(57)【要約】【課題】発電装置において水車の回転数を制御する場合に交流発電機が力行運転にならないようにすることによって水車及び交流発電機への急激なトルク変動を抑制した制御を用いた水力発電装置を提供する。【解決手段】水車と水車に連結された交流発電機とその交流発電機を制御するインバータとを少なくとも構成要素とする水力発電装置において、交流発電機が力行しないようにインバータを制御することを特徴とし、始動時の交流発電機への回転数指令を高速側から漸減するようにしたことを特徴とし、停止時の交流発電機への回転数指令を高速側へ漸増するようにしたこととを特徴とする。さらに交流発電機３の停止時は、回転数指令ｎ*を反信号基準側に漸増しながら、水量を減じるようにすることによって水車への不要なトルク変動を抑制する。【選択図】図１
2008161022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水車と該水車に連結された交流発電機と該交流発電機を制御するインバータとを少なくとも構成要素とする水力発電装置において、前記交流発電機が力行しないようにインバータを制御することを特徴とする水力発電装置。
【請求項２】
始動時の前記交流発電機への回転数指令を高速側から漸減するようにしたことを特徴とする請求項１記載の水力発電装置。
【請求項３】
停止時の前記交流発電機への回転数指令を高速側へ漸増するようにしたことを特徴とする請求項１記載の水力発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水力発電装置に関し、特に水車の回転数を制御する場合に水車及び交流発電機の急激なトルク変動を抑制した制御を用いた水力発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ダムなどでは落差が変動しても下流の水利を維持するために予め定められた水量を常に放流する必要がある。以下これを維持放流と言う。また自然エネルギーの有効活用から、この水量と落差を利用して水力発電が行われる。
【０００３】
維持放流と水力発電を効率よく両立させるためには落差が変動しても一定水量を維持するため水量を調節する必要がある。これには一般的に水車入り口弁の開度調整と水車翼の角度調整で対応している。しかし機構が複雑なうえ系統周波数の制限から調節範囲を広くできないという制約がある。（たとえば、特許文献１）
【０００４】
一方水量を調節する他の方法として水車の回転数を制御する方法もある。つまり水車と水車に連結された交流発電機と該交流発電機を制御するインバータとを、少なくとも構成要素とした水力発電装置において、インバータを用いて交流発電機の回転数制御することでも水量が調節できる。そのうえにこの構成によれば交流発電機が系統に直接接続されないので交流発電機回転数は系統周波数の制約を受けることが無く調節範囲も広く選べるという利点がある。
【０００５】
交流発電機のインバータによる回転数制御は、回転数指令と実回転数との偏差を、速度制御器を介してトルク指令とし、これと実トルクとの偏差を無くすように交流発電機電流を制御することで行われる。
回転数制御での発電時の交流発電機のトルクの向きは通常はブレーキトルク（吸収トルク）となる。
【０００６】
ところが落差が極端に低い場合や運転時の加速、停止時の減速の場合などの過度時には回転数制御をしているためトルクの向きが反転し交流発電機が力行運転する場合がある。この力行運転はエネルギーが交流系統から水車へ向かい、水車はポンプ動作をすることになる。発電運転はエネルギーが水車から交流系統に送出される。
水車の種類にもよるが力行側への運転の切替わりは、その分トルク変動が大きくなり甚だ具合が悪く、水車にはいかなる場合にも力行運転にならない制御方法が要求される。
【特許文献１】特開２０００−１０２２９５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上記のような課題を解決し、前述の構成の発電装置において水車の回転数を制御する場合に交流発電機が力行運転にならないようにすることによって水車及び交流発電機への急激なトルク変動を抑制した制御を用いた水力発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１によれば、水車と水車に連結された交流発電機とその交流発電機を制御するインバータとを少なくとも構成要素とする水力発電装置において、交流発電機が力行しないようにインバータを制御することを特徴とする。
【０００９】
請求項２によれば、水車と水車に連結された交流発電機とその交流発電機を制御するインバータとを少なくとも構成要素とする水力発電装置において、始動時の交流発電機への回転数指令を高速側から漸減するようにしたことを特徴とする。
【００１０】
請求項３によれば、水車と水車に連結された交流発電機とその交流発電機を制御するインバータとを少なくとも構成要素とする水力発電装置において、停止時の交流発電機への回転数指令を高速側へ漸増するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
後述するように、従来は交流発電機３（水車１）の始動時は回転数指令ｎ*を信号基準（０V）側から入り口弁の開路による水量の増加に応じて反信号基準側に漸増し所定の回転数に達したところで運転していた。この方法では回転数指令ｎ*の漸増量と水量の増量との関係によっては水車が無負荷運転と発電運転との切替わりを繰り返し、その都度不用なトルク変動を生じ水車に悪影響を及ぼす可能性があった。
【００１２】
本発明によれば、後述の交流発電機３（水車１）の始動時は、予め回転数指令ｎ*を反信号基準側に移動しておいてから始動し、入り口弁の開路による水量の増加に応じて回転数指令ｎ*を信号基準（０V）側に漸減することにより水車は無負荷運転と発電運転との不用な切替わりを繰り返すことなく、滑らかに無負荷運転から発電運転へと切替わり不用なトルク変動を回避できる。
【００１３】
また本発明によれば、後述の交流発電機３（水車１）の停止時は、回転数指令ｎ*を反信号基準側に漸増しながら、水量を減じるようにすることによって水車への不要なトルク変動を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下図面により本発明の詳細を説明する。
第１図は本発明の構成例を示す。１は水車、２はギア、３は交流発電機、４はインバータ、５は連系インバータ、６は交流系統である。
【００１５】
水車１は水力エネルギーを回転エネルギーに変換し、交流発電機３はそれをさらに電気エネルギーに変換する。インバータ４は交流発電機３が発生するトルクを適切に制御するためのものでこれにより交流発電機３（水車１）の回転数が適切に制御され、交流発電機３が変換した電気エネルギーを連系インバータ５へ送出する。連系インバータ５は送出されたエネルギーを交流系統６へ送り出す。
【００１６】
ギア２は水車１と交流発電機３の回転数の整合を取るための機構で不用なこともある。
インバータ４と連系インバータ５間は直流で接続されるので交流発電機３の回転数と交流系統６の周波数とは無関係になり相互に干渉することが無いことは明らかである。また水車１の型式や種類、ギア２の有無、交流発電機３は誘導発電機でも同期発電機でも本発明での有効性に変わりは無い。
なおインバータ４と連系インバータ５間及び連系インバータ５と交流系統６との相互間の制御は本発明では関係が無いので説明を省略する。
【００１７】
第２図は第１図の構成のインバータ４の制御ブロックの従来例を示す。第２図においてｎ*は回転数指令、ｎは図示していない回転数ピックアップからの回転数フィードバック、７は回転数制御器、τ*はトルク指令、τはトルクのフィードバックで図示していないトルク演算部で求められる。８はトルク制御器でこの出力は電流指令ｉ*となり図示していない電流制御器へ送出される。回転数制御器７の出力であるトルク指令τ*は回転数指令ｎ*と回転数フィードバックｎとの大小関係により正または負の極性となる。
【００１８】
言い換えれば正と負の両極性になることにより回転数制御を行う。いま仮にトルク指令τ*の正側をブレーキトルクに対応させると負側は力行トルクとなる。したがってトルク指令τ*が負になると交流発電機３（水車１）は力行運転することになり、その分トルク変動が大きくなり水車にとって望ましくない運転形態になる。
【００１９】
第３図は前述の不具合を解決した本発明の一実施例を示す。第２図と同じ機能を示すものは同じ番号又は同じ記号で示す。９と１０はダイオードであり、ダイオード１０のアノードは信号基準（０V）に接続する。
【００２０】
またダイオード９とダイオード１０は各々のカソードを共通に接続することで正極側の大きい信号が優先されるので結局トルク指令τ*は負にならないようにできる。
実際の構成ではダイオード９とダイオード１０の優先回路及び各制御器などの制御構成は演算増幅器やディジタル演算器で構成されることになるが本発明による効果には実現手段による差はない。
【００２１】
トルク指令τ*が負にならないので交流発電機３（水車１）は力行運転することはなく、その分トルク変動も小さくなり水車にとって好ましい運転形態になる。
【００２２】
第４図は本発明の回転数指令の一実施例を示す。第２図、第３図と同じ機能を示すものは同じ番号又は同じ記号で示す。１１は電動機構を持った設定器で両端はそれぞれ信号基準（０Ｖ）と適当な電位に接続される。摺動子は電動機の回転でその電位がかわり回転数指令ｎ*となる。設定器１１の摺動子が信号基準（０V）のとき回転数指令は零にまた反信号基準側のとき最高回転数指令に対応付ける。
【００２３】
設定器１１は本発明の実施例では電動機構付で説明したがソフトウエアでも構成できることは言うまでもなく、本発明の効果は実現の手段によらず達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】第１図は本発明の構成例を示す。
【図２】第２図は第１図の構成のインバータ４の制御ブロックの従来例を示す。
【図３】第３図は前述の不具合を解決した本発明の一実施例を示す。
【図４】第４図は本発明の回転数指令の一実施例を示す。
【符号の説明】
【００２５】
１    水車
２    ギア
３    交流発電機
４    インバータ
５    連系インバータ
６    交流系統
７    回転数制御器
８    トルク制御器
９    ダイオード
１０  ダイオード
１１  設定器
【図１】
2008161022.tif 000003
【図２】
2008161022.tif 000004
【図３】
2008161022.tif 000005
【図４】
2008161022.tif 000006