JPH01193082A - 水力機械の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はガイドベーンを有する水車またはポンプ水車等
の水力機械の発電時運転制御方法に関する。

（従来の技術） 水力発電所に設置された水車またはポンプ水車などの水
力機械において、水車運転時の軸出力は落差一定のもと
では、ガイドベーンの開度によって定まるので、水車ま
たはポンプ水車と発電機または発電電動機を備えた水力
発電設備において出力を変化させる場合には、発電機ま
たは発電電動機の出力目標値に応じたガイドベーン開度
となるようにガイドベーンを開閉制御するのが通例であ
る。

また、複数台の水力機械を設置した水力発電所において
は、水路構築費用を低減させるため、上池から各水力機
械の近傍までを１本の共通水圧鉄管で導水し、その下端
から分岐管路を介して各水力機械に導水するよう構成す
ることが多い。

第４図はこのような水力発電所の概略構成を示すもので
、上池１０から、共通の１本の水圧鉄管１１およびその
下端から分岐する複数本の分岐管路１１ａ、ｌｌｂ、ｌ
ｌｃで導かれた水のエネルギーは水車またはポンプ水車
１２ａ、１２ｂ。

１２ｃにより機械エネルギーに変換され、それらに直結
された発電機または発電電動機（図示せず）を駆動し、
発生したエネルギーは電力として電力系統（図示せず）
へ供給される。水車またはポンプ水車１２ａ〜１２ｃに
よりエネルギーを吸収された後の水は、廃棄水として下
池１３へ排水される。

各水車またはポンプ水車にはガイドベーン（図示せず）
が設けられており、その開度を変えることにより、水圧
鉄管１１を経て水車またはポンプ水車１２ａ〜１２ｃに
供給される水の流ｆｆ１Ｑは調節される。

第５図は従来から使用れている水力機械の出力制御方法
の一例を示すもので、各発電機または発電電動機の発電
機出力ＰＧと出力目標値Ｐ＊との偏差ΔＰは出力制御装
置１５に入力され、ガイドベーン開度目標値ａ＊を出力
する。ガイドベーン制御装置１６はガイドベーン開度目
標値ａ＊に合せてガイドベーン開度ａを設定する。

これによってガイドベーンは開度を制御され、水車また
はポンプ水車１２に流入する流量は調節され、従って、
軸出力ｐｔも調節され、発電機または発電電動機１４の
出力ＰＣを変化させる。

このようにして複数台の水車またはポンプ水車１２を発
電運転し、出力を変化させた場合の制御例を第６図に示
す。この図は、横軸に時間Ｔをとり、縦軸に発電機出力
ＰＧ、ガイドベーン開度ａ１水車流ｆｆｉ　Ｑ　ｓ水車
の有効落差Ｈｅの変化の様子を示したものであり、発電
機出力ＰＧの図における実線は実際の発電機出力ＰＧを
示し、破線は出力目標値Ｐ本を示している。

第６図からも分るように、発電機出力が変化し始めた点
Ａの直後で、実際の出力ＰＧは出力目標値Ｐ＊から大き
く離れ、しかも出力を下げるのが目標であるにも拘わら
ず、−旦上昇してから下降する現象が見られる。この現
象は水車またはポンプ水車に接続されている水圧鉄管１
１内の水撃が原因で発生するものである。

次に、その理由を説明する。

前述した構成の水力発電設備において、ガイドベーンの
開度を変えることによって、水の流量を変化させた場合
には、水圧鉄管１１の水撃作用により、その末端部に、
分岐管路１１　ａ　＊　　１　ｌ　ｂ　＋１１ｃを介し
て設置された水車またはポンプ水車１２ａ、１２ｂ、１
２ｃの入口部の水圧が変動する。この時の各水車または
ポンプ水車１２ａ〜１２ｃの入口圧をＨとすると、この
入口圧Ｈは水撃の基本式から次のように表すことができ
る。

Ｈ−ＣａｄＱ／ｄｔ＋Ｈｏ　　　・旧−（１）ここで、
Ｑは水圧鉄管１１を流れる水の流量、Ｈｏは流ｆｆ１Ｑ
が変化する前の水車またはポンプ水車１２ａ〜１２ｃの
入口水圧を示し、Ｃは水圧鉄管１１の長さ、断面積、水
の密度などで決まる負の定数である。

それ故、水の流量Ｑの変化率ｄＱ／ｄｔに応じて水圧Ｈ
が定まり、流ｊｌＱが減少する場合には水圧Ｈは変化前
の水圧Ｈｏより高くなる。

従って、発電運転中に１台の水車またはポンプ水車１２
が発電機または発電電動機１４の発電機出力ＰＧを減少
させようとしてガイドベーン開度ａを閉じはじめると、
流量Ｑが減少し、その結果、前述の水圧鉄管内に水撃現
象が発生して水車の入口圧が上昇するため、水車の有効
落差Ｈｅも上昇することになる。

水車の軸出力ｐｔは水の流量Ｑと水車の有効落差Ｈｅの
積にほぼ比例するため、上記の水撃作用による水車有効
落差Ｈｅの上昇分が大きい場合には、水車の軸出力が一
旦上昇し、発電機出力ｐｔも上昇する。すなわち、水の
流ｊｌＱの時間変化率の絶対値１ｄＱ／ｄｔｌが大きい
と、前記の不具合が生ずることになる訳である。

（発明が解決しようとする課題） このように従来の出力制御方法では、電力系統からの要
求に対し、発電機または発電電動機の出力が一旦逆の応
答をすることになるため、系統電力の運用上、問題とな
っていた。

そこで、本発明は系統からの出力要求に対して出力制御
する水力機械の台数の多少に拘らず、追従性が良く、安
定して出力を制御できる水力機械の運転方法を提供する
ことを目的とするものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明の水力機械の発電運転方法は、水量を調節するガ
イドベーンを有する水車またはポンプ水車等の水力機械
の複数台をそれぞれ分岐管路を介して共通の水圧鉄管に
接続し、これらの水力機械に発電機または発電電動機を
直結した水力発電設備において、前記ガイドベーンの動
作速度上限値を、出力調整される前記水力機械の発電運
転台数の関数として予めガイドベーン動作速度制限装置
に与えておき、出力制御される水力機械の台数が多く、
流量変化が大きい場合にはガイドベーンの動作速度を小
さく抑制し、その反対に出力制御される水力機械の台数
が少なく、流量変化が小さい場合にはガイドベーンの動
作速度を相対的に大きい値まで許容し、かつ前記ガイド
ベーン動作速度上限値を越えないように前記ガイドベー
ンの開度を制御することを特徴とするものである。

（作　用） 上述のように構成した本発明の方法によれば、出力制御
される水力機械の台数が多く、流量変化が大きい場合に
はガイドベーンの動作速度を小さく抑制し、その反対に
出力制御される水力機械の台数が少なく、流量変化が小
さい場合にはガイドベーンの動作速度を相対的に大きい
値まで許容することにより、水圧鉄管内の水撃作用の誘
発は抑圧される。従って、出力が出力目標と逆方向へ一
旦振れる等の過渡現象を抑制でき、出力の目標値への追
従性を改善できる。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明による制御方法を適用した出力制御シス
テムの構成例を示すもので、第５図におけると同一部分
には同一の記号を付しである。

第１図と第５図とを対比すれば明らかなように本発明に
おいて使用される制御システムは、出力制御装置１５と
ガイドベーン制御装置１６の間にガイドベーン動作速度
制限装置２０を介挿したものである。このガイドベーン
動作速度制限装置２０はガイドベーン動作速度上限値設
定器２１と、ガイドベーン動作速度低値優先回路２２と
からなる。

第１図において、系統からの要求である出力目標値Ｐ＊
が与えられると、実際の発電機出力ＰＣとの偏差ΔＰが
出力制御装置１５に入力され、ガイドベーンの開度目標
値ａ＊がガイドベーン動作速度低値優先回路２２に向け
て出力される。

一方、ガイドベーン動作速度制限装置２０のガイドベー
ン動作速度上限値設定器２１には、１本の水圧鉄管を共
有している水車またはポンプ水車１２ａ〜１２ｃに連結
されている発電機または発電電動機の発電運転台数Ｍが
入力されている。

このガイドベーン動作速度上限値設定器２１は入力され
た発電機台数Ｍに対応して、ガイドベーン動作速度（単
位時間当りのガイドベーン変化幅をいう）の上限値Δａ
　　ｌｉｌを出力する。

このガイドベーン動作速度上限値Δａ　　ＩＩｍは、ガ
イドベーン動作速度低値優先回路２２において出力制御
装置１５からのガイドベーン目標動作速度信号ａ＊と比
較され、いずれか低い方の値が目標動作速度信号ａ＊＊
とじて導出される。このａＨはガイドベーン制御装置１
６に入力されてガイドベーン開度ａを出力する。その結
果、水車またはポンプ水車１２のガイドベーンの開度が
、予め設定された制限速度以下の速度で開閉し、水車ま
たはポンプ水車１２の軸出力Ｐｔひいては発電機出力Ｐ
Ｃを変化させる。

上記において、ガイドベーン動作速度上限値段定器２１
には、ガイドベーン動作速度上限値ΔａＩＩｓが出力制
御されている水車またはポンプ水車１２の発電運転台数
Ｍの関数として予め設定されている。第２図はその特性
例を示すもので、横軸は出力制御される水車またはポン
プ水車１２の発電運転台数Ｍを示し、縦軸はガイドベー
ン動作速度上限値の絶対値１Δａｌｉｍｌを示す。

この図から明らかなように、出力制御する水車またはポ
ンプ水車１２の発電運転台数Ｍが多い場合には１Δａ　
！１１は小さく、反対に、発電運転台数Ｍが少ない場合
には１Δａ１１ｍｌは大きな値をとる。

次に、第１図と第３図を参照して前述した本発明の実施
例の作用を説明する。なお、第３図における線および記
号の定義は前述した図におけると同一である。

発電機出力ＰＣが設定値ＰＡより大きい範囲では、ガイ
ドベーン動作速度上限値Δａ　　ＩＩｓが選択され、ガ
イドベーンの動作速度は小さく抑制されるため、流ｊｌ
Ｑが急減しなくなり、水撃現象が抑制される。これによ
り、発電機出力ＰＣが一旦上昇することもなく、出力目
標値Ｐ＊に良く追従するようになる。

また、出力制御する水車またはポンプ水車の発電運転台
数Ｍが少ない場合には、ガイドベーンの動作速度を速く
しても、それによる流量変化が少ないため、水撃作用も
小さく、発電機出力が逆方向に振れる現象も発生しない
。従って、ガイドベーン動作速度上限値を大きく設定で
き、出力要求に対して追従性を低下させることなく、短
時間に制御することができる。ちなみに、運転台数が少
ない時にも、運転台数が多い時と同一のガイドベーン動
作速度上限値を用いると、出力要求Ｐ＊に対する実際の
出力ＰＧの追従性が悪くなる。

このように本発明の実施例では、従来の出力制御装置に
、あらたにガイドベーン動作速度上限値設定器２１とガ
イドベーン動作速度低値優先回路２２を付加するだけな
ので、従来の出力制御装置を有する水力発電設備の改造
にも容易に適用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば発電運転時の出力
制御が極めて安定し、水力発電設備を追従性良く制御で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の水力機械の発電運転方法を実現するた
めの制御システムのブロック図、第２図は第１図のガイ
ドベーン動作速度上限値設定器に記憶された発電機運転
台数Ｍとガイドベーン動作速度上限値の絶対値１Δａｌ
ｉｍｌの関係を示すグラフ、第３図は第１図の実施例の
作動を示すグラフ、第４図は本発明が適用される水力発
電所の概略図、第５図は従来の水力発電所の制御ブロッ
ク図、第６図はその作動を示すグラフである。 １０・・・上池、１１・・・水圧鉄管、ｌｌａ〜１１Ｃ
・・・分岐管路、１２ａ〜１２ｃ・・・水車またはポン
プ水車、１３・・・下池、１４・・・発電機または発電
電動機、１５・・・出力制御装置、１６・・・ガイドベ
ーン制御装置、２０・・・ガイドベーン動作速度制限装
置、２１・・・ガイドベーン動作速度上限値設定器、２
２・・・ガイドベーン動作速度低値優先回路。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 ！ｅ７１　図 第　５　図 Φ ｌ　　　　ｏ　　　　ａ　　　　工

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水量を調節するガイドベーンを有する水車またはポンプ
   水車等の水力機械の複数台をそれぞれ分岐管路を介して
   共通の水圧鉄管に接続し、これらの水力機械に発電機ま
   たは発電電動機を直結した水力発電設備において、前記
   ガイドベーンの動作速度上限値を、出力調整される前記
   水力機械の発電運転台数の関数として予めガイドベーン
   動作速度制限装置に与えておき、出力制御される水力機
   械の台数が多く、流量変化が大きい場合にはガイドベー
   ンの動作速度を小さく抑制し、その反対に出力制御され
   る水力機械の台数が少なく、流量変化が小さい場合には
   ガイドベーンの動作速度を相対的に大きい値まで許容し
   、かつ前記ガイドベーン動作速度上限値を越えないよう
   に前記ガイドベーンの開度を制御することを特徴とする
   水力機械の発電運転方法。