水力発電に於ける永久磁石同期発電機と系統連系との関係

ウムベルトさん

質問日時： 2013/03/23 01:37

カプラン水車駆動の永久磁石同期発電機（出力50-200kW)での系統連系
発電した電力を全て逆潮流させ売電するのに、インバーターを必要とする場合と必要としない場合があると聞きますが、どの様な場合に必要とし、どの様な場合に必要で無いのでしょうか？　又、インバータを必要とした場合、これを冷却する必要があると聞きましたが、それ程発熱するものでしょうか？　
又、水車での発電の場合、その流量変化で水車（プロペラ)の回転数が変わりますが、永久磁石同期発電機では、駆動側の回転数が変わっても常に同じ性能の電力を得られるのでしょうか？　それとも安定した電力を得る為の方策があるのでしょうか？
発電機やモータには全く素人ですので、同時に永久磁石同期発電機にて系統連系する場合の必須条件等を解り易く説明いただけないでしょうか、よろしくお願いします。　

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mecさん

回答が附かないようなので意見を述べます。
回答は簡単化しすぎて嘘が入っています。最終行も読んで下さい。

１．同期発電機は回転数に比例した周波数の電力を発電します。
２．水車の回転数は、水から得られるエネルギーと発電機を回すに必要なするエネルギーのバランスで決まります。
３．水量の制御装置を工夫しても水車の回転数は可なり変動します。
４．従って、発電された電力の周波数は変動します。これを電力会社の50Hz /60Hz の系統に送るには、常に、インバーターが必要です。
５．インバーターの効率は95%-98% 程度でしょう。損失は5%と考えましょう。
６．100kW の電力が流れていれば、損失は5kWです。台所に5kW のオーブン程度の発熱量。

黒部ダムなどの大型水力発電所の回転数は安定しています。大型であり、制御装置が高価であるためです。出力端にインバーターはないと思われます。文頭の但書はこの意味です。

mecさんへのお礼 お礼日時： 2013/03/24 20:03

YuKiさん

PMGを使用する場合は，インバータ・コンバータでAC-DC-AC変換して系統連系することがセオリです。パワコンも同じ。使用しない場合は誘導発電機を採用したほうが採算良いです。なぜかというと，PMGではたとえ調速機能があって周波数・電圧一定制御ができたとしても，水車は高効率な出力領域を外れてしまうのと，水車特有のニーズ（水量や水位・圧力）がそれによって変動してしまうからです。カプランであればランナベーン可動とすることでその領域は広げることができますが僅かなものです。そこに，インバータを使用することで，その自由度が増します。故意的に発電機側（水車側）の速度（周波数・電圧）も制御できるほか，トルク制御も可能で，水車側の調速は比較的自由で水車の高効率な制御が可能となりAC-DC-ACの変換損失を考慮しても結果して電力量が増加するはずです。起動停止時に制御電圧範囲に合わせるため，ダミーロードを使うものもあります。