JP2731147B2 - 水力発電設備の制御装置 - Google Patents

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、変速運転の可能な水車とそれに連結された
発電機とを有する水力発電設備を制御する水力発電設備
の制御装置に関する。 （従来の技術） 一般に水力発電設備においては、電圧系統の安定化調
整のために発電所の出力を出力指令に基づき時間と共に
変動させるような運転を行う場合がある。このような運
転方式は、AFC（自動周波数制御）運転と呼ばれ、同期
発電機を接続して一定回転速度で運転される水車を有す
る従来の発電設備の場合は、出力指令に基づき水車のガ
イドベーン開度を調整することによって実施されてき
た。 第８図はかかる従来の水力発電設備の制御装置を説明
するためのタイムチャートである。同図（ａ）は負荷変
動、（ｂ）はガイドベーン開度、（ｃ）は水圧鉄管内の
水圧、（ｄ）は主発電機の回転速度をそれぞれ示すもの
である。 同図に示すように、負荷が変動すると主発電機の回転
速度を一定に保つためにガイドベーン開度が変わる。と
ころが、負荷変動周期ｆが短くて負荷変動幅ΔＰが大き
い場合、ガイドベーンの開閉速度が速いと、水車流量の
変化に伴う水撃作用で、管路系のサージングを誘発した
り水車の入口側の鉄管水圧に過大な圧力変動を発生した
りする恐れがある。このため、一定の回転速度で運転さ
れる水車においては、目標出力が高速で変化する高速AF
C運転はほとんど不可能であった。 これに対して、最近の傾向として、同期発電機の代り
に巻線型誘導発電機を用いた、変速運転の可能な水力発
電設備が採用されるようになってきている。このような
変速運転の可能な水車においては、巻線型誘導発電機の
励磁量を調整することにより、ガイドベーン開度を変え
ることなしに発電機出力を高速で変化させることができ
る。この場合、ガイドベーン開度が変わらないため、先
に述べたような水撃作用による管路系の問題が無くな
り、したがって高速AFC運転が可能となる。 ところが、こうした高速運転の可能な水力発電設備に
おいても巻線型誘導発電機の励磁量の調整だけで高速AF
C運転を行う場合には種々の問題が発生する。 この点を第９図のタイムチャートに従って説明する。
同図（ａ）は目標発電機出力P^*を、同図（ｂ）は発電機
出力P_gを、同図（ｃ）はガイドベーン実開度ａを、同図
（ｄ）は水車回転速度Ｎを、同図（ｅ）は発電機トルク
M_gおよび水車トルクM_tをそれぞれ示すものである。 まず、時刻t₀で目標発電機出力P^*が値P₀ ^*から値P₁ ^*に
ステップ状に増大した場合の水車および発電機の応答を
考えてみる。励磁量の調整は瞬間的に行われるため、発
電機出力P_gはP₀から、直ちに目標値に一致するように変
化する。その結果、発電機トルクM_gと水車トルクM_tは、
時刻t₀以降はM_t＜M_gとなるため、水車回転速度Ｎは低下
する。つまり、回転速度が変化しても、可変速制御水力
発電設備ではサイリスタ式周波数変換装置（以下、サイ
リスタコンバータという）で発電機出力を系統の一定周
波数に変換するため問題が生ずることはない。 ただし、サイリスタコンバータで変換できる周波数
は、サイリスタの容量によって上限並びに下限があるた
め、あまり大きな出力変動あがると回転速度の変化がそ
の上限または下限を超えてしまい、励磁量の制御だけで
は応答できなくなってしまい、ガイドベーン開度も調整
する必要がでてくる。 第９図の例では、時刻t₁で水車回転速度Ｎがサイリス
タで変換できる下限回転速度に近付いたため、すなわ
ち、Ｎ＜N₁となったため、これを条件にガイドベーンに
開度増大指令が送出され、時刻t₁以降ガイドベーン実開
度ａが増加する。 その結果、水車トルクM_tが急激に増加し、時刻t₂でM_t
＞M_gとなるため、水車回転速度Ｎは再び上昇する。とこ
ろが、こうした状態になるとガイドベーン開度を変化さ
せなければならなくなってしまい、管路系が長い場合は
可変速運転の水車といえども従来の回転速度一定の水車
と同様に水車流量の変化に伴う水撃作用により管路系の
サージングを誘発したり水車入口側の鉄管水圧に過大な
変動を生じたりする恐れがある。 以上の応答過程を水車の特性上で見てみると第10図の
特性図に示すようになる。つまり、点X₀、X_t、X₁で結ぶ
太い線が時刻t₀から時刻t₁、t₂に至る水車の運転点の軌
跡を示す。なお、曲線a₁，a₂，a₃，a₄はガイドベーン実
開度ａが各々a₁，a₂，a₃，a₄の時の水車回転速度Ｎと水
車出力P_tの関係を示すものである。また、破線η₁，
η₂，η₃，η₄は各々等効率曲線である。一方、曲線k₀
は各ガイドベーン開度における最高効率点を結んだもの
である。 同図からも明らかなように、時刻t₀からt₁までは図示
のようにガイドベーン開度一定で水車回転速度Ｎが低下
する。水車回転速度Ｎの低下により水車出力P_tも増加す
るが、これは第９図において水車トルクM_tの増加で示さ
れている。 第９図において時刻t₁で水車回転速度ＮがＮ＜N₁とな
る運転点は、第10図では点X_tに相当する。また、第９図
において、時刻t₂以降で、発電機出力P_g、ガイドベーン
開度ａ、水車の回転速度Ｎが時間の経過に対して最終的
に変化しなくなった状態は第10図の点X₁に相当するが、
この点は、第10図において各ガイドベーン開度の最も効
率の高くなる点を結んだ曲線k₀からは、かなりかけ離れ
た位置になってしまう。この場合の最終的な水車出力は
P₁となり、かつ水車効率が最も高くなるようにするため
には、最終的な運転点はガイドベーン開度をa₄として曲
線k₀上の点X_kにならなればならない。 このように、第９図のタイムチャートに示されている
目標発電機出力P^*の急激な変化に対して単に発電機の励
磁量を変えて発電機出力P_gを調整するという制御方法で
は最終的に定常状態となった運転点（第10図の点X₁）は
そのときのガイドベーン開度におけるポンプ水車の最高
効率点（第10図の点X_k）からかけ離れた点となってしま
う。 一方、特開昭59−72998号公報に示されているよう
に、目標発電機出力P^*の変化に対してガイドベーン実開
度ａと水車回転速度Ｎの両方を変化させ、運転点が常に
曲線k₀上に来るように制御することもできる。すなわ
ち、第10図の点X₀から効率の高い運転点X_kを直接目指す
こともできる。ところが、この方法によれば、発電機励
磁量の調整をいかに速く行ったとしても、ガイドベーン
実開度ａが変化するまで発電機出力P_gが変化しないた
め、目標発電機出力P^*に対する発電機出力P_gの追従性は
ガイドベーン実開度ａの変化スピードに依存することに
なる。したがって、この場合も従来の定速運転の水車と
同様に、水車が変速運転できるとしても、急激な目標発
電機出力P^*の変化要求に対しては管路系の問題があり追
従性が悪い。 （発明が解決しようとする問題点） 以上述べたように、発電機出力P_gを時間と共に変化さ
せるAFC運転において、定速運転される水車では管路系
の水撃作用を考慮して急激なガイドベーン開度の変化を
制限されるため、目標発電機出力P^*の変化スピードが速
い高速AFC運転には追従させることができない。 一方、変速運転される水車では巻線型誘導発電機の励
磁量を調整すれば水車のガイドベーン開度を変えなくて
も発電機出力P_gを高速で変化させることができるため、
高速AFC運転が可能である。ところが、変速運転される
発電機においても、変速運転の可能な回転速度の幅はサ
イリスタコンバータの容量で制限されるため、あまり大
きな幅の目標発電機出力P^*の変動に対しては回転速度の
変化が運転可能範囲から外れてしまい、励磁量の変化だ
けでは目標発電機出力P^*の変化に対応できなくなってし
まう。このような場合は、ガイドベーン実開度ａを変え
て出力を調整する必要が出てくるが、この場合は定速運
転される水車の場合と同様に、管路系の水撃作用の問題
から高速AFC運転に適応させることができなくなってし
まう。つまり、変速運転される水車は目標発電機出力P^*
に対してガイドベーン実開度ａと水車回転速度Ｎの両者
を変化させ、その時の発電機出力P_gに対して最も効率が
良くなるような運転点を選択して運転することができる
が、前述のように、目標発電機出力P^*の変化に対してた
だ単に励磁量を変えるだけでは運転点が最高効率点から
外れてしまう。 水車回転速度Ｎとガイドベーン実開度ａの両者を制御
すれば、目標出力がどのように変化しても、運転点を常
にそのガイドベーン開度における最高効率点にセットす
ることができる。ところが、この場合の出力の変化スピ
ードはガイドベーンの変化スピードと等しくなるため、
やはり一定の回転速度で運転される水車と同様に高速AF
C運転には対応できなくなる。 したがって本発明の目的は、上記従来技術の問題点を
解消し、変速運転される水車と発電機を有する水力発電
設備において、発電機出力を高速で変化させる高速AFC
運転を可能にすると共に、与えられた運転落差や目標発
電機出力に対してガイドベーン開度と水車の回転速度を
調整して水車効率が最高になるような高効率運転を可能
とする水力発電設備の制御装置を提供することにある。 より詳細には、本発明の目的は、目標発電機出力が急
激に変化した場合、変速運転が可能な発電機の特徴を活
かして素早く発電機出力を目標出力に一致させるが、時
間が経過した後には、そのときの水車出力に対して最も
水車効率が高くなるガイドベーン開度と回転速度になる
ように水車を制御する制御装置を提供することにある。 〔発明の構成〕 （問題点を解決するための手段） 本発明の水力発電設備の制御装置は、発電機の目標出
力P^*と水車の運転落差Ｈとから水車のガイドベーン目標
開度a^*を算出する第１の演算手段と、この第１の演算手
段によって算出されたガイドベーン目標開度a^*に基づい
て予め定められた時定数で水車のガイドベーン実開度ａ
を制御する第１の制御手段と、水車の運転落差Ｈとガイ
ドベーン実開度ａとに基づいて最適目標水車回転速度N^*
を算出する第２の演算手段と、この第２の演算手段によ
って算出された最適目標水車回転速度N^*と水車実回転速
度Ｎを突き合わせて速度偏差ΔＮ＝N^*−Ｎを算出する第
３の演算手段と、発電機の目標出力P^*と実際の発電機出
力P_gとを突き合わせて出力偏差ΔＰ＝P^*−P_gを算出する
第４の演算手段と、ガイドベーン目標開度a^*とガイドベ
ーン実開度ａとの間の差を開度偏差Δａとして算出する
第５の演算手段と、この第５の演算手段によって算出さ
れた開度偏差Δａが予め定められた判定値Δa₀を超えた
ときは第４の演算手段によって算出された出力偏差ΔＰ
を出力し、また開度偏差Δａが判定値Δa₀以内のときは
第３の演算手段によって算出された速度偏差ΔＮを出力
する切換手段と、この切換手段から選択的に出力される
速度偏差ΔＮまた出力偏差ΔＰを零にするように発電機
を制御する第２の制御手段とを具備したことを特徴とす
る。 （作用） 本発明の水力発電設備の制御装置は、ガイドベーン目
標開度a^*とガイドベーン実開度ａとの差である開度偏差
Δａに応じて速度偏差ΔＮまたは出力偏差ΔＰを選択的
に制御することにより、目標出力の緩慢な変化に対して
は目標出力P^*に追従するだけでなく、その出力で最も効
率が高くなるような制御を実施する。また、目標出力の
急激な変化に対して変速運転可能な発電機の特徴を活か
して素早く目標出力に追従するような制御を実施する。 すなわち、目標出力P^*の緩慢な変化に対しては開度偏
差Δａが判定値Δa₀以内になるため、出力偏差ΔＰによ
る制御よりも速く度偏差ΔＮによる制御が優先され、結
果として水車の出力はガイドベーンの開閉により目標値
に調整される。他方、水車の回転速度Ｎはそのときのガ
イドベーン開度と落差に対応する最も効率の高い回転速
度に調整される。また目標出力P^*の急激な変化に対して
は開度偏差Δａが判定値Δa₀を越えるため、速度偏差Δ
Ｎによる制御よりも出力偏差ΔＰによる制御が優先さ
れ、結果として水車の出力はガイドベーンの開閉によっ
てではなく、回転速度の変化により目標出力に追従する
ように調整される。 （実施例） 以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明す
る。 第１図は本発明の一実施例に係る水力発電設備の制御
装置のブロック図である。同図において示すように発電
機１は巻線型誘導機からなっており、水車２と直結され
ている。水車２に流れ込む水の流量はガイドベーン３に
よって調節することができる。変速装置４は後述の速度
偏差ΔＮまたは出力偏差ΔＰが零になるように発電機１
の励磁量を調節し、発電機出力P_gまたは回転速度Ｎを制
御する。AFC運転においては、その時の水車の運転落差
Ｈと目標発電機出力P^*から開度設定器５によって予め求
められている水車の特性より、最適と思われるガイドベ
ーン開度をガイドベーン目標開度a^*として求める。ガイ
ドベーン制御器６は水車の実際のガイドベーン開度、つ
まりガイドベーン実開度ａがガイドベーン目標開度a^*に
一致するように水車のガイドベーン３に制御する。ただ
し、急激なガイドベーン実開度ａの変化は水撃作用によ
り管路系の過大な圧力変動、サージング等を誘発するた
め、ガイドベーン制御器６は適宜時定数を持つ一次遅れ
系として、ガイドベーン目標開度a^*がいかに急激に変化
してもガイドベーン実開度ａは所定の変化率以上にはな
らないように制御する。ガイドベーン実開度ａと運転落
差Ｈは速度設定器７にも入力され、予め求められている
水車の特性より最適と思われる目標水車回転速度N^*が算
出される。ガイドベーン目標開度a^*とガイドベーン実開
度ａとの差すなわち開度偏差Δａ＝a^*−ａと予め定めら
れた判定値Δa₀とを開度差判定器８が比較し、その比較
信号ＭによりΔａ≧Δa₀のときは切換器９を接点Ａ側に
切換え、Δａ＜Δa₀のときは切換器９を接点Ｂ側に切換
える。なお、ここで開度差判定器８の判定値Δa₀は零で
はないが、100％ガイドベーン開度の２〜５％程度の小
さな値とする。切換器９の接点Ｂには、目標水車回転速
度N^*と実際の水車回転速度Ｎとの差、すなわち速度偏差
ΔＮ＝N^*−Ｎが入力され、接点Ａには、目標発電機出力
P^*と実際の発電機出力Ｐとの差、すなわち出力偏差ΔＰ
＝P^*−Ｐが入力される。切換器９の可動子は変速装置４
に導かれている。したがって、Δａ＜Δa₀のときは切換
器９は接点Ｂ側に切換えられ、変速装置４を介してΔＮ
＝０となるように発電機１が制御される。また、Δａ≧
Δa₀のときは切換器９は接点Ａ側に切換えられ、変速装
置４を介してΔＰ＝０となるように発電機１が制御され
る。 第１図の装置において、目標発電機出力P^*が時刻t₀に
おいてP^*からP₁ ^*に変化した場合の応答を第２図のタイ
ムチャートに示す。同図（ａ）は目標発電機出力P^*を、
同図（ｂ）は水車出力P_t並びに発電機出力P_gを、同図
（ｃ）はガイドベーン目標開度a^*並びにガイドベーン実
開度ａを、同図（ｄ）は切換器９の接点位置を、同図
（ｅ）は目標水車回転速度N^*並びに水車回転速度Ｎを、
同図（ｆ）は水車トルクM_t並びに発電機トルクM_gをそれ
ぞれ示すものである。 今、時刻t₀で目標発電機出力P^*が同図（ａ）示すよう
にステップ状に変化すると目標発電機出力P^*が入力され
ている開度設定器５の出力、つまりガイドベーン目標開
度a^*も同図（ｃ）に破線で示すように瞬間的に変化す
る。ところが、ガイドベーン目標開度a^*とガイドベーン
実開度ａとの間にはガイドベーン制御器６が介在されて
おり、ガイドベーン目標開度a^*の急激な変化が緩和され
るため、ガイドベーン実開度ａは同図（ｃ）に実線で示
すように徐々にしか変化しない。時刻t₀以前ではａ＝a^*
すなわちΔａ＝０であるため切換器９の接点Ｂ側である
が、時刻t₀以降ではガイドベーン目標開度a^*とガイドベ
ーン実開度ａの間に差が発生してΔａ≧Δa₀となり切換
器９の接点に示されるように時刻t₀の少し後にＡ側に切
換わる。切換器９の接点がＡ側に切換わると、可変速装
置４には目標発電機出力P^*と実際の発電機出力P_gとの差
すなわち出力偏差ΔＰが入力され、これを零とするよう
に発電機１の励磁量が制御される。巻線型誘導発電機と
サイリスタコンバータの応答性は非常に速いため、発電
機１の出力、つまり発電機出力P_gは同図（ｂ）に示すよ
うにほぼ瞬間的に変化する。一方、ガイドベーン３の開
度すなわちガイドベーン実開度ａは同図（ｃ）に示すよ
うに時刻t₀から徐々に増大するため、水車出力P_tも同図
（ｂ）に示すように徐々に変化する。この場合、水車ト
ルクM_tと発電機トルクM_gはそれぞれ同図（ｆ）に示すよ
うに変化し、時刻t₀からt₁の間にはM_t＜M_gのため、水車
回転速度Ｎは同図（ｅ）に示すように低下する。このよ
うに、水車回転速度Ｎが低下し、併せてガイドベーン実
開度ａが大きくなると、水車トルクM_tの増加し、時刻t₁
では発電機トルクM_gを上回るようになるため、時刻t₁以
降は水車回転速度Ｎは増加する。ガイドベーン実開度ａ
がさらに増加し、時刻t₂でガイドベーン目標開度a^*との
差すなわち開度偏差Δａが判定値Δa₀を下回ると、開度
差判定器８が動作して切換器９の接点がＢ側に切換わ
る。その結果、以降の制御は水車回転速度Ｎが目標水車
回転速度N^*と一致するように発電機１の回転速度が制御
され、時刻t₃で最終的な目標状態、すなわち発電機出力
P_g＝P₁ ^*、水車回転速度Ｎ＝N₁となる。 以上の制御過程における水車の運転点の変化を第３図
の特性図に示す。同図は従来技術の説明に用いた第10図
の特性図に対応するものである。ここで、第３図の運転
点X₀は時刻t₀における運転点に相当する。時刻t₁で速度
Ｎが最低となる運転点は点X₁である。時刻t₃における最
終的な運転点は点X₁である。なお、運転点の軌跡を二点
鎖線で示す。このように、本実施例における制御装置に
よれば、目標出力の急激な変化に即応できるだけでな
く、最終的には水車の運転点を最高効率となる運転点、
つまり線k₀上に持って行くことができる。 第４図は目標発電機出力P^*の比較的緩慢な変化に対す
る応答を示すタイムチャート、第５図は目標発電機出力
P^*の比較的急激な変化に対する応答を示すタイムチャー
トである。各図において、（ａ）は目標発電機出力P
^*を、（ｂ）は発電機出力P_gを、（ｃ）はガイドベーン
目標開度a^*並びにガイドベーン実開度ａを、（ｄ）は切
換器９の切換位置を、（ｅ）は目標水車回転速度N^*並び
に水車回転速度Ｎをそれぞれ示すものである。 第４図は目標発電機出力P^*の緩慢な変化に対する応答
を示すものである。この場合、目標発電機出力P^*の変化
が緩慢であるためガイドベーン目標開度a^*とガイドベー
ン実開度ａとの差すなわち開度偏差はほとんどない。そ
の結果、第１図の切換器９の接点は常に接点Ｂ側である
ため発電機１の励磁量の調整は目標水車回転速度N^*と実
際の水車回転速度Ｎとの差すなわち速度偏差ΔＮを零に
するように制御するため、水車回転速度Ｎはその時の運
転点が第３図の線k₀で示される特性で推移する。つま
り、この場合、水車回転速度Ｎは各出力において最高効
率状態になるように、ごくわずかに調整されるだけであ
る。なお、発電機出力P_gの調整は主としてガイドベーン
開度の変化のみで行われる。 一方、第５図の場合は目標発電機出力P^*の急速な変化
に対する応答を示すものである。この場合、目標発電機
出力P^*の変化が大きく速いため、ガイドベーン目標開度
a^*とガイドベーン実開度ａとの差が大きくなり、Δａ≧
Δa₀となる。その結果、開度差判定器８を介して切換器
９が接点Ａ側に切換わる。ガイドベーン目標開度a^*は周
期的に変化するため、ある瞬間では第５図（ｃ）に示さ
れているように目標開度a^*と実開度ａの特性線が交差す
る。すなわち、ガイドベーン目標開度a^*＝ガイドベーン
実開度ａとなる点が周期的に現れるため、その瞬間は切
換器９は接点Ｂ側に切換えられるが、それ以外は接点Ａ
側にあって、目標発電機出力P^*と発電機出力P_gの差すな
わち出力偏差ΔＰの値に応じて発電機１の励磁量が調整
される。その結果、目標発電機出力P^*の変化が速く大き
いにもかかわらず、実際の発電機出力P_gを図示のように
ほぼ目標発電機出力P^*に追従させることができる。その
結果、発電機トルクM_gと水車トルクM_tとの間に差が発生
するため、その不平衡トルクに応じて水車回転速度Ｎは
図示のように変化する。一方、ガイドベーン実開度ａ
は、ガイドベーン目標開度a^*が図示のように大きく変化
するにもかかわらず、その変化はガイドベーン制御器６
で緩和されるため、その動きはそれ程大きくない。この
ため、発電機出力P_gの変化が大きく早いにもかかわら
ず、ガイドベーン実開度ａの変化は少ないため、管路系
の圧力変動やサージングを問題とならないレベルに抑制
することができる。 このように、本実施例によれば、可変速制御水力発電
設備において、緩慢なAFC運転の要求に対しては高効率
の運転、高速のAFC運転の要求に対しては速い応答性の
運転が可能となる。 第６図は本発明の他の実施例に係る水力発電設備の制
御装置のブロック図である。同図構成の第１図の構成と
異なる点は、切換器９で変速装置４に入力される信号を
選択する代わりに、第１のゲイン可変増幅器10および第
２のゲイン可変増幅器11を介して変速装置４に制御信号
を与えていることである。同図において、第１のゲイン
可変増幅器10および第２のゲイン可変増幅器11はガイド
ベーン目標開度a^*とガイドベーン実開度ａ間の開度偏差
Δａによってゲインを変える作用を有し、第１のゲイン
可変増幅器10は目標発電機出力P^*と発電機出力P_g間の出
力偏差ΔＰに開度差Δａに応じたゲインG₁を乗じてG₁・
ΔＰとして送出し、第２のゲイン可変増幅器11は目標水
車回転速度N^*と水車回転速度Ｎ間の速度偏差ΔＮに開度
差Δａに応じたゲインG₂を乗じてG₂・ΔＮとして送出す
る。ここで、第１のゲイン可変増幅器10のゲインG₁並び
に第２のゲイン可変増幅器11のゲインG₂をそれぞれ第７
図に示すように設定することにより、実質的に第１図の
切換器９に相当する機能を実現することができる。 第７図に示すように、｜Δa|＜｜Δa₀｜の範囲では第
１のゲイン可変増幅器10のゲインG₁をほぼ零とし、｜Δ
a|≧｜Δa₀｜の範囲では第２のゲイン可変増幅器11ゲイ
ンG₂をほぼ零としている。その結果、変速装置４に入力
される信号は｜Δa|＜｜Δa₀｜の範囲では速度偏差ΔＮ
となり、｜Δa|≧｜Δa₀｜の範囲では出力偏差ΔＰとな
る。 なお、第1,第２のゲイン可変増幅器10,11のゲイン
G₁，G₂は第７図の特性に限定されるものではなく、例え
ば“0"と“1"の間の変化を緩やかなものとしてもよく、
またゲインの設定範囲を“1.0"以上にとるようにしても
よい。 上記各実施例においては、目標発電機出力P^*と発電機
出力P_g間の出力偏差ΔＰを変速装置４に入力するに際し
て、ガイドベーン目標開度a^*とガイドベーン実開度ａ間
の開度偏差Δａの間に応じて切換器９または第１のゲイ
ン可変増幅器10によって調整しているが、第２図に示す
ように、出力偏差ΔＰの値は目標出力P^*が急激に変化し
た時のみ大きな値になり、他の場合はほとんど零に近
い。このため、出力偏差ΔＰが常に変速装置４に入力さ
れていても、第２図に示した各状態量の変化はそれ程変
らない。したがって、制御系の簡略化のために、切換器
９または第１のゲイン可変増幅器10を省略してもほぼ同
様の効果を得ることができる。 〔発明の効果〕 本発明によれば変速制御される水力発電設備におい
て、発電機出力を高速で変化させる高速AFC運転を可能
にすると共に、与えられた運転落差や目標発電機出力に
対して水車効率が最も高くなるようにガイドベーン開度
と水車回転速度を調整することにより、高効率運転を可
能とした水力発電設備の制御装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例に係る水力発電設備の制御装
置のブロック図、第２図は第１図の装置の動作を説明す
るためのタイムチャート、第３図は第１図の装置におけ
る動作特性を説明するための動作特性図、第４図、第５
図は第１図の装置において目標発電機出力の変化が緩慢
な場合と急激な場合の動作を説明するためのタイムチャ
ート、第６図は本発明の他の実施例に係る水力発電設備
の制御装置のブロック図、第７図（ａ），（ｂ）は第６
図の装置における第１および第２のゲイン可変増幅器の
ゲイン特性図、第８図は従来の水力発電設備の制御概念
を説明するためのタイムチャート、第９図は従来の水力
発電設備の高速AFC運転の概念を説明するためのタイム
チャート、第10図は従来の水力発電設備の高速AFC運転
の運転特性を説明するための運転特性図である。 １…発電機、２…水車、３…ガイドベーン、４…変速装
置、５…開度設定器、６…ガイドベーン制御器、７…回
転速度設定器、８…開度差判定器、９…切換器、10,11
…ゲイン可変増幅器。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．回転速度を予め定められた範囲内で任意の値に設定
   できる水車に発電機を連結してなる水力発電設備を制御
   する水力発電設備の制御装置において、 前記発電機の目標出力P^*と前記水車の運転落差Ｈとから
   前記水車のガイドベーン目標開度a^*を算出する第１の演
   算手段と、この第１の演算手段によって算出されたガイ
   ドベーン目標開度a^*に基づいて予め定められた時定数で
   前記水車のガイドベーン実開度ａを制御する第１の制御
   手段と、前記水車の運転落差Ｈとガイドベーン実開度ａ
   とに基づいて最適目標水車回転速度N^*を算出する第２の
   演算手段と、この第２の演算手段によって算出された最
   適目標水車回転速度N^*および水車実回転速度Ｎを突き合
   わせて速度偏差ΔＮを算出する第３の演算手段と、前記
   発電機の目標出力P^*および実際の発電機出力P_gを突き合
   わせて出力偏差ΔＰを算出する第４の演算手段と、ガイ
   ドベーン目標開度a^*およびガイドベーン実開度ａの間の
   差を開度偏差として算出する第５の演算手段と、この第
   ５の演算手段によって算出された開度偏差Δａが予め定
   められた判定値Δa₀を超えたときは前記第４の演算手段
   によって算出された出力偏差ΔＰを出力し、また開度偏
   差Δａが判定値Δa₀以内のときは前記第３の演算手段に
   よって算出された速度偏差ΔＮを出力する切換手段と、
   この切換手段から選択的に出力される速度偏差ΔＮまた
   は出力偏差ΔＰを零にするように前記発電機を制御する
   第２の制御手段とを備えたことを特徴とする水力発電設
   備の制御装置。 ２．特許請求の範囲第１項記載の制御装置において、前
   記第５の演算手段によって算出された開度偏差Δａに基
   づいて前記第２の制御手段の制御ゲインを設定する手段
   を備えたことを特徴とする水力発電設備の制御装置。