JP3828344B2 - Control device for variable speed pumped storage power generation system - Google Patents

Control device for variable speed pumped storage power generation system Download PDF

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  • Control Of Water Turbines (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、流量を回転数に見合った適正な値以下にし、ポンプ水車が逆流点に突入せず、安定した運転を可能と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７は、例えば特開昭６１−２４７２９８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７において、６１は指令値算出器、６２及び６３は減算要素、６４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７に示すように、出力電力及び回転数は励磁制御系で、ガイドベーンはガイドベーン開度指令値によりサーボ制御系で制御される。
【０００６】
外部より電力指令値が与えられた際、該電力指令値に対し予め定められている目標回転数と誘導機の実際の回転数との差、上記電力指令値と上記誘導機の出力あるいは入力との差にもとづき誘導機２次巻線に対する交流励磁電圧の位相を制御する。
【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、ガイドベーンの開閉速度、回転数の増減速度に差がつくような構成要素がないため、逆流点に突入する可能性がある。
【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、回転数の増減の速度差により、ポンプ水車が逆流点に突入する可能性があ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、逆流点への突入を防止でき、安定した運転を行う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。
【００１０】
【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実揚程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、前記回転数制御信号を前記電力指令値に加算して励磁制御系へ出力する加算器と、前記電力指令値及び前記ポンプ水車の実揚程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、過渡変化時に、前記ガイドベーン開度指令値から所定の値を差し引いてサーボ制御系へ出力する減算手段とを備え、前記減算手段は、前記ガイドベーン開度指令値を微分する微分器と、前記微分器からの微分値について絶対値を求める絶対値関数と、前記ガイドベーン開度指令値から前記絶対値を差し引く第２の減算器とを有するものである。
【００１１】
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、電力指令値及びポンプ水車の実揚程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実揚程に基いて最適なガイドベーン開度指令値を算出してサーボ制御系へ出力するガイドベーン開度最適関数と、過渡変化時に、前記電力指令値に所定の値を足し合せる加算手段と、前記回転数制御信号を前記所定の値を足し合せた電力指令値に加算して励磁制御系へ出力する加算器とを備え、前記加算手段は、前記ガイドベーン開度指令値を微分する微分器と、前記微分器からの微分値について絶対値を求める絶対値関数と、前記電力指令値に前記絶対値を足し合せる第２の加算器とを有するものである。
【００１２】
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、電力指令値及びポンプ水車の実揚程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、前記回転数制御信号を前記電力指令値に加算して励磁制御系へ出力する加算器と、前記電力指令値及び前記ポンプ水車の実揚程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、過渡変化時に、回転数増加時は前記ポンプ水車の実ガイドベーン開度の変化率が前記ポンプ水車の実回転数の変化率より小さくなるように、回転数減少時は前記ポンプ水車の実ガイドベーン開度の変化率が前記ポンプ水車の実回転数の変化率より大きくなるように、前記ガイドベーン開度指令値に所定の値を加算してサーボ制御系へ出力する加算手段とを備え、前記加算手段は、前記ポンプ水車の実回転数を微分する第１の微分器と、前記第１の微分器からの微分値が負のときは０を出力し、正のときは１を出力する関数１と、前記第１の微分器からの微分値が正のときは０を出力し、負のときは１を出力する関数２と、前記ポンプ水車の実回転数を微分して実回転数の変化率を計算する第２の微分器と、前記ポンプ水車の実ガイドベーン開度を微分して実ガイドベーン開度の変化率を計算する第３の微分器と、前記実回転数の変化率に１．０未満の値を掛ける第１のゲインと、前記第１のゲインの出力から前記実ガイドベーン開度の変化率を減算する第２の減算器と、前記実回転数の変化率に１．０を越える値を掛ける第２のゲインと、前記第２のゲインの出力から前記実ガイドベーン開度の変化率を減算する第３の減算器と、前記関数１からの出力と前記第２の減算器からの出力を掛け合わせる第１の乗算器と、前記関数２からの出力と前記第３の減算器からの出力を掛け合わせる第２の乗算器と、前記第１及び第２の乗算器の出力を加算する第２の加算器と、前記ガイドベーン開度指令値に前記第２の加算器の出力値を加算する第３の加算器とを有するものである。
【００１３】
この発明の請求項４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実揚程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、前記回転数制御信号を前記電力指令値に加算して励磁制御系へ出力する加算器と、前記電力指令値及び前記ポンプ水車の実揚程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、過渡変化時に、回転数増加時は前記ポンプ水車の実ガイドベーン開度の変化率が前記ガイドベーン開度指令値の変化率より小さくなるように、回転数減少時は前記ポンプ水車の実ガイドベーン開度の変化率が前記ガイドベーン開度指令値の変化率より大きくなるように、前記ガイドベーン開度指令値に所定の値を加算してサーボ制御系へ出力する加算手段とを備え、前記加算手段は、前記回転数指令値を微分する第１の微分器と、前記第１の微分器からの微分値が負のときは０を出力し、正のときは１を出力する関数１と、前記第１の微分器からの微分値が正のときは０を出力し、負のときは１を出力する関数２と、前記ガイドベーン開度指令値を微分してガイドベーン開度指令値の変化率を計算する第２の微分器と、前記ポンプ水車の実ガイドベーン開度を微分して実ガイドベーン開度の変化率を計算する第３の微分器と、前記ガイドベーン開度指令値の変化率に１．０未満の値を掛ける第１のゲインと、前記第１のゲインの出力から前記実ガイドベーン開度の変化率を減算する第２の減算器と、前記ガイドベーン開度指令値の変化率に１．０を越える値を掛ける第２のゲインと、前記第２のゲインの出力から前記実ガイドベーン開度の変化率を減算する第３の減算器と、前記関数１からの出力と前記第２の減算器からの出力を掛け合わせる第１の乗算器と、前記関数２からの出力と前記第３の減算器からの出力を掛け合わせる第２の乗算器と、前記第１及び第２の乗算器の出力を加算する第２の加算器と、前記ガイドベーン開度指令値に前記第２の加算器の出力値を加算する第３の加算器とを有するものである。
【００１４】
この発明の請求項５に係る可変速揚水発電システムの制御装置は、前記ガイドベーン開度指令値、及び前記回転数指令値の変化方向が異なる場合には、前記ガイドベーン開度指令値を固定する固定手段をさらに備えたものである。
【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】
本発明は揚水運転時の制御装置に関するものなので、揚水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、ポンプ、及び電動機として動作し、発電電動機は、電力が加えられることにより回転し、この電動機によりポンプ水車が駆動され、水が下部貯水池５から上部貯水池１に汲み上げられる。
【００１９】
ここで、同一水路系内にある２台のポンプ水車のうち、１台に運転変動、例えば入力遮断が生じた場合、その入力遮断するポンプ水車のガイドベーンが最速で閉じていくため、上部貯水池１側の水圧が減少する。
【００２０】
この水圧の変動が水路を通じてもう１台のポンプ水車に影響を及ぼし、このポンプ水車の実揚程が減少する。そのため、通常の電力指令値が変化する場合のように、電力指令値が増加すれば回転数指令値、ガイドベーン開度指令値も増加し、逆に電力指令値が減少すれば回転数指令値、ガイドベーン開度指令値の減少する、というように回転数指令値とガイドベーン開度指令値が同じ方向に変化するのではなく、回転数指令値は減少するのに対してガイドベーン開度指令値は増加し、回転数指令値とガイドベーン開度指令値が逆方向に変化するため、逆流点に突入する可能性がある。
【００２１】
次に、この逆流点について説明する。揚水運転時、入力電力と揚程によってポンプ水車の回転数は一義的に決まる。また、ポンプ水車流量は、ガイドベーンの開度制御により制御される。ポンプ水車の実回転数がガイドベーン開度に対応するポンプ水車流量相当の水を汲み上げられるだけの回転数になっていなければ、ポンプ水車内で水が乱流になり、騒音、振動が大きくなって、場合によってはポンプ水車が破損することがある。このような現象が生じる領域に入る点を逆流点と呼ぶ。
【００２２】
そこで、逆流点に突入しないようにするため、ポンプ水車流量を、その時点での回転数で汲み上げられる水相当の流量以下になるようにガイドベーン開度を制御する必要がある。
【００２３】
実施の形態１．
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２は、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。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００２４】
図２において、６はガイドベーン開度最適関数、７は回転数最適関数、８は減算器、９は回転数制御器、１０は加算器、１１は減算器、１２は微分器、１３は絶対値関数、１４は減算器である。なお、減算手段は、例えば微分器１２〜減算器１４から構成されている。
【００２５】
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。
【００２６】
例えば、入力電力増となるような電力指令値が入力された場合について、この制御装置の挙動を説明する。
【００２７】
この制御装置の場合、励磁制御系で入力電力が増加するように制御される。また、入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６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７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。
【００２８】
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、電力指令値に足し合わされ、励磁制御系で制御される。
【００２９】
また、ガイドベーン開度指令値は、サーボ制御系（ガイドベーン制御系）に入力され、指令値通りの開度となるように制御される。この場合、回転数の上昇の割合とガイドベーンが開く速度によっては、逆流点に突入する可能性がある。同様に、入力電力減となるような電力指令値の場合も、逆流点に突入する可能性がある。
【００３０】
そこで、ガイドベーン開度最適関数６からの出力であるガイドベーン開度指令値を微分器１２によって微分し、この微分値について絶対値関数１３によって求めた絶対値を、減算器１４によって常にガイドベーン開度指令値から差し引くようにした。
【００３１】
これにより、入力電力増の場合、サーボ制御系に与えられる減算器１４からの出力は、ガイドベーン開度最適関数６からの出力であるガイドベーン開度指令値よりも小さくなり、回転数の増加速度に比べてガイドベーンが開く速度が遅くなり、ポンプ水車の流量が回転数に見合った適正な値以下になる。
【００３２】
また、入力電力減の場合、サーボ制御系に与えられる減算器１４からの出力は、ガイドベーン開度最適関数６からの出力であるガイドベーン開度指令値よりも小さくなり、回転数の減少速度に比べてガイドベーンが閉じる速度が早くなり、ポンプ水車の流量が回転数に見合った適正な値以下になる。これにより、ポンプ水車は逆流点に突入することなく、運転可能である。
【００３３】
本実施の形態１では、ガイドベーン開度指令値を微分したものの絶対値をガイドベーン開度指令値から差し引くようにしたが、電力指令値を微分したものの絶対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し、回転数指令値を微分したものの絶対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。また、差し引く対象をガイドベーン開度指令値としたが、ガイドベーン開度指令値から実ガイドベーン開度指令値を差し引いたガイドベーン開度偏差から差し引くようにしても良い。
【００３４】
すなわち、この実施の形態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側と直結し、発電電動機により駆動され、その流量はガイドベーンの開閉により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実揚程より算出される最適な回転数指令値と、電力指令値と実揚程より算出される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、過渡変化時にガイドベーン開度指令値から所定の値を差し引くようにし、過渡変化時にはポンプ水車の流量を常に回転数に見合ったポンプ水車の流量より小さくするようにしたものである。
【００３５】
過渡変化時に、ガイドベーン開度指令値から所定の値を差し引くことにより、ポンプ水車の流量が回転数に見合った適正な値以下になるため、ポンプ水車が逆流点に突入することなく、運転することが可能となる。
【００３６】
実施の形態２．
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。
【００３７】
図３において、１５は加算器である。なお、ガイドベーン開度最適関数６〜絶対値関数１３は、上記実施の形態１と同様である。また、加算手段は、例えば微分器１２、絶対値関数１３、及び加算器１５から構成されている。
【００３８】
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。
【００３９】
ガイドベーン開度最適関数６からの出力であるガイドベーン開度指令値を微分器１２によって微分し、この微分値について絶対値関数１３によって求めた絶対値を、加算器１５によって常に電力指令値に足し合わせるようにした。
【００４０】
これにより、入力電力増の場合、電力指令値は見かけ上増えたことになり、入力電力が増えるため、回転数も早く増加する。つまり、ガイドベーンの開く速度に比べて回転数の増加速度が速くなり、ガイドベーン開度により与えられるポンプ水車の流量は回転数に見合った適正な値以下になる。
【００４１】
また、入力電力減の場合、電力指令値は見かけ上増えたことになり、入力電力の減少が遅くなるため、回転数の減少も遅くなる。つまり、ガイドベーンの閉じる速度に比べて回転数の減少速度が遅くなり、ガイドベーン開度により与えられるポンプ水車の流量は回転数に見合った適正な値以下になる。これにより、ポンプ水車は逆流点に突入することなく、運転可能である。
【００４２】
本実施の形態２では、ガイドベーン開度指令値を微分したものの絶対値を電力指令値に足し合わせるようにしたが、電力指令値を微分したものの絶対値を電力指令値に足し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の絶対値を電力指令値に足し合わせるようにしても良い。また、足し合わせる対象を電力指令値としたが、電力指令値から入力電力を差し引いた電力偏差に足し合わせるようにしても良い。
【００４３】
すなわち、この実施の形態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側と直結し、発電電動機により駆動され、その流量はガイドベーンの開閉により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実揚程より算出される最適な回転数指令値と、電力指令値と実揚程より算出される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、過渡変化時に電力指令値に所定の値を足し合わせるようにし、過渡変化時には回転数を常にポンプ水車の流量に見合った回転数より大きくするようにしたものである。
【００４４】
過渡変化時に、電力指令値に所定の値を足し合わせることにより、回転数がポンプ水車の流量に見合った適正な値以上になるため、ポンプ水車が逆流点に突入することなく、運転することが可能となる。
【００４５】
実施の形態３．
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４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。
【００４６】
図４において、１６は加算器、１７は微分器、１８は関数１、１９は関数２、２０は微分器、２１はゲイン、２２は減算器、２３は変化率制御器、２４は乗算器、２５は加算器、２６は微分器、２７はゲイン、２８は減算器、２９は変化率制御器、３０は乗算器である。なお、ガイドベーン開度最適関数６〜減算器１１は、上記実施の形態１と同様である。また、加算手段は、例えば加算器１６〜乗算器３０から構成されている。
【００４７】
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。
【００４８】
入力電力増加時は実ガイドベーン開度の変化率が実回転数の変化率より小さくなるように制御し、入力電力減少時は実ガイドベーン開度の変化率が実回転数の変化率より大きくなるように制御することにより、入力電力変化時にはポンプ水車の流量を常に回転数に見合った値より小さくなり、逆流点に突入することなく、運転することが可能となる。
【００４９】
まず、変化方向の判断方法を説明する。ポンプ水車の実回転数を微分器１７により微分する。その微分値が正のときは実回転数が増加する方向（入力電力が増加する方向）に変化中で、負のときは実回転数が減少する方向（入力電力が減少する方向）に変化中である。
【００５０】
そこで、関数１（１８）は、０以下の値が入力されると０を出力し、０を越える値が入力されると１を出力する関数、また、関数２（１９）は、０以上の値が入力されると０を出力し、０未満の値が入力されると１を出力する関数とする。
【００５１】
すると、実回転数が増加する方向（入力電力が増加する方向）の場合は、関数１（１８）は１、関数２（１９）は０が出力され、実回転数が減少する方向（入力電力が減少する方向）の場合には、関数１（１８）は０、関数２（１９）は１が出力され、変化方向が判断される。
【００５２】
次に、変化率制御の方法を説明する。実回転数は、微分器２０により微分され、実回転数の変化率が計算される。また、実ガイドベーン開度は、微分器２６により微分され、実ガイドベーン開度の変化率が計算される。
【００５３】
ゲイン２１は、１．０未満の値とし、実回転数の変化率に１．０未満の値を掛けたものと実ガイドベーン開度の変化率を減算器２２で比較し、その偏差を変化率制御器２３に入力し、そ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、実ガイドベーン開度の変化率が実回転数の変化率より小さくなるように制御する。
【００５４】
ゲイン２７は、１．０を越える値とし、実回転数の変化率に１．０を越える値を掛けたものと実ガイドベーン開度の変化率を減算器２８で比較し、その偏差を変化率制御器２９に入力し、そ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、実ガイドベーン開度の変化率が実回転数の変化率より大きくなるように制御する。
【００５５】
ここで、関数１（１８）からの出力が乗算器２４により変化率制御器２３からの出力に掛け合わされ、関数２（１９）からの出力が乗算器３０により変化率制御器２９からの出力に掛け合わされるので、実回転数が増加する方向に変化中は実ガイドベーン開度の変化率が実回転数の変化率より小さくなるように制御され、実回転数が減少する方向に変化中は実ガイドベーン開度の変化率が実回転数の変化率より大きくなるように制御されるので、入力電力変化時にはポンプ水車の流量は常に回転数に見合った値より小さくなり、逆流点に突入することなく、運転することが可能となる。
【００５６】
この場合、ポンプ水車の回転数の変化率に対し、回転数が増加方向に変化するときにはガイドベーン開度の変化率が小さくなるように制御し、回転数が減少方向に変化するときはガイドベーン開度の変化率が大きくなるように制御するため、上記実施の形態１で説明したような、例えば同一水路系内の１台のポンプ水車が入力遮断し、その影響を受けてガイドベーン開度指令値と回転数指令値の変化方向が逆になるような場合でも、逆流点に突入することなく、運転することが可能となる。
【００５７】
本実施の形態３では、実回転数の微分値で変化方向を判断したが、電力指令値の微分値で変化方向を判断しても良いし、ガイドベーン開度指令値の微分値で判断しても良いし、回転数指令値の微分値で判断しても良い。
【００５８】
すなわち、この実施の形態３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側と直結し、発電電動機により駆動され、その流量はガイドベーンの開閉により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実揚程より算出される最適な回転数指令値と、電力指令値と実揚程より算出される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、回転数増加時は実ガイドベーン開度の変化率が実回転数の変化率より小さくなるように制御し、回転数減少時は実ガイドベーン開度の変化率が実回転数の変化率より大きくなるように制御し、過渡変化時にはポンプ水車の流量を常に回転数に見合ったポンプ水車の流量より小さくするようにしたものである。
【００５９】
回転数増加時には実ガイドベーン開度の変化率が実回転数の変化率より小さくなるように制御し、回転数減少時は実ガイドベーン開度の変化率が実回転数の変化率より大きくなるように制御することにより、過渡変化時にポンプ水車の流量が回転数に見合った適正な値以下になるため、ポンプ水車が逆流点に突入することなく、運転することが可能となる。
【００６０】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４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５は、この発明の実施の形態４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。
【００６１】
図５において、３１は加算器、３２は微分器、３３は関数１、３４は関数２、３５は微分器、３６はゲイン、３７は減算器、３８は変化率制御器、３９は乗算器、４０は加算器、４１は微分器、４２はゲイン、４３は減算器、４４は変化率制御器、４５は乗算器である。なお、ガイドベーン開度最適関数６〜減算器１１は、上記実施の形態１と同様である。また、加算手段は、例えば加算器３１〜乗算器４５から構成されている。
【００６２】
つぎに、この実施の形態４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。
【００６３】
入力電力増加時は実ガイドベーン開度の変化率がガイドベーン開度指令値の変化率より小さくなるように制御し、入力電力減少時は実ガイドベーン開度の変化率がガイドベーン開度指令値の変化率より大きくなるように制御することにより、入力電力変化時にはポンプ水車の流量が常に回転数に見合った値より小さくなり、逆流点に突入することなく、運転することが可能となる。
【００６４】
まず、変化方向の判断方法を説明する。回転数指令値を微分器３２により微分する。その微分値が正のときは回転数指令値が増加する方向（入力電力が増加する方向）に変化中で、負のときには回転数指令値が減少する方向（入力電力が減少する方向）に変化中である。
【００６５】
そこで、関数１（３３）は、０以下の値が入力されると０を出力し、０を越える値が入力されると１を出力する関数、関数２（３４）は０以上の値が入力されると０を出力し、０未満の値が入力されると１を出力する関数とする。
【００６６】
すると、入力電力が増加する方向の場合は関数１（３３）は１、関数２（３４）は０が出力され、入力電力が減少する方向の場合は関数１（３３）は０、関数２（３４）は１が出力され、変化方向が判断される。
【００６７】
次に、変化率制御の方法を説明する。ガイドベーン開度指令値は微分器３５により微分され、ガイドベーン開度指令値の変化率が計算される。また、実ガイドベーン開度は微分器４１により微分され、実ガイドベーン開度の変化率が計算される。
【００６８】
ゲイン３６は、１．０未満の値とし、ガイドベーン開度指令値の変化率に１．０未満の値を掛けたものと実ガイドベーン開度の変化率を減算器３７で比較し、その偏差を変化率制御器３８に入力し、そ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、実ガイドベーン開度の変化率がガイドベーン開度指令値の変化率より小さくなるように制御する。
【００６９】
ゲイン４２は、１．０を越える値とし、ガイドベーン開度指令値の変化率に１．０を越える値を掛けたものと実ガイドベーン開度の変化率を減算器４３で比較し、その偏差を変化率制御器４４に入力し、そ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、実ガイドベーン開度の変化率がガイドベーン開度指令値の変化率より大きくなるように制御する。
【００７０】
ここで、関数１（３３）からの出力が乗算器３９により変化率制御器３８からの出力に掛け合わされ、関数２（３４）からの出力が乗算器４５により変化率制御器４４からの出力に掛け合わされるので、入力電力が増加する方向に変化中は実ガイドベーン開度の変化率がガイドベーン開度指令値の変化率より小さくなるように制御され、入力電力が減少する方向に変化中は実ガイドベーン開度の変化率がガイドベーン開度指令値の変化率より大きくなるように制御されるので、入力電力変化時にはポンプ水車の流量は常に回転数に見合った値より小さくなり、逆流点に突入することなく、運転することが可能となる。
【００７１】
本実施の形態４では、回転数指令値の微分値で変化方向を判断したが、電力指令値の微分値で変化方向を判断しても良いし、実回転数の微分値で判断しても良いし、ガイドベーン開度指令値の微分値で判断しても良い。
【００７２】
すなわち、この実施の形態４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側と直結し、発電電動機により駆動され、その流量はガイドベーンの開閉により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実揚程より算出される最適な回転数指令値と、電力指令値と実揚程より算出される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、回転数増加時は実ガイドベーン開度の変化率がガイドベーン開度指令値の変化率より小さくなるように制御し、回転数減少時は実ガイドベーン開度の変化率がガイドベーン開度指令値の変化率より大きくなるように制御し、過渡変化時にはポンプ水車の流量を常に回転数に見合ったポンプ水車の流量より小さくするようにしたものである。
【００７３】
回転数増加時には実ガイドベーン開度の変化率がガイドベーン開度指令値の変化率より小さくなるように制御し、回転数減少時は実ガイドベーン開度の変化率がガイドベーン開度指令値の変化率より大きくなるように制御することにより、過渡変化時にポンプ水車の流量が回転数に見合った適正な値以下になるため、ポンプ水車が逆流点に突入することなく、運転することが可能となる。
【００７４】
実施の形態５．
この発明の実施の形態５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６は、この発明の実施の形態５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。
【００７５】
図６において、４６は一次遅れ関数、４７及び４８は微分器、４９は乗算器、５０は比較器、５１はセレクタである。なお、ガイドベーン開度最適関数６〜減算器１１、並びに加算器１６〜乗算器３０は、上記実施の形態３と同様である。また、固定手段は、例えば一次遅れ関数４６〜セレクタ５１から構成されている。
【００７６】
つぎに、この実施の形態５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。
【００７７】
上記実施の形態１で説明したように、例えば同一水路系内の他号機が入力遮断などをした場合には、ガイドベーン開度指令値と回転数指令値の変化方向が異なり、回転数指令値が減少するのに対してガイドベーン開度指令値が増加する場合、ガイドベーンはガイドベーン開度指令値につられて開く方向に制御されると、逆流点に突入してしまう可能性がある。
【００７８】
そこで、ガイドベーン開度最適関数６の下流側に一次遅れ関数４６を設けた。そして、ガイドベーン開度指令値を微分器４７で微分した値と、回転数指令値を微分器４８で微分した値を乗算器４９で掛け合わせた。掛け合わせた値は、ガイドベーン開度指令値と回転数指令値の変化方向が逆の場合に負となるため、比較器５０により、この掛け合わせた値が０．０未満のときは１、０．０以上のときは０が出力されるようにした。
【００７９】
そして、セレクタ５１に０が入力されれば小さな時定数である設定値１が、１が入力されればかなり大きな時定数である設定値２が選択され、出力される。この出力値を一次遅れ関数４６の時定数として設定することにより、通常の運転時、定常時には小さな時定数でガイドベーン開度指令値はほぼガイドベーン開度最適関数６からの出力値のままとなり、ガイドベーン開度指令値と回転数指令値の変化方向が逆のときには大きな時定数となり、ガイドベーン開度指令値があまり変化しない。
【００８０】
これにより、ガイドベーン開度指令値と回転数指令値の変化方向が逆のとき、ガイドベーン開度は指令値につられることなく、回転数指令値が減少するときは早く閉じる方向に制御され、逆流点に突入することなく、安定して運転可能となる。
【００８１】
なお、この実施の形態５は、上記実施の形態３に適用したものであるが、上記実施の形態１、２、４に適用した場合も同様の効果が得られる。
【００８２】
すなわち、この実施の形態５は、上記実施の形態１〜４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回転数指令値の変化方向が異なる場合には、ガイドベーン開度指令値を固定するようにしたものである。
【００８３】
回転数指令値が減少するのに対し、ガイドベーン開度指令値が増加する場合、ガイドベーンが指令値通りに制御されればガイドベーンが開き、ポンプ水車の流量が回転数に見合った適正な値以上になり、逆流点に突入する可能性がある。そこで、このような場合にガイドベーン開度指令値を固定することにより、実回転数が減少する際にガイドベーンが指令値につられることなく、一定、もしくは閉じる方向に動作するため、ポンプ水車が逆流点に突入することなく、運転することが可能となる。
【００８４】
【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実揚程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、前記回転数制御信号を前記電力指令値に加算して励磁制御系へ出力する加算器と、前記電力指令値及び前記ポンプ水車の実揚程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、過渡変化時に、前記ガイドベーン開度指令値から所定の値を差し引いてサーボ制御系へ出力する減算手段とを備え、前記減算手段は、前記ガイドベーン開度指令値を微分する微分器と、前記微分器からの微分値について絶対値を求める絶対値関数と、前記ガイドベーン開度指令値から前記絶対値を差し引く第２の減算器とを有するので、ポンプ水車の流量が回転数に見合った適正な値以下になるため、ポンプ水車が逆流点に突入することなく、運転することが可能となるという効果を奏する。
【００８５】
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、電力指令値及びポンプ水車の実揚程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実揚程に基いて最適なガイドベーン開度指令値を算出してサーボ制御系へ出力するガイドベーン開度最適関数と、過渡変化時に、前記電力指令値に所定の値を足し合せる加算手段と、前記回転数制御信号を前記所定の値を足し合せた電力指令値に加算して励磁制御系へ出力する加算器とを備え、前記加算手段は、前記ガイドベーン開度指令値を微分する微分器と、前記微分器からの微分値について絶対値を求める絶対値関数と、前記電力指令値に前記絶対値を足し合せる第２の加算器とを有するので、ポンプ水車の流量が回転数に見合った適正な値以下になるため、ポンプ水車が逆流点に突入することなく、運転することが可能となるという効果を奏する。
【００８６】
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、電力指令値及びポンプ水車の実揚程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、前記回転数制御信号を前記電力指令値に加算して励磁制御系へ出力する加算器と、前記電力指令値及び前記ポンプ水車の実揚程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、過渡変化時に、回転数増加時は前記ポンプ水車の実ガイドベーン開度の変化率が前記ポンプ水車の実回転数の変化率より小さくなるように、回転数減少時は前記ポンプ水車の実ガイドベーン開度の変化率が前記ポンプ水車の実回転数の変化率より大きくなるように、前記ガイドベーン開度指令値に所定の値を加算してサーボ制御系へ出力する加算手段とを備え、前記加算手段は、前記ポンプ水車の実回転数を微分する第１の微分器と、前記第１の微分器からの微分値が負のときは０を出力し、正のときは１を出力する関数１と、前記第１の微分器からの微分値が正のときは０を出力し、負のときは１を出力する関数２と、前記ポンプ水車の実回転数を微分して実回転数の変化率を計算する第２の微分器と、前記ポンプ水車の実ガイドベーン開度を微分して実ガイドベーン開度の変化率を計算する第３の微分器と、前記実回転数の変化率に１．０未満の値を掛ける第１のゲインと、前記第１のゲインの出力から前記実ガイドベーン開度の変化率を減算する第２の減算器と、前記実回転数の変化率に１．０を越える値を掛ける第２のゲインと、前記第２のゲインの出力から前記実ガイドベーン開度の変化率を減算する第３の減算器と、前記関数１からの出力と前記第２の減算器からの出力を掛け合わせる第１の乗算器と、前記関数２からの出力と前記第３の減算器からの出力を掛け合わせる第２の乗算器と、前記第１及び第２の乗算器の出力を加算する第２の加算器と、前記ガイドベーン開度指令値に前記第２の加算器の出力値を加算する第３の加算器とを有するので、ポンプ水車の流量が回転数に見合った適正な値以下になるため、ポンプ水車が逆流点に突入することなく、運転することが可能となるという効果を奏する。
【００８７】
この発明の請求項４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実揚程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、前記回転数制御信号を前記電力指令値に加算して励磁制御系へ出力する加算器と、前記電力指令値及び前記ポンプ水車の実揚程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、過渡変化時に、回転数増加時は前記ポンプ水車の実ガイドベーン開度の変化率が前記ガイドベーン開度指令値の変化率より小さくなるように、回転数減少時は前記ポンプ水車の実ガイドベーン開度の変化率が前記ガイドベーン開度指令値の変化率より大きくなるように、前記ガイドベーン開度指令値に所定の値を加算してサーボ制御系へ出力する加算手段とを備え、前記加算手段は、前記回転数指令値を微分する第１の微分器と、前記第１の微分器からの微分値が負のときは０を出力し、正のときは１を出力する関数１と、前記第１の微分器からの微分値が正のときは０を出力し、負のときは１を出力する関数２と、前記ガイドベーン開度指令値を微分してガイドベーン開度指令値の変化率を計算する第２の微分器と、前記ポンプ水車の実ガイドベーン開度を微分して実ガイドベーン開度の変化率を計算する第３の微分器と、前記ガイドベーン開度指令値の変化率に１．０未満の値を掛ける第１のゲインと、前記第１のゲインの出力から前記実ガイドベーン開度の変化率を減算する第２の減算器と、前記ガイドベーン開度指令値の変化率に１．０を越える値を掛ける第２のゲインと、前記第２のゲインの出力から前記実ガイドベーン開度の変化率を減算する第３の減算器と、前記関数１からの出力と前記第２の減算器からの出力を掛け合わせる第１の乗算器と、前記関数２からの出力と前記第３の減算器からの出力を掛け合わせる第２の乗算器と、前記第１及び第２の乗算器の出力を加算する第２の加算器と、前記ガイドベーン開度指令値に前記第２の加算器の出力値を加算する第３の加算器とを有するので、ポンプ水車の流量が回転数に見合った適正な値以下になるため、ポンプ水車が逆流点に突入することなく、運転することが可能となるという効果を奏する。
【００８８】
この発明の請求項５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、前記ガイドベーン開度指令値、及び前記回転数指令値の変化方向が異なる場合には、前記ガイドベーン開度指令値を固定する固定手段をさらに備えたので、実回転数が減少する際にガイドベーンが指令値につられることなく、一定、もしくは閉じる方向に動作するため、ポンプ水車が逆流点に突入することなく、運転することが可能と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３】 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４】 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５】 この発明の実施の形態４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６】 この発明の実施の形態５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７】 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 ガイドベーン開度最適関数、７ 回転数最適関数、８ 減算器、９ 回転数制御器、１０ 加算器、１１ 減算器、１２ 微分器、１３ 絶対値関数、１４ 減算器、１５ 加算器、１６ 加算器、３０ 乗算器、３１ 加算器、４５ 乗算器、４６ 一次遅れ関数、５１ セレクタ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a variable speed pumped storage power generation system that allows a stable operation without reducing the flow rate to an appropriate value corresponding to the number of rotations, so that a pump turbine does not enter a backflow point.
[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. 7 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. 61-247298.
[0003]
In FIG. 7, 61 is a command value calculator, 62 and 63 are subtraction elements, and 64 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. 7, the output power and the rotational speed are controlled by an excitation control system, and the guide vane is controlled by a servo control system based on a guide vane opening command value.
[0006]
When a power command value is given from the outside, the difference between the target rotational speed predetermined for the power command value and the actual rotational speed of the induction machine, the power command value and the output or input of the induction machine, The phase of the AC excitation voltage for the secondary winding of the induction machine is controlled based on the difference between the two.
[0007]
However, in the control device of the conventional variable speed pumped-storage power generation system, there is no component that makes a difference in the opening / closing speed of the guide vanes and the speed of increase / decrease of the rotation speed, so there is a possibility of entering a backflow point.
[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, there is a problem that the pump turbine may enter the backflow point due to the speed difference between the opening and closing of the guide vane and the increase / decrease of the rotation speed.
[0009]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to obtain a control device for a variable speed pumped storage power generation system that can prevent entry into a backflow point and can perform stable operation. .
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a control device for a variable speed pumped storage power generation system, including a rotation speed optimum function for calculating an optimum rotation speed command value based on an electric power command value and an actual head of a pump turbine, and the rotation speed command value. A subtractor that outputs a rotational speed deviation by subtracting the actual rotational speed of the pump turbine, a rotational speed controller that generates a rotational speed control signal based on the rotational speed deviation, and the power control command for the rotational speed control signal. An adder for adding the value to the excitation control system, a guide vane opening optimum function for calculating an optimum guide vane opening command value based on the power command value and the actual pump turbine head, and a transient change And subtracting means for subtracting a predetermined value from the guide vane opening command value and outputting it to the servo control system. The subtracting means includes a differentiator for differentiating the guide vane opening command value, an absolute value function for obtaining an absolute value for the differential value from the differentiator, and subtracting the absolute value from the guide vane opening command value. A second subtractor Is.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a control device for a variable speed pumped storage power generation system comprising: a rotation speed optimum function for calculating an optimum rotation speed command value based on an electric power command value and an actual head of a pump turbine, and the rotation speed command value. A subtractor that outputs a rotational speed deviation by subtracting the actual rotational speed of the pump turbine, a rotational speed controller that generates a rotational speed control signal based on the rotational speed deviation, the power command value, and the pump turbine A guide vane opening optimum function that calculates an optimal guide vane opening command value based on the actual head and outputs it to the servo control system, and an adding means for adding a predetermined value to the power command value at the time of a transient change; An adder that adds the rotation speed control signal to a power command value obtained by adding the predetermined value and outputs the power command value to an excitation control system; The adding means includes a differentiator for differentiating the guide vane opening command value, an absolute value function for obtaining an absolute value for the differential value from the differentiator, and a second for adding the absolute value to the power command value. With adder Is.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a control device for a variable speed pumped storage power generation system comprising: a rotation speed optimum function for calculating an optimum rotation speed command value based on an electric power command value and an actual head of a pump turbine; A subtractor that outputs a rotational speed deviation by subtracting the actual rotational speed of the pump turbine, a rotational speed controller that generates a rotational speed control signal based on the rotational speed deviation, and the power control command for the rotational speed control signal. An adder for adding the value to the excitation control system, a guide vane opening optimum function for calculating an optimum guide vane opening command value based on the power command value and the actual pump turbine head, and a transient change Sometimes, when the rotation speed is increased, the change rate of the actual guide vane opening of the pump turbine is smaller than the change rate of the actual rotation speed of the pump turbine. Change rate of Serial to be larger than the actual rotation speed of the change rate of the pump turbine, and an adding means for outputting to the servo control system by adding a predetermined value to the guide vane opening command value The addition means outputs a first differentiator for differentiating the actual rotational speed of the pump turbine, and outputs 0 when the differential value from the first differentiator is negative, and outputs 1 when positive. Function 1 that outputs 0 when the differential value from the first differentiator is positive, 1 that outputs 1 when the differential value is negative, and actual rotation by differentiating the actual rotational speed of the pump turbine A second differentiator that calculates the rate of change of the number, a third differentiator that calculates the rate of change of the actual guide vane opening by differentiating the actual guide vane opening of the pump turbine, A first gain for multiplying the rate of change by a value less than 1.0, a second subtractor for subtracting the rate of change of the actual guide vane opening from the output of the first gain, and the change in the actual rotational speed A second gain that multiplies the rate by a value exceeding 1.0 and a change in the actual guide vane opening from the output of the second gain From the third subtractor, the first multiplier that multiplies the output from the function 1 and the output from the second subtractor, the output from the function 2 and the third subtractor A second multiplier that multiplies the outputs of the second multiplier, a second adder that adds the outputs of the first and second multipliers, and an output value of the second adder to the guide vane opening command value And a third adder for adding Is.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a control device for a variable speed pumped storage power generation system comprising: a rotation speed optimum function for calculating an optimum rotation speed command value based on an electric power command value and an actual head of a pump turbine; A subtractor that outputs a rotational speed deviation by subtracting the actual rotational speed of the pump turbine, a rotational speed controller that generates a rotational speed control signal based on the rotational speed deviation, and the power control command for the rotational speed control signal. An adder for adding the value to the excitation control system, a guide vane opening optimum function for calculating an optimum guide vane opening command value based on the power command value and the actual pump turbine head, and a transient change Sometimes, when the rotational speed is increased, the change rate of the actual guide vane opening of the pump turbine is smaller than the change rate of the guide vane opening command value. Rate of change It said guide such vanes is larger than the change rate of the opening command value, and an adding means for outputting to the servo control system by adding a predetermined value to the guide vane opening command value The adding means outputs a first differentiator for differentiating the rotation speed command value, and a function for outputting 0 when the differential value from the first differentiator is negative and 1 for positive. 1 and function 2 that outputs 0 when the differential value from the first differentiator is positive, and 1 when it is negative, and the guide vane opening command value by differentiating the guide vane opening command value A second differentiator for calculating a change rate of the command value; a third differentiator for calculating a change rate of the actual guide vane opening by differentiating the actual guide vane opening of the pump turbine; and the guide vane opening A first gain that multiplies the rate of change of the degree command value by less than 1.0, a second subtractor that subtracts the rate of change of the actual guide vane opening from the output of the first gain, and the guide A second gain that multiplies the rate of change of the vane opening command value by a value exceeding 1.0, and the second gain A third subtracter that subtracts the rate of change of the actual guide vane opening from the force; a first multiplier that multiplies the output from the function 1 and the output from the second subtractor; and the function 2 A second multiplier that multiplies the output from the third subtractor, a second adder that adds the outputs of the first and second multipliers, and the guide vane opening command A third adder for adding the output value of the second adder to the value Is.
[0014]
The control device for the variable speed pumped storage power generation system according to claim 5 of the present invention fixes the guide vane opening command value when the direction of change of the guide vane opening command value and the rotation speed command value are different. The fixing means is further provided.
[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 pumping operation, only the operation during pumping operation will be described.
[0018]
The pump turbine-generator motor 3 operates as a pump and a motor. The generator motor rotates when electric power is applied, and the pump turbine is driven by the motor, and water is pumped from the lower reservoir 5 to the upper reservoir 1. .
[0019]
Here, of the two pump turbines in the same water channel system, when operation fluctuation occurs in one of the pump turbines, for example, when the input is interrupted, the guide vane of the pump turbine that shuts off the input closes at the fastest speed. The water pressure on the 1 side decreases.
[0020]
This fluctuation in water pressure affects another pump turbine through the water channel, and the actual head of the pump turbine is reduced. Therefore, if the power command value increases, the rotational speed command value and the guide vane opening command value also increase, and conversely if the power command value decreases, the rotational speed command value increases. The guide vane opening command value does not change in the same direction, such as the guide vane opening command value decreases, but the rotation speed command value decreases while the guide vane opening command value decreases. Since the command value increases and the rotation speed command value and the guide vane opening command value change in the reverse direction, there is a possibility of entering a backflow point.
[0021]
Next, the backflow point will be described. During pumping operation, the rotational speed of the pump turbine is uniquely determined by the input power and the head. The pump turbine flow rate is controlled by the guide vane opening control. If the actual rotation speed of the pump turbine is not high enough to pump water equivalent to the pump turbine flow rate corresponding to the guide vane opening, the water will be turbulent in the pump turbine, resulting in increased noise and vibration. In some cases, the pump turbine may be damaged. A point that enters a region where such a phenomenon occurs is called a backflow point.
[0022]
Therefore, in order not to enter the backflow point, it is necessary to control the guide vane opening so that the pump turbine flow rate is equal to or less than the flow rate corresponding to the water pumped up at the number of rotations at that time.
[0023]
Embodiment 1 FIG.
A control device for a variable speed pumped storage power generation system according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the control device for the variable speed pumped storage power generation system according to Embodiment 1 of the present invention. In addition, in each figure, the same code | symbol shows the same or equivalent part.
[0024]
In FIG. 2, 6 is a guide vane opening optimum function, 7 is a rotational speed optimum function, 8 is a subtractor, 9 is a rotational speed controller, 10 is an adder, 11 is a subtractor, 12 is a differentiator, and 13 is absolute. A value function 14 is a subtracter. In addition, the subtraction means is comprised from the differentiator 12-subtractor 14, for example.
[0025]
Next, the operation of the control device for the variable speed pumped storage power generation system according to the first embodiment will be described with reference to the drawings.
[0026]
For example, the behavior of the control device will be described for a case where a power command value that increases the input power is input.
[0027]
In the case of this control device, control is performed so that the input power increases in the excitation control system. In the case of a power command value that increases the input power, the guide vane opening command value that is an output from the guide vane opening optimum function 6 becomes a command value in the direction in which the guide vane opens, and the rotation speed optimum function 7 The rotation speed command value that is an output from is also a command value in a direction in which the rotation speed increases.
[0028]
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 added to the power command value. Be controlled.
[0029]
Further, the guide vane opening command value is input to a servo control system (guide vane control system) and controlled so as to have an opening according to the command value. In this case, depending on the rate of increase in the rotational speed and the speed at which the guide vane opens, there is a possibility of entering the backflow point. Similarly, in the case of a power command value that reduces the input power, there is a possibility of entering a backflow point.
[0030]
Therefore, the guide vane opening command value, which is the output from the guide vane opening optimum function 6, is differentiated by the differentiator 12, and the absolute value obtained by the absolute value function 13 for this differential value is always obtained by the subtractor 14. Subtracted from the opening command value.
[0031]
As a result, when the input power is increased, the output from the subtractor 14 given to the servo control system becomes smaller than the guide vane opening command value which is the output from the guide vane opening optimum function 6, and the rotation speed increases. The speed at which the guide vane opens becomes slower than the speed, and the flow rate of the pump turbine is less than the appropriate value corresponding to the rotational speed.
[0032]
Further, when the input power is reduced, the output from the subtractor 14 given to the servo control system becomes smaller than the guide vane opening command value which is the output from the guide vane opening optimum function 6, and the speed of decrease in the rotational speed is reduced. Compared to the above, the guide vane closes faster and the flow rate of the pump turbine is less than the appropriate value corresponding to the rotational speed. Thus, the pump turbine can be operated without entering the backflow point.
[0033]
In the first embodiment, the absolute value of the differentiated guide vane opening command value is subtracted from the guide vane opening command value. However, the absolute value of the differentiated power command value is calculated from the guide vane opening command value. The absolute value of the derivative of the rotational speed command value may be subtracted from the guide vane opening command value. Further, although the target to be subtracted is the guide vane opening command value, it may be subtracted from the guide vane opening deviation obtained by subtracting the actual guide vane opening command value from the guide vane opening command value.
[0034]
That is, this Embodiment 1 is directly connected to the generator motor in which the primary winding is connected to the power system and the secondary winding is AC-excited, and the secondary side of the generator motor, and is driven by the generator motor. The flow rate is based on the optimum rotational speed command value calculated from the power command value and the actual pump head height, the power command value and the actual head height of the variable speed pumped storage power generation system consisting of the pump turbine controlled by the opening and closing of the guide vanes. In a control device controlled by the calculated guide vane opening command value and the electric power command value, a predetermined value is subtracted from the guide vane opening command value at the time of a transient change, and the flow rate of the pump turbine is always maintained at the time of the transient change. It is designed to be smaller than the flow rate of the pump turbine corresponding to the rotational speed.
[0035]
By subtracting a predetermined value from the guide vane opening command value during a transient change, the flow rate of the pump turbine becomes less than the appropriate value commensurate with the number of rotations, so the pump turbine does not enter the backflow point. It becomes possible.
[0036]
Embodiment 2. FIG.
A control device for a variable speed pumped storage power generation system according to Embodiment 2 of 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.
[0037]
In FIG. 3, 15 is an adder. The guide vane opening optimum function 6 to the absolute value function 13 are the same as those in the first embodiment. Further, the adding means includes, for example, a differentiator 12, an absolute value function 13, and an adder 15.
[0038]
Next, the operation of the control device for the variable speed pumped storage power generation system according to the second embodiment will be described with reference to the drawings.
[0039]
A guide vane opening command value that is an output from the guide vane opening optimum function 6 is differentiated by a differentiator 12, and the absolute value obtained by the absolute value function 13 for this differential value is always converted to a power command value by an adder 15. I added them together.
[0040]
As a result, when the input power is increased, the power command value is apparently increased, and the input power is increased, so that the rotational speed is also increased quickly. That is, the speed of increase in the rotational speed is faster than the speed at which the guide vane is opened, and the flow rate of the pump turbine given by the guide vane opening is less than or equal to the appropriate value corresponding to the rotational speed.
[0041]
Further, in the case of a decrease in input power, the power command value is apparently increased, and the decrease in input power is delayed, so that the decrease in rotational speed is also delayed. In other words, the speed of reduction of the rotational speed becomes slower than the speed of closing the guide vane, and the flow rate of the pump turbine given by the guide vane opening is less than or equal to the appropriate value corresponding to the rotational speed. Thus, the pump turbine can be operated without entering the backflow point.
[0042]
In the second embodiment, the absolute value of the differentiated guide vane opening command value is added to the power command value. However, the absolute value of the differentiated power command value is added to the power command value. Alternatively, the absolute value of the derivative of the rotation speed command value may be added to the power command value. Further, although the target to be added is the power command value, it may be added to the power deviation obtained by subtracting the input power from the power command value.
[0043]
That is, this Embodiment 2 is directly connected to the generator motor in which the primary winding is connected to the power system and the secondary winding is AC-excited, and the secondary side of the generator motor, and is driven by the generator motor. The flow rate is based on the optimum rotational speed command value calculated from the power command value and the actual pump head height, the power command value and the actual head height of the variable speed pumped storage power generation system consisting of the pump turbine controlled by the opening and closing of the guide vanes. In a control device controlled by the calculated guide vane opening command value and the power command value, a predetermined value is added to the power command value at the time of transient change, and the rotational speed is always set to the flow rate of the pump turbine at the time of transient change. The number of rotations is set to be larger than that suitable for.
[0044]
By adding a predetermined value to the power command value at the time of a transient change, the rotation speed becomes more than the appropriate value commensurate with the flow rate of the pump turbine, so that the pump turbine can be operated without entering the backflow point. It becomes possible.
[0045]
Embodiment 3 FIG.
A control device for a variable speed pumped storage power generation system according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a control device for a variable speed pumped storage power generation system according to Embodiment 3 of the present invention.
[0046]
In FIG. 4, 16 is an adder, 17 is a differentiator, 18 is a function 1, 19 is a function 2, 20 is a differentiator, 21 is a gain, 22 is a subtractor, 23 is a change rate controller, 24 is a multiplier, 25 is an adder, 26 is a differentiator, 27 is a gain, 28 is a subtractor, 29 is a change rate controller, and 30 is a multiplier. The guide vane opening optimum function 6 to the subtractor 11 are the same as those in the first embodiment. The adding means is composed of, for example, an adder 16 to a multiplier 30.
[0047]
Next, the operation of the control device for the variable speed pumped storage power generation system according to the third embodiment will be described with reference to the drawings.
[0048]
When the input power is increased, the change rate of the actual guide vane opening is controlled to be smaller than the change rate of the actual rotation speed. When the input power is decreased, the change rate of the actual guide vane opening is larger than the change rate of the actual rotation speed. By controlling so that the flow rate of the pump turbine is always smaller than the value corresponding to the rotational speed when the input power changes, it is possible to operate without entering the backflow point.
[0049]
First, a method for determining the change direction will be described. A differentiator 17 differentiates the actual rotational speed of the pump turbine. When the differential value is positive, it is changing in the direction in which the actual speed increases (in the direction in which the input power increases), and when it is negative, in the direction in which the actual speed is decreasing (in the direction in which the input power decreases) It is.
[0050]
Therefore, the function 1 (18) outputs 0 when a value of 0 or less is input, and outputs 1 when a value exceeding 0 is input, and the function 2 (19) is 0 or more. A function that outputs 0 when a value is input and outputs 1 when a value less than 0 is input.
[0051]
Then, in the direction in which the actual rotational speed increases (in the direction in which the input power increases), 1 is output for the function 1 (18) and 0 is output in the function 2 (19), and the direction in which the actual rotational speed decreases (input power). In the direction of decreasing), the function 1 (18) is output as 0 and the function 2 (19) is output as 1 to determine the changing direction.
[0052]
Next, the change rate control method will be described. The actual rotational speed is differentiated by the differentiator 20, and the change rate of the actual rotational speed is calculated. The actual guide vane opening is differentiated by the differentiator 26, and the change rate of the actual guide vane opening is calculated.
[0053]
The gain 21 is set to a value less than 1.0, the change rate of the actual rotation speed multiplied by a value less than 1.0 is compared with the change rate of the actual guide vane opening degree by the subtractor 22, and the deviation is changed. By inputting the output to the rate controller 23 and adding the output to the guide vane opening command value, the change rate of the actual guide vane opening is controlled to be smaller than the change rate of the actual rotational speed.
[0054]
The gain 27 is a value exceeding 1.0, and the change rate of the actual guide vane opening is compared with the value obtained by multiplying the change rate of the actual rotational speed by a value exceeding 1.0, and the deviation is changed. By inputting the output into the rate controller 29 and adding the output to the guide vane opening command value, the change rate of the actual guide vane opening is controlled to be larger than the change rate of the actual rotational speed.
[0055]
Here, the output from the function 1 (18) is multiplied by the output from the change rate controller 23 by the multiplier 24, and the output from the function 2 (19) is converted to the output from the change rate controller 29 by the multiplier 30. Therefore, the change rate of the actual guide vane opening is controlled to be smaller than the change rate of the actual rotation speed while changing in the direction of increasing the actual rotation speed, and while changing in the direction of decreasing the actual rotation speed, it is controlled. Since the rate of change of the actual guide vane opening is controlled to be greater than the rate of change of the actual rotational speed, the flow rate of the pump turbine is always smaller than the value commensurate with the rotational speed when the input power changes, and enters the backflow point. It becomes possible to drive without.
[0056]
In this case, when the rotational speed changes in the increasing direction with respect to the rate of change of the rotational speed of the pump turbine, control is performed so that the change rate of the guide vane opening degree decreases, and when the rotational speed changes in the decreasing direction, the guide vane. In order to control the rate of change of the opening to be large, for example, one pump turbine in the same channel system is shut off from input as described in the first embodiment, and the guide vane opening is affected by the influence. Even when the change direction of the command value and the rotation speed command value is reversed, the operation can be performed without entering the backflow point.
[0057]
In the third embodiment, the change direction is determined based on the differential value of the actual rotational speed. However, the change direction may be determined based on the differential value of the power command value, or may be determined based on the differential value of the guide vane opening command value. Alternatively, it may be determined by a differential value of the rotation speed command value.
[0058]
That is, this Embodiment 3 is directly connected to the generator motor in which the primary winding is connected to the power system and the secondary winding is AC-excited, and the secondary side of the generator motor, and is driven by the generator motor. The flow rate is based on the optimum rotational speed command value calculated from the power command value and the actual pump head height, the power command value and the actual head height of the variable speed pumped storage power generation system consisting of the pump turbine controlled by the opening and closing of the guide vanes. In the control device controlled by the calculated guide vane opening command value and the power command value, control is performed so that the change rate of the actual guide vane opening is smaller than the change rate of the actual rotation speed when the rotation speed increases. When the rotational speed decreases, the actual guide vane opening change rate is controlled to be greater than the actual rotational speed change rate, and during transient changes, the pump turbine flow rate is always smaller than the pump turbine flow rate corresponding to the rotational speed. In which was to so that.
[0059]
When the rotational speed increases, the actual guide vane opening change rate is controlled to be smaller than the actual rotational speed change rate, and when the rotational speed decreases, the actual guide vane opening change rate becomes larger than the actual rotational speed change rate. By controlling in this way, the flow rate of the pump turbine becomes equal to or less than an appropriate value corresponding to the rotational speed at the time of a transient change, so that the pump turbine can be operated without entering the backflow point.
[0060]
Embodiment 4 FIG.
A control device for a variable speed pumped storage power generation system according to Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a control device for a variable speed pumped storage power generation system according to Embodiment 4 of the present invention.
[0061]
In FIG. 5, 31 is an adder, 32 is a differentiator, 33 is a function 1, 34 is a function 2, 35 is a differentiator, 36 is a gain, 37 is a subtractor, 38 is a change rate controller, 39 is a multiplier, 40 is an adder, 41 is a differentiator, 42 is a gain, 43 is a subtractor, 44 is a change rate controller, and 45 is a multiplier. The guide vane opening optimum function 6 to the subtractor 11 are the same as those in the first embodiment. The adding means is composed of, for example, an adder 31 to a multiplier 45.
[0062]
Next, the operation of the control device for the variable speed pumped storage power generation system according to the fourth embodiment will be described with reference to the drawings.
[0063]
When the input power is increased, the change rate of the actual guide vane opening is controlled to be smaller than the change rate of the guide vane opening command value, and when the input power is reduced, the change rate of the actual guide vane opening command is the guide vane opening command. By controlling the value to be larger than the rate of change of the value, the flow rate of the pump turbine is always smaller than the value commensurate with the rotational speed when the input power is changed, and it is possible to operate without entering the backflow point.
[0064]
First, a method for determining the change direction will be described. The rotational speed command value is differentiated by the differentiator 32. When the differential value is positive, the rotational speed command value is changing in the direction of increasing (input power increasing direction), and when the differential value is negative, the rotational speed command value is changing in the direction of decreasing (input power decreasing direction). It is in.
[0065]
Therefore, function 1 (33) outputs 0 when a value of 0 or less is input, and outputs 1 when a value exceeding 0 is input, and function 2 (34) receives a value of 0 or more. When this is done, 0 is output, and when a value less than 0 is input, 1 is output.
[0066]
Then, function 1 (33) is output as 1 and function 2 (34) is output as 0 when the input power is increasing, and function 1 (33) is 0 and function 2 (when the input power is decreasing). 34) outputs 1 and the direction of change is determined.
[0067]
Next, the change rate control method will be described. The guide vane opening command value is differentiated by the differentiator 35, and the rate of change of the guide vane opening command value is calculated. The actual guide vane opening is differentiated by the differentiator 41, and the change rate of the actual guide vane opening is calculated.
[0068]
The gain 36 is a value less than 1.0, and the change rate of the guide vane opening command value multiplied by a value less than 1.0 is compared with the change rate of the actual guide vane opening by the subtractor 37. By inputting the deviation into the change rate controller 38 and adding the output to the guide vane opening command value, the change rate of the actual guide vane opening command is controlled to be smaller than the change rate of the guide vane opening command value. To do.
[0069]
The gain 42 is set to a value exceeding 1.0, and the change rate of the actual guide vane opening is compared with a value obtained by multiplying the change rate of the guide vane opening command value by a value exceeding 1.0 by the subtractor 43. By inputting the deviation into the change rate controller 44 and adding the output to the guide vane opening command value, the actual guide vane opening change rate is controlled to be greater than the guide vane opening command value change rate. To do.
[0070]
Here, the output from the function 1 (33) is multiplied by the output from the change rate controller 38 by the multiplier 39, and the output from the function 2 (34) is converted to the output from the change rate controller 44 by the multiplier 45. Therefore, the change rate of the actual guide vane opening is controlled to be smaller than the change rate of the guide vane opening command value while the input power is changing in the increasing direction, and the input power is changing in the decreasing direction. Is controlled so that the rate of change of the actual guide vane opening is greater than the rate of change of the guide vane opening command value, so that when the input power changes, the flow rate of the pump turbine is always smaller than the value corresponding to the rotational speed, It becomes possible to drive without entering the point.
[0071]
In the fourth embodiment, the change direction is determined based on the differential value of the rotational speed command value. However, the change direction may be determined based on the differential value of the power command value, or may be determined based on the differential value of the actual rotational speed. It may be good or it may be judged by the differential value of the guide vane opening command value.
[0072]
That is, in the fourth embodiment, the primary winding is connected to the power system, and the secondary winding is directly connected to the secondary side of the generator motor and is driven by the generator motor. The flow rate is based on the optimum rotational speed command value calculated from the power command value and the actual pump head height, the power command value and the actual head height of the variable speed pumped storage power generation system consisting of the pump turbine controlled by the opening and closing of the guide vanes. In the control device controlled by the calculated guide vane opening command value and the electric power command value, the rate of change of the actual guide vane opening command value is smaller than the rate of change of the guide vane opening command value when the rotation speed increases. When the rotational speed decreases, the actual guide vane opening change rate is controlled to be greater than the guide vane opening command value change rate, and the pump turbine flow rate always matches the rotational speed during transient changes. It is obtained so as to be smaller than the flow rate of the pump turbine.
[0073]
When the rotation speed increases, the change rate of the actual guide vane opening is controlled to be smaller than the change rate of the guide vane opening command value. When the rotation speed decreases, the change rate of the actual guide vane opening command value becomes the guide vane opening command value. By controlling so that the rate of change is greater than the change rate of the pump turbine, the flow rate of the pump turbine is less than the appropriate value corresponding to the number of revolutions during a transient change, so the pump turbine can be operated without entering the backflow point. It becomes.
[0074]
Embodiment 5 FIG.
A control device for a variable speed pumped storage power generation system according to Embodiment 5 of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a control device for a variable speed pumped storage power generation system according to Embodiment 5 of the present invention.
[0075]
In FIG. 6, 46 is a first-order lag function, 47 and 48 are differentiators, 49 is a multiplier, 50 is a comparator, and 51 is a selector. The guide vane opening degree optimum function 6 to the subtractor 11 and the adder 16 to the multiplier 30 are the same as those in the third embodiment. The fixing means is composed of, for example, a first-order lag function 46 to a selector 51.
[0076]
Next, the operation of the control device for the variable speed pumped storage power generation system according to the fifth embodiment will be described with reference to the drawings.
[0077]
As described in the first embodiment, for example, when another machine in the same channel system cuts off the input, the change direction of the guide vane opening command value and the rotation speed command value is different, and the rotation speed command value When the guide vane opening command value increases while the guide vane decreases, if the guide vane is controlled to open in accordance with the guide vane opening command value, there is a possibility that the guide vane may rush into the backflow point.
[0078]
Therefore, a first-order lag function 46 is provided on the downstream side of the guide vane opening degree optimum function 6. Then, a value obtained by differentiating the guide vane opening command value by the differentiator 47 and a value obtained by differentiating the rotation speed command value by the differentiator 48 are multiplied by the multiplier 49. The multiplied value is negative when the direction of change of the guide vane opening command value and the rotation speed command value is opposite. Therefore, when the multiplied value is less than 0.0 by the comparator 50, When it is 0.0 or more, 0 is output.
[0079]
If 0 is input to the selector 51, the set value 1 which is a small time constant is selected, and if 1 is input, the set value 2 which is a considerably large time constant is selected and output. By setting this output value as the time constant of the primary delay function 46, the guide vane opening command value remains almost the output value from the guide vane opening optimum function 6 with a small time constant during normal operation and steady state. When the direction of change between the guide vane opening command value and the rotational speed command value is opposite, the time constant becomes large and the guide vane opening command value does not change much.
[0080]
As a result, when the direction of change between the guide vane opening command value and the rotational speed command value is opposite, the guide vane opening degree is not affected by the command value, and is controlled to close quickly when the rotational speed command value decreases. Thus, stable operation is possible without entering the backflow point.
[0081]
The fifth embodiment is applied to the third embodiment, but the same effect can be obtained when the fifth embodiment is applied to the first, second, and fourth embodiments.
[0082]
That is, in the control device of the variable speed pumped storage power generation system of the first to fourth embodiments, the fifth embodiment is configured such that the guide vane opening is performed when the change direction of the guide vane opening command value and the rotational speed command value is different. The degree command value is fixed.
[0083]
When the guide vane opening command value increases while the rotation speed command value decreases, the guide vane opens if the guide vane is controlled according to the command value, and the flow rate of the pump turbine is appropriate for the rotation speed. It may exceed the value and may enter the backflow point. Therefore, by fixing the guide vane opening command value in such a case, the guide vane operates in a constant or closing direction without being driven to the command value when the actual rotational speed is reduced. It becomes possible to drive without rushing into the backflow point.
[0084]
【The invention's effect】
As described above, the control device for the variable speed pumped storage power generation system according to claim 1 of the present invention, the rotation speed optimum function for calculating the optimum rotation speed command value based on the power command value and the actual pump head lift, A subtracter that outputs a rotational speed deviation by subtracting the actual rotational speed of the pump turbine from the rotational speed command value; a rotational speed controller that generates a rotational speed control signal based on the rotational speed deviation; and the rotational speed control An adder that adds a signal to the power command value and outputs it to the excitation control system, and an optimal guide vane opening command value that calculates an optimal guide vane opening command value based on the power command value and the actual head of the pump turbine And a subtracting means for subtracting a predetermined value from the guide vane opening command value and outputting it to the servo control system at the time of a transient change The subtracting means includes a differentiator for differentiating the guide vane opening command value, an absolute value function for obtaining an absolute value for the differential value from the differentiator, and subtracting the absolute value from the guide vane opening command value. A second subtractor Therefore, since the flow rate of the pump turbine is equal to or less than an appropriate value corresponding to the rotation speed, there is an effect that the pump turbine can be operated without entering the backflow point.
[0085]
The control device of the variable speed pumped storage power generation system according to claim 2 of the present invention, as described above, an optimal rotation speed function for calculating an optimal rotation speed command value based on the power command value and the actual pump head lift, A subtractor that outputs a rotational speed deviation by subtracting the actual rotational speed of the pump turbine from the rotational speed command value; a rotational speed controller that generates a rotational speed control signal based on the rotational speed deviation; and the power command value And an optimum guide vane opening command value that calculates an optimum guide vane opening command value based on the actual head of the pump turbine and outputs it to the servo control system, and a predetermined value is added to the power command value during a transient change. And an adder for adding the rotation speed control signal to a power command value obtained by adding the predetermined value and outputting the power command value to the excitation control system. The adding means includes a differentiator for differentiating the guide vane opening command value, an absolute value function for obtaining an absolute value for the differential value from the differentiator, and a second for adding the absolute value to the power command value. With adder Therefore, since the flow rate of the pump turbine is equal to or less than an appropriate value corresponding to the rotation speed, there is an effect that the pump turbine can be operated without entering the backflow point.
[0086]
The control device for the variable speed pumped storage power generation system according to claim 3 of the present invention, as described above, a rotation speed optimal function for calculating an optimal rotation speed command value based on the power command value and the actual pump head lift, A subtracter that outputs a rotational speed deviation by subtracting the actual rotational speed of the pump turbine from the rotational speed command value; a rotational speed controller that generates a rotational speed control signal based on the rotational speed deviation; and the rotational speed control An adder that adds a signal to the power command value and outputs it to the excitation control system, and an optimal guide vane opening command value that calculates an optimal guide vane opening command value based on the power command value and the actual head of the pump turbine Function, and when the rotational speed increases, the change rate of the actual guide vane opening of the pump turbine is smaller than the change rate of the actual rotational speed of the pump turbine. Real guide As the rate of change of over down opening is greater than the actual rotation speed of the change rate of the pump turbine, and an adding means for outputting to the servo control system by adding a predetermined value to the guide vane opening command value The addition means outputs a first differentiator for differentiating the actual rotational speed of the pump turbine, and outputs 0 when the differential value from the first differentiator is negative, and outputs 1 when positive. Function 1 that outputs 0 when the differential value from the first differentiator is positive, 1 that outputs 1 when the differential value is negative, and actual rotation by differentiating the actual rotational speed of the pump turbine A second differentiator that calculates the rate of change of the number, a third differentiator that calculates the rate of change of the actual guide vane opening by differentiating the actual guide vane opening of the pump turbine, A first gain for multiplying the rate of change by a value less than 1.0, a second subtractor for subtracting the rate of change of the actual guide vane opening from the output of the first gain, and the change in the actual rotational speed A second gain that multiplies the rate by a value exceeding 1.0 and a change in the actual guide vane opening from the output of the second gain From the third subtractor, the first multiplier that multiplies the output from the function 1 and the output from the second subtractor, the output from the function 2 and the third subtractor A second multiplier that multiplies the outputs of the second multiplier, a second adder that adds the outputs of the first and second multipliers, and an output value of the second adder to the guide vane opening command value And a third adder for adding Therefore, since the flow rate of the pump turbine is equal to or less than an appropriate value corresponding to the rotation speed, there is an effect that the pump turbine can be operated without entering the backflow point.
[0087]
The control device for the variable speed pumped storage power generation system according to claim 4 of the present invention, as described above, an optimal rotation speed function for calculating an optimal rotation speed command value based on the power command value and the actual pump head lift, A subtracter that outputs a rotational speed deviation by subtracting the actual rotational speed of the pump turbine from the rotational speed command value; a rotational speed controller that generates a rotational speed control signal based on the rotational speed deviation; and the rotational speed control An adder that adds a signal to the power command value and outputs it to the excitation control system, and an optimal guide vane opening command value that calculates an optimal guide vane opening command value based on the power command value and the actual head of the pump turbine When the rotational speed is decreased, the change rate of the actual pump vane opening is smaller than the rate of change of the guide vane opening command value when the rotational speed is increased. Real guy As the rate of change in vane opening is greater than the rate of change in the guide vane opening command value, and an adding means for outputting to the servo control system by adding a predetermined value to the guide vane opening command value The adding means outputs a first differentiator for differentiating the rotation speed command value, and a function for outputting 0 when the differential value from the first differentiator is negative and 1 for positive. 1 and function 2 that outputs 0 when the differential value from the first differentiator is positive, and 1 when it is negative, and the guide vane opening command value by differentiating the guide vane opening command value A second differentiator for calculating a change rate of the command value; a third differentiator for calculating a change rate of the actual guide vane opening by differentiating the actual guide vane opening of the pump turbine; and the guide vane opening A first gain that multiplies the rate of change of the degree command value by less than 1.0, a second subtractor that subtracts the rate of change of the actual guide vane opening from the output of the first gain, and the guide A second gain that multiplies the rate of change of the vane opening command value by a value exceeding 1.0, and the second gain A third subtracter that subtracts the rate of change of the actual guide vane opening from the force; a first multiplier that multiplies the output from the function 1 and the output from the second subtractor; and the function 2 A second multiplier that multiplies the output from the third subtractor, a second adder that adds the outputs of the first and second multipliers, and the guide vane opening command A third adder for adding the output value of the second adder to the value Therefore, since the flow rate of the pump turbine is equal to or less than an appropriate value corresponding to the rotation speed, there is an effect that the pump turbine can be operated without entering the backflow point.
[0088]
As described above, the control device of the variable speed pumped storage power generation system according to claim 5 of the present invention is configured to open the guide vane when the guide vane opening command value and the rotational speed command value change in different directions. Since the guide vane operates in a direction that is constant or closed without being driven by the command value when the actual rotational speed decreases, the pump turbine enters the backflow point. There is an effect that it becomes possible to drive without doing.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a variable speed pumped storage power plant according to each embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a control device of a variable speed pumped storage power generation system according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a control device of a variable speed pumped storage power generation system according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a control device for a variable speed pumped storage power generation system according to Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a control device of a variable speed pumped storage power generation system according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a control device of a variable speed pumped storage power generation system according to Embodiment 5 of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing 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 Guide Vane Opening Optimal Function, 7 Rotational Speed Optimum Function, 8 Subtractor, 9 Rotational Speed Controller, 10 Adder, 11 subtractor, 12 differentiator, 13 absolute value function, 14 subtractor, 15 adder, 16 adder, 30 multiplier, 31 adder, 45 multiplier, 46 first-order lag function, 51 selector.

Claims (5)

電力指令値及びポンプ水車の実揚程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、
前記回転数制御信号を前記電力指令値に加算して励磁制御系へ出力する加算器と、
前記電力指令値及び前記ポンプ水車の実揚程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、
過渡変化時に、前記ガイドベーン開度指令値から所定の値を差し引いてサーボ制御系へ出力する減算手段とを備え、
前記減算手段は、前記ガイドベーン開度指令値を微分する微分器と、前記微分器からの微分値について絶対値を求める絶対値関数と、前記ガイドベーン開度指令値から前記絶対値を差し引く第２の減算器とを有する
ことを特徴とする可変速揚水発電システムの制御装置。A rotation speed optimum function for calculating an optimum rotation speed command value based on the power command value and the actual 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;
An adder that adds the rotational speed control signal to the power command value and outputs the resultant to the excitation control system;
A guide vane opening optimum function for calculating an optimum guide vane opening command value based on the power command value and the actual head of the pump turbine,
Subtracting means for subtracting a predetermined value from the guide vane opening command value and outputting to the servo control system at the time of transient change ,
The subtracting means includes a differentiator for differentiating the guide vane opening command value, an absolute value function for obtaining an absolute value for the differential value from the differentiator, and a subtracting the absolute value from the guide vane opening command value. control device for a variable speed pumped storage power generation system characterized by comprising a second subtractor. 電力指令値及びポンプ水車の実揚程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実揚程に基いて最適なガイドベーン開度指令値を算出してサーボ制御系へ出力するガイドベーン開度最適関数と、
過渡変化時に、前記電力指令値に所定の値を足し合せる加算手段と、
前記回転数制御信号を前記所定の値を足し合せた電力指令値に加算して励磁制御系へ出力する加算器とを備え、
前記加算手段は、前記ガイドベーン開度指令値を微分する微分器と、前記微分器からの微分値について絶対値を求める絶対値関数と、前記電力指令値に前記絶対値を足し合せる第２の加算器とを有する
ことを特徴とする可変速揚水発電システムの制御装置。A rotation speed optimum function for calculating an optimum rotation speed command value based on the power command value and the actual 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 that calculates an optimum guide vane opening command value based on the power command value and the actual head of the pump turbine and outputs it to a servo control system;
An adding means for adding a predetermined value to the power command value at the time of a transient change;
An adder that adds the rotational speed control signal to a power command value obtained by adding the predetermined value and outputs the power command value to an excitation control system ;
The adding means includes a differentiator for differentiating the guide vane opening command value, an absolute value function for obtaining an absolute value for the differential value from the differentiator, and a second value for adding the absolute value to the power command value. A control device for a variable speed pumped storage power generation system, comprising: an adder . 電力指令値及びポンプ水車の実揚程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、
前記回転数制御信号を前記電力指令値に加算して励磁制御系へ出力する加算器と、
前記電力指令値及び前記ポンプ水車の実揚程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、
過渡変化時に、回転数増加時は前記ポンプ水車の実ガイドベーン開度の変化率が前記ポンプ水車の実回転数の変化率より小さくなるように、回転数減少時は前記ポンプ水車の実ガイドベーン開度の変化率が前記ポンプ水車の実回転数の変化率より大きくなるように、前記ガイドベーン開度指令値に所定の値を加算してサーボ制御系へ出力する加算手段とを備え、
前記加算手段は、前記ポンプ水車の実回転数を微分する第１の微分器と、前記第１の微分器からの微分値が負のときは０を出力し、正のときは１を出力する関数１と、前記第１の微分器からの微分値が正のときは０を出力し、負のときは１を出力する関数２と、前記ポンプ水車の実回転数を微分して実回転数の変化率を計算する第２の微分器と、前記ポンプ水車の実ガイドベーン開度を微分して実ガイドベーン開度の変化率を計算する第３の微分器と、前記実回転数の変化率に１．０未満の値を掛ける第１のゲインと、前記第１のゲインの出力から前記実ガイドベーン開度の変化率を減算する第２の減算器と、前記実回転数の変化率に１．０を越える値を掛ける第２のゲインと、前記第２のゲインの出力から前 記実ガイドベーン開度の変化率を減算する第３の減算器と、前記関数１からの出力と前記第２の減算器からの出力を掛け合わせる第１の乗算器と、前記関数２からの出力と前記第３の減算器からの出力を掛け合わせる第２の乗算器と、前記第１及び第２の乗算器の出力を加算する第２の加算器と、前記ガイドベーン開度指令値に前記第２の加算器の出力値を加算する第３の加算器とを有する
ことを特徴とする可変速揚水発電システムの制御装置。A rotation speed optimum function for calculating an optimum rotation speed command value based on the power command value and the actual 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;
An adder that adds the rotational speed control signal to the power command value and outputs the resultant to the excitation control system;
A guide vane opening optimum function for calculating an optimum guide vane opening command value based on the power command value and the actual head of the pump turbine,
At the time of transient change, when the rotational speed increases, the actual guide vane opening of the pump turbine becomes smaller than the rate of change of the actual rotational speed of the pump turbine. Adding means for adding a predetermined value to the guide vane opening command value and outputting to the servo control system so that the change rate of the opening is larger than the change rate of the actual rotational speed of the pump turbine ,
The adding means outputs a first differentiator for differentiating the actual rotational speed of the pump turbine, and 0 when the differential value from the first differentiator is negative, and 1 when positive. Function 1 is output when the differential value from the first differentiator is positive, function 2 is output when it is negative, and 1 is output when it is negative, and the actual rotational speed is obtained by differentiating the actual rotational speed of the pump turbine. A second differentiator for calculating a change rate of the actual pump vane, a third differentiator for differentiating an actual guide vane opening of the pump turbine to calculate a change rate of the actual guide vane opening, and a change in the actual rotational speed A first gain that multiplies a value less than 1.0, a second subtracter that subtracts the rate of change of the actual guide vane opening from the output of the first gain, and the rate of change of the actual rotational speed and a second gain multiplying a value exceeding 1.0, the change rate of the previous SL actual guide vane opening from the output of the second gain A third subtractor for subtracting, a first multiplier for multiplying the output from the function 1 and the output from the second subtractor, the output from the function 2 and the third subtractor A second multiplier that multiplies the outputs; a second adder that adds the outputs of the first and second multipliers; and an output value of the second adder for the guide vane opening command value. A control device for a variable speed pumped storage power generation system, comprising: a third adder for adding . 電力指令値及びポンプ水車の実揚程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、
前記回転数制御信号を前記電力指令値に加算して励磁制御系へ出力する加算器と、
前記電力指令値及び前記ポンプ水車の実揚程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、
過渡変化時に、回転数増加時は前記ポンプ水車の実ガイドベーン開度の変化率が前記ガイドベーン開度指令値の変化率より小さくなるように、回転数減少時は前記ポンプ水車の実ガイドベーン開度の変化率が前記ガイドベーン開度指令値の変化率より大きくなるように、前記ガイドベーン開度指令値に所定の値を加算してサーボ制御系へ出力する加算手段とを備え、
前記加算手段は、前記回転数指令値を微分する第１の微分器と、前記第１の微分器からの微分値が負のときは０を出力し、正のときは１を出力する関数１と、前記第１の微分器からの微分値が正のときは０を出力し、負のときは１を出力する関数２と、前記ガイドベーン開度指令値を微分してガイドベーン開度指令値の変化率を計算する第２の微分器と、前記ポンプ水車の実ガイドベーン開度を微分して実ガイドベーン開度の変化率を計算する第３の微分器と、前記ガイドベーン開度指令値の変化率に１．０未満の値を掛ける第１のゲインと、前記第１のゲインの出力から前記実ガイドベーン開度の変化率を減算する第２の減算器と、前記ガイドベーン開度指令値の変化率に１．０を越える値を掛ける第２のゲインと、前記第２のゲインの出力から前記実ガイドベーン開度の変化率を減算する第３の減算器と、前記関数１からの出力と前記第２の減算器からの出力を掛け合わせる第１の乗算器と、前記関数２からの出力と前記第３の減算器からの出力を掛け合わせる第２の乗算器と、前記第１及び第２の乗算器の出力を加算する第２の加算器と、前記ガイドベーン開度指令値に前記第２の加算器の出力値を加算する第３の加算器とを有する
ことを特徴とする可変速揚水発電システムの制御装置。A rotation speed optimum function for calculating an optimum rotation speed command value based on the power command value and the actual 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;
An adder that adds the rotational speed control signal to the power command value and outputs the resultant to the excitation control system;
A guide vane opening optimum function for calculating an optimum guide vane opening command value based on the power command value and the actual head of the pump turbine,
At the time of transient change, when the rotational speed increases, the actual guide vane opening degree of the pump turbine becomes smaller than the rate of change of the guide vane opening command value. Adding means for adding a predetermined value to the guide vane opening command value and outputting it to the servo control system so that the change rate of the opening is larger than the change rate of the guide vane opening command value ;
The adding means outputs a first differentiator for differentiating the rotational speed command value, and a function 1 for outputting 0 when the differential value from the first differentiator is negative and 1 when positive. When the differential value from the first differentiator is positive, 0 is output, and when the differential value is negative, 1 is output, and the guide vane opening command value is differentiated by the guide vane opening command value. A second differentiator for calculating a rate of change of the value, a third differentiator for calculating a rate of change of the actual guide vane opening by differentiating the actual guide vane opening of the pump turbine, and the guide vane opening A first gain that multiplies the change rate of the command value by a value less than 1.0; a second subtractor that subtracts the change rate of the actual guide vane opening from the output of the first gain; and the guide vane A second gain that multiplies the rate of change of the opening command value by a value exceeding 1.0, and the output of the second gain. From the function 2, a third subtracter that subtracts the rate of change of the actual guide vane opening, a first multiplier that multiplies the output from the function 1 and the output from the second subtractor, A second multiplier that multiplies the output from the third subtracter, a second adder that adds the outputs of the first and second multipliers, and the guide vane opening command value And a third adder for adding the output value of the second adder to the control device for the variable speed pumped storage power generation system. 前記ガイドベーン開度指令値、及び前記回転数指令値の変化方向が異なる場合には、前記ガイドベーン開度指令値を固定する固定手段
をさらに備えたことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載の可変速揚水発電システムの制御装置。The fixing device for fixing the guide vane opening command value when the change direction of the guide vane opening command value and the rotation speed command value is different. The control apparatus of the variable speed pumped-storage power generation system in any one of 4.
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