JP2753239B2 - 可変速発電プラント - Google Patents
可変速発電プラント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〕
本発明は可変速発電プラントに係り、特に上流側又は
下流側管路を他の水車と共有する構成を備えた可変速発
電プラントに関する。 〔従来の技術〕 特公61−170330号では発電機に巻線形誘導発電機を用
いた場合に好適な可変速発電システムの基本構成の一例
が開示されている。 但しこの公知例では駆動機であるポンプ水車（又は水
車）がＳ字特性を有する場合の問題点と対策について一
切言及していない。 特開59−72998号では矢張り発電機に巻線形誘導発電
機を用いた場合でかつ、ポンプ水車（又は水車）がＳ字
特性を有する場合の一制御方法について開示している。 この公知例ではポンプ水車の運転点がＳ字特性領域に
突入しないようにするためには案内羽根開度適正化制御
を誘導発電機による回転速度適正化制御に優先させるべ
しとしている。 即ち発電機に与えられる出力指令に応じて発電機出力
を制御する一方で、案内羽根開度をできるだけ急速に変
化後の出力に見合つた開度へと導くこと、回転速度適正
化制御はその後ゆつくり行うというものである。 但し乍ら実際には案内羽根開度制御速度はポンプ水車
の上下流の水路に異常な水撃現象を生じさせないように
するために制限せざるをえず、とても発電機出力制御の
応答速度レベルまで上げることは無理である。 かといつて発電機出力制御の応答速度を抑えることは
該可変速発電システムの電力系統への貢献度を犠牲にす
ることに他ならず真に好ましくない。そしてその結果と
して回転速度は過渡的に大きく変動するものと考えるの
が妥当である。即ちこの公知例では負荷増大時には回転
速度が下がり、負荷減少時には回転速度が上昇すること
になる。今負荷変化前のポンプ水車の運転点（例えば
N1）がＳ字特性領域の近くにあつたとすると負荷増大時
には回転速度低下を伴つて運転点はＳ字特性領域から遠
のく方向に動くので問題ないが逆に負荷減少時には回転
速度上昇を伴つてより接近することになり場合によつて
はＳ字特性領域への突入もありうる。 一度Ｓ字特性に突入すると水量流量と共に水車トルク
が急速にかつ大巾に低下し回転速度は急速に低下しこの
時点でこの可変速発電装置の運転継続は事実上不可とな
る。 更に上述の運転点のＳ字特性領域へと突入はＮの過渡
的変化のみで起きる訳ではない点に注意を要する。何ら
かの理由でＨが低下した時にも は増大するからである。 特に、ポンプ水車の上流又は下流管路を他の水車又は
ポンプ水車と共有している場合には他の水車やポンプ水
車で起きる水撃が該共有管路を介して伝播されてくるの
で例え自号機のみ完璧な制御をしたとしても他号機によ
つて上述の問題が生ずるポテンシヤルがある。 特開昭61−164080号では可変速発電装置を電力系統に
並入する時回転速度をその時の有効落差Ｈの下で許容し
うる最小値に設定しＳ字特性の影響を受けずに安定に並
入する方法が提案されている。但し電力系統に並入され
た後で有効なＳ字特性突入回避方法については一切触れ
ていない。特に可変速発電装置では定速機（同期発電装
置）と違つて回転速度Ｎは電力系統の周波数ｆとは全く
関係がないこと、従って電力系統からの同期化力を期待
することはできないことに注目すべきである。 即ち回転速度Ｎの制御は並入後も並入前と同様該可変
速度発電システム自身で満足なものにしなければならな
い。 この点で特開昭61−164080号は不備である。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は上述の従来技術の欠点を排除し、管路を共有
する他の水車から、水撃の影響を受けても、運転点がＳ
字特性領域に接近しすぎないようにする可変速発電プラ
ントを提供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は前述した問題点を解決するために、上流側又
は下流側にある複数分岐管路と、該複数分岐管のうちの
一つの分岐管と接続され、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車と、該他の水車の運転状態を変化
させる時は、前記回転速度制御手段により前記ポンプの
回転速度を下げるように補正制御する回転速度補正制御
手段を備えるようにしたものである。 〔作用〕 管路を共有する他の水車の運転状態の変化による影
響、即ち水撃による当の可変速揚水プラントの有効落能
Ｈが低下しても、可変速発電プラント回転数が低下する
ことにより、他の水車の影響による 上昇を相殺することが可能になる。 〔実施例〕 以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。第１図
は本発明の実施例を示す。１は誘導機でその回転子に直
結された水車２によつて回転駆動されると共に誘導機１
の２次巻線1bには周波数変換器を備えた２次励磁制御装
置３により誘導機１の回転速度に応じて所定の位相に調
整された交流励磁電流が供給され、誘導機１の１次巻線
1aからは交流系統４と等しい周波数の交流出力が出力さ
れる様に可変速運転が行なわれる。５は水車特性関数発
生器で、外部からの発電出力指令Poと水位信号Ｈとから
適正案内羽根開度指令Yaと適正回転速度指令Naを発生す
る。水位変動が小さい場合は水位信号Ｈを省略すること
も出来る。16は回転速度制御装置で適正回転指令Naと回
転速度検出器６で検出される回転速度信号Ｎを比較して
案内羽根開度補正信号ΔＹを出力し、水車特性関数発生
器５からの適正案内羽根開度指令Yaは前記案内羽根開度
補正信号ΔＹに加算器21で付勢されて案内羽根駆動装置
10に入力され案内羽根11の開度がこれに応じて調整させ
水車出力PTが制御される構成をとつている。 ７はスリツプ位相検出器で前記交流系統４の電圧位相
と電気角で表わした前記誘導機２次側回転位相の差に等
しいスリツプ位相SPを検出する。スリツプ位相検出器７
の一構成例を説明する。スリツプ位相検出器の回転子は
誘導機１の１次巻線1aと並列に接続された３相巻線が設
けられ、スリツプ位相検出器７の固定子側には電気角で
π/2だけ異なる位置にホールコンバータがそれぞれ１個
設けられていて誘導機１の２次側から見た交流系統４の
電圧位相が一致した信号が該ホールコンバータより検出
され、スリツプ位相SPに変換される。 発電出力指令Poと前記スリツプ位相検出器７のスリツ
プ位相信号SPは２次励磁装置３に入力され有効電力検出
器９で検出される誘導機１の出力検出信号Ｐが発電出力
指令Poに等しくなる様に誘導機１の２次側巻線1bに供給
する交流励磁電流を制御する。具体的には特公昭57−60
645号で提案されている制御方法などが適用できる。 第２図は回転速度制御装置16の一実施例を示す。17は
比較器で回転速度偏差ΔＮを出力する。この回転速度偏
差ΔＮは18の比較要素K1と19の積分要素（K2/S）に入力
され、これらの出力は加算器20により案内羽根開度補正
信号ΔＹとなる。外部からの発電出力指令Poは前記水車
特性関数発生器５に入力されると共に２次励磁制御装置
３への発電出力指令として入力される。 この様に構成された本実施例の制御装置において、い
ま時点t0で例えば発電出力Ｐをステツプ状に上昇させよ
うとして発電出力指令Poを第３図（ａ）に示す様にステ
ツプ状に上昇させると、誘導機１の発電出力Ｐは第３図
（ｇ）に示すように発電出力指令Poの変化に追従して上
昇する。一方、発電出力指令Poが与えられた後発電出力
Ｐの応答よりも案内羽根11の開度Ｙの応答は遅い。この
ため、発電出力Ｐよりも水車出力PTの方が小さくなり回
転速度Ｎは発電出力指令Po急変後一時的に減速され、そ
の後時点t1で発電出力Ｐと水車出力PTが等しくなり回転
速度Ｎは極小となる。なおこの時点t1では速度偏差ΔＮ
は正なので案内羽根開度補正信号ΔＹは正で、案内羽根
開度Ｙは適正案内弁開度指令Yaよりも更に上昇する。従
つて水車出力PTは発電出力Ｐよりも大きくなり、回転速
度Ｎは第５図（ｆ）の様に上昇し始める。そして回転速
度Ｎの上昇と共に適正回転速度指令Naとの偏差が小さく
なり、案内羽根開度補正信号ΔＹの減少と共に水車出力
PTが減少し、回転速度Ｎの加速度は減少する。 第１図の実施例を用いると定常状態における速度偏差
ΔＮは積分要素19により零になる。一方、水車特性関数
発生器５からの適正案内羽根開度指令Yaと案内羽根開度
Ｙの偏差は水車特性関数発生器５内に記憶された水車特
性と水車２の現実の特性の誤差に対応するもので水車特
性関数の精度を上昇させる事により殆ど零にする事が可
能である。従つて、定常時の案内羽根開度偏差（Ya−
Ｙ）のみを積分要素19が発生すれば良い事になる。 以上を式を使つて再度説明する。二次励磁装置３には
ＰをPoに合せるために積分要素等が組込まれており、定
常時は Ｐ＝Po …… 16回転制御装置に組込まれた積分要素により定常時は Ｎ＝Na …… 又、10案内羽根駆動装置により定常時は Ｙ＝Ya＋ΔＹ …… 又定常時は水車出力PTと発電機出力Ｐが同じになり、 Ｐ＝PT＝ｆ（H,Y,N） …… 更に適正案内羽根開度指令Yaは元々その時の水位ＨとＮ
＝Naの下でPoに相当するよう与えている値であるので、 Po＝ｆ（H,Ya,Na） …… 以上総合すると定常時はＹ＝Ya即ちΔＹ＝０になる。 制動効果のある比例要素18の利得K1を大きくして積分
要素19の利得K2を相対的に小さくしてできるだけ案内羽
根開度の応答速度を速くする。他方で第３図（ｅ），
（ｆ）の如く水車出力PTと回転速度Ｎを振動させずに整
定する。 さてここでポンプ水車のＳ字特性につき若干説明した
い。 一般的に、ポンプ水車、特に高揚程ポンプ水車のラン
ナーその他の機器は、ポンプ運転時に高揚程を得る為
に、充分なる遠心ポンプ作用を発揮するべく設計され
る。 しかしながら、この設計は、ポンプ水車の水車運転に
悪影響を与える。特に後述のＳ字特性と呼ばれる特性を
伴うことが必至と考えられている。この設計に採用され
るポンプ水車の特性を、所定案内羽根開度の下における
単位落差当り回転数（N1）と単位落差当り流量（Q1）と
の関係を表わす特性曲線により示した場合、この特性曲
線は、水車運転領域において、N1の値の増加に伴つてQ1
の値が減少する第１の部分と、N1の値の減少に伴つてQ1
の値が減少する第２の部分とを有する。説明の便宜上、
本明細書においては、前記第２の部分を、Ｓ字特性部分
と称する。更に、Ｓ字特性部分におけるポンプ水車の特
性を、以後、Ｓ字特性と称する。Ｓ字特性部分における
水車運転にあつては、単位落差当りトルク（T1）もま
た、単位落差当り回転数（N1）の減少に伴い、減少す
る。 通常は、ポンプ水車の水車運転は、上記第１の部分に
おいて行われる。しかしながら、急激な負荷減少等によ
り、単位落差当りの回転数（N1）が急激に大きく増大す
る場合は、ポンプ水車は、Ｓ字特性部分に突入する可能
性がある。 そして一度Ｓ字特性に突入すれば可変速機の運転継続
は事実上不可能となる。 水車運転領域においてＳ字特性を有するポンプ水車の
特性を、第４図Ａおよび第４図Ｂに示す。第４図Ａにお
いては、ポンプ水車の特性が、案内羽根開度をパラメー
ターにとり、単位落差当りの回転数（N1）と単位落差当
りの流量（Q1）との関係として示されている。一方、第
４図Ｂにおいては、ポンプ水車の特性が、同じパラメー
ターにより、単位落差当りの回転数（N1）と単位落差当
りのトルク（T1）との関係として示されている。N1,Q1
およびT1は次の式により表現される。 T1＝T/H 上式において、符号N,Q,HおよびＴは、それぞれ、ポ
ンプ水車の回転数、流量、有効落差およびトルクを示
す。 特性曲線１および１′は、所定の比較的大きな案内羽
根開度の下で得られる。特性曲線２および２′は、それ
よりも小さな案内羽根開度の下で得られる。特性曲線３
および３′は更にそれよりも小さい案内羽根開度の下で
得られる。 特性曲線１のａ−ｄ−ｈ部分においては、Q1の値は、
N1の減少に伴い減少する。上述の様に、この曲線部分ａ
−ｄ−ｈを、本明細書においては、Ｓ字特性部分と称す
る。同様に、曲線部分ｂ−ｅ−ｉは、特性曲線２のＳ字
特性部分であり、曲線部分ｃ−ｆ−ｊは、特性曲線３の
Ｓ字特性部分である。一見で明らかなようにＳ字特性領
域は案内羽根開度が大きくなればなる程高N1側にずれ
る。 第４図Ａにおけると同様に、第４図Ｂにおいても、曲
線部分ａ′−ｄ′−ｈ′,b′−ｅ′−ｉ′およびｃ′−
ｆ′−ｊ′は、それぞれ特性曲線１′,2′および３′の
Ｓ字特性部分である。 第４図Ｂは、第４図Ａと密接な関係がある。例えば、
第４図Ａの曲線３上のQ1＝Q1x,N1＝N1xを満たす点ｘ
は、第１図Ｂの曲線３′上の点ｘ′に対応している。点
ｘ′は、T1＝T1x′,N1＝N1x′（＝N1x）を満たす点であ
る。同様に、第１図Ａにおける点a,b,c,d,e,f,h,iおよ
びｊはそれぞれ第４図Ｂにおける点ａ′,b′,c′,d′,
e′,f′,h′,i′およびｊ′に対応している。 曲線nrは、無負荷流量曲線である。曲線1,2,3と曲線n
rとの交点α，β，γは、それぞれ、曲線１′,2′,3′
と直線T1＝０との交点α′，β′，γ′に対応してい
る。 ここで再び第１図に戻る。 上流又は下流側管路を共有する他の水力機械が水車モ
ードで起動されたり、出力急増操作されると共有管路を
介してその水撃が伝播されてくるので当の可変速揚水発
電プラントの有効落差Ｈが低下する。そして運転N1が急
上昇しＳ字特性に急接近しようとする。そこで該水力機
械の起動や、出力急増操作に先立つて、又は同時に、当
の可変速揚水発電プラントのポンプ水車回転数を下げる
補正制御を行う。即ち第１図のΔNaをt11の時点で一時
的に入力する。即ち適正回転速度指令Naを（Na−ΔNa）
に補正する。 この時の総合回転速度指令（Na−ΔNa）、案内羽根開
度Ｙ、水車出力PT、回転速度Ｎ他の応答の様子を第５図
に示す。 t12の時点になれば、発電機からの発電出力Ｐは元の
値を保持したままＮを（Na−ΔNa）に補正完了できる。 管路を共有する他号機の水車モード起動や出力増加操
作はt12の時点になつてから行うか、それより前に当の
可変速機のＮが下降している時に行つてもよい。 そしてt13の時点に至り、他号水力機械の急開操作が
終了してから、又は共有管路内の水撃が充分静まつてか
ら上記ΔNaによる補正制御を解除し、Ｎを元の適正指令
Naに戻す。 上述では誘導機の二次側に周波数変換器を設けた二次
励磁方式の可変速揚水発電プラントにつき説明したが、
一次励磁方式即ち発電機の一次側に周波数変換器を置い
たタイプの可変速揚水発電プラントにも適用可能であ
る。 〔発明の効果〕 本発明の可変速発電プラントによれば、管路を共有す
る他の水車からの水撃干渉にもかかわらず自機の水車の
Ｓ字特性落ち込みを確実に回避することが可能になる。 更に、当の可変速発電プラントの回転数の変動範囲や
水位の変動範囲を広くとれる（広くとってもＳ字特性落
ち込みの危険性がなくなる）等の効果も得られる。
下流側管路を他の水車と共有する構成を備えた可変速発
電プラントに関する。 〔従来の技術〕 特公61−170330号では発電機に巻線形誘導発電機を用
いた場合に好適な可変速発電システムの基本構成の一例
が開示されている。 但しこの公知例では駆動機であるポンプ水車（又は水
車）がＳ字特性を有する場合の問題点と対策について一
切言及していない。 特開59−72998号では矢張り発電機に巻線形誘導発電
機を用いた場合でかつ、ポンプ水車（又は水車）がＳ字
特性を有する場合の一制御方法について開示している。 この公知例ではポンプ水車の運転点がＳ字特性領域に
突入しないようにするためには案内羽根開度適正化制御
を誘導発電機による回転速度適正化制御に優先させるべ
しとしている。 即ち発電機に与えられる出力指令に応じて発電機出力
を制御する一方で、案内羽根開度をできるだけ急速に変
化後の出力に見合つた開度へと導くこと、回転速度適正
化制御はその後ゆつくり行うというものである。 但し乍ら実際には案内羽根開度制御速度はポンプ水車
の上下流の水路に異常な水撃現象を生じさせないように
するために制限せざるをえず、とても発電機出力制御の
応答速度レベルまで上げることは無理である。 かといつて発電機出力制御の応答速度を抑えることは
該可変速発電システムの電力系統への貢献度を犠牲にす
ることに他ならず真に好ましくない。そしてその結果と
して回転速度は過渡的に大きく変動するものと考えるの
が妥当である。即ちこの公知例では負荷増大時には回転
速度が下がり、負荷減少時には回転速度が上昇すること
になる。今負荷変化前のポンプ水車の運転点（例えば
N1）がＳ字特性領域の近くにあつたとすると負荷増大時
には回転速度低下を伴つて運転点はＳ字特性領域から遠
のく方向に動くので問題ないが逆に負荷減少時には回転
速度上昇を伴つてより接近することになり場合によつて
はＳ字特性領域への突入もありうる。 一度Ｓ字特性に突入すると水量流量と共に水車トルク
が急速にかつ大巾に低下し回転速度は急速に低下しこの
時点でこの可変速発電装置の運転継続は事実上不可とな
る。 更に上述の運転点のＳ字特性領域へと突入はＮの過渡
的変化のみで起きる訳ではない点に注意を要する。何ら
かの理由でＨが低下した時にも は増大するからである。 特に、ポンプ水車の上流又は下流管路を他の水車又は
ポンプ水車と共有している場合には他の水車やポンプ水
車で起きる水撃が該共有管路を介して伝播されてくるの
で例え自号機のみ完璧な制御をしたとしても他号機によ
つて上述の問題が生ずるポテンシヤルがある。 特開昭61−164080号では可変速発電装置を電力系統に
並入する時回転速度をその時の有効落差Ｈの下で許容し
うる最小値に設定しＳ字特性の影響を受けずに安定に並
入する方法が提案されている。但し電力系統に並入され
た後で有効なＳ字特性突入回避方法については一切触れ
ていない。特に可変速発電装置では定速機（同期発電装
置）と違つて回転速度Ｎは電力系統の周波数ｆとは全く
関係がないこと、従って電力系統からの同期化力を期待
することはできないことに注目すべきである。 即ち回転速度Ｎの制御は並入後も並入前と同様該可変
速度発電システム自身で満足なものにしなければならな
い。 この点で特開昭61−164080号は不備である。 〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は上述の従来技術の欠点を排除し、管路を共有
する他の水車から、水撃の影響を受けても、運転点がＳ
字特性領域に接近しすぎないようにする可変速発電プラ
ントを提供することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は前述した問題点を解決するために、上流側又
は下流側にある複数分岐管路と、該複数分岐管のうちの
一つの分岐管と接続され、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車と、該他の水車の運転状態を変化
させる時は、前記回転速度制御手段により前記ポンプの
回転速度を下げるように補正制御する回転速度補正制御
手段を備えるようにしたものである。 〔作用〕 管路を共有する他の水車の運転状態の変化による影
響、即ち水撃による当の可変速揚水プラントの有効落能
Ｈが低下しても、可変速発電プラント回転数が低下する
ことにより、他の水車の影響による 上昇を相殺することが可能になる。 〔実施例〕 以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。第１図
は本発明の実施例を示す。１は誘導機でその回転子に直
結された水車２によつて回転駆動されると共に誘導機１
の２次巻線1bには周波数変換器を備えた２次励磁制御装
置３により誘導機１の回転速度に応じて所定の位相に調
整された交流励磁電流が供給され、誘導機１の１次巻線
1aからは交流系統４と等しい周波数の交流出力が出力さ
れる様に可変速運転が行なわれる。５は水車特性関数発
生器で、外部からの発電出力指令Poと水位信号Ｈとから
適正案内羽根開度指令Yaと適正回転速度指令Naを発生す
る。水位変動が小さい場合は水位信号Ｈを省略すること
も出来る。16は回転速度制御装置で適正回転指令Naと回
転速度検出器６で検出される回転速度信号Ｎを比較して
案内羽根開度補正信号ΔＹを出力し、水車特性関数発生
器５からの適正案内羽根開度指令Yaは前記案内羽根開度
補正信号ΔＹに加算器21で付勢されて案内羽根駆動装置
10に入力され案内羽根11の開度がこれに応じて調整させ
水車出力PTが制御される構成をとつている。 ７はスリツプ位相検出器で前記交流系統４の電圧位相
と電気角で表わした前記誘導機２次側回転位相の差に等
しいスリツプ位相SPを検出する。スリツプ位相検出器７
の一構成例を説明する。スリツプ位相検出器の回転子は
誘導機１の１次巻線1aと並列に接続された３相巻線が設
けられ、スリツプ位相検出器７の固定子側には電気角で
π/2だけ異なる位置にホールコンバータがそれぞれ１個
設けられていて誘導機１の２次側から見た交流系統４の
電圧位相が一致した信号が該ホールコンバータより検出
され、スリツプ位相SPに変換される。 発電出力指令Poと前記スリツプ位相検出器７のスリツ
プ位相信号SPは２次励磁装置３に入力され有効電力検出
器９で検出される誘導機１の出力検出信号Ｐが発電出力
指令Poに等しくなる様に誘導機１の２次側巻線1bに供給
する交流励磁電流を制御する。具体的には特公昭57−60
645号で提案されている制御方法などが適用できる。 第２図は回転速度制御装置16の一実施例を示す。17は
比較器で回転速度偏差ΔＮを出力する。この回転速度偏
差ΔＮは18の比較要素K1と19の積分要素（K2/S）に入力
され、これらの出力は加算器20により案内羽根開度補正
信号ΔＹとなる。外部からの発電出力指令Poは前記水車
特性関数発生器５に入力されると共に２次励磁制御装置
３への発電出力指令として入力される。 この様に構成された本実施例の制御装置において、い
ま時点t0で例えば発電出力Ｐをステツプ状に上昇させよ
うとして発電出力指令Poを第３図（ａ）に示す様にステ
ツプ状に上昇させると、誘導機１の発電出力Ｐは第３図
（ｇ）に示すように発電出力指令Poの変化に追従して上
昇する。一方、発電出力指令Poが与えられた後発電出力
Ｐの応答よりも案内羽根11の開度Ｙの応答は遅い。この
ため、発電出力Ｐよりも水車出力PTの方が小さくなり回
転速度Ｎは発電出力指令Po急変後一時的に減速され、そ
の後時点t1で発電出力Ｐと水車出力PTが等しくなり回転
速度Ｎは極小となる。なおこの時点t1では速度偏差ΔＮ
は正なので案内羽根開度補正信号ΔＹは正で、案内羽根
開度Ｙは適正案内弁開度指令Yaよりも更に上昇する。従
つて水車出力PTは発電出力Ｐよりも大きくなり、回転速
度Ｎは第５図（ｆ）の様に上昇し始める。そして回転速
度Ｎの上昇と共に適正回転速度指令Naとの偏差が小さく
なり、案内羽根開度補正信号ΔＹの減少と共に水車出力
PTが減少し、回転速度Ｎの加速度は減少する。 第１図の実施例を用いると定常状態における速度偏差
ΔＮは積分要素19により零になる。一方、水車特性関数
発生器５からの適正案内羽根開度指令Yaと案内羽根開度
Ｙの偏差は水車特性関数発生器５内に記憶された水車特
性と水車２の現実の特性の誤差に対応するもので水車特
性関数の精度を上昇させる事により殆ど零にする事が可
能である。従つて、定常時の案内羽根開度偏差（Ya−
Ｙ）のみを積分要素19が発生すれば良い事になる。 以上を式を使つて再度説明する。二次励磁装置３には
ＰをPoに合せるために積分要素等が組込まれており、定
常時は Ｐ＝Po …… 16回転制御装置に組込まれた積分要素により定常時は Ｎ＝Na …… 又、10案内羽根駆動装置により定常時は Ｙ＝Ya＋ΔＹ …… 又定常時は水車出力PTと発電機出力Ｐが同じになり、 Ｐ＝PT＝ｆ（H,Y,N） …… 更に適正案内羽根開度指令Yaは元々その時の水位ＨとＮ
＝Naの下でPoに相当するよう与えている値であるので、 Po＝ｆ（H,Ya,Na） …… 以上総合すると定常時はＹ＝Ya即ちΔＹ＝０になる。 制動効果のある比例要素18の利得K1を大きくして積分
要素19の利得K2を相対的に小さくしてできるだけ案内羽
根開度の応答速度を速くする。他方で第３図（ｅ），
（ｆ）の如く水車出力PTと回転速度Ｎを振動させずに整
定する。 さてここでポンプ水車のＳ字特性につき若干説明した
い。 一般的に、ポンプ水車、特に高揚程ポンプ水車のラン
ナーその他の機器は、ポンプ運転時に高揚程を得る為
に、充分なる遠心ポンプ作用を発揮するべく設計され
る。 しかしながら、この設計は、ポンプ水車の水車運転に
悪影響を与える。特に後述のＳ字特性と呼ばれる特性を
伴うことが必至と考えられている。この設計に採用され
るポンプ水車の特性を、所定案内羽根開度の下における
単位落差当り回転数（N1）と単位落差当り流量（Q1）と
の関係を表わす特性曲線により示した場合、この特性曲
線は、水車運転領域において、N1の値の増加に伴つてQ1
の値が減少する第１の部分と、N1の値の減少に伴つてQ1
の値が減少する第２の部分とを有する。説明の便宜上、
本明細書においては、前記第２の部分を、Ｓ字特性部分
と称する。更に、Ｓ字特性部分におけるポンプ水車の特
性を、以後、Ｓ字特性と称する。Ｓ字特性部分における
水車運転にあつては、単位落差当りトルク（T1）もま
た、単位落差当り回転数（N1）の減少に伴い、減少す
る。 通常は、ポンプ水車の水車運転は、上記第１の部分に
おいて行われる。しかしながら、急激な負荷減少等によ
り、単位落差当りの回転数（N1）が急激に大きく増大す
る場合は、ポンプ水車は、Ｓ字特性部分に突入する可能
性がある。 そして一度Ｓ字特性に突入すれば可変速機の運転継続
は事実上不可能となる。 水車運転領域においてＳ字特性を有するポンプ水車の
特性を、第４図Ａおよび第４図Ｂに示す。第４図Ａにお
いては、ポンプ水車の特性が、案内羽根開度をパラメー
ターにとり、単位落差当りの回転数（N1）と単位落差当
りの流量（Q1）との関係として示されている。一方、第
４図Ｂにおいては、ポンプ水車の特性が、同じパラメー
ターにより、単位落差当りの回転数（N1）と単位落差当
りのトルク（T1）との関係として示されている。N1,Q1
およびT1は次の式により表現される。 T1＝T/H 上式において、符号N,Q,HおよびＴは、それぞれ、ポ
ンプ水車の回転数、流量、有効落差およびトルクを示
す。 特性曲線１および１′は、所定の比較的大きな案内羽
根開度の下で得られる。特性曲線２および２′は、それ
よりも小さな案内羽根開度の下で得られる。特性曲線３
および３′は更にそれよりも小さい案内羽根開度の下で
得られる。 特性曲線１のａ−ｄ−ｈ部分においては、Q1の値は、
N1の減少に伴い減少する。上述の様に、この曲線部分ａ
−ｄ−ｈを、本明細書においては、Ｓ字特性部分と称す
る。同様に、曲線部分ｂ−ｅ−ｉは、特性曲線２のＳ字
特性部分であり、曲線部分ｃ−ｆ−ｊは、特性曲線３の
Ｓ字特性部分である。一見で明らかなようにＳ字特性領
域は案内羽根開度が大きくなればなる程高N1側にずれ
る。 第４図Ａにおけると同様に、第４図Ｂにおいても、曲
線部分ａ′−ｄ′−ｈ′,b′−ｅ′−ｉ′およびｃ′−
ｆ′−ｊ′は、それぞれ特性曲線１′,2′および３′の
Ｓ字特性部分である。 第４図Ｂは、第４図Ａと密接な関係がある。例えば、
第４図Ａの曲線３上のQ1＝Q1x,N1＝N1xを満たす点ｘ
は、第１図Ｂの曲線３′上の点ｘ′に対応している。点
ｘ′は、T1＝T1x′,N1＝N1x′（＝N1x）を満たす点であ
る。同様に、第１図Ａにおける点a,b,c,d,e,f,h,iおよ
びｊはそれぞれ第４図Ｂにおける点ａ′,b′,c′,d′,
e′,f′,h′,i′およびｊ′に対応している。 曲線nrは、無負荷流量曲線である。曲線1,2,3と曲線n
rとの交点α，β，γは、それぞれ、曲線１′,2′,3′
と直線T1＝０との交点α′，β′，γ′に対応してい
る。 ここで再び第１図に戻る。 上流又は下流側管路を共有する他の水力機械が水車モ
ードで起動されたり、出力急増操作されると共有管路を
介してその水撃が伝播されてくるので当の可変速揚水発
電プラントの有効落差Ｈが低下する。そして運転N1が急
上昇しＳ字特性に急接近しようとする。そこで該水力機
械の起動や、出力急増操作に先立つて、又は同時に、当
の可変速揚水発電プラントのポンプ水車回転数を下げる
補正制御を行う。即ち第１図のΔNaをt11の時点で一時
的に入力する。即ち適正回転速度指令Naを（Na−ΔNa）
に補正する。 この時の総合回転速度指令（Na−ΔNa）、案内羽根開
度Ｙ、水車出力PT、回転速度Ｎ他の応答の様子を第５図
に示す。 t12の時点になれば、発電機からの発電出力Ｐは元の
値を保持したままＮを（Na−ΔNa）に補正完了できる。 管路を共有する他号機の水車モード起動や出力増加操
作はt12の時点になつてから行うか、それより前に当の
可変速機のＮが下降している時に行つてもよい。 そしてt13の時点に至り、他号水力機械の急開操作が
終了してから、又は共有管路内の水撃が充分静まつてか
ら上記ΔNaによる補正制御を解除し、Ｎを元の適正指令
Naに戻す。 上述では誘導機の二次側に周波数変換器を設けた二次
励磁方式の可変速揚水発電プラントにつき説明したが、
一次励磁方式即ち発電機の一次側に周波数変換器を置い
たタイプの可変速揚水発電プラントにも適用可能であ
る。 〔発明の効果〕 本発明の可変速発電プラントによれば、管路を共有す
る他の水車からの水撃干渉にもかかわらず自機の水車の
Ｓ字特性落ち込みを確実に回避することが可能になる。 更に、当の可変速発電プラントの回転数の変動範囲や
水位の変動範囲を広くとれる（広くとってもＳ字特性落
ち込みの危険性がなくなる）等の効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図、第２図は
第１図の一部を成す回転速度制御装置の一実施例に係る
ブロツク図、第３図（ａ）〜（ｇ）は第１図の制御装置
の各状態量の変動を説明する波形図、第４図ＡはＳ字特
性を有するポンプ水車の流量特性（N1対Q1）グラフ、第
４図Ｂは同じくトルク特性（N1対T1）グラフを示す。又
第５図（ａ）〜（ｇ）は第１図の制御装置の特に本発明
のＮ補正時の各部波形グラフを示す。
第１図の一部を成す回転速度制御装置の一実施例に係る
ブロツク図、第３図（ａ）〜（ｇ）は第１図の制御装置
の各状態量の変動を説明する波形図、第４図ＡはＳ字特
性を有するポンプ水車の流量特性（N1対Q1）グラフ、第
４図Ｂは同じくトルク特性（N1対T1）グラフを示す。又
第５図（ａ）〜（ｇ）は第１図の制御装置の特に本発明
のＮ補正時の各部波形グラフを示す。
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(56)参考文献 特開 昭59−72998（ＪＰ，Ａ)
特開 昭47−16831（ＪＰ，Ａ)
特開 昭52−59245（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．上流側又は下流側にある複数分岐管路と、該複数分
岐管のうちの一つの分岐管と接続され、回転速度制御手
段により回転速度制御される水車と、他の分岐管に接続
される少なくとも一つの他の水車と、該他のポンプの運
転状態を変化させる時は、前記回転速度制御手段により
前記ポンプの回転速度を下げるように補正制御する回転
速度補正制御手段を備えたことを特徴とする可変速揚水
プラント。 ２．特許請求の範囲第１項の可変速揚水プラントにおい
て、前記回転速度補正制御手段は前記他の水車が起動す
る時、または出力を急増させる時より前に、前記ポンプ
の回転速度を下げるように制御することを特徴とする可
変速揚水プラント。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62318851A JP2753239B2 (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | 可変速発電プラント |
| EP88112625A EP0303170B1 (en) | 1987-08-14 | 1988-08-03 | Control system for a variable speed hydro-power plant apparatus |
| DE3855290T DE3855290T2 (de) | 1987-08-14 | 1988-08-03 | Kontrollsystem für eine Hydrokraftanlage mit veränderlicher Geschwindigkeit |
| KR1019880010177A KR920007517B1 (ko) | 1987-08-14 | 1988-08-10 | 가변속 양수발전 플랜트에 대한 제어 시스템 |
| US07/230,434 US4920277A (en) | 1987-08-14 | 1988-08-10 | Control system for a variable speed hydro-power plant apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62318851A JP2753239B2 (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | 可変速発電プラント |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01163476A JPH01163476A (ja) | 1989-06-27 |
| JP2753239B2 true JP2753239B2 (ja) | 1998-05-18 |
Family
ID=18103664
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62318851A Expired - Lifetime JP2753239B2 (ja) | 1987-08-14 | 1987-12-18 | 可変速発電プラント |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2753239B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110397548B (zh) * | 2019-06-25 | 2020-12-01 | 武汉大学 | 一种双馈式变速抽水蓄能机组的多模型预测控制方法 |
| CN113757030B (zh) * | 2021-09-10 | 2022-11-25 | 昆明理工大学 | 一种混流式水轮机变速运行的转速及流量寻优方法和系统 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5259245A (en) * | 1975-11-08 | 1977-05-16 | Hitachi Ltd | Operational control system of water wheel and pump water wheel at bran ch conduit type power plant |
| JPS5972998A (ja) * | 1982-10-20 | 1984-04-25 | Hitachi Ltd | 可変速水車発電機の運転装置 |
-
1987
- 1987-12-18 JP JP62318851A patent/JP2753239B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01163476A (ja) | 1989-06-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |