JPH0128963B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水車発電機の制御方法に係り、特に系
統並列時のガバナフリー運転時さらには水車発電
機の回転数制御による単独運転時に於て、速度指
令と実速度検出信号との制御偏差量が制御精度の
範囲内（偏差量が小さい場合）にある間は、自動
制御系のループゲインを下げることによつて安定
な運転を行なわせ、ガイドベーン変化による水理
系の振動や系統の動揺時にみられる乱調現象など
を確実に防止する、改良された制御方法を提供し
ようとするものである。

一般に水車発電機の回転数制御による単独運転
時、さらには系統並列時の速度調定率にまかせた
ガバナフリー運転時に際して、例えば系統が動揺
して不安定な場合、水車発電機の自動制御系のル
ープゲインを高めた状態で単独運転やガバナフリ
ー運転を行なうと、よく知られているように系統
の動揺周期と自動制御系の周期ωc＝（ωc＝2πで
は系統の周波数を示す）とが一致すると乱調現
象を誘発したり、さらにガイドベーン変化による
水理系の振動を誘発するなど安定した運転は全く
望めず大きな問題となつている。

本発明はこの点に鑑みて発明されたものであつ
て、特に本願は速度指令と実速度検出信号との制
御偏差量に応じて自動制御系のループゲインを変
え、制御偏差量のレベルが小さい範囲内ではルー
プゲインを下げたことを一大特徴とし、以下第１
図に示す実施例に基づき詳述する。

同実施例で１は水車発電機の回転数を検出する
パイロツト発電機さらには速度検出用小発電機な
どの速度検出器で、２は速度指令を与える速度設
定器で、３は起動状態を管理すべく回転数の上限
値を設定する上限設定器で、４は速度設定指令信
号と実速度検出信号とを比較する為の比較器で、
５は増幅度を決定する為の増幅器で、６はマイナ
ーループに速度指令信号を与える為の速度制御用
増幅器で、速度指令信号と加速度検出信号との誤
差電圧を増幅する第１のマイナーループの加速度
制御用増幅器で、８は開度指令信号とガイドベー
ン開度検出信号とを比較する為の比較器で、９は
開度誤差電圧を一旦増幅する為の開度制御用増幅
器でこれら比較器８−開度制御用増幅器９で第２
のマイナーループが形成される。１０は自動制御
系のループゲインの上げ−下げ切換値を設定する
設定器で、１１は設定器１０の指令電圧と比較器
４の速度誤差電圧とを比較−増幅する為の増幅器
で、１２は設定器１０よりの指令電圧信号の極性
を反転する為の反転用増幅器で、１３は反転用増
幅器、１２よりの反転指令電圧と比較器４の速度
誤差電圧e₀とを比較−増幅する為の増幅器で、１
４は増幅器１１よりの誤差電圧e₄と増幅器１３よ
りの誤差電圧e₅と比較器４よりの速度誤差電圧e₀
とをそれぞれ加算する為の加算器で、１５は加算
器１４よりのゲイン電圧e₆を１／ｎに分圧する為
のゲイン調整用可変抵抗器で、１６は回転数の上
限値設定器３よりの上限値指令信号と実速度検出
信号とを比較するコンパレータで、１７は実速度
検出信号を微分して加速度信号をdu／dtを取出
す為の微分回路で、１８は起動指令信号で閉路す
るスイツチで、１９はフリツプフロツプ回路で、
２０は回路１９よりの信号で開閉制御される電子
スイツチで、２１は起動時の速度誤差電圧の所定
範囲内で一定の加速度指令電圧を与える為の設定
器で、２２は速度制御用増幅器６よりの速度指令
電圧e₁（速度誤差電圧を増幅したもの）と設定器
２１よりの加速度指令電圧e₂とを比較−増幅する
為の増幅器で、２３は被制御体の水車発電機が起
動時にあるか起動を完了したかの表示をする為の
発光ダイオードで、この発光ダイオードは起動完
了時点で発光するように予じめ前以つて配慮され
ている。COMは共通線で例ばアース線を示す。

以上のように構成される本実施例の動作を第２
図および第３図の各特性図を参照しながら詳述す
るに、まず、水車発電機の回転数の上限設定を上
限設定器３で設定し、この時の設定電圧をe8とす
ると、この設定電圧e8はコンパレータ１６の一方
に入力され、他方は速度検出器１からの実速度検
出信号（この検出信号の電圧をe9とする）が入力
される。コンパレータ１６ではこの両電圧e8、e9
が比較される。この比較結果が｜e8｜＞｜e9｜で
あるとコンパレータ１６の出力は「１」となり逆
に｜e8｜＜｜e9｜の時にはその出力は「０」とな
るように設定されている。

起動指令信号でスイツチ１８が閉路し、コンパ
レータ１６は上限設定器３よりの上限設定信号e8
が入力し、実速度検出信号e9は水車発電機が停止
状態であるのでe9＝０であり、コンパレータ１６
は「１」レベルを出力し、この入力力信号とスイ
ツチ１８が閉路したという条件信号がそれぞれフ
リツプフロツプ回路１９に入力されるとフリツプ
フロツプ回路１９の出力信号０１は「０」レベ
ル、他方の出力信号０２は「１」レベルとなる。
これらの信号によつて、電子スイツチ２０我
「０」信号で導通する、他方発光ダイオード２３
は「１」信号では発光しない。かかる状態で速度
設定器２よりの速度設定指令信号がメジヤールー
プの比較器４→増幅器５→速度制御増幅器６→第
１のマイナーループの加速度制御用増幅器７→第
２のマイナーループの比較器８→開度制御用増幅
器９→図示しないマイナーループの電動サーボ系
或いは油圧サーボ系に与えられて、図示しない水
車発電機のガイドベーンの開度が静止摩擦に打勝
つて除々に開かれて行き、被制御体の水車発電機
は起動し始める。

このように水車発電機が起動すると、メジヤー
ループの比較器４で速度設定指令信号と実速度検
出信号とを比較した偏差量、即ち速度誤差電圧e₀
を増幅した速度制御用増幅器６の速度指令電圧e₁
と加速度設定器２１よりの指令電圧e₂との大小関
係が、例えば水車発電機の回転数が所定の値まで
加速されるまでは｜e₁｜＞｜e₂｜の関係にあるの
で、両信号の差分｜e₁｜−｜e₂｜を２２の増幅器
で増幅した電圧e₃が第１のマイナーループの加速
度制御用増幅器７に入力され、この増幅器７で速
度誤差電圧を増幅した指令電圧e₁と誤差電圧を増
幅した加速度指令電圧e₃とを加え合せた指令電圧
値｜e₁｜＋｜e₃｜と、微分回路１７よりの加速度
検出信号とを比較−増幅した加速度指令信号を基
に、第２のマイナーループの開度制御系を介して
ガイドベーンの開度を「開」方向に制御すること
になる。かかる加速制御時に於ける速度誤差電圧
e₁と設定器２１よりの指令電圧e₂との誤差電圧e₃
特性が、指令電圧e₂を任意に変化した場合どのよ
うに遷移するかを第２図の特性図を参照しながら
述べてみるに、ここで第２図Ａの特性図は縦軸に
e₃の誤差電圧を横軸に速度誤差電圧e₁をそれぞれ
取つた場合のe₁−e₃の関係を表わしたものでメジ
ヤーループよりの速度誤差電圧e₁は第２図Ａのe₁
特性で示すように、ガイドベーン「開方向」の加
速制御時は、回転数の上昇に応じて負極性の速度
誤差電圧が直線的に低下して行くので、加速度設
定器２１の設定電圧e₂を仮にe₂＝＋１（Ｖ）と仮
定した場合、速度誤差電圧の絶対値e₁が設定電圧
の１（Ｖ）より大きい範囲では誤差電圧e₃＝｜e₁
｜−｜e₂｜が直線的に減少して行き、｜e₁｜≧｜
e₂｜の時点で誤差電圧e₃は零となる。従つて設定
電圧e₂の値をe₂＝＋１（Ｖ）→＋２（Ｖ）…という
ように任意に変化した場合の設定電圧e₂をパラメ
ータとする誤差電圧e₃の特性は、第２図Ａのe₃直
線で示すような特性となる。この誤差電圧e₃と速
度誤差電圧e₁とを加え合せた電圧が加速度指令電
圧となるので、第２図Ａのe₁特性とe₃特性とを加
え合せた｜e₁｜＋｜e₃｜特性は第２図Ｂに示すよ
うなe₁＋e₃特性となる。なお第２図Ｂの特性は横
軸に速度誤差電圧e₁を縦軸｜e₁｜＋｜e₃｜の加算
電圧値をそれぞれ取つた場合の、設定電圧e₂をパ
ラメータとするe₁電圧と｜e₁｜＋｜e₃｜電圧との
対応関係を表わしたもので、この第２図Ｂの特性
図より明らかなように、速度誤差電圧e₁の絶対値
が加速度設定電圧e₂より大きい範囲では一定の加
速度指令電圧｜e₁｜＋｜e₃｜が得られる。この加
速度指令検出信号とを基に第２のマイナーループ
の開度制御系を介して図示しないガイドベーンの
開度を制御するものであるから、水車発電機の回
転数が所定の値に達する迄は常に一定の加速度で
加速制御されることになる。

かかる加速制御時に於ける第１図の自動制御系
のループゲインについて述べるに、自動制御系の
ループゲインに関係するものは第１図の設定器１
０及び増幅器１１〜増幅器１４とゲイン調整用可
変抵抗器１５とで構成されるループであるが、仮
に設定器１０の電圧ΔN＝ｘ（Ｖ）を零とした場
合、メジヤーループの比較器４より出力される速
度誤差電圧e₀が負極性で増幅器１１及び１３〜１
４の各増幅器にそれぞれ与えられ、この速度誤差
電圧e₀と設定電圧値零ΔN＝０とが比較−増幅さ
れるものであるから、増幅器１１の出力電圧e₄は
入力される速度誤差電圧e₀の極性を反転した電圧
がそのまま表われ、しかも速度誤差電圧e₀は、一
定加速制御時に速度の上昇に応じて直線的に低下
して行く特性であるので、第３図ＡのΔN＝０
（Ｖ）時のe₄直線で示すような特性となる。又、
増幅器１３の出力電圧e₅は、設定電圧ΔN＝０
（Ｖ）で速度誤差電圧e₀が負棄性である旨を条件
にして零（Ｖ）であつて、しかも設定器１０で所
要の電圧を設定した場合でも、この設定電圧の極
性を反転用増幅器１２で負極性の設定電圧として
反転し速度誤差電圧e₀が負極性である旨を条件に
してガイドベーン「開」方向の加速制御時は第３
図Ａに示す如く出力電圧e₅は常に零（Ｖ）で何ら
動作に関与することはない。これに対して終段の
増幅器１４の出力電圧e₆は、入力されるe₅の電圧
が零（Ｖ）でe₄の電圧が速度誤差電圧e₀の極性を
反転した正極性の電圧そのままで、これら各電圧
＋e₀、e₅＝０と負極性の速度誤差電圧e₀との３諸
量を加え合せたものであるから、設定電圧ΔNが
零（Ｖ）の場合は常にe₆＝０（Ｖ）という状態を
保持している。次に１０の設定器で設定電圧ΔN
＝１（Ｖ）と設定した場合、e₀の速度誤差電圧の
絶対値が設定電圧ΔN＝１（Ｖ）を上廻る範囲で
は、増幅器１１の出力電圧e₄が｜e₀｜−｜ΔN＝
１（Ｖ）｜であつて、しかも回転数の上昇に応じて
速度誤差電圧e₀の絶対値が低下して行くので、こ
れらを条件にしてe₄の電圧は第３図(A)−象限の
e₄直線で示すような特性となり、速度誤差電圧e₀
の絶対値が設定電圧ΔNと同値となつた時点でe₄
の電圧は零（Ｖ）となる。従つて設定電圧ΔNの
値をx₁（Ｖ）→x₂（Ｖ）…（但しx₁＜x₂…）という
ように任意に変化して、設定電圧ΔN＝ｘ（Ｖ）
をパラメータとした場合の、速度誤差電圧e₀に対
する出力電圧e₄の特性は第３図Ａのe₄直線で表わ
されるものであるが、このe₄電圧特性と速度誤差
電圧e₀の電圧特性（第３図Ａのe₀直線で示す）と
を加え合せた電圧が増幅器１４の出力電圧e₆であ
るからして、出力電圧e₆の電圧特性は設定電圧
ΔNをパラメータとした場合、第３図Ａのe₆直線
で示すような特性となる。このe₆の総合特性より
明らかなように、速度誤差電圧e₀が設定電圧ΔN
＝ｘ（Ｖ）を上廻る範囲では常に一定の出力電圧
e₆が終段の増幅器１４より出力され、しかも出力
電圧e₆のレベルは設定電圧ΔNを調整することに
より、任意に可変できることが理解できる。この
出力電圧e₆がゲイン調整用可変抵抗１５で適宜な
電圧値に分圧されメジヤーループの増幅器５に導
びかれるので、ゲイン調整用可変抵抗１５より出
力されるe₇の電圧特性は設定電圧ΔN＝ｘ（Ｖ）
をパラメータとした場合、第３図Ｂの象限で示
すようなe₇特性となる。この出力電圧e₇がメジヤ
ーループに導びかれて５の増幅器で速度誤差電圧
e₀と比較−増幅されるので、設定電圧ΔN＝ｘ
（Ｖ）をパラメータとした場合、増幅器５より出
力される｜e₇｜＋｜e₀｜の電圧特性は第３図Ｂの
象限で示すようなe₀＋e₇特性となる。この第３
図Ｂのe₀＋e₇特性より明らかなように、設定器１
０の設定電圧ΔN＝ｗ（Ｖ）より速度誤差電圧e₀
の絶対値が大きい範囲では、設定電圧ΔNがが零
（Ｖ）の場合のe₀電圧特性傾斜角と（e₀＋e₇）電
圧特性傾斜角とが全く同一角度であることが理解
できる。このことは第１図に示す自動制御系のル
ープゲインが出力電圧e₇には何ら左右されること
なく、一定（高め）のゲインを保持していること
を意味する。従つて本願によれば、一定の加速度
を以つて所定の加速制御を行なう運転時は、自動
制御系のループゲインを高くして応答性を高めガ
イドベーンの開度を急激に開いて行く所定の制御
を行なう。これに対してメジヤーループの速度誤
差電圧e₀が設定器１０の設定電圧ΔN＝ｘ（Ｖ）
と略相等しくなる加速完了時点では、第３図Ｂの
象限に示す（e₀＋e₇）電圧特性より明らかなよ
うに、自動制御系のループゲインを一定加速制御
時より低めて応答性を低め、ガイドベーンの無用
の動きを制御して制御上の安定性に高める。

以上のようにメジヤーループの増幅器５に入力
される速度誤差電圧e₀のレベルに応じて、自動制
御系のループゲインを制御するものであるが、例
えば第２図Ｂの象限に示す加速度指令電圧（e₁
＋e₃）に基づく一定加速制御時に、ガイドベーン
の開度が急激に開かれて行つて水車発電機はさら
に加速され、メジヤーループの速度制御用増幅器
６より出力される速度誤差電圧e₁の絶対値e₁が加
速度電圧設定器２１の基準電圧e₂と同一レベルま
で低下すると、基準電圧値e₂が正極性であるの
で、増幅器２２の出力電圧e₃は零となり、加速度
制御用増幅器７に入力される加速度指令信号は速
度誤差電圧e₁のみとなる。従つてその後は速度誤
差電圧e₁と加速度検出信号との偏差分を零とすべ
く所定の速度制御が行なわれ、かかる速度制御
は、自動制御系のループゲインも下げ状態にある
ことは述上の説明で明らかであり、又、この時点
では水車発電機の回転数も略定格回転数の近傍付
近にあり、実速度検出信号が設定器３より出力さ
れる回転数の上限レベル以上になると、コンパレ
ータ１６の出力信号が「０」レベルとなつてフリ
ツプフロツプ回路１９が反転し、一方の出力信号
０₁が「１」に、他方の出力信号０₂が「１」より
「０」にそれぞれ反転する。このように信号０₁が
「１」になつた旨を条件にして電子スイツチ２０
がOFFし電圧e₂がさらに上昇して、増幅器２２の
出力電圧e₃が零レベルを保持する。これに対して
出力信号０₂が「０」に変化すると、発光ダイオ
ード２３に電流が流れ水車発電機の起動が完了し
た旨を表示する。このように水車発電機が定格回
転数まで加速制御され、起動完了後の速度調定率
に従つたガバナフリー運転による系統並列時に際
して、述上の第３図Ｂの特性図説明より明らかな
ように、自動制御系のループゲインが一定加速制
御時のゲインより下げた状態となつているので、
仮に系統が動揺して不安定な場合でも、ガイドベ
ーンの不必要な動きが抑制されて、ガイドベーン
変化による水理系の振動を確実に防止することが
でき、さらに系統の動揺周期と自動制御系の周期
ωcとが一致した時にみられる乱調現象も、自動
制御系のループゲインを下げたことによつて確実
に防止でき常に安定した動作を行なうことができ
る。さらに本発明によれば、一定の加速度を以つ
て加速制御を行なう加速制御ループを設けたもの
であるから、従来装置でみられるような開度設
定、例えば静止摩擦に打勝つ第１の開度設定
（θ₁）、水車発電機の起動時間に必要な第２の開度
設定（θ₂）、起動完了で同期回転数に近い回転を
維持するに必要な第３の無負荷開度設定（θ₃）な
ど一連のシーケンス制御は何ら必要なく、単に所
要の速度指令のみを与えれば、一定の加速度を以
つて自動的に所定の加速制御を行ない起動を完了
させるので、全く理想的な起動時の動きとなつて
オーバーシユート、或いは同期回転数に達するま
での所要時間が長くなるなどの不具合を一挙に解
決できる利点がある。さらに本発明による他の特
徴とすべき点は、自動制御系のループゲインを切
換えるループ、及び一定の加速度を得るループに
はそれぞれ何ら関数発生器を用いてないので、ダ
イオードのえん層電圧による弊害、即ち正確に零
電圧より立上らせる理想的な特性が得られないな
どの欠点で全て解決できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による一実施例を示す制御装置
の具体的な回路構成図、第２図は本発明に係る加
速度制御ループによつて得られる入−出力電圧特
性図、第３図は本発明に係るゲイン切換制御ルー
プによつて得られる入−出力電圧特性図。 １は速度検出器、２は速度設定器、３は回転数
の上限設定器、４−８は比較器、６は速度制御用
増幅器、７は加速度制御用増幅器、９は開度制御
用増幅器、５及び１１〜１４，２２は増幅器、１
５はゲイン調整可変抵抗器、１６はコンパレー
タ、１７は微分回路、１９はフリツプフロツプ回
路、２０は電子スイツチ、２１は加速度電圧設定
器、２３は発光ダイオード。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 速度設定器の出力する速度設定指令信号と水
   車発電機の回転数を検出する速度検出器からの実
   速度検出信号とを比較増幅する第一の比較器と、
   この第一の比較器の速度誤差電圧信号の増幅度を
   決定する第一の増幅器と、この第一の増幅器の出
   力信号を入力して速度制御用増幅器が出力する速
   度指令信号と、前記速度検出器の実速度検出信号
   を微分する微分回路からの加速度検出信号とを入
   力して誤差電圧を増幅する加速度制御用増幅器
   と、この加速度制御用増幅器の出力する開度指令
   信号とガイドベーン検出信号とを比較する第二の
   比較器と、この第二の比較器の出力する開度誤差
   電圧を増幅する開度制御用増幅器と、この開度制
   御用増幅器の出力信号でガバナサーボ系へ出力し
   て水車発電機の速度を制御するメジヤーループ
   と、水車発電機が起動時に起動状態を管理する回
   転数の上限を設定する上限値設定器の上限値指令
   信号と速度検出器からの実速度検出信号とを比較
   するコンパレータと、このコンパレータの出力信
   号と起動指令信号で閉路するスイツチの条件信号
   を入力するフリツプフロツプ回路と、このフリツ
   プフロツプ回路の一方の出力信号によつてオン、
   オフする電子スイツチと、この電子スイツチのオ
   ンによつて第二の設定器で設定される起動時の加
   速度指令電圧信号と前記速度制御用増幅器からの
   速度指令電圧信号とを比較増幅する第四の増幅器
   と、この第四の増幅器の出力信号を前記加速度制
   御用増幅器に出力して水車発電機の速度制御する
   よう構成した水車発電機の制御方法において、ル
   ープゲインの上げ下げ切換値を設定するための第
   一の設定器を設けてこの第一の設定器よりの指令
   電圧信号と前記第一の比較器よりの速度誤差電圧
   信号とを比較増幅する第二の増幅器と、第一の設
   定器の指令電圧信号の極性を反転する反転用増幅
   器と、この反転用増幅器よりの反転指令電圧信号
   と前記第一の比較器よりの速度誤差電圧信号とを
   比較増幅する第三の増幅器と、この第三の増幅器
   の出力する誤差電圧信号と、前記第二の増幅器の
   出力する誤差電圧信号と、前記第一の比較器の出
   力する速度誤差電圧とを加算する加算器と、この
   加算器の出力するゲイン電圧を１／ｎに分圧する
   ゲイン調整用可変抵抗器と、このゲイン調整用可
   変抵抗器の出力信号を前記第一の増幅器に出力す
   るように構成された自動制御系の出力信号によつ
   て、一定の加速度を以て所定の加速制御を行なう
   運転時は自動制御系のループゲインを高くしてガ
   イドベーンの応答性を高め、メジヤーループの速
   度誤差電圧が制御精度の範囲内にある間は自動制
   御系のループゲインを一定加速制御時より低めて
   ガイドベーンの応答性を低めて所定の速度制御を
   行なうようにしたことを特徴とする水車発電機の
   制御方法。