JP2737202B2 - 水車ガイドベーン制御装置 - Google Patents
水車ガイドベーン制御装置Info
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- JP2737202B2 JP2737202B2 JP1021617A JP2161789A JP2737202B2 JP 2737202 B2 JP2737202 B2 JP 2737202B2 JP 1021617 A JP1021617 A JP 1021617A JP 2161789 A JP2161789 A JP 2161789A JP 2737202 B2 JP2737202 B2 JP 2737202B2
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- Y02E10/20—Hydro energy
Landscapes
- Control Of Water Turbines (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、水車ガイドベーンの開度制御によるヘッド
タンク水位自動制御装置の制御性の改善に関する。
タンク水位自動制御装置の制御性の改善に関する。
＜従来の技術＞ 第５図に基づいて従来技術の一例を説明する。１はヘ
ッドタンク、２は水圧管路であり、ヘッドタンクの水を
水車３に導く。水車３の入口にはガイドベーン（図示せ
ず）が有り、この開度の調節で水車に流す流体流量が制
御され、ヘッドタンクの水位が調節される。
ッドタンク、２は水圧管路であり、ヘッドタンクの水を
水車３に導く。水車３の入口にはガイドベーン（図示せ
ず）が有り、この開度の調節で水車に流す流体流量が制
御され、ヘッドタンクの水位が調節される。
４は水車に連結される発電機である。５はガイドベー
ン開度を調節するガバナーであり、原理的には直流電源
Ｅで励振される抵抗R1〜R4のブリッジと不平衡電圧を増
幅してガイドベーン操作信号Ｇを発信する増幅器Ａで構
成される。
ン開度を調節するガバナーであり、原理的には直流電源
Ｅで励振される抵抗R1〜R4のブリッジと不平衡電圧を増
幅してガイドベーン操作信号Ｇを発信する増幅器Ａで構
成される。
対向するブリッジの辺抵抗R1とR3は可変抵抗とされ、
可変抵抗R1は水位センサー６の測定値Ｈに連動して変化
し、可変抵抗R3はガイドベーン開度センサー７の測定値
Ｇに連動して変化する。
可変抵抗R1は水位センサー６の測定値Ｈに連動して変化
し、可変抵抗R3はガイドベーン開度センサー７の測定値
Ｇに連動して変化する。
この結果、水位の変動に応じてガイドベーンの開度が
調節される。この調節は垂下率調節と呼ばれ、第６図に
示す特性を有している。
調節される。この調節は垂下率調節と呼ばれ、第６図に
示す特性を有している。
即ち、任意のヘッドタンク流入量により現れる水位に
応じてこの特性線上のガイドベーン開度とすることによ
り流入量に応じた水車の運転を実行する。
応じてこの特性線上のガイドベーン開度とすることによ
り流入量に応じた水車の運転を実行する。
またこの特性におけるΔＨは垂下幅と呼ばれ、30cm程
度である。
度である。
＜発明が解決しようとする課題＞ このような垂下率調節では、次のような問題点があ
る。
る。
（１）最大出力運転（ガイドベーン開度最大）では最高
水位で運転できるが、流入量の減少と共に出力が低下し
た場合はこれに応じてヘッドタンク水位も低下する。水
力発電における出力Ｐは、 Ｐ＝9.8・Ｑ・He・η で表される。ここで、 Q:使用水量 He:有効落差 η：水車発電機効率 であり、ヘッドタンク水位低下により出力Ｐも低下し損
失となっていた。
水位で運転できるが、流入量の減少と共に出力が低下し
た場合はこれに応じてヘッドタンク水位も低下する。水
力発電における出力Ｐは、 Ｐ＝9.8・Ｑ・He・η で表される。ここで、 Q:使用水量 He:有効落差 η：水車発電機効率 であり、ヘッドタンク水位低下により出力Ｐも低下し損
失となっていた。
（２）一方、垂下率調整の初期チューニングにおける最
適な制御定数の決定には、オペレータの経験と自動制御
理論によっているが、多大の時間を要し、かつある程度
の制御性で妥協せざるをえない。
適な制御定数の決定には、オペレータの経験と自動制御
理論によっているが、多大の時間を要し、かつある程度
の制御性で妥協せざるをえない。
（３）また、制御対象（水車，土木設備）の経年変化に
より制御定数も変更する必要があるが十分な追従が不可
能であった。
より制御定数も変更する必要があるが十分な追従が不可
能であった。
（４）更に、従来の垂下率調節では、ヘッドタンク流入
量に応じた運転を実行するため、ガイドベーン開度が効
率の良い開度を常に保持できず、特にフランシス水車の
場合顕著であるが、部分負荷で低効率領域での運転をせ
ざるをえない状況であった。
量に応じた運転を実行するため、ガイドベーン開度が効
率の良い開度を常に保持できず、特にフランシス水車の
場合顕著であるが、部分負荷で低効率領域での運転をせ
ざるをえない状況であった。
本発明はこれらの問題点を解消できるガイドベーン制
御装置の提供を目的とする。
御装置の提供を目的とする。
＜課題を解決するための手段＞ 本発明の構成上の特徴の第１は、ヘッドタンク水位測
定値と基準水位設定値の偏差を制御演算するセルフチュ
ーニング機能付きプログラマブル調節計と、この調節計
の操作出力を設定値として水車のガイドベーンの開度を
制御する調節計とからなる自動水位制御ループを具備せ
しめた点にある。
定値と基準水位設定値の偏差を制御演算するセルフチュ
ーニング機能付きプログラマブル調節計と、この調節計
の操作出力を設定値として水車のガイドベーンの開度を
制御する調節計とからなる自動水位制御ループを具備せ
しめた点にある。
更に第２の特徴は、上記自動水位制御ループに加え
て、上記水車ガイドベーンの開度が一定開度まで閉じる
とその値で一定開度運転を実行し、上記ヘッドタンク水
位が停止水位まで低下すると水車ガイドベーンを閉じて
水車の運転を停止せしめ、上記ヘッドタンク水位が上記
基準水位に達した時には上記自動水位制御を実行せしめ
るシーケンス制御手段とを具備せしめた点にある。
て、上記水車ガイドベーンの開度が一定開度まで閉じる
とその値で一定開度運転を実行し、上記ヘッドタンク水
位が停止水位まで低下すると水車ガイドベーンを閉じて
水車の運転を停止せしめ、上記ヘッドタンク水位が上記
基準水位に達した時には上記自動水位制御を実行せしめ
るシーケンス制御手段とを具備せしめた点にある。
＜作用＞ セルフチューニング機能付きのプログラマブル調節計
は、ヘッドタンク水位測定値と基準水位設定値の偏差を
制御演算する。
は、ヘッドタンク水位測定値と基準水位設定値の偏差を
制御演算する。
この調節計の操作出力により水車ガイドベーン手段の
開度が制御され、自動水位制御ループが形成される。
開度が制御され、自動水位制御ループが形成される。
シーケンス制御手段により、上記水車ガイドベーン手
段の開度が一定開度以下のときには上記自動水位制御ル
ープが切り離されて一定開度運転が実行される。
段の開度が一定開度以下のときには上記自動水位制御ル
ープが切り離されて一定開度運転が実行される。
上記ヘッドタンク水位が停止水位に達した時には水車
ガイドベーンが閉止され、水車の運転が停止される。
ガイドベーンが閉止され、水車の運転が停止される。
上記ヘッドタンク水位が上記基準水位に達した時には
上記自動水位制御が実行される。
上記自動水位制御が実行される。
＜実施例＞ 第１図に基づいて本発明の実施例を説明する。第５図
で説明した要素と同一要素には同一符号を付して説明を
省略し、本発明の特徴部についての説明を追加する。
で説明した要素と同一要素には同一符号を付して説明を
省略し、本発明の特徴部についての説明を追加する。
８は自動水位制御ループの制御部であり、801は公知
のセルフチューニング機能付きのプログラマブル調節計
である。この調節計は、水位センサー６の測定値Ｈと基
準水位設定値ＨOの偏差を例えばPID制御演算して、その
操作出力としてガイドベーンの開度設定値ＧOが発信さ
れる。
のセルフチューニング機能付きのプログラマブル調節計
である。この調節計は、水位センサー６の測定値Ｈと基
準水位設定値ＨOの偏差を例えばPID制御演算して、その
操作出力としてガイドベーンの開度設定値ＧOが発信さ
れる。
802はパルス幅出力調節計であり、ガイドベーン開度
センサーの測定値Ｇとガイドベーンの開度設定値ＧOの
偏差を例えばPI演算し、パルス幅信号で与えられる操作
出力PWを水車３のガイドベーン操作機構に供給して開度
を操作する。
センサーの測定値Ｇとガイドベーンの開度設定値ＧOの
偏差を例えばPI演算し、パルス幅信号で与えられる操作
出力PWを水車３のガイドベーン操作機構に供給して開度
を操作する。
第２図はこのように形成される自動水位制御ループの
ループ構成を示すブロックダイヤグラムである。ヘッド
タンク内の一点Ｒを考え、この点への流入量Qinと水圧
管路への流出量Qoutの偏差ΔＱにヘッドタンクの水面積
Ａを乗じた値ΔＨが水位測定値Ｈの変化量である。
ループ構成を示すブロックダイヤグラムである。ヘッド
タンク内の一点Ｒを考え、この点への流入量Qinと水圧
管路への流出量Qoutの偏差ΔＱにヘッドタンクの水面積
Ａを乗じた値ΔＨが水位測定値Ｈの変化量である。
プログラマブル調節計801において、水位測定値Ｈと
基準水位設定値ＨOの偏差εHがPID演算され、操作出力
ＧOが開度設定値として発信される。
基準水位設定値ＨOの偏差εHがPID演算され、操作出力
ＧOが開度設定値として発信される。
パルス幅出力調節計802では、操作出力ＧOとガイドベ
ーン開度測定値Ｇの偏差がPI演算され、パルス幅出力PW
が負荷制限器９を介してガイドベーン開度を制御する調
速機10に出力される。
ーン開度測定値Ｇの偏差がPI演算され、パルス幅出力PW
が負荷制限器９を介してガイドベーン開度を制御する調
速機10に出力される。
この構成では、調速機10は最大出力状態にセットさ
れ、負荷制限器９のリミット値をPWの平均値で制御する
構成となっている。
れ、負荷制限器９のリミット値をPWの平均値で制御する
構成となっている。
調速機によるガイドベーン開度を制御した結果水車の
使用水量が制御され、水圧管流量Qoutが変化して流入量
Qinとバランスしてヘッドタンクの水位が基準水位ＨOに
保持される自動水位制御のループが形成される。
使用水量が制御され、水圧管流量Qoutが変化して流入量
Qinとバランスしてヘッドタンクの水位が基準水位ＨOに
保持される自動水位制御のループが形成される。
この、自動水位制御ループにより、従来問題とされて
いた垂下率調整における落差損失を有効に回避すること
が可能となる。
いた垂下率調整における落差損失を有効に回避すること
が可能となる。
ここで、プログラマブル調節計801は制御定数のセル
チューニング機能を有しており、設定値変更に対する操
作出力の応答、外乱による操作出力の応答等に基づく水
位測定値の変化等を情報として、調節計801の内部で常
に最適なPID演算パラメータが演算され決定される。従
って、従来のガバナーの垂下率調節のようにオペレータ
の経験と勘に基づいて定数を決定して修正を繰り返すよ
うな調整方法は必要としなくなった。そのため、水車発
電機を設置した初期調整期間の短縮及びその後の水車の
特性の経年変化や機械設備、土木設備等の制御対象の経
年変化に対してもPIDパラメータが自動的に設定される
ので最適制御の維持が実現できる。
チューニング機能を有しており、設定値変更に対する操
作出力の応答、外乱による操作出力の応答等に基づく水
位測定値の変化等を情報として、調節計801の内部で常
に最適なPID演算パラメータが演算され決定される。従
って、従来のガバナーの垂下率調節のようにオペレータ
の経験と勘に基づいて定数を決定して修正を繰り返すよ
うな調整方法は必要としなくなった。そのため、水車発
電機を設置した初期調整期間の短縮及びその後の水車の
特性の経年変化や機械設備、土木設備等の制御対象の経
年変化に対してもPIDパラメータが自動的に設定される
ので最適制御の維持が実現できる。
ここで、調節計が自動的にプロセス特性を推定して、
制御特性が最適になるようにPID演算パラメータを自動
的に調整する方式をセルフチューニング機能と呼んでい
る。また、オートチューニングなる用語が同様の意味で
使われている。（デイジタル計装制御システム（計測自
動制御学会 昭和58年刊P143〜144） オートチューニング機能を有する調節計としては特開
昭62−108306、同62−241003〜６が紹介されている。そ
の他の原理によるものでも適宜選択すればよい。
制御特性が最適になるようにPID演算パラメータを自動
的に調整する方式をセルフチューニング機能と呼んでい
る。また、オートチューニングなる用語が同様の意味で
使われている。（デイジタル計装制御システム（計測自
動制御学会 昭和58年刊P143〜144） オートチューニング機能を有する調節計としては特開
昭62−108306、同62−241003〜６が紹介されている。そ
の他の原理によるものでも適宜選択すればよい。
次にヘッドタンクの水位状態に基づくガイドベーン開
度のシーケンス制御機能について説明する。
度のシーケンス制御機能について説明する。
第３図は、ガイドベーン開度と水車発電機効率ηの関
係を示す特性図であり、最も発電効率のよい開度があ
り、この近傍の開度で運転することが望ましい。
係を示す特性図であり、最も発電効率のよい開度があ
り、この近傍の開度で運転することが望ましい。
第４図は自動水位制御運転を含めた高効率運転のため
のシーケンス制御の手順を示すフローチャート図であ
る。
のシーケンス制御の手順を示すフローチャート図であ
る。
ここで、第１図に示すように、ヘッドタンク１の水位
は基準水位ＨOよりも高い起動水位ＨSと、基準水位ＨO
よりも低い停止水位ＨLが予め定められている。
は基準水位ＨOよりも高い起動水位ＨSと、基準水位ＨO
よりも低い停止水位ＨLが予め定められている。
停止中の状態からステップ（１）において、ヘッドタ
ンク水位が起動水位ＨSに達した時にステップ（２）で
起動となり、ステップ（３）で最も効率のよいガイドベ
ーンの一定開度運転となる。
ンク水位が起動水位ＨSに達した時にステップ（２）で
起動となり、ステップ（３）で最も効率のよいガイドベ
ーンの一定開度運転となる。
ステップ（４）でヘッドタンク水位がチェックされ、
一定開度運転の結果、ヘッドタンクの水位が停止水位Ｈ
Lに低下した場合はステップ（５）でガイドベーンを閉
じて水車発電機は停止状態とされる。
一定開度運転の結果、ヘッドタンクの水位が停止水位Ｈ
Lに低下した場合はステップ（５）でガイドベーンを閉
じて水車発電機は停止状態とされる。
ステップ（５）で停止水位でないと判断された場合
は、ステップ（６）に進み水位が上昇しているか否かが
チェックされ、上昇していなければステップ（３）に戻
って一定開度運転が実行される。
は、ステップ（６）に進み水位が上昇しているか否かが
チェックされ、上昇していなければステップ（３）に戻
って一定開度運転が実行される。
このチェックで水位が上昇していると判断された場合
には、ステップ（７）で自動水位制御運転が実行され
る。
には、ステップ（７）で自動水位制御運転が実行され
る。
ステップ（８）では、自動水位制御運転の結果のガイ
ドベーン開度がチェックされ、効率の高い一定開度以上
であればステップ（７）の自動水位制御運転が続行さ
れ、一定開度以下であればステップ（３）に戻り一定開
度の運転を実行する。
ドベーン開度がチェックされ、効率の高い一定開度以上
であればステップ（７）の自動水位制御運転が続行さ
れ、一定開度以下であればステップ（３）に戻り一定開
度の運転を実行する。
このように、本発明におけるシーケンス制御機能は、
ガイドベーン開度を常に効率のよい一定開度以上の状態
で用いることができ、従来の部分負荷での低効率運転を
防止し、常に効率のよい運転状態を保持することが可能
となる。
ガイドベーン開度を常に効率のよい一定開度以上の状態
で用いることができ、従来の部分負荷での低効率運転を
防止し、常に効率のよい運転状態を保持することが可能
となる。
＜発明の効果＞ 以上説明したように、本発明によれば、 （１）従来の垂下率調節機能を備えたガバナーではどう
しても避けることができなかった垂下幅に相当する落差
損失を回避することができる上に、更にヘッドタンク水
位の一定値制御を行うことと、水位が低下すると水車の
運転を中止する間欠運転とを連動させるガイドベーン開
度のシーケンス制御により、発生電力量で約７％程度の
改善ができる格別の効果が得られる。
しても避けることができなかった垂下幅に相当する落差
損失を回避することができる上に、更にヘッドタンク水
位の一定値制御を行うことと、水位が低下すると水車の
運転を中止する間欠運転とを連動させるガイドベーン開
度のシーケンス制御により、発生電力量で約７％程度の
改善ができる格別の効果が得られる。
（２）水車発電機のヘッドタンクの水位制御用として開
発されてきた垂下率調節機能を備えた従来のガバナーに
代えて、プロセス制御の分野で開発されたセルフチュー
ニング機能付きプログラマブル調整計及びパルス幅出力
調節計を組み合わせて自動水位制御ループを構成したこ
とにより、発電設備を設置した初期調整の期間短縮、そ
の作業工数の節約が可能になった。また、機械設備、土
木設備等の制御対象の経年変化に対してもPIDパラメー
タが自動的に設定されるので最適制御を維持することが
容易になった。
発されてきた垂下率調節機能を備えた従来のガバナーに
代えて、プロセス制御の分野で開発されたセルフチュー
ニング機能付きプログラマブル調整計及びパルス幅出力
調節計を組み合わせて自動水位制御ループを構成したこ
とにより、発電設備を設置した初期調整の期間短縮、そ
の作業工数の節約が可能になった。また、機械設備、土
木設備等の制御対象の経年変化に対してもPIDパラメー
タが自動的に設定されるので最適制御を維持することが
容易になった。
第１図は本発明の実施例を示す構成図、第２図は自動水
位制御ループを示すブロック線図、第３は図はガイドベ
ーン開度の発電効率の関係を示す特性図、第４図は本発
明のシーケンス制御手段の処理手順を示すフローチャー
ト図、第５図は従来技術の一例を示す構成図、第６図は
その垂下率調整の特性図である。 １……ヘッドタンク、２……水圧管路、３……水車、４
……発電機、６……水位センサー、７……ガイドベーン
開度センサー、８……制御部、801……セルフチューニ
ング機能付きプログラマブル調節計、802……パルス幅
出力調節計
位制御ループを示すブロック線図、第３は図はガイドベ
ーン開度の発電効率の関係を示す特性図、第４図は本発
明のシーケンス制御手段の処理手順を示すフローチャー
ト図、第５図は従来技術の一例を示す構成図、第６図は
その垂下率調整の特性図である。 １……ヘッドタンク、２……水圧管路、３……水車、４
……発電機、６……水位センサー、７……ガイドベーン
開度センサー、８……制御部、801……セルフチューニ
ング機能付きプログラマブル調節計、802……パルス幅
出力調節計
Claims (2)
- 【請求項１】ヘッドタンク水位測定値と基準水位設定値
の偏差を制御演算するセルフチューニング機能付きプロ
グラマブル調節計と、この調節計の操作出力を設定値と
して水車のガイドベーンの開度を制御する調節計とから
なる自動水位制御ループを有することを特徴とする水車
ガイドベーン制御装置。 - 【請求項２】ヘッドタンク水位測定値と基準水位設定値
の偏差を制御演算するセルフチューニング機能付きプロ
グラマブル調節計と、この調節計の操作出力を設定値と
して水車のガイドベーンの開度を制御する調節計とから
なる自動水位制御ループと、 上記水車ガイドベーンの開度が一定開度まで閉じるとそ
の値で一定開度運転を実行し、上記ヘッドタンク水位が
停止水位まで低下すると水車ガイドベーンを閉じて水車
の運転を停止せしめ、上記ヘッドタンク水位が上記基準
水位に達した時には上記自動水位制御を実行せしめるシ
ーケンス制御手段とを有することを特徴とする水車ガイ
ドベーン制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1021617A JP2737202B2 (ja) | 1989-01-31 | 1989-01-31 | 水車ガイドベーン制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1021617A JP2737202B2 (ja) | 1989-01-31 | 1989-01-31 | 水車ガイドベーン制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02201613A JPH02201613A (ja) | 1990-08-09 |
| JP2737202B2 true JP2737202B2 (ja) | 1998-04-08 |
Family
ID=12060012
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1021617A Expired - Fee Related JP2737202B2 (ja) | 1989-01-31 | 1989-01-31 | 水車ガイドベーン制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2737202B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103676984A (zh) * | 2012-09-25 | 2014-03-26 | 张美沛 | 基于pid的液位控制器 |
| EP3553305A4 (en) | 2017-01-23 | 2020-05-20 | Daikin Industries, Ltd. | HYDROELECTRIC POWER GENERATION SYSTEM |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5219287B2 (ja) * | 1971-10-18 | 1977-05-27 | ||
| DE2165635B2 (de) * | 1971-12-30 | 1975-06-19 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen | Regeleinrichtung zum optimalen Einstellen der Laufschaufeln von Wasserturbinen |
| JPS5696173A (en) * | 1979-12-28 | 1981-08-04 | Toshiba Corp | Pumping-up power station equipment |
| JPS59211110A (ja) * | 1983-05-16 | 1984-11-29 | Fuji Electric Co Ltd | 水力発電所の水位調整装置 |
| JPS6375364A (ja) * | 1986-09-18 | 1988-04-05 | Toshiba Corp | 分岐水路揚水発電所のポンプ定常運転制御方法 |
-
1989
- 1989-01-31 JP JP1021617A patent/JP2737202B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02201613A (ja) | 1990-08-09 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080116 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090116 Year of fee payment: 11 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |