JPH0428907B2 - - Google Patents

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JPH0428907B2
JPH0428907B2 JP57215594A JP21559482A JPH0428907B2 JP H0428907 B2 JPH0428907 B2 JP H0428907B2 JP 57215594 A JP57215594 A JP 57215594A JP 21559482 A JP21559482 A JP 21559482A JP H0428907 B2 JPH0428907 B2 JP H0428907B2
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JP
Japan
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flow rate
nozzles
rate
nozzle
change
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JP57215594A
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JPS59105974A (ja
Inventor
Isatake Okano
Hayato Azuma
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0428907B2 publication Critical patent/JPH0428907B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03BMACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B15/00Controlling
    • F03B15/02Controlling by varying liquid flow
    • F03B15/20Controlling by varying liquid flow specially adapted for turbines with jets of high-velocity liquid impinging on bladed or like rotors
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Water Turbines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は水車用調速機に係り、特に多射ペルト
ン水車で駆動される発電機の回転速度を制動する
のに好適な電気式の水車用調速機に関する。
〔従来技術〕
ペルトン水車は、高落差の水力で水力発電機を
駆動するのに用いられ、高落差で生じた水流を、
ノズルから噴射して水車のランナーに当て、これ
によつてペルトン水車が回転する。多射ペルトン
水車は、水車周辺に複数のノズルを設け、これら
のノズルからの噴射により水車を回転させる。一
方、この水車用の調速機は、当該水車により駆動
される水力発電機を電力系統へ並列するまでの調
速作用、並列運転中の周波数変化に対する調速作
用、及び系統事故等の停止作用を目的とするもの
である。このため各ノズルには水流の流量を加減
するためのニードル弁が設けられており、発電機
出力の増大(減少)に伴い各ノズルの全流量、即
ち水車への入力が増大(減少)するように各ニー
ドル弁の開閉制御を行うことによつて、調速機は
水車の回転数を制御している。これには機械式の
ものと電気式のものがあるが、本発明では制御特
性のよい電気式調速機を対象としている。
ところで、従来の多射ペルトン水車の調速機で
は、複数のノズルのニードル弁を順次全開又は全
閉とするニードル弁本数の切替により総流量を変
化させて、発電機の負荷0〜100%の範囲の調速
を行つていた。しかしこの方法では、例えば第1
のノズルのニードル弁全開でまだ入力不足な時
に、続いて第2のノズルのニードル弁を全開させ
るが、これでは、1本ノズル全開と2本ノズル全
開に対応する負荷の中間では、入力が不必要に大
きくなり、水流入力の水車回転力への変換効率が
よくない、という欠点がある。また、この中間的
な負荷に対し、1つのノズル全開、もう1つを半
開というように制御することもできるが、これで
は各ノズルからの流量が不平衡となり、やはり効
率のよい運転はできない。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、複数ノズルにより常に効率よ
く水車を回転できるようにした、電気式の水車用
調速機を提供するにある。
〔発明の概要〕
本発明は、ノズル本数の切替時に、各ノズルの
全流量が変化しないように、かつ切替後の複数ノ
ズルの各流量が平衡するように制御し、切替後は
複数ノズルの流量の平衡を保ちながら全流量を増
減させて調速制御を行うようにしたことを特徴と
するものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
第1図は本発明の一実施例を示すもので、ここで
はノズルは4本としている。同図に於て、本装置
の基本部10からの調速機制限信号Xと、各ノズ
ル対応に設けられた弁開度目標設定部51〜54
からの開度調整信号Y1〜Y4は各低値選択器71
〜74へ入力され、その低値の方が選択され、電
気/機械変換器(アクチユエータソレノイド)8
1〜84を介して各ノズルのニードル弁がニード
ルサーボモータ91〜94により駆動される。こ
のニードルサーボモータ91〜94のストローク
は各ニードル弁の開度に対応しているので、これ
らを加算器21で加算して総流量に対応する量と
し、基本部10及び弁開度目標設定部51〜54
の操作器14へ入力する。
このうち、基本部10の構成例が第2図に示さ
れている。この基本部10は、速度調整器2の指
示する速度と速度検出器1で検出された水車の実
際の速度の差が0となるようにアンプ3を介して
この差を調速機制限信号Xとして出力する。但
し、一般に調速機では、第3図に示すような弁開
度V又は負荷Lの増大に伴う速度(回転数)Nの
一定率での低下を生じるような特性を与えるのが
普通であり、この特性は次の速度垂下率Dで表わ
されている。
D=(ΔN/ΔS)/(No/So) ……(1) ここでΔN,ΔSは回転数N及びサーボモータ
のストロークSの変化分であり、No,Soは定格
点に於るそれぞれの値である。この特性を与える
ために、基本部10には速度垂下率設定器4を設
け、弁開度Vの増大に対応して回転数Nが低下す
るように制御している。
また、弁開度目標設定部51〜54が第4図に
示されており、これは開度目標設定器51a〜5
4aと変化率制限器51b〜54bとから成つて
いる。第5図は、停止状態から出力(もしくは流
量)100%の負荷を与えた時の各開度目標設定器
51a〜54aの出力Y10〜Y40と、変化率制限
器51b〜54bの出力Y1〜Y4の特性を示して
おり、この特性が本発明の特徴とする制御を行つ
ている。この図及び第1図によつて動作を説明す
ると、上述のようにL=100%が与えられたとす
ると、まず流量Q=0からQ=Q0の間は速度調
整領域R0で、この間は水車の起動から系統並列
までの運転に対応し、ノズル1本(第1ノズルと
する)のみで制御される。Q=Q0になると系統
並列によつて負荷Lが加えられ、t=t1で第1ノ
ズルのニードル弁が全開するまで流量Qが増加す
る(1本ノズル領域R1)。この流量制御は、第
1ノズルに対応する弁開度目標設定器51aの出
力Y10が、本実施例では領域R0で50%、領域R
1で100%となり、これを変化率制限器51bで
Y1=Y10となるまでの時間を制限し、実際にニー
ドルサーボモータが追随できるようにして開度調
整信号Y1を生成し、これによつてニードルサー
ボモータ91(第1図)を制御することにより行
われる。もし最初の負荷Lの値が、この1本ノズ
ル領域R1の途中であれば、その負荷に到達した
時に基本部10の出力Xの方が低値となるので、
それ以後は低値選択回路71によりXの方が選択
されてこれによる調速制御が行われる。これは後
述の2本、4本ノズル領域R2,R4でも同様で
ある。負荷L=100%の時は、開度調整信号Y1
よる制御が続けられ、t=t2で第1ノズルのニー
ドル弁が全開となると、操作器14から指令SW
1が出力され、Y10=Y20=50%が各開度目標設
定器51a〜52aから出力され、ノズルの1本
→2本切替が開始される。即ちY10,Y20=50%
に設定することにより開度調整信号Y1,Y2がと
もに50%へ向けて変化し、t=t3でY1=Y2=50
%となる。この状態は、開度目標設定部52に対
応する第2ノズルと上述の第1ノズルが同一開度
(50%)に平衡することを意味し、この間はY1
低下とY2の上昇がほぼ同一の傾斜で与えられる
ので、全流量Qはほぼ一定で変化しない。t=t3
でこの平衡切替が完了すると、開度目標設定器出
力Y10,Y20を100%に上げ、これによつて信号
Y1,Y2はY1=Y2つまり平衡状態を保ちながら次
第に上昇し、全流量Qを増大させる。t=t4で第
1,第2ノズルのニードル弁が全開となると、今
度は操作器14から指令SW2が出力され、これ
によつて第1,第2ノズルのニードル弁を100%
から50%開度へ、第3,第4ノズル(開度目標設
定部53,54に対応するノズル)のニードル弁
を0%から50%開度へ変化させる信号Y1〜Y4
それぞれ図のように出力され、全流量Qを一定に
保ちながら2本ノズルから4本ノズルへの切替が
行われ、その後、4本ノズル領域R4に於て再び
4本ノズルをすべて同一流量に保ちながら各ニー
ドル弁全開へ向けて信号Y1〜Y4が増大していく。
以上の動作から明らかなように、本実施例による
と、複数ノズル領域R2,R4では、各弁の開
度、従つて流量がつねに平衡しているので、どの
負荷値Lに対しても水車の効率が良好に保たれて
おり、また、ノズル本数切替中は全流量変化がな
いので安定な切替が可能である。なお、第5図で
は、開度調整信号Y1〜Y4を単純な形で示してい
るが、実際には、第6図に示したようにこの信号
Y1〜Y4に対し各ニードル弁開度V1〜V4は少し遅
れて追随するので、この弁開度V1〜V4がノズル
本数切替時に平衡するように、変化率制限器51
b〜54bによつて信号Y1〜Y4の傾斜を定めて
おく。
第7図は本発明の他の実施例を示すものであ
る。第1図,第2図の実施例では、全てのニード
ル弁開度の総和を加算器21で求めて、これから
垂下率をその設定器4で求めているが、この実施
例では、発電機の実出力Gを電力検出器12で検
出し、これに調定率をその設定器13で乗じて垂
下率を定め、また、検出電力Gによつて操作器1
4に於るニードル弁切替位置の決定を行つてい
る。ここで調定率εというのは、第8図のように
たて軸に出力周波数をとり、標軸に出力電力G
をとつた時の次の値である。
ε=0NN×100% ……(2) 但し0は無負荷時の周波数、Nは定格出力時の
周波数である。周波数周波数は水車の回転数n
に比例し、出力電力Gは負荷Lと同じ(従つて弁
開度Vに対応)なので、式(2)で与えられる調定率
εは先に説明した垂下率Dを別の形で表現したも
のと考えてよく、いずれも調速機の同じ特性を表
わしている。任意の出力Gの時の周波数をとす
ると 0−/G=0N/GN=ε であるので、0−=εG、つまり出力Gにεを
乗じて、垂下率に対応する無負荷時からの周波数
の低下分0−を定めることができる。但し、 この実施例によると、弁開度に代わつて際の発電
機出力で調定率を定めているので、水位差の変化
による開度と出力特性のずれも補正しながら、各
ノズル流量の平衡を保つた運転ができるという効
果がある。
第9図は、本発明の更に別の実施例であり、第
1図と異なるのは、n本のニードル弁の切替え位
置を1つの開度目標設定器5aにより設定すると
ころにある。この実施例では、各々のニードル弁
の目標開度が等しいため、切替え前と切替え後の
開度の差が各ニードル弁において等しくないとき
平衡するまでの時間を合致させることは電気的に
はできないが、切替えが終了すれば第1図及び第
7図の実施例と同等の効果がある。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、複数のノズルの流量を平衡に保つことによ
り、効率の高い運転が可能となり、またノズル本
数の切替時には全流量を一定とすることで安定な
切替動作が行えるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すブロツク図、
第2図及び第4図は第1図のより詳細な構成を示
す図、第3図は速度垂下率の説明図、第5図及び
第6図は1図の実施例の動作説明図、第7図は本
発明の他の実施例を示すブロツク図、第8図は調
定率の説明図、第9図は本発明の更に別の実施例
を示すブロツク図である。 1……速度検出器、2……速度調整器、4……
速度垂下率設定器、51〜54……弁開度目標設
定部、51a〜54a……ニードル弁開度目標設
定器、51b〜54b……変化率制限器、71〜
74……低値選択器、81〜84……電気/機械
変換器、91〜94……ニードルサーボモータ、
10……調速機の基本部、12……電力検出器、
13……調定率設定器、14……ニードル弁開度
目標設定器の操作器、15……補助サーボモー
タ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 各々の流量がニードル弁にて調整される複数
    個のノズルの使用本数を切り替えて使用するとき
    切替前後でノズルの全流量を同じにし、切替後に
    は使用ノズルの各々の流量を平衡させたまま負荷
    の大きさに応じて全流量を調整し水車の回転速度
    を制御する水車用調速機において、全ニードル弁
    からの総流量を求める手段と、該総流量からノズ
    ル切替点を判断しノズル使用本数切替指令を出力
    する操作器と、ノズルの使用本数毎に各ノズルの
    弁開度の設定目標値を出力する弁開度目標設定器
    と、前記ノズル使用本数切替指令に基づいて前記
    弁開度目標設定器から出力される目標弁開度値へ
    のニードル弁の変化を各ニードル弁が追随できる
    変化率に制限する変化率制限器と、水車の速度指
    令値と実速度との偏差をゼロとする信号を出力す
    る手段と、該手段の出力と前記変化率制限器の出
    力の低値側を選択して各ニードル弁のアクチユエ
    ータに出力する低値選択器とを備えることを特徴
    とする水車用調速機。
JP57215594A 1982-12-10 1982-12-10 水車用調速機 Granted JPS59105974A (ja)

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JP57215594A JPS59105974A (ja) 1982-12-10 1982-12-10 水車用調速機

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JPS59105974A JPS59105974A (ja) 1984-06-19
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2591991B2 (ja) * 1988-07-07 1997-03-19 富士電機株式会社 水車主軸受の冷却装置
JP2559965Y2 (ja) * 1988-10-11 1998-01-19 株式会社明電舎 ペルトン水車の運転装置
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JPS59105974A (ja) 1984-06-19

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