JP2000310177A

JP2000310177A - 発電機用水車の調速機

Info

Publication number: JP2000310177A
Application number: JP11119836A
Authority: JP
Inventors: Takekame Koori; 武亀郡
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-04-27
Filing date: 1999-04-27
Publication date: 2000-11-07

Abstract

(57)【要約】【課題】制御安定性も確保しつつ、負荷変化要求に対
する調速機の追従性を向上させて、ガイドベーン開閉動
作及び水車出力の応答性を改善し、電力系統の供給電力
（周波数）を安定化させること。【解決手段】ＰＩＤ演算部５は、負荷設定器３あるい
は周波数設定器４の設定値に基づいてガイドベーン１の
開度を調整するための信号を生成する。ＤＰＣ指令部２
５からは、電力系統の負荷変化時に発電機の負荷を変更
させるための負荷要求信号が出力される。ＤＰＣ指令部
２５から出力される負荷要求信号は、リミッタ２６及び
積分器２７を介して、切替器７に接続されると共に、Ｐ
ＩＤ演算部５の出力信号が加算入力される結合器１７に
接続され、ＰＩＤ演算部５の出力信号に加算入力され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電機を駆動する
水車の調速制御を行う発電機用水車の調速機に関する。

【０００２】

【従来の技術】発電機を駆動する水車の調速制御は、水
車のガイドベーンの開度を調節することにより水車に流
入する水量を変化させることにより行われている。ガイ
ドベーンの開度は、例えば、特公昭６３−２３７５９号
公報によって開示されているように、設定された回転数
（周波数）あるいは負荷のもとで水車が作動するように
調速機により自動的に制御される。

【０００３】また、電力系統の負荷が変化したとき、発
電機の負荷（出力）を電力系統の負荷変化に対応させる
ために、電力系統の制御部から調速機に対して負荷要求
信号が発せられる。通常、この負荷要求信号は、急激な
負荷変化を系統に与えないようにある定められた負荷変
化率で発電機の有効電力を制御するために、比例
（Ｐ）、積分（Ｉ）、微分（Ｄ）の各要素より構成され
たＰＩＤ演算部に入力される。そして、ガイドベーン開
度は、ＰＩＤ演算部の演算値に応じて調節される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＰＩＤ
演算部においては制御安定性を考慮して制御ゲイン等が
設定されていることから、ＰＩＤ演算部を介して負荷要
求信号が入力されたのでは、ガイドベーン開度、即ち発
電機の負荷は、徐々にしか変化しない。従って、調速機
を要求される負荷変化に速やかに対応させることが不可
能であった。この様に、負荷変化要求に対する調速機の
追従性を向上させるのには限界があり、電力系統の供給
電力（周波数）を安定化させることが困難であった。

【０００５】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、ＰＩＤ演算部による制御の安定性も確保しつつ、負
荷変化要求に対する調速機の追従性を向上させてガイド
ベーン開閉動作及び水車出力の応答性を改善し、電力系
統の供給電力（周波数）を安定化させることが可能な発
電機用水車の調速機を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、電力系統の負荷変化時に発電機の負荷を変更させる
ための負荷要求信号が入力され、比例、微分及び積分動
作を行う演算部を備え、演算部による演算結果に応じて
水車のガイドベーン開度を制御する発電機用水車の調速
機であって、負荷要求信号が、演算部からの出力信号に
加算入力されるように構成されていることを特徴として
いる。

【０００７】請求項１に記載の発電機用水車の調速機に
よれば、負荷要求信号が演算部に入力されると共に、演
算部からの出力信号に対して直接加算入力される。従っ
て、演算部によるガイドベーン開度制御の安定性等を従
前と同様に確保した上で、負荷変化要求に対するガイド
ベーン開度制御の追従性を向上させることができる。ま
た、負荷要求信号を、演算部への入力と並行して演算部
の出力信号に直接入力することにより追従性を向上させ
ているので、演算部における比例、微分及び積分動作を
行うための制御ゲインを、制御安定性を優先した最適値
に設定することも可能となる。

【０００８】請求項２に記載の発明は、電力系統の負荷
変化時に発電機の負荷を変更させるための負荷要求信号
が入力され、比例、微分及び積分動作を行う演算部を備
え、演算部による演算結果に応じて水車のガイドベーン
開度を制御する発電機用水車の調速機であって、演算部
は、積分動作を行う第１積分器と、第１積分器からの出
力信号が入力信号とされて積分動作を行う第２積分器と
を有すると共に、第１積分器の制御ゲインが第２積分器
の制御ゲインより小さく設定されており、負荷要求信号
が、第２積分器への入力信号に加算入力されるように構
成されていることを特徴としている。

【０００９】請求項２に記載の発電機用水車の調速機に
よれば、負荷要求信号が演算部に入力されると共に、制
御ゲインが第２積分器の制御ゲインより小さく設定され
た第１積分器からの出力信号に対して直接加算入力され
る。従って、演算部、特に、第１積分器によるガイドベ
ーン開度制御の安定性等を従前と同様に確保した上で、
負荷変化要求に対するガイドベーン開度制御の追従性を
向上させることができる。また、負荷要求信号を、演算
部への入力と並行して第１積分器の出力信号に直接入力
することにより追従性を向上させているので、演算部に
おける比例、微分及び積分動作を行うための制御ゲイ
ン、特に第１積分器の制御ゲインを、制御安定性を優先
した最適値に設定することも可能となる。

【００１０】請求項３に記載の発明は、電力系統の負荷
変化時に発電機の負荷を変更させるための負荷要求信号
が入力され、比例、微分及び積分動作を行う演算部を備
え、演算部による演算結果に応じて水車のガイドベーン
開度を制御する発電機用水車の調速機であって、演算部
からの出力信号には、ガイドベーン開度を示すガイドベ
ーン位置信号が減算入力され、負荷要求信号が、ガイド
ベーン位置信号に減算入力されるように接続されている
ことを特徴としている。

【００１１】請求項３に記載の発電機用水車の調速機に
よれば、負荷要求信号が演算部に入力されると共に、演
算部からの出力信号に減算入力されるガイドベーン位置
信号に減算入力されるので、演算部によるガイドベーン
開度制御の安定性等を従前と同様に確保した上で、負荷
変化要求に対するガイドベーン開度制御の追従性を向上
させることができる。また、負荷要求信号を、演算部へ
の入力と並行してガイドベーン位置信号に直接入力する
ことにより追従性を向上させているので、演算部におけ
る比例、微分及び積分動作を行うための制御ゲインを、
制御安定性を優先した最適値に設定することも可能とな
る。

【００１２】請求項４に記載の発明は、電力系統の負荷
変化時に発電機の負荷を変更させるための負荷要求信号
が入力され、比例、微分及び積分動作を行う演算部を備
え、演算部による演算結果に応じて水車のガイドベーン
開度を制御する発電機用水車の調速機であって、ガイド
ベーンを開閉させるサーボモータと、演算部による演算
結果に応じて、サーボモータを制御する配圧弁と、負荷
要求信号が入力されると共に、入力された負荷要求信号
に応じて配圧弁を制御する配圧弁制御部とを有すること
を特徴としている。

【００１３】請求項４に記載の発電機用水車の調速機に
よれば、負荷要求信号が演算部に入力されると共に、配
圧弁制御部が入力された負荷要求信号に応じて配圧弁を
制御し、この配圧弁によってサーボモータが制御され
る。従って、演算部によるガイドベーン開度制御の安定
性等を従前と同等に確保した上で、負荷変化要求に対す
るガイドベーン開度制御の追従性を向上させることがで
きる。また、負荷要求信号を、演算部への入力と並行し
て配圧弁制御部に直接入力することにより追従性を向上
させているので、演算部における比例、微分及び積分動
作を行うための制御ゲインを、制御安定性を優先した最
適値に設定することも可能となる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。なお、図面の説明において同一の要素に
は同一の符号を付しており、重複する説明は省略する。

【００１５】（第１実施形態）図１は本発明による発電
機用水車の調速機の第１実施形態を示すブロック図であ
る。発電機Ｇを駆動する水車Ｔにはガイドベーン１が設
けられ、ガイドベーン１の開度を制御することにより水
車Ｔの回転速度（負荷）が調整される。ガイドベーン１
の開度は、調速機２により制御される。調速機２は、主
として負荷設定器（６５Ｐ）３、周波数設定器（６５
Ｆ）４、ＰＩＤ演算部５及びガバナ機械部６により構成
されている。

【００１６】負荷設定器３は、図１に示すように、切替
器７、結合器８、分圧器９及び結合器１０を順に介して
ＰＩＤ演算部５に接続される。周波数設定器４は、結合
器１０を介してＰＩＤ演算部５に接続される。ＰＩＤ演
算部５は、比例動作を行う比例器（Ｐ）１１、微分動作
を行う微分器（Ｄ）１２及び積分動作を行う積分器１３
を有している。積分器１３は、第１積分器（１／Ｉ）１
４と第２積分器（１／Ｓ）１５とを有し、第１積分器１
４の制御（積分）ゲインは第２積分器１５の制御（積
分）ゲインより小さく設定されている。本実施形態にお
いては、第１積分器１４の制御ゲインと第２積分器１５
の制御ゲインとの比は、例えば、０．０５：１に設定さ
れている。比例器１１、微分器１２及び積分器１３（第
２積分器１５）は、結合器１６に接続されている。

【００１７】ＰＩＤ演算部５（結合器１６）は、結合器
１７を介してガバナ機械部６に接続される。ガバナ機械
部６は、水車Ｔのガイドベーン１開度を調整するための
ものであり、信号増幅部１８、油圧制御部１９、パイロ
ットバルブ２０、補助サーボモータ２１、配圧弁２２及
び主サーボモータ２３をする。これらのうちの主サーボ
モータ２３は、ガイドベーン１と機械的に接続される
（図５参照）。また、ガバナ機械部６は、補助サーボモ
ータ２１の作動位置を検出する位置検出器（ＬＶＤＴ）
２４を有しており、位置検出器２４は、補助サーボモー
タ２１の作動位置を検出することで、ガイドベーン１の
開度を間接的に検出している。位置検出器２４の出力端
子は、結合器８及び結合器１７に接続されている。

【００１８】電力系統の負荷が変化した時、発電機Ｇの
負荷（出力）をこの負荷変化に対応させるように、ＤＰ
Ｃ（Demand Power Control）指令部２５から調速機２に
対して負荷要求信号が出力される。すなわち、ＤＰＣ指
令部２５に含まれる負荷要求信号の出力端子は、リミッ
タ２６及び積分器２７を介して、切替器７に接続され
る。また、積分器２７は結合器１７に接続される。ま
た、発電機Ｇには、信号発電機（ＰＭＧ）２８を介して
周波数検出器２９が接続されており、周波数検出器２９
の出力端子は結合器１０に接続されている。この周波数
検出器２９は、水車Ｔの羽根車の回転数（系統の周波
数）を検出するためのものである。

【００１９】上述した構成においては、負荷設定器３か
らの出力信号は、切替器７に入力される。また、ＤＰＣ
指令部２５からの負荷要求信号は、リミッタ２６を介し
て積分器２７に入力され、積分器２７からの出力信号が
切替器７に入力される。切替器７からは、負荷設定器３
からの出力信号又は積分器２７からの出力信号が選択的
に結合器８に出力される。ＤＰＣ指令部２５からの負荷
要求信号は、ガイドベーン１の開作動又は閉作動という
２つの状態を表す周期的なパルス信号とされており、リ
ミッタ２６及び積分器２７は信号調整用のものであっ
て、一定数のパルスが入力された場合に出力がなされる
ように構成されている。

【００２０】切替器７からの出力信号は、結合器８に加
算入力される。結合器８には、位置検出器２４からの出
力信号も減算入力され、負荷設定器３からの出力信号と
位置検出器２４からの出力信号とが結合されて分圧器９
に出力される。分圧器９は、入力信号を所定の比率で低
減して出力している。本実施形態において、分圧器９
は、入力信号の略３％の大きさを有する信号を出力信号
として生成している。分圧器９からの出力信号は、結合
器１０に加算入力される。

【００２１】周波数設定器４からの出力信号は、結合器
１０に加算入力される。結合器１０では、分圧器９から
の出力信号、周波数設定器４からの出力信号及び周波数
検出器２９からの出力信号とが結合されて、ＰＩＤ演算
部５に出力される。結合器１０からの出力信号は、各々
比例器１１、微分器１２及び第１積分器１４に入力され
る。比例器１１、微分器１２及び第２積分器１５からの
出力信号は、結合器１６に加算入力され、結合器１６か
ら結合器１７に出力される。結合器１７には、積分器２
７からの出力信号が加算入力されると共に、位置検出器
２４からの出力信号が減算入力される。結合器１７の出
力信号は、ガバナ機械部６（信号増幅部１８）に入力さ
れる。

【００２２】ここで、結合器１７の出力信号は結合器３
０にも減算入力されている。結合器３０には、第２積分
器１５からの出力信号も加算入力されており、結合器３
０からの出力信号は、不感帯が設定されたフィルタ３１
を介して第１積分器１４と第２積分器１５との間に設け
られた結合器３２に減算入力される。この様に、結合器
１７の出力信号を第２積分器１５からの出力信号と結合
させて、第１積分器１４と第２積分器１５との間に戻す
ことにより、結合器１７の出力信号と第２積分器１５へ
の入力信号の大きさを一致させて、応答遅れを防止して
いる。

【００２３】信号増幅部１８は、結合器１７からの出力
信号を増幅し、油圧制御部１９に信号を出力する。油圧
制御部１９は制御コイル及びバネ等を有しており、入力
された信号を機械的な変位に変換し、この変位をパイロ
ットバルブ２０に伝達する。パイロットバルブ２０は、
圧油装置（図示せず）から送られてくる圧油を調整して
補助サーボモータ２１に供給する。補助サーボモータ２
１は、その変位を直接的に主サーボモータ２３に伝達す
ると共に、配圧弁２２にも伝達している。配圧弁２２
は、圧油装置（図示せず）から送られてくる圧油を調整
して主サーボモータ２３に供給する。主サーボモータ２
３は、配圧弁２２にて調整された圧油及び補助サーボモ
ータ２１から伝達された変位により作動し、ガイドベー
ン１の開度を変更する。

【００２４】次に、調速機２の動作を説明する。水車Ｔ
が起動してから、発電機Ｇが電力系統に並列するまで
は、周波数設定器４で設定された設定値に等しくなるよ
うにＰＩＤ演算部５により水車Ｔが速度制御される。発
電機Ｇが電力系統と並列したときは、水車Ｔは、負荷設
定器３の設定値に等しくなるようにＰＩＤ演算部５によ
り制御される。

【００２５】一方、電力系統の負荷が変化した時には、
発電機Ｇの負荷をこの負荷変化に対応させるために、Ｄ
ＰＣ指令部２５から調速機２に対して負荷要求信号が入
力される。この負荷要求信号での設定値に等しくなるよ
うにＰＩＤ演算部５により水車Ｔが制御される。これに
より、ＰＩＤ演算部５によるガイドベーン１開度制御の
安定性等を、従前と同様に確保することができる。更
に、この負荷要求信号は、リミッタ２６及び積分器２７
を通った後、ＰＩＤ演算部５の後段に位置する結合器１
７に加算入力されて、直接的にガバナ機械部６に入力さ
れる。これにより、負荷要求信号が、速やかに、ガバナ
機械部６によるガイドベーン１の開度調整に反映され、
負荷変化要求に対するガイドベーン１の開度制御の追従
性を向上させることができる。従って、ガイドベーン１
の開閉動作及び水車Ｔの出力の応答性が向上することか
ら、電力系統の供給電力（周波数）を安定化させること
が可能となる。また、負荷要求信号を、ＰＩＤ演算部５
に入力するのと並行してＰＩＤ演算部５の出力信号に直
接入力しているので、ＰＩＤ演算部５における比例、微
分及び積分動作を行うための各制御ゲインを、制御安定
性を優先した最適値に設定することも可能となる。

【００２６】（第２実施形態）図２は本発明による発電
機用水車の調速機の第２実施形態を示すブロック図であ
る。第１実施形態における調速機２と第２実施形態にお
ける調速機１０２とは、ＤＰＣ指令部２５から出力され
た負荷要求信号を入力する位置に関して相違する。

【００２７】調速機１０２においては、ＤＰＣ指令部２
５に含まれる負荷要求信号の出力端子は、リミッタ２６
及び積分器２７を介して、切替器７に接続されると共
に、リミッタ２６を介して第１積分器１４の後段の結合
器３２に接続されている。これにより、ＤＰＣ指令部２
５からの負荷要求信号は、第１実施形態と同様に、リミ
ッタ２６を介して積分器２７に入力され、積分器２７か
らの出力信号として切替器７に入力される。加えて、Ｄ
ＰＣ指令部２５からの負荷要求信号は、リミッタ２６を
介して結合器３２に加算入力される。

【００２８】この調速機１０２では、負荷要求信号は、
積分器２７、分圧器９及び第１積分器１４を通ることな
く、第２積分器１５の前段に加算入力されるので、負荷
変化要求に対するガイドベーン１の開度制御の追従性を
向上させることができる。これにより、ガイドベーン１
の開閉動作及び水車Ｔの出力の応答性が向上することか
ら、電力系統の供給電力（周波数）を安定化させること
が可能となる。本実施形態においては、負荷要求信号は
第２積分器１５を通ることにはなるが、積分器２７を通
らず、また、第２積分器１５の積分ゲインは第１積分器
１４のものより大きいことから、ガイドベーン１の開度
制御の追従性に対して支障となる可能性は極めて少な
い。また、第１実施形態と同様に、水車Ｔが負荷要求信
号での設定値に等しくなるようにＰＩＤ演算部５により
制御されるので、ＰＩＤ演算部５によるガイドベーン１
の開度制御の安定性等を、従前と同様に確保することが
できる。更に、負荷要求信号を、ＰＩＤ演算部５に入力
するのと並行して第１積分器１４の出力信号に直接入力
しているので、比例器１１、微分器１２及び第１積分器
１４における各制御ゲインを、制御安定性を優先した最
適値に設定することも可能となる。

【００２９】（第３実施形態）図３は本発明による発電
機用水車の調速機の第３実施形態を示すブロック図であ
る。第１及び第２実施形態における調速機２，１０２と
第３実施形態における調速機２０２とは、ＤＰＣ指令部
２５から出力された負荷要求信号の入力位置に関して相
違する。

【００３０】調速機２０２においては、ＤＰＣ指令部２
５に含まれる負荷要求信号の出力端子は、リミッタ２６
及び積分器２７を介して切替器７に接続されると共に、
リミッタ２６及び積分器２７を介して結合器３３に接続
されている。結合器３３には、位置検出器２４が接続さ
れている。これにより、ＤＰＣ指令部２５からの負荷要
求信号は、第１及び第２実施形態と同様に、リミッタ２
６を介して積分器２７に入力され、積分器２７からの出
力信号として切替器７に入力されると共に、結合器３３
に減算入力される。結合器３３には、位置検出器２４か
らの出力信号が加算入力されており、積分器２７を通っ
た負荷要求信号と位置検出器２４からの出力信号とが結
合されて、結合器１７に減算入力される。

【００３１】この調速機２０２では、負荷要求信号は、
リミッタ２６、積分器２７及び結合器３３を通った後、
ＰＩＤ演算部５の後段に位置する結合器１７に対して、
結果的に加算入力されることになり、ガバナ機械部６に
対して直接的に入力される。これにより、負荷要求信号
が、速やかに、ガバナ機械部６によるガイドベーン１の
開度調整に反映され、負荷変化要求に対するガイドベー
ン１の開度制御の追従性を向上させることができる。従
って、ガイドベーン１の開閉動作及び水車Ｔの出力の応
答性が向上することから、電力系統の供給電力（周波
数）を安定化させることが可能となる。また、第１及び
第２の実施形態と同様に、水車Ｔが負荷要求信号での設
定値に等しくなるようにＰＩＤ演算部５により制御され
るので、ＰＩＤ演算部５によるガイドベーン１の開度制
御の安定性等を従前と同様に確保することができる。更
に、負荷要求信号を、ＰＩＤ演算部５に入力するのと並
行してＰＩＤ演算部５の出力信号に直接入力しているの
で、ＰＩＤ演算部５における比例、微分及び積分動作を
行うための各制御ゲインを、制御安定性を優先した最適
値に設定することも可能となる。

【００３２】（第４実施形態）図４は本発明による発電
機用水車の調速機の第４実施形態を示すブロック図であ
り、図５は同じく第４実施形態に含まれるガバナ機械部
を示す概略構成図である。上述した第１〜第３実施形態
における調速機２、１０２、２０２と第４実施形態にお
ける調速機３０２とは、主として、配圧弁を制御する配
圧弁制御部が設けられている点に関して相違する。

【００３３】調速機３０２においては、ＤＰＣ指令部２
５に含まれる負荷要求信号の出力端子は、リミッタ２６
及び積分器２７を介して切替器７に接続されると共に、
リミッタ２６及び積分器２７を介して配圧弁制御部３４
に接続されている。配圧弁制御部３４は、図５に示すよ
うに、信号増幅部３５、油圧制御部３６、油圧バルブ３
７及びサーボモータ３８を有している。信号増幅部３５
は、積分器２７から受け取った負荷要求信号を増幅し、
油圧制御部３６に信号を出力する。油圧制御部３６は、
制御コイル及びバネ等を有しており、入力された信号を
機械的な変位に変換し、この変位を油圧バルブ３７に伝
達する。油圧バルブ３７は、圧油装置（図示せず）から
送られてくる圧油を調整してサーボモータ３８に供給す
る。サーボモータ３８は、その変位を直接的に主サーボ
モータ２３に伝達すると共に、配圧弁２２にも伝達す
る。従って、配圧弁２２は、ＰＩＤ演算部５からの出力
信号に応じて作動すると共に、リミッタ２６及び積分器
２７を通った負荷要求信号に応じて作動する。

【００３４】この調速機３０２では、負荷要求信号は、
リミッタ２６及び積分器２７を通った後、配圧弁制御部
３４に入力されて、配圧弁２２を直接的に作動させる。
これにより、負荷要求信号が、速やかに、ガバナ機械部
６によるガイドベーン１の開度調整に反映され、負荷変
化要求に対するガイドベーン１の開度制御の追従性を向
上させることができる。特に、第１〜第３実施形態のも
のに比して、配圧弁制御部３４が、直接入力された負荷
要求信号に応じて、ガイドベーン１を開閉させる主サー
ボモータ２３を制御する配圧弁２２を直接的に制御する
ことになるので、ガイドベーン１の開閉制御の負荷要求
信号の変化に対する応答性をより向上させることが可能
となり、負荷変化要求に対するガイドベーン１の開度制
御の追従性をより向上させることができる。従って、ガ
イドベーン１の開閉動作及び水車Ｔの出力の応答性がよ
り向上することから、電力系統の供給電力（周波数）を
より安定化させることが可能となる。また、第１〜第３
の実施形態と同様に、水車Ｔが負荷要求信号での設定値
に等しくなるようにＰＩＤ演算部５により制御されるの
で、ＰＩＤ演算部５によるガイドベーン１開度制御の安
定性等を従前と同様に確保することができる。更に、負
荷要求信号を、ＰＩＤ演算部５に入力するのと並行して
ＰＩＤ演算部５の出力信号に直接入力しているので、Ｐ
ＩＤ演算部５における比例、微分及び積分動作を行うた
めの各制御ゲインを、制御安定性を優先した最適値に設
定することも可能となる。

【００３５】一般に、調速機３０２を水車Ｔに組み込ん
で実際に運転を開始する前には、シュミレーション等の
事前の検証作業が通常行われるが、第４実施形態の構成
によると、従来の構成に配圧弁制御部３４を付加するこ
とでガイドベーン１の開度制御の追従性を向上させた調
速機２，１０２，２０２と同様の構成を得ることができ
るので、検証作業を容易に行うことができる。

【００３６】第１〜第４実施形態に記載したような水車
Ｔの運転方式として、ＡＦＣ（Automatic Frequency Co
ntrol）運転が知られており、この場合は、系統周波数
の反転状態に応じて水車Ｔの負荷が制御されている。ま
た、ＡＦＣ運転中においても、何らかの要因により、系
統周波数が反転したにも拘わらずガイドベーン１が閉じ
た状態が継続してしまうような場合、水車Ｔ（発電機
Ｇ）の負荷が不足することになるが、一般には、この負
荷不足分を補うため、ＧＦ（Governor Free）運転を行
う水車（発電機）を作動させる。この場合、ＧＦ運転を
行う水車（発電機）を新たに系統に接続すると、系統の
負荷が不安定になると共に、ＧＦ運転を行う発電機（水
車）の負荷変動が大きくなり耐久性が低下するおそれが
ある。これに対して、上述した様に、水車Ｔ（発電機
Ｇ）の負荷が不足した際に負荷要求信号を出力し、負荷
要求信号をＰＩＤ演算部５の後段に加算入力する第１実
施形態、第１積分器１４の後段に加算入力する第２実施
形態、位置検出器２４の出力信号に減算入力する第３実
施形態、あるいは、配圧弁２２を制御する配圧弁制御部
３４に入力する第４実施形態によれば、負荷要求信号に
応じて直接的にガイドベーン１の開度を制御し、水車Ｔ
（発電機Ｇ）の応答性を改善しているため、ＧＦ運転を
行う水車の負担が軽減されて、耐久性の低下が抑制され
ると共に、系統の負荷の安定化を図ることができる。

【００３７】なお、第１〜第４実施形態に示した調速機
２、１０２、２０２、３０２は、電力系統に接続される
全ての水車に設けるようにしても良いし、一部の水車に
設けるようにしても良い。

【００３８】

【発明の効果】以上、詳細に説明したとおり、請求項１
に記載の発明によれば、電力系統の負荷変化時に発電機
の負荷を変更させるための負荷要求信号が、負荷要求信
号が演算部に入力されると共に、演算部からの出力信号
にも加算入力されるので、比例、微分及び積分動作を行
う演算部によるガイドベーン開度制御の安定性等を従前
と同様に確保した上で、負荷変化要求に対するガイドベ
ーン開度制御の追従性を向上させることができる。これ
により、ガイドベーン開閉動作及び水車出力の応答性が
向上することから、電力系統の供給電力（周波数）を安
定化させることが可能となる。また、負荷要求信号を、
演算部への入力と並行して演算部の出力信号に直接入力
しているので、演算部における比例、微分及び積分動作
を行うための制御ゲインを、制御安定性を優先した最適
値に設定することも可能となる。

【００３９】請求項２に記載の発明によれば、電力系統
の負荷変化時に発電機の負荷を変更させるための負荷要
求信号が、負荷要求信号が演算部に入力されると共に、
第１積分器からの出力信号に加算入力されて第２積分器
に入力されるので、演算部、特に、第１積分器によるガ
イドベーン開度制御の安定性等を従前と同様に確保した
上で、負荷変化要求に対するガイドベーン開度制御の追
従性を向上させることができる。これにより、ガイドベ
ーン開閉動作及び水車出力の応答性が向上することか
ら、電力系統の供給電力（周波数）を安定化させること
が可能となる。また、負荷要求信号を、演算部への入力
と並行して第１積分器の出力信号に直接入力しているの
で、演算部における比例、微分及び積分動作を行うため
の制御ゲイン、特に第１積分器の制御ゲインを、制御安
定性を優先した最適値に設定することも可能となる。

【００４０】請求項３に記載の発明によれば、電力系統
の負荷変化時に発電機の負荷を変更させるための負荷要
求信号が、負荷要求信号が演算部に入力されると共に、
ガイドベーン位置信号に減算入力されるので、比例、微
分及び積分動作を行う演算部によるガイドベーン開度制
御の安定性等を従前と同様に確保した上で、負荷変化要
求に対するガイドベーン開度制御の追従性を向上させる
ことができる。これにより、ガイドベーン開閉動作及び
水車出力の応答性が向上することから、電力系統の供給
電力（周波数）を安定化させることが可能となる。ま
た、負荷要求信号を、演算部への入力と並行してガイド
ベーン位置信号に直接入力しているので、演算部におけ
る比例、微分及び積分動作を行うための制御ゲインを、
制御安定性を優先した最適値に設定することも可能とな
る。

【００４１】請求項４に記載の発明によれば、電力系統
の負荷変化時に発電機の負荷を変更させるための負荷要
求信号が、負荷要求信号が演算部に入力されると共に、
配圧弁制御部が入力された負荷要求信号に応じて配圧弁
を制御し、この配圧弁によってサーボモータが制御され
るので、比例、微分及び積分動作を行う演算部によるガ
イドベーン開度制御の安定性等を従前と同様に確保した
上で、負荷変化要求に対するガイドベーン開度制御の追
従性を向上させることができる。これにより、ガイドベ
ーン開閉動作及び水車出力の応答性が向上することか
ら、電力系統の供給電力（周波数）を安定化させること
が可能となる。また、負荷要求信号を、演算部への入力
と並行して配圧弁制御部に直接入力しているので、演算
部における比例、微分及び積分動作を行うための制御ゲ
インを、制御安定性を優先した最適値に設定することも
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による発電機用水車の調速機の第１実施
形態を示すブロック図である。

【図２】本発明による発電機用水車の調速機の第２実施
形態を示すブロック図である。

【図３】本発明による発電機用水車の調速機の第３実施
形態を示すブロック図である。

【図４】本発明による発電機用水車の調速機の第４実施
形態を示すブロック図である。

【図５】本発明による発電機用水車の調速機の第４実施
形態に含まれる、ガバナ機械部を示す概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１…ガイドベーン、２、１０２、２０２、３０２…調速
機、３…負荷設定器、４…周波数設定器、５…ＰＩＤ演
算部、６…ガバナ機械部、９…分圧器、１１…比例器、
１２…微分器、１３…積分器、１４…第１積分器、１５
…第２積分器、１７…結合器、１８…信号増幅部、１９
…油圧制御部、２０…パイロットバルブ、２１…補助サ
ーボモータ、２２…配圧弁、２３…主サーボモータ、２
４…位置検出器、２５…ＤＰＣ指令部、２９…周波数検
出器、３３…結合器、３４…配圧弁制御部、３５…信号
増幅部、３６…油圧制御部、３７…油圧バルブ、３８…
サーボモータ、Ｇ…発電機、Ｔ…水車。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電力系統の負荷変化時に発電機の負荷を
変更させるための負荷要求信号が入力され、比例、微分
及び積分動作を行う演算部を備え、前記演算部による演
算結果に応じて水車のガイドベーン開度を制御する発電
機用水車の調速機であって、前記負荷要求信号が、前記演算部からの出力信号に加算
入力されるように構成されていることを特徴とする発電
機用水車の調速機。
【請求項２】電力系統の負荷変化時に発電機の負荷を
変更させるための負荷要求信号が入力され、比例、微分
及び積分動作を行う演算部を備え、前記演算部による演
算結果に応じて水車のガイドベーン開度を制御する発電
機用水車の調速機であって、前記演算部は、積分動作を行う第１積分器と、前記第１
積分器からの出力信号が入力信号とされて積分動作を行
う第２積分器とを有すると共に、前記第１積分器の制御
ゲインが前記第２積分器の制御ゲインより小さく設定さ
れており、前記負荷要求信号が、前記第２積分器への入力信号に加
算入力されるように構成されていることを特徴とする発
電機用水車の調速機。
【請求項３】電力系統の負荷変化時に発電機の負荷を
変更させるための負荷要求信号が入力され、比例、微分
及び積分動作を行う演算部を備え、前記演算部による演
算結果に応じて水車のガイドベーン開度を制御する発電
機用水車の調速機であって、前記演算部からの出力信号には、前記ガイドベーン開度
を示すガイドベーン位置信号が減算入力され、前記負荷要求信号が、前記ガイドベーン位置信号に減算
入力されるように接続されていることを特徴とする発電
機用水車の調速機。
【請求項４】電力系統の負荷変化時に発電機の負荷を
変更させるための負荷要求信号が入力され、比例、微分
及び積分動作を行う演算部を備え、前記演算部による演
算結果に応じて水車のガイドベーン開度を制御する発電
機用水車の調速機であって、前記ガイドベーンを開閉させるサーボモータと、前記演算部による演算結果に応じて、前記サーボモータ
を制御する配圧弁と、前記負荷要求信号が入力されると共に、入力された前記
負荷要求信号に応じて前記配圧弁を制御する配圧弁制御
部と、を有することを特徴とする発電機用水車の調速
機。