JPH01163473A - 可変速揚水システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は可変速揚水システムに係り、特に高揚程側でハ
ンプ特性と称する逆流特性を示すポンプを備えた可変速
揚水システムに関する。

〔従来の技術〕

ポンプ水車では一般に高揚程側で第５図の点線部の如き
ハンプ特性（部分的にｄＨ／ｄＱ＞Ｏとなる特性）が出
ることは避けられないと考えられている。この部分での
運転は不安定で振動、騒音を伴うばかりではな（、同じ
揚程の下で流ｍ　Ｑが３価関数で現れるため、流量Ｑが
突然急変し飛ぶ現象も現れ、異常水撃現象を伴うことが
ある。このハンプ特性の凹み程度は第６図の如く案内羽
根開度によって異るが、明確な凹み特性が発生しなくと
もランナ内の流れが不安定になることによつて大なり小
なり同様の問題が発生する。この原因は流量が少ない時
には水流が第３図、第４図のように半径方向に偏り、逆
流が発生するためであるとされている。またこの様な状
態では流れは羽根面から剥離し、いわゆる失速状態にな
るからである。

ところで特願昭６１−２６６９４では可変速揚水装置の
負荷を増加させる時ポンプ水車の運転点が過渡的に上述
のハンプ特性に落ち込まないようにまず駆動装置の出力
を上げ回転速度を上げ、その後に案内羽根を上げるべき
であるとしている。

尚負荷を減少させる時については案内羽根の閉の動作と
回転速度の下げ動作を同時に行うものの案内羽根閉め方
が回転速度の下げより早く終る案を開示している。

但し乍らポンプ水車の上又は下流管路を他の水力機械と
共有している場合には（即ち複数の水力機械が同一管路
から分岐して設置されている場合には）他のいずれかの
水力機械がその運転状態を変え、流量を変えた場合、こ
の水力機械に水撃が発生しこれが該共有管路を介して今
考えているポンプ水車にも伝わるので必ずやその影響が
でる。

特に揚程Ｈを上側に振られた場合は該可変速揚水装置単
独ではいかに完避に制御できるようになっていたとして
もハンプ特性落ち込みが起りうる。

更に特開昭６１−１４９５８３号ではポンプ起動時即ち
ポンプ水車（ポンプ）を締切状態から所望の負荷での本
格的可変速揚水運転に移行させる時、次第に開放する案
内羽根の開度に見合って階段状に回転速度指令を上げて
いき、最終的に該所望負荷での適正回転速度と適正案内
羽根開度を達成するポンプ起動方法が開示されている。

但しこの公知例では本格的可変速揚水運転に入ってから
の制御方法については一切触れていない。

上述の如〈従来のハンプ特性回避制御法はあくまでも単
独の可変速揚水システム内であるべき制御ルールについ
て一部を開示しているにすぎない。

本発明が対象とする「絶えず運転点を監視しハンプ特性
への接近度を把握しこれに応じてハンプ特性突入回避ア
クションをとる」様な自己修正機能を備えたシステムの
提案は−切なかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は前述の従来技術の欠陥を排除して、特に運転点
を連続を監視し、ハンプ特性への接近度に応じてハンプ
特性突入回避アクションを適時に適確に行う自己修正機
能を備えた可変速揚水システムの実現にある。

〔問題点を解決するための手段〕

まず（１）案内羽根開度Ｙと回転速度Ｎを絶えず観測し
く２）このＮとＹからその条件下でのハンプ特性の開始
点に相当する揚程Ｈｘを予め入力しておくモデルテスト
データをベースに求め（３）他方全揚程Ｈｅ（又はポン
プ出口水圧）を測定しく４）上記ＨｘとＨｅの差を求め
（５）この差が所定値以下になったら可変速揚水システ
ム本来の制御に割り込みをかけてポンプ駆動装置の出力
を強制的に増大させポンプの回転速度を上げハンプ特性
への落ち込みを回避する。

〔作用〕

何らかの自装置内部の理由で可変速揚水装置がハンプ特
性に落ち込もうとする場合でも、上又下流の管路を共有
する他号機の水撃の影響で同じく落ち込もうとする場合
でも、自分でその可能性を事前にキャッチし自己修正制
御を行う。即ち回転速度を上げて即回避動作に移る。

第６図にある一定の回転速度の下で測った各案内羽根開
度におけるＱ対Ｈ関係グラフを一緒に書いたもので、こ
の回転速度の下では最適調整は点線の包絡線である。

第７図の２本の線Ｎｌ、Ｎ２は第６図の包絡線と同様に
求めた回転速度Ｎ１及びＮ２の下での最適設定曲線を示
す。尚Ｎ　Ｌ　＞　Ｎ　２゜即ちこの最適設定曲線は回
転速度を上げると右上方に移動すると考えてよい。

上池と下池の水位差が同一の時、流量Ｑの増加と共に全
揚程Ｈは上昇するがこれをこの水位差における負荷曲線
と呼ぶ（第７図参照） 第７図から明らかな如く回転速度を上げるとＨｅとハン
プ特性開始点ＨＸの差が広がり運転点はハンプ特性から
離れる。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例である第１図につき説明する。

第１図は本発明による制御回路図で（尚、電力制御の為
の交流励磁回路についての詳細は本発明に直接関係しな
いので図示していない。）外部からの電力指令Ｐａとそ
の時の全揚程Ｈ（ポンプの上下貯水槽の単純な水位差即
ち総落差Ｈａに該揚水系統の水路損失を加算したものと
定義される。）又は総落差Ｈａを入力としてその時の適
正回転速度Ｎａを演算する回転速度関数発生器１２から
の出力信号Ｎａと実際の回転速度Ｎを比較する加算器１
８と１６電力制御補正信号発生器、７電力制御器、３電
力変換器、２電動機、慣性モーメントＧＤ２よりなる制
御ループを負帰還回路に構成する。尚ＧＤｚは電動機と
ポンプが有する慣性モーメントの作用を示すためのブロ
ックで別の装置がある訳ではない。又ＮａとＮの偏差を
ゼロにするために電力制御補正信号発生器１６には積分
要素が含まれる。電力制御補正信号発生器１６の出力で
ある補正信号εは電力指令Ｐｏと加算されこの合成信号
ＰＯ＋εと実際の電力機出力ＰＭが比較される。電力制
御器７．電力変換器３、発電電動機２及び実際の電動機
出力ＰＭの復元回路よりなる電力制御ループは負帰還回
路に構成され電力制御器７には（Ｐａ＋ε）とＰＭの偏
差をゼロとするため積分要素が含まれる。負荷指令Ｐｏ
と総落差ＨＧを入力としてその時の適正案内羽根開度Ｙ
ａを演算する案内羽根開度関数発生器１３とその出力信
号Ｙａと実際の案内羽根開度Ｙを比較する比較器２１と
９案内羽根制御器、実際の案内羽根開度Ｙの復元より成
る制御ループを負帰還回路に構成し、案内羽根制御器９
に含まれる積分要素によりＹａとＹの偏差がゼロとなる
ように案内羽根が制御される。かくして前記回転速度制
御回路によりＮ”Ｎａ、前記電力制御回路によりＰＭ　
＝Ｐｏ＋ε、前記案内羽根制御回路によりＹ　＝Ｙ　ａ
とすることができる。ここでポンプが要求する入力ｐｐ
と実際の電動機への入力ＰＭの偏差は電動機及びポンプ
の慣性モーメント（ＧＤＰ）に入力される。ところで慣
性モーメントは一種の積分要素と見なせる。又前述の通
り１６，７，３゜２ＧＤ”と実際のＮの復元より成る回
転速度制御回路は負帰還回路に構成されているのでＰＭ
とＰｏの偏差がゼロとなるように制御される。即ちＰＭ
　＝ｐｐ　、また前記関数発生器の誤差を無視すれば、
Ｙａ　＝Ｐｏの相当、であるのでｐｐは元々Ｐｏ相当に
即ちＰｐ＝Ｐｏに制御されている筈である。以上線める
とＰｏ　＝Ｐｐ　＝ＰＭ＝Ｐｏ　＋ｔとなり電力補正信
号εは最終的にはゼロにされる。

以上より外部からの電力指令ＰＯに応じて実際の入力Ｐ
Ｍを制御することができる。

第１図の実施例に対する上記説明をグラフに示したのが
第８図である。

時点ｔｏで駆動出力指令Ｐｏがステップ状に立上げられ
た場合の応答を示す。

まず電動機出力ＰＭは僅かの遅れをもってグラフｇの如
く立上がる。

又案内羽根開度関数発生器の出力Ｙ＆や回転速度関数発
生器の出力Ｎａは関数発生器が個有に持つている時定数
や、特別に与えた追加時定数によって各々グラフｂ、ｃ
の如く応答する。

グラフｂのＹａに対する実際の案内羽根開度Ｙの応答は
比較的速くｄの様になる。尚Ｙの応答に直線部分がある
のは案内羽根が案内羽根サーボモーターの開速度制限（
これは案内羽根用配圧弁のストローク制限等で与える）
によって制限を受けている場合を示す。

ポンプの回転速度Ｎはグラフｇの電動機出力ＰＭとグラ
フｅのポンプ入力Ｐｐの差によって加速されグラフｆの
様に上昇し最終的にＮ　”　Ｎ　ａに達した時点で上昇
が止む。

尚そのポンプ人力Ｐｐは案内羽根開度Ｙの上昇と回転速
度Ｎの上昇の両方による増分が加算されグラフｅの如く
増大する。

グラフｆでは回転速度Ｎの動きはゆっくり乍ら安定であ
るが、これは１６の電力補正信号発信器に充分なダンピ
ング作用を与えたためである。

これは例えば１６電力補正信号発信器を比例要素と積分
要素の並列回路で構成し、それらのゲインを適切に選ぶ
ことによって達成できる。

尚以上はポンプの運転点がハンプ特性に接近していない
通常域にある場合の説明であるが本発明のポイントとな
る運転点の自己修正機能は次の様に与えられる。

まず２２限界Ｈ算定器は絶えず回転速度Ｎと案内羽根開
度ＹをｉＩｔ測し乍らハンプ特性開始点のＨｘ（図５参
照）を算定する。比較器２３はこのようにして得られた
Ｈｘとその時の実際の全揚程測定値Ｈを比較してその差
信号εＨを２４ハンプ回避補正信号器に送る。２４はε
Ｉ（が異常に小さくなった時、即ち運転点がハンプ特性
に異常接近した時、図のように接近度に応じて回転速度
補正信号ΔＮ＆を出力する。このΔＮａは加算器１８に
入力されここで適正回転速度指令Ｎａの修正が行われる
。

第２図は上記第１図の制御回路により巻線形誘導機２を
可変速電動機として用いた場合の装置構成を示す一例で
ある。図中同一番号は同一品を示す。巻線形誘導機２の
１次側が電力系統１に接続されて２次側が電力変換器３
に接続され誘導機２の入力は、電力変換器３による交流
励磁電流の位相や電圧制御より制御される。実際の入力
ＰＭは電力検出器６により検出され比較器２０へ又実際
の回転速度Ｎは回転速度検出器５により検出され比較器
１８へ各々入力される。

第９図は、第１図の制御回路による別の実施例を示す装
置構成図で可変速電動機として同期機１０を用い、系統
１と同期機１ｏとの間に電力変換器１７を用いた場合で
ある。この電力変換器への位相指令との突合せのため位
相検出器１１を設けている。

〔発明の効果〕

本発明の効果は前述より明らかな如く運転点を連続監視
し乍らハンプ特性へ異常接近していないか絶えず監視し
、必要に応じてハンプ特性回避アクションを適時に適確
に行い、可変速揚水システムの安定で確実な運転を保証
する。

特にポンプ水車プラントにあっては上又は下流管路を複
数台のポンプ水車が共有する設計は経済性追求むしろ普
通で、この種のプラントにも安心して適用できる可変速
揚水システムを提供できる効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明可変速揚水システムの一実施例を示す制
御回路図、第２図は本発明を巻線形誘導電動機を使った
可変速揚水システムに適用した場合の例、第３図、第４
図はハンプ特性の説明図、第５図はハンプ特性を示すＨ
−Ｑグラフ、第６図は案内羽根開度とハンプ特性の関係
グラフ、第７図は回転速度とハンプ特性の関係を示すグ
ラフ、第８図は第１図の本発明の詳細な説明するための
グラフ、第９図は本発明を使った別のタイプの可変速揚
水システムの例図である。 ２５・・・案内羽根。 代理人　弁理士　小川勝男−：″− ′、６ ど 第°１　　　　羊４゜ 第５　口 仝 第７　図 牛馬径Ｈ 第３　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、駆動電動装置は電力系統から一定周波数の電力の供
   給を受け乍ら、被駆動対象であるポンプ（又はポンプ水
   車）をその時々の運転指令や運転条件に適合した回転速
   度で可変速運転させる可変速揚水システムに関し、特に
   ポンプが高揚程側で部分的にｄＨ／ｄＱ＞０となるいわ
   ゆるハンプ特性を示す場合（但しＨは揚程、Ｑは流量）
   、ポンプの運転点が該ハンプ特性部に近ずいたら、この
   可変速揚水システム本来の制御に割り込みを掛けて駆動
   装置の出力を増大させてポンプの回転速度を強制的に上
   昇せしめるように構成した割り込み制御を備えた可変速
   揚水システム。 ２、少なくとも揚程Ｈ自身か相当信号と案内羽根開度及
   び回転速度を入力として受けてその時の運転点が該ハン
   プ特性にいか程接近しているか異常接近していないかを
   判断する装置を備えこの装置の判定結果に応じて駆動装
   置の出力を割り込み調整するようにした第１項記載の可
   変速揚水システム。