(57)【要約】【課題】  可変速揚水発電所の高落差大容量化が進んでも、可変速発電電動機を二次励磁装置により始動するに際し、装置の大型化や費用の増大を招くことなく、可変速発電電動機を目標速度まで昇速できるようにする。【解決手段】  実施形態によれば、可変速揚水発電システムにおいて二次励磁装置から可変速発電電動機の二次巻線に駆動電力を供給することにより前記可変速発電電動機を停止状態から始動させる制御を行う制御装置が提供される。この制御装置は、前記可変速発電電動機の始動を行うに際し、前記二次励磁装置の直流回路電圧、および当該直流回路電圧または出力電圧に対して予め設定されている制御や保護の設定の少なくとも一部を変更または解除した状態にする設定変更手段を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変速揚水発電システムにおいて二次励磁装置から可変速発電電動機の二次巻線に駆動電力を供給することにより前記可変速発電電動機を停止状態から始動させる制御を行う制御装置であって、
前記可変速発電電動機の始動を行うに際し、前記二次励磁装置の直流回路電圧、および当該直流回路電圧または出力電圧に対して予め設定されている制御や保護の設定の少なくとも一部を変更または解除した状態にする設定変更手段を有することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の制御装置において、
前記設定変更手段は、前記可変速発電電動機を電力系統に並入させるに際し、
前記二次励磁装置の直流回路電圧、および当該直流回路電圧または出力電圧に対して予め設定されていた制御や保護の設定の少なくとも一部が変更または解除された状態から、前記二次励磁装置の直流回路電圧、および当該直流回路電圧または出力電圧に対して予め設定されていた制御や保護が設定された元の状態に戻すことを特徴とする制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の制御装置において、
前記設定変更手段は、前記可変速発電電動機の始動を行うに際し、
前記二次励磁装置の直流回路電圧の設定値を、予め設定されている設定値よりも高く且つ前記二次励磁装置のチョッパが作動するレベルの設定値よりも低い値に切り替えることを特徴とする制御装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の制御装置において、
前記設定変更手段は、前記可変速発電電動機の始動を行うに際し、
前記二次励磁装置のチョッパが作動する電圧レベルとして予め設定されている設定値を、当該設定値よりも高く且つ前記二次励磁装置の周波数変換器を停止させるレベルとして予め設定されている設定値よりも低い値に切り替え、
前記二次励磁装置の直流回路電圧の設定値を、予め設定されている設定値よりも高く且つ前記二次励磁装置のチョッパが作動するレベルの設定値よりも低い値に切り替えることを特徴とする制御装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の制御装置において、
前記設定変更手段は、前記可変速発電電動機の始動を行うに際し、
前記二次励磁装置のチョッパが作動する電圧レベルとして予め設定されている設定値を無効にし、
前記二次励磁装置の直流回路電圧の設定値を、予め設定されている設定値よりも高く且つ前記二次励磁装置の周波数変換器を停止させるレベルとして予め設定されている設定値よりも低い値に切り替えることを特徴とする制御装置。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の制御装置において、
前記設定変更手段は、前記可変速発電電動機の始動を行うに際し、
前記二次励磁装置のチョッパが作動する電圧レベルとして予め設定されている設定値を無効にし、
前記二次励磁装置の周波数変換器を停止させる電圧レベルとして予め設定されている設定値を、当該設定値よりも高く且つ前記可変速発電電動機の二次巻線と前記二次励磁装置との間の三相交流回路を三相短絡させる短絡装置を作動させるレベルとして予め設定されている設定値よりも低い値に切り替え、
前記二次励磁装置の直流回路電圧の設定値を、予め設定されている設定値よりも高く且つ前記二次励磁装置の周波数変換器を停止させるレベルの設定値よりも低い値に切り替えることを特徴とする制御装置。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の制御装置において、
前記設定変更手段は、前記可変速発電電動機の始動を行うに際し、
前記二次励磁装置のチョッパが作動する電圧レベルとして予め設定されている設定値を無効にし、
前記可変速発電電動機の二次巻線と前記二次励磁装置との間の三相交流回路を三相短絡させる短絡装置を作動させる電圧レベルとして予め設定されている設定値を、当該設定値よりも高く且つ前記可変速発電電動機の二次巻線の耐電圧レベルの上限よりも低く且つ前記二次励磁装置の周波数変換器単体の耐電圧レベルの上限よりも低い値に切替え、
前記二次励磁装置の周波数変換器を停止させる電圧レベルとして予め設定されている設定値を、当該設定値よりも高く且つ前記可変速発電電動機の二次巻線と前記二次励磁装置との間の三相交流回路を三相短絡させる短絡装置を作動させるレベルの設定値よりも低い値に切り替え、
前記二次励磁装置の直流回路電圧の設定値を、予め設定されている設定値よりも高く且つ前記二次励磁装置の周波数変換器を停止させるレベルの設定値よりも低い値に切り替えることを特徴とする制御装置。
【請求項８】
可変速揚水発電システムにおいて二次励磁装置から可変速発電電動機の二次巻線に駆動電力を供給することにより前記可変速発電電動機を停止状態から始動させる可変速発電電動機始動方法であって、
制御装置により、前記可変速発電電動機の始動を行うに際し、前記二次励磁装置の直流回路電圧、および当該直流回路電圧または出力電圧に対して予め設定されている制御や保護の設定の少なくとも一部を変更または解除した状態にすることを特徴とする可変速発電電動機始動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、可変速揚水発電システム等における可変速発電電動機の始動を制御する制御装置および可変速発電電動機始動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大容量揚水発電所の発電電動機の始動装置としては、一般に、半導体素子からなる周波数変換器を用いた静止形始動装置を用いて、停止状態から定格回転速度まで加速し、系統電圧と発電電動機端子電圧の同期を取った後、並列用遮断器により系統並入し、ポンプ運転を開始する方式が採用されている。このような静止形始動装置としては、サイリスタ始動装置が知られている。この種の始動装置は、出力２０ＭＷ程度の大きなものであり、その費用、設置スペースの低減が求められている。
【０００３】
一方で、近年の地球温暖化対策を背景に、可変速揚水発電所に二重給電交流機（以下、「可変速発電電動機」と呼ぶ。）を適用するケースが増加している。可変速揚水発電所に、大容量の可変速発電電動機を適用する場合、その励磁装置に２０ＭＷを超える出力を持つ周波数変換器（以下、「二次励磁装置」とも呼ぶ。）を用いる場合があり、可変速揚水発電所によっては、上記サイリスタ始動装置を別途設置することなく、この「二次励磁装置」を始動装置として用い、可変速発電電動機の二次巻線から可変周波数の駆動電力を発電電動機に注入し、停止状態から同期速度近傍まで加速する方式（以下、「自己始動方式（二次側）」と呼ぶ）を採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２３５６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年の可変速揚水発電所はその高落差大容量化に伴い、その選定される可変速運転範囲が従来の±５〜７％程度から、±４％程度へと小さくなってきている。そのため、励磁装置として用いられる周波数変換器に求められる出力周波数範囲、出力電圧範囲も可変速運転範囲に比例して小さくなり、その結果、従来実施してきたとおりに可変速発電電動機の二次巻線に二次励磁装置を接続し、始動装置として用いて駆動電力を供給しても、出力電圧が低いため、系統との同期並入を可能とする目標速度まで可変速発電電動機を昇速することができなくなってきている。
【０００６】
このような問題に対し、冒頭に記載したような（１）サイリスタ始動装置を別途設置する方式（サイリスタ始動方式）のほか、（２）大電流の分岐回路母線、断路器等を設け、始動時に主回路切替を行い発電電動機の一次巻線側から必要な駆動電力を注入する方式（自己始動方式（一次側））、（３）始動時のみ用いる昇圧変圧器、及び分岐回路母線、断路器等を二次巻線側に設け、始動時の二次電圧を昇圧し、二次巻線側から必要な駆動電力を注入する方式（自己始動方式（二次側昇圧変圧器付））の適用が考えられるが、これらのいずれの場合も、大きな装置・機器を別途設置するため、機器費用が増大し、発電所のレイアウト設計を複雑にするとともに、建屋の大型化や土木費用の増大を招くことになる。
【０００７】
発明が解決しようとする課題は、可変速揚水発電所の高落差大容量化が進んでも、可変速発電電動機を二次励磁装置により始動するに際し、装置の大型化や費用の増大を招くことなく、可変速発電電動機を目標速度まで昇速することを可能とする制御装置および可変速発電電動機始動方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態によれば、可変速揚水発電システムにおいて二次励磁装置から可変速発電電動機の二次巻線に駆動電力を供給することにより前記可変速発電電動機を停止状態から始動させる制御を行う制御装置であって、前記可変速発電電動機の始動を行うに際し、前記二次励磁装置の直流回路電圧、および当該直流回路電圧または出力電圧に対して予め設定されている制御や保護の設定の少なくとも一部を変更または解除した状態にする設定変更手段を有することを特徴とする制御装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、可変速揚水発電所の高落差大容量化が進んでも、可変速発電電動機を二次励磁装置により始動するに際し、機器の大型化や費用の増大を招くことなく、可変速発電電動機を目標速度まで昇速することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る可変速揚水発電システムの構成を示す図。
【図２】三相短絡装置３Ｃの構成例を示す図。
【図３】二次励磁装置用制御部４Ａの機能構成の一例を示す図。
【図４】可変速発電電動機２の始動を行うに際して二次励磁装置３の直流回路電圧、および当該直流回路電圧または出力電圧に対する制御や保護の設定を変更または解除するためのいくつかの設定変更例を示す図。
【図５】可変速発電電動機２の始動中における回転速度と二次励磁装置３の出力電圧との関係を、本実施形態と従来とを対比させながら示す図。
【図６】可変速発電電動機２の始動中における二次励磁装置３の時間と回転速度との関係を、本実施形態と従来とを対比させながら示す図。
【図７】制御装置による動作の一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、第１の実施形態に係る可変速揚水発電システムの基本構成を示すブロック図である。
【００１３】
可変速揚水発電システムは、主な要素として、ポンプ水車１、二重給電交流機で実現される可変速発電電動機２、この可変速発電電動機２の二次巻線に接続し可変周波数の交流を印加する周波数変換器で実現される自励式の二次励磁装置３、この二次励磁装置３が出力する交流電圧、電流、周波数、位相の制御を行う二次励磁装置用制御部４Ａと開閉設備５，６の開閉制御や水面押上装置１３の駆動制御などを行う主回路用制御部４Ｂとから成る制御装置４、可変速発電電動機２の固定子側に接続される系統連系用の並列用遮断器５、可変速発電電動機２の固定子巻線端を三相短絡するための始動用断路器６、二次励磁装置３用の電源変圧器としての励磁用変圧器７、電力系統に遮断器を介して接続される主要変圧器８、系統電圧の測定のための計器用変圧器９、可変速発電電動機２の端子電圧の測定のための計器用変圧器１０、可変速発電電動機２の回転子の回転数もしくは回転速度（以下、「速度」と略称する場合がある。）を検出するための速度検出器１１、可変速発電電動機２の回転子の位相を検出するための位相検出器１２、揚水始動の際の水面押下を行う水面押下装置１３などを備えている。
【００１４】
前述の制御装置４は、二次励磁装置３から可変速発電電動機２の二次巻線に駆動電力を供給することにより可変速発電電動機２を停止状態から始動させるための制御を行う機能を有する。
【００１５】
また、本システムには、系統での事故や落雷などにより可変速発電電動機２の二次側に誘起される過電圧から二次励磁装置３を含む回路を保護するために、チョッパ（過電圧抑制装置）３Ａ、変換器過電圧保護停止装置３Ｂ、および三相短絡装置（過電圧保護装置）３Ｃが備えられている。これらの動作は、機器の保護や、系統故障後の運転継続のために予め設定した設定値に基づき動作および必要により復帰をするように制御される。当該制御を行う主体は、（ｉ）二次励磁装置用制御部４Ａにある場合と、（ii）二次励磁装置用制御部４Ａではなくチョッパ３Ａ、変換器過電圧保護停止装置３Ｂ、三相短絡装置３Ｃの各々にある（各々の保護制御装置内にある）場合と、（iii）二次励磁装置用制御部４Ａ、チョッパ３Ａ、変換器過電圧保護停止装置３Ｂ、三相短絡装置３Ｃの各々にある（二次励磁装置用制御部４Ａと、チョッパ３Ａ、変換器過電圧保護停止装置３Ｂ、三相短絡装置３Ｃとが連動して制御を実施する）場合とがある。なお、変換器過電圧保護停止装置３Ｂ、三相短絡装置３Ｃはそれぞれ、図１のように二次励磁装置３の外側にある場合もあれば、二次励磁装置３の内部にある場合もある。
【００１６】
チョッパ３Ａは、二次励磁装置３内に設けられるものである。このチョッパ３Ａは、抵抗器とパワー半導体素子（例えばＧＴＯ、ＩＧＢＴ）とで構成され、可変速発電電動機２の二次巻線に誘起される故障電流が比較的小さい系統事故などのときに、直流リンク回路の電圧上昇を抑制し、コンバータ／インバータの運転を継続させる機能を有する。
【００１７】
変換器過電圧保護停止装置３Ｂは、二次励磁装置３内の直流リンク回路の電圧がチョッパ３Ａの電圧抑制能力を超えるある電圧レベルに達した場合に、周波数変換器の運転を停止させる（コンバータ／インバータの運転を停止させる、いわゆるゲートブロック）機能を有し、オンオフ動作の耐量を超える電圧での運転から周波数変換器の半導体素子を保護すると共に、さらに電圧が上昇した場合に動作する後述の三相短絡装置３Ｃの動作前に周波数変換器を停止し、周波数変換器が三相短絡装置３Ｃにより短絡電流を供給することが無いようにする役割も有する。
【００１８】
三相短絡装置３Ｃは、可変速発電電動機２の二次巻線と二次励磁装置３との間の三相交流回路に接続される。この三相短絡装置３Ｃは、当該三相交流回路あるいは二次励磁装置３内の直流リンク回路に、ある電圧レベルを超える過電圧が発生した場合に、周波数変換器が停止している状態で、当該三相交流回路を三相短絡させる。
【００１９】
上記三相短絡装置３Ｃは、具体的には、可変速発電電動機２の二次巻線と二次励磁装置３とを結ぶ励磁電源供給線の各線間に電気的に接続されており、例えば図２に示されるようにサイリスタ等の他励素子を用いて３つの短絡スイッチが構成される。なお、図２の例では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相間にそれぞれ１個のサイリスタを設けた場合が示されているが、この例に限定されるものではない。
【００２０】
図３は、二次励磁装置用制御部４Ａの機能構成の一例を示す図である。
【００２１】
二次励磁装置用制御部４Ａは、自己始動制御部４１、二次励磁制御部４２、設定変更部４３等の各種機能を備えている。
【００２２】
自己始動制御部４１は、二次励磁装置３を始動装置として可変速発電電動機２（およびポンプ水車１）を始動させるための制御モード（以下、「自己始動制御モード」と称す。）を実行する機能であり、自己始動制御モードが設定されているときには、当該自己始動制御モードに対応する制御信号が二次励磁装置３へ送られる。この制御信号は、二次励磁装置（周波数変換器）３の出力周波数を０Ｈｚから系統周波数近傍まで漸増させる。
【００２３】
二次励磁制御部４２は、二次励磁装置３を通じて可変速発電電動機２の系統並入時および並入後の可変速運転の制御を行うための制御モード（以下、「二次励磁制御モード」と称す。）を実行する機能であり、二次励磁制御モードが設定されているときには、当該二次励磁制御モードに対応する制御信号が二次励磁装置３へ送られる。
【００２４】
設定変更部４３は、可変速発電電動機２の始動を行うに際し、二次励磁装置３の直流回路電圧、および直流回路電圧あるいは出力電圧に対して予め設定されている制御や保護の設定の少なくとも一部を変更または解除した状態にする機能を有する。
【００２５】
ここでいう「予め設定されている制御や保護の設定」とは、系統連系した通常運転状態での制御や保護を行うための設定値を意味し、例えば系統故障などの時にも発電電動機が運転継続できることなどの運転条件も考慮して決定される場合があるものである。「変更」の対象としては、例えば二次励磁装置３の直流回路電圧の設定値、場合によっては更に、チョッパ３Ａが作動する電圧レベル、周波数変換器を過電圧保護停止させる電圧レベル、短絡装置３Ｃを作動させる電圧レベルなどの個々の設定値が挙げられる。「解除」の対象としては、例えばチョッパ３Ａが作動する電圧レベルの設定値が挙げられる。
【００２６】
また、この設定変更部４３は、可変速発電電動機２を電力系統に並入させるに際し、二次励磁装置３の直流回路電圧、および直流回路電圧あるいは出力電圧に対して設定されていた制御や保護の設定の少なくとも一部が変更または解除された状態から、二次励磁装置３の直流回路電圧、および直流回路電圧あるいは出力電圧に対して予め設定されていた制御や保護が設定された元の状態に戻す機能も有する。
【００２７】
次に、図４を参照して、可変速発電電動機２の始動を行うに際して二次励磁装置３の出力電圧に対する制御や保護の設定を変更または解除するためのいくつかの設定変更例を、通常運転中の設定例と対比しながら説明する。
【００２８】
ここでは、二次励磁装置３の通常運転中の直流回路電圧をＶＤ、チョッパ３Ａが作動する電圧レベルを「チョッパレベルＣＨ」、周波数変換器を過電圧保護停止させる電圧レベルを「変換器停止レベルＯＶ」、短絡装置３Ｃを作動させる電圧レベルを「短絡保護レベルＯＶＰ」と呼ぶ。
【００２９】
本システムでは、通常運転中の系統での事故や落雷などにより可変速発電電動機２の
二次側に過電圧が誘起される場合を想定して、過電圧のレベルに応じた各種の回路保護が予め施されている。例えば、二次励磁装置３には、直流回路電圧ＶＤ、チョッパレベルＣＨ、変換器停止レベルＯＶ、および短絡保護レベルＯＶＰをそれぞれ規定する設定値が予め設定されている。一般には、これらの設定値は通常運転中も始動中も不変であるが、本実施形態では、始動を行うに際して少なくとも一部の設定値を変更または解除した状態にする。
【００３０】
・通常運転中の設定例
可変速発電電動機２の通常運転中においては、設定変更部４３は、予め設定されている直流回路電圧ＶＤ、チョッパレベルＣＨ、変換器停止レベルＯＶ、短絡保護レベルＯＶＰの各設定値をそのまま適用する。例えば、図８に示されるように、直流回路電圧ＶＤは１．０［ｐｕ］（＝４．５ＫＶ）、チョッパレベルＣＨは１．４［ｐｕ］、変換器停止レベルＯＶは１．５［ｐｕ］、および短絡保護レベルＯＶＰは１．６［ｐｕ］である。
【００３１】
・始動中の設定例（１）
設定例（１）では、設定変更部４３は、可変速発電電動機２の始動を行うに際し、直流回路電圧ＶＤとして予め設定されている設定値を、当該設定値よりも高く且つ前記二次励磁装置のチョッパが作動するレベルの設定値よりも低い値に切り替える。
【００３２】
例えば、図８に示されるように、始動可能レベルＶＤの設定値を、チョッパレベルＣＨの設定値（１．４［ｐｕ］）の少し手前のレベルまで高める。
【００３３】
この設定例（１）によれば、予め設定されている直流回路電圧ＶＤとチョッパレベルＣＨとの間に一定以上の開きがある場合に、始動中の直流回路電圧ＶＤを高める設定変更を実施するだけで、可変速発電電動機２が最終的に到達する最高速度を高めることができる。これにより、系統への同期並入を可能とする目標速度まで可変速発電電動機２を昇速できる場合がある。
【００３４】
このように設定変更できる理由は、始動中は、発電電動機が系統と連系していないため、系統故障時の運転制御のために設ける場合があるチョッパレベルと直流回路電圧の比較的大きな設定電圧の差を確保しておく必要が無いためである。
【００３５】
・始動中の設定例（２）
設定例（２）では、設定変更部４３は、可変速発電電動機２の始動を行うに際し、チョッパレベルＣＨとして予め設定されている設定値を、当該設定値よりも高く且つ周波数変換器を停止させるレベルの設定値よりも低い値に切り替え、直流回路電圧ＶＤとして予め設定されている設定値を、当該設定値よりも高く且つチョッパレベルＣＨの設定値よりも低い値に切り替える。
【００３６】
例えば、図８に示されるように、チョッパレベルＣＨの設定値を、変換器停止レベルＯＶの設定値（１．５［ｐｕ］）の少し手前のレベルまで高め、始動可能レベルＶＤの設定値を、チョッパレベルＣＨの設定値の少し手前のレベルまで高める。
【００３７】
この設定例（２）によれば、設定例（１）よりも始動中の直流回路電圧ＶＤを高くすることができるため、可変速発電電動機２が最終的に到達する最高速度を設定例（１）よりも高くすることができる。よって、設定例（１）で系統への同期並入を可能とする目標速度まで可変速発電電動機２を昇速することができない場合であっても、設定例（２）でそれを実現できる場合がある。
【００３８】
・始動中の設定例（３）
設定例（３）では、設定変更部４３は、可変速発電電動機２の始動を行うに際し、チョッパレベルＣＨとして予め設定されている設定値を無効にし（即ち、チョッパの作動を無効にし）、直流回路電圧ＶＤとして予め設定されている設定値を、当該設定値よりも高く且つ変換器停止レベルＯＶの設定値よりも低い値に切り替える。
【００３９】
例えば、図８に示されるように、チョッパレベルＣＨの設定を解除し、直流回路電圧ＶＤの設定値を、変換器停止レベルＯＶの設定値（１．５［ｐｕ］）の少し手前のレベルまで高める。
【００４０】
この設定例（３）によれば、設定例（２）よりも始動中の直流回路電圧ＶＤを高くすることができるため、可変速発電電動機２が最終的に到達する最高速度を設定例（２）よりも高くすることができる。よって、設定例（２）で系統への同期並入を可能とする目標速度まで可変速発電電動機２を昇速することができない場合であっても、設定例（３）でそれを実現できる場合がある。
【００４１】
このように設定変更できる理由は、系統故障時の故障電流による直流回路電圧の上昇を抑制することがチョッパの役割であるが、発電電動機が系統と連系していない始動中は、チョッパがなくとも、周波数変換器の電圧制御能力で安定な運転が可能だからである。
【００４２】
・始動中の設定例（４）
設定例（４）では、設定変更部４３は、可変速発電電動機２の始動を行うに際し、チョッパレベルＣＨとして予め設定されている設定値を無効にし（即ち、チョッパの作動を無効にし）、変換器停止レベルＯＶとして予め設定されている設定値を、当該設定値よりも高く且つ短絡保護レベルＯＶＰの設定値よりも低い値に切り替え、直流回路電圧ＶＤとして予め設定されている設定値を、当該設定値よりも高く且つ変換器停止レベルＯＶの設定値よりも低い値に切り替える。
【００４３】
例えば、図８に示されるように、チョッパレベルＣＨの設定を解除し、変換器停止レベルＯＶの設定値を、短絡保護レベルＯＶＰの設定値（１．６［ｐｕ］）の少し手前のレベルまで高め、直流回路電圧ＶＤの設定値を、変換器停止レベルＯＶの設定値の少し手前のレベルまで高める。
【００４４】
この設定例（４）によれば、設定例（３）よりも始動中の直流回路電圧ＶＤを高くすることができるため、可変速発電電動機２が最終的に到達する最高速度を設定例（３）よりも高くすることができる。よって、設定例（３）で系統への同期並入を可能とする目標速度まで可変速発電電動機２を昇速することができない場合であっても、設定例（４）でそれを実現できる場合がある。
【００４５】
なお、変換器停止レベルＯＶは周波数変換器の半導体素子の運転可能電圧以下に設定するが、その設定は大きな故障電流が流れるときに動作する三相短絡装置３Ｃの動作レベル以下とする必要がある。系統故障時の運転制御のために三相短絡装置３Ｃの動作設定値が、機器の電圧耐量により決まる値よりも低く設定されることがあり、その場合、ＯＶレベルも低く抑えられる。系統連系していない始動中は機器耐量で決まるそれらの値まで設定値を上昇させることができる。
【００４６】
・始動中の設定例（５）
設定例（５）では、設定変更部４３は、可変速発電電動機２の始動を行うに際し、チョッパレベルＣＨとして予め設定されている設定値を無効にし（即ち、チョッパの作動を無効にし）、短絡保護レベルＯＶＰとして予め設定されている設定値を、当該設定値よりも高く且つ可変速発電電動機２の二次巻線の耐電圧レベルの上限よりも低く且つ二次励磁装置３の周波数変換器単体の耐電圧レベルの上限よりも低い値に切替え、変換器停止レベルＯＶとして予め設定されている設定値を、当該設定値よりも高く且つ短絡保護レベルＯＶＰの設定値よりも低い値に切り替え、直流回路電圧ＶＤとして予め設定されている設定値を、当該設定値よりも高く且つ変換器停止レベルＯＶの設定値よりも低い値に切り替える。
【００４７】
例えば、図８に示されるように、チョッパレベルＣＨの設定を解除し、短絡保護レベルＯＶＰの設定値を、周波数変換器単体の耐電圧レベルの上限近くまで高め、変換器停止レベルＯＶの設定値を、短絡保護レベルＯＶＰの設定値の少し手前のレベルまで高め、直流回路電圧ＶＤの設定値を、変換器停止レベルＯＶの設定値の少し手前のレベルまで高める。
【００４８】
この設定例（５）によれば、設定例（４）よりも始動中の直流回路電圧ＶＤを高くすることができるため、可変速発電電動機２が最終的に到達する最高速度を設定例（４）よりも高くすることができる。よって、設定例（４）で系統への同期並入を可能とする目標速度まで可変速発電電動機２を昇速することができない場合であっても、設定例（５）でそれを実現できる場合がある。
【００４９】
設定例（４）に記載したように、短絡保護レベルＯＶＰは系統連係中の運転制御のために機器の保護レベルより低く設定する場合があり、その場合、系統に連系していない始動中はそれを機器の耐電圧レベルまで上昇させることが可能である。
【００５０】
図５は、可変速発電電動機２の始動中における回転速度と二次励磁装置３の出力電圧との関係を、本実施形態と従来とを対比させながら示す図である。
【００５１】
従来においては、前述した始動中の直流回路電圧ＶＤの設定値は、通常運転中と変わらない。なお、本例では、直流回路電圧ＶＤの設定値は１．０［ｐｕ］（＝４．５ｋＶ）であるものとする。可変速発電電動機２を停止状態から始動するに際し、二次励磁装置３の出力電圧を０［ｐｕ］から上げながら回転速度を上げていくと、二次励磁装置３の出力電圧は通常運転中の直流回路電圧ＶＤの設定値で決まる最大値（これを出力電圧の１．０［ｐｕ］とする）で上昇を制限され、回転速度をいくら上げても二次励磁装置３の出力電圧は、それ以上は上昇しなくなる。
【００５２】
一方、本実施形態では、前述した始動可能レベルＶＤの設定値は、通常運転中よりも高い値となっている。可変速発電電動機２を停止状態から始動するに際し、二次励磁装置３の出力電圧を０［ｐｕ］から上げながら回転速度を上げていくと、二次励磁装置３の出力電圧は従来例での始動可能レベルＶＤの設定値（１．０［ｐｕ］）のところでは上昇を制限されず、１．０［ｐｕ］を超えた後、例えば１．５［ｐｕ］まで上昇できる。始動トルクは電圧の２乗で増加するため、到達できる回転速度が上昇する。
【００５３】
図６は、可変速発電電動機２の始動中における二次励磁装置３の時間と回転速度との関係を、本実施形態と従来とを対比させながら示す図である。
【００５４】
従来においては、前述したように二次励磁装置３の出力電圧を０［ｐｕ］から上げながら回転速度を上げていくと、二次励磁装置３の出力電圧は通常運転中の直流回路電圧ＶＤの設定値で決まる値（出力電圧１．０［ｐｕ］）で上昇を制限され、その結果、回転速度は上昇しても、定格の回転速度（１．０［ｐｕ］）近くまでには至らず、例えば定格の回転速度（１．０［ｐｕ］）の９０％のレベル近傍で飽和する。
【００５５】
一方、本実施形態では、二次励磁装置３の出力電圧を０［ｐｕ］から上げながら回転速度を上げていくと、二次励磁装置３の出力電圧は１．０［ｐｕ］）よりも高い、たとえば、１．５［ｐｕ］まで到達する。その結果、従来より加速も早く、回転速度は定格の回転速度（１．０［ｐｕ］）近くまで至り、系統への同期並入が可能となる。
【００５６】
次に、図７を参照して、二次励磁装置３による可変速発電電動機２の始動の動作について説明する。
【００５７】
可変速発電電動機２（およびポンプ水車１）が停止している状態（ステップＳ０）において、制御装置４は、始動操作に応じて可変速発電電動機２（およびポンプ水車１）の始動を開始する（ステップＳ１）。
【００５８】
始動前に、制御装置４は、二次励磁装置用制御部４Ａにより、少なくとも直流回路電圧ＶＤの設定値を始動用の値に切り替える（ステップＳ１）。
【００５９】
また、この始動において、制御装置４は、主回路用制御部４Ｂにより、並列用遮断器５を開路、始動用断路器６を閉路することにより、可変速発電電動機２を誘導電動機とし、また、二次励磁装置用制御部４Ａにより、自己始動制御モードを実行することにより、二次励磁装置３を可変周波数・可変電圧を出力する駆動装置として動作させ（ステップＳ２）、その交流出力をほぼ０Ｈｚから系統周波数近傍まで変化させることにより、可変速発電電動機２を加速昇速させる（ステップＳ３）。
【００６０】
制御装置４は、可変速発電電動機２が目標速度に達するまで昇速を行い、目標速度に達すると（ステップＳ４のＹＥＳ）、制御装置４は、二次励磁装置用制御部４Ａにより、前述のステップＳ１にて切り替えた始動用の設定値を元の値に戻し（ステップＳ５）、制御モードを自己始動制御モードから二次励磁制御モードへ切り替える（ステップＳ６）。
【００６１】
制御装置４は、二次励磁装置用制御部４Ａにより、始動用断路器６を開路した後、二次励磁装置用制御部４Ａにより、計器用変圧器１０で測定される可変速発電電動機２の端子電圧が計器用変圧器９で測定される電力系統電圧と同期するように二次励磁装置３の交流出力電圧、電流、周波数および位相を制御し、同期確認後、二次励磁装置用制御部４Ａにより、並列用遮断器５を閉路し、系統並入させる（ステップＳ７）。
【００６２】
系統連系後、制御装置４は、二次励磁装置用制御部４Ａにより、二次励磁装置３と電力系統からの駆動電力で可変速発電電動機２を必要に応じさらに加速して可変速運転範囲まで昇速させ、主回路用制御部４Ｂにより、水面押下装置１３を操作し、ポンプ水車１を用いた揚水運転を開始する（ステップＳ８）。
【００６３】
このように本実施形態によれば、可変速揚水発電所の高落差大容量化が進んでも、可変速発電電動機を二次励磁装置により始動するに際し、装置の大型化や費用の増大を招くことなく、可変速発電電動機を目標速度まで昇速することを可能となる。
【００６４】
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１…ポンプ水車、２…可変速発電電動機、３…二次励磁装置、３Ａ…チョッパ（過電圧抑制装置）、３Ｂ…変換器過電圧保護停止装置、３Ｃ…三相短絡装置（過電圧保護装置）、４…制御装置、４Ａ…二次励磁装置用制御部、４Ｂ…主回路用制御部、５…並列用遮断器、６…始動用断路器、７…励磁用変圧器、８…主要変圧器、９…計器用変圧器、１０…計器用変圧器、１１…速度検出器、１２…位相検出器、１３…水面押上装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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