JP3783838B2

JP3783838B2 - Control device for variable speed pumped storage power generation system

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Publication number: JP3783838B2
Application number: JP2000244103A
Authority: JP
Inventors: 健志森; 勝下村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-08-11
Filing date: 2000-08-11
Publication date: 2006-06-07
Anticipated expiration: 2020-08-11
Also published as: JP2002054549A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガイドベーンの動作を早め、過渡変化時の初期段階での回転数、出力電力の反転を防止、抑制する可変速揚水発電システムの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の可変速揚水発電システムの制御装置について図面を参照しながら説明する。図１０は、例えば特開昭６１−９８１９７号公報に示された従来の可変速揚水発電システムの制御装置の構成を示す図である。
【０００３】
図１０において、５１は指令値算出器、５２は減算要素、５３は回転数制御器、５４は加算要素である。
【０００４】
つぎに、従来の可変速揚水発電システムの制御装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【０００５】
図１０に示すように、出力電力は応答の早い励磁制御系で、回転数は応答の遅いサーボ制御系で制御される。
【０００６】
電力系統に接続され、２次励磁付の誘導発電機を所定の回転数で運転する可変速揚水発電システムにおいて、外部から与えられる電力指令値をもとに算出した回転数指令値及びガバナ弁開度指令値を設定する機能を備え、発電機の実回転数及び上記回転数指令値をもとに、前記ガバナ弁開度指令値を調整すると共に、その運転状態における発電機出力及び電力指令値をもとに、励磁回路の制御情報の位相角を制御する。
【０００７】
しかしながら、従来の可変速揚水発電システムの制御装置では、回転数、または出力電力、あるいはそれらの両方が過渡変化時の初期段階に反転現象が起こる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の可変速揚水発電システムの制御装置では、ガイドベーンの開閉速度が遅いため、過渡変化の初期に回転数が反転するという問題点があった。
【０００９】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、反転現象を防止、抑制することができ、追従性のよい応答を実現することができる可変速揚水発電システムの制御装置を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る可変速揚水発電システムの制御装置は、電力指令値及びポンプ水車の有効落差に基いて最適な回転数指令値を算出する回転数最適関数と、前記回転数指令値から前記ポンプ水車の実回転数を差し引いて回転数偏差を出力する減算器と、前記回転数偏差に基いて回転数制御信号を生成する回転数制御器と、前記電力指令値及び前記ポンプ水車の有効落差に基いて最適なガイドベーン開度指令値を算出するガイドベーン開度最適関数と、過渡変化時の初期段階に、前記ガイドベーン開度指令値に所定の値を足し合せてガイドベーン制御信号を生成し、前記ガイドベーン開度指令値及び前記ポンプ水車の実回転数、または前記ガイドベーン開度指令値及び発電電動機の出力電力の変化の方向が逆のときには、前記ガイドベーン開度指令値に所定の値を足し合せてガイドベーン制御信号を生成する足合手段と、前記回転数制御信号及び前記ガイドベーン制御信号を加算してサーボ制御系へ出力する加算器とを備えたものである。
【００１３】
この発明の請求項２に係る可変速揚水発電システムの制御装置は、前記ポンプ水車の有効落差の変化率が所定の設定値以上のときには、前記ガイドベーン開度指令値に前記有効落差の変化率を足し合せる第２の足合手段をさらに備えたものである。
【００１４】
この発明の請求項３に係る可変速揚水発電システムの制御装置は、過渡変化時の初期段階に、前記ガイドベーン開度指令値を遅らせる遅延手段をさらに備え、前記足合手段は、前記遅らせたガイドベーン開度指令値に所定の値を足し合せるものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
まず、可変速揚水発電プラントについて図面を参照しながら説明する。図１は、可変速揚水発電プラントの構成を示す図である。
【００１６】
図１において、１は上部貯水池、２は上部サージタンク、３はポンプ水車−発電電動機、４は下部サージタンク、５は下部貯水池である。
【００１７】
本発明は発電運転時の制御装置に関するものなので、発電運転時の動作についてのみ説明する。
【００１８】
ポンプ水車−発電電動機３は、水車、及び発電機として動作し、上部貯水池１から下部貯水池５に水が流れることにより、ポンプ水車にポンプ水車入力となる回転エネルギが与えられる。
【００１９】
エネルギの損失などを無視すると、このポンプ水車入力は、発電電動機にポンプ水車軸出力となって伝えられ、発電電動機により出力電力に変換される。
【００２０】
発電方向の場合、ポンプ水車入力−有効電力（発電電動機出力）がポンプ水車−発電電動機３の加減速エネルギになる。つまり、この差が正のときは加速エネルギとなり、ポンプ水車−発電電動機３は、加速されて回転数が増加する。
【００２１】
この差が負のときには減速エネルギとなり、ポンプ水車−発電電動機３は、減速されて回転数は減少する。
【００２２】
有効電力は、電気系である二次励磁装置により瞬時に制御されるのに対し、ポンプ水車入力は機械系であるガイドベーン制御系（サーボ制御系）で制御されるため、有効電力の増減制御を行う場合、有効電力に比べてポンプ水車入力の応答が遅れる。
【００２３】
そのため、電力、回転数のどちらを励磁制御系、どちらをサーボ制御系で制御するのかにもよるが、出力電力、または回転数、またはその両方の反転現象が起こる。
【００２４】
ポンプ水車入力は、水の比重量×ポンプ水車流量×有効落差で与えられる。水の比重量をほぼ一定と見なすと、有効落差は摩擦損失等で多少の違いはあるものの定常状態になれば変化前と変化後でそれほど大きくは変わらないため、ポンプ水車流量を早く制御することにより、ポンプ水車入力を早く増減させることができる。
【００２５】
ポンプ水車流量は、ガイドベーン開度にほぼ比例し、ガイドベーンの開閉により制御される。そこで、有効電力を増加させるにはガイドベーンを開き、有効電力を減少させるにはガイドベーンを閉じる制御を行う。
【００２６】
しかし、有効電力を増加させる場合、過渡状態ではガイドベーンを開くと有効落差は減少するため、ポンプ水車流量の変化率と有効落差の変化率により、ポンプ水車入力を増加させるつもりがかえって減少させるという現象が起こる可能性がある。
【００２７】
また、有効電力を減少させる場合、過渡状態ではガイドベーンを閉じると有効落差は増加するため、ポンプ水車流量の変化率と有効落差の変化率により、ポンプ水車入力を減少させるつもりがかえって増加させるという現象が起こる可能性がある。
【００２８】
そこで、有効電力、回転数の反転現象を防止、抑制する方法として、以下の２つが考えられる。
【００２９】
（１）ガイドベーンを早く動作させ、有効落差にかかわらず、ポンプ水車流量を早く増減させる。
【００３０】
（２）変化の初期段階でのガイドベーンの動作を遅らせ、変化の初期段階での有効落差の増減をできるだけ抑える。
【００３１】
参考例１．
この参考例１は、上記（１）の方法により出力電力、または回転数、またはその両方の反転現象を防止、抑制しようとしたものである。
【００３２】
この発明の参考例１に係る可変速揚水発電システムの制御装置について図面を参照しながら説明する。図２は、この発明の参考例１に係る可変速揚水発電システムの制御装置の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００３３】
図２において、６は回転数最適関数、７はガイドベーン開度最適関数、８は減算器、９は回転数制御器、１０は微分器、１１は加算器、１２は加算器である。なお、足合手段は、例えば微分器１０、及び加算器１１から構成される。
【００３４】
つぎに、この参考例１に係る可変速揚水発電システムの制御装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００３５】
例えば、出力電力増となるような電力指令値が入力された場合で、この制御装置の動作を説明する。この制御装置の場合、励磁制御系で出力電力が増加するように制御される。
【００３６】
また、出力電力増となるような電力指令値の場合、ガイドベーン開度最適関数７からの出力であるガイドベーン開度指令値は、ガイドベーンが開く方向の指令値となり、回転数最適関数６からの出力である回転数指令値も回転数が増加する方向の指令値となる。
【００３７】
回転数は、回転数指令値からポンプ水車の実回転数を差し引いた回転数偏差をもとに回転数制御器９で回転数制御信号が作られ、ガイドベーン制御信号と足し合わされ、サーボ制御系でガイドベーンを制御することにより制御される。
【００３８】
この場合、励磁制御系で出力電力、サーボ制御系で回転数が制御されるため、回転数が変化の初期段階で反転現象が生じる。
【００３９】
本参考例１では、制御装置の一例として、励磁制御系で出力電力、サーボ制御系で回転数が制御される場合の制御装置を示しているが、励磁制御系で回転数、サーボ制御系で出力電力を制御する制御装置でもよいし、回転数偏差、出力電力偏差の大きさに応じて制御信号を励磁制御系、サーボ制御系に割り振るような制御装置でもよい。
【００４０】
この参考例１では、上述の（１）の方法で出力電力、または回転数、またはその両方の反転現象を防止、抑制するため、ガイドベーン開度最適関数７からの出力であるガイドベーン開度最適関数の微分値をガイドベーン開度指令値に足し合わせるようにした。
【００４１】
電力指令値が増加する場合には、ガイドベーン開度指令値はガイドベーンが開く方向の指令になるが、このガイドベーン開度指令値を微分器１０で微分した値は正の値となるため、これをガイドベーン開度指令値に足し合わせることにより見かけ上ガイドベーン開度指令値が増えたことになり、ガイドベーンが早く開くため、ポンプ水車入力が早く増加し、出力電力、または回転数、またはその両方の反転現象を防止、抑制することができる。
【００４２】
逆に、電力指令値が減少する場合には、ガイドベーン開度指令値はガイドベーンが閉じる方向の指令になるが、このガイドベーン開度指令値を微分器１０で微分した値は負の値となるため、これをガイドベーン開度指令値に足し合わせることにより見かけ上ガイドベーン開度指令値が減ったことになり、ガイドベーンが早く閉じるため、ポンプ水車入力が早く減少し、出力電力、または回転数、またはその両方の反転現象を防止、抑制することができる。
【００４３】
本参考例１では、ガイドベーン開度指令値を微分したものをガイドベーン開度指令値に足し合わせるようにしたが、ガイドベーンの開閉方向の判断器を設け、ガイドベーンが開く方向に変化する場合は一定値をガイドベーン開度指令値に足し合わせるようにし、ガイドベーンが閉じる方向に変化する場合は一定値をガイドベーン開度指令値から差し引くようにしても良い。
【００４４】
また、電力指令値を微分したものをガイドベーン開度に足し合わせるようにしても良い。
【００４５】
また、回転数指令値を微分したものをガイドベーン開度指令値に足し合わせるようにしても良い。
【００４６】
また、電力指令値と出力電力との差である電力偏差をガイドベーン開度指令値に足し合わせるようにしても良い。
【００４７】
また、ガイドベーン開度指令値と実ガイドベーン開度との差であるガイドベーン開度偏差をガイドベーン開度指令値に足し合わせるようにしても良い。
【００４８】
さらに、回転数指令値と実回転数との差である回転数偏差をガイドベーン開度指令値に足し合わせるようにしても良い。
【００４９】
また、足し合わせるのをガイドベーン開度指令値ではなく、回転数最適関数６からの出力である回転数指令値でもよいし、減算器８からの出力である回転数偏差でもよいし、回転数制御器９の出力である回転数制御信号でも良い。つまり、出力電力が増加する場合にはサーボ制御系に与えられる制御信号が増加し、出力電力が減少する場合にはサーボ制御系に与えられる制御信号が減少するようになるのであれば、どの位置に足し合わされても良い。
【００５０】
また、各信号を足し合わせる前に、比例要素による処理を施しても良いし、比例要素＋積分要素による処理をほどしても良いし、比例要素＋積分要素＋微分要素による処理を施しても良い。
【００５１】
すなわち、この参考例１は、一次巻線が電力系統に接続され、二次巻線が交流励磁される発電電動機と、この発電電動機の二次巻線側と直結し、ガイドベーンによる流量調節によりその軸出力が制御されるポンプ水車とからなる可変速揚水発電システムの、電力指令値とポンプ水車の有効落差より算出される最適な回転数指令値と、電力指令値と有効落差より算出される最適なガイドベーン開度指令値と、電力指令値とにより制御される制御装置において、過渡変化時の初期段階に回転数、または出力電力、またはその両方が逆方向に変化する反転現象を防止し、指令値への追従性を良くするため、所定の値をガイドベーン開度指令値に足し合わせるようにしたことを特徴とする可変速揚水発電システムの制御装置である。
【００５２】
ガイドベーン開度指令値、回転数指令値が増加方向に変化する過渡変化時には、所定の値をガイドベーン開度指令値に足し合わせることによりガイドベーンが早く開き、ポンプ水車流量が早く増加することにより、ポンプ水車軸出力を早く増加させることができる。
【００５３】
また、ガイドベーン開度指令値、回転数指令値が減少方向に変化する過渡変化時には、所定の値をガイドベーン開度指令値から差し引くことによりガイドベーンが早く閉じ、ポンプ水車流量が早く減少することにより、ポンプ水車軸出力を早く減少させることができるため、過渡変化時の初期段階での回転数、または出力電力、またはその両方の反転現象を防止、または抑制できる。
【００５４】
実施の形態１．
この実施の形態１では、上記（１）の方法により出力電力、または回転数、またはその両方の反転現象を防止、抑制しようとしたものである。
【００５５】
この発明の実施の形態１に係る可変速揚水発電システムの制御装置について図面を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態２に係る可変速揚水発電システムの制御装置の構成を示す図である。
【００５６】
図３において、１３は乗算器、１４、１５及び１６は微分器、１７及び１８は除算器、１９及び２０はｔａｎ^−１関数、２１は関数１、２２は関数２、２３は減算器、２４は関数３、２５は乗算器、２６は加算器、２７は比例要素である。なお、回転数最適関数６〜加算器１２は、上記参考例１と同じである。また、足合手段は、例えば微分器１０、及び加算器１１、並びに乗算器１３〜比例要素２７から構成される。
【００５７】
つぎに、この実施の形態１に係る可変速揚水発電システムの制御装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００５８】
ガイドベーン開度指令値と出力電力、及びガイドベーン開度指令値と回転数の変化の方向を判断する部分のブロックの説明をする。
【００５９】
ポンプ水車の実回転数を微分器１５で微分した値と、ガイドベーン開度指令値を微分器１４で微分した値の関係を図４に表す。
【００６０】
図４に示すように、第２象限、第４象限でガイドベーン開度指令値と実回転数の変化方向が逆になる。つまり、ポンプ水車の実回転数を微分器１５で微分した値を、ガイドベーン開度指令値を微分器１４で微分した値で割ったものにｔａｎ^-1関数１９による処理を施した値でいうと、９０°〜１８０°、及び２７０°〜３６０°のときにガイドベーン開度指令値と実回転数の変化方向が逆になる。
【００６１】
同様に、発電電動機出力電力を微分器１６で微分した値を、ガイドベーン開度指令値を微分器１４で微分した値で割ったものにｔａｎ^-1関数２０による処理を施した値でいうと、９０°〜１８０°、及び２７０°〜３６０°のときにガイドベーン開度指令値と出力電力の変化方向が逆になる。
【００６２】
そこで、関数１（２１）、及び関数２（２２）を例えば図５のようにし、関数３（２４）を図６のようにすると、加算器２６からの出力は、ガイドベーン開度指令値と出力電力、またはガイドベーン開度指令値と回転数の変化の方向が逆、つまり電力指令値と出力電力、または電力指令値と回転数の変化の方向が逆のとき０を越えて１以下の値になり、その他のときは０となる。
【００６３】
この加算器２６からの出力に比例要素２７でゲインを掛け合わせたものを、ガイドベーン開度指令値を微分器１０により微分した値に掛け合わせ、その乗算器１３からの出力をガイドベーン開度指令値に足し合わせることにより、回転数、または出力電力、またはその両方が逆方向に変化しようとしているときにガイドベーンの動作が早くなり、ポンプ水車流量が早く変化し、回転数、または出力電力、またはその両方の反転現象が防止、抑制することができる。
【００６４】
本実施の形態１では、比例要素２７からの出力をガイドベーン開度指令値を微分したものに掛け合わせるようにしたが、ガイドベーンの開閉方向の判断器を設け、ガイドベーンが開く方向に変化する場合は正となり、ガイドベーンが閉じる方向に変化する場合は負となるような一定値に掛け合わせるようにしても良いし、電力指令値を微分したものに掛け合わせるようにしても良いし、回転数指令値を微分したものに掛け合わせるようにしても良いし、電力指令値と出力電力との差である電力偏差に掛け合わせるようにしても良いし、ガイドベーン開度指令値と実ガイドベーン開度との差であるガイドベーン開度偏差に掛け合わせるようにしても良いし、回転数指令値と実回転数との差である回転数偏差に掛け合わせるようにしてもよい。
【００６５】
また、掛け合わせた値を足し合わせるのをガイドベーン開度指令値ではなく、回転数最適関数６からの出力である回転数指令値でもよいし、減算器８からの出力である回転数偏差でもよいし、回転数制御器９の出力である回転数制御信号でも良い。また、掛け合わせた値を足し合わせる前に、比例要素による処理を施しても良いし、比例要素＋積分要素による処理をほどしても良いし、比例要素＋積分要素＋微分要素による処理を施しても良い。
【００６６】
また、本実施の形態１では、制御装置の一例として、励磁制御系で出力電力、サーボ制御系で回転数が制御される場合の制御装置を示しているが、励磁制御系で回転数、サーボ制御系で出力電力を制御する制御装置でもよいし、回転数偏差、出力電力偏差の大きさに応じて制御信号を励磁制御系、サーボ制御系に割り振るような制御装置でもよい。
【００６７】
すなわち、この実施の形態１は、上記参考例１の可変速揚水発電システムの制御装置において、ガイドベーン開度指令値と出力電力、またはガイドベーン開度指令値と回転数の変化の方向が逆のときに、所定の値をガイドベーン開度指令値に足し合わせるようにしたことを特徴とするものである。基本的には上記参考例１と同様の効果が得られるが、回転数、出力電力が逆方向に変化するときのみにガイドベーンの動作を早めるため、さらにガイドベーンの無駄な動作を省くことができるという効果も期待できる。
【００６８】
参考例２．
この参考例２では、上記（２）の方法により出力電力、または回転数、またはその両方の反転現象を防止、抑制しようとしたものである。
【００６９】
この発明の参考例２に係る可変速揚水発電システムの制御装置について図面を参照しながら説明する。図７は、この発明の参考例２に係る可変速揚水発電システムの制御装置の構成を示す図である。
【００７０】
図７において、２８は一次遅れ関数（遅延手段）である。なお、回転数最適関数６〜回転数制御器９、及び加算器１２は、上記参考例１と同じである。
【００７１】
つぎに、この参考例２に係る可変速揚水発電システムの制御装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００７２】
ガイドベーンが早く動作すればするほど有効落差も大きく変化することになり、出力電力を増加する方向の電力指令値が与えられても、ポンプ水車入力の初期段階での反転量が大きく、なかなか増加しない。逆に、出力電力を減少する方向の電力指令値が与えられても、ポンプ水車入力の初期段階での反転量が大きく、なかなか減少しない。
【００７３】
そこで、ガイドベーン開度最適関数７からの出力であるガイドベーン開度指令値を一次遅れ関数２８を介することにより、変化の初期段階でのガイドベーン開度指令値の変化が遅くなり、有効落差の変化量も抑えられるため、初期段階でのポンプ水車入力の反転量が抑えられ、出力電力、または回転数、またはその両方の反転現象を防止、抑制することができる。
【００７４】
本参考例２では、制御装置の一例として、励磁制御系で出力電力、サーボ制御系で回転数が制御される場合の制御装置を示しているが、励磁制御系で回転数、サーボ制御系で出力電力を制御する制御装置でもよいし、回転数偏差、出力電力偏差の大きさに応じて制御信号を励磁制御系、サーボ制御系に割り振るような制御装置でもよい。
【００７５】
すなわち、この参考例２は、一次巻線が電力系統に接続され、二次巻線が交流励磁される発電電動機と、この発電電動機の二次巻線側と直結し、ガイドベーンによる流量調節によりその軸出力が制御されるポンプ水車とからなる可変速揚水発電システムの、電力指令値とポンプ水車の有効落差より算出される最適な回転数指令値と、電力指令値と有効落差より算出される最適なガイドベーン開度指令値と、電力指令値とにより制御される制御装置において、過渡変化時の初期段階に回転数、または出力電力、またはその両方が逆方向に変化する反転現象を防止し、指令値への追従性を良くするため、ガイドベーン開度指令値を遅らせることにより、変化の初期段階でのガイドベーンの動作を遅らせたものである。
【００７６】
ガイドベーン開度指令値、回転数指令値が変化する過渡変化時に、ガイドベーン開度指令値が遅れることにより変化の初期段階でのガイドベーンの動作が遅れ、過渡変化時の初期段階での有効落差の増減が抑制されることにより水から与えられるポンプ水車入力の初期段階での反転が抑制されるため、過渡変化時の初期段階での回転数、または出力電力、またはその両方の反転現象を防止、または抑制できる。
【００７７】
実施の形態２．
この実施の形態２では、基本的には上記（１）の方法により出力電力、または回転数、またはその両方の反転現象を防止、抑制しようとするもので、補正として上記（２）の方法を追加したものである。
【００７８】
この発明の実施の形態２に係る可変速揚水発電システムの制御装置について図面を参照しながら説明する。図８は、この発明の実施の形態２に係る可変速揚水発電システムの制御装置の構成を示す図である。
【００７９】
図８において、２９は減算器、３０は加算器、３１は微分器、３２は最小値を計算する関数、３３は減算器、３４は微分器、３５及び３６はセレクタ、３７は加算器、３８及び３９は比較器、４０は最大値を計算する関数、４１は減算器、４２は微分器、４３及び４４はセレクタ、４５及び４６は比較器である。なお、回転数最適関数６〜加算器１２は、上記参考例１と同じである。また、第２の足合手段は、例えば減算器２９〜比較器４６から構成される。
【００８０】
つぎに、この実施の形態２に係る可変速揚水発電システムの制御装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００８１】
ポンプ水車の有効落差を微分器３１により微分することにより変化率を求める。その値が正のときは出力電力が減少する方向の電力指令値になっており、ガイドベーンの閉じる速度が早いと有効落差の増加する変化率が大きくなり、反転現象が起こるため、ガイドベーンの閉じる速度をなまらせることにより、反転現象を防止、抑制する。
【００８２】
つまり、最大値を計算する関数４０により、設定値を超えた値（有効落差の変化率−設定値）を微分器４２により微分し、それをガイドベーン開度指令値に足し合わせることにより、ガイドベーンの閉じる速度を遅らせ、有効落差の増加する変化率をなまらせ、反転現象を防止、抑制する。
【００８３】
比較器４５は、有効落差の変化率が設定値以上になると「１」、設定値を下回ると「０」を出力するもので、セレクタ４３は、「１」が入力されると有効落差の変化率が設定値以上になったということで微分器４２からの出力が選択され、「０」が入力されると設定値を下回っているということで０が選択される。
【００８４】
比較器４６は、電力偏差が設定値以下になると「１」が出力され、設定値を越えると「０」が出力される。セレクタ４４は、「１」が入力されるとセレクタ４３からの出力が選択され、「０」が入力されると０が選択される。これは、電力偏差が設定値以下、つまり出力電力が大きく変化中にガイドベーン開度指令値に有効落差の変化率−設定値の微分値（微分器４２からの出力）を足し合わせるようにするものである。
【００８５】
有効落差を微分器３１により微分した値である変化率が負のときは出力電力が増加する方向の電力指令値になっており、ガイドベーンの開く速度が早いと有効落差の減少する変化率が大きくなり、反転現象が起こるため、ガイドベーンの開く速度をなまらせることにより、反転現象を防止、抑制する。
【００８６】
つまり、最小値を計算する関数３２により、設定値を下回った値（有効落差の変化率−設定値）を微分器３４により微分し、それをガイドベーン開度指令値に足し合わせることにより、ガイドベーンの開く速度を遅らせ、有効落差の減少する変化率をなまらせ、反転現象を防止、抑制する。
【００８７】
比較器３８は、有効落差の変化率が設定値以下になると「１」、設定値を越えると「０」を出力するもので、セレクタ３５は、「１」が入力されると有効落差の変化率が設定値以下になったということで微分器３４からの出力が選択され、「０」が入力されると設定値を越えているということで０が選択される。
【００８８】
比較器３９は、電力偏差が設定値以上になると「１」が出力され、設定値を下回ると「０」が出力される。セレクタ３６は、「１」が入力されるとセレクタ３５からの出力が選択され、「０」が入力されると０が選択される。これは、電力偏差が設定値以上、つまり出力電力が大きく変化中にガイドベーン開度指令値に有効落差の変化率−設定値の微分値（微分器３４からの出力）を足し合わせるようにするものである。
【００８９】
以上の挙動により、出力電力、または回転数、またはその両方の反転現象を防止、抑制することができる。
【００９０】
なお、この実施の形態２は、上記参考例１で説明したものに適用したものであるが、上記実施の形態１で説明したものに適用した場合も同様の効果が得られる。
【００９１】
すなわち、この実施の形態２は、上記参考例１及び実施の形態１の可変速揚水発電システムの制御装置において、過渡変化時の初期段階での有効落差の増減を抑制するため、有効落差の変化率が設定値以上になると、その有効落差の変化率をガイドベーン開度指令値に足し合わせるようにしたものである。
【００９２】
ガイドベーン開度指令値、回転数指令値が増加方向に変化する過渡変化時には、所定の値をガイドベーン開度指令値に足し合わせることによりガイドベーンが早く開き、ポンプ水車流量が早く増加するとともに、ガイドベーンの動作が早すぎると有効落差の減少方向の変化率が大きくなるため、有効落差の変化率が設定値以上になるとその変化率をガイドベーン開度指令値に足し合わせてガイドベーンの動作を鈍らせ、有効落差の減少方向の変化率を抑えることにより、ポンプ水車入力の初期段階での反転現象が抑制でき、ポンプ水車軸出力を早く増加させることができる。また、ガイドベーン開度指令値、回転数指令値が減少方向に変化する過渡変化時には、同様にポンプ水車軸出力を早く減少させることができるため、過渡変化時の初期段階での回転数、または出力電力、またはその両方の反転現象を防止、または抑制できる。
【００９３】
実施の形態３．
この実施の形態３では、基本的には上記（１）、（２）の両方により出力電力、または回転数、またはその両方の反転現象を防止、抑制しようとするものである。
【００９４】
この発明の実施の形態３に係る可変速揚水発電システムの制御装置について図面を参照しながら説明する。図９は、この発明の実施の形態３に係る可変速揚水発電システムの制御装置の構成を示す図である。
【００９５】
図９において、４７は一次遅れ関数（遅延手段）である。なお、回転数最適関数６〜加算器１２は、上記参考例１と同じである。
【００９６】
つぎに、この実施の形態３に係る可変速揚水発電システムの制御装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００９７】
一次遅れ関数４７によりガイドベーン開度最適関数７からの出力であるガイドベーン開度指令値の初期段階での変化が遅れるため、初期段階での有効落差の変化がなまり、初期段階での反転現象は防止、抑制できる。
【００９８】
その後は、ガイドベーン開度最適関数７からの出力であるガイドベーン開度最適関数の微分値がガイドベーン開度指令値に足し合わされるので、ガイドベーンの動作が早まり、ポンプ水車流量の変化が早まることにより、ポンプ水車入力の変化が早まり、指令値に対する追従性の良い応答になる。
【００９９】
なお、この実施の形態３は、上記参考例１で説明したものに適用したものであるが、上記実施の形態１で説明したものに適用した場合も同様の効果が得られる。
【０１００】
すなわち、この実施の形態３は、上記参考例１及び実施の形態１の可変速揚水発電システムの制御装置において、ガイドベーン開度指令値を遅らせることにより、過渡変化時の初期段階でのガイドベーンの動作を遅らせ、その後ガイドベーンの動作を早めるようにしたものである。
【０１０１】
ガイドベーン開度指令値、回転数指令値が増加方向に変化する過渡変化時には、初期段階ではガイドベーン開度指令値が遅れることによりガイドベーンの動作が遅れ、その後回転数、出力電力が逆方向に変化するときのみにガイドベーンの動作が早まるため、過渡変化時の初期段階では水から与えられるポンプ水車入力の初期段階での反転が抑制され、その後ポンプ水車入力が早く増加し、過渡変化時の初期段階での回転数、または出力電力、またはその両方の反転現象を防止、または抑制でき、その後の指令値に対する追従性も良くなる。また、ガイドベーン開度指令値、回転数指令値が減少方向に変化する過渡変化時には、同様に過渡変化時の初期段階では水から与えられるポンプ水車入力の初期段階での反転が抑制され、その後ポンプ水車軸入力が早く減少し、過渡変化時の初期段階での回転数、または出力電力、またはその両方の反転現象を防止、または抑制できる。
【０１０３】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係る可変速揚水発電システムの制御装置は、以上説明したとおり、電力指令値及びポンプ水車の有効落差に基いて最適な回転数指令値を算出する回転数最適関数と、前記回転数指令値から前記ポンプ水車の実回転数を差し引いて回転数偏差を出力する減算器と、前記回転数偏差に基いて回転数制御信号を生成する回転数制御器と、前記電力指令値及び前記ポンプ水車の有効落差に基いて最適なガイドベーン開度指令値を算出するガイドベーン開度最適関数と、過渡変化時の初期段階に、前記ガイドベーン開度指令値に所定の値を足し合せてガイドベーン制御信号を生成し、前記ガイドベーン開度指令値及び前記ポンプ水車の実回転数、または前記ガイドベーン開度指令値及び発電電動機の出力電力の変化の方向が逆のときには、前記ガイドベーン開度指令値に所定の値を足し合せてガイドベーン制御信号を生成する足合手段と、前記回転数制御信号及び前記ガイドベーン制御信号を加算してサーボ制御系へ出力する加算器とを備えたるので、回転数、出力電力が逆方向に変化するときのみにガイドベーンの動作を早め、さらにガイドベーンの無駄な動作を省くことができるという効果を奏する。
【０１０５】
この発明の請求項２に係る可変速揚水発電システムの制御装置は、以上説明したとおり、前記ポンプ水車の有効落差の変化率が所定の設定値以上のときには、前記ガイドベーン開度指令値に前記有効落差の変化率を足し合せる第２の足合手段をさらに備えたので、過渡変化時の初期段階での回転数、または出力電力、またはその両方の反転現象を防止、または抑制できるという効果を奏する。
【０１０６】
この発明の請求項３に係る可変速揚水発電システムの制御装置は、以上説明したとおり、過渡変化時の初期段階に、前記ガイドベーン開度指令値を遅らせる遅延手段をさらに備え、前記足合手段は、前記遅らせたガイドベーン開度指令値に所定の値を足し合せるので、過渡変化時の初期段階での回転数、または出力電力、またはその両方の反転現象を防止、または抑制でき、その後の指令値に対する追従性も良くなるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の各実施の形態及び各参考例に係る可変速揚水発電プラントの構成を示す図である。
【図２】この発明の参考例１に係る可変速揚水発電システムの制御装置の構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る可変速揚水発電システムの制御装置の構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る可変速揚水発電システムの制御装置の動作を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る可変速揚水発電システムの制御装置の動作を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る可変速揚水発電システムの制御装置の動作を示す図である。
【図７】この発明の参考例２に係る可変速揚水発電システムの制御装置の構成を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係る可変速揚水発電システムの制御装置の構成を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態３に係る可変速揚水発電システムの制御装置の構成を示す図である。
【図１０】従来の可変速揚水発電システムの制御装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１上部貯水池、２上部サージタンク、３ポンプ水車−発電電動機、４下部サージタンク、５下部貯水池、６回転数最適関数、７ガイドベーン開度最適関数、８減算器、９回転数制御器、１０微分器、１１加算器、１２加算器、１３乗算器、２８一次遅れ関数、２９減算器、３０加算器、４７一次遅れ関数。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a variable speed pumped storage power generation system that speeds up the operation of a guide vane and prevents and suppresses the reversal of the rotational speed and output power at the initial stage during a transient change.
[0002]
[Prior art]
A control device for a conventional variable speed pumped storage power generation system will be described with reference to the drawings. FIG. 10 is a diagram showing a configuration of a control device of a conventional variable speed pumped storage power generation system disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 61-98197.
[0003]
In FIG. 10, 51 is a command value calculator, 52 is a subtraction element, 53 is a rotation speed controller, and 54 is an addition element.
[0004]
Next, the operation of the control device of the conventional variable speed pumped storage power generation system will be described with reference to the drawings.
[0005]
As shown in FIG. 10, the output power is controlled by an excitation control system having a quick response, and the rotation speed is controlled by a servo control system having a slow response.
[0006]
In a variable speed pumped storage power generation system connected to an electric power system and operating an induction generator with secondary excitation at a predetermined rotational speed, the rotational speed command value calculated based on the power command value given from the outside and the governor valve open A function for setting the degree command value, and adjusting the governor valve opening command value based on the actual rotational speed of the generator and the rotational speed command value, and the generator output and power command value in the operating state Is used to control the phase angle of the control information of the excitation circuit.
[0007]
However, in the control device of the conventional variable speed pumped storage power generation system, the reversal phenomenon occurs at the initial stage when the rotational speed and / or the output power changes transiently.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the control device of the conventional variable speed pumped storage power generation system as described above, the open / close speed of the guide vane is slow, so that the rotation speed is reversed at the initial stage of the transient change.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and obtains a control device for a variable speed pumped storage power generation system that can prevent and suppress a reversal phenomenon and realize a response with good followability. For the purpose.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
Of this invention Claim 1 The control device for the variable speed pumped storage power generation system according to A rotation speed optimum function that calculates an optimum rotation speed command value based on the power command value and the effective head of the pump turbine, and a subtraction that outputs a rotation speed deviation by subtracting the actual rotation speed of the pump turbine from the rotation speed command value A rotation speed controller that generates a rotation speed control signal based on the rotation speed deviation, and a guide vane that calculates an optimal guide vane opening command value based on the power command value and an effective head of the pump turbine A guide vane control signal is generated by adding a predetermined value to the guide vane opening command value in the initial stage of the opening optimum function and the transient change, When the guide vane opening command value and the actual rotational speed of the pump turbine, or when the direction of change of the guide vane opening command value and the output power of the generator motor is opposite, a predetermined value is set for the guide vane opening command value. Add together And an adder that adds the rotation speed control signal and the guide vane control signal and outputs the sum to the servo control system. Is.
[0013]
Of this invention Claim 2 The control device for the variable speed pumped storage power generation system according to the second aspect of the present invention adds the change rate of the effective head to the guide vane opening command value when the change rate of the effective head of the pump turbine is equal to or greater than a predetermined set value. Further provided is a footing means.
[0014]
Of this invention Claim 3 The control device for the variable speed pumped storage power generation system according to the present invention further comprises delay means for delaying the guide vane opening command value in an initial stage at the time of a transient change, and the footing means includes the delayed guide vane opening command value. And a predetermined value.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
First, a variable speed pumped storage power plant will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a variable speed pumped storage power plant.
[0016]
In FIG. 1, 1 is an upper reservoir, 2 is an upper surge tank, 3 is a pump turbine-generator motor, 4 is a lower surge tank, and 5 is a lower reservoir.
[0017]
Since the present invention relates to a control device during power generation operation, only the operation during power generation operation will be described.
[0018]
The pump turbine-generator motor 3 operates as a turbine and a generator. When water flows from the upper reservoir 1 to the lower reservoir 5, rotational energy serving as input to the pump turbine is given to the pump turbine.
[0019]
If energy loss or the like is ignored, the pump turbine input is transmitted to the generator motor as a pump turbine shaft output, and is converted into output power by the generator motor.
[0020]
In the case of the power generation direction, pump turbine input-active power (generator motor output) becomes acceleration / deceleration energy of the pump turbine-generator motor 3. That is, when this difference is positive, it becomes acceleration energy, and the pump turbine-generator motor 3 is accelerated and the rotation speed increases.
[0021]
When this difference is negative, the energy becomes deceleration energy, and the pump turbine-generator motor 3 is decelerated and the rotational speed is decreased.
[0022]
The active power is controlled instantaneously by the secondary excitation device, which is an electrical system, whereas the pump turbine input is controlled by a guide vane control system (servo control system), which is a mechanical system. , The response of the pump turbine input is delayed compared to the active power.
[0023]
Therefore, depending on which of the power and the rotational speed is controlled by the excitation control system and which is controlled by the servo control system, an inversion phenomenon of the output power and / or the rotational speed occurs.
[0024]
Pump turbine input is given by specific weight of water × pump turbine flow rate × effective head. Assuming that the specific weight of water is almost constant, the effective head is slightly different due to friction loss, etc., but if it reaches a steady state, it will not change much before and after the change. Thus, the pump turbine input can be increased or decreased quickly.
[0025]
The pump turbine flow rate is approximately proportional to the guide vane opening and is controlled by opening and closing the guide vanes. Therefore, the guide vane is opened to increase the active power, and the guide vane is closed to decrease the active power.
[0026]
However, when the active power is increased, the effective head decreases when the guide vane is opened in the transient state, so the pump turbine input is decreased due to the rate of change of the pump turbine flow rate and the rate of change of the effective head. The phenomenon may occur.
[0027]
Also, when the active power is reduced, the effective head increases when the guide vanes are closed in the transient state. The phenomenon may occur.
[0028]
Accordingly, the following two methods are conceivable as a method for preventing and suppressing the phenomenon of reversal of the active power and the rotational speed.
[0029]
(1) The guide vane is operated quickly, and the pump turbine flow rate is increased or decreased quickly regardless of the effective head.
[0030]
(2) The guide vane operation at the initial stage of the change is delayed, and the increase or decrease of the effective head at the initial stage of the change is suppressed as much as possible.
[0031]
Reference example 1 .
this Reference example 1 Is intended to prevent or suppress the inversion phenomenon of the output power and / or the rotational speed by the method (1).
[0032]
Of this invention Reference example 1 A control device for a variable speed pumped storage power generation system according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 illustrates the present invention. Reference example 1 It is a figure which shows the structure of the control apparatus of the variable speed pumped storage power generation system which concerns on. In addition, in each figure, the same code | symbol shows the same or equivalent part.
[0033]
In FIG. 2, 6 is an optimum rotational speed function, 7 is an optimum function of the guide vane opening, 8 is a subtractor, 9 is a rotational speed controller, 10 is a differentiator, 11 is an adder, and 12 is an adder. Note that the summing means includes, for example, a differentiator 10 and an adder 11.
[0034]
Then this Reference example 1 The operation of the control device for the variable speed pumped storage power generation system will be described with reference to the drawings.
[0035]
For example, the operation of this control device will be described in the case where a power command value that increases the output power is input. In the case of this control device, control is performed so that the output power increases in the excitation control system.
[0036]
Further, in the case of a power command value that increases the output power, the guide vane opening command value that is an output from the guide vane opening optimum function 7 becomes a command value in the direction in which the guide vane opens, and the rotation speed optimum function 6 The rotation speed command value that is an output from is also a command value in a direction in which the rotation speed increases.
[0037]
The rotation speed is generated by the rotation speed controller 9 based on the rotation speed deviation obtained by subtracting the actual rotation speed of the pump turbine from the rotation speed command value, and is added to the guide vane control signal. It is controlled by controlling the guide vane.
[0038]
In this case, since the output power is controlled by the excitation control system and the rotation speed is controlled by the servo control system, an inversion phenomenon occurs at the initial stage of the change in the rotation speed.
[0039]
Book Reference example 1 As an example of a control device, a control device is shown in which the output power is controlled by the excitation control system and the rotation speed is controlled by the servo control system, but the rotation speed is controlled by the excitation control system and the output power is controlled by the servo control system. The control device may be a control device that allocates control signals to the excitation control system and the servo control system according to the magnitude of the rotational speed deviation and the output power deviation.
[0040]
this Reference example 1 Then, in order to prevent or suppress the reversal phenomenon of the output power and / or the rotational speed by the method (1) described above, the derivative of the guide vane opening optimum function which is the output from the guide vane opening optimum function 7 is obtained. The value was added to the guide vane opening command value.
[0041]
When the power command value increases, the guide vane opening command value becomes a command in the direction in which the guide vane opens, but the value obtained by differentiating the guide vane opening command value with the differentiator 10 becomes a positive value. By adding this to the guide vane opening command value, the guide vane opening command value apparently increases, and the guide vane opens quickly, so the pump turbine input increases quickly, the output power, or the rotation speed , Or both of them can be prevented or suppressed.
[0042]
Conversely, when the power command value decreases, the guide vane opening command value becomes a command in the direction in which the guide vane closes, but the value obtained by differentiating the guide vane opening command value with the differentiator 10 is a negative value. Therefore, by adding this to the guide vane opening command value, the guide vane opening command value apparently decreased, and the guide vane closes quickly, so the pump turbine input decreases quickly, the output power, Alternatively, the reversal phenomenon of the rotational speed or both can be prevented and suppressed.
[0043]
Book Reference example 1 Then, the derivative of the guide vane opening command value is added to the guide vane opening command value. However, a determinator for the guide vane opening and closing direction is provided, and a constant value is used when the guide vane changes in the opening direction. May be added to the guide vane opening command value, and when the guide vane changes in the closing direction, a constant value may be subtracted from the guide vane opening command value.
[0044]
Further, a derivative of the power command value may be added to the guide vane opening.
[0045]
Further, a derivative of the rotational speed command value may be added to the guide vane opening command value.
[0046]
Further, a power deviation that is a difference between the power command value and the output power may be added to the guide vane opening command value.
[0047]
Further, a guide vane opening degree deviation, which is a difference between the guide vane opening degree command value and the actual guide vane opening degree, may be added to the guide vane opening degree command value.
[0048]
Further, a rotational speed deviation that is a difference between the rotational speed command value and the actual rotational speed may be added to the guide vane opening command value.
[0049]
Further, it is possible to add not the guide vane opening command value but the rotation speed command value output from the rotation speed optimum function 6, the rotation speed deviation output from the subtractor 8, or the rotation speed. A rotation speed control signal that is an output of the controller 9 may be used. In other words, if the output power increases, the control signal applied to the servo control system increases, and if the output power decreases, the control signal applied to the servo control system decreases, which position May be added together.
[0050]
Further, before adding the signals, the processing by the proportional element may be performed, the processing by the proportional element + integral element may be released, or the process by the proportional element + integral element + differential element may be performed. good.
[0051]
That is, this Reference example 1 Is connected directly to the generator motor whose primary winding is connected to the power system and the secondary winding is AC-excited, and to the secondary winding side of this generator motor, and its shaft output is controlled by adjusting the flow rate with a guide vane. The optimal speed command value calculated from the power command value and the effective head of the pump turbine, and the optimum guide vane opening calculated from the power command value and the effective head In a control device controlled by the command value and the power command value, the reversal phenomenon in which the rotation speed and / or output power changes in the reverse direction at the initial stage of the transient change is prevented, and the command value is tracked. In order to improve the performance, the control device for the variable speed pumped storage power generation system is characterized in that a predetermined value is added to the guide vane opening command value.
[0052]
At the time of a transient change in which the guide vane opening command value and the rotational speed command value change in the increasing direction, the guide vane opens quickly by adding the predetermined value to the guide vane opening command value, and the pump turbine flow rate increases quickly. As a result, the pump water wheel output can be increased quickly.
[0053]
Also, at the time of a transient change in which the guide vane opening command value and the rotation speed command value change in a decreasing direction, the guide vane closes quickly by subtracting a predetermined value from the guide vane opening command value, and the pump turbine flow rate decreases quickly. As a result, the pump turbine shaft output can be reduced quickly, so that the reversal phenomenon of the rotational speed and / or output power at the initial stage at the time of transient change can be prevented or suppressed.
[0054]
Embodiment 1 .
this Embodiment 1 Then, it is going to prevent and suppress the reversal phenomenon of output electric power, a rotation speed, or both by the method of said (1).
[0055]
Of this invention Embodiment 1 A control device for a variable speed pumped storage power generation system according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a control device for a variable speed pumped storage power generation system according to Embodiment 2 of the present invention.
[0056]
In FIG. 3, 13 is a multiplier, 14, 15 and 16 are differentiators, 17 and 18 are dividers, and 19 and 20 are tan. ^-1 21 is a function, 21 is a function 2, 22 is a function 2, 23 is a subtractor, 24 is a function 3, 25 is a multiplier, 26 is an adder, and 27 is a proportional element. The rotation speed optimum function 6 to the adder 12 are Reference example 1 Is the same. In addition, the summing unit includes, for example, a differentiator 10, an adder 11, and a multiplier 13 to a proportional element 27.
[0057]
Then this Embodiment 1 The operation of the control device for the variable speed pumped storage power generation system will be described with reference to the drawings.
[0058]
The block of the part which judges the guide vane opening degree command value and output electric power, and the guide vane opening degree command value and the direction of change of rotation speed is demonstrated.
[0059]
FIG. 4 shows the relationship between the value obtained by differentiating the actual rotational speed of the pump turbine with the differentiator 15 and the value obtained by differentiating the guide vane opening command value with the differentiator 14.
[0060]
As shown in FIG. 4, the change direction of the guide vane opening command value and the actual rotational speed is reversed in the second quadrant and the fourth quadrant. That is, the value obtained by differentiating the actual rotational speed of the pump turbine with the differentiator 15 is divided by the value obtained by differentiating the guide vane opening command value with the differentiator 14. ^-1 In terms of the value subjected to the processing by the function 19, the direction of change between the guide vane opening command value and the actual rotational speed is reversed at 90 ° to 180 ° and 270 ° to 360 °.
[0061]
Similarly, the value obtained by differentiating the generator motor output power with the differentiator 16 is divided by the value obtained by dividing the guide vane opening command value with the value obtained by differentiating with the differentiator 14. ^-1 In terms of the value obtained by performing the processing according to the function 20, the guide vane opening command value and the change direction of the output power are reversed at 90 ° to 180 ° and 270 ° to 360 °.
[0062]
Therefore, when the function 1 (21) and the function 2 (22) are set as shown in FIG. 5, for example, and the function 3 (24) is set as shown in FIG. 6, the output from the adder 26 is the guide vane opening command value and When the direction of change of output power or guide vane opening command value and rotation speed is reverse, that is, when the direction of change of power command value and output power or power command value and rotation speed is reverse, it exceeds 0 and is less than 1 Value, 0 otherwise.
[0063]
The output from the adder 26 multiplied by the gain by the proportional element 27 is multiplied by the value obtained by differentiating the guide vane opening command value by the differentiator 10, and the output from the multiplier 13 is changed to the guide vane opening. By adding to the command value, the guide vane operates faster when the rotation speed and / or output power or both are changing in the opposite direction, the pump turbine flow rate changes faster, and the rotation speed or output power. Inversion phenomenon of both or both can be prevented and suppressed.
[0064]
Book Embodiment 1 In this case, the output from the proportional element 27 is multiplied by the derivative of the guide vane opening command value. However, a judgment device for the opening / closing direction of the guide vane is provided, and it becomes positive when the guide vane changes in the opening direction. When the guide vane changes in the closing direction, it may be multiplied by a constant value that is negative, may be multiplied by a derivative of the power command value, or the rotational speed command value may be It may be multiplied by the differentiated one, may be multiplied by a power deviation that is the difference between the power command value and the output power, or the guide vane opening command value and the actual guide vane opening The difference may be multiplied by the guide vane opening degree deviation, or may be multiplied by the rotational speed deviation which is the difference between the rotational speed command value and the actual rotational speed.
[0065]
Further, the multiplied value may be added not by the guide vane opening command value but by the rotation speed command value output from the rotation speed optimum function 6 or the rotation speed deviation output from the subtractor 8. Alternatively, a rotation speed control signal that is an output of the rotation speed controller 9 may be used. Also, before adding the multiplied values, processing with a proportional element, processing with a proportional element + integral element, or processing with a proportional element + integral element + differential element may be performed. May be.
[0066]
Also book Embodiment 1 As an example of a control device, a control device is shown in which the output power is controlled by the excitation control system and the rotation speed is controlled by the servo control system, but the rotation speed is controlled by the excitation control system and the output power is controlled by the servo control system. The control device may be a control device that allocates control signals to the excitation control system and the servo control system according to the magnitude of the rotational speed deviation and the output power deviation.
[0067]
That is, this Embodiment 1 Is the above Reference example 1 When the guide vane opening command value and the output power, or the guide vane opening command value and the direction of change of the rotation speed are opposite, the guide vane opening command value It is characterized by adding to the value. Basically above Reference example 1 However, since the guide vane operation is accelerated only when the rotational speed and the output power change in the opposite direction, it is also possible to expect an effect that the unnecessary operation of the guide vane can be omitted.
[0068]
Reference example 2 .
this Reference example 2 Then, an attempt is made to prevent or suppress the inversion phenomenon of the output power and / or the rotational speed by the method (2).
[0069]
Of this invention Reference example 2 A control device for a variable speed pumped storage power generation system according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 shows the present invention. Reference example 2 It is a figure which shows the structure of the control apparatus of the variable speed pumped storage power generation system which concerns on.
[0070]
In FIG. 7, 28 is a first-order lag function (delay means). The rotation speed optimum function 6 to the rotation speed controller 9 and the adder 12 are Reference example 1 Is the same.
[0071]
Then this Reference example 2 The operation of the control device for the variable speed pumped storage power generation system will be described with reference to the drawings.
[0072]
The faster the guide vane operates, the greater the effective head will change, and even if a power command value in the direction of increasing output power is given, the amount of inversion at the initial stage of pump turbine input is large and it increases quite easily. do not do. Conversely, even if a power command value in the direction of decreasing the output power is given, the amount of inversion at the initial stage of pump turbine input is large and does not decrease easily.
[0073]
Therefore, the guide vane opening command value output from the guide vane opening optimum function 7 is passed through the first-order lag function 28, so that the change in the guide vane opening command value at the initial stage of the change is delayed, and the effective head Therefore, the amount of inversion of the pump turbine input at the initial stage is suppressed, and the inversion phenomenon of the output power and / or the rotational speed can be prevented and suppressed.
[0074]
Book Reference example 2 As an example of a control device, a control device is shown in which the output power is controlled by the excitation control system and the rotation speed is controlled by the servo control system, but the rotation speed is controlled by the excitation control system and the output power is controlled by the servo control system. The control device may be a control device that allocates control signals to the excitation control system and the servo control system according to the magnitude of the rotational speed deviation and the output power deviation.
[0075]
That is, this Reference example 2 The primary winding is connected to the power system, and the secondary winding is directly connected to the secondary winding side of the generator motor, and the shaft output is controlled by adjusting the flow rate with a guide vane. The optimal speed command value calculated from the power command value and the effective head of the pump turbine, and the optimum guide vane opening calculated from the power command value and the effective head In a control device controlled by the command value and the power command value, the reversal phenomenon in which the rotation speed and / or output power changes in the reverse direction at the initial stage of the transient change is prevented, and the command value is tracked. In order to improve the performance, the guide vane opening command value is delayed to delay the operation of the guide vane at the initial stage of the change.
[0076]
When the guide vane opening command value and the rotational speed command value change transiently, the guide vane opening command value is delayed and the guide vane operation at the initial stage of the change is delayed. By suppressing the increase / decrease in the head, the inversion of the pump turbine input given from the water at the initial stage is suppressed, so the inversion phenomenon of the rotation speed and / or output power at the initial stage at the time of transient change can be reduced. Can be prevented or suppressed.
[0077]
Embodiment 2 .
this Embodiment 2 Basically, the method (1) is to prevent or suppress the inversion phenomenon of the output power and / or the rotational speed, and the method (2) is added as a correction. .
[0078]
Of this invention Embodiment 2 A control device for a variable speed pumped storage power generation system according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 8 shows the present invention. Embodiment 2 It is a figure which shows the structure of the control apparatus of the variable speed pumped storage power generation system which concerns on.
[0079]
In FIG. 8, 29 is a subtractor, 30 is an adder, 31 is a differentiator, 32 is a function for calculating a minimum value, 33 is a subtractor, 34 is a differentiator, 35 and 36 are selectors, 37 is an adder, 38 And 39 are comparators, 40 is a function for calculating the maximum value, 41 is a subtractor, 42 is a differentiator, 43 and 44 are selectors, and 45 and 46 are comparators. The rotation speed optimum function 6 to the adder 12 are the same as those described above. Reference example 1 Is the same. Moreover, the 2nd addition means is comprised from the subtractor 29-comparator 46, for example.
[0080]
Then this Embodiment 2 The operation of the control device for the variable speed pumped storage power generation system will be described with reference to the drawings.
[0081]
The rate of change is obtained by differentiating the effective head of the pump turbine by the differentiator 31. When the value is positive, the power command value is such that the output power decreases.If the guide vane closing speed is fast, the rate of change in which the effective drop increases and the inversion phenomenon occurs. By slowing the closing speed, the inversion phenomenon is prevented and suppressed.
[0082]
That is, the function 40 for calculating the maximum value is used to differentiate the value exceeding the set value (effective head change rate−set value) by the differentiator 42 and add it to the guide vane opening command value to obtain the guide. The vane closing speed is delayed, the rate of change of the effective head is increased, and the inversion phenomenon is prevented and suppressed.
[0083]
The comparator 45 outputs “1” when the rate of change of the effective head exceeds the set value, and outputs “0” when it falls below the set value. The selector 43 changes the effective head when “1” is input. The output from the differentiator 42 is selected when the rate is equal to or higher than the set value, and when “0” is input, 0 is selected because it is below the set value.
[0084]
The comparator 46 outputs “1” when the power deviation is less than or equal to the set value, and outputs “0” when the power deviation exceeds the set value. The selector 44 selects the output from the selector 43 when “1” is input, and selects “0” when “0” is input. That is, when the power deviation is equal to or less than the set value, that is, when the output power is changing greatly, the guide vane opening command value is added to the change rate of the effective head minus the set value differential value (output from the differentiator 42). Is.
[0085]
When the rate of change, which is a value obtained by differentiating the effective head by the differentiator 31, is negative, the power command value increases in the output power. When the guide vane opens quickly, the rate of change at which the effective head decreases decreases. Since the reversal phenomenon occurs, the reversal phenomenon is prevented and suppressed by slowing the opening speed of the guide vanes.
[0086]
That is, the function 32 for calculating the minimum value is differentiated by the differentiator 34 with a value that is lower than the set value (the rate of change of the effective head minus the set value), and is added to the guide vane opening command value. It slows down the opening speed of the vane, smoothes the rate of change in which the effective head decreases, and prevents and suppresses the reversal phenomenon.
[0087]
The comparator 38 outputs “1” when the rate of change of the effective head falls below the set value, and outputs “0” when it exceeds the set value. The selector 35 changes the effective head when “1” is input. The output from the differentiator 34 is selected when the rate falls below the set value, and when “0” is input, 0 is selected because it exceeds the set value.
[0088]
The comparator 39 outputs “1” when the power deviation exceeds the set value, and outputs “0” when it falls below the set value. The selector 36 selects the output from the selector 35 when “1” is input, and selects “0” when “0” is input. That is, when the power deviation is equal to or greater than the set value, that is, when the output power is greatly changed, the guide vane opening command value is added to the change rate of the effective head minus the differential value of the set value (output from the differentiator 34). Is.
[0089]
With the above behavior, the inversion phenomenon of the output power and / or the rotational speed can be prevented or suppressed.
[0090]
In addition, this Embodiment 2 Is the above Reference example 1 Applied to what is described in Embodiment 1 The same effect can be obtained when applied to the above described.
[0091]
That is, this Embodiment 2 Is the above Reference example 1 as well as Embodiment 1 In order to suppress the increase or decrease of the effective head at the initial stage at the time of transient change, when the change rate of the effective head exceeds the set value, the change rate of the effective head is opened. It is added to the degree command value.
[0092]
At the time of a transient change in which the guide vane opening command value and the rotational speed command value change in the increasing direction, the guide vane opens quickly by adding a predetermined value to the guide vane opening command value, and the pump turbine flow rate increases quickly. If the guide vane moves too quickly, the rate of change in the effective head decrease direction increases.If the rate of change of the effective head exceeds the set value, the rate of change is added to the guide vane opening command value. By slowing down the operation and suppressing the rate of change of the effective head in the decreasing direction, the inversion phenomenon at the initial stage of the pump turbine input can be suppressed, and the pump turbine shaft output can be increased quickly. Also, at the time of a transient change in which the guide vane opening command value and the rotation speed command value change in a decreasing direction, the pump water wheel output can be reduced quickly in the same manner, so that the rotation speed at the initial stage at the time of the transient change, or The inversion phenomenon of the output power or both can be prevented or suppressed.
[0093]
Embodiment 3 .
this Embodiment 3 Then, basically, the inversion phenomenon of the output power and / or the rotational speed is to be prevented and suppressed by both (1) and (2).
[0094]
Of this invention Embodiment 3 A control device for a variable speed pumped storage power generation system according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 9 shows the present invention. Embodiment 3 It is a figure which shows the structure of the control apparatus of the variable speed pumped storage power generation system which concerns on.
[0095]
In FIG. 9, 47 is a first-order lag function (delay means). The rotation speed optimum function 6 to the adder 12 are the same as those described above. Reference example 1 Is the same.
[0096]
Then this Embodiment 3 The operation of the control device for the variable speed pumped storage power generation system will be described with reference to the drawings.
[0097]
Since the change in the initial stage of the guide vane opening command value, which is the output from the guide vane opening optimum function 7, is delayed by the primary delay function 47, the change in the effective head in the initial stage is reduced, and the inversion phenomenon in the initial stage Can be prevented and suppressed.
[0098]
Thereafter, the differential value of the guide vane opening optimum function, which is the output from the guide vane opening optimum function 7, is added to the guide vane opening command value, so that the operation of the guide vane is accelerated and the change in the pump turbine flow rate is changed. By accelerating, the change of the pump turbine input is accelerated, and a response with good followability to the command value is obtained.
[0099]
In addition, this Embodiment 3 Is the above Reference example 1 Applied to what is described in Embodiment 1 The same effect can be obtained when applied to the above described.
[0100]
That is, this Embodiment 3 Is the above Reference example 1 as well as Embodiment 1 In the control device of the variable speed pumped storage power generation system, the guide vane opening command value is delayed to delay the guide vane operation at the initial stage at the time of transient change, and then the guide vane operation is accelerated. .
[0101]
When the guide vane opening command value and the rotational speed command value change in the increasing direction, the guide vane opening command value is delayed in the initial stage, causing the guide vane operation to be delayed, and then the rotational speed and output power are reversed. Because the guide vane moves faster only when it changes to, the inversion of the pump turbine input given by the water at the initial stage during the transient change is suppressed, and then the pump turbine input increases quickly, and during the transient change Inversion of the rotation speed and / or output power at the initial stage can be prevented or suppressed, and the followability to the subsequent command value is improved. Further, at the time of a transient change in which the guide vane opening command value and the rotation speed command value change in the decreasing direction, similarly, inversion at the initial stage of the pump turbine input given from water is suppressed at the initial stage at the time of the transient change. The pump turbine shaft input decreases quickly, and the inversion phenomenon of the rotation speed and / or output power at the initial stage at the time of transient change can be prevented or suppressed.
[0103]
【The invention's effect】
Of this invention Claim 1 As described above, the control device for the variable speed pumped storage power generation system according to A rotation speed optimum function that calculates an optimum rotation speed command value based on the power command value and the effective head of the pump turbine, and a subtraction that outputs a rotation speed deviation by subtracting the actual rotation speed of the pump turbine from the rotation speed command value A rotation speed controller that generates a rotation speed control signal based on the rotation speed deviation, and a guide vane that calculates an optimal guide vane opening command value based on the power command value and an effective head of the pump turbine A guide vane control signal is generated by adding a predetermined value to the guide vane opening command value in the initial stage of the opening optimum function and the transient change, When the guide vane opening command value and the actual rotational speed of the pump turbine, or when the direction of change of the guide vane opening command value and the output power of the generator motor is opposite, a predetermined value is set for the guide vane opening command value. Add together And an adder that adds the rotation speed control signal and the guide vane control signal and outputs the sum to the servo control system. Therefore, only when the rotational speed and output power change in the opposite direction, the operation of the guide vane can be accelerated, and the unnecessary operation of the guide vane can be omitted.
[0105]
Of this invention Claim 2 As described above, when the change rate of the effective head of the pump turbine is greater than or equal to a predetermined set value, the control device of the variable speed pumped storage power system according to the present invention sets the change rate of the effective head to the guide vane opening command value. Since the second adding means for adding together is further provided, there is an effect that it is possible to prevent or suppress the reversal phenomenon of the rotational speed and / or output power in the initial stage at the time of the transient change.
[0106]
Of this invention Claim 3 As described above, the control device of the variable speed pumped storage power generation system according to the present invention further includes delay means for delaying the guide vane opening command value at an initial stage at the time of transient change, and the footing means includes the delayed guide. Since a predetermined value is added to the vane opening command value, the inversion phenomenon of the rotation speed and / or output power at the initial stage at the time of transient change can be prevented or suppressed, and the follow-up performance to the subsequent command value is also achieved. There is an effect of improving.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows embodiments of the present invention. And each reference example It is a figure showing the composition of the variable speed pumped storage power plant concerning.
FIG. 2 of the present invention Reference example 1 It is a figure which shows the structure of the control apparatus of the variable speed pumped storage power generation system which concerns on.
FIG. 3 of the present invention Embodiment 1 It is a figure which shows the structure of the control apparatus of the variable speed pumped storage power generation system which concerns on.
FIG. 4 of the present invention Embodiment 1 It is a figure which shows operation | movement of the control apparatus of the variable speed pumped storage power generation system which concerns on.
FIG. 5 of the present invention Embodiment 1 It is a figure which shows operation | movement of the control apparatus of the variable speed pumped storage power generation system which concerns on.
FIG. 6 of the present invention Embodiment 1 It is a figure which shows operation | movement of the control apparatus of the variable speed pumped storage power generation system which concerns on.
FIG. 7 of the present invention Reference example 2 It is a figure which shows the structure of the control apparatus of the variable speed pumped storage power generation system which concerns on.
FIG. 8 of the present invention Embodiment 2 It is a figure which shows the structure of the control apparatus of the variable speed pumped storage power generation system which concerns on.
FIG. 9 shows the present invention. Embodiment 3 It is a figure which shows the structure of the control apparatus of the variable speed pumped storage power generation system which concerns on.
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration of a control device of a conventional variable speed pumped storage power generation system.
[Explanation of symbols]
1 Upper Reservoir, 2 Upper Surge Tank, 3 Pump Turbine-Generator Motor, 4 Lower Surge Tank, 5 Lower Reservoir, 6 Speed Optimum Function, 7 Guide Vane Opening Optimum Function, 8 Subtractor, 9 Speed Controller, 10 Differentiator, 11 Adder, 12 Adder, 13 Multiplier, 28 First-order lag function, 29 Subtractor, 30 Adder, 47 First-order lag function.

Claims

A rotation speed optimum function for calculating an optimum rotation speed command value based on the power command value and the effective head of the pump turbine,
A subtractor for subtracting the actual rotational speed of the pump turbine from the rotational speed command value to output a rotational speed deviation;
A rotational speed controller that generates a rotational speed control signal based on the rotational speed deviation;
A guide vane opening optimum function for calculating an optimum guide vane opening command value based on the power command value and an effective head of the pump turbine,
In an initial stage at the time of a transient change, a guide vane control signal is generated by adding a predetermined value to the guide vane opening command value, and the guide vane opening command value and the actual rotational speed of the pump turbine, or the guide When the direction of change of the vane opening command value and the output power of the generator motor is opposite, an adding means for generating a guide vane control signal by adding a predetermined value to the guide vane opening command value;
A control device for a variable speed pumped storage power generation system, comprising: an adder that adds the rotation speed control signal and the guide vane control signal and outputs the sum to the servo control system.

When effective head of the rate of change of the pump-turbine is equal to or higher than a predetermined value, further the second leg engagement means for generating a guide vane control signal summing the rate of change of the effective head to an output of said foot engagement means The control apparatus of the variable speed pumped-storage power generation system of Claim 1 provided .

A delay means for delaying the guide vane opening command value in an initial stage at the time of a transient change ;
The control device for a variable speed pumped storage power generation system according to claim 1 , wherein the adding means adds a predetermined value to the delayed guide vane opening command value .