JP2000161194A - 水車またはポンプ水車用調速制御装置 - Google Patents
水車またはポンプ水車用調速制御装置Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
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- Control Of Water Turbines (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 水車またはポンプ水車用調速制御装置の制御
応答性と最終安定性を改善し、ひいては水力発電所の制
御上の遅れを補償する。 【解決手段】 水車またはポンプ水車10の回転速度ま
たは出力の制御を行う調速制御装置2において、外部よ
り外乱または指令量1が印加され、当該水車のガイドベ
ーン9の開度が、PID制御ループ4内のI(積分)要
素6値と、ある関数によって定まる偏差を生じた際、I
(積分)要素6値をガイドベーン開度に偏差の関数であ
る制御ブロックにて追従させる補正項22を付加するこ
とにより、指令または外乱への制御応答性と最終安定性
を改善するようにした。
応答性と最終安定性を改善し、ひいては水力発電所の制
御上の遅れを補償する。 【解決手段】 水車またはポンプ水車10の回転速度ま
たは出力の制御を行う調速制御装置2において、外部よ
り外乱または指令量1が印加され、当該水車のガイドベ
ーン9の開度が、PID制御ループ4内のI(積分)要
素6値と、ある関数によって定まる偏差を生じた際、I
(積分)要素6値をガイドベーン開度に偏差の関数であ
る制御ブロックにて追従させる補正項22を付加するこ
とにより、指令または外乱への制御応答性と最終安定性
を改善するようにした。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、水力発電所等に
おける水車またはポンプ水車用調速制御装置に関するも
のである。
おける水車またはポンプ水車用調速制御装置に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】図13は従来の水力発電所の調速制御装
置に関するブロック図、図14は一般的な水力発電所の
概念図である。図において、1は、中央給電所、制御
所、配電盤等からの自動調整機能または運転員操作、発
電機電力変動等よる出力増減指令、2は、水車またはポ
ンプ水車の回転速度または出力トルクを制御する調速制
御装置であり、その直接の制御対象は固定翼のフランシ
ス水車またはポンプ水車の場合、ガイドべーン(GV)
9である。この調速制御装置2の諸機能は、マイクロプ
ロセッサのソフトウエアまたは演算増幅器によるアナロ
グ回路により実現される。3は、出力増減指令1により
定まる設定値と、水車またはポンプ水車側からのフィー
ドバック信号である回転速度19(n)およびガイドベ
ーン9の開度(垂下率ゲイン21による通常0.06倍
以下の垂下率ゲインを乗ずる)とを加算して求められる
制御入力偏差ΔGOVであり、定常状態である安定時に
はこの値はゼロである。
置に関するブロック図、図14は一般的な水力発電所の
概念図である。図において、1は、中央給電所、制御
所、配電盤等からの自動調整機能または運転員操作、発
電機電力変動等よる出力増減指令、2は、水車またはポ
ンプ水車の回転速度または出力トルクを制御する調速制
御装置であり、その直接の制御対象は固定翼のフランシ
ス水車またはポンプ水車の場合、ガイドべーン(GV)
9である。この調速制御装置2の諸機能は、マイクロプ
ロセッサのソフトウエアまたは演算増幅器によるアナロ
グ回路により実現される。3は、出力増減指令1により
定まる設定値と、水車またはポンプ水車側からのフィー
ドバック信号である回転速度19(n)およびガイドベ
ーン9の開度(垂下率ゲイン21による通常0.06倍
以下の垂下率ゲインを乗ずる)とを加算して求められる
制御入力偏差ΔGOVであり、定常状態である安定時に
はこの値はゼロである。
【0003】4は調速制御装置2内のPIDコントロー
ラであり、これは、いずれも制御入力偏差ΔGOV3を
入力とする、P(比例)演算要素5、I(積分)演算要
素6、D(微分)演算要素7により構成される。PID
コントローラ4の出力、即ち調速制御装置2の出力(G
OV)は上記の5、6、7の和である。8は調速装置機
械系であるアクチュエータであり、調速制御装置2の出
力を受け、ガイドベーン9の開度(Y)を決定する。
ラであり、これは、いずれも制御入力偏差ΔGOV3を
入力とする、P(比例)演算要素5、I(積分)演算要
素6、D(微分)演算要素7により構成される。PID
コントローラ4の出力、即ち調速制御装置2の出力(G
OV)は上記の5、6、7の和である。8は調速装置機
械系であるアクチュエータであり、調速制御装置2の出
力を受け、ガイドベーン9の開度(Y)を決定する。
【0004】10は、水車またはポンプ水車であり、そ
の流量およびトルク特性により、ガイドベーン9の開度
と、フィードバック量である水車、発電機系の回転速度
19と水路系の有効落差16(He)により、水車の流
量11(Q)および出力トルク17(TL)を決定す
る。水路系は、水車を通過する流量11により、サージ
タンク12の水位14(Hs)が決まり、水位14より
水車下流側圧力15と、損失水頭13(流量11の関
数)の2項を引き去った差が有効落差16となる。発電
機18と水車10には慣性モーメントGD2 があり、与
えられた水車トルク17と、発生する電力20(W)と
の差、系統周波数条件等により、発電機、水車軸系は加
減速され、回転速度19が決まる。
の流量およびトルク特性により、ガイドベーン9の開度
と、フィードバック量である水車、発電機系の回転速度
19と水路系の有効落差16(He)により、水車の流
量11(Q)および出力トルク17(TL)を決定す
る。水路系は、水車を通過する流量11により、サージ
タンク12の水位14(Hs)が決まり、水位14より
水車下流側圧力15と、損失水頭13(流量11の関
数)の2項を引き去った差が有効落差16となる。発電
機18と水車10には慣性モーメントGD2 があり、与
えられた水車トルク17と、発生する電力20(W)と
の差、系統周波数条件等により、発電機、水車軸系は加
減速され、回転速度19が決まる。
【0005】次に、動作を説明する。出力増減指令1が
調速制御装置2に与えられると、外乱入力または制御指
令に対する制御入力偏差ΔGOV3が計算される。ここ
において、ガイドベーン9の開度に垂下率ゲイン21を
乗じている理由は、フィードバック量である回転速度1
9が変動した際、ガイドベーン9の開度を適切な値に制
御することにより、速度、開度の乱調状態が発生するこ
とを防止する目的である。即ち、回転速度が僅かに上昇
した際は、ガイドベーン9を閉操作して安定させ、一
方、回転速度が僅かに下降した際には、ガイドベーン9
を開操作して安定に導く。
調速制御装置2に与えられると、外乱入力または制御指
令に対する制御入力偏差ΔGOV3が計算される。ここ
において、ガイドベーン9の開度に垂下率ゲイン21を
乗じている理由は、フィードバック量である回転速度1
9が変動した際、ガイドベーン9の開度を適切な値に制
御することにより、速度、開度の乱調状態が発生するこ
とを防止する目的である。即ち、回転速度が僅かに上昇
した際は、ガイドベーン9を閉操作して安定させ、一
方、回転速度が僅かに下降した際には、ガイドベーン9
を開操作して安定に導く。
【0006】さて、この制御入力偏差△GOV3は、同
じく調速制御装置2内のPIDコントローラ4に導か
れ、コントローラ4内のP(比例)演算要素5、I(積
分)演算要素6、D(微分)演算要素7の各機能が実行
される。このうち、P演算要素5は、制御入力偏差ΔG
OV3に比例する演算である。I(積分)演算要素6
は、制御入力偏差ΔGOV3を時々刻々積分する演算で
ある。また、D(微分)演算要素7は、制御入力偏差Δ
GOV3に対し不完全微分演算を行う。このうちP演算
要素5とD(微分)演算要素7の結果は安定時(定常状
態時)ゼロとなるが、I(積分)演算要素6それ自体
は、定常状態時も有限値を持ち、調速制御装置2の制御
対象であり、マイナーフィードバック量であるガイドベ
ーン9の開度とキャンセルすることにより、定常状態に
おいて、調速制御装置2からのアクチュエータ8への制
御出力がゼロとなる。
じく調速制御装置2内のPIDコントローラ4に導か
れ、コントローラ4内のP(比例)演算要素5、I(積
分)演算要素6、D(微分)演算要素7の各機能が実行
される。このうち、P演算要素5は、制御入力偏差ΔG
OV3に比例する演算である。I(積分)演算要素6
は、制御入力偏差ΔGOV3を時々刻々積分する演算で
ある。また、D(微分)演算要素7は、制御入力偏差Δ
GOV3に対し不完全微分演算を行う。このうちP演算
要素5とD(微分)演算要素7の結果は安定時(定常状
態時)ゼロとなるが、I(積分)演算要素6それ自体
は、定常状態時も有限値を持ち、調速制御装置2の制御
対象であり、マイナーフィードバック量であるガイドベ
ーン9の開度とキャンセルすることにより、定常状態に
おいて、調速制御装置2からのアクチュエータ8への制
御出力がゼロとなる。
【0007】水車またはポンプ水車10は、ガイドベー
ン9の開度と有効落差16と、水車10および発電機1
8の回転速度19により、流量11と水車トルク17を
生じる。流量11は、サージタンク12の水位14を変
化させ、損失水頭13と水車下流側圧力15との差によ
り、水車有効落差16を生じ、水車10にフィードバッ
クされる。水車またはポンプ水車10の出力トルク17
は、発電機18を介して回転速度19と実電力20を生
じ、回転速度19は水車またはポンプ水車10に、実電
力20は自動負荷調整(ALR)、自動周波数調整(A
FC)等の自動調整機能に対して各々フィードバックさ
れる。水車流量11は出力増減指令1に正の相関関係を
もって変化するが、その際に水車またはポンプ水車10
の出力トルク17は遅れを生じ、これにより、発電機1
8の電力20も遅れを生じる。
ン9の開度と有効落差16と、水車10および発電機1
8の回転速度19により、流量11と水車トルク17を
生じる。流量11は、サージタンク12の水位14を変
化させ、損失水頭13と水車下流側圧力15との差によ
り、水車有効落差16を生じ、水車10にフィードバッ
クされる。水車またはポンプ水車10の出力トルク17
は、発電機18を介して回転速度19と実電力20を生
じ、回転速度19は水車またはポンプ水車10に、実電
力20は自動負荷調整(ALR)、自動周波数調整(A
FC)等の自動調整機能に対して各々フィードバックさ
れる。水車流量11は出力増減指令1に正の相関関係を
もって変化するが、その際に水車またはポンプ水車10
の出力トルク17は遅れを生じ、これにより、発電機1
8の電力20も遅れを生じる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】調速制御装置2内の、
PIDコントローラ4中の特にI(積分)演算要素6
は、制御入力偏差ΔGOV3の時々刻々の積分結果であ
り、このブロックで制御上必ず遅れが発生する。また、
I(積分)演算要素6の積分値と、制御対象であるガイ
ドベーン9の開度のフィードバック値をキャンセルする
ことにより、調速制御装置2の出力がゼロとなり、安定
状態に至る制御方法を採用している。この弊害として、
外乱または制御指令が印加され、システムとしてその外
乱または制御指令に即応して追随しなければならないと
きに、このI(積分)演算要素6の値が即変化せず、そ
の結果、プラントの負荷増減の応答性能に限界が発生
し、場合によっては目的とする制御性能が得られず、乱
調または所望と逆方向の応答が発生するという問題点が
あった。
PIDコントローラ4中の特にI(積分)演算要素6
は、制御入力偏差ΔGOV3の時々刻々の積分結果であ
り、このブロックで制御上必ず遅れが発生する。また、
I(積分)演算要素6の積分値と、制御対象であるガイ
ドベーン9の開度のフィードバック値をキャンセルする
ことにより、調速制御装置2の出力がゼロとなり、安定
状態に至る制御方法を採用している。この弊害として、
外乱または制御指令が印加され、システムとしてその外
乱または制御指令に即応して追随しなければならないと
きに、このI(積分)演算要素6の値が即変化せず、そ
の結果、プラントの負荷増減の応答性能に限界が発生
し、場合によっては目的とする制御性能が得られず、乱
調または所望と逆方向の応答が発生するという問題点が
あった。
【0009】上記に対処する調速制御装置に関する発明
として、例えば、特開昭55−26059号公報または
特開昭58−90218号公報等に示すものがあった。
ただし、これらの発明は下記に示す理由により、十分な
改善をもたらす迄には至らなかった。
として、例えば、特開昭55−26059号公報または
特開昭58−90218号公報等に示すものがあった。
ただし、これらの発明は下記に示す理由により、十分な
改善をもたらす迄には至らなかった。
【0010】即ち、 1)積分入力をカットあるいは積分値にリミッタを施す
ものであり、本発明の如く積極的に積分値をある制御ブ
ロックにてフィードフォワード制御する方法ではないた
め、積分値の追従時間に限界が生じ、制御性能の改善効
果が十分でなかった。 2)補正項による制御機能がオンとなる積分値とガイド
ベーン開度の偏差量は可変であったが、設定値以上の偏
差に対する補正制御ゲインが一定であるため、上記1)
と同様、積分値の追従時間に限界が生じた。 3)ガイドベーン開/閉の各方向、発電/揚水各運転モ
ード別に、補正項の設定を行うことは不可能であった。 4)プラントの各運転条件別にガイドベーン開度の変化
速度は一様ではないが、補正項の設定は開度変化速度を
考慮して実施することは不可能のため、緩慢なガイドベ
ーン開度変化を想定して設定を行えば、急激な開度変化
に対して補正項による制御効果は期待できず、逆に、急
激なガイドベーン開度変化を想定して設定を行えば、緩
慢な開度変化に対して補正項による制御は過制御とな
り、不安定現象の要因となった。 5)負荷遮断時や、出力指令値変化のように、その時点
の制御目標が明確な場合でも、フィードバック制御のみ
により補正制御を行っているため、制御応答の遅れが発
生することがあった。
ものであり、本発明の如く積極的に積分値をある制御ブ
ロックにてフィードフォワード制御する方法ではないた
め、積分値の追従時間に限界が生じ、制御性能の改善効
果が十分でなかった。 2)補正項による制御機能がオンとなる積分値とガイド
ベーン開度の偏差量は可変であったが、設定値以上の偏
差に対する補正制御ゲインが一定であるため、上記1)
と同様、積分値の追従時間に限界が生じた。 3)ガイドベーン開/閉の各方向、発電/揚水各運転モ
ード別に、補正項の設定を行うことは不可能であった。 4)プラントの各運転条件別にガイドベーン開度の変化
速度は一様ではないが、補正項の設定は開度変化速度を
考慮して実施することは不可能のため、緩慢なガイドベ
ーン開度変化を想定して設定を行えば、急激な開度変化
に対して補正項による制御効果は期待できず、逆に、急
激なガイドベーン開度変化を想定して設定を行えば、緩
慢な開度変化に対して補正項による制御は過制御とな
り、不安定現象の要因となった。 5)負荷遮断時や、出力指令値変化のように、その時点
の制御目標が明確な場合でも、フィードバック制御のみ
により補正制御を行っているため、制御応答の遅れが発
生することがあった。
【0011】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたものであり、従来、水車またはポンプ
水車のPIDコントローラによる調速制御における問題
点であった、I(積分)演算要素値のガイドベーン開度
への追従(トラッキング)制御に関して、フィードバッ
ク制御、または積分入力カット、あるいは積分値リミッ
タによる制御方式を以下の様に改良し、積極的に積分値
を操作するフィードフォワード制御を添加して、従来の
フィードバック制御と組み合わせることにより、水車ま
たはポンプ水車用調速制御装置の制御応答性と最終安定
性を改善し、ひいては水力発電所の制御上の遅れを補償
することを目的とする。
るためになされたものであり、従来、水車またはポンプ
水車のPIDコントローラによる調速制御における問題
点であった、I(積分)演算要素値のガイドベーン開度
への追従(トラッキング)制御に関して、フィードバッ
ク制御、または積分入力カット、あるいは積分値リミッ
タによる制御方式を以下の様に改良し、積極的に積分値
を操作するフィードフォワード制御を添加して、従来の
フィードバック制御と組み合わせることにより、水車ま
たはポンプ水車用調速制御装置の制御応答性と最終安定
性を改善し、ひいては水力発電所の制御上の遅れを補償
することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】この発明に係る水車また
はポンプ水車用調速制御装置は、水車またはポンプ水車
の回転速度または出力の制御を行うものにおいて、外部
より外乱または指令量が印加され、当該水車のガイドベ
ーン開度が、PID制御ループ中のI(積分)演算要素
値と、ある関数によって定まる偏差を生じた際、I(積
分)演算要素値をガイドベーン開度に上記偏差の関数に
より追従させる補正項を付加することにより、指令また
は外乱への制御応答性と最終安定性を改善するようにし
たものである。
はポンプ水車用調速制御装置は、水車またはポンプ水車
の回転速度または出力の制御を行うものにおいて、外部
より外乱または指令量が印加され、当該水車のガイドベ
ーン開度が、PID制御ループ中のI(積分)演算要素
値と、ある関数によって定まる偏差を生じた際、I(積
分)演算要素値をガイドベーン開度に上記偏差の関数に
より追従させる補正項を付加することにより、指令また
は外乱への制御応答性と最終安定性を改善するようにし
たものである。
【0013】また、水車またはポンプ水車の回転速度ま
たは出力の制御を行うものにおいて、安定時は、通常の
PIDフィードバック制御ループにより制御を行いつ
つ、負荷遮断、出力変化等、到達目標に対する制御を実
施する際に、一定値以上の外乱または指令量が与えられ
た場合には、当該フィードバック制御ループ上のI(積
分)演算要素値を目標とするガイドベーン開度に、ある
最適な関数を用いてフィードフォワード制御にて追従さ
せ、最終安定時に再びフィードバック制御による積分演
算を実施することにより、指令または外乱への制御応答
性と最終安定性を改善するようにしたものである。
たは出力の制御を行うものにおいて、安定時は、通常の
PIDフィードバック制御ループにより制御を行いつ
つ、負荷遮断、出力変化等、到達目標に対する制御を実
施する際に、一定値以上の外乱または指令量が与えられ
た場合には、当該フィードバック制御ループ上のI(積
分)演算要素値を目標とするガイドベーン開度に、ある
最適な関数を用いてフィードフォワード制御にて追従さ
せ、最終安定時に再びフィードバック制御による積分演
算を実施することにより、指令または外乱への制御応答
性と最終安定性を改善するようにしたものである。
【0014】また、補正項の関数または常数を、ガイド
ベーン開度の実際の時々刻々の変化速度により任意に変
化させることにより、指令または外乱への制御応答性と
最終安定性を改善するようにしたものである。
ベーン開度の実際の時々刻々の変化速度により任意に変
化させることにより、指令または外乱への制御応答性と
最終安定性を改善するようにしたものである。
【0015】また、補正項の関数または常数を、ガイド
ベーンの各開度における増加/閉鎖速度(最大速度リミ
ット値)のパターンにより変化させることにより、指令
または外乱への制御応答性と最終安定性を改善するよう
にしたものである。
ベーンの各開度における増加/閉鎖速度(最大速度リミ
ット値)のパターンにより変化させることにより、指令
または外乱への制御応答性と最終安定性を改善するよう
にしたものである。
【0016】また、水車またはポンプ水車の回転速度ま
たは出力の制御を行うものにおいて、安定時は、通常の
PIDフィードバック制御ループにより制御を行いつ
つ、負荷遮断等、到達目標に対する制御を実施する際
に、水車またはポンプ水車の運転点が当該水車またはポ
ンプ水車の完全特性上のS字領域に入った際に、当該フ
ィードバック制御ループ上のI(積分)演算要素値を、
目標とするガイドベーン開度に、ある最適な関数を用い
てフィードフォワード制御にて追従させ、完全特性上の
S字領域から脱出した最終安定時に再びフィードバック
制御による積分演算を実施することにより、指令または
外乱への制御応答性と最終安定性を改善するようにした
ものである。
たは出力の制御を行うものにおいて、安定時は、通常の
PIDフィードバック制御ループにより制御を行いつ
つ、負荷遮断等、到達目標に対する制御を実施する際
に、水車またはポンプ水車の運転点が当該水車またはポ
ンプ水車の完全特性上のS字領域に入った際に、当該フ
ィードバック制御ループ上のI(積分)演算要素値を、
目標とするガイドベーン開度に、ある最適な関数を用い
てフィードフォワード制御にて追従させ、完全特性上の
S字領域から脱出した最終安定時に再びフィードバック
制御による積分演算を実施することにより、指令または
外乱への制御応答性と最終安定性を改善するようにした
ものである。
【0017】また、水車またはポンプ水車の回転速度ま
たは出力の制御を行うものにおいて、安定時は、通常の
PIDフィードバック制御ループにより制御を行いつ
つ、負荷遮断等、到達目標に対する制御を実施する際
に、水車またはポンプ水車の回転速度が当該水車または
ポンプ水車の定格回転速度を中心とするある幅を持った
範囲から逸脱したとき、当該フィードバック制御ループ
上のI(積分)演算要素値を、目標とするガイドベーン
開度に、ある最適な関数を用いてフィードフォワード制
御にて追従させ、回転速度が上記範囲内に復帰した最終
安定時に再びフィードバック制御による積分演算を実施
し、上記のある幅を持った範囲と最適関数とを設定する
ことにより、指令または外乱への制御応答性と最終安定
性を改善するようにしたものである。
たは出力の制御を行うものにおいて、安定時は、通常の
PIDフィードバック制御ループにより制御を行いつ
つ、負荷遮断等、到達目標に対する制御を実施する際
に、水車またはポンプ水車の回転速度が当該水車または
ポンプ水車の定格回転速度を中心とするある幅を持った
範囲から逸脱したとき、当該フィードバック制御ループ
上のI(積分)演算要素値を、目標とするガイドベーン
開度に、ある最適な関数を用いてフィードフォワード制
御にて追従させ、回転速度が上記範囲内に復帰した最終
安定時に再びフィードバック制御による積分演算を実施
し、上記のある幅を持った範囲と最適関数とを設定する
ことにより、指令または外乱への制御応答性と最終安定
性を改善するようにしたものである。
【0018】
【発明の実施の形態】実施の形態1.以下、この発明の
実施の形態1を図に基いて説明する。図1において、1
は、中央給電所、制御所、配電盤等からの自動調整機能
または運転員操作、発電機電力変動等よる出力増減指
令、2は、水車またはポンプ水車の回転速度または出力
トルクを制御する調速制御装置(ガバナ)であり、その
直接の制御対象は固定翼のフランシス水車またはポンプ
水車の場合、ガイドべーン9である。この調速制御装置
2の諸機能は、マイクロプロセッサのソフトウエアまた
は演算増幅器によるアナログ回路により実現される。3
は、出力増減指令1により定まる設定値と、水車または
ポンプ水車側からのフィードバック信号である回転速度
19(n)およびガイドベーン9の開度(垂下率ゲイン
21による通常0.06倍以下の垂下率ゲインを乗ず
る)とを加算して求められる制御入力偏差ΔGOVであ
り、定常状態である安定時はこの値はゼロである。
実施の形態1を図に基いて説明する。図1において、1
は、中央給電所、制御所、配電盤等からの自動調整機能
または運転員操作、発電機電力変動等よる出力増減指
令、2は、水車またはポンプ水車の回転速度または出力
トルクを制御する調速制御装置(ガバナ)であり、その
直接の制御対象は固定翼のフランシス水車またはポンプ
水車の場合、ガイドべーン9である。この調速制御装置
2の諸機能は、マイクロプロセッサのソフトウエアまた
は演算増幅器によるアナログ回路により実現される。3
は、出力増減指令1により定まる設定値と、水車または
ポンプ水車側からのフィードバック信号である回転速度
19(n)およびガイドベーン9の開度(垂下率ゲイン
21による通常0.06倍以下の垂下率ゲインを乗ず
る)とを加算して求められる制御入力偏差ΔGOVであ
り、定常状態である安定時はこの値はゼロである。
【0019】4は、調速制御装置2内のPIDコントロ
ーラであり、これは、いずれも制御入力偏差ΔGOV3
を入力とする、P(比例)演算要素5、I(積分)演算
要素6、D(微分)演算要素7により構成される。PI
Dコントローラ4の出力、即ち調速制御装置2の出力
(GOV)は上記の5、6、7の和である。8は調速制
御装置の機械系であるアクチュエータであり、調速制御
装置2の出力を受け、ガイドベーン9の開度(Y)を決
定する。
ーラであり、これは、いずれも制御入力偏差ΔGOV3
を入力とする、P(比例)演算要素5、I(積分)演算
要素6、D(微分)演算要素7により構成される。PI
Dコントローラ4の出力、即ち調速制御装置2の出力
(GOV)は上記の5、6、7の和である。8は調速制
御装置の機械系であるアクチュエータであり、調速制御
装置2の出力を受け、ガイドベーン9の開度(Y)を決
定する。
【0020】10は、水車またはポンプ水車であり、そ
の流量およびトルク特性により、ガイドベーン9の開度
と、フィードバック量である水車、発電機系の回転速度
19と水路系の有効落差16(He)により、水車の流
量11(Q)および出力トルク17(TL)を決定す
る。水路系は、水車を通過する流量11により、サージ
タンク12の水位14(Hs)が決まり、水位14より
水車下流側圧力15と、損失水頭13(流量11の関
数)の2項を引き去った差が有効落差16となる。発電
機18と水車10には慣性モーメントGD2 があり、
与えられた水車トルク17と、発生する電力20(W)
との差、系統周波数条件等により、発電機、水車軸系は
加減速され、回転速度19が決まる。
の流量およびトルク特性により、ガイドベーン9の開度
と、フィードバック量である水車、発電機系の回転速度
19と水路系の有効落差16(He)により、水車の流
量11(Q)および出力トルク17(TL)を決定す
る。水路系は、水車を通過する流量11により、サージ
タンク12の水位14(Hs)が決まり、水位14より
水車下流側圧力15と、損失水頭13(流量11の関
数)の2項を引き去った差が有効落差16となる。発電
機18と水車10には慣性モーメントGD2 があり、
与えられた水車トルク17と、発生する電力20(W)
との差、系統周波数条件等により、発電機、水車軸系は
加減速され、回転速度19が決まる。
【0021】22は、調速制御装置2内に今回追加され
た、I(積分)要素機能6とガイドベーン9の開度の偏
差を入力とする、ある関数にて構成される制御ブロック
であり、I(積分)要素機能6をガイドベーン開度に追
従(トラッキング)させる補正項と称する制御パスであ
る。
た、I(積分)要素機能6とガイドベーン9の開度の偏
差を入力とする、ある関数にて構成される制御ブロック
であり、I(積分)要素機能6をガイドベーン開度に追
従(トラッキング)させる補正項と称する制御パスであ
る。
【0022】次に動作を説明する。出力増減指令1が調
速制御装置2に与えられるか、水車、発電機系の回転速
度19が定格値あるいは設定値より変化した場合、また
はガイドベーン9の開度が安定時の値から変化した場合
には、外乱入力または制御指令に対する制御入力偏差Δ
GOV3がゼロ以外の値となる。この制御入力偏差△G
OV3は、同じく調速制御装置2内のPIDコントロー
ラ4に導かれ、コントローラ4内のP(比例)演算要素
5、I(積分)演算要素6、D(微分)演算要素7の各
機能が実行される。
速制御装置2に与えられるか、水車、発電機系の回転速
度19が定格値あるいは設定値より変化した場合、また
はガイドベーン9の開度が安定時の値から変化した場合
には、外乱入力または制御指令に対する制御入力偏差Δ
GOV3がゼロ以外の値となる。この制御入力偏差△G
OV3は、同じく調速制御装置2内のPIDコントロー
ラ4に導かれ、コントローラ4内のP(比例)演算要素
5、I(積分)演算要素6、D(微分)演算要素7の各
機能が実行される。
【0023】このうち、P(比例)演算要素5は、制御
入力偏差ΔGOV3に比例する演算要素である。I(積
分)演算要素6は、制御入力偏差ΔGOV3を時々刻々
積分する演算要素である。また、D(微分)演算要素7
は、制御入力偏差ΔGOV3に対し不完全微分演算を行
う演算要素である。このうちP(比例)演算要素5とD
(微分)演算要素7の結果は安定時(定常状態時)ゼロ
となるが、I(積分)演算要素6それ自体は定常状態時
も有限値を持ち、調速制御装置2の制御対象でありマイ
ナーフィードバック量であるガイドベーン9の開度とキ
ャンセルすることにより、定常状態において、調速制御
装置2からのアクチュエータ8への制御出力がゼロとな
る。
入力偏差ΔGOV3に比例する演算要素である。I(積
分)演算要素6は、制御入力偏差ΔGOV3を時々刻々
積分する演算要素である。また、D(微分)演算要素7
は、制御入力偏差ΔGOV3に対し不完全微分演算を行
う演算要素である。このうちP(比例)演算要素5とD
(微分)演算要素7の結果は安定時(定常状態時)ゼロ
となるが、I(積分)演算要素6それ自体は定常状態時
も有限値を持ち、調速制御装置2の制御対象でありマイ
ナーフィードバック量であるガイドベーン9の開度とキ
ャンセルすることにより、定常状態において、調速制御
装置2からのアクチュエータ8への制御出力がゼロとな
る。
【0024】この制御系において、水車、発電機系の回
転速度19が大きく変化する例えば負荷遮断時等を考え
る。このとき、制御入力偏差ΔGOV3の値がそれまで
の定常状態であるゼロ値から変化する。それにより、調
速制御装置2内のPIDコントローラ4の各機能、P
(比例)演算要素5、I(積分)演算要素6、D(微
分)演算要素7は演算を行い、出力処理を開始する。制
御入力偏差ΔGOV3に対するP(比例)演算要素5、
D(微分)演算要素7の各機能の出力値は増加し、ガイ
ドベーン9の開度は、回転速度19を定格値に戻す方向
に制御される。
転速度19が大きく変化する例えば負荷遮断時等を考え
る。このとき、制御入力偏差ΔGOV3の値がそれまで
の定常状態であるゼロ値から変化する。それにより、調
速制御装置2内のPIDコントローラ4の各機能、P
(比例)演算要素5、I(積分)演算要素6、D(微
分)演算要素7は演算を行い、出力処理を開始する。制
御入力偏差ΔGOV3に対するP(比例)演算要素5、
D(微分)演算要素7の各機能の出力値は増加し、ガイ
ドベーン9の開度は、回転速度19を定格値に戻す方向
に制御される。
【0025】しかるに、I(積分)演算要素6の常数値
は、PID制御の特質上、最終安定を確保する目的で設
定されるので、当該負荷遮断時の場合にも、P(比例)
演算要素5、D(微分)演算要素7に比べてその値の変
化量は少ない。そのため、I(積分)演算要素6の値と
ガイドベーン9の開度の間に偏差が生じ、その偏差は、
本来ガイドベーン9を水車、発電機系の回転速度19を
定格方向に制御する方向と反対の方向に作用する。
は、PID制御の特質上、最終安定を確保する目的で設
定されるので、当該負荷遮断時の場合にも、P(比例)
演算要素5、D(微分)演算要素7に比べてその値の変
化量は少ない。そのため、I(積分)演算要素6の値と
ガイドベーン9の開度の間に偏差が生じ、その偏差は、
本来ガイドベーン9を水車、発電機系の回転速度19を
定格方向に制御する方向と反対の方向に作用する。
【0026】即ち、負荷遮断試験の場合、回転速度19
が上昇するので、ガイドベーン9を閉鎖して水流量を断
ち、回転速度19を下降するように制御が行われなけれ
ばならないにもかかわらず、上記I(積分)演算要素6
とガイドベーン9の開度の偏差は、ガイドベーン9を開
く方向の値を持つ。回転速度19が徐々に定格値に近づ
き、P(比例)演算要素5、D(微分)演算要素7の各
機能の出力値が減少してくると、上記の偏差によるガイ
ドベーン開方向の制御量の効果が無視できなくなり、ガ
イドベーン9が開方向に不要動作したり、回転速度19
の制御目標値への安定が遅れる弊害が発生する。
が上昇するので、ガイドベーン9を閉鎖して水流量を断
ち、回転速度19を下降するように制御が行われなけれ
ばならないにもかかわらず、上記I(積分)演算要素6
とガイドベーン9の開度の偏差は、ガイドベーン9を開
く方向の値を持つ。回転速度19が徐々に定格値に近づ
き、P(比例)演算要素5、D(微分)演算要素7の各
機能の出力値が減少してくると、上記の偏差によるガイ
ドベーン開方向の制御量の効果が無視できなくなり、ガ
イドベーン9が開方向に不要動作したり、回転速度19
の制御目標値への安定が遅れる弊害が発生する。
【0027】これに対し、本発明にて提案する、I(積
分)演算要素6を、I(積分)演算要素6とガイドベー
ン9の開度の偏差の関数である制御ブロックにてガイド
ベーン9の開度に追従させる補正項22を追加すること
により、I(積分)演算要素6とガイドベーン9の開度
の間に偏差が発生した場合、その偏差を打ち消すように
補正項22の関数が作用するため、上記のように負荷遮
断時に、I(積分)演算要素6の変化量が少なく、ガイ
ドベーン9が不要開動作したり、回転速度19の安定整
定が遅れるという問題点は解消できる。そして、上記補
正項22の関数設定を、水車の発電方向および揚水方向
別々に、および各運転方向においてガイドベーン開方向
/閉方向独立に、設定可能とすることにより、指令また
は外乱への制御応答性と最終安定性を改善する。
分)演算要素6を、I(積分)演算要素6とガイドベー
ン9の開度の偏差の関数である制御ブロックにてガイド
ベーン9の開度に追従させる補正項22を追加すること
により、I(積分)演算要素6とガイドベーン9の開度
の間に偏差が発生した場合、その偏差を打ち消すように
補正項22の関数が作用するため、上記のように負荷遮
断時に、I(積分)演算要素6の変化量が少なく、ガイ
ドベーン9が不要開動作したり、回転速度19の安定整
定が遅れるという問題点は解消できる。そして、上記補
正項22の関数設定を、水車の発電方向および揚水方向
別々に、および各運転方向においてガイドベーン開方向
/閉方向独立に、設定可能とすることにより、指令また
は外乱への制御応答性と最終安定性を改善する。
【0028】この説明に関して、従来装置および本発明
による装置の動作の相違を図2に示す。なお、図2中、
実線は従来装置による特性を、一点鎖線は本発明による
特性を示している。図2の6で示すI要素値は補正項2
2の付加により急速に低下し、これによりガイドベーン
(GV)9の開度は、I要素の減衰分だけ制御入力偏差
△GOV3の出力の負の絶対値が大きくなり、全閉方向
に動く。
による装置の動作の相違を図2に示す。なお、図2中、
実線は従来装置による特性を、一点鎖線は本発明による
特性を示している。図2の6で示すI要素値は補正項2
2の付加により急速に低下し、これによりガイドベーン
(GV)9の開度は、I要素の減衰分だけ制御入力偏差
△GOV3の出力の負の絶対値が大きくなり、全閉方向
に動く。
【0029】また、従来のフィードバック制御のよう
に、制御要素として必ずI(積分)演算要素6のような
遅れ要素の存在する制御系と比較して、制御がフィード
フォワード的になり、従来の制御方法に見られた、指令
または外乱に対する応答遅れが発生するという短所が改
善された即応性の優れた制御を実現することができる。
に、制御要素として必ずI(積分)演算要素6のような
遅れ要素の存在する制御系と比較して、制御がフィード
フォワード的になり、従来の制御方法に見られた、指令
または外乱に対する応答遅れが発生するという短所が改
善された即応性の優れた制御を実現することができる。
【0030】実施の形態2.上記実施の形態1について
は、従来のPIDコントローラによるフィードバック制
御の他、I(積分)演算要素6と制御対象であるガイド
ベーン9の開度の偏差を検出し、その偏差に対して補正
項を設置して、ガイドベーン9の開度に対して、I(積
分)演算要素6の値を追従させるようにしたものである
が、本実施の形態2では、I(積分)演算要素6とガイ
ドベーン9の開度値が定常状態で一致することに着目し
て、負荷変化あるいは負荷遮断のように、最終目標のガ
イドベーン9の開度が予め判明している際は、これら負
荷変化あるいは負荷遮断の条件をキックに、I(積分)
演算要素6の値を最終ガイドベーン9の値に追従(トラ
ッキング)させてやることにより、特に、制御の即応性
を改善することを目的とする。
は、従来のPIDコントローラによるフィードバック制
御の他、I(積分)演算要素6と制御対象であるガイド
ベーン9の開度の偏差を検出し、その偏差に対して補正
項を設置して、ガイドベーン9の開度に対して、I(積
分)演算要素6の値を追従させるようにしたものである
が、本実施の形態2では、I(積分)演算要素6とガイ
ドベーン9の開度値が定常状態で一致することに着目し
て、負荷変化あるいは負荷遮断のように、最終目標のガ
イドベーン9の開度が予め判明している際は、これら負
荷変化あるいは負荷遮断の条件をキックに、I(積分)
演算要素6の値を最終ガイドベーン9の値に追従(トラ
ッキング)させてやることにより、特に、制御の即応性
を改善することを目的とする。
【0031】図3は実施の形態2の装置を示す構成図で
ある。図1、図13と比較して、調速制御装置2内のP
IDコントローラ4中のI(積分)演算要素6を制御の
モード変化により、一定値にトラッキングする制御を実
施するトラッキング制御ブロック23を追加したことが
特徴である。この制御ブロック23に出力増減指令1か
らガイドベーン9の最終制御目標値を与えて、I(積
分)演算要素6を制御する。
ある。図1、図13と比較して、調速制御装置2内のP
IDコントローラ4中のI(積分)演算要素6を制御の
モード変化により、一定値にトラッキングする制御を実
施するトラッキング制御ブロック23を追加したことが
特徴である。この制御ブロック23に出力増減指令1か
らガイドベーン9の最終制御目標値を与えて、I(積
分)演算要素6を制御する。
【0032】図2に示す通り、実施の形態1では、I
(積分)演算要素6の値がガイドベーン(GV)開度の
変化とともに減衰していくのに対し、本実施の形態で
は、図4に示す通り、I(積分)演算要素6の値がステ
ップ的に最終制御目標に対応する値(最終安定時のGV
値と同じ値)に変化するので、実施の形態1に示す、制
御入力偏差ΔGOV3に対するP(比例)演算要素5、
D(微分)演算要素7の各機能の出力値が増加してガイ
ドベーン9の開度が回転速度19を定格値に戻す方向に
制御される効果に加え、I(積分)演算要素6を制御ブ
ロック23により最終制御目標値にトラッキングさせる
ことにより、ガイドベーン9の開度の偏差により、ガイ
ドベーンが制御される効果も加わり、制御の応答性は実
施の形態1より向上するという効果を奏する。また、系
が安定状態に近づき、制御入力偏差ΔGOV3の値が小
さくなったときに、再度、I(積分)演算要素6は積分
を開始する。従って、最終的な安定(定常状態)の確保
は、PIDコントローラ4によるPID制御によって行
われる。そして、上記制御ブロック23の最適関数の設
定を水車の発電方向および揚水方向別々に、および各運
転方向においてガイドベーン開方向/閉方向独立に、設
定可能とすることにより、指令または外乱への制御応答
性と最終安定性を改善する。なお、上述した図4におい
て、実線は従来装置による特性を、一点鎖線は本実施の
形態による特性を示している。
(積分)演算要素6の値がガイドベーン(GV)開度の
変化とともに減衰していくのに対し、本実施の形態で
は、図4に示す通り、I(積分)演算要素6の値がステ
ップ的に最終制御目標に対応する値(最終安定時のGV
値と同じ値)に変化するので、実施の形態1に示す、制
御入力偏差ΔGOV3に対するP(比例)演算要素5、
D(微分)演算要素7の各機能の出力値が増加してガイ
ドベーン9の開度が回転速度19を定格値に戻す方向に
制御される効果に加え、I(積分)演算要素6を制御ブ
ロック23により最終制御目標値にトラッキングさせる
ことにより、ガイドベーン9の開度の偏差により、ガイ
ドベーンが制御される効果も加わり、制御の応答性は実
施の形態1より向上するという効果を奏する。また、系
が安定状態に近づき、制御入力偏差ΔGOV3の値が小
さくなったときに、再度、I(積分)演算要素6は積分
を開始する。従って、最終的な安定(定常状態)の確保
は、PIDコントローラ4によるPID制御によって行
われる。そして、上記制御ブロック23の最適関数の設
定を水車の発電方向および揚水方向別々に、および各運
転方向においてガイドベーン開方向/閉方向独立に、設
定可能とすることにより、指令または外乱への制御応答
性と最終安定性を改善する。なお、上述した図4におい
て、実線は従来装置による特性を、一点鎖線は本実施の
形態による特性を示している。
【0033】実施の形態3.上記実施の形態1はガイド
ベーン9の開度とI(積分)演算要素6の偏差に従い、
補正項の関数、設定値を予め設定するものであるが、本
実施の形態3は、ガイドベーン9の開度の変化速度を検
出して、補正項の出力を演算するものであり、補正項の
演算効果の速度向上を目的としたものである。実施の形
態1では、ガイドベーン9の開度とI(積分)演算要素
6の偏差を検出し、偏差の大なるとき、大きな補正量が
得られるよう、補正項の関数を設計するが、本実施の形
態3では、ガイドベーン9の開度変化量が大きい場合
に、ガイドベーン9とI(積分)演算要素6の偏差が大
きくなることに着目して、ガイドベーン9の開度のみの
変化量に応じてI(積分)演算要素6の補正量を決定す
る。
ベーン9の開度とI(積分)演算要素6の偏差に従い、
補正項の関数、設定値を予め設定するものであるが、本
実施の形態3は、ガイドベーン9の開度の変化速度を検
出して、補正項の出力を演算するものであり、補正項の
演算効果の速度向上を目的としたものである。実施の形
態1では、ガイドベーン9の開度とI(積分)演算要素
6の偏差を検出し、偏差の大なるとき、大きな補正量が
得られるよう、補正項の関数を設計するが、本実施の形
態3では、ガイドベーン9の開度変化量が大きい場合
に、ガイドベーン9とI(積分)演算要素6の偏差が大
きくなることに着目して、ガイドベーン9の開度のみの
変化量に応じてI(積分)演算要素6の補正量を決定す
る。
【0034】図5は本実施の形態3に係る装置の構成図
である。24はガイドベーン9の開度の変化率を計算す
る変化率計算ブロックであり、その変化率を補正項22
に加えている。そして、上記補正項22の関数または常
数を、水車の発電方向および揚水方向別々に、および各
運転方向においてガイドベーン開方向/閉方向独立に、
設定可能とすることにより、指令または外乱への制御応
答性と最終安定性を改善する。
である。24はガイドベーン9の開度の変化率を計算す
る変化率計算ブロックであり、その変化率を補正項22
に加えている。そして、上記補正項22の関数または常
数を、水車の発電方向および揚水方向別々に、および各
運転方向においてガイドベーン開方向/閉方向独立に、
設定可能とすることにより、指令または外乱への制御応
答性と最終安定性を改善する。
【0035】本実施の形態による効果を図6に示す。図
6において、実線は従来装置による特性を、一点鎖線は
本実施の形態による特性を示している。補正項22の負
の絶対値が大きいとI(積分)演算要素6の減少率が大
きくなる。本実施の形態3は、ガイドベーン9の開度の
時々刻々の変化に即して、補正項22における補正量を
決定するので、実施の形態1のガイドベーン9とI(積
分)演算要素6の偏差により補正量を計算する方法に比
較して、補正効果の応答が高速になるという利点があ
る。
6において、実線は従来装置による特性を、一点鎖線は
本実施の形態による特性を示している。補正項22の負
の絶対値が大きいとI(積分)演算要素6の減少率が大
きくなる。本実施の形態3は、ガイドベーン9の開度の
時々刻々の変化に即して、補正項22における補正量を
決定するので、実施の形態1のガイドベーン9とI(積
分)演算要素6の偏差により補正量を計算する方法に比
較して、補正効果の応答が高速になるという利点があ
る。
【0036】実施の形態4.上記実施の形態1はガイド
ベーン9の開度とI(積分)演算要素6の偏差に従い、
補正項の関数、設定値を予め設定するものであるが、実
施の形態4は、ガイドベーン9の開度とI(積分)演算
要素6の偏差を検出する他、水車設計時に決定されるガ
イドベーンの各開度における増加/閉鎖速度(最大速度
リミット値)のパターンにより、追従補正項の関数また
は常数を変化できるようにしたことを特徴とするもので
ある。この実施の形態4は、上記実施の形態3と類似で
あり、応答効果も同様であるが、実施の形態3がその時
点のガイドベーン9の開度変化量に従い補正項の出力を
演算しているのに対し、本実施の形態4は、ガイドベー
ン9の開度変化量の最大リミット値(>実際の開度変化
量)をパラメータとしている点が異なる。後者の本実施
の形態の方が設定が簡単になるというメリットがある。
ベーン9の開度とI(積分)演算要素6の偏差に従い、
補正項の関数、設定値を予め設定するものであるが、実
施の形態4は、ガイドベーン9の開度とI(積分)演算
要素6の偏差を検出する他、水車設計時に決定されるガ
イドベーンの各開度における増加/閉鎖速度(最大速度
リミット値)のパターンにより、追従補正項の関数また
は常数を変化できるようにしたことを特徴とするもので
ある。この実施の形態4は、上記実施の形態3と類似で
あり、応答効果も同様であるが、実施の形態3がその時
点のガイドベーン9の開度変化量に従い補正項の出力を
演算しているのに対し、本実施の形態4は、ガイドベー
ン9の開度変化量の最大リミット値(>実際の開度変化
量)をパラメータとしている点が異なる。後者の本実施
の形態の方が設定が簡単になるというメリットがある。
【0037】図7は本実施の形態4に係る装置を示す構
成図である。図中、25はガイドベーン各開度(開/閉
方向別)に、ガイドベーン開閉速度の最大リミット値
(実際の変化速度とは異なる)を与える開閉速度リミッ
トブロックである。そして、上記補正項22に関してガ
イドベーンの各開度における増加/閉鎖速度(最大速度
リミット値)のパターンにより補正項22の関数または
常数を、水車の発電方向および揚水方向別々に、および
各運転方向においてガイドベーン開方向/閉方向独立
に、設定可能とすることにより、指令または外乱への制
御応答性と最終安定性を改善する。
成図である。図中、25はガイドベーン各開度(開/閉
方向別)に、ガイドベーン開閉速度の最大リミット値
(実際の変化速度とは異なる)を与える開閉速度リミッ
トブロックである。そして、上記補正項22に関してガ
イドベーンの各開度における増加/閉鎖速度(最大速度
リミット値)のパターンにより補正項22の関数または
常数を、水車の発電方向および揚水方向別々に、および
各運転方向においてガイドベーン開方向/閉方向独立
に、設定可能とすることにより、指令または外乱への制
御応答性と最終安定性を改善する。
【0038】この実施の形態による効果を図8に示す。
なお、図8において、実線は従来装置の特性を、一点鎖
線は本実施の形態の特性を示している。図8において、
ガイドベーン(GV)9の閉鎖モード(一例)は図のご
とくであり、これはガイドベーン9が閉方向に動く際の
閉鎖速度の最大リミット値である。従って、開閉速度リ
ミットブロック25は、上記最大リミット値に応じた値
を出力し、これがI(積分)演算要素6に作用する。開
閉速度リミットブロック25の出力の負の絶対値が大き
いほどI(積分)演算要素値の減少率は大きい。
なお、図8において、実線は従来装置の特性を、一点鎖
線は本実施の形態の特性を示している。図8において、
ガイドベーン(GV)9の閉鎖モード(一例)は図のご
とくであり、これはガイドベーン9が閉方向に動く際の
閉鎖速度の最大リミット値である。従って、開閉速度リ
ミットブロック25は、上記最大リミット値に応じた値
を出力し、これがI(積分)演算要素6に作用する。開
閉速度リミットブロック25の出力の負の絶対値が大き
いほどI(積分)演算要素値の減少率は大きい。
【0039】実施の形態5.上記実施の形態2は、安定
時は従来から適用されているPIDフィードバック制御
ループにより制御を行いつつ、当水車のガイドベーン開
度とPID制御ループ内のI(積分)演算要素の偏差を
検出し、負荷遮断、出力変化等、到達目標に対する制御
を実施する際に一定値以上の外乱または指令量が与えら
れた場合には、当該フィードバック制御ループ上の積分
値を、目標とするガイドベーン開度に、ある最適な関数
を用いてフィードフォワード制御にて追従させ、最終安
定時に再びフィードバック制御による積分演算を実施す
るものであったが、本実施の形態5は、水車またはポン
プ水車の運転点が当該水車またはポンプ水車の完全特性
上のS字領域に近づく際に、当該フィードバック制御ル
ープ上の積分値を、目標とするガイドベーン開度に、あ
る最適な関数を用いてフィードフォワード制御にて追従
させ、完全特性上のS字領域から遠ざかる最終安定時に
再びフィードバック制御による積分演算を実施するもの
である。
時は従来から適用されているPIDフィードバック制御
ループにより制御を行いつつ、当水車のガイドベーン開
度とPID制御ループ内のI(積分)演算要素の偏差を
検出し、負荷遮断、出力変化等、到達目標に対する制御
を実施する際に一定値以上の外乱または指令量が与えら
れた場合には、当該フィードバック制御ループ上の積分
値を、目標とするガイドベーン開度に、ある最適な関数
を用いてフィードフォワード制御にて追従させ、最終安
定時に再びフィードバック制御による積分演算を実施す
るものであったが、本実施の形態5は、水車またはポン
プ水車の運転点が当該水車またはポンプ水車の完全特性
上のS字領域に近づく際に、当該フィードバック制御ル
ープ上の積分値を、目標とするガイドベーン開度に、あ
る最適な関数を用いてフィードフォワード制御にて追従
させ、完全特性上のS字領域から遠ざかる最終安定時に
再びフィードバック制御による積分演算を実施するもの
である。
【0040】本実施の形態5は、補正項の動作条件が実
施の形態2および実施の形態6と異なるが、補正項の効
果は、実施の形態2と同様、即応性が期待できる。本実
施の形態5の特徴は、当該水車またはポンプ水車の完全
特性を参照しており、水車運転点が危険領域に達するこ
とを防止する上で他の実施の形態を上回る効果がある。
施の形態2および実施の形態6と異なるが、補正項の効
果は、実施の形態2と同様、即応性が期待できる。本実
施の形態5の特徴は、当該水車またはポンプ水車の完全
特性を参照しており、水車運転点が危険領域に達するこ
とを防止する上で他の実施の形態を上回る効果がある。
【0041】図9は本実施の形態5に係る装置の構成図
である。図9中、26は当該調速制御装置にて制御され
る水車またはポンプ水車10の完全特性を入力してお
り、回転速度19が変化して当該完全特性上の運転点が
S字領域29内に近づいたことを検出するトラッキング
制御ブロックである。ブロック26に水車またはポンプ
水車10の流量特性を入力し、回転速度19が定格値を
超えてS字領域29近づいたことを検出し、I(積分)
演算要素6をトラッキングさせる。本実施の形態の効果
を図10に示す。なお、図10において、実線は従来装
置の特性、一点鎖線は本実施の形態の特性を示してい
る。
である。図9中、26は当該調速制御装置にて制御され
る水車またはポンプ水車10の完全特性を入力してお
り、回転速度19が変化して当該完全特性上の運転点が
S字領域29内に近づいたことを検出するトラッキング
制御ブロックである。ブロック26に水車またはポンプ
水車10の流量特性を入力し、回転速度19が定格値を
超えてS字領域29近づいたことを検出し、I(積分)
演算要素6をトラッキングさせる。本実施の形態の効果
を図10に示す。なお、図10において、実線は従来装
置の特性、一点鎖線は本実施の形態の特性を示してい
る。
【0042】実施の形態6.上記実施の形態5は、水車
またはポンプ水車の運転点が当該水車またはポンプ水車
の完全特性上のS字領域に入った際に、当該フィードバ
ック制御ループ上の積分値を、目標とするガイドベーン
開度にある最適な関数を用いてフィードフォワード制御
にて追従させ、完全特性上のS字領域から脱出した最終
安定時に再びフィードバック制御による積分演算を実施
するものであるが、本実施の形態6は、水車またはポン
プ水車の回転速度19が規定の幅を外れた場合に当該フ
ィードバック制御ループ上の積分値を、目標とするガイ
ドベーン開度にある最適な関数を用いてフィードフォワ
ード制御にて追従させるものであり、このため、調速制
御装置に複雑な水車またはポンプ水車のS字型完全特性
を記憶させる必要がなく、調速制御方式が簡素化できる
メリットがある。本実施の形態は、補正項の動作条件が
他の実施の形態2および実施の形態5と異なるが、補正
項の効果そのものは実施の形態2と同様である。
またはポンプ水車の運転点が当該水車またはポンプ水車
の完全特性上のS字領域に入った際に、当該フィードバ
ック制御ループ上の積分値を、目標とするガイドベーン
開度にある最適な関数を用いてフィードフォワード制御
にて追従させ、完全特性上のS字領域から脱出した最終
安定時に再びフィードバック制御による積分演算を実施
するものであるが、本実施の形態6は、水車またはポン
プ水車の回転速度19が規定の幅を外れた場合に当該フ
ィードバック制御ループ上の積分値を、目標とするガイ
ドベーン開度にある最適な関数を用いてフィードフォワ
ード制御にて追従させるものであり、このため、調速制
御装置に複雑な水車またはポンプ水車のS字型完全特性
を記憶させる必要がなく、調速制御方式が簡素化できる
メリットがある。本実施の形態は、補正項の動作条件が
他の実施の形態2および実施の形態5と異なるが、補正
項の効果そのものは実施の形態2と同様である。
【0043】図11は本実施の形態6に係る装置を示す
構成図である。図中、27は当該フィードバック制御ル
ープ上の積分値を、目標とするガイドベーン開度にあ
る、最適な関数を用いてフィードフォワード制御にて追
従させるトラッキング制御ブロックであり、28は水車
またはポンプ水車の回転速度19が規定の幅を外れたこ
とを検出する範囲設定ブロックである。そして、上記の
ある幅をもった範囲と最適関数を、水車の発電方向およ
び揚水方向別々に、および各運転方向においてガイドベ
ーン開方向/閉方向独立に、設定可能とすることによ
り、指令または外乱への制御応答性と最終安定性を改善
する。
構成図である。図中、27は当該フィードバック制御ル
ープ上の積分値を、目標とするガイドベーン開度にあ
る、最適な関数を用いてフィードフォワード制御にて追
従させるトラッキング制御ブロックであり、28は水車
またはポンプ水車の回転速度19が規定の幅を外れたこ
とを検出する範囲設定ブロックである。そして、上記の
ある幅をもった範囲と最適関数を、水車の発電方向およ
び揚水方向別々に、および各運転方向においてガイドベ
ーン開方向/閉方向独立に、設定可能とすることによ
り、指令または外乱への制御応答性と最終安定性を改善
する。
【0044】本実施の形態の効果を図12に示す。な
お、図12において、実線は従来装置の特性、一点鎖線
は本実施の形態の特性を示している。図において、I
(積分)演算要素6の値は、回転速度19(n)の上昇
によりトラッキングされ、ステップ上に変化する。
お、図12において、実線は従来装置の特性、一点鎖線
は本実施の形態の特性を示している。図において、I
(積分)演算要素6の値は、回転速度19(n)の上昇
によりトラッキングされ、ステップ上に変化する。
【0045】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、水車
またはポンプ水車の制御装置である調速に関して、PI
Dフィードバック制御ループ上の積分値とガイドベーン
開度の間に偏差が生じた際、または偏差が発生するよう
な制御モードに陥る可能性のある場合、その偏差を打ち
消すような補正項を追加したので、水車またはポンプ水
車のいかなる運転時においても、ガイドベーンが本来制
御されるべき方向と反対方向に制御されるという不適合
を改善することが可能となった。
またはポンプ水車の制御装置である調速に関して、PI
Dフィードバック制御ループ上の積分値とガイドベーン
開度の間に偏差が生じた際、または偏差が発生するよう
な制御モードに陥る可能性のある場合、その偏差を打ち
消すような補正項を追加したので、水車またはポンプ水
車のいかなる運転時においても、ガイドベーンが本来制
御されるべき方向と反対方向に制御されるという不適合
を改善することが可能となった。
【図1】 この発明の実施の形態1に係る水車またはポ
ンプ水車用調速制御装置を示すブロック図である。
ンプ水車用調速制御装置を示すブロック図である。
【図2】 実施の形態1の効果を従来装置と比較して説
明する示す図である。
明する示す図である。
【図3】 この発明の実施の形態2に係る水車またはポ
ンプ水車用調速制御装置を示すブロック図である。
ンプ水車用調速制御装置を示すブロック図である。
【図4】 実施の形態2の効果を従来装置と比較して説
明する示す図である。
明する示す図である。
【図5】 この発明の実施の形態3に係る水車またはポ
ンプ水車用調速制御装置を示すブロック図である。
ンプ水車用調速制御装置を示すブロック図である。
【図6】 実施の形態3の効果を従来装置と比較して説
明する示す図である。
明する示す図である。
【図7】 この発明の実施の形態4に係る水車またはポ
ンプ水車用調速制御装置を示すブロック図である。
ンプ水車用調速制御装置を示すブロック図である。
【図8】 実施の形態4の効果を従来装置と比較して説
明する示す図である。
明する示す図である。
【図9】 この発明の実施の形態5に係る水車またはポ
ンプ水車用調速制御装置を示すブロック図である。
ンプ水車用調速制御装置を示すブロック図である。
【図10】 実施の形態5の効果を従来装置と比較して
説明する示す図である。
説明する示す図である。
【図11】 この発明の実施の形態6に係る水車または
ポンプ水車用調速制御装置を示すブロック図である。
ポンプ水車用調速制御装置を示すブロック図である。
【図12】 実施の形態6の効果を従来装置と比較して
説明する示す図である。
説明する示す図である。
【図13】 従来の調速制御装置を示すブロック図であ
る。
る。
【図14】 一般的な水力発電所を示す概念図である。
1 出力増減指令、 2 調速制御装
置、3 制御入力偏差、 4 PIDコ
ントローラ、5 P(比例)演算要素、 6
I(積分)演算要素、7 D(微分)演算要素、
8 アクチュエータ、9 ガイドベーン(GV)、
10 水車またはポンプ水車、11 流量
(Q)、 12 サージタンク、13
損失水頭、 14 サージタンク水位
(Hs)、15 水車下流側圧力、 16
有効落差(He)、17 水車トルク(TL)、
18 発電機、19 回転速度(n)、
20 発電機の発生電力(W)、21 垂下率ゲインブ
ロック、 22 補正項、23 トラッキング制御
ブロック、 24 変化率計算ブロック、25 開閉速
度リミットブロック、 26 トラッキング制御ブロッ
ク、27 トラッキング制御ブロック、 28 範囲設
定ブロック、29 S字領域。
置、3 制御入力偏差、 4 PIDコ
ントローラ、5 P(比例)演算要素、 6
I(積分)演算要素、7 D(微分)演算要素、
8 アクチュエータ、9 ガイドベーン(GV)、
10 水車またはポンプ水車、11 流量
(Q)、 12 サージタンク、13
損失水頭、 14 サージタンク水位
(Hs)、15 水車下流側圧力、 16
有効落差(He)、17 水車トルク(TL)、
18 発電機、19 回転速度(n)、
20 発電機の発生電力(W)、21 垂下率ゲインブ
ロック、 22 補正項、23 トラッキング制御
ブロック、 24 変化率計算ブロック、25 開閉速
度リミットブロック、 26 トラッキング制御ブロッ
ク、27 トラッキング制御ブロック、 28 範囲設
定ブロック、29 S字領域。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 3H073 AA08 AA12 AA22 BB03 BB23 CC02 CC05 CC12 CD03 CD15 CE09 CE27 FF04 5H004 GA02 GA08 GB04 HA08 HA10 HB08 JA03 KA69 KB02 KB04 KB06 KB32 KB33 KB34 KB38 LB04 LB06
Claims (6)
- 【請求項1】 水車またはポンプ水車の回転速度または
出力の制御を行う調速制御装置において、外部より外乱
または指令量が印加され、当該水車のガイドベーン開度
が、PID制御ループ中のI(積分)演算要素値と、あ
る関数によって定まる偏差を生じた際、I(積分)演算
要素値をガイドベーン開度に上記偏差の関数により追従
させる補正項を付加することにより、指令または外乱へ
の制御応答性と最終安定性を改善するようにしたことを
特徴とする水車またはポンプ水車用調速制御装置。 - 【請求項2】 水車またはポンプ水車の回転速度または
出力の制御を行う調速制御装置において、安定時は、通
常のPIDフィードバック制御ループにより制御を行い
つつ、負荷遮断、出力変化等、到達目標に対する制御を
実施する際に、一定値以上の外乱または指令量が与えら
れた場合には、当該フィードバック制御ループ上のI
(積分)演算要素値を目標とするガイドベーン開度に、
ある最適な関数を用いてフィードフォワード制御にて追
従させ、最終安定時に再びフィードバック制御による積
分演算を実施することにより、指令または外乱への制御
応答性と最終安定性を改善するようにしたことを特徴と
する水車またはポンプ水車用調速制御装置。 - 【請求項3】 補正項の関数または常数を、ガイドベー
ン開度の実際の時々刻々の変化速度により任意に変化さ
せることにより、指令または外乱への制御応答性と最終
安定性を改善するようにしたことを特徴とする請求項1
記載の水車またはポンプ水車用調速制御装置。 - 【請求項4】 補正項の関数または常数を、ガイドベー
ンの各開度における増加/閉鎖速度(最大速度リミット
値)のパターンにより変化させることにより、指令また
は外乱への制御応答性と最終安定性を改善するようにし
たことを特徴とする請求項1記載の水車またはポンプ水
車用調速制御装置。 - 【請求項5】 水車またはポンプ水車の回転速度または
出力の制御を行う調速制御装置において、安定時は、通
常のPIDフィードバック制御ループにより制御を行い
つつ、負荷遮断等、到達目標に対する制御を実施する際
に、水車またはポンプ水車の運転点が当該水車またはポ
ンプ水車の完全特性上のS字領域に入った際に、当該フ
ィードバック制御ループ上のI(積分)演算要素値を、
目標とするガイドベーン開度に、ある最適な関数を用い
てフィードフォワード制御にて追従させ、完全特性上の
S字領域から脱出した最終安定時に再びフィードバック
制御による積分演算を実施することにより、指令または
外乱への制御応答性と最終安定性を改善するようにした
ことを特徴とする水車またはポンプ水車用調速制御装
置。 - 【請求項6】 水車またはポンプ水車の回転速度または
出力の制御を行う調速制御装置において、安定時は、通
常のPIDフィードバック制御ループにより制御を行い
つつ、負荷遮断等、到達目標に対する制御を実施する際
に、水車またはポンプ水車の回転速度が当該水車または
ポンプ水車の定格回転速度を中心とするある幅を持った
範囲から逸脱したとき、当該フィードバック制御ループ
上のI(積分)演算要素値を、目標とするガイドベーン
開度に、ある最適な関数を用いてフィードフォワード制
御にて追従させ、回転速度が上記範囲内に復帰した最終
安定時に再びフィードバック制御による積分演算を実施
し、上記のある幅を持った範囲と最適関数とを設定する
ことにより、指令または外乱への制御応答性と最終安定
性を改善するようにしたことを特徴とする水車またはポ
ンプ水車用調速制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10336639A JP2000161194A (ja) | 1998-11-27 | 1998-11-27 | 水車またはポンプ水車用調速制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10336639A JP2000161194A (ja) | 1998-11-27 | 1998-11-27 | 水車またはポンプ水車用調速制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000161194A true JP2000161194A (ja) | 2000-06-13 |
Family
ID=18301255
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10336639A Pending JP2000161194A (ja) | 1998-11-27 | 1998-11-27 | 水車またはポンプ水車用調速制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000161194A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008067581A (ja) * | 2006-09-11 | 2008-03-21 | Kayaba Ind Co Ltd | モータ制御装置 |
JP2010229962A (ja) * | 2009-03-30 | 2010-10-14 | Mitsubishi Electric Corp | 水車またはポンプ水車用調速制御装置 |
CN107168047A (zh) * | 2017-05-26 | 2017-09-15 | 河北汉光重工有限责任公司 | 改进的重复补偿pid控制***和***构建方法 |
CN111005774A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-04-14 | 润电能源科学技术有限公司 | 一种火电机组一次调频的控制方法和装置 |
-
1998
- 1998-11-27 JP JP10336639A patent/JP2000161194A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008067581A (ja) * | 2006-09-11 | 2008-03-21 | Kayaba Ind Co Ltd | モータ制御装置 |
JP2010229962A (ja) * | 2009-03-30 | 2010-10-14 | Mitsubishi Electric Corp | 水車またはポンプ水車用調速制御装置 |
CN107168047A (zh) * | 2017-05-26 | 2017-09-15 | 河北汉光重工有限责任公司 | 改进的重复补偿pid控制***和***构建方法 |
CN111005774A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-04-14 | 润电能源科学技术有限公司 | 一种火电机组一次调频的控制方法和装置 |
CN111005774B (zh) * | 2019-12-26 | 2022-03-01 | 润电能源科学技术有限公司 | 一种火电机组一次调频的控制方法和装置 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050317 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050329 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050719 |