(57)【要約】【課題】装置のサイズやコストの増大を抑えつつ同期入りまでの過電流の発生を抑制する。【解決手段】実施形態の同期始動制御装置は、可変速揚水発電システムの同期始動制御装置において、発電機の励磁周波数を設定する発電機用周波数設定手段と、電動機の励磁周波数を設定する電動機用周波数設定手段と、発電機電圧の周波数を検出して出力するとともに、発電機と電動機の間の電流がゼロ近傍にあるか否かに応じて同期状態にあるか否かを示す信号を出力する電源同期検出手段と、同期状態の検出及び所定の条件の成立の有無に応じて、前記電動機用周波数設定手段で設定される周波数と前記電源同期検出手段から出力される周波数とを切り替えて出力するともに、前記電動機用周波数設定手段に固定すべき周波数を出力する励磁用設定周波数切替手段と、前記発電機用周波数設定手段により設定される周波数にて発電機を励磁する発電機励磁手段と、前記励磁用設定周波数切替手段から出力される周波数にて電動機を励磁する電動機励磁手段とを備える。【選択図】図１
2015019532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変速揚水発電システムの同期始動制御装置において、
発電機の励磁周波数を設定する発電機用周波数設定手段と、
電動機の励磁周波数を設定する電動機用周波数設定手段と、
発電機電圧の周波数を検出して出力するとともに、発電機と電動機の間の電流がゼロ近傍にあるか否かに応じて同期状態にあるか否かを示す信号を出力する電源同期検出手段と、
同期状態の検出及び所定の条件の成立の有無に応じて、前記電動機用周波数設定手段で設定される周波数と前記電源同期検出手段から出力される周波数とを切り替えて出力するともに、前記電動機用周波数設定手段に固定すべき周波数を出力する励磁用設定周波数切替手段と、
前記発電機用周波数設定手段により設定される周波数にて発電機を励磁する発電機励磁手段と、
前記励磁用設定周波数切替手段から出力される周波数にて電動機を励磁する電動機励磁手段と
を備えることを特徴とする同期始動制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の同期始動制御装置において、
可変速揚水発電システムの機械ブレーキの制動を制御する機械ブレーキ制御手段と、
前記機械ブレーキの解除後に、前記発電機電圧に応じて水車の回転速度を制御すべく、ガイドベーンにより調速制御を行う調速制御手段と、
前記発電機電圧に応じて励磁電圧振幅指令を前記電動機励磁手段に出力して、励磁電流の大きさを制御する励磁電圧制御手段と
を更に備えることを特徴とする同期始動制御装置。
【請求項３】
可変速揚水発電システムの同期始動制御装置において、
発電機の励磁周波数を設定する発電機用周波数設定手段と、
電動機の励磁周波数を設定する電動機用周波数設定手段と、
発電機電圧の周波数を検出して出力するとともに、発電機と電動機の間の電流がゼロ近傍にあるか否かに応じて同期状態にあるか否かを示す信号を出力する電源同期検出手段と、
同期状態の検出及び所定の条件の成立の有無に応じて、前記発電機用周波数設定手段で設定される周波数と前記電源同期検出手段から出力される周波数とを切り替えて出力するともに、前記発電機用周波数設定手段に固定すべき周波数を出力する励磁用設定周波数切替手段と、
前記励磁用設定周波数切替手段から出力される周波数にて発電機を励磁する発電機励磁手段と、
電動機用周波数設定手段により設定される周波数にて電動機を励磁する電動機励磁手段と、
可変速揚水発電システムの機械ブレーキの制動を制御する機械ブレーキ制御手段と、
前記機械ブレーキの解除後に、前記発電機電圧に応じて水車の回転速度を制御すべく、ガイドベーンにより調速制御を行う調速制御手段と、
前記発電機電圧に応じて励磁電圧振幅指令を前記発電機励磁手段に出力して、励磁電流の大きさを制御する励磁電圧制御手段と
を備えることを特徴とする同期始動制御装置。
【請求項４】
可変速揚水発電システムの同期始動制御方法において、
発電機用周波数設定手段により、発電機の励磁周波数を設定し、
電動機用周波数設定手段により、電動機の励磁周波数を設定し、
電源同期検出手段により、発電機電圧の周波数を検出して出力するとともに、発電機と電動機の間の電流がゼロ近傍にあるか否かに応じて同期状態にあるか否かを示す信号を出力し、
励磁用設定周波数切替手段により、同期状態の検出及び所定の条件の成立の有無に応じて、前記電動機用周波数設定手段で設定される周波数と前記電源同期検出手段から出力される周波数とを切り替えて出力するともに、前記電動機用周波数設定手段に固定すべき周波数を出力し、
発電機励磁手段により、前記発電機用周波数設定手段により設定される周波数にて発電機を励磁し、
電動機励磁手段により、前記励磁用設定周波数切替手段から出力される周波数にて電動機を励磁する
ことを特徴とする同期始動制御方法。
【請求項５】
請求項４に記載の同期始動制御方法において、
機械ブレーキ制御手段により、可変速揚水発電システムの機械ブレーキの制動を制御し、
調速制御手段により、前記機械ブレーキの解除後に、前記発電機電圧に応じて水車の回転速度を制御すべく、ガイドベーンにより調速制御を行い、
励磁電圧制御手段により、前記発電機電圧に応じて励磁電圧振幅指令を前記電動機励磁手段に出力して、励磁電流の大きさを制御する
ことを特徴とする同期始動制御方法。
【請求項６】
請求項５に記載の同期始動制御方法において、
発電機用周波数設定手段により、発電機の励磁周波数を設定し、
電動機用周波数設定手段により、電動機の励磁周波数を設定し、
電源同期検出手段により、発電機電圧の周波数を検出して出力するとともに、発電機と電動機の間の電流がゼロ近傍にあるか否かに応じて同期状態にあるか否かを示す信号を出力し、
励磁用設定周波数切替手段により、同期状態の検出及び所定の条件の成立の有無に応じて、前記発電機用周波数設定手段で設定される周波数と前記電源同期検出手段から出力される周波数とを切り替えて出力するともに、前記発電機用周波数設定手段に固定すべき周波数を出力し、
発電機励磁手段により、前記励磁用設定周波数切替手段から出力される周波数にて発電機を励磁し、
電動機励磁手段により、電動機用周波数設定手段により設定される周波数にて電動機を励磁し、
機械ブレーキ制御手段により、可変速揚水発電システムの機械ブレーキの制動を制御し、
調速制御手段により、前記機械ブレーキの解除後に、前記発電機電圧に応じて水車の回転速度を制御すべく、ガイドベーンにより調速制御を行い、
励磁電圧制御手段により、前記発電機電圧に応じて励磁電圧振幅指令を前記発電機励磁手段に出力して、励磁電流の大きさを制御する
ことを特徴とする同期始動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、揚水発電所等で用いられる可変速揚水発電システムの同期始動制御装置及び同期始動制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
揚水発電所における発電電動機の起動方法の一つに同期始動方式があり、例えば、発電機としての電動機と始動対象の電動機（ポンプモータ）の回転子の回転を機械ブレーキにより制御することにより、始動時の動揺を抑制した円滑な同期始動を行う装置が知られている。
【０００３】
同期始動方式は、発電機／ポンプモータともに直流励磁を与えておき、発電機を水車により回転上昇させ、発生する電圧（回転とともに周波数上昇する）でポンプモータを同期電動機として駆動する。
【０００４】
また、一般に揚水発電システムとして可変速システムすなわち交流励磁発電電動装置が利用される。しかし、従来の可変速システムでは、始動時の発電機側（２次励磁側）と始動対象（被駆動側電動機−ポンプモーター）との同期化についての検討がなされていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２１７５９３号公報
【特許文献２】特開平５−２８４７９８号公報
【特許文献３】特開２００９−２９６７６６号公報
【特許文献４】特開平１０−１２７０７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の同期始動方式においては、発電機及びポンプモータを接続し、最大可能励磁電流を与えておいてから水車始動し、同期化トルクによって同期はずれが起きないように制御を行っている。励磁電流が大きいことにより、発電機／ポンプモータの同期入りまでに過電流となる事象があるため、同期始動回路にはリアクトルを入れて過電流を抑制している。また、同期始動回路ケーブルの選定にもこの過電流事象も考慮されている。しかし、リアクトルの設置及び容量の大きいケーブルの使用により、コストが高くなるという問題がある。
【０００７】
発明が解決しようとする課題は、装置のサイズやコストの増大を抑えつつ、同期入りまでの過電流の発生を抑制することが可能な同期始動制御装置及び同期始動制御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】
実施形態の同期始動制御装置は、可変速揚水発電システムの同期始動制御装置である。この同期始動制御装置は、発電機の励磁周波数を設定する発電機用周波数設定手段と、電動機の励磁周波数を設定する電動機用周波数設定手段と、発電機電圧の周波数を検出して出力するとともに、発電機と電動機の間の電流がゼロ近傍にあるか否かに応じて同期状態にあるか否かを示す信号を出力する電源同期検出手段と、同期状態の検出及び所定の条件の成立の有無に応じて、前記電動機用周波数設定手段で設定される周波数と前記電源同期検出手段から出力される周波数とを切り替えて出力するともに、前記電動機用周波数設定手段に固定すべき周波数を出力する励磁用設定周波数切替手段と、前記発電機用周波数設定手段により設定される周波数にて発電機を励磁する発電機励磁手段と、前記励磁用設定周波数切替手段から出力される周波数にて電動機を励磁する電動機励磁手段とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る可変速揚水発電システムの同期始動制御装置の概略構成を示す図。
【図２】第２の実施形態に係る可変速揚水発電システムの同期始動制御装置の概略構成を示す図。
【図３】第３の実施形態に係る可変速揚水発電システムの同期始動制御装置の概略構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、実施の形態について説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
第１の実施形態について説明する。
【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同期始動制御装置の概略構成を示す図である。この図において、駆動側の発電電動機（発電機）に係る構成要素には符号の末尾に「Ａ」を付し、被駆動機側の発電電動機（電動機）に係る構成要素には符号の末尾に「Ｂ」を付している。
【００１３】
可変速揚水発電システム１３は、駆動側の可変速の発電電動機として機能する発電機１Ａ、及び被駆動機側の可変速の発電電動機として機能する電動機もしくはポンプモータ１Ｂに加え、シャフト７Ａ，７Ｂ、水車８Ａ、ポンプ８Ｂ、ガイドベーン９Ａ，９Ｂ、機械ブレーキ１０Ａ，１０Ｂ、電力供給路１２などを含む。一方、同期始動制御部２０は、発電機用周波数設定部２１、電動機用周波数設定部２２、電源同期検出部２３、励磁用設定周波数切替部２４、発電機励磁部２５Ａ、電動機励磁部２５Ｂ、機械ブレーキ制御部２６などを含む。
【００１４】
同期始動制御部２０は、可変速揚水発電システム１３を制御対象とし、一方の発電電動機すなわち発電機１Ａの発電運転により、他方の発電電動機すなわちポンプモータ１Ｂを同期始動させるための制御を行う。特にこの同期始動制御部２０は、可変速機の特徴である交流励磁を活かすことにより、水車８Ａが停止した状態からその始動前にかけて発電機１Ａとポンプモータ１Ｂとを電気的に同期させることを可能とし、これにより始動時において同期引き入れに時間がかからないようにし、同期入りの際の過電流を抑制する。交流励磁用の励磁機能は、発電機励磁部２５Ａ及び電動機励磁部２５Ｂに相当する。
【００１５】
発電機１Ａは、電機子巻線３Ａが巻線された固定子２Ａ、及び励磁巻線５Ａが巻線された回転子４Ａを有している。励磁巻線５Ａは、同期始動制御部２０側から供給される交流の励磁電流Ｉｆｇにより励磁されるようになっている。回転子４Ａには、シャフト７Ａを介して水車８Ａが連結されている。水車８Ａはガイドベーン９Ａを有しており、このガイドベーン９Ａの開度調整により、流入水量を制御できるようになっている。また、シャフト７Ａに対向して機械ブレーキ１０Ａが設けられており、この機械ブレーキ１０Ａによりシャフト７Ａの回転、すなわち水車８Ａ及び回転子４Ａの回転が拘束されるようになっている。
【００１６】
同様に、電動機であるポンプモータ１Ｂは、電機子巻線３Ｂが巻線された固定子２Ｂ、及び励磁巻線５Ｂが巻線された回転子４Ｂを有している。励磁巻線５Ｂは、同期始動制御部２０側から供給される交流の励磁電流Ｉｆｍにより励磁されるようになっている。回転子４Ｂには、シャフト７Ｂを介してポンプ８Ｂが連結されている。ポンプ８Ｂはガイドベーン９Ｂを有しており、このガイドベーン９Ｂの開度調整により、流出水量を制御できるようになっている。また、シャフト７Ｂに対向して機械ブレーキ１０Ｂが設けられており、この機械ブレーキ１０Ｂによりシャフト７Ｂの回転、すなわちポンプ８Ｂ及び回転子４Ｂの回転が拘束されるようになっている。
【００１７】
固定子２Ａの電機子巻線３Ａと、固定子２Ｂの電機子巻線３Ｂとは、電力供給路１２により接続されており、発電機１Ａが発電運転を行うと発電電動機間電流Ｉが流れるようになっている。
【００１８】
ここで、同期始動制御装置２０の各種機能について説明する。
【００１９】
発電機用周波数設定部２１は、発電機１Ａの励磁周波数を設定する。
【００２０】
電動機用周波数設定部２２は、ポンプモータ１Ｂの励磁周波数を設定する。
【００２１】
電源同期検出部２３は、発電機電圧Ｖｇの周波数（及び位相）を検出して出力するとともに、発電機電流Ｉｇから発電電動機間電流Ｉがゼロ近傍にあるか否かを判別し、その結果に応じて同期状態にあるか否かを示す信号を出力する。
【００２２】
励磁用設定周波数切替部２４は、同期状態の検出及び所定の条件の成立の有無に応じて、電動機用周波数設定部２２で設定される周波数（及び位相）と電源同期検出部２３から出力される周波数（及び位相）とを切り替えて出力するともに、電動機用周波数設定部２２に固定すべき周波数を出力する。
【００２３】
発電機励磁部２５Ａは、発電機用周波数設定部２１により設定される周波数にて発電機１Ａを励磁する。
【００２４】
電動機励磁部２５Ｂは、励磁用設定周波数切替部２４から出力される周波数にてポンプモータ１Ｂを励磁する。
【００２５】
機械ブレーキ制御部２６は、可変速揚水発電システム１３の機械ブレーキ１０Ａ，１０Ｂの制動を制御する。
【００２６】
このような構成において、同期始動を行うにあたり、以下に説明するように同期始動制御部２０によって発電機１Ａ及びポンプモータ１Ｂを励磁する。
【００２７】
最初、機械ブレーキ１０Ａ及び１０Ｂはブレーキがかかった状態にある。
【００２８】
まず、発電機用周波数設定部２１により指定される所定の周波数（数Ｈｚ）にて、発電機励磁部２５Ａが、励磁巻線５Ａに励磁電流Ｉｆｇを供給する。発電機励磁部２５Ａは、可変速システムに対応した交流励磁用のコンバータを備え、交流の励磁電流Ｉｆｇを供給する。交流の励磁電流Ｉｆｇが供給されると、発電機１Ａの２次側の回転子４Ａの励磁巻線５Ａには交流電圧がかかり、１次側の固定子２Ａの電機子巻線３Ａに交流電圧が励磁され、発電機電圧Ｖｇとして電力供給路１２を介して出力される。
【００２９】
発電機１Ａ及びポンプモータ１Ｂが停止している状態においてそれぞれ１次（固定子）側回路が相互に電力供給路１２により接続されている。なお、電力供給路１２に断路器を置き、要／不要に応じて接続／非接続を切り替えるケースも挙げられるが、ここでは接続状態にあるものとする。
【００３０】
電源同期検出部２３は、電力供給路１２を介して入力される発電機電圧Ｖｇから周波数（及び位相）を検知して、この周波数（及び位相）を示す信号を出力する。
【００３１】
電動機励磁部２５Ｂは、可変速システムに対応した交流励磁用のコンバータを備え、励磁用設定周波数切替部２４から入力される励磁周波数に従って、ポンプモータ１Ｂの２次側の回転子４Ｂの励磁巻線５Ｂに交流の励磁電流Ｉｆｍを供給する。交流の励磁電流Ｉｆｍが供給されると、１次側の固定子２Ｂの電機子巻線３Ｂに交流電圧が励磁される。なお、ここで励磁される電圧は交流であるため、励磁巻線５Ｂの位置に見合ったトルクに対応する励磁電圧となり、過電圧の印加は不要となる。
【００３２】
このとき、ポンプモータ１Ｂの固定子２Ｂに励磁される電圧と、発電機１Ａの固定子２Ａ励磁される電圧が異なる場合は、電力供給路１２には発電電動機間電流Ｉが流れる。
【００３３】
電源同期検出部２３は、発電機電圧Ｖｇの他に入力される発電機電流Ｉｇから発電電動機間電流Ｉがゼロ近傍にあるか否かを判別し、これにより発電機１Ａとポンプモータ１Ｂが同期状態であるか否かを判定する。電源同期検出部２３は、前述の周波数（及び位相）を示す信号を出力することに加えて、発電機１Ａとポンプモータ１Ｂとが同期状態にあるか否かを示す信号（同期状態信号（ＯＮ／ＯＦＦ））を励磁用設定周波数切替部２４に出力する。
【００３４】
励磁用設定周波数切替部２４は、同期状態にない場合（同期状態信号がＯＦＦの場合）は、電源同期検出部２３から出力される周波数を入力し、これを励磁周波数として出力する。
【００３５】
一方、同期状態になった場合（同期状態信号がＯＮの場合）は、所定の条件が成立したら（例えば、同期状態信号がＯＮであり、かつ、ポンプ８Ｂの回転速度の一定以上であれば）、励磁用設定周波数切替部２４は、同期状態信号がＯＦＦからＯＮに切り替わった後の周波数を、電動機用周波数設定部２２へ出力して、電動機用周波数設定部２２にこの周波数を固定周波数として設定・記憶させ、記憶させた周波数を直ちに出力させ、これを励磁周波数として出力する。なお、電動機用周波数設定部２２は、同期状態に応じて固定周波数の設定を変更する機能を有する点で、発電機用周波数設定部２１とは異なる。
【００３６】
電動機励磁部２５Ｂは、励磁用設定周波数切替部２４から出力される周波数に従って、励磁巻線５Ｂへ励磁電流Ｉｆｍを供給してポンプモータ１Ｂを励磁する。
【００３７】
電源同期検出部２３は、また、機械ブレーキ制御部２６へ同期状態信号を出力する。これを受けて、機械ブレーキ制御部２６は、同期前はブレーキがかかった状態にあった機械ブレーキ１０Ａ及び１０Ｂのブレーキ状態を解除する。
【００３８】
この後、ガイドベーン９Ａが図示しない手段により制御されると、水車８Ａの働きによりシャフト７Ａが回転し、発電機１Ａの回転子４Ａが回転速度を上昇させるとともに、ポンプモータ１Ｂの回転が上昇する。
【００３９】
第１の実施形態によれば、可変速機の特徴である交流励磁を活かすことにより、水車が停止した状態からその始動前にかけて交流励磁発電機と交流励磁電動機とを電気的に同期させることが可能となり、始動時において同期引き入れに時間をかけずに済む。したがって、過電流が小さくなり、リアクトルが不要でまたケーブルも細くて済むという低コストの同期始動装置を実現することができる。
【００４０】
（第２の実施形態）
第２の実施形態について説明する。以下では、第１の実施形態と共通する部分の説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。
【００４１】
図２は、第２の実施形態に係る可変速揚水発電システムの同期始動制御装置の概略構成を示す図である。なお、図１と共通する要素には同一の符号を付している。
【００４２】
図２に示す第２の実施形態では、同期始動制御部２０が、図１に示す第１の実施形態の構成に加えて、更に、調速制御部２７及び励磁電圧制御部２８を備えている。
【００４３】
調速制御部２７は、機械ブレーキ１０Ａ，１０Ｂのブレーキ状態の解除後に、発電機電圧に応じて水車８Ａの回転速度を制御すべく、ガイドベーン９Ａにより調速制御を行う。
【００４４】
励磁電圧制御部２８は、発電機電圧に応じて励磁電圧振幅指令を電動機励磁部２５Ｂに出力して、励磁電流の大きさを制御する。
【００４５】
すなわち、第２の実施形態による同期始動制御部２０は、機械ブレーキ１０Ａ，１０Ｂのブレーキ状態が解除された後、水車８Ａの回転速度を制御して、ポンプ８Ｂの回転速度を制御するように構成されている。
【００４６】
このような構成において、機械ブレーキ１０Ａ，１０Ｂのブレーキ状態が解除されると、調速制御部２７は、水車８Ａが所望の回転速度になるように、発電機電圧Ｖｇの周波数を随時参照しながら、ガイドベーン９Ａを制御する。例えば所望の回転速度に対する偏差の比に応じて時系列的な制御を行う。この調速制御により水車８Ａが回転すると、電気子巻線３Ａに電圧が誘導され、電力供給路１２を介して、ポンプモータ１Ｂの固定子の電機子巻線３Ｂに電圧がかかることで、励磁巻線５Ｂに電圧（周波数）が誘導される。
【００４７】
同時に、励磁電圧制御部２８は、発電機電圧Ｖｇに対して、ポンプ８Ｂの回転のためのトルクに相応する電圧（振幅）との偏差に応じた励磁電圧振幅指令値を例えばＰＩ制御を通じて決定し、この励磁電圧振幅指令値を電動機励磁部２５Ｂへ出力する。これにより、電動機励磁部２５Ｂは、ポンプ８Ｂが所望の回転速度に到達するような回転を行うのに必要な励磁電流Ｉｆｍを供給する。ポンプ８Ｂの回転速度は、例えば水車８Ａの回転速度よりも大きくならないように制御される。
【００４８】
第２の実施形態によれば、第１の実施形態で説明した効果に加え、同期化後においても調速制御及び励磁電圧制御を通じて過電流の生じない安定した運転を行うことが可能となる。
【００４９】
（第３の実施形態）
第３の実施形態について説明する。以下では、第１及び第２の実施形態と共通する部分の説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。
【００５０】
図３は、第３の実施形態に係る可変速揚水発電システムの同期始動制御装置の概略構成を示す図である。なお、図１及び図２と共通する要素には同一の符号を付している。
【００５１】
図３に示す第３の実施形態は、図２に示す第２の実施形態と構成要素は同等であるが、接続が一部異なっている。すなわち、図３に示す第３の実施形態の構成では、励磁用設定周波数切替部２４、電動機励磁部２５Ｂ、及び励磁電圧制御部２８の接続相手が、図２に示す第２の実施形態の構成と異なる。
【００５２】
具体的には、電動機励磁においては固定周波数により行うべく、電動機励磁部２５Ｂへの入力は、電動機用周波数設定部２２から出力されるように接続される。一方で、発電機励磁については、同期状態にないときは電源同期検出部２３で検出される周波数により励磁し、同期状態になったときにはただちに固定すべき周波数を発電機用周波数設定部２１に記憶して、該固定周波数により励磁を行うべく、励磁用設定周波数切替部２４が発電機励磁部２５Ａに接続されている。さらに、励磁電圧制御部２８が発電機電圧の電圧振幅（励磁電圧振幅）を制御すべく、発電機励磁部２５Ａに接続されている。
【００５３】
ここで、同期始動制御装置２０の各種機能をまとめると、以下のようになる。
【００５４】
発電機用周波数設定部２１は、発電機１Ａの励磁周波数を設定する。
【００５５】
電動機用周波数設定部２２は、ポンプモータ１Ｂの励磁周波数を設定する。
【００５６】
電源同期検出部２３は、発電機電圧Ｖｇの周波数（及び位相）を検出して出力するとともに、発電機電流Ｉｇから発電電動機間電流Ｉがゼロ近傍にあるか否かを判別し、その結果に応じて同期状態にあるか否かを示す信号を出力する。
【００５７】
励磁用設定周波数切替部２４は、同期状態の検出及び所定の条件の成立の有無に応じて、発電機用周波数設定部２１で設定される周波数（及び位相）と電源同期検出部２３から出力される周波数（及び位相）とを切り替えて出力するともに、発電機用周波数設定部２１に固定すべき周波数を出力する。
【００５８】
発電機励磁部２５Ａは、電動機用周波数設定部２２により設定される周波数にて発電機１Ａを励磁する。
【００５９】
電動機励磁部２５Ｂは、励磁用設定周波数切替部２４から出力される周波数にてポンプモータ１Ｂを励磁する。
【００６０】
機械ブレーキ制御部２６は、可変速揚水発電システム１３の機械ブレーキ１０Ａ，１０Ｂの制動を制御する。
【００６１】
調速制御部２７は、機械ブレーキ１０Ａ，１０Ｂのブレーキ状態の解除後に、発電機電圧に応じて水車８Ａの回転速度を制御すべく、ガイドベーン９Ａにより調速制御を行う。
【００６２】
励磁電圧制御部２８は、発電機電圧に応じて励磁電圧振幅指令を発電機励磁部２５Ａに出力して、励磁電流の大きさを制御する。
【００６３】
第３の実施形態による同期始動制御部２０も、第２の実施形態の場合と同様、機械ブレーキ１０Ａ，１０Ｂのブレーキ状態が解除された後、水車８Ａの回転速度を制御して、ポンプ８Ｂの回転速度を制御するように構成されている。
【００６４】
このような構成において、機械ブレーキ１０Ａ，１０Ｂのブレーキ状態が解除されると、調速制御部２７は、前述の第２の実施形態の場合と同様、水車８Ａが所望の回転速度になるように、発電機電圧Ｖｇの周波数を随時参照しながら、ガイドベーン９Ａを制御する。例えば所望の回転速度に対する偏差の比に応じて時系列的な制御を行う。この調速制御により水車８Ａが回転すると、電気子巻線３Ａに電圧が誘導され、電力供給路１２を介して、ポンプモータ１Ｂの固定子の電機子巻線３Ｂに電圧がかかることで、励磁巻線５Ｂに電圧（周波数）が誘導される。
【００６５】
同時に、励磁電圧制御部２８は、発電機電圧Ｖｇに対して、ポンプ８Ｂの回転のためのトルクに相応する電圧（振幅）との偏差に応じた励磁電圧振幅指令値を例えばＰＩ制御を通じて決定し、この励磁電圧振幅指令値を電動機励磁部２５Ａへ出力する。これにより、電動機励磁部２５Ａは、ポンプ８Ｂが所望の回転速度に到達するような回転を行うに必要な励磁電流Ｉｆｇを供給する。水車８Ａの回転速度は、例えばポンプ８Ｂの回転速度よりも小さくならないように制御される。
【００６６】
第３の実施形態によれば、第２の実施形態と同様の効果が得られる。
【００６７】
以上詳述したように、各実施形態によれば、装置のサイズやコストの増大を抑えつつ、同期入りまでの過電流の発生を抑制することが可能となる。
【００６８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６９】
１Ａ…発電電動機（発電機）、１Ｂ…発電電動機（ポンプモータ）、２Ａ，２Ｂ…固定子、３Ａ，３Ｂ…電気子巻線、４Ａ，４Ｂ…回転子、５Ａ，５Ｂ…励磁巻線、７Ａ，７Ｂ…シャフト、８Ａ…水車、８Ｂ…ポンプ、９Ａ，９Ｂ…ガイドベーン、１０Ａ，１０Ｂ…機械ブレーキ、１２…電力供給路、１３…可変速揚水発電システム、２０…同期始動制御装置、２１…発電機用周波数設定部、２２…電動機用周波数設定部、２３…電源同期検出部、２４…励磁用設定周波数切替部、２５Ａ…発電機励磁部、２５Ｂ…電動機励磁部、２６…機械ブレーキ制御部、２７…調速制御部、２８…励磁電圧制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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