(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機と交流機と電力変換装置とを含む可変速システムの少なくとも一部の構成要素を制御する可変速制御装置から送られてくる制御信号を入力して前記可変速システムの挙動を模擬する、可変速制御装置の試験装置において、
前記可変速制御装置から送られてくる制御信号を入力しつつ、前記原動機の挙動を当該原動機に関わる状態量と所定の伝達関数とを用いて演算し、その演算結果を前記可変速制御装置に出力する原動機演算手段と、
前記可変速制御装置から送られてくる制御信号を入力しつつ、前記電力変換装置の挙動を当該電力変換装置に関わる状態量と所定の伝達関数とを用いて演算し、その演算結果を前記可変速制御装置に出力する電力変換装置演算手段と、
前記原動機演算手段の演算結果と前記電力変換装置演算手段の演算結果とを入力しつつ、前記交流機の挙動を当該交流機に関わる状態量と所定の伝達関数とを用いて演算し、その演算結果を前記可変速制御装置に出力する交流機演算手段と
を備えたことを特徴とする可変速制御装置の試験装置。
【請求項２】
請求項１に記載の可変速制御装置の試験装置において、前記原動機演算手段内の伝達関数と前記交流機演算手段内の伝達関数と前記電力変換装置演算手段内の伝達関数のうち、少なくとも一つの伝達関数に可変定数が含まれていることを特徴とする可変速制御装置の試験装置。
【請求項３】
請求項２に記載の可変速制御装置の試験装置において、前記可変定数が、前記原動機演算手段の演算結果と前記交流機演算手段の演算結果と前記電力変換装置演算手段の演算結果のうちの少なくとも一つの演算結果に応じて変化することを特徴とする可変速制御装置の試験装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の可変速制御装置の試験装置において、前記原動機演算手段における状態量が回転速度、出力、入力、流量、落差、揚程、圧力のうちの少なくとも一つであり、前記可変定数が流路の時定数であることを特徴とする可変速制御装置の試験装置。
【請求項５】
請求項２又は３に記載の可変速制御装置の試験装置において、前記交流機演算手段における状態量が回転速度、すべり、軸出力、軸入力、一次周波数、一次電圧、一次電流、二次周波数、二次電圧、二次電流、電力変換装置の出力電圧、入力電圧のうちの少なくとも一つであり、前記可変定数が交流機の相互リアクタンス（Ｘｍ）、一次リアクタンス（Ｘ１）、二次リアクタンス（Ｘ２）、一次抵抗（Ｒ１）、二次抵抗（Ｒ２）のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする可変速制御装置の試験装置。
【請求項６】
請求項２又は３に記載の可変速制御装置の試験装置において、前記電力変換装置演算手段における状態量が出力周波数、出力電圧、出力電流、直流電圧、入力周波数、入力電圧、入力電流のうちの少なくとも一つであり、前記可変定数が電力変換装置用電源変圧器の相互リアクタンス（Ｘｍ）、一次リアクタンス（Ｘ１）、二次リアクタンス（Ｘ２）、一次抵抗（Ｒ１）、二次抵抗（Ｒ２）のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする可変速制御装置の試験装置。
【請求項７】
交流機と電力変換装置とを含む可変速システムの少なくとも一部の構成要素を制御する可変速制御装置から送られてくる制御信号を入力して前記可変速システムの挙動を模擬する、可変速制御装置の試験装置において、
前記可変速制御装置から送られてくる制御信号を入力しつつ、前記電力変換装置の挙動を当該電力変換装置に関わる状態量と所定の伝達関数とを用いて演算し、その演算結果を前記可変速制御装置に出力する電力変換装置演算手段と、
前記電力変換装置演算手段の演算結果を入力しつつ、前記交流機の挙動を当該交流機に関わる状態量と所定の伝達関数とを用いて演算し、その演算結果を前記可変速制御装置に出力する交流機演算手段と
を備えたことを特徴とする可変速制御装置の試験装置。
【請求項８】
請求項７に記載の可変速制御装置の試験装置において、前記交流機演算手段内の伝達関数と前記電力変換装置演算手段内の伝達関数のうち、少なくとも一つの伝達関数に可変定数が含まれていることを特徴とする可変速制御装置の試験装置。
【請求項９】
請求項８に記載の可変速制御装置の試験装置において、前記可変定数が、前記交流機演算手段の演算結果と前記電力変換装置演算手段の演算結果のうちの少なくとも一つの演算結果に応じて変化することを特徴とする可変速制御装置の試験装置。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の可変速制御装置の試験装置において、前記交流機演算手段における状態量が回転速度、すべり、軸出力、軸入力、一次周波数、一次電圧、一次電流、二次周波数、二次電圧、二次電流、電力変換装置出力電圧、電力変換装置入力電圧のうちの少なくとも一つであり、前記可変定数が交流機の相互リアクタンス（Ｘｍ）、一次リアクタンス（Ｘ１）、二次リアクタンス（Ｘ２）、一次抵抗（Ｒ１）、二次抵抗（Ｒ２）のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする可変速制御装置の試験装置。
【請求項１１】
請求項８又は９に記載の可変速制御装置の試験装置において、前記電力変換装置演算手段における状態量が出力周波数、出力電圧、出力電流、直流電圧、入力周波数、入力電圧、入力電流のうちの少なくとも一つであり、前記可変定数が電力変換装置用電源変圧器の相互リアクタンス（Ｘｍ）、一次リアクタンス（Ｘ１）、二次リアクタンス（Ｘ２）、一次抵抗（Ｒ１）、二次抵抗（Ｒ２）のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする可変速制御装置の試験装置。
【請求項１２】
原動機と交流機と電力変換装置を含む可変速システムの少なくとも一部の構成要素を制御する可変速制御装置と、前記可変速制御装置から送られてくる制御信号を入力して前記可変速システムを模擬する試験装置とを組合せて試験を行う試験方法において、
原動機演算手段により、前記可変速制御装置から送られてくる制御信号を入力しつつ、前記原動機の挙動を当該原動機に関わる状態量と所定の伝達関数とを用いて演算し、その演算結果を前記可変速制御装置に出力する原動機演算工程と、
電力変換装置演算手段により、前記可変速制御装置から送られてくる制御信号を入力しつつ、前記電力変換装置の挙動を当該電力変換装置に関わる状態量と所定の伝達関数とを用いて演算し、その演算結果を前記可変速制御装置に出力する電力変換装置演算工程と、
交流機演算手段により、前記原動機演算手段の演算結果と前記電力変換装置演算手段の演算結果とを入力しつつ、前記交流機の挙動を当該交流機に関わる状態量と所定の伝達関数とを用いて演算し、その演算結果を前記可変速制御装置に出力する交流機演算工程と
を含むことを特徴とする可変速制御装置の試験方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の可変速制御装置の試験方法において、前記原動機演算工程内の伝達関数と前記交流機演算工程内の伝達関数と前記電力変換装置演算工程内の伝達関数のうち、少なくとも一つの伝達関数に可変定数が含まれていることを特徴とする可変速制御装置の試験方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の可変速制御装置の試験方法において、前記可変定数が、前記原動機演算工程の演算結果と前記交流機演算工程の演算結果と前記電力変換装置演算工程の演算結果のうちの少なくとも一つの演算結果に応じて変化することを特徴とする可変速制御装置の試験方法。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載の可変速制御装置の試験方法において、前記原動機演算工程の状態量が回転速度、出力、入力、流量、落差、揚程、圧力のうちの少なくとも一つであり、前記可変定数が流路の時定数であることを特徴とする可変速制御装置の試験方法。
【請求項１６】
請求項１３又は１４に記載の可変速制御装置の試験方法において、前記交流機演算工程の状態量が回転速度、すべり、軸出力、軸入力、一次周波数、一次電圧、一次電流、二次周波数、二次電圧、二次電流、電力変換装置出力電圧、電力変換装置入力電圧のうちの少なくとも一つであり、前記可変定数が交流機の相互リアクタンス（Ｘｍ）、一次リアクタンス（Ｘ１）、二次リアクタンス（Ｘ２）、一次抵抗（Ｒ１）、二次抵抗（Ｒ２）のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする可変速制御装置の試験方法。
【請求項１７】
請求項１３又は１４に記載の可変速制御装置の試験方法において、前記電力変換装置演算工程の状態量が出力周波数、出力電圧、出力電流、直流電圧、入力周波数、入力電圧、入力電流のうちの少なくとも一つであり、前記可変定数が電力変換装置用電源変圧器の相互リアクタンス（Ｘｍ）、一次リアクタンス（Ｘ１）、二次リアクタンス（Ｘ２）、一次抵抗（Ｒ１）、二次抵抗（Ｒ２）のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする可変速制御装置の試験方法。
【請求項１８】
交流機と電力変換装置を含む可変速システムの少なくとも一部の構成要素を制御する可変速制御装置と、前記可変速制御装置から送られてくる制御信号を入力して前記可変速システムを模擬する試験装置とを組合せて試験を行う試験方法において、
電力変換装置演算手段により、前記可変速制御装置から送られてくる制御信号を入力しつつ、前記電力変換装置の挙動を当該電力変換装置に関わる状態量と所定の伝達関数とを用いて演算し、その演算結果を前記可変速制御装置に出力する電力変換装置演算工程と、
交流機演算手段により、前記電力変換装置演算手段の演算結果を入力しつつ、前記交流機の挙動を当該交流機に関わる状態量と所定の伝達関数とを用いて演算し、その演算結果を前記可変速制御装置に出力する交流機演算工程と
を含むことを特徴とする可変速制御装置の試験方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の可変速制御装置の試験方法において、前記交流機演算工程内の伝達関数と前記電力変換装置演算工程内の伝達関数のうち、少なくとも一つの伝達関数に可変定数が含まれていることを特徴とする可変速制御装置の試験方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の可変速制御装置の試験方法において、前記可変定数が、前記交流機演算工程の演算結果と前記電力変換装置演算工程の演算結果のうちの少なくとも一つの演算結果に応じて変化することを特徴とする可変速制御装置の試験方法。
【請求項２１】
請求項１９又は２０に記載の可変速制御装置の試験方法において、前記交流機演算工程における状態量が回転速度、すべり、軸出力、軸入力、一次周波数、一次電圧、一次電流、二次周波数、二次電圧、二次電流、電力変換装置出力電圧、電力変換装置入力電圧のうちの少なくとも一つであり、前記可変定数が交流機の相互リアクタンス（Ｘｍ）、一次リアクタンス（Ｘ１）、二次リアクタンス（Ｘ２）、一次抵抗（Ｒ１）、二次抵抗（Ｒ２）のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする可変速制御装置の試験方法。
【請求項２２】
請求項１９又は２０に記載の可変速制御装置の試験方法において、前記電力変換装置演算工程における状態量が出力周波数、出力電圧、出力電流、直流電圧、入力周波数、入力電圧、入力電流のうちの少なくとも一つであり、前記可変定数が電力変換装置用電源変圧器の相互リアクタンス（Ｘｍ）、一次リアクタンス（Ｘ１）、二次リアクタンス（Ｘ２）、一次抵抗（Ｒ１）、二次抵抗（Ｒ２）のうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする可変速制御装置の試験方法。
【請求項２３】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の試験装置と、前記原動機と前記交流機と前記電力変換装置の少なくとも一つを制御する可変速制御装置とを組合せて試験を行うことを特徴とする試験システム。
【請求項２４】
請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の試験装置と、前記交流機と前記電力変換装置の少なくとも一つを制御する可変速制御装置とを組合せて試験を行うことを特徴とする試験システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、可変速交流機や電力変換装置などを含む可変速システムを制御する可変速制御装置の試験装置、試験方法、および試験システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
同期機は、電力系統の周波数と同期した一定の回転速度で回転する。しかし、電力変換装置を用い、同期機に供給する電力の周波数を調整することにより、同期機の回転速度を調整することができなる。また、二重給電交流機は、電力変換装置を用い、二次巻線の電圧、電流の周波数を制御することにより、回転速度を調整することができる。この原理を応用した代表的なシステムに、可変速揚水発電システムがある。
【０００３】
可変速揚水発電システムの主要構成機器は、ポンプ水車（原動機）、二重給電発電電動機（二重給電交流機）、二次励磁装置（電力変換装置）であり、発電電動機は、主要変圧器を介して電力系統に接続される。また、電力変換装置は、電力変換装置用変圧器を介して、主要変圧器に接続される。可変速制御装置は、ポンプ水車のガイドベーンおよび電力変換装置を制御し、可変速揚水発電システムの入出力、回転速度を制御する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３６２９８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
工場試験の信頼性を上げるためには、可変速制御装置の制御対象と可変速制御装置を組合せて試験を行うことが望ましい。しかし、可変速揚水発電システムのように、大規模なシステムの場合、制御対象であるポンプ水車、発電電動機、電力変換装置と可変速制御装置を工場で組み合わせることは、難しい。全ての制御対象と可変速制御装置を組合せることができたとしても、実際の水路系や電力系統を接続した状態での組合せ試験を工場で行うことは困難である。そのため、従来は、可変速揚水発電システムを模擬した小形の試験装置と可変速制御装置との組合せ試験を行っていた。
【０００６】
可変速揚水発電システムの定常特性、動的特性は、回転機等で構成された小形の試験装置で模擬が可能である。しかし、小形の試験装置で実機のリアクタンス分と抵抗分を模擬することが困難なので、小形の試験装置で実機の電磁気的な過渡現象を精度良く模擬することが困難であった。そのため、工場試験において、電力系統故障時の過渡現象を精度良く模擬し、可変速制御盤の特性を確認することができなかった。
【０００７】
発明が解決しようとする課題は、実機を用いずに実際の可変速システムの挙動を精度良く模擬することが可能な可変速制御装置の試験装置、試験方法、および試験システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の可変速制御装置の試験装置は、原動機と交流機と電力変換装置とを含む可変速システムの少なくとも一部の構成要素を制御する可変速制御装置から送られてくる制御信号を入力して前記可変速システムの挙動を模擬する、可変速制御装置の試験装置において、前記可変速制御装置から送られてくる制御信号を入力しつつ、前記原動機の挙動を当該原動機に関わる状態量と所定の伝達関数とを用いて演算し、その演算結果を前記可変速制御装置に出力する原動機演算手段と、前記可変速制御装置から送られてくる制御信号を入力しつつ、前記電力変換装置の挙動を当該電力変換装置に関わる状態量と所定の伝達関数とを用いて演算し、その演算結果を前記可変速制御装置に出力する電力変換装置演算手段と、前記原動機演算手段の演算結果と前記電力変換装置演算手段の演算結果とを入力しつつ、前記交流機の挙動を当該交流機に関わる状態量と所定の伝達関数とを用いて演算し、その演算結果を前記可変速制御装置に出力する交流機演算手段とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
実機や回転機等で構成された試験装置を用いずに実際の可変速システムの挙動を精度よく模擬することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一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図。
【図２】図１中に示される可変速制御装置と所定の試験装置（模擬装置）とを組み合せて試験を行う場合の構成の一例を示す図。
【図３】図２中に示される二重給電発電電動機演算部が二重給電発電電動機の挙動を演算するために使用する伝達関数の構成の一例を示す図。
【図４】図２中に示される主要変圧器演算部が二重給電発電電動機の挙動を演算するために使用する伝達関数の構成の一例を示す図。
【図５】同実施形態における試験の動作の一例を示す図。
【図６】図２の構成の変形例（フルコンバータ方式に適用した場合の構成例）を示す図。
【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、一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図である。
【００１３】
可変速揚水発電システムは、主な構成要素として、電力系統１に二次巻線が接続されると共に二重給電発電電動機（二重給電交流機）５側に一次巻線が接続される主要変圧器２、二次励磁装置４用の電源変圧器として使用される二次励磁装置用電源変圧器３、二重給電発電電動機５の二次巻線に可変周波数の交流を印加する周波数変換器を有する二次励磁装置（電力変換装置）４、二重給電発電電動機５、二重給電発電電動機５に連結されるポンプ水車（原動機）６などを有するほか、これらの要素のうち少なくとも二次励磁装置４とポンプ水車６とを制御する可変速制御装置２０を備えている。
【００１４】
可変速制御装置２０は、二次励磁装置４が出力する交流電圧、電流、周波数、もしくは位相などを制御する二次励磁装置制御機能と、ポンプ水車６の出力を例えばガイドベーン開度操作を通じて制御するポンプ水車制御機能（ガバナ制御機能を含む）とを有する。
【００１５】
図２は、図１中に示される可変速制御装置２０と所定の試験装置（模擬装置）とを組み合せて試験を行う場合の構成の一例を示す図である。
【００１６】
試験装置（模擬装置）１０は、例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ）、プログラム、試験装置外部とのインターフェース等で実現できるものであり、前述した電力系統１、主要変圧器２、二次励磁装置用電源変圧器３、二次励磁装置４、二重給電発電電動機５、ポンプ水車６を含む可変速揚水発電システムの挙動（動特性）を演算処理により模擬する装置である。この試験装置１０は、可変速制御装置２０と組み合わせて使用され、試験中は、可変速制御装置２０から送られてくる各種の制御信号に応じて、状態を変化させつつ、各種の状態を示す信号を可変速制御装置２０へ与える。
【００１７】
可変速制御装置２０は、試験中、試験装置１０から送られてくる信号に示される各種の状態を把握しつつ、可変速揚水発電システムの制御信号を試験装置１０へ与える。
【００１８】
コンピュータ３０は、試験装置１０と可変速制御装置２０とを組み合せて試験を行うに際し、試験装置１０と可変速制御装置２０とに接続される。コンピュータ３０は、試験中、可変速制御装置２０の制御動作および試験装置１０の模擬動作により変化する可変速揚水発電システムの状況をリアルタイムに表示部にてモニタリングすることができるようになっている。
【００１９】
試験装置１０は、各種の演算機能として、電力系統演算部１１、主要変圧器演算部１２、二次励磁装置用電源変圧器演算部１３、二次励磁装置（電力変換装置）演算部１４、二重給電発電電動機演算部１５、およびポンプ水車演算部１６を有し、各演算部が他の演算部の演算結果を用いて演算を行う。一方、可変速制御装置２０は、前述した二次励磁装置制御機能を実現する二次励磁装置制御部１４´、および前述したポンプ水車制御機能を実現するポンプ水車制御部１６´を有する。
【００２０】
電力系統演算部１１は、主要変圧器演算部１２の演算結果を入力しつつ、電力系統１の挙動を当該電力系統１に関わる状態量と所定の伝達関数とを用いて演算する。
【００２１】
主要変圧器演算部１２は、二重給電発電電動機演算部１５の演算結果と二次励磁装置用電源変圧器演算部１３の演算結果とを入力しつつ、主要変圧器２の挙動を当該主要変圧器２に関わる状態量と所定の伝達関数とを用いて演算する。
【００２２】
二次励磁装置用電源変圧器演算部１３は、主要変圧器演算部１２の演算結果と二重給電発電電動機演算部１５の演算結果と二次励磁装置演算部１４の演算結果とを入力しつつ、二次励磁装置用電源変圧器３の挙動を当該二次励磁装置用電源変圧器３に関わる状態量と所定の伝達関数とを用いて演算する。
【００２３】
二次励磁装置演算部１４は、二次励磁装置制御部１４´から送られてくる制御信号を入力しつつ、二次励磁装置４の挙動を当該二次励磁装置４に関わる状態量と所定の伝達関数とを用いて演算し、その演算結果を二次励磁装置制御部１４´に出力する。
【００２４】
二重給電発電電動機演算部１５は、ポンプ水車演算部１６の演算結果と二次励磁装置演算部１４の演算結果と主要変圧器演算部１２の演算結果とを入力しつつ、二重給電発電電動機５の挙動を当該二重給電発電電動機５に関わる状態量と所定の伝達関数とを用いて演算し、その演算結果を二次励磁装置制御部１４´に出力する。
【００２５】
ポンプ水車演算部１６は、ポンプ水車制御部１６´から送られてくる制御信号を入力しつつ、ポンプ水車６の挙動を当該ポンプ水車６に関わる状態量と所定の伝達関数とを用いて演算し、その演算結果をポンプ水車制御部１６´に出力する。
【００２６】
上述した演算部１１〜１６が使用する伝達関数の全てもしくはその一部には、可変定数が含まれている。可変定数は、演算部１１〜１６のうちの少なくとも一つの演算結果もしくは状態量に応じて変化する。
【００２７】
なお、二次励磁装置（電力変換装置）演算部１４における状態量とは、例えば、出力周波数、出力電圧、出力電流、直流電圧、入力周波数、入力電圧、入力電流のうちの少なくとも一つであり、可変定数は、例えば、電力変換装置用電源変圧器の相互リアクタンス（Ｘｍ）、一次リアクタンス（Ｘ１）、二次リアクタンス（Ｘ２）、一次抵抗（Ｒ１）、二次抵抗（Ｒ２）のうちの少なくとも一つを含む。
【００２８】
また、二重給電発電電動機演算部１５における状態量とは、例えば、回転速度、すべり、軸出力、軸入力、一次周波数、一次電圧、一次電流、二次周波数、二次電圧、二次電流、電力変換装置の出力電圧、入力電圧のうちの少なくとも一つであり、可変定数は、例えば、二重給電発電電動機５（二重給電交流機）の相互リアクタンス（Ｘｍ）、一次リアクタンス（Ｘ１）、二次リアクタンス（Ｘ２）、一次抵抗（Ｒ１）、二次抵抗（Ｒ２）のうちの少なくとも一つを含む。
【００２９】
また、ポンプ水車演算部１６における状態量とは、例えば、回転速度、出力、入力、流量、落差、揚程、圧力のうちの少なくとも一つであり、可変定数は、例えば、流路の時定数である。
【００３０】
一方、二次励磁装置制御部１４´は、二次励磁装置演算部１４から送られてくる演算結果から二次励磁装置４の状態を把握し、二重給電発電電動機演算部１５から送られてくる演算結果から二重給電発電電動機５の状態を把握し、ポンプ水車制御部１６´から送られてくる信号からポンプ水車６の状態を把握し、これらの情報を用いて二次励磁装置４を制御する制御量を決定し、当該制御のための信号を二次励磁装置演算部１４に送る。
【００３１】
ポンプ水車制御部１６´は、ポンプ水車演算部１６から送られてくる演算結果からポンプ水車６の状態を把握するとともに、二次励磁装置制御部１４´から送られてくる信号の情報を用いてポンプ水車６を制御する制御量を決定し、当該制御のための信号をポンプ水車演算部１６に送る。
【００３２】
なお、図２の例では、演算部１１〜１６の機能の全てを１つの試験装置１０で実現する場合を例示しているが、この形態に限らず、適宜変更してもよい。例えば演算部１１〜１５の機能を１つの試験装置１０で実現し、残りの演算部１６の機能を別の試験装置で実現する（例えば２組の中央演算処理装置（ＣＰＵ）、プログラム、試験装置外部とのインターフェース等で実現する）ようにしてもよい。また、演算部１１〜１６の機能を３つ以上の試験装置１０に分散して配置するようにしてもよい。また、いくつかの演算部を１つの演算グループとしてまとめ、一括して演算を行うようにしてもよい。また、図２の例では、コンピュータ３０が可変速制御装置２０に接続されている場合を例示しているが、コンピュータ３０は、試験装置１０及び／又は可変速制御装置２０に接続され、試験装置１０及び／又は可変速制御装置２０から可変速制御装置２０の制御動作および試験装置１０の模擬動作により変化する可変速揚水発電システムの状況をリアルタイムに表示部にてモニタリングすることができるようにしても良い。
【００３３】
図３は、図２中に示される二重給電発電電動機演算部１５が二重給電発電電動機５の挙動を演算するために使用する伝達関数の構成の一例を示す図である。
【００３４】
図３に示す伝達関数において、Ｖ１は、一次電圧、Ｖ２は、二次電圧、Ｉ１は、一次電流、Ｉ２は、二次電流、Ｚ１は、一次巻線のインピーダンス、Ｚ２は、二次巻線のインピーダンスである。
【００３５】
また、Φは、一次巻線と二次巻線に鎖交する磁束を表し、ｓは、ラプラス演算子である。
【００３６】
また、Ｆは、励磁電流ＩＭと磁束Φの関係を表す可変定数（例えば、二重給電発電電動機５の相互リアクタンス（Ｘｍ）、一次リアクタンス（Ｘ１）、二次リアクタンス（Ｘ２）、一次抵抗（Ｒ１）、二次抵抗（Ｒ２）のうちの少なくとも一つを含む。）である。
【００３７】
可変定数Ｆは、二重給電発電電動機５に関わる状態量（例えば、回転速度、すべり、軸出力、軸入力、一次周波数、一次電圧、一次電流、二次周波数、二次電圧、二次電流、電力変換装置の出力電圧、入力電圧のうちの少なくとも一つを含む。）に応じて変化する。
【００３８】
図４は、図２中に示される主要変圧器演算部１２が主要変圧器２の挙動を演算するために使用する伝達関数の構成の一例を示す図である。
【００３９】
図４に示す伝達関数において、Ｖ１は、一次電圧、Ｖ２は、二次電圧、Ｉ１は、一次電流、Ｉ２は、二次電流、Ｌ１は、一次巻線のインダクタンス、Ｌ２は、二次巻線のインダクタンス、Ｍは、相互インダクタンスである。
【００４０】
また、Φ１は、一次巻線と鎖交する磁束、Φ２は、二次巻線と鎖交する磁束、Φｍは、一次巻線と二次巻線に鎖交する磁束を表し、ｓは、ラプラス演算子である。
【００４１】
可変定数Ｆｔは、主要変圧器２に関わる状態量（例えば、一次周波数、一次電圧、一次電流、一次巻線と鎖交する磁束、二次周波数、二次電圧、二次電流、二次巻線と鎖交する磁束のうちの少なくとも一つを含む。）及び／又は電力系統演算部１１の演算結果及び／又は二次励磁装置用電源変圧器演算部１３の演算結果及び／又は二重給電発電電動機演算部１５の演算結果に応じて変化する。
【００４２】
さらに、可変定数Ｆは、ポンプ水車演算部１６の演算結果と二次励磁装置演算部１４の演算結果と主要変圧器演算部１２の演算結果とに応じて変化する。
【００４３】
次に、図５のフローチャートを参照して、試験の動作の一例を説明する。
【００４４】
可変速揚水発電システムの制御系の試験は、試験装置１０と可変速制御装置２０とを組み合わせた状態で開始される（ステップＳ１）。可変速制御装置２０にはコンピュータ３０が接続されており、そのときの制御系の状態がコンピュータ３０の表示画面に表示される（ステップＳ２）。
【００４５】
可変速制御装置２０は、試験装置１０側の情報を取り込んで状態を把握しつつ、可変速揚水発電システムの制御信号を試験装置１０へ出力する（ステップＳ３）。コンピュータ３０の表示画面には、そのときの制御系の状態が表示される（ステップＳ４）。一方、試験装置１０は、可変速制御装置２０から送られてくる各種の制御のための信号を入力しつつ、伝達関数を用いて挙動を演算し、演算結果を可変速制御装置２０へ出力する（ステップＳ５）。コンピュータ３０の表示画面には、そのときの制御系の状態が表示される（ステップＳ６）。
【００４６】
一連の動作が完了するまでは（ステップＳ７のＮＯ）、ステップＳ３〜Ｓ６の処理を繰り返す。一連の動作が完了したら（ステップＳ７のＹＥＳ）、試験結果の検証など、必要な処理を行い（ステップＳ８）、試験を終了する。
【００４７】
なお、図５のフローチャートの例では、理解を容易なものとするためにステップＳ３〜Ｓ６がこの順序で順次処理される形に記載されているが、実際には、ステップＳ３〜Ｓ６は殆ど同時進行で処理される。
【００４８】
一般に、従来技術で挙動の演算に使用される状態方程式は、回路定数が固定値であることを前提としているため、状態量間の関係が線形、即ち、固定定数で表現される。従って、状態量間の関係が非線形の場合、代表点で線形近似しなくてはならなかった。例えば、二重給電交流機の励磁特性、すなわち、電流と磁束の関係は比例せず、定格励磁電流付近で飽和し始めるという特性があるため、過負荷時、過電圧時などの励磁電流や励磁電圧が正確に模擬できないという問題があった。また、従来においては、水路流量によって変化する水路系を含めた原動機の動特性を模擬することができなかったため、例えば負荷遮断直後の挙動など、運転台数の変更など水路を共用する他号機の影響を連続的に模擬することができなかった。
【００４９】
これに対し、本実施形態によれば、上記問題を解決することができる。例えば、伝達関数で用いる定数を個々の状態量に応じて変化する可変定数にすることで、状態量間の非線形特性を正確に模擬することができる。また、水路系の非線形特性を含めた原動機の動特性を模擬することで、流量調整弁開度変化や、他号機の運転状態変化に伴う水車速度トルク特性を正確に模擬することができる。そのため、実機との組合せ試験に近い条件で、可変速制御盤の工場試験を実施することができる。
【００５０】
なお、上記実施形態では、二次励磁方式の可変速揚水発電システムに使用する試験装置について説明したが、例えばフルコンバータ方式の可変速揚水発電システムに使用する試験装置も同様な手法で構成することができる。その場合の構成例を図６に示す。
【００５１】
図６は、図２の構成の変形例を示している。図６の構成が図２の構成と異なる主な点は、可変速制御装置２０が、次励磁装置１４’の代わりに電力変換装置制御部１４１’を備えている点と、試験装置１０が、二次励磁装置用電源変圧器演算部１３および二次励磁装置（電力変換装置）演算部１４の代わりに電力変換装置１４１を備えている点である。図６に示される試験装置１０と可変速制御装置２０との間で行われる動作は、すでに説明した内容と同様となる。
【００５２】
以上詳述したように、実施形態によれば、実機や回転機等で構成された試験装置を用いずに実際の可変速揚水発電システムの挙動を精度よく模擬することができる。
【００５３】
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。例えば、可変速水力発電システム、可変速フライホイールシステムなど、可変速揚水発電システム以外の可変速システムの制御装置の試験装置にも、本発明を適用することができる。また、同期機と同期機の一次側に接続された電力変換装置から構成される可変速システムの制御装置の試験措置にも、本発明を適用することができる。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】
【００５４】
１…電力系統、２…主要変圧器、３…二次励磁装置用電源変圧器、４…二次励磁装置（電力変換装置）、５…二重給電発電電動機（二重給電交流機）、６…ポンプ水車（原動機）、
１０…試験装置、１１…電力系統演算部、１２…主要変圧器演算部、１３…二次励磁装置用電源変圧器演算部、１４…二次励磁装置（電力変換装置）演算部、１５…二重給電発電電動機演算部、１６…ポンプ水車演算部、２０…可変速制御装置、３０…コンピュータ、１４１…電力変換装置演算部、１４１’…電力変換装置制御部。
【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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