JPH02159607A - 水車発電機用電気調速装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、水力発電設備における水車発電機の速度お
よび出力を調整する水車発電機用電気調速装置に関する
。

〔従来の技術〕

従来、この種の水車発電機用電気調速装置として５第３
図に示す構成からなるものが知られている。第３図にお
いて、参照符号１０は速度設定器、１２は速度検出器、
１４はＰＩＤ演算器（比例・積分・微分演算器）をそれ
ぞれ示す、速度検出器１２は、水車発電機１６の回転数
を電気信号に変換して検出するものであり、前記速度設
定器１０の出力信号と速度検出器１２の検出信号との減
算を行って、速度偏差信号Δｆを得る。このようにして
得られた速度偏差信号Δｆは、速度垂下率演算器１８の
出力信号Δｐとの面差信号をＰＩＤ演算器１４に入力し
、このＰＩＤ演算器１４においてＰＩＤ演算を行い、適
正なサーボモータ開度指令値を出力する。なお、このＰ
ＩＤ演算器１４の出力信号は、開度調節器２０、アクチ
ュエータ２２およびサーボモータ２４を介して水理系２
６を制御し、水車発電ａ１６の出力を適正に制御する。

この場合、サーボモータ２４により水理系の開閉調整を
行う際のサーボモータ開度は、開度検出器２８で検出し
、この開度検出器２８で得ら−れたサーボモータ開度実
際値と前記ＰＩＤ演・算器１４で得られるサーボモータ
開度指令値との面差信号ΔＳを開度調節器２０に入力す
る。従って、開度調節器２０では、前記偏差信号ΔＳに
比例した開度調節信号ΔＳ°を出力して、アクチュエー
タ２２を制御する。アクチュエータ２２は、前記開度調
節信号ΔＳを機械的偏位に変換してサーボモータ２４の
開閉操作を行う２．そして、このサーボモータ２４の開
閉動作により、水理系２６および水車発電機１６を介し
てその出力実周波数が上昇または下降する。また、前記
開度検出器２８で得られるサーボモータ開度実際値は、
負荷設定器３０の設定信号との偏差信号を速度垂下率演
算器１８に入力し、この速度垂下率演算器１８で速度垂
下率信号Δｐを演算により求める。

しかるに、前記速度偏差信号Δｆおよび速度垂下率信号
ΔＰは、サーボモータ２４の開閉操作により水理系２６
および水車発電機１６を介してその出力実周波数が上昇
または下降することによって、次第に減少するよう調整
される。従って、このように構成された水車発電機用電
気調速装置は、前記信号Δｆ。

ΔＰが所定値以内となるまで制御動作を行う。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前述した水車発電機用電気調速装置によ
れば、従来の装置は速度設定器の出力信号と速度検出器
の検出信号とから速度偏差信号Δｆを検出した後に、Ｐ
ＩＤ要素などにより演算して制御を行っている。すなわ
ち、制御対象の速度変化が現れてからの制御となってい
る。速度変化を検出してから制御対象を制御し、その制
御結果による変化を再び検出してから設定値内に収まる
よう制御するという繰返しであるため、変化を検出して
から制御するまでの間の遅れ要因を含んでおり、速度変
動が大きくなる問題点がある。

そこで、本発明の目的は、ＰＩＤ演算器の演算結果にサ
ーボモータを追従させた開閉操作により水理系を制御し
て水車発電機の速度および出力を適正に制御するよう構
成した開度関節ループにおいて、予め予想される速度変
化の補正信号を与える補正ループを付加することにより
、問題となる遅れ要因を含まず速度変化の小さい、より
安定した制御を行うことができる水車発′ｇｊｈ機用電
気調速装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る水車発電機用電気調速装置は、速度設定器
の出力と水車発電機の検出出力との偏差信号を入力して
ＰＩＤ演算を行い、得られた演算出力に基づいて開度調
節器およびアクチュエータを介して水理系の開閉操作を
行うサーボモータを追従制御する開度関節ルーズにおい
て、 水理系の総落差およびガイドベーン開度から得られる推
定出力と、実出力との差から予想される速度変化を演算
して前記ＰＩＤ演算結果を補正するための補正信号を出
力する補正信号演算部を設けたことを特徴とする。

〔作　用〕

補正信号演算部は、上流側水位と下流側水位の差である
総落差とガイドベーン開度とから水車入力に応じた推定
出力を求めた後、この推定出力と、電力変換器から得ら
れる発電機の実出力とを用いて、推定出力が実出力より
も大きい場合には、速度の上昇が予測されるため、ガイ
ドベーン（又は、ニードル）に対し開度を絞り込むよう
に推定出力と実出力との差に見合った補正信号を出力す
る。逆にこ推定出力が実出力よりも小さい場合には、速
度の下降が予測されるため、補正信号演算部は、ガイド
ベーンに対し開度を大きくするように推定出力と実出力
との差に見合った補正信号を出力するよう動作する。こ
れにより、大きな外乱が生じた場合でも検出遅れなく補
正信号を得られるため、過大な速度変動を抑制でき、水
車発電機をより安定に運転することができる。

′〔実施例〕 次に、本発明に係る水車発電機用電気調速装置の実施例
につき、添付図面を参照しながら以下詳細に説明する。

第１図は本発明に係る水車発電機用電気調速装置の一実
施例を示すブロック回路図である。なお、説明の便宜上
、第３図に示す従来の水車発電機用電気調速装置と同一
の構成部分については、同一の参照符号を付して詳細な
説明は省略する。

すなわち、本実施例回路においては、従来の水車発電機
用電気調速装置の開度検出器２８で得られたサーボモー
タ開度実際値とＰＩＤ演算器１４で得られるサーボモー
タ開度指令値との偏差信号ΔＳに対し、予め予想される
速度変化に見合った補正を行うよう補正信号を出力する
ための補正信号演算部３２を付加したことを特徴とする
ものである。その他の構成は、第３図に示すブロック回
路と同一である。

ここで、水車発電機の速度変化が予め予想されることを
示し、次に、付加した補正信号演算部３２の構成を第２
図に示すと共にその動作につき説明する。

水車発電機の速度（周波数）は、原理的には水車入力で
ある水の持つ水車駆動力と、水車出力である水車の機械
的出力との差から、摩擦や風損などの損失を差し引いた
ものを積分することにより与えられる。従って、速度の
変化量は、この水車駆動力と水車の機械的出力の差から
予め把握できるので、この差を演算して水車発電機用電
気調速器の通常の制御ループに対し、予想される速度変
化を抑制するよう補正すれば良い、しかしながら、水車
入力および水車出力は容易には検出できないため、実際
的には水車入力として、上流側水位と下流側水位との差
である総画差と、ガイドベーン開度とから得られる推定
出力（設計出力）を用い、水車出力としては電力変換器
から得られる発電機の実出力を用いることができる。す
なわち、上記の水車入力と推定出力および水車出力と発
電機の実出力との間には、 推定出力＝水車入力Ｘ水軍効率Ｘ発電機効率発電機の実
出力＝水車出力×発電機効率という関係が原理的にある
。

従って、発電機効率と水車効率とが判れば、推定出力お
よび発電機出力とは、水車入力および水車出力と同等に
扱うことができる。

第２図は、第１図の実施例回路における補正信号演算部
３２の構成を示すブロック回路図である。第２図におい
て、上池（上流側）水位検出器３４から得られる水位信
号と下池（下流側）水位検出器３６から得られる水位信
号との減算を行って、総画差Ｈ６を得る。

この総画差Ｈ６は、水車出力がガイドベーン開度だけで
なく落差にも強く依存するため、推定出力ＰｇＸを演算
するのに必要なものである。開度−出力演算器４０は、
この総画差Ｈ０をパラメータとしてサーボモータ開度検
出器２８により得られたガイドベーン開度信号から、推
定出力ＰＥＸを演算する。そして、発電機出力検出器３
８により得られた実出力ＰＡから推定出力ＰＫＸを減算
して、この減算結果が不感帯付ゲイン調整器４２を通し
て最適な補正信号として第１図に示したように主制御ル
ープに与えられる。これにより、予想される速度変化を
抑制するよう補正することができる。

ここで、不感帯付ゲイン調整器４２は、設計誤差や検出
誤差などによる不要な補正動作をなくすと共に実際の水
理系や系統に最適な補正係数を得る働きをしている。ま
た、インターロック信号４４は、発電機母線の短絡事故
などにより、発電機出力が確実に得られなかった場合に
、本補正演算部３２を主制御ル−プより切離し誤動作を
防止するためのものである。

〔発明の効果〕

前述した実施例から明らかなように、本発明によれば、
総落差とガイドベーン開度から得られる推定出力と、電
力変換器から得られる発電機の実出力との差信号で予想
される速度変化に基づいて、予め速度変化を抑制するよ
う制御するため、従来の水車発電機用電気調速装置で問
題となる遅れ要因を解消できる。

従って、速度変動の抑制効果が大きく、より安定に水車
発電機を運転することができるという効果が得２られる
。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発
明の精神を逸脱しない範囲内において、種々の設計変更
をなし得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る水車発電機用電気調速装置の構成
の一実施例を示すブロック回路図、第２図は第１図に示
す補正信号演算部のブロック回路図、第３図は従来の水
車発電機用電気調速装置のブロック回路図である。 １０・・・速度設定器 １４・・・ＰＩＤ演算器 １８・・・速度垂下率演算器 ２０・・・開度調節器 ２４・・・サーボモータ ２８・・・開度検出器 ３２・・・補正信号演算部 ３６・・・下池水位検出器 ４０・・・開度−出力演算器 ４２・・・不感帯付ゲイン調整器 ４４・・・インターロック信号 １２・・・速度検出器 １６・・・水車発電機 ２２・・・アクチュエータ ２６・・・水理系 ３０・・・負荷設定器 ３４・・・上池水位検出器 ３８・・・発電機出力検出器 ＦＩＧ ＦＩＧ、　　３ ＦＩＧ。 ｂ ｂ ４′１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）速度設定器の出力と水車発電機の検出出力との偏
   差信号を入力してＰＩＤ演算を行い、得られた演算出力
   に基づいて開度調節器およびアクチュエータを介して水
   理系の開閉操作を行うサーボモータを追従制御する開度
   調節ループにおいて、 水理系の総落差およびガイドベーン開度か ら得られる推定出力と、実出力との差から予想される速
   度変化を演算して前記ＰＩＤ演算結果を補正するための
   補正信号を出力する補正信号演算部を設けたことを特徴
   とする水車発電機用電気調速装置。