JP2003269311A - 調速機制御方法と制御装置 - Google Patents
調速機制御方法と制御装置Info
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- Control Of Water Turbines (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 水車発電機等の制御対象を目標回転数まで速
やか、かつ、安定して昇速するように、起動特性を向上
させた調速機制御方法と制御装置を提供すること。 【解決手段】 ＰＩＤ演算部１１の出力に、静落差信号
１３と静落差対ガイドベーン開度関数１４により算出し
たガイドベーン開度値を、起動信号により昇速レートと
同一時間の設定でゼロから加算する。
やか、かつ、安定して昇速するように、起動特性を向上
させた調速機制御方法と制御装置を提供すること。 【解決手段】 ＰＩＤ演算部１１の出力に、静落差信号
１３と静落差対ガイドベーン開度関数１４により算出し
たガイドベーン開度値を、起動信号により昇速レートと
同一時間の設定でゼロから加算する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水車発電機等の制
御に用いられている調速機の制御をおこなう調速機制御
方法と調速機制御装置に関する。
御に用いられている調速機の制御をおこなう調速機制御
方法と調速機制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】水力発電所に設置されている水車発電機
の水車、あるいは、揚水する場合のポンプ水車の回転速
度や出力トルクは調速機制御装置（ガバナ制御装置）に
より制御されている。この調速機制御装置では、マイク
ロプロセッサのソフトウエアや演算増幅器によるアナロ
グ回路により、直接の制御対象である固定翼のフランシ
ス水車等の水車のガイドベーンを制御している。
の水車、あるいは、揚水する場合のポンプ水車の回転速
度や出力トルクは調速機制御装置（ガバナ制御装置）に
より制御されている。この調速機制御装置では、マイク
ロプロセッサのソフトウエアや演算増幅器によるアナロ
グ回路により、直接の制御対象である固定翼のフランシ
ス水車等の水車のガイドベーンを制御している。
【０００３】図３に示したブロック図を参照して水車発
電機の起動時の調速機制御装置の一例について説明す
る。
電機の起動時の調速機制御装置の一例について説明す
る。
【０００４】水車発電機での調速機制御装置では、起動
時に速度制御３と、負荷設定器４により設定され、か
つ、負荷制限器５の制限を受けている付加制御の両信号
が低値優先回路６に入力され、低値優先回路６では、出
力信号レベルの低い速度制御３の信号が優先されて、ガ
イドベーンの開度指令として出力される。その後、ガイ
ドベーン位置検出回路７からの信号と、ガイドベーン開
度指令との差分が比例演算回路８、積分演算回路９、微
分演算回路１０から構成されているＰＩＤ演算部１１を
介して、最終的なガイドベーン指令としてアクチュエー
タ１２に伝達される。
時に速度制御３と、負荷設定器４により設定され、か
つ、負荷制限器５の制限を受けている付加制御の両信号
が低値優先回路６に入力され、低値優先回路６では、出
力信号レベルの低い速度制御３の信号が優先されて、ガ
イドベーンの開度指令として出力される。その後、ガイ
ドベーン位置検出回路７からの信号と、ガイドベーン開
度指令との差分が比例演算回路８、積分演算回路９、微
分演算回路１０から構成されているＰＩＤ演算部１１を
介して、最終的なガイドベーン指令としてアクチュエー
タ１２に伝達される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述の場合、速度制御
回路内の昇速制御により速度制御信号は、一定レートで
直線的に目標の回転数に制御するように出力されてい
る。しかしながら、回転数のオーバーシュートを回避し
つつ目標回転数とするためには、積分演算回路の時定数
の設定が長い場合、目標回転数から相当数低い回転数を
目標として昇速させ、その後、積分演算回路の時定数の
設定により、徐々に回転を上昇させる必要がある。その
ため、起動時間が長くかかってしまう傾向がある。
回路内の昇速制御により速度制御信号は、一定レートで
直線的に目標の回転数に制御するように出力されてい
る。しかしながら、回転数のオーバーシュートを回避し
つつ目標回転数とするためには、積分演算回路の時定数
の設定が長い場合、目標回転数から相当数低い回転数を
目標として昇速させ、その後、積分演算回路の時定数の
設定により、徐々に回転を上昇させる必要がある。その
ため、起動時間が長くかかってしまう傾向がある。
【０００６】つまり、上述の制御方式では、目標回転数
よりかなり低い回転数から目標回転数までの昇速時間
が、積分演算回路の時定数に依存して、長時間を要する
という欠点がある。
よりかなり低い回転数から目標回転数までの昇速時間
が、積分演算回路の時定数に依存して、長時間を要する
という欠点がある。
【０００７】なお、起動完了後の最終状態では、比例演
算回路の出力と微分演算回路の出力は、共にゼロとなり
積分演算回路の出力値がガイドベーンの開度位置に相当
する出力信号となる。
算回路の出力と微分演算回路の出力は、共にゼロとなり
積分演算回路の出力値がガイドベーンの開度位置に相当
する出力信号となる。
【０００８】本発明はこれらの事情にもとづいてなされ
たもので、水車発電機等の制御対象を目標回転数まで速
やか、かつ、安定して昇速するように、起動特性を向上
させた調速機制御方法と制御装置を提供することを目的
としている。
たもので、水車発電機等の制御対象を目標回転数まで速
やか、かつ、安定して昇速するように、起動特性を向上
させた調速機制御方法と制御装置を提供することを目的
としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、水車発
電機のガイドベーンを制御するガイドベーン開度指令信
号とガイドベーン位置信号との差分をＰＩＤ演算部で演
算し、その演算結果をガイドベーン指令としてアクチュ
エータに伝達する調速機制御方法において、前記ＰＩＤ
演算部の出力に、静落差信号と静落差対ガイドベーン開
度関数により算出したガイドベーン開度値を、起動信号
により昇速レートと同一時間の設定でゼロから加算する
ことを特徴とする調速機制御方法である。
電機のガイドベーンを制御するガイドベーン開度指令信
号とガイドベーン位置信号との差分をＰＩＤ演算部で演
算し、その演算結果をガイドベーン指令としてアクチュ
エータに伝達する調速機制御方法において、前記ＰＩＤ
演算部の出力に、静落差信号と静落差対ガイドベーン開
度関数により算出したガイドベーン開度値を、起動信号
により昇速レートと同一時間の設定でゼロから加算する
ことを特徴とする調速機制御方法である。
【００１０】また本発明によれば、前記水車発電機を並
列接続することにより前記ガイドベーンの開度値を徐々
にゼロに変化させる制御をおこなうことを特徴とする調
速機制御方法である。
列接続することにより前記ガイドベーンの開度値を徐々
にゼロに変化させる制御をおこなうことを特徴とする調
速機制御方法である。
【００１１】また本発明によれば、前記水車発電機を並
列接続することにより前記ガイドベーンの開度値徐々に
ゼロに変化させる際に、同時に、積分出力とガイドベー
ン開度値との差を書き込むことを特徴とする調速機制御
方法である。
列接続することにより前記ガイドベーンの開度値徐々に
ゼロに変化させる際に、同時に、積分出力とガイドベー
ン開度値との差を書き込むことを特徴とする調速機制御
方法である。
【００１２】また本発明によれば、水車発電機のガイド
ベーンを制御するガイドベーン開度指令信号を設定する
低値優先回路と、前記ガイドベーンの位置を検出するガ
イドベーン位置検出回路と、このガイドベーン位置検出
回路と前記低値優先回路との出力を演算してガイドベー
ン指令としてアクチュエータに伝達するＰＩＤ演算部を
具備した調速機制御装置において、前記ＰＩＤ演算部の
出力に対して、静落差信号と静落差対ガイドベーン開度
関数により算出したガイドベーン開度値を、起動信号に
より昇速レートと同一時間の設定でゼロから加算する制
御手段が設けられていることを特徴とする調速機制御装
置である。
ベーンを制御するガイドベーン開度指令信号を設定する
低値優先回路と、前記ガイドベーンの位置を検出するガ
イドベーン位置検出回路と、このガイドベーン位置検出
回路と前記低値優先回路との出力を演算してガイドベー
ン指令としてアクチュエータに伝達するＰＩＤ演算部を
具備した調速機制御装置において、前記ＰＩＤ演算部の
出力に対して、静落差信号と静落差対ガイドベーン開度
関数により算出したガイドベーン開度値を、起動信号に
より昇速レートと同一時間の設定でゼロから加算する制
御手段が設けられていることを特徴とする調速機制御装
置である。
【００１３】また本発明によれば、前記制御手段は、前
記水車発電機を並列接続された際に、前記ガイドベーン
の開度値を徐々にゼロに変化させることを特徴とする調
速機制御装置である。
記水車発電機を並列接続された際に、前記ガイドベーン
の開度値を徐々にゼロに変化させることを特徴とする調
速機制御装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。
を参照して説明する。
【００１５】図１は本発明の水車発電機の制御に用いる
調速機制御装置のブロック図である。この調速機制御装
置は、大別すると、従来の技術の項で説明した制御装置
（基本部）１に、後述する静落差信号を入力して制御す
る制御部（付加部）２を付加し、全体を調速機制御装置
として構成している。
調速機制御装置のブロック図である。この調速機制御装
置は、大別すると、従来の技術の項で説明した制御装置
（基本部）１に、後述する静落差信号を入力して制御す
る制御部（付加部）２を付加し、全体を調速機制御装置
として構成している。
【００１６】すなわち基本部１では、水車発電機（不図
示）の起動時に速度制御３と、負荷設定器４により設定
され、かつ、負荷制限器５の制限を受けている付加制御
の両信号が低値優先回路６に入力される。低値優先回路
６では、これらの信号から出力信号レベルの低い速度制
御３の信号が優先されて、ガイドベーン（不図示）の開
度指令として出力される。その後、ガイドベーン位置検
出回路７からの信号と、ガイドベーン開度指令との差分
が比例演算回路８、積分演算回路９および微分演算回路
１０から構成されている、ＰＩＤ演算部１１を介して、
最終的なガイドベーン指令としてアクチュエータ１２に
伝達される。
示）の起動時に速度制御３と、負荷設定器４により設定
され、かつ、負荷制限器５の制限を受けている付加制御
の両信号が低値優先回路６に入力される。低値優先回路
６では、これらの信号から出力信号レベルの低い速度制
御３の信号が優先されて、ガイドベーン（不図示）の開
度指令として出力される。その後、ガイドベーン位置検
出回路７からの信号と、ガイドベーン開度指令との差分
が比例演算回路８、積分演算回路９および微分演算回路
１０から構成されている、ＰＩＤ演算部１１を介して、
最終的なガイドベーン指令としてアクチュエータ１２に
伝達される。
【００１７】ＰＩＤ演算部１１においては、比例演算回
路８でのＰ（比例）演算は、制御入力偏差に比例する演
算である。また、積分演算回路９でのＩ（積分）演算
は、制御入力偏差を時々刻々積分する潰算である。ま
た、微分演算回路１０でのＤ（微分）演算は、制御入力
偏差に対し、不完全微分演算を行う。
路８でのＰ（比例）演算は、制御入力偏差に比例する演
算である。また、積分演算回路９でのＩ（積分）演算
は、制御入力偏差を時々刻々積分する潰算である。ま
た、微分演算回路１０でのＤ（微分）演算は、制御入力
偏差に対し、不完全微分演算を行う。
【００１８】このうち比例演算回路８でのＰ（比例）演
算とＤ（微分）演算の結果は、安定時（定常状態時）ゼ
ロとなるが、積分演算回路９でのＩ（積分）演算は、そ
れ自体が定常状態時も有限値を持ち、調速機制御装置の
制御対象であり、ガイドベーンの開度とキャンセルする
ことにより、定常状態において、調速機制御装置からの
アクチュエータ１２ヘの制御出力がゼロとなる。
算とＤ（微分）演算の結果は、安定時（定常状態時）ゼ
ロとなるが、積分演算回路９でのＩ（積分）演算は、そ
れ自体が定常状態時も有限値を持ち、調速機制御装置の
制御対象であり、ガイドベーンの開度とキャンセルする
ことにより、定常状態において、調速機制御装置からの
アクチュエータ１２ヘの制御出力がゼロとなる。
【００１９】水車（またはポンプ水車）は、ガイドベー
ンの開度と有効落差、及び水車・発電機の回転速度によ
り、流量と水車トルクを生じる。
ンの開度と有効落差、及び水車・発電機の回転速度によ
り、流量と水車トルクを生じる。
【００２０】次に、基本部１に付加部２を付加したこと
による調速機制御装置の動作について説明する。図２に
フロー図を示したように、付加部２では静落差信号１３
を取り込み、この静落差信号１３を静落差対ガイドベー
ン開度関数１４に入力して演算する（Ｓ１）。
による調速機制御装置の動作について説明する。図２に
フロー図を示したように、付加部２では静落差信号１３
を取り込み、この静落差信号１３を静落差対ガイドベー
ン開度関数１４に入力して演算する（Ｓ１）。
【００２１】それにより、静落差に対する目標回転数と
なるガイドベーン無負荷開度相当信号をガイドベーン開
度指令値として算出する（Ｓ２）。
なるガイドベーン無負荷開度相当信号をガイドベーン開
度指令値として算出する（Ｓ２）。
【００２２】水車発電機の起動時に、速度制御３の出力
信号が昇速レートで上昇する際、同時に静落差対ガイド
ベーン開度関数１４の出力を用いて、変化率制限回路１
５を介して、ＰＩＤ演算部１１の出力に加算する（Ｓ
３）。
信号が昇速レートで上昇する際、同時に静落差対ガイド
ベーン開度関数１４の出力を用いて、変化率制限回路１
５を介して、ＰＩＤ演算部１１の出力に加算する（Ｓ
３）。
【００２３】なお、変化率制限回路１５の時定数の設定
は、速度制御３の昇速レートと同一時定数としている。
それにより、積分演算回路９の出力相当を静落差信号対
ガイドベーン開度関数１４で補い、一定レートで昇速す
ることができる。したがって、起動時に目標回転数の近
傍での制御特性を改善することができる。
は、速度制御３の昇速レートと同一時定数としている。
それにより、積分演算回路９の出力相当を静落差信号対
ガイドベーン開度関数１４で補い、一定レートで昇速す
ることができる。したがって、起動時に目標回転数の近
傍での制御特性を改善することができる。
【００２４】目標回転数に到達、水車発電機を並列接続
後に、静落差信号１３によるガイドベーン開度指令か
ら、積分演算回路６に移行するため、変化率制御回路１
５により、徐々に、静落差信号１３によるガイドベーン
開度指令をゼロとして、同時に積分演算回路９の出力信
号との差分を書き込む（Ｓ４）。
後に、静落差信号１３によるガイドベーン開度指令か
ら、積分演算回路６に移行するため、変化率制御回路１
５により、徐々に、静落差信号１３によるガイドベーン
開度指令をゼロとして、同時に積分演算回路９の出力信
号との差分を書き込む（Ｓ４）。
【００２５】起動制御から通常のＰＩＤ制御に移行する
（Ｓ５）。
（Ｓ５）。
【００２６】以上に説明したように、本発明によれば、
起動特性を向上させた調速機の制御により、水車等の制
御対象を起動時に目標回転数まで速やか、かつ、安定し
て昇速することができる。
起動特性を向上させた調速機の制御により、水車等の制
御対象を起動時に目標回転数まで速やか、かつ、安定し
て昇速することができる。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、水車等の制御対象を目
標回転数まで速やか、かつ、安定して昇速することがで
きる。
標回転数まで速やか、かつ、安定して昇速することがで
きる。
【図１】本発明の調速機制御装置のブロック図。
【図２】本発明の調速機制御装置の動作のフロー図。
【図３】従来の調速機制御装置のブロック図。
１…制御装置（基本部）、２…制御部（負荷部）、３…
速度制御、４…負荷設定器、５…負荷制御器、６…低値
優先回路、７…ガイドベーン位置検出回路、８…比例演
算回路、９…積分演算回路、１０…微分演算回路、１１
…ＰＩＤ演算部、１２…アクチュエータ、１３…静落差
信号、１４…静落差対ガイドベーン開度関数、１５…変
化率制限回路
速度制御、４…負荷設定器、５…負荷制御器、６…低値
優先回路、７…ガイドベーン位置検出回路、８…比例演
算回路、９…積分演算回路、１０…微分演算回路、１１
…ＰＩＤ演算部、１２…アクチュエータ、１３…静落差
信号、１４…静落差対ガイドベーン開度関数、１５…変
化率制限回路
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 3H072 AA07 AA17 BB33 CC25 CC42
3H073 AA08 AA12 BB02 BB13 BB21
CC20 CD03 CD11 CE09 CE27
5H590 AA23 CA11 CA12 CC01 CE01
EA01 EA20 EB21 FA01 GA02
GA10 GB05 HA02 HA22 HA26
HA27 JA02 JA12 JA13 JA14
JA20 JB02
Claims (5)
- 【請求項１】 水車発電機のガイドベーンを制御するガ
イドベーン開度指令信号とガイドベーン位置信号との差
分をＰＩＤ演算部で演算し、その演算結果をガイドベー
ン指令としてアクチュエータに伝達する調速機制御方法
において、 前記ＰＩＤ演算部の出力に、静落差信号と静落差対ガイ
ドベーン開度関数により算出したガイドベーン開度値を
起動信号により昇速レートと同一時間の設定でゼロから
加算することを特徴とする調速機制御方法。 - 【請求項２】 前記水車発電機を並列接続することによ
り前記ガイドベーンの開度値を徐々にゼロに変化させる
制御をおこなうことを特徴とする請求項１記載の調速機
制御方法。 - 【請求項３】 前記水車発電機を並列接続することによ
り前記ガイドベーンの開度値徐々にゼロに変化させる際
に、同時に、積分出力とガイドベーン開度値との差を書
き込むことを特徴とする請求項１記載の調速機制御方
法。 - 【請求項４】 水車発電機のガイドベーンを制御するガ
イドベーン開度指令信号を設定する低値優先回路と、前
記ガイドベーンの位置を検出するガイドベーン位置検出
回路と、このガイドベーン位置検出回路と前記低値優先
回路との出力を演算してガイドベーン指令としてアクチ
ュエータに伝達するＰＩＤ演算部を具備した調速機制御
装置において、 前記ＰＩＤ演算部の出力に対して、静落差信号と静落差
対ガイドベーン開度関数により算出したガイドベーン開
度値を、起動信号により昇速レートと同一時間の設定で
ゼロから加算する制御手段が設けられていることを特徴
とする調速機制御装置。 - 【請求項５】 前記制御手段は、前記水車発電機を並列
接続された際に、前記ガイドベーンの開度値を徐々にゼ
ロに変化させることを特徴とする請求項４記載の調速機
制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002070206A JP2003269311A (ja) | 2002-03-14 | 2002-03-14 | 調速機制御方法と制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002070206A JP2003269311A (ja) | 2002-03-14 | 2002-03-14 | 調速機制御方法と制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003269311A true JP2003269311A (ja) | 2003-09-25 |
Family
ID=29200844
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002070206A Pending JP2003269311A (ja) | 2002-03-14 | 2002-03-14 | 調速機制御方法と制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003269311A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010158101A (ja) * | 2008-12-26 | 2010-07-15 | Toshiba Corp | 電力変換装置 |
| CN107514333A (zh) * | 2017-07-19 | 2017-12-26 | 西安理工大学 | 具有抗速度饱和的微分优先水轮机pid调速器控制方法 |
| CN114810469A (zh) * | 2020-12-07 | 2022-07-29 | 中国长江电力股份有限公司 | 导叶开度模拟量分段开环控制与调速器变参数pid闭环控制相结合的控制系统 |
-
2002
- 2002-03-14 JP JP2002070206A patent/JP2003269311A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010158101A (ja) * | 2008-12-26 | 2010-07-15 | Toshiba Corp | 電力変換装置 |
| CN107514333A (zh) * | 2017-07-19 | 2017-12-26 | 西安理工大学 | 具有抗速度饱和的微分优先水轮机pid调速器控制方法 |
| CN107514333B (zh) * | 2017-07-19 | 2019-02-01 | 西安理工大学 | 具有抗速度饱和的微分优先水轮机pid调速器控制方法 |
| CN114810469A (zh) * | 2020-12-07 | 2022-07-29 | 中国长江电力股份有限公司 | 导叶开度模拟量分段开环控制与调速器变参数pid闭环控制相结合的控制系统 |
| CN114810469B (zh) * | 2020-12-07 | 2023-06-13 | 中国长江电力股份有限公司 | 导叶开度模拟量分段开环控制与调速器变参数pid闭环控制相结合的控制系统 |
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