となる。一方、第４図の実施例
では制動効果のある比例要素18の利得K1を大きくして積
分要素19の利得K2を相対的に小さくしても応答速度を早
く出来る。しかも第５図（ｅ），（ｆ）の如く水車出力
PTと回転速度Ｎを振動させずに整定する事が出来る。

しかし、この装置例においても前述の第１図の装置と
同じように、案内弁11の開度制御が迅速に行われないた
めに、水車出力PTは早く変化しないが、発電出力Ｐにつ
いては発電出力指令poに早く追従してしまう、このため
回転速度Ｎが過渡的に落ち込んだり、上昇してしまうと
いう問題があった。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第６図は本発明の一実施例を示した図であり、この実
施例の構成は第４図の装置構成を変形したものであり、
第４図の装置構成と異なる部分について詳述し共通部分
の説明は省略する。22は比較器で最適回転速度指令Naと
回転速度検出値Ｎの偏差ΔＮを出力する。この回転速度
偏差ΔＮを発電出力修正指令装置23に入力し、この発電
出力修正指令装置23の出力信号ΔP1と外部からの発電出
力指令信号Poは加算器24を通して２次励磁制御装置３に
発電出力指令信号として入力される構成をとっている。

発電出力修正指令装置23の構成を説明する。回転速度
偏差ΔＮの絶対値がN1より小さい時は、発電出力修正指
令信号ΔP1は零を保ち、N1を越えると回転速度偏差ΔＮ
の絶対値の増加に比例して発電出力修正指令信号ΔP1の
絶対値も増加する。この発電出力修正指令信号ΔP1の絶
対値はP1を越えぬ様に出力される。

この様に構成された本実施例の制御装置において、い
ま時点t0で例えば発電出力Ｐをランプ状に水車最大出力
付近の値に上昇させようとして発電出力指令Poを第７図
（ａ）に示すようにランプ状に上昇させるときの応答を
説明する。まず、比較対照する為に第４図の実施例で同
じ条件で発電出力指令をランプ状に上昇させる時の応答
を第８図に示す。第８図（ａ）の如く時点t0からt3まで
ランプ状に発電出力指令Poを上昇させる場合、時点t1ま
では第８図（ｃ）の如く最適回転速度指令Naは２次励磁
制御装置の定格電圧などで定まる最低回転速度のままで
ある。時点t1までは第８図（ｂ）の如く最適案内弁開度
指令Yaと案内弁開度ｙは殆ど等しい。時点t1からは発電
出力指令Poの上昇と共に最適回転速度指令Naは上昇し、
回転速度Ｎとの偏差ΔＮにより案内弁開度Ｙは水車特性
関数発生器５からの最適案内弁開度指令Yaよりも大きく
なり、水車出力の一部を回転運動エネルギー増加分とし
て供給し始める。時点t2で案内弁開度Ｙは最大値に達
し、水車出力PTは第８図（ｄ）の如くほぼ一定となる。
回転速度Ｎを最適回転速度指令Naに近づける為には、水
車出力PTを発電出力Ｐよりも大きくして回転運動エネル
ギーを増加させる必要がある。しかしながら第８図
（ｄ），（ｅ）の如く時点t3からは回転運動エネルギー
増加分は発電出力指令Poの最終値が大きくなればなる程
小さくなり、回転速度Ｎの加速度も小さくなる。結果的
に回転速度偏差ΔＮが小さくなって案内弁開度Ｙが最適
案内弁開度指令Yaに整定し始める時点t4までの時間が長
くなり、回転速度Ｎが最適回転速度指令Naに整定するま
で水車２の最高効率での運転が実現出来ない。この為の
効率低下が無視し得ない場合もある。一方、第７図の応
答については時点t1までは前に説明した第８図の応答と
全く同じである。第７図（ｃ）の如く最適回転速度指令
Naが上昇し始める時点t1から回転速度偏差ΔＮが増加し
始め、時点t2で回転速度偏差ΔＮは発電出力修正指令装
置23で設定したN1に達する。時点t2を過ぎると発電出力
修正指令装置23は２次励磁制御装置３へ入力される外部
からの発電出力指令Poを相殺する方向に発電出力修正指
令ΔP1を発生する。これにより第７図（ｅ）の如く発電
出力Ｐは発電出力指令Poよりも低くなり、水車出力PTと
発電出力Ｐの差が大きくなった分だけ回転速度Ｎの加速
度は大きくなる。時点t3で案内弁開度Ｙは最大となり、
時点t4で発電出力指令Poは最大値に達する。時点t5で回
転速度偏差ΔＮは再びN1まで減少し、発電出力修正指令
信号ΔP1は零となる。時点t6で回転速度Ｎが最適回転速
度指令Naに近づくと共に案内弁開度Ｙは減少し始めて最
適案内弁開度Yaに整定する。結果的に時点t2から時点t5
までの発電出力Ｐを抑える事により、最適回転速度指令
値Naへの加速を早める事が出来る。本発明は発電出力指
令Poを大きく変える時に有効で、特に回転部に慣性モー
メントが発電出力定格に対して相対的に大きい可変速水
車発電装置の制御装置に適する。

第９図は本発明の他の一実施例を示した図であり、こ
の実施例は第４図に示した実施例の変形例である。ここ
では第４図と異なる部分について詳述し、共通部分の説
明は省略する。回転速度検出器６で検出された回転速度
Ｎを発電出力修正指令装置25に入力し、この発電出力修
正指令装置25の出力信号ΔP2と外部からの発電出力指令
信号Poは加算器26を通して２次励磁制御装置３に発電出
力指令信号として入力される構成をとっている。第９図
に示す発電出力修正指令装置25の構成を説明する。回転
速度Ｎが設定値N2とN3の間にある時は発電出力修正指令
信号ΔP2は零を保ち、回転速度Ｎが設定値N2よりも低く
なると発電出力修正指令信号Δ２は回転速度Ｎの低下に
比例して減少する。一方、回転速度Ｎが設定値N3よりも
高くなると発電出力修正指令信号ΔP2は回転速度Ｎの上
昇に比例して増加する。この発電出力修正指令信号ΔP2
の絶対値はP2を越えぬ様に出力される。ここで設定値N2
とN3は２次励磁制御装置３を構成する周波数変換装置の
電圧定格と周波数出力範囲，誘導機１と水車２の機械部
分の強度などで定まる回転速度範囲に対応する。この様
に構成された本実施例の制御装置において、いま時点t0
で回転速度Ｎが設定値N2付近の状態で発電出力Ｐをステ
ップ状に上昇させようとして発電出力指令Poを第10図
（ａ）に示すようにステップ状に上昇させるときの応答
を説明する。時点t0で発電出力指令Poが上昇すると前述
の第５図と同じく回転速度Ｎは最適回転速度指令Naの変
化とは逆に第10図（ｆ）の如くいったん低下する。そし
て回転速度Ｎが設定値N2より低くなると発電出力修正指
令ΔP2により２次励磁制御装置３に入力される発電出力
指令は外部からの発電出力指令Poよりも小さくなる。従
って水車出力PTと発電出力Ｐが一致する時点t1は水車出
力PTが発電出力指令Poに一致する時点t2よりも早くな
る。従って本発明を実施する事により回転速度Ｎが極小
となる時点は第10図（ｆ）の破線の如く時点t2であった
ものが本発明により時点t1に移る。同時に過渡的な速度
の逆方向のオーバーシュートも大幅に低減させる事が可
能である。本発明は可変速水車発電装置の回転速度設定
範囲内に回転速度を制御するのに有効である。言うまで
もなく本実施例は第６図の実施例と組合わせて実施する
事も出来る。

第11図は本発明の他の一実施例を示した図であり、こ
の実施例は第４図に示した実施例の変形例である。ここ
では第４図と異なる部分について詳述し、共通部分の説
明は省略する。13は交流系統４の周波数ｆを検出する周
波数検出器で、27は周波数制御装置で交流系統４の周波
数検出信号ｆと周波数設定値foを比較して発電出力修正
指令信号ΔP3を出力する。この発電出力修正指令信号Δ
P3を加算器28によ外部からの発電出力指令Poに付勢して
水車特性関数発生器５と２次励磁制御装置３に入力する
構成をとっている。第12図は周波数制御装置27の一実施
例を示す図である。29は比較器で周波数設定値foと周波
数検出信号ｆの偏差Δｆを出力する。この周波数偏差Δ
ｆは30の比例要素K3と31の積分要素（K4/S）に入力さ
れ、これらの出力は加算器32を経てリミッタ33に入力さ
れる。リミッタ33は発電出力修正指令信号ΔP3の絶対値
をP3以下に抑制する構成をとっている。この様な構成に
より周波数偏差Δｆから演算した発電出力修正指令信号
ΔP3を水車案内弁駆動装置10と２次励磁制御装置３の両
方の調整に用いる事が出来、周波数制御と安定な回転数
制御を実現する事が出来る。

第13図は本発明の他の一実施例を示した図であり、こ
の実施例は第４図に示した実施例の変形例である。ここ
では第４図と異なる部分について詳述し、共通部分の説
明は省略する。可変速水車発電装置で外部からの発電出
力指令が発電装置の発電可能範囲を外れた時の処理方法
について具体的な提案は未だないが、第13図はこの処理
方法の一例を示す図である。34は発電出力制限演算器
で、外部からの発電出力指令信号Poが設定値P5を越える
時は出力をP5に、設定値P4より小さい時は出力をP4に抑
制して２次励磁制御装置３と水車特性関数発生器５へ入
力する構成をとっている。

第14図は第13図の実施例を変形した他の実施例を示す
図である。35は発電出力制限演算器で、前述の発電出力
制限演算器34と同じく発電出力指令Poを設定値P4とP5で
定まる範囲に抑制する構成としている。但し、発電出力
制限演算器35においては設定値P4とP5を発電限界関数発
生器36から入力する構成としている。発電限界関数発生
器36は水位信号Ｈを入力し発電出力上限値P5と下限値P4
を発生する。これらの上下限値P4,P5は水車２の水力学
的特性，誘導機１の出力限界,2次励磁制御装置３の電圧
出力限界，出力周波数範囲などにより定まる。本実施例
によれば水位変動の大きな可変速水車発電装置の過負荷
防止を実現する事が出来る。

第15図は第14図の実施例を変形した他の実施例を示す
図である。341と342は発電出力制限演算器で前述の発電
出力制限演算器34と同様の構成をもっている。発電出力
制限演算器341は周波数制御の為の加算器28と水車特性
関数発生器５の発電出力指令入力の間に設置し、発電出
力制限演算器342は回転数調整の為の加算器26と２次励
磁制御装置３の発電出力指令入力の間に設置する構成を
とっている。本実施例によれば周波数制御や回転数調整
の為に水車及び誘導機への出力指令が修正された場合に
も過負荷防止を実現出来る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、目標とする回転数信号と実際の誘導
機の回転信号とを入力して、交流励磁装置の出力を調整
する手段と共に、供給水量に関しても目標とする回転数
信号と実際の誘導機の回転信号とを入力して補正する手
段を備えているので、例えば巻線型誘導機に入力される
発電出力に関する信号が大きく変化した場合でも、誘導
機の回転出力と発電出力が過渡的に上昇、下降すること
を防止するように、交流励磁装置の出力と水車への供給
水量を迅速に調整可能となるので、誘導機の回転出力と
発電出力とをなるべく調整可能な範囲において円滑に早
く変化させることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は最近考えられている可変速巻線型誘導機制御装
置のブロック図、第２図は第１図の一部をなす回転速度
制御装置の一実施例に係るブロック図、第３図（ａ）〜
（ｇ）は同制御装置の各部における信号の波形図、第４
図は最近考えられている可変速巻線型誘導機制御装置の
他の例のブロック図、第５図（ａ）〜（ｇ）は同制御装
置の各部における信号の波形図、第６図は本発明の一実
施例の可変速巻線型誘導機制御装置のブロック図、第７
図（ａ）〜（ｅ）は同制御装置の各部における信号の波
形図、第８図（ａ）〜（ｅ）は第７図と比較対照する為
の第４図の制御装置の各部における信号の波形図、第９
図は本発明の他の一実施例の可変速巻線型誘導機制御装
置のブロック図、第10図（ａ）〜（ｇ）は同制御装置の
各部における信号の波形図、第11図は本発明の他の一実
施例の可変速巻線型誘導機制御装置のブロック図、第12
図は第11図の一部をなす周波数制御装置の実施例に係る
ブロック図、第13図，第14図，第15図は本発明の他の一
実施例の可変速巻線型誘導機制御装置のブロック図、第
16図は従来の制御装置の一例を示すブロック図、第17図
（ａ）〜（ｇ）は同制御装置の各部における信号の波形
図、第18図は従来の制御装置のその他の一例を示すブロ
ック図である。 １……誘導機、２……水車、３……２次励磁制御装置、
４……交流系統、４……水車特性関数発生器、６……回
転速度検出器、７……スリップ位相検出器、８……誘導
機出力指令装置、９……有効電力検出器、10……案内弁
駆動装置、11……案内弁、12……受電変圧器、13……周
波数検出器、14,27……周波数制御装置、15……回転速
度指令演算器、16……回転速度制御装置、17,22,29……
比較器、18,30……比例要素、19,31……積分要素、20,2
1,32……加算器、23,25……発電出力修正指令装置、24,
26,28……加算器、33……リミッタ、34,35,341,342……
発電出力制限演算器、36……発電限界関数発生器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阪東 明 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 桑原 尚夫 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 野原 哈夫 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 小野 健一 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 (56)参考文献 特開 昭60−14775（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一次巻線，二次巻線を有し、かつ水量が水
   量供給手段で調整される水車により回転駆動される巻線
   型誘導機と、該巻線型誘導機の二次巻線を交流励磁する
   交流励磁装置を備えた可変速巻線型誘導機制御装置にお
   いて、発電出力指令信号を入力して前記巻線型誘導機の
   目標回転数信号を出力する目標回転数信号発生手段と、
   前記巻線型誘導機の回転信号と前記目標回転数信号とを
   入力して、前記交流励磁装置の交流励磁出力を補正する
   交流励磁出力補正手段と、前記巻線型誘導機の回転信号
   と前記目標回転数信号とを入力して、前記水量供給手段
   へ供給水量を補正するための供給水量補正信号を出力す
   る供給水量補正信号出力手段を備えたことを特徴とする
   可変速巻線型誘導機制御装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項の可変速巻線型誘導
   制御装置において、前記交流励磁出力補正手段は入力し
   た前記巻線型誘導機の回転信号と前記目標回転数信号と
   の偏差を用いて、前記交流励磁装置の交流励磁出力を補
   正すること、前記供給水量補正信号出力手段は入力した
   前記巻線型誘導機の回転信号と前記目標回転数信号との
   偏差を用いて、前記供給水量補正信号を出力することを
   特徴とする可変速巻線型誘導機制御装置。