JP3139773B2 - 可変速水力機械の運転制御方法 - Google Patents
可変速水力機械の運転制御方法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
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- Y02E10/20—Hydro energy
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は可変速水力機械の運転制
御方法に係り、特に揚水運転時の入力調整範囲をランナ
の二次流れによる過大振動発生領域よりさらに小さい入
力範囲まで安定した運転制御を可能とした可変速水力機
械の運転制御方法に関する。
御方法に係り、特に揚水運転時の入力調整範囲をランナ
の二次流れによる過大振動発生領域よりさらに小さい入
力範囲まで安定した運転制御を可能とした可変速水力機
械の運転制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】可変速形水力機械の揚水運転時の制御方
法としては、ガイドベーン開度と回転速度とを制御して
逆流を回避するようにした方法（特願昭６０−１４９１
８）、制御の優先性を検討した例（特開昭５９−２０３
８８３、特開昭６０−１２８８８６、特開昭６２−２５
５５８１、特開平１−２４４１７１）、高効率運転を可
能にした例（特開昭４８−２１０４５、特開昭５７−１
１３９７１、特開昭５８−１８５９５、特開平１−２６
８４９９）等がある。ところで、可変速ポンプ水車の揚
水運転時に、揚水量が減少すると、ランナ内に二次流れ
が発生し振動が増大することが知られおり、これを回避
するために、過大振動領域の手前までの範囲内のみでポ
ンプ入力調整制御運転を行う設計がなされており、それ
より小さい流量の範囲つまりポンプ入力の小さい領域で
のポンプ運転は行われていない。
法としては、ガイドベーン開度と回転速度とを制御して
逆流を回避するようにした方法（特願昭６０−１４９１
８）、制御の優先性を検討した例（特開昭５９−２０３
８８３、特開昭６０−１２８８８６、特開昭６２−２５
５５８１、特開平１−２４４１７１）、高効率運転を可
能にした例（特開昭４８−２１０４５、特開昭５７−１
１３９７１、特開昭５８−１８５９５、特開平１−２６
８４９９）等がある。ところで、可変速ポンプ水車の揚
水運転時に、揚水量が減少すると、ランナ内に二次流れ
が発生し振動が増大することが知られおり、これを回避
するために、過大振動領域の手前までの範囲内のみでポ
ンプ入力調整制御運転を行う設計がなされており、それ
より小さい流量の範囲つまりポンプ入力の小さい領域で
のポンプ運転は行われていない。
【０００３】このようにポンプの入力調整範囲は上記二
次流れ発生点手前までの運転となるために入力調整幅は
必然的に制限された相対的に狭い範囲内のものとなって
いる。落差が増大して流量を減少させて二次流れ領域に
到達したら回転速度Ｎを落差Ｈの１／２乗分の比率だけ
増大して、二次流れ領域を回避する制御方法が提案され
ている（特願昭６０−１４９１８）。しかしながら、こ
の運転方法は、落差のみのパラメータで回転速度を増大
させており、かつ、この回転速度の増大により入力Ｐも
増大することになる。例えば可変速運転で入力減少制御
を行う場合においては、この領域近傍に入った直後に回
転速度が増大するために、入力Ｐは再び増大することに
なる。このために再度入力を減少制御すると二次流れ領
域に再突入することになる。この提案の方式では、二次
流れ領域を通過してさらに小さい入力の領域まで運転制
御することは現実には不可能である。このように、可変
速水力機械の揚水運転に際し、二次流れ領域よりもさら
に小さい入力の領域まで安定して入力調整制御運転がで
きる運転方法は提案されていない。
次流れ発生点手前までの運転となるために入力調整幅は
必然的に制限された相対的に狭い範囲内のものとなって
いる。落差が増大して流量を減少させて二次流れ領域に
到達したら回転速度Ｎを落差Ｈの１／２乗分の比率だけ
増大して、二次流れ領域を回避する制御方法が提案され
ている（特願昭６０−１４９１８）。しかしながら、こ
の運転方法は、落差のみのパラメータで回転速度を増大
させており、かつ、この回転速度の増大により入力Ｐも
増大することになる。例えば可変速運転で入力減少制御
を行う場合においては、この領域近傍に入った直後に回
転速度が増大するために、入力Ｐは再び増大することに
なる。このために再度入力を減少制御すると二次流れ領
域に再突入することになる。この提案の方式では、二次
流れ領域を通過してさらに小さい入力の領域まで運転制
御することは現実には不可能である。このように、可変
速水力機械の揚水運転に際し、二次流れ領域よりもさら
に小さい入力の領域まで安定して入力調整制御運転がで
きる運転方法は提案されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、可
変速水力機械の揚水運転制御において、特に二次流れに
よる過大振動領域よりさらに入力の小さい領域まで過大
振動を伴なうことなく、実用上安定して運転ができる入
力調整制御運転方法を提供することにある。
変速水力機械の揚水運転制御において、特に二次流れに
よる過大振動領域よりさらに入力の小さい領域まで過大
振動を伴なうことなく、実用上安定して運転ができる入
力調整制御運転方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の可変速水力機械
の揚水運転制御方法は、上池と下池の水位差Ｈを水位検
出装置によって検出し、予め入力してある任にの落差Ｈ
ｉ時の入力Ｐに対する回転速度Ｎとガイドベーン開度Ａ
の運転関数上において、二次流れによる過大振動領域突
入前の回転速度Ｎとガイドベーン開度Ａあるいはその内
のいずれか一方の値をＮｉ1 ，Ａｉ1 として入力してお
く。入力減少制御運転において、このＮｉ1 とＡｉ1 あ
るいはこの内のいずれか一方の設定値に到達した後、ガ
イドベーン開度Ａを急速に減少させると共に、入力の増
大を伴わない範囲内で回転速度Ｎを増大させることによ
り、二次流れによる過大振動領域を入力減少制御のまま
通過させる。この過大振動領域のみを極くわずかの入力
変化で素早く通過させるために、この領域のみを回転速
度増速率を変化させることもできる。また、二次流れに
よる上記過大振動領域通過後は再度回転速度Ｎを減速し
て入力減少制御を行うこともできる。また、この過大振
動領域通過後の回転速度減速制御に際し、ガイドベーン
開度をそれまでの減少制御から増大制御に切り替えても
良い。
の揚水運転制御方法は、上池と下池の水位差Ｈを水位検
出装置によって検出し、予め入力してある任にの落差Ｈ
ｉ時の入力Ｐに対する回転速度Ｎとガイドベーン開度Ａ
の運転関数上において、二次流れによる過大振動領域突
入前の回転速度Ｎとガイドベーン開度Ａあるいはその内
のいずれか一方の値をＮｉ1 ，Ａｉ1 として入力してお
く。入力減少制御運転において、このＮｉ1 とＡｉ1 あ
るいはこの内のいずれか一方の設定値に到達した後、ガ
イドベーン開度Ａを急速に減少させると共に、入力の増
大を伴わない範囲内で回転速度Ｎを増大させることによ
り、二次流れによる過大振動領域を入力減少制御のまま
通過させる。この過大振動領域のみを極くわずかの入力
変化で素早く通過させるために、この領域のみを回転速
度増速率を変化させることもできる。また、二次流れに
よる上記過大振動領域通過後は再度回転速度Ｎを減速し
て入力減少制御を行うこともできる。また、この過大振
動領域通過後の回転速度減速制御に際し、ガイドベーン
開度をそれまでの減少制御から増大制御に切り替えても
良い。
【０００６】
【作用】このように、本発明によれば、二次流れによる
振動過大領域をわずかの入力変化のみで通過させること
になり、一方、運転領域がこの二次流れによる振動過大
領域に入り込んだとしても、過大振動発生までには時間
的ずれ（実機の実測によれば３〜１０秒程度）があるた
め、最低３秒間のずれ時間以内に振動過大領域を通過さ
せることができれば過大振動を回避できることになる。
ガイドベーン開度開閉速度を大きくみて、１００％６０
秒と仮定すると、時間的ずれの３秒間はガイドベーン開
度上では５％の開度に相当し、一方自動周波数調整運転
時入力変化率を大きくみて１００％入力１００秒と仮定
すると、プラント入力上では３秒間の時間的ずれは入力
変化幅にして定格最大入力の３％に相当する。本発明で
は、プラント入力Ｐを一定に保持したままガイドベーン
開度Ａを急激に減少させることにより、振動過大領域を
ガイドベーン開度上でその開度の５％以内でかつ入力変
化幅が最大定格入力の３％以内で通過させることができ
る。つまり、過大振動が発生するまでに振動過大領域を
速やかに通過できるので、過大振動を伴なうことなくさ
らに入力の小さい領域までを含めた広い範囲での安定し
た揚水運転が可能となる。
振動過大領域をわずかの入力変化のみで通過させること
になり、一方、運転領域がこの二次流れによる振動過大
領域に入り込んだとしても、過大振動発生までには時間
的ずれ（実機の実測によれば３〜１０秒程度）があるた
め、最低３秒間のずれ時間以内に振動過大領域を通過さ
せることができれば過大振動を回避できることになる。
ガイドベーン開度開閉速度を大きくみて、１００％６０
秒と仮定すると、時間的ずれの３秒間はガイドベーン開
度上では５％の開度に相当し、一方自動周波数調整運転
時入力変化率を大きくみて１００％入力１００秒と仮定
すると、プラント入力上では３秒間の時間的ずれは入力
変化幅にして定格最大入力の３％に相当する。本発明で
は、プラント入力Ｐを一定に保持したままガイドベーン
開度Ａを急激に減少させることにより、振動過大領域を
ガイドベーン開度上でその開度の５％以内でかつ入力変
化幅が最大定格入力の３％以内で通過させることができ
る。つまり、過大振動が発生するまでに振動過大領域を
速やかに通過できるので、過大振動を伴なうことなくさ
らに入力の小さい領域までを含めた広い範囲での安定し
た揚水運転が可能となる。
【０００７】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は本発明は適用されるフランシス形ポンプ水
車及びこれに直結された発電電動機を示している。ラン
ナ１の外周流路には流量調整用の複数個のガイドベーン
２が円形翼列状に配置され、これらガイドベ−ン２は、
ガイドベーン操作機構３を介して、ガイドベーン制御装
置４によって開閉制御される。ランナ１は主軸５を介し
て発電電動機６に直結され、この発電電動機６は上ダム
と下ダムの水位差検出装置７及び可変速制御装置８によ
ってその落差における指定入力に対応した回転速度Ｎ及
びガイドベーン開度Ａに制御される。
する。図１は本発明は適用されるフランシス形ポンプ水
車及びこれに直結された発電電動機を示している。ラン
ナ１の外周流路には流量調整用の複数個のガイドベーン
２が円形翼列状に配置され、これらガイドベ−ン２は、
ガイドベーン操作機構３を介して、ガイドベーン制御装
置４によって開閉制御される。ランナ１は主軸５を介し
て発電電動機６に直結され、この発電電動機６は上ダム
と下ダムの水位差検出装置７及び可変速制御装置８によ
ってその落差における指定入力に対応した回転速度Ｎ及
びガイドベーン開度Ａに制御される。
【０００８】図２はこのようなポンプ水車を一定速度Ｎ
0で運転した場合の落差（揚程）Ｈと流量（揚水量）Ｑ
のガイドベーン開度Ａをパラメータとして特性例を示し
ている。従来はガイドベーン開度の曲線群Ａ1〜Ａ7によ
って形成される運転包絡線Ｂに沿って、運転落差が高く
なる程、ガイドベーン開度ＡをＡ1→Ａ2→Ａ3→Ａ4…と
絞りこむ訂正開度運転の制御が行われている。一方、揚
水量を減少させていくと、ガイドベーン開度Ａに関係な
く、ランナのポンプ運転時入口側に逆流を起こす二次流
れが発生する流量Ｑ0が存在し、この二次流れ発生領域
では機器の過大な振動を伴なうことになる。このため、
通常はこのＱ時包絡線との交点Ｃに相当する落差Ｈ0よ
り低い落差のみ運転するように計画が行われる。
0で運転した場合の落差（揚程）Ｈと流量（揚水量）Ｑ
のガイドベーン開度Ａをパラメータとして特性例を示し
ている。従来はガイドベーン開度の曲線群Ａ1〜Ａ7によ
って形成される運転包絡線Ｂに沿って、運転落差が高く
なる程、ガイドベーン開度ＡをＡ1→Ａ2→Ａ3→Ａ4…と
絞りこむ訂正開度運転の制御が行われている。一方、揚
水量を減少させていくと、ガイドベーン開度Ａに関係な
く、ランナのポンプ運転時入口側に逆流を起こす二次流
れが発生する流量Ｑ0が存在し、この二次流れ発生領域
では機器の過大な振動を伴なうことになる。このため、
通常はこのＱ時包絡線との交点Ｃに相当する落差Ｈ0よ
り低い落差のみ運転するように計画が行われる。
【０００９】図３は図２の回転速度Ｎ0 時における包絡
線上の特性を回転変化させた場合の特性を落差Ｈと入力
Ｐの関係で表わしたものである。ランナの回転を上昇さ
せると、Ｎ0 がＮ1 ，Ｎ2 カーブに変化してＣ点は
Ｃ1 ，Ｃ2 に、回転を降下させるとＮ0 がＮ-1，Ｎ-2カ
ーブに変化してＣ点はＣ-1，Ｃ-2に移動することにな
る。通常の可変速制御運転はこのＣ-1，Ｃ-2，Ｃ0 ，Ｃ
1 ，Ｃ2 線上のいわゆる逆流開始線よりも落差の低い側
のみの運転となる。したがって、可変速運転の制御範囲
は、図３に示したように、この逆流開始線と運用上の最
高落差Ｈmax 、最低落差Ｈmin 、プラントの最大入力Ｐ
max 、可変速制御装置上の最大回転速度Ｎmax と最小回
転速度Ｎmin 、あるいは図には示していないが、キャビ
テーション発生限界線等で囲まれたハッチングを施した
領域内となる。例えば、ある落差Ｈｉ上で最大入力Ｐｉ
max から最小入力Ｐｉmin まで入力調整を行う場合に
は、図４及び図５に示すように回転速度はＮｉmax から
Ｎｉminまで減速する一方、運転状態としては図２包絡
線上の落差の高い方向へ移行することになるために、ガ
イドベ−ン開度Ａは、Ａｉmax からＡｉminまで減少さ
せることになる。
線上の特性を回転変化させた場合の特性を落差Ｈと入力
Ｐの関係で表わしたものである。ランナの回転を上昇さ
せると、Ｎ0 がＮ1 ，Ｎ2 カーブに変化してＣ点は
Ｃ1 ，Ｃ2 に、回転を降下させるとＮ0 がＮ-1，Ｎ-2カ
ーブに変化してＣ点はＣ-1，Ｃ-2に移動することにな
る。通常の可変速制御運転はこのＣ-1，Ｃ-2，Ｃ0 ，Ｃ
1 ，Ｃ2 線上のいわゆる逆流開始線よりも落差の低い側
のみの運転となる。したがって、可変速運転の制御範囲
は、図３に示したように、この逆流開始線と運用上の最
高落差Ｈmax 、最低落差Ｈmin 、プラントの最大入力Ｐ
max 、可変速制御装置上の最大回転速度Ｎmax と最小回
転速度Ｎmin 、あるいは図には示していないが、キャビ
テーション発生限界線等で囲まれたハッチングを施した
領域内となる。例えば、ある落差Ｈｉ上で最大入力Ｐｉ
max から最小入力Ｐｉmin まで入力調整を行う場合に
は、図４及び図５に示すように回転速度はＮｉmax から
Ｎｉminまで減速する一方、運転状態としては図２包絡
線上の落差の高い方向へ移行することになるために、ガ
イドベ−ン開度Ａは、Ａｉmax からＡｉminまで減少さ
せることになる。
【００１０】図６二次流れによる過大振動の発生領域を
示したものであり、落差Ｈｉ時における入力Ｐとガイド
ベーン開度Ａとの関係を示した線図上に実験により求め
た過大振動の発生領域をハッチングで示している。落差
Ｈｉの時に入力を図５に示したＰｉmin よりさらに減少
させるために、図２に示した包絡線上のガイドベーン開
度曲線である図６中点線でガイドベーンを閉制御してい
った場合、図中＊印の入力範囲においては二次流れに起
因した過大振動を伴なうことになる。
示したものであり、落差Ｈｉ時における入力Ｐとガイド
ベーン開度Ａとの関係を示した線図上に実験により求め
た過大振動の発生領域をハッチングで示している。落差
Ｈｉの時に入力を図５に示したＰｉmin よりさらに減少
させるために、図２に示した包絡線上のガイドベーン開
度曲線である図６中点線でガイドベーンを閉制御してい
った場合、図中＊印の入力範囲においては二次流れに起
因した過大振動を伴なうことになる。
【００１１】この過大振動を防止するために、本発明
は、落差Ｈｉでの振動過大領域に入る前の回転速度Ｎｉ
とガイドベーン開度Ａｉ1 あるいはその内のいずれか一
方の値を予め入力しておく。そして、本発明の一実施例
によれば、回転速度およびまたはガイドベ−ン開度がそ
の設定値に達したとき、図７中に実線で示したように、
入力Ｐをほぼ一定に保持したままガイドベ−ンを急速に
絞り込み、ガイドベーン開度が予め設定した過大振動領
域を通過した後の値Ａｉ4 まで減少させる。この間に、
回転速度は、これまでの減速制御から一時的に増速制御
に切り替える。これにより図８に示すように、過大振動
領域を通過する入力Ｐとガイドベーン開度Ａの関係を極
力狭いガイドベーン開度の幅でかつ極く少ない入力減少
のみで通過させることによって、通常のＡＦＣ運転に際
しても、過大振動発生領域に入り込んだ場合の過大振動
発生までの時間ずれ（３〜１０秒程度）以内に通過する
ことになるため、実用運転上過大振動の発生を回避でき
る。図１３は本発明を実機に適用した場合の上カバーに
発生する振動データを示している。振動過大領域は、こ
の図１３で斜線で示されるように、かなり広範囲に存在
している。このように振動過大領域は広いので、プラン
ト入力Ｐを変化させながらガイドベーン開度（サーボス
トローク）を絞っていくと、不可避的に振動過大領域を
大きく横断するところとなって、過大振動を発生させて
しまうことになる。 しかるに、本発明では、図１３にお
いて実線で示すように、過大振動回避制御モードにおい
てプラント入力Ｐを一定とするルートをたどることによ
り、過大振動発生までのずれ時間以内に振動過大領域を
通過している状態が明確にわかる。すなわち、振動過大
領域に入り込んだ場合の過大振動発生までの時間のずれ
３〜１０秒は、縦軸のガイドベーン開度上では（ガイド
ベーンサーボストロークの最大値４１５mm、６０秒）、
２０．７５〜６９．１６mmに相当する。しかるに、図１
３で実線で示すように、プラント入力を一定で過大振動
領域を横切る幅はガイドベーン開度上では１３mmであ
り、この値は、前記ずれ時間最小３秒の２０．７５mmよ
りかなり小さく時間的にも１．９秒程度であり、ずれ時
間内で余裕をも って振動過大領域をすばやく通過してい
ることがわかる。しかも、プラント入力に関しては、入
力変化はほぼ０となるように横切っているから、入力上
での過大振動発生の問題はない。過大振動領域を通過し
てガイドベーン開度Ａｉ4 に到達したら再び回転速度を
減少させ、入力減少制御を行う。
は、落差Ｈｉでの振動過大領域に入る前の回転速度Ｎｉ
とガイドベーン開度Ａｉ1 あるいはその内のいずれか一
方の値を予め入力しておく。そして、本発明の一実施例
によれば、回転速度およびまたはガイドベ−ン開度がそ
の設定値に達したとき、図７中に実線で示したように、
入力Ｐをほぼ一定に保持したままガイドベ−ンを急速に
絞り込み、ガイドベーン開度が予め設定した過大振動領
域を通過した後の値Ａｉ4 まで減少させる。この間に、
回転速度は、これまでの減速制御から一時的に増速制御
に切り替える。これにより図８に示すように、過大振動
領域を通過する入力Ｐとガイドベーン開度Ａの関係を極
力狭いガイドベーン開度の幅でかつ極く少ない入力減少
のみで通過させることによって、通常のＡＦＣ運転に際
しても、過大振動発生領域に入り込んだ場合の過大振動
発生までの時間ずれ（３〜１０秒程度）以内に通過する
ことになるため、実用運転上過大振動の発生を回避でき
る。図１３は本発明を実機に適用した場合の上カバーに
発生する振動データを示している。振動過大領域は、こ
の図１３で斜線で示されるように、かなり広範囲に存在
している。このように振動過大領域は広いので、プラン
ト入力Ｐを変化させながらガイドベーン開度（サーボス
トローク）を絞っていくと、不可避的に振動過大領域を
大きく横断するところとなって、過大振動を発生させて
しまうことになる。 しかるに、本発明では、図１３にお
いて実線で示すように、過大振動回避制御モードにおい
てプラント入力Ｐを一定とするルートをたどることによ
り、過大振動発生までのずれ時間以内に振動過大領域を
通過している状態が明確にわかる。すなわち、振動過大
領域に入り込んだ場合の過大振動発生までの時間のずれ
３〜１０秒は、縦軸のガイドベーン開度上では（ガイド
ベーンサーボストロークの最大値４１５mm、６０秒）、
２０．７５〜６９．１６mmに相当する。しかるに、図１
３で実線で示すように、プラント入力を一定で過大振動
領域を横切る幅はガイドベーン開度上では１３mmであ
り、この値は、前記ずれ時間最小３秒の２０．７５mmよ
りかなり小さく時間的にも１．９秒程度であり、ずれ時
間内で余裕をも って振動過大領域をすばやく通過してい
ることがわかる。しかも、プラント入力に関しては、入
力変化はほぼ０となるように横切っているから、入力上
での過大振動発生の問題はない。過大振動領域を通過し
てガイドベーン開度Ａｉ4 に到達したら再び回転速度を
減少させ、入力減少制御を行う。
【００１２】図９は、落差Ｈiを変えた場合の回転速度
Ｎとガイドベーン開度Ａとの関係を本発明にしたがって
求めた特性を示した線図である。ここでは、回転速度Ｎ
とガイドベーン開度Ａが減少しながら、Ｎi１、Ａi1に
達した後は、落差Ｈｉの大きさに応じてガイドベーン開
度Ａの減少量に対する回転速度の増大量について二段階
の変化率（二段階以上でもよく、また、段階的な変化で
はなく、滑らかな増加曲線であってもよい）を設定し、
この変化率そって入力減少制御を図８の制御と同じよう
にして行う。また、図１０は同じく落差Ｈiを変えた場
合の入力Ｐとガイドベーン開度Ａとの関係を本発明にし
たがって求めた線図である。また、図１１はこれらの運
転制御のための入力関数を落差Ｈと入力Ｐとの関係で表
わしたものである。図中ハッチング領域は従来の入力調
整可能範囲、また、点で示した点領域は本発明による運
転制御方法により増大した運転入力調整可能範囲をそれ
ぞれ示している。この図から明らかなように、落差Ｈi
時における入力調整が可能な下限値はこれまでのＰimi
n、Ｐi’minへ大幅に小さくなっていることが分かる。
Ｎとガイドベーン開度Ａとの関係を本発明にしたがって
求めた特性を示した線図である。ここでは、回転速度Ｎ
とガイドベーン開度Ａが減少しながら、Ｎi１、Ａi1に
達した後は、落差Ｈｉの大きさに応じてガイドベーン開
度Ａの減少量に対する回転速度の増大量について二段階
の変化率（二段階以上でもよく、また、段階的な変化で
はなく、滑らかな増加曲線であってもよい）を設定し、
この変化率そって入力減少制御を図８の制御と同じよう
にして行う。また、図１０は同じく落差Ｈiを変えた場
合の入力Ｐとガイドベーン開度Ａとの関係を本発明にし
たがって求めた線図である。また、図１１はこれらの運
転制御のための入力関数を落差Ｈと入力Ｐとの関係で表
わしたものである。図中ハッチング領域は従来の入力調
整可能範囲、また、点で示した点領域は本発明による運
転制御方法により増大した運転入力調整可能範囲をそれ
ぞれ示している。この図から明らかなように、落差Ｈi
時における入力調整が可能な下限値はこれまでのＰimi
n、Ｐi’minへ大幅に小さくなっていることが分かる。
【００１３】図１２は図７の回転速度Ｎ、ガイドベーン
開度Ａの落差Ｈｉ時の運転特性において、ガイドベーン
開度Ａｉ4 に到達後の回転速度減速制御再開後、回転速
度が予め設定したＮｉ5 に到達した時点で、ガイドベー
ン開度をこれまでの減少制御から増大制御に切り替え
て、過大振動領域通過後はキャビテーションの発生が極
力少なくなるように極力大きなガイドベーン開度での運
転制御をするようにした実施例である。上述した実施例
は、ポンプ入力を減少する場合の制御について述べた
が、本発明はこれに限らず、ポンプ入力を増大する場合
の制御についても全く逆の制御方法を適用することによ
って過大振動領域を実運用上過大振動を伴なうことなく
通過し安定して入力増大制御を行うことができる。
開度Ａの落差Ｈｉ時の運転特性において、ガイドベーン
開度Ａｉ4 に到達後の回転速度減速制御再開後、回転速
度が予め設定したＮｉ5 に到達した時点で、ガイドベー
ン開度をこれまでの減少制御から増大制御に切り替え
て、過大振動領域通過後はキャビテーションの発生が極
力少なくなるように極力大きなガイドベーン開度での運
転制御をするようにした実施例である。上述した実施例
は、ポンプ入力を減少する場合の制御について述べた
が、本発明はこれに限らず、ポンプ入力を増大する場合
の制御についても全く逆の制御方法を適用することによ
って過大振動領域を実運用上過大振動を伴なうことなく
通過し安定して入力増大制御を行うことができる。
【００１４】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、入力Ｐをほぼ一定に保持したままガイドベー
ン開度Ａを急速に減少させるとともに、回転数Ｎをこれ
までの減速制御から入力Ｐの増大を伴わない範囲内での
増速制御に切り替えるようにしている。このような入力
Ｐ一定の過程は二次流れによる過大振動発生領域を可及
的に避けることのできるルートであって、過大振動発生
領域の近傍での入力調整にあたって過大振動発生領域を
過大振動発生までのずれ時間以内で素早く通過させるこ
とができ、実用運転上過大振動を伴なうことなく安定し
た入力調整が可能となり、その先のさらに入力の小さい
領域まで安定した揚水運転を行うことができる。
によれば、入力Ｐをほぼ一定に保持したままガイドベー
ン開度Ａを急速に減少させるとともに、回転数Ｎをこれ
までの減速制御から入力Ｐの増大を伴わない範囲内での
増速制御に切り替えるようにしている。このような入力
Ｐ一定の過程は二次流れによる過大振動発生領域を可及
的に避けることのできるルートであって、過大振動発生
領域の近傍での入力調整にあたって過大振動発生領域を
過大振動発生までのずれ時間以内で素早く通過させるこ
とができ、実用運転上過大振動を伴なうことなく安定し
た入力調整が可能となり、その先のさらに入力の小さい
領域まで安定した揚水運転を行うことができる。
【図１】本発明を適用するフランシス形ポンプ水車及び
発電電動機を示した説明図。
発電電動機を示した説明図。
【図２】一定速度時における落差と流量との関係を示し
たポンプ運転の特性図。
たポンプ運転の特性図。
【図３】従来の可変速機における落差とポンプ入力と回
転速度との特性上における運転範囲を示した図。
転速度との特性上における運転範囲を示した図。
【図４】図３の可変速特性運転時落差Ｈｉ時における回
転速度とガイドベーン開度との関係を示した線図。
転速度とガイドベーン開度との関係を示した線図。
【図５】同運転時における入力とガイドベーン開度との
関係を示した線図。
関係を示した線図。
【図６】二次流れによる過大振動発生領域を実験により
求めプロットした図。
求めプロットした図。
【図７】落差Ｈｉ時における本発明の他の実施例に従っ
た回転速度とガイドベーン開度との関係を示した線図。
た回転速度とガイドベーン開度との関係を示した線図。
【図８】入力とガイドべ−ンとの関係を示した線図上に
過大振動発生領域を図示した線図。
過大振動発生領域を図示した線図。
【図９】落差をパラメ−タにとって示した回転速度とガ
イドベーン開度との関係を示した線図。
イドベーン開度との関係を示した線図。
【図１０】落差をパラメ−タにとって示した入力とガイ
ドベーン開度との関係を示した線図。
ドベーン開度との関係を示した線図。
【図１１】本発明による運転制御方法が適用できる落差
と入力との関係を示した線図。
と入力との関係を示した線図。
【図１２】本発明の他の実施例による回転速度とガイド
ベーン開度との関係を示した線図。
ベーン開度との関係を示した線図。
【図１３】揚水運転時二次流れ過大振動領域およびその
回避制御運転確認試験結果を示した線図。
回避制御運転確認試験結果を示した線図。
１ ランナ ２ ガイドベーン ３ ガイドベーン操作機構 ４ ガイドベーン制御装置 ５ 主軸 ６ 発電電動機 ７ 水位差検出装置 ８ 可変速制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平 山 義 行 群馬県利根郡水上町大字綱子367−２ 東京電力株式会社内 (72)発明者 本 間 啓 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番 地 株式会社東芝 京浜事業所内 (72)発明者 佐 藤 晋 作 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番 地 株式会社東芝 京浜事業所内 (72)発明者 高 橋 治 朗 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会 社東芝 本社事務所内 (72)発明者 関 谷 栄 二 東京都府中市東芝町１ 株式会社東芝 府中工場内 (56)参考文献 特開 昭59−203883（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−124871（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−186069（ＪＰ，Ａ)
Claims (3)
- 【請求項１】回転速度を可変制御可能な電動機又は発電
電動機を備えたポンプ又はポンプ水車等の水力機械の揚
水運転時における運転制御方法において、上池と下池の
水位差Ｈｉのもとでの運転指令入力Ｐを満足する回転速
度Ｎ及びガイドベーン開度Ａあるいはその内のいずれか
一方が、入力Ｐの減少指令によって予め設定したランナ
の二次流れによる過大振動発生領域を回避するために必
要な回転速度とガイドベーン開度あるいはその内のいず
れか一方の設定値Ｎｉ1 ，Ａｉ1 に達した後、入力をほ
ぼ一定に保持したままガイドベーン開度Ａを急速に減少
させるとともに、回転速度Ｎをこれまでの減速制御から
入力Ｐの増大を伴わない範囲内での増速制御に切り替え
ることを特徴とする可変速水力機械の運転制御方法。 - 【請求項２】回転速度とガイドベーン開度あるいはその
内のいずれか一方が予め定めた設定値Ｎｉ1 ，Ａｉ1 ま
で減少したことを条件に、ガイドベーン開度Ａの減少量
に対する回転速度Ｎの増大量を２段階以上の変化率ある
いは滑らかな曲率で増大させた変化率として設定し運転
制御することを特徴とする請求項１に記載の可変速水力
機械の運転制御方法。 - 【請求項３】予め定めた設定値Ａｉ1 からさらにＡｉ2
までガイドベーン開度が減少したことを条件に回転速度
Ｎの増速比率を予め定めたガイドベーン開度Ａｉ3 まで
の間の入力減少量が定格最大入力の３％以内に収まるよ
うに増速制御したことを特徴とする請求項２に記載の可
変速水力機械の運転制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03016599A JP3139773B2 (ja) | 1991-02-07 | 1991-02-07 | 可変速水力機械の運転制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03016599A JP3139773B2 (ja) | 1991-02-07 | 1991-02-07 | 可変速水力機械の運転制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04358768A JPH04358768A (ja) | 1992-12-11 |
| JP3139773B2 true JP3139773B2 (ja) | 2001-03-05 |
Family
ID=11920763
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03016599A Expired - Fee Related JP3139773B2 (ja) | 1991-02-07 | 1991-02-07 | 可変速水力機械の運転制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3139773B2 (ja) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59203883A (ja) * | 1983-05-04 | 1984-11-19 | Hitachi Ltd | 可変速ポンプ水車発電電動機の運転方法 |
| JPH0610464B2 (ja) * | 1986-02-12 | 1994-02-09 | 株式会社日立製作所 | 可変速水力機械の制御方法 |
| JPH0768936B2 (ja) * | 1986-11-12 | 1995-07-26 | 株式会社東芝 | 可変速揚水機の揚水運転停止方法 |
-
1991
- 1991-02-07 JP JP03016599A patent/JP3139773B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04358768A (ja) | 1992-12-11 |
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