(57)【要約】      （修正有）【課題】可変速発電電動機を電力系統に併入した直後から定常状態に至るまでの過渡的な時間においてもガバナフリー運転を実現する、可変速揚水発電システムを提供する。【解決手段】有効電力出力指令情報Ｐ０を生成する有効電力指令部１１０は、有効電力設定器４０７で徐々に有効電力出力指令情報Ｐ０を増加させると共に、第一加算器４０２でガバナフリー出力情報に含まれる、電力系統に由来する変動成分を有効電力出力指令情報Ｐ０に反映させる。更に、ガバナフリー出力情報が負の値になった際に最終的に有効電力出力指令情報Ｐ０が最低有効電力指令値を下回らないように、ガバナフリー出力情報が負の値になった時にのみ最低有効電力指令値にガバナフリー出力情報の絶対値を加算する第二加算器４０５、符号変換器４０１そしてリミッタ４０３を設けた。【選択図】図４
2012016242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁巻線と電機子巻線を備え、前記界磁巻線に交流励磁電流を流した状態で前記界磁巻線に回転駆動力を与えることで前記電機子巻線から発電電力を発生する可変速発電電動機と、
前記交流励磁電流を制御する可変速揚水発電制御部と、
前記電機子巻線に接続される並列用遮断器と、
前記並列用遮断器と電力系統との間に接続され、前記可変速発電電動機が発電する電圧を変圧する主要変圧器と、
前記電力系統に接続され、前記電力系統から検出される系統周波数と基準周波数とを比較した結果であるガバナフリー出力情報を発生するガバナフリー指令部と、
前記電力系統に接続され、前記可変速発電電動機の発電電圧を制御するための発電電動機電圧指令値を生成して前記可変速揚水発電制御部に供給する発電電動機電圧指令部と、
前記並列用遮断器を操作して前記可変速発電電動機を前記電力系統に併入する際に、前記系統周波数が前記基準周波数よりも高いために前記ガバナフリー出力情報が負の値になる時には、前記可変速揚水発電制御部に与える有効電力出力指令情報を、前記可変速発電電動機の最低有効電力指令値に前記ガバナフリー出力情報の絶対値を加算した値に向かって所定の上昇レートで増加させつつ、前記ガバナフリー出力情報を加算した情報として出力する有効電力指令部と
を備える可変速揚水発電システム。
【請求項２】
前記有効電力指令部は、
オン操作されると所定の上昇レートで上昇する値を出力する有効電力設定器と、
前記有効電力設定器の出力値と前記ガバナフリー出力情報とを加算した値を前記有効電力出力指令情報として前記可変速揚水発電制御部に出力する第一加算器と、
前記ガバナフリー出力情報の符号を反転する符号変換器と、
前記符号変換器の出力情報が正の値である時のみ通過させるリミッタと、
前記リミッタの値と前記最低有効電力指令値とを加算する第二加算器と、
前記第二加算器の出力情報と前記有効電力設定器の出力値とを比較して、前記第二加算器の出力情報が大きい場合には前記有効電力設定器をオン操作するコンパレータと
よりなる、請求項１記載の可変速揚水発電システム。
【請求項３】
前記有効電力指令部は、
オン操作されると所定の上昇レートで上昇する値を出力する有効電力設定器と、
前記有効電力設定器の出力値と前記ガバナフリー出力情報とを加算した値を前記有効電力出力指令情報として前記可変速揚水発電制御部に出力する第一加算器と、
前記ガバナフリー出力情報の符号を反転する符号変換器と、
前記符号変換器の出力情報が正の値である時のみ通過させるリミッタと、
前記リミッタの値と前記最低有効電力指令値とを加算する第二加算器と、
前記第二加算器の出力情報と前記第一加算器の出力値とを比較して、前記第二加算器の出力情報が大きい場合には前記有効電力設定器をオン操作するコンパレータと
よりなる、請求項１記載の可変速揚水発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変速揚水発電システムに関する。
より詳細には、可変速発電電動機を電力系統に併入した直後から定常状態に至るまでの過渡的な時間においてもガバナフリー運転を実現する、可変速発電電動機の運転制御装置を含む、可変速揚水発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統は顧客に電力を常時安定して供給できることが望ましい。その反面、顧客の電力使用状況（負荷）は常に不確定要素を含んで変動するので、電力供給側は負荷変動に対して柔軟に対応できるようにしなければならない。特に、昨今は風力発電等の変動要因を内包する自然エネルギーを利用する発電設備が増加傾向にある。また、太陽光発電やガス発電等、顧客側が極小規模な発電設備を設置して運用し、その発電設備を電力会社の送電網に繋げて、生成した電力を電力会社に向けて売る「売電」という運用形態も現れている。
【０００３】
エンドユーザによって行われる売電や風力発電等は、電力系統の負荷変動を全く考慮せずに発電される。このため、電力系統はこれまで以上に不安定要素を抱える状況になっている。電力系統の不安定化は、電圧の変動及び周波数の変動となって現れ、顧客の使用する電気機器の正常な動作に支障を来す可能性がある。
このような電力系統の不安定要素をできるだけ排除するため、他の発電システムと比べて、水の位置エネルギーを必要な量だけ瞬時且つ柔軟に電力に変換できる可変速揚水発電システムは、ますます重要性を帯びている。
【０００４】
特に、可変速揚水発電システムは、電力系統の系統周波数の変動に応じて、可変速発電電動機の二次巻線の交流励磁電流とポンプ水車のガイドベーンの開度を制御する、ガバナフリー運転という運転モードを備える。可変速揚水発電システムの制御部分では、電力系統の系統周波数の変動に応じて有効電力制御指令情報を補正して、有効電力出力指令情報Ｐ０を得る。そして、この有効電力出力指令情報Ｐ０に基づいて、可変速発電電動機の二次巻線の交流励磁電流とポンプ水車のガイドベーンの開度を制御する。
特許文献１には、系統周波数ＦＬの変動に対して応動するガバナフリー機能として、伝達関数を介した系統周波数ＦＬと基準周波数Ｆ０の差に係数を乗じて、リミッタを介した値（ガバナフリー出力情報）を有効電力制御指令情報に加算して得られた有効電力出力指令情報Ｐ０で、可変速発電電動機の交流励磁量を調整する運転制御方式が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平２−２５０３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示される従来の運転制御方法では、系統周波数ＦＬと基準周波数Ｆ０から所定の変換式によって求めたガバナフリー出力情報を有効電力指令値にそのまま加算しているが、次のような問題を発生することが考えられる。
可変速発電電動機が出力可能な有効電力は、原動機特性によって最低値が決められている。有効電力の最低値を下回る範囲での可変速発電電動機の連続運転は、原動機の機械的劣化につながるため、一般的に運転制御装置では連続運転を回避する機能が設けられている。
【０００７】
図８、図９及び図１０は、従来技術の可変速揚水発電システムの、有効電力指令部のブロック図である。有効電力指令部８０１、９０１及び１００１は、何れもガバナフリー出力情報と有効電力制御指令情報を受け、有効電力出力指令情報Ｐ０を生成する。
【０００８】
例えば、図８に示すように有効電力指令部８０１を構成し、リミッタ８０３を用いて有効電力が最低有効電力指令値８０５を下回ることを防止する機能を設けたとする。この際、系統周波数ＦＬが基準周波数Ｆ０よりも高い場合（ＦＬ＞Ｆ０）においては、ガバナフリー出力情報は負の値になり、有効電力出力指令情報Ｐ０を下げる方向の出力を発生させる。このため、可変速発電電動機が出力する有効電力は最低有効電力指令値８０５以下になってしまう。そして、系統周波数ＦＬ＞基準周波数Ｆ０の状態が継続した場合、可変速発電電動機がリミッタ８０３で規定する有効電力出力範囲外で連続運転してしまう可能性がある。
【０００９】
次に、可変速発電電動機が最低有効電力指令値８０５未満で連続運転してしまうことを防止するため、図９に示すように有効電力指令部９０１を構成し、有効電力出力指令情報Ｐ０に対し、最低有効電力指令値８０５を下回ることを防止する機能を設けたとする。この場合、ガバナフリー出力情報が含む電力系統の変動成分がリミッタ８０３によってマスクされてしまうので、有効電力出力指令情報Ｐ０が最低有効電力指令値８０５以上に到達するまでは、ガバナフリー運転が出来ないという問題が発生する。
【００１０】
また、図１０に示すように有効電力指令部１００１を構成して、高値選択回路１００３で切替える方法も考えられるが、この方法では有効電力出力指令情報Ｐ０は常に加算器８０７の出力情報とレートリミッタ１００２の出力情報のうちの何れか高い値の方が選択されるため、ガバナフリー出力情報を含む加算器８０７の出力情報がレートリミッタ１００２の出力情報よりも小さい場合、図９の有効電力指令部９０１と同様に、ガバナフリー出力情報が含む電力系統の変動成分が高値選択回路１００３で遮断されてしまう。したがって、この場合においても有効電力出力指令情報Ｐ０が最低有効電力指令値以上に到達するまでは、ガバナフリー運転が出来ないという問題が発生する。
【００１１】
本発明はかかる課題を解決し、可変速発電電動機を電力系統に併入した直後から定常状態に至るまでの過渡的な時間においてもガバナフリー運転を実現する、可変速揚水発電システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明の可変速揚水発電システムは、界磁巻線と電機子巻線を備え、界磁巻線に交流励磁電流を流した状態で界磁巻線に回転駆動力を与えることで電機子巻線から発電電力を発生する可変速発電電動機と、交流励磁電流を制御する可変速揚水発電制御部と、電機子巻線に接続される並列用遮断器と、並列用遮断器と電力系統との間に接続され、可変速発電電動機が発電する電圧を変圧する主要変圧器と、電力系統に接続され、電力系統から検出される系統周波数と基準周波数とを比較した結果であるガバナフリー出力情報を発生するガバナフリー指令部と、電力系統に接続され、可変速発電電動機の発電電圧を制御するための発電電動機電圧指令値を生成して可変速揚水発電制御部に供給する発電電動機電圧指令部と、並列用遮断器を操作して可変速発電電動機を電力系統に併入する際に、系統周波数が基準周波数よりも高いためにガバナフリー出力情報が負の値になる時には、可変速揚水発電制御部に与える有効電力出力指令情報を、可変速発電電動機の最低有効電力指令値にガバナフリー出力情報の絶対値を加算した値に向かって所定の上昇レートで増加させつつ、ガバナフリー出力情報を加算した情報として出力する有効電力指令部とを備える。
【００１３】
有効電力出力指令情報を生成する有効電力指令部は、徐々に有効電力出力指令情報を増加させると共に、ガバナフリー出力情報に含まれる、電力系統に由来する変動成分を有効電力出力指令情報に反映させる。更に、ガバナフリー出力情報が負の値になった際に最終的に有効電力出力指令情報が最低有効電力指令値を下回らないように、ガバナフリー出力情報が負の値になった時にのみ最低有効電力指令値にガバナフリー出力情報の絶対値を加算する。これにより、ガバナフリー出力情報が負の値になった場合であっても、可変速発電電動機のガバナフリー運転を可能にすると共に、可変速発電電動機が長時間最低有効電力指令値を下回る状態で運転されることを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、可変速発電電動機を電力系統に併入した直後から定常状態に至るまでの過渡的な時間においてもガバナフリー運転を実現する、可変速揚水発電システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態である、可変速揚水発電システムのブロック図である。
【図２】可変速揚水発電制御部のブロック図である。
【図３】ガバナフリー指令部のブロック図である。
【図４】有効電力指令部のブロック図である。
【図５】ガバナフリー指令部が出力するガバナフリー出力情報が０である場合に、可変速揚水発電システムを電力系統に併入した時点以降の、有効電力指令部の各部の波形図である。
【図６】ガバナフリー指令部が出力するガバナフリー出力情報が負の値である場合に、可変速揚水発電システムを電力系統に併入した時点以降の、有効電力指令部の各部の波形図である。
【図７】ガバナフリー指令部が出力するガバナフリー出力情報が正の値である場合に、可変速揚水発電システムを電力系統に併入した時点以降の、有効電力指令部の各部の波形図である。
【図８】従来技術の可変速揚水発電システムの、有効電力指令部のブロック図である。
【図９】従来技術の可変速揚水発電システムの、有効電力指令部のブロック図である。
【図１０】従来技術の可変速揚水発電システムの、有効電力指令部のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［システム構成］
図１は、本発明の一実施形態である、可変速揚水発電システムのブロック図である。可変速揚水発電システム１０１は、プラント制御システムの一つである。
可変速発電電動機１０２は、ポンプ水車１０３によって回転駆動される。可変速発電電動機１０２の電機子巻線１０２ａは、並列用遮断器１０４を通じて主要変圧器１０５に接続される。主要変圧器１０５は電力系統１０６に接続され、可変速発電電動機１０２の発電電圧を変圧する。
【００１７】
一方、可変速発電電動機１０２の電機子巻線１０２ａから得られる電力の一部は、可変速揚水発電制御部１０７を通じて可変速発電電動機１０２の界磁巻線１０２ｂに供給される。可変速揚水発電制御部１０７は界磁巻線１０２ｂの励磁電流を制御することで、電機子巻線１０２ａから電力系統１０６に供給する電力を制御する。この制御によって、電力系統１０６の系統周波数の変動を抑制する、ガバナフリー運転を実現する。
【００１８】
可変速揚水発電制御部１０７は、電機子巻線１０２ａから生じる電圧及び電流と、電力系統１０６から得られる周波数及び電圧位相と、ポンプ水車１０３の回転位相の情報を取得して、発電の制御を行う。
変流器１０８は、電機子巻線１０２ａと主要変圧器１０５を流れる電流を検出する。変流器１０８によって検出された電流の信号は可変速揚水発電制御部１０７に入力される。
【００１９】
ガバナフリー指令部１０９は、電力系統１０６から系統周波数ＦＬを検出し、これに対して基準周波数Ｆ０との差を得る。この差の情報に基づいてガバナフリー出力情報を生成し、有効電力指令部１１０へ出力する。
有効電力指令部１１０は、ガバナフリー出力情報に基づいて有効電力出力指令情報Ｐ０を生成し、可変速揚水発電制御部１０７に出力する。
一方、発電電動機電圧指令部１１１は、電力系統１０６から電圧情報を検出して、発電電動機電圧出力指令情報Ｖ０を生成し、可変速揚水発電制御部１０７に出力する。
有効電力出力指令情報Ｐ０と発電電動機電圧出力指令情報Ｖ０は、周知の電動機のベクトル制御のための情報である。
【００２０】
全体制御部１１２は表示部１１３と操作部１１４を備える制御端末であり、並列用遮断器１０４、有効電力指令部１１０及び発電電動機電圧指令部１１１を制御する。特に、可変速揚水発電システム１０１を電力系統１０６に併入する際、並列用遮断器１０４をオン操作した直後において、後述する有効電力指令部１１０の中にある有効電力設定器を初期化する等の制御を行う。
【００２１】
本実施形態の可変速揚水発電システム１０１のうち、発明に直接関係する箇所は、有効電力指令部１１０である。可変速揚水発電制御部１０７、ガバナフリー指令部１０９、発電電動機電圧指令部１１１の内部構成及び動作は従来技術と等しい。
【００２２】
図２は、可変速揚水発電制御部１０７のブロック図である。
可変速発電電動機１０２はポンプ水車１０３によって回転駆動される。
可変速発電電動機１０２の電機子巻線１０２ａは、主要変圧器１０５を介して電力系統１０６に接続される。
一方、可変速発電電動機１０２の電機子巻線１０２ａには、励磁用変圧器２０１を介して励磁装置２０２も接続されている。励磁装置２０２は可変速発電電動機１０２の界磁巻線１０２ｂに三相交流励磁電流を供給する。
【００２３】
励磁装置２０２が出力する三相交流励磁電流は、励磁電流調整演算器２０３によって制御される。
励磁電流調整演算器２０３は、励磁位相検出器２０４が出力するすべり位相と、電力調整演算器２０５が出力するトルク方向励磁電流指令情報Ｉｑ＊と、電圧調整演算器２０６が出力する磁束方向励磁電流指令情報Ｉｄ＊をベクトル合成することで得られる三相交流励磁電流指令値に見合う励磁電流を得るため、制御出力情報を自動パルス移相器２０７に出力する。そして、自動パルス移相器２０７が出力するパルスによって、励磁装置２０２は制御される。
【００２４】
励磁電流調整演算器２０３に対する励磁電流指令情報は、可変速発電電動機１０２の誘起電圧を発生させるｄ軸方向の励磁電流成分情報Ｉｄ＊と、それと直交して有効電力を変化させるｑ軸方向のトルク方向励磁電流指令情報Ｉｑ＊の２軸成分に分けて与えられる。
これら情報の軸方向は、電力系統１０６から計器用変圧器２０８ａを通じて電圧位相検出器２０９が検出する系統側電圧位相と、ポンプ水車１０３の駆動軸１１５に接続される回転位相検出器２１０が検出する可変速発電電動機１０２の回転位相で決まるため、系統側の電圧位相情報と可変速発電電動機１０２の回転位相情報から励磁位相検出器２０４が演算したすべり位相情報を基に、トルク方向励磁電流指令情報Ｉｑ＊と磁束方向励磁電流指令情報Ｉｄ＊をベクトル合成することで、三相交流励磁電流指令値が求められる。
よって、可変速発電電動機１０２の励磁電流は、ｄ軸成分（磁束成分）とｑ軸成分（トルク成分）で独立して制御される。
【００２５】
有効電力制御を行う場合は、有効電力出力指令情報Ｐ０と有効電力検出器２１１が検出した有効電力ＰＬとの偏差が０になるように電力調整演算器２０５がトルク方向励磁電流指令情報Ｉｑ＊を演算することで行われる。
可変速発電電動機１０２の電圧制御を行う場合は、発電電動機電圧指令値Ｖ０と交流電圧検出器２１２が検出した発電電動機電圧ＶＧとの偏差が０になるように電圧調整演算器２０６が磁束方向励磁電流指令情報Ｉｄ＊を演算することで行われる。
【００２６】
なお、可変速揚水発電制御部１０７は一般的なプラント制御システムとして構成されるので、「検出器」と名の付く機能ブロックが検出する対象はアナログの事象（電流、電圧、周波数、位相）であるが、出力する際にはデジタルデータに変換されて接続対象に出力される。そして、「演算器」と名の付く機能ブロックは、「検出器」又は「演算器」から入力されるデジタルデータを演算し、演算結果であるデジタルデータを出力する。
【００２７】
図３は、ガバナフリー指令部１０９のブロック図である。
系統周波数検出部３０１は、電力系統１０６から系統周波数ＦＬを検出する。これに対して、基準周波数発生器３０２は基準周波数Ｆ０を出力する。減算器３０３は、基準周波数Ｆ０から系統周波数ＦＬの差を演算し、得られた情報を係数乗算器３０４に出力する。
係数乗算器３０４は減算器３０３から出力される周波数の差の情報に所定の定数を乗算して、得られた情報をリミッタ３０５に出力する。
リミッタ３０５は、入力される情報に対し、予め定められた制限値を超えないように出力制限する。こうして得られた情報は、ガバナフリー出力情報として有効電力指令部１１０に供給される。
【００２８】
図４は、有効電力指令部１１０のブロック図である。
ガバナフリー指令部１０９から出力されるガバナフリー出力情報は、符号変換器４０１と第一加算器４０２に入力される。
符号変換器４０１は、入力されるガバナフリー出力情報に「−１」を乗算する。つまり、ガバナフリー出力情報の符号を反転した情報を出力する。
【００２９】
リミッタ４０３はその下限値が「０ＭＷ」に設定されており、符号変換器４０１が出力する反転ガバナフリー出力情報が負の値の場合、出力を抑制する。結果的に、リミッタ４０３から出力される情報は、ガバナフリー出力情報が負の値の時の情報であり、それが正の値に符号変換されて出力される。これ以降、リミッタ４０３が出力する情報を最低有効電力補正情報と呼ぶ。
【００３０】
一方、最低有効電力指令値４０４はポンプ水車１０３を機械的劣化から保護するための定数である。リミッタ４０３が出力する最低有効電力補正情報は、最低有効電力指令値４０４と第二加算器４０５によって加算される。この第二加算器４０５の出力情報は、コンパレータ４０６の非反転入力に入力される。コンパレータ４０６はデジタルコンパレータであり、非反転入力に入力される情報の値が反転入力の情報の値より大きい時に、論理の真を出力する。そして、コンパレータ４０６の出力は有効電力設定器４０７をオン・オフ制御する。
【００３１】
有効電力設定器４０７は、予め全体制御部１１２から送信される初期化制御情報によって初期値が「０ＭＷ」に設定されている。可変速発電電動機１０２が電力系統１０６へ併入すると、コンパレータ４０６が出力する論理値が真の時に、有効電力設定器４０７がオン操作される。有効電力設定器４０７は、オン状態の時には予め規定された上昇レートで、徐々に出力値を上昇させる。本実施形態では、有効電力設定器４０７の上昇レートは３００ＭＷ／分である。
コンパレータ４０６と有効電力設定器４０７は、図８、図９及び図１０に示すレートリミッタを構成する。
【００３２】
有効電力設定器４０７に対するオン操作は、有効電力設定器４０７の出力データが、最低有効電力指令値４０４とリミッタ４０３から出力される最低有効電力補正情報の和より大きくなるまで連続して続けられる。そして、有効電力設定器４０７の出力データが、最低有効電力指令値４０４と最低有効電力補正情報の和より大きくなると、コンパレータ４０６の論理値が偽（オフ）となり、有効電力設定器４０７に対するオン操作は停止される。
【００３３】
有効電力設定器４０７の出力データとガバナフリー出力情報は第一加算器４０２で加算されて有効電力出力指令情報Ｐ０となり、有効電力出力指令情報Ｐ０は可変速揚水発電制御部１０７の電力調整演算器２０５へ出力される。
【００３４】
［動作］
以上に説明した可変速揚水発電システム１０１を、電力系統１０６に併入した時点以降の動作を説明する。
図５は、ガバナフリー指令部１０９が出力するガバナフリー出力情報が０である場合に、可変速揚水発電システム１０１を電力系統１０６に併入した時点以降の、有効電力指令部１１０の各部の波形図である。可変速発電電動機１０２が系統併入した時の系統周波数ＦＬが、基準周波数Ｆ０と同じだった場合（系統周波数ＦＬ＝基準周波数Ｆ０）の結果である。
【００３５】
系統周波数と基準周波数が等しい場合、第二加算器４０５の出力情報（最低有効電力指令値４０４＋最低有効電力補正情報）は、最低有効電力補正情報の基となるガバナフリー出力情報が０であるので、最低有効電力指令値４０４がそのまま現れる。したがって、有効電力設定器４０７の出力情報は、予め規定された上昇レートで上昇し、最低有効電力指令値４０４と等しくなった時点で上昇が停止する。この有効電力設定器４０７の出力情報に対し、更に第一加算器４０２によってガバナフリー出力情報が加算されるが、前述のようにガバナフリー出力情報が０であるので、有効電力設定器４０７の出力情報がそのまま有効電力出力指令情報Ｐ０として出力される。なお、ガバナフリー出力情報に変動成分が含まれている場合、第一加算器４０２によってそのまま有効電力出力指令情報Ｐ０に反映されるので、可変速発電電動機１０２が電力系統１０６併入直後の最低有効電力に到達する以前の状態においても、ガバナフリー運転が可能になる。
【００３６】
図６は、ガバナフリー指令部１０９が出力するガバナフリー出力情報が負の値である場合に、可変速揚水発電システム１０１を電力系統１０６に併入した時点以降の、有効電力指令部１１０の各部の波形図である。可変速発電電動機１０２が系統併入した時の系統周波数ＦＬが、基準周波数Ｆ０より高かった場合（系統周波数ＦＬ＞基準周波数Ｆ０）の結果である。
【００３７】
第二加算器４０５の出力情報（最低有効電力指令値４０４＋最低有効電力補正情報）は、最低有効電力補正情報の基となるガバナフリー出力情報が負の値であるので、符号変換器４０１で正の値に変換され、リミッタ４０３を通過して、第二加算器４０５で加算される。つまり、最低有効電力指令値４０４を上回るデータとなる。しかしながら、第二加算器４０５の出力値が最低有効電力指令値４０４より大きくなったとしても、有効電力設定器４０７によってその上昇レートは規制される。したがって、有効電力設定器４０７の出力情報の値が最低有効電力指令値４０４と等しい値になるまでは、前述の図５にて説明した、ガバナフリー出力情報が０の場合の上昇レートと等しい。最終的に、有効電力設定器４０７の出力情報の値は、最低有効電力指令値４０４に最低有効電力補正情報を加算した値、つまり符号変換されたガバナフリー出力情報の値を加算した値になるまで上昇する。
【００３８】
一方、第一加算器４０２には、有効電力設定器４０７の出力値にガバナフリー出力情報が加算される。有効電力設定器４０７の出力情報の値のうち、併入直後から有効電力設定器４０７の上昇レートによって上昇される期間に注目すると、有効電力設定器４０７の出力情報は有効電力設定器４０７自身の上昇レートによってリニアな上昇カーブを描いている。これに対し、電力系統１０６の負荷変動によって変動するガバナフリー出力情報が負の値を示しているので、結果的に第一加算器４０２の出力情報は、ガバナフリー出力情報を有効電力設定器４０７の上昇レートで上昇させている波形となる。つまり、第一加算器４０２の出力情報は、ガバナフリー出力情報に含まれる電力系統１０６の変動要因に起因する変動成分を含んでいる。したがって、可変速発電電動機１０２が電力系統１０６併入直後の最低有効電力に到達する以前の状態においても、ガバナフリー運転が可能になる。
【００３９】
図７は、ガバナフリー指令部１０９が出力するガバナフリー出力情報が正の値である場合に、可変速揚水発電システム１０１を電力系統１０６に併入した時点以降の、有効電力指令部１１０の各部の波形図である。可変速発電電動機１０２が系統併入した時の系統周波数ＦＬが、基準周波数Ｆ０より低かった場合（系統周波数ＦＬ＜基準周波数Ｆ０）の結果である。
【００４０】
第二加算器４０５の出力情報（最低有効電力指令値４０４＋最低有効電力補正情報）は、最低有効電力補正情報の基となるガバナフリー出力情報が正の値であるので、符号変換器４０１で負の値に変換される。しかし、リミッタ４０３は負の値を通過させないので、第二加算器４０５の出力値は最低有効電力指令値４０４そのままのデータとなる。したがって、有効電力設定器４０７の出力情報の値は、前述の図５にて説明した、ガバナフリー出力情報が０の場合の上昇レートと等しい。
【００４１】
一方、第一加算器４０２には、有効電力設定器４０７の出力値にガバナフリー出力情報が加算される。有効電力設定器４０７の出力情報の値のうち、併入直後から有効電力設定器４０７の上昇レートによって上昇される期間に注目すると、有効電力設定器４０７の出力情報は有効電力設定器４０７自身の上昇レートによってリニアな上昇カーブを描いている。これに対し、電力系統１０６の負荷変動によって変動するガバナフリー出力情報が正の値を示しているので、結果的に第一加算器４０２の出力情報は、ガバナフリー出力情報を有効電力設定器４０７の上昇レートで上昇させている波形となる。つまり、第一加算器４０２の出力情報は、ガバナフリー出力情報に含まれる電力系統１０６の変動要因に起因する変動成分を含んでいる。したがって、可変速発電電動機１０２が電力系統１０６に併入した直後の最低有効電力に到達する以前の状態においても、ガバナフリー運転が可能になる。
【００４２】
本実施形態は以下のような応用例が考えられる。
（１）コンパレータ４０６の反転入力には、有効電力設定器４０７の出力値の代わりに、第一加算器４０２の出力値を入力させてもよい。この構成では、ガバナフリー出力情報が正の値である場合に、有効電力出力指令情報Ｐ０が増加する際の傾きが、有効電力設定器４０７の上昇レートを超えてしまうことを防ぐことができる。
【００４３】
本実施形態では、可変速揚水発電システムを開示した。
有効電力出力指令情報Ｐ０を生成する有効電力指令部１１０は、有効電力設定器４０７で徐々に有効電力出力指令情報Ｐ０を増加させると共に、第一加算器４０２でガバナフリー出力情報に含まれる、電力系統１０６に由来する変動成分を有効電力出力指令情報Ｐ０に反映させる。更に、ガバナフリー出力情報が負の値になった際に最終的に有効電力出力指令情報Ｐ０が最低有効電力指令値４０４を下回らないように、ガバナフリー出力情報が負の値になった時にのみ最低有効電力指令値４０４にガバナフリー出力情報の絶対値を加算する第二加算器４０５、符号変換器４０１そしてリミッタ４０３を設けた。これらの機能ブロックを設けることで、ガバナフリー出力情報が負の値になった場合であっても、可変速発電電動機１０２のガバナフリー運転を可能にすると共に、可変速発電電動機１０２が長時間最低有効電力指令値を下回る状態で運転されることを防ぐことができる。
【００４４】
以上、本発明の実施形態例について説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。
【符号の説明】
【００４５】
１０１…可変速揚水発電システム、１０２…可変速発電電動機、１０３…ポンプ水車、１０４…並列用遮断器、１０５…主要変圧器、１０６…電力系統、１０７…可変速揚水発電制御部、１０８…変流器、１０９…ガバナフリー指令部、１１０…有効電力指令部、１１１…発電電動機電圧指令部、１１２…全体制御部、１１３…表示部、１１４…操作部、１１５…駆動軸、２０１…励磁用変圧器、２０２…励磁装置、２０３…励磁電流調整演算器、２０４…励磁位相検出器、２０５…電力調整演算器、２０６…電圧調整演算器、２０７…自動パルス移相器、２０８ａ…計器用変圧器、２０８ｂ…計器用変圧器、２０９…電圧位相検出器、２１０…回転位相検出器、２１１…有効電力検出器、２１２…交流電圧検出器、３０１…系統周波数検出部、３０２…基準周波数発生器、３０３…減算器、３０４…係数乗算器、３０５…リミッタ、４０１…符号変換器、４０２…第一加算器、４０３…リミッタ、４０４…最低有効電力指令値、４０５…第二加算器、４０６…コンパレータ、４０７…有効電力設定器、８０１…有効電力指令部、８０３…リミッタ、８０５…最低有効電力指令値、８０７…加算器、９０１…有効電力指令部、１００１…有効電力指令部、１００２…レートリミッタ、１００３…高値選択回路
【図１】
2012016242.tif 000003
【図２】
2012016242.tif 000004
【図３】
2012016242.tif 000005
【図４】
2012016242.tif 000006
【図５】
2012016242.tif 000007
【図６】
2012016242.tif 000008
【図７】
2012016242.tif 000009
【図８】
2012016242.tif 000010
【図９】
2012016242.tif 000011
【図１０】
2012016242.tif 000012