JP2644787B2 - 可変速揚水システム - Google Patents
可変速揚水システムInfo
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
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- Control Of Water Turbines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は可変速揚水システムに係り、特に上流側又は
下流側管路を他のポンプと共有する構成を備えた可変速
揚水システムに関する。
下流側管路を他のポンプと共有する構成を備えた可変速
揚水システムに関する。
ポンプ水車では一般に高揚程側で第5図の点線部の如
きハンプ特性(部分的にdH/dQ>0となる特性)が出る
ことは避けられないと考えられている。この部分での運
転は不安定で振動,騒音を伴うばかりではなく、同じ揚
程の下で流量Qが3価関数で現れるため、流量Qが突然
急変し飛ぶ現象も現れ、異常水撃現象を伴うことがあ
る。このハンプ特性の凹み程度は第6図の如く案内羽根
開度によつて異るが、明確な凹み特性が発生しなくとも
ランナ内の流れが不安定になることによつて大なり小な
り同様の問題が発生する。この原因は流量が少ない時に
は水流が第3図,第4図のように半径方向に偏り、逆流
が発生するためであるとされている。またこの様な状態
では流れは羽根面から剥離し、いわゆる失速状態になる
からである。
きハンプ特性(部分的にdH/dQ>0となる特性)が出る
ことは避けられないと考えられている。この部分での運
転は不安定で振動,騒音を伴うばかりではなく、同じ揚
程の下で流量Qが3価関数で現れるため、流量Qが突然
急変し飛ぶ現象も現れ、異常水撃現象を伴うことがあ
る。このハンプ特性の凹み程度は第6図の如く案内羽根
開度によつて異るが、明確な凹み特性が発生しなくとも
ランナ内の流れが不安定になることによつて大なり小な
り同様の問題が発生する。この原因は流量が少ない時に
は水流が第3図,第4図のように半径方向に偏り、逆流
が発生するためであるとされている。またこの様な状態
では流れは羽根面から剥離し、いわゆる失速状態になる
からである。
ところで特願昭61−26694では可変速揚水装置の負荷
を増加させる時ポンプ水車の運転点が過渡的に上述のハ
ンプ特性に落ち込まないようにまず駆動装置の出力を上
げ回転速度を上げ、その後に案内羽根を上げるべきであ
るとしている。
を増加させる時ポンプ水車の運転点が過渡的に上述のハ
ンプ特性に落ち込まないようにまず駆動装置の出力を上
げ回転速度を上げ、その後に案内羽根を上げるべきであ
るとしている。
尚負荷を減少させる時については案内羽根の閉の動作
と回転速度の下げ動作を同時に行うものの案内羽根閉め
方が回転速度の下げより早く終る案を開示している。
と回転速度の下げ動作を同時に行うものの案内羽根閉め
方が回転速度の下げより早く終る案を開示している。
但し乍らポンプ水車の上又は下流管路を他の水力機械
と共有している場合には(即ち複数の水力機械が同一管
路から分岐して設置されている場合には)他のいずれか
の水力機械がその運転状態を変え、流量を変えた場合、
この水力機械に水撃が発生しこれが該共有管路を介して
今考えているポンプ水車にも伝わるので必ずやその影響
がでる。
と共有している場合には(即ち複数の水力機械が同一管
路から分岐して設置されている場合には)他のいずれか
の水力機械がその運転状態を変え、流量を変えた場合、
この水力機械に水撃が発生しこれが該共有管路を介して
今考えているポンプ水車にも伝わるので必ずやその影響
がでる。
特に揚程Hを上側に振られた場合は該可変速揚水装置
単独ではいかに完避に制御できるようになつていたとし
てもハンプ特性落ち込みが起りうる。
単独ではいかに完避に制御できるようになつていたとし
てもハンプ特性落ち込みが起りうる。
更に特開昭61−149583号ではポンプ起動時即ちポンプ
水車(ポンプ)を締切状態から所望の負荷での本格的可
変速揚水運転に移行させる時、次第に開放する案内羽根
の開度に見合つて階段状に回転速度指令を上げていき、
最終的に該所望負荷での適正回転速度と適正案内羽根開
度を達成するポンプ起動方法が開示されている。
水車(ポンプ)を締切状態から所望の負荷での本格的可
変速揚水運転に移行させる時、次第に開放する案内羽根
の開度に見合つて階段状に回転速度指令を上げていき、
最終的に該所望負荷での適正回転速度と適正案内羽根開
度を達成するポンプ起動方法が開示されている。
但しこの公知例では本格的可変速揚水運転に入つてか
らの制御方法については一切触れていない。
らの制御方法については一切触れていない。
上述の如く従来のハンプ特性回避制御法はあくまでも
単独の可変速揚水システム内であるべき制御ルールにつ
いて一部を開示しているにすぎない。
単独の可変速揚水システム内であるべき制御ルールにつ
いて一部を開示しているにすぎない。
本発明が対象とする「絶えず運転点を監視しハンプ特
性への接近度を把持しこれに応じてハンプ特性突入回避
アクシヨンをとる」様な自己修正機能を備えたシステム
の提案は一切なかつた。
性への接近度を把持しこれに応じてハンプ特性突入回避
アクシヨンをとる」様な自己修正機能を備えたシステム
の提案は一切なかつた。
本発明は前述の従来技術の欠点を排除し、管路を共有
する他のポンプからの水撃の影響を受けても、運転点を
連続監視し逆流特性への接近度に応じて逆流特性突入回
避を行う機能を備えた可変速揚水システムを提供するこ
とにある。
する他のポンプからの水撃の影響を受けても、運転点を
連続監視し逆流特性への接近度に応じて逆流特性突入回
避を行う機能を備えた可変速揚水システムを提供するこ
とにある。
〔問題点を解決するための手段〕 上記問題点を解決するため、本発明では上流側又は下
流側にある複数分岐関管路と、該複数分岐管路のうちの
一つの分岐管路と接続され、回転速度制御手段により回
転速度制御されるポンプと、他の分岐管に接続される少
なくとも一つの他の水力機械と、ポンプのガイドベーン
開度を検出するガイドベーン開度検出手段と、ポンプの
回転速度を検出する回転速度検出手段と、ポンプにかか
る圧力から揚程を検出する揚程検出手段と、ガイドベー
ン開度検出手段からのガイドベーン開度信号と、揚程検
出手段からの揚程信号と、回転速度検出手段からの回転
速度信号とを入力して、ポンプの逆流域接近状態を演算
する演算手段を備え、この演算手段はポンプの運転状態
が逆流域に接近したと判断された時に、回転速度制御手
段にポンプの回転速度を上げる制御信号を出力するよう
にしたものである。
流側にある複数分岐関管路と、該複数分岐管路のうちの
一つの分岐管路と接続され、回転速度制御手段により回
転速度制御されるポンプと、他の分岐管に接続される少
なくとも一つの他の水力機械と、ポンプのガイドベーン
開度を検出するガイドベーン開度検出手段と、ポンプの
回転速度を検出する回転速度検出手段と、ポンプにかか
る圧力から揚程を検出する揚程検出手段と、ガイドベー
ン開度検出手段からのガイドベーン開度信号と、揚程検
出手段からの揚程信号と、回転速度検出手段からの回転
速度信号とを入力して、ポンプの逆流域接近状態を演算
する演算手段を備え、この演算手段はポンプの運転状態
が逆流域に接近したと判断された時に、回転速度制御手
段にポンプの回転速度を上げる制御信号を出力するよう
にしたものである。
本発明の可変速揚水システムによれば、他のポンプの
影響により自機のポンプが逆流特性に近づく場合でも、
ガイドベーン開度信号と、ポンプにかかる圧力からの揚
程信号と、回転速度信号からポンプの逆流領域接近状態
を演算しており、この接近状態に応じてポンプの回転速
度を上げるようにしているので他のポンプの影響が生じ
る場合でも確実に逆流特性から回避することが出来るよ
うになる。
影響により自機のポンプが逆流特性に近づく場合でも、
ガイドベーン開度信号と、ポンプにかかる圧力からの揚
程信号と、回転速度信号からポンプの逆流領域接近状態
を演算しており、この接近状態に応じてポンプの回転速
度を上げるようにしているので他のポンプの影響が生じ
る場合でも確実に逆流特性から回避することが出来るよ
うになる。
第6図はある一定の回転速度の下で測った各案内羽根
開度におけるQ対H関係グラフを一緒に書いたもので、
この回転速度の下では最適調整は点線の包絡線である。
開度におけるQ対H関係グラフを一緒に書いたもので、
この回転速度の下では最適調整は点線の包絡線である。
第7図の2本の線N1,N2は第6図の包絡線と同様に求
めた回転速度N1及びN2の下での最適設定曲線を示す。尚
N1>N2。
めた回転速度N1及びN2の下での最適設定曲線を示す。尚
N1>N2。
即ちこの最適設定曲線は回転速度を上げると右上方に
移動すると考えてよい。
移動すると考えてよい。
上池と下池の水位差が同一の時、流量Qの増加と共に
全揚程Hは上昇するがこれをこの水位差における負荷曲
線と呼ぶ(第7図参照) 第7図から明らかな如く回転速度を上げるとHeとハン
プ特性開始点Hxの差が広がり運転点はハンプ特性から離
れる。
全揚程Hは上昇するがこれをこの水位差における負荷曲
線と呼ぶ(第7図参照) 第7図から明らかな如く回転速度を上げるとHeとハン
プ特性開始点Hxの差が広がり運転点はハンプ特性から離
れる。
以下本発明の一実施例である第1図につき説明する。
第1図は本発明による制御回路図で(尚、電力制御の
為の交流励磁回路についての詳細は本発明に直接関係し
ないので図示していない。)外部からの電力指令P0とそ
の時の全揚程H(ポンプの上下貯水槽の単純な水位差即
ち総落差HGに該揚水系統の水路損失を加算したものと定
義される。)又は総落差HGを入力としてその時の適正回
転速度Naを演算する回転速度関数発生器12からの出力信
号Naと実際の回転速度Nを比較する加算器18と16電力制
御補正信号発生器、7電力制御器、3電力変換器、2電
動機、慣性モーメントGD2よりなる制御ループを負帰還
回路に構成する。尚GD2は電動機とポンプが有する慣性
モーメントの作用を示すためのブロツクで別の装置があ
る訳ではない。又NaとNの偏差をゼロにするために電力
制御補正信号発生器16には積分要素が含まれる。電力制
御補正信号発生器16の出力である補正信号εは電力指令
P0と加算されこの合成信号P0+εと実際の電力機出力PM
が比較される。電力制御器7、電力変換器3、発電電動
機2及び実際の電動機出力PMの復元回路よりなる電力制
御ループは負帰還回路に構成され電力制御器7には(P0
+ε)とPMの偏差をゼロとするため積分要素が含まれ
る。負荷指令P0と総落差HGを入力としてその時の適正案
内羽根開度Yaを演算する案内羽根開度関数発生器13とそ
の出力信号Yaと実際の案内羽根開度Yを比較する比較器
21と9案内羽根制御器、実際の案内羽根開度Yの復元よ
り成る制御ループを負帰還回路に構成し、案内羽根制御
器9に含まれる積分要素によりYaとYの偏差がゼロとな
るように案内羽根が制御される。かくして前記回転速度
制御回路によりN=Na、前記電力制御回路によりPM=P0
+ε、前記案内羽根制御回路によりY=Yaとすることが
できる。ここでポンプが要求する入力PPと実際の電動機
への入力PMの偏差は電動機及びポンプの慣性モーメント
(GD2)に入力される。ところで慣性モーメントは一種
の積分要素と見なせる。又前述の通り16,7,3,2GD2と実
際のNの復元より成る回転速度制御回路は負帰還回路に
構成されているのでPMとP0の偏差がゼロとなるように制
御される。即ちPM=PP、また前記関数発生器の誤差を無
視すれば、Ya=P0の相当、であるのでPPは元々P0相当に
即ちPP=P0に制御されている筈である。以上纏めるとP0
=PP=PM=P0+εとなり電力補正信号εは最終的にはゼ
ロにされる。以上より外部からの電力指令P0に応じて実
際の入力PMを制御することができる。
為の交流励磁回路についての詳細は本発明に直接関係し
ないので図示していない。)外部からの電力指令P0とそ
の時の全揚程H(ポンプの上下貯水槽の単純な水位差即
ち総落差HGに該揚水系統の水路損失を加算したものと定
義される。)又は総落差HGを入力としてその時の適正回
転速度Naを演算する回転速度関数発生器12からの出力信
号Naと実際の回転速度Nを比較する加算器18と16電力制
御補正信号発生器、7電力制御器、3電力変換器、2電
動機、慣性モーメントGD2よりなる制御ループを負帰還
回路に構成する。尚GD2は電動機とポンプが有する慣性
モーメントの作用を示すためのブロツクで別の装置があ
る訳ではない。又NaとNの偏差をゼロにするために電力
制御補正信号発生器16には積分要素が含まれる。電力制
御補正信号発生器16の出力である補正信号εは電力指令
P0と加算されこの合成信号P0+εと実際の電力機出力PM
が比較される。電力制御器7、電力変換器3、発電電動
機2及び実際の電動機出力PMの復元回路よりなる電力制
御ループは負帰還回路に構成され電力制御器7には(P0
+ε)とPMの偏差をゼロとするため積分要素が含まれ
る。負荷指令P0と総落差HGを入力としてその時の適正案
内羽根開度Yaを演算する案内羽根開度関数発生器13とそ
の出力信号Yaと実際の案内羽根開度Yを比較する比較器
21と9案内羽根制御器、実際の案内羽根開度Yの復元よ
り成る制御ループを負帰還回路に構成し、案内羽根制御
器9に含まれる積分要素によりYaとYの偏差がゼロとな
るように案内羽根が制御される。かくして前記回転速度
制御回路によりN=Na、前記電力制御回路によりPM=P0
+ε、前記案内羽根制御回路によりY=Yaとすることが
できる。ここでポンプが要求する入力PPと実際の電動機
への入力PMの偏差は電動機及びポンプの慣性モーメント
(GD2)に入力される。ところで慣性モーメントは一種
の積分要素と見なせる。又前述の通り16,7,3,2GD2と実
際のNの復元より成る回転速度制御回路は負帰還回路に
構成されているのでPMとP0の偏差がゼロとなるように制
御される。即ちPM=PP、また前記関数発生器の誤差を無
視すれば、Ya=P0の相当、であるのでPPは元々P0相当に
即ちPP=P0に制御されている筈である。以上纏めるとP0
=PP=PM=P0+εとなり電力補正信号εは最終的にはゼ
ロにされる。以上より外部からの電力指令P0に応じて実
際の入力PMを制御することができる。
第1図の実施例に対する上記説明をグラフに示したの
が第8図である。
が第8図である。
時点t0で駆動出力指令P0がステツプ状に立上げられた
場の応答を示す。
場の応答を示す。
まず電動機出力PMは僅かの遅れをもつてグラフgの如
く立上がる。
く立上がる。
又案内羽根開度関数発生器の出力Yaや回転速度関数発
生器の出力Naは関数発生器が個有に持つている時定数
や、特別に与えられた追加時定数によつて各々グラフb,
cの如く応答する。
生器の出力Naは関数発生器が個有に持つている時定数
や、特別に与えられた追加時定数によつて各々グラフb,
cの如く応答する。
グラフbのYaに対する実際の案内羽根開度Yの応答は
比較的速くdの様になる。尚Yの応答に直線部分がある
のは案内羽根が案内羽根サーボモーターの開度制限(こ
れは案内羽根用配圧弁のストローク制限等で与える)に
よつて制限を受けている場合を示す。
比較的速くdの様になる。尚Yの応答に直線部分がある
のは案内羽根が案内羽根サーボモーターの開度制限(こ
れは案内羽根用配圧弁のストローク制限等で与える)に
よつて制限を受けている場合を示す。
ポンプの回転速度Nはグラフgの電動機出力PMとグラ
フeのポンプ入力PPの差によつて加速されグラフfの様
に上昇し最終的にN=Naに達した時点で上昇が止む。
フeのポンプ入力PPの差によつて加速されグラフfの様
に上昇し最終的にN=Naに達した時点で上昇が止む。
尚そのポンプ入力PPは案内羽根開度Yの上昇と回転速
度Nの上昇の両方による増分が加算されグラフeの如く
増大する。
度Nの上昇の両方による増分が加算されグラフeの如く
増大する。
グラフfでは回転速度Nの動きはゆつくり乍ら安定で
あるが、これは16の電力補正信号発信器に充分なダンピ
ング作用を与えたためである。
あるが、これは16の電力補正信号発信器に充分なダンピ
ング作用を与えたためである。
これは例えば16電力補正信号発信器を比例要素と積分
要素の並列回路で構成し、それらのゲインを適切に選ぶ
ことによつて達成できる。
要素の並列回路で構成し、それらのゲインを適切に選ぶ
ことによつて達成できる。
尚以上はポンプの運転点がハンプ特性に接近していな
い通常域にある場合の説明であるが本発明のポイントと
なる運転点の自己修正機能は次の様に与えられる。
い通常域にある場合の説明であるが本発明のポイントと
なる運転点の自己修正機能は次の様に与えられる。
まず22限界H算定器は絶えず回転速度Nと案内羽根開
度Yを観測し乍らハンプ特性開始点のHX(図5参照)を
算定する。比較器23はこのようにして得られたHXとその
時の実際の全揚程測定値Hを比較してその差信号εHを
24ハンプ回避補正信号器に送る。24はεHが異常に小さ
くなつた時、即ち運転点がハンプ特性に異常接近した
時、図のように接近度に応じて回転速度補正信号ΔNaを
出力する。このΔNaは加算器18に入力されここで適正回
転速度指令Naの修正が行われる。
度Yを観測し乍らハンプ特性開始点のHX(図5参照)を
算定する。比較器23はこのようにして得られたHXとその
時の実際の全揚程測定値Hを比較してその差信号εHを
24ハンプ回避補正信号器に送る。24はεHが異常に小さ
くなつた時、即ち運転点がハンプ特性に異常接近した
時、図のように接近度に応じて回転速度補正信号ΔNaを
出力する。このΔNaは加算器18に入力されここで適正回
転速度指令Naの修正が行われる。
第2図は上記第1図の制御回路により巻線形誘導機2
を可変速電動機として用いた場合の装置構成を示す一例
である。図中同一番号は同一品を示す。巻線形誘導機2
の1次側が電力系統1に接続されて2次側が電力変換器
3に接続され誘導機2の入力は、電力変換器3による交
流励磁電流の位相や電圧制御より制御される。実際の入
力PMは電力検出器6により検出され比較器20へ又実際の
回転速度Nは回転速度検出器5により検出され比較器18
へ各々入力される。
を可変速電動機として用いた場合の装置構成を示す一例
である。図中同一番号は同一品を示す。巻線形誘導機2
の1次側が電力系統1に接続されて2次側が電力変換器
3に接続され誘導機2の入力は、電力変換器3による交
流励磁電流の位相や電圧制御より制御される。実際の入
力PMは電力検出器6により検出され比較器20へ又実際の
回転速度Nは回転速度検出器5により検出され比較器18
へ各々入力される。
第9図は、第1図の制御回路による別の実施例を示す
装置構成図で可変速電動機として同期機10を用い、系統
1と同期機10との間に電力変換器17を用いた場合であ
る。この電力変換器への位相指令との突合せのため位相
検出器11を設けている。
装置構成図で可変速電動機として同期機10を用い、系統
1と同期機10との間に電力変換器17を用いた場合であ
る。この電力変換器への位相指令との突合せのため位相
検出器11を設けている。
本発明の可変速揚水システムによれば、他のポンプの
影響により逆流特性に近づく場合でも、ガイドベーン開
度信号と、ポンプにかかる圧力からの揚程信号と、回転
速度信号の3つの要素からポンプの逆流領域接近状態を
演算し、この接近状態に応じてポンプの回転速度を上げ
るようにしているので、自己のポンプ運転状態を逆流特
性から確実な安全領域を確保しつつ、ポンプの回転速度
を変化させて高速に逆流特性を回避することが出来ると
いう効果が得られる。
影響により逆流特性に近づく場合でも、ガイドベーン開
度信号と、ポンプにかかる圧力からの揚程信号と、回転
速度信号の3つの要素からポンプの逆流領域接近状態を
演算し、この接近状態に応じてポンプの回転速度を上げ
るようにしているので、自己のポンプ運転状態を逆流特
性から確実な安全領域を確保しつつ、ポンプの回転速度
を変化させて高速に逆流特性を回避することが出来ると
いう効果が得られる。
第1図は本発明可変速揚水システムの一実施例を示す制
御回路図、第2図は本発明を巻線形誘導電動機を使つた
可変速揚水システムに適用した場合の例、第3図,第4
図はハンプ特性の説明図、第5図はハンプ特性を示すH
−Qグラフ、第6図は案内羽根開度とハンプ特性の関係
グラフ、第7図は回転速度とハンプ特性の関係を示すグ
ラフ、第8図は第1図の本発明の実施例を説明するため
のグラフ、第9図は本発明を使つた別のタイプの可変速
揚水システムの例図である。 25……案内羽根。
御回路図、第2図は本発明を巻線形誘導電動機を使つた
可変速揚水システムに適用した場合の例、第3図,第4
図はハンプ特性の説明図、第5図はハンプ特性を示すH
−Qグラフ、第6図は案内羽根開度とハンプ特性の関係
グラフ、第7図は回転速度とハンプ特性の関係を示すグ
ラフ、第8図は第1図の本発明の実施例を説明するため
のグラフ、第9図は本発明を使つた別のタイプの可変速
揚水システムの例図である。 25……案内羽根。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 博人 大阪府大阪市北区中之島3丁目3番22号 関西電力株式会社内 (56)参考文献 特開 昭61−175271(JP,A)
Claims (2)
- 【請求項1】上流側又は下流側にある複数分岐管路と、
該複数分岐管路のうちの一つの分岐管路と接続され、回
転速度制御手段により回転速度制御されるポンプと、他
の分岐管路に接続される少なくとも一つの他の水力機械
と、前記ポンプのガイドベーン開度を検出するガイドベ
ーン開度検出手段と、前記ポンプの回転速度を検出する
回転速度検出手段と、前記ポンプにかかる圧力から揚程
を検出する揚程検出手段と、前記ガイドベーン開度検出
手段からのガイドベーン開度信号と、前記揚程検出手段
からの揚程信号と、前記回転速度検出手段からの回転速
度信号とを入力して、前記ポンプの逆流領域接近状態を
演算する演算手段を備え、該演算手段は前記ポンプの運
転状態が逆流域に接近したと判断された時に、前記回転
速度制御手段に前記ポンプの回転速度を上げる制御信号
を出力することを特徴とする可変速揚水システム。 - 【請求項2】特許請求の範囲第1項の可変速揚水システ
ムにおいて、 前記ポンプにかかる圧力として、前記ポンプの出口水圧
を検出することを特徴とする可変速揚水システム。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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-
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