JPH0245661A - 水車のガバナー制御装置 - 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】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は水車のガバナー制御装置に関し、特に超遅延系
の水車のガバナー制御装置に関する。

Ｂ３発明の概要 本発明は、ニードルの開度を制御して水車のランナーの
回転速度を制御し発電機の出力を制御する水車のガバナ
ー制御装置において、 発電機の出力信号とランナーの回転速度制御信号をもと
にサーボ系を制御して前記ニードルの位置を制御するこ
とにより、 発電所における発電機の並列動作を円滑にした水車のガ
バナー制御装置を得る。

Ｃ１従来の技術 導水路や水圧鉄管が比較的に短い発電所に設置されるペ
ルトン水車においては、起動、停止は水車ニードルに付
属するパケットの操作で速度制御を行う。この場合は水
のパケットに当たる時間も短く、二不ルギーも少ないの
で、パケット部を速く制御することが可能である。一方
、導水路や水圧管が数ＫＩ１１にもおよび水圧上昇も１
０％程度しか許されない発電所も存在する。これは特に
水道局の水路中の発電所に相当する。このような場合は
パケット制御の方式も採用されるが、ニードル制御で実
施することも可能である。

Ｄ１発明が解決しようとする課題 ニードル制御方式のものにおいては、バケット部の速度
制御を不要とするため、バケット部は開又は閉の状態の
みで十分である。しかし、発電機を並列運転する動作を
ふまえた場合、ニードル制御は非直線性であり、励磁装
置の付加により界磁損失が発生し、速度設定が狂ってし
まう。それと同時に回転数上昇の信号を発生しても、ニ
ードル系は水圧上昇との関係で超遅延系を採用しており
、速い操作は困難である。以上の状態を打開するために
開発された方式がＰＩＤ制御を採用した速度予測制御で
ある。

しかるに、ガバナー速度制御が大変遅く、加速時定数か
零に近い場合には系の外部に外乱が発生した時、定常状
態に制御するには時間を必要とする。オン、オフ制御の
場合は並列操作の同期速度近傍の設定は時間を要し、過
速度に到達する。この状態より再度並列動作を繰り返す
のに要する時間は約１０分以上を要し、同期装置の操作
信号も一時停止を必要とし時間かかかり過ぎる。従って
、並列動作は上昇側より一回で並列完了する制御が必要
となる。

本発明は上述の問題点を解決したもので、その目的は、
水車の回転速度に基づく発電機の出力を検出し、この検
出信号と前記水車の速度制御設定信号をもとに速度偏差
検出信号を得、この速度偏差検出信号を電気サーボ系に
より有効に処理して前記ニードルの開度を制御すること
により、発電所の発電機を高性能に制御可能にした水車
のガバナー制御装置を提供することである。

Ｅ１課題を解決するための手段 本発明は、上記目的を達成するために、ニードルの開度
を制御してランナーの回転速度を制御し、該ランナーの
回転に伴って発電機の出力電力を制御する水車のガバナ
ー制御装置において、前記発電機の出力を検出する出力
検出部と、この出力検出部の検出信号と前記ランナーの
速度を設定する速度制御設定信号をもとに速度偏差信号
を得る速度偏差検出部と、この速度偏差検出部の速度偏
差検出信号をもとにサーボ系のサーボセット指令信号を
得るサーボセット指令部と、このサーボセット指令部の
サーボセット指令信号をもとに前記ニードルの開度を制
御すべくニードル位置制御信号を出力し前記ニードルの
開度を制御するニードル位置制御部によって水車のガバ
ナー制御装置を構成する。

Ｆ、作用 水車の回転速度に基づく発電機の出力信号と水車の回転
速度制御設定信号をもとに速度偏差信号が得られる。こ
の速度偏差信号にもとづいてサーボセット指令部はサー
ボセット指令信号をニードル位置制御部に出力する。ニ
ードル位置制御部はサーボセット指令信号をもとにニー
ドル位置制御信号を出力してニードルの開度を制御する
。

Ｇ、実施例 以下に本発明の実施例を第１図〜第３図を参照して説明
する。

第１図は本発明の実施例による水車のガバナー制御装置
を示し、■は水車のランナー　２ａは第１のニードル、
２ｂは第２のニードルである。３は出力検出部であって
、ランナー１により回転駆動される発電機（図示せず）
の出力周波数Ｆを電圧■に変換する周波数／電圧変換器
（Ｆ／Ｖ変換器）である。４は速度偏差検出部で、Ｆ／
Ｖ変換器３の電圧信号ＳＶと速度制御設定器（図示せず
）の設定信号を入力とし、これらを比較して速度偏差を
検出する。５は比較器で速度偏差検出部４の速度偏差信
号ＳＤと外部指令信号ＳＯを比較して偏差信号ＳＣを出
力する。６はサーボセット指令部で、偏差信号ＳＣを人
力とし、この偏差信号ＳＣをもとに第１のサーボセット
指令信号ＳＡと第２のサーボセット指令信号ＳＢを得る
。すなわち、サーボセット指令部６は増幅器やリミッタ
によって構成されている。７ａは第１のニードル位置制
御部、７ｂは第２のニードル位置制御部で、それぞれ第
１．第２のサーボセット指令信号ＳＡ、ＳＢを入力とし
第１．第２のニードル位置制御信号ＳＰＩとＳＦ３を出
力する。

上記構成の水車ガバナーの制御装置によれば、ランナー
ｌの回転速度に応じて発電機の出力周波数Ｆが変化する
。この出力周波数ＦはＦ／Ｖ変換器３によって電圧信号
ＳＶとして検出される。速度偏差検出部４はＦ／Ｖ変換
器３の電圧信号ＳＶ゛と速度制御設定信号をもとに速度
偏差検出信号ＳＤを出力する。速度偏差検出信号ＳＤは
比較器５において外部指令信号ＳＯと比較され、これに
より偏差信号ＳＣが得られる。サーボセット指令部６は
偏差信号ＳＣを増幅したり、微分したりまたリミッタ制
御して第１のサーボセット指令信号ＳＡと第２のサーボ
セット指令信号ＳＢを出力する。

第１．第２のサーボセット指令信号ＳＡ、ＳＢは、それ
ぞれ第１．第２のニードル位置制御部７ａ。

７ｂにおいて増幅、微分処理され、第１のニードル位置
制御信号ＳＰＩ、ＳＰ２が得られる。第１のニードル２
ａの開度は第１のニードル位置制御部７ａによって制御
され、第２のニードル２ｂの開度は第２のニードル位置
制御部７ｂによって制御される。

さらに詳しくは、第２図のフローに示す如く、ニードル
起動指令（ステップ５ＴＩ）か発せられると共にニード
ルの起動開度が設定され（ステップ５Ｔ２）、ステップ
ＳＴ３に示すようにニードルが起動開度まで開き、その
後ステップＳＴ４の如くデフレクタ（図示せず）を開に
し、ペルトンランナーを回転させる。回転後はデフレク
タを閉としくステップ５Ｔ６）、ジェットをデフレクタ
で逃がしながら、ニードルを閉にする（ステップ５Ｔ７
）。これにより、ランナーの回転数は低下し、過速度に
は至らない。

次に、デフレクタを開にして、ニードルを開方向に制御
する。ニードルの制御はサーボモータ（図示せず）の目
盛で０　、０６　ｘＮ／　ｓｅｃの速さで徐々に開き並
列速度の９０％程度（ステップＳＴ９゜５ＴＩＯ）でガ
バナーを動作させると共に（ステップ５ＴＩＩ）、リレ
ー制御系から自動制御系に切り換える。速度制御が±１
０％以内であれば（ステップＳＴ　１２）　、励磁装置
の付加は回転数が９５％近くの点で行い（ステップ５Ｔ
１３，５Ｔ１４）、発電機に電圧を発生させる（ステッ
プＳＴ　ｌ　５）。偏差調節計の制御量を大きくし、１
％程度の変化に対応できる信号まで操作可能となる（ス
テップ５Ｔ１６）。

なお、水車が二対ペルトンの場合は、二対の同一速度制
御が大切であり、それぞれのニードル位置のフィードバ
ック量との合成値とニードル開度信号量のバランスを必
要とし、並列装置からの信号量が数回で十分な範囲まで
速度制御を必要とする。

第３図は上記実施例によるガバナー制御装置の動作特性
を示し、曲線１２１はニードルの開度特性であって、曲
線Ｑ　ｌ＆は起動開度特性、Ｑｌ。は無負荷開度特性を
示し、曲線ｇ、は速度特性である。

上記実施例のガバナー制御装置によれば、次のような種
々な利点が得られる。

（１）水車制御をニードル制御、ニードルサーボのみに
することにより水車構造が簡単となり、デフレクタサー
ボがソレノイドバルブで代用できる。

（２）中小水力発電所ｔ〜５ＭＷ程度のペルトン水車は
並列装置後は系統周波数で運転されるため、ガバナー機
能は不必要であり簡単な速度制御装置となり、ガバナ一
部が安価となる。

（３）周期発電機、誘導発電機とも並列装置として採用
できる。誘導発７４機の場合は励磁損がなく、強制並列
となるため並列動作は簡単となる。

（４）操作は油圧を必要とせず、すべて電気で操作が可
能となり、メインテナンスは簡単となる。

非常時は発電所内の直流電源により、直流電動機を駆動
して停止する。ニードル制御用電動機は常時は交流電源
とする。

（５）起動開度の設定は二対と一射の設定リミットスイ
ッチで可能で並列操作との制御方式は同一回路とする。

ペルトン水車であるため落差か大きく落差変動による起
動開度の変化は起動時の速度制御には影響を及ぼさない
。

Ｈ５発明の効果 本発明は以上の如くであって、発電機の出ツノ信号を出
力信号検出部によって検出し、この出力信号検出部の検
出信号と速度制御設定信号をもとに速度偏差信号を得、
この速度偏差信号をもとに電気サーボ系で処理してニー
ドルの位置を制御するようにしたものである。

したがって、本発明によれば発電所の発電機の制御を円
滑に遂行可能にした水車のガバナー制御装置を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による水車のガバナー制御装置
のブロック図、第２図は第１図の装置の動作フロー図、
第３図は第１図の装置の動作特性図である。 １・・ランナー　２ａ・・・第１のニードル、２ｂ・・
・第２のニードル、３・・・出力検出部としての周波数
／電圧変換部、４・・・速度偏差検出部、５・・・比較
部、６・・サーボセット指令部、７ａ・第１のニードル
位置制御部、７ｂ・・・第２のニードル位置制御部。 ■−ム全昧側ド Ｌｎ　　　寸　　の　　へ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ニードルの開度を制御してランナーの回転速度を
   制御し、該ランナーの回転に伴って発電機の出力電力を
   制御する水車のガバナー制御装置において、前記発電機
   の出力を検出する出力検出部と、この出力検出部の検出
   信号と前記ランナーの速度を設定する速度制御設定信号
   をもとに速度偏差信号を得る速度偏差検出部と、この速
   度偏差検出部の速度偏差検出信号をもとにサーボ系のサ
   ーボセット指令信号を得るサーボセット指令部と、この
   サーボセット指令部のサーボセット指令信号をもとに前
   記ニードルの開度を制御すべくニードル位置制御信号を
   出力し前記ニードルの開度を制御するニードル位置制御
   部によって構成したことを特徴とする水車のガバナー制
   御装置。