JPH04358767A - 可変速水力機械の運転制御方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、可変速形水力機械の運
転制御方法に係り、特に揚水運転時の入力調整方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】可変速水力機械の揚水運転時の制御方法
としては、ガイドベーン開度と回転速度とを制御するに
あたって制御の優先性を検討した例（特開昭５９−２０
３８８３、特開昭６０−１２８８８６、特開昭６２−２
５５５８１、特開平１−２４４１７１）および高効率運
転を可能にした例（特開昭４８−２１０４５、特開昭５
７−１１３９７１、特開昭５８−１８５９５、特開平１
−２６８４９９）などがある。

【０００３】ところで、揚水運転時の運転パターンとし
ては、時間的に入力調整を行う例、ガバナフリー運転な
どがあるが、ポンプ、またはポンプ水車などの水力特性
から、ある与えられた落差（揚程）の条件下では、入力
がほぼ一義的に定まる特性がある。したがって、特に系
統から要求する入力がない場合やＡＦＣ運転のような要
求がない場合には、あらかじめ特定の運転状態を規定し
ないと運転できないことになる。この場合、上記のよう
な高い効率線上に回転速度を設定することが要望される
が、通常の揚水発電所のようなところでの運転領域にお
いては、全落差運転領域にわたって水力機械の最高効率
点で運転することは不可能である。すなわち、落差（揚
程）が高い領域においては、通常は、プラントが許容で
きる最大入力が上限となり、最高効率点はそれよりも大
きい入力領域となるため、最高効率点を選択することが
できない。また落差（揚程）が低い領域では、通常は、
機器が許容する回転速度の下限が制限となり、やはり最
高効率点を選択することができない。このように、全落
差（揚程）の運転領域にわたって機器の最高効率点を選
択することは現実には不可能なことである。

【０００４】そのほか、落差に対して入力を一定に保ち
、電動機容量を有効に使用する提案がある（特開昭５８
−２２２９８１）が、これも電動機容量を主体にしたも
のであり、特に揚程の高い領域では、機器が許容する回
転速度の上限が制約となり、最大入力一定を保つことが
できないケースが発生することがある。このように、可
変速水力機械の揚水方向の運転制御に関しては、いくつ
かの提案がみられるが、実際の運転にあたっては、特に
、揚水運転時に入力調整要求がない場合、全揚程範囲に
おいて簡便でかつ確実な運転制御方法がみあたらない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的は
、入力要求のないような場合の揚水運転を簡便でかつ確
実に実施できると共に、系統からの指令入力が二次流れ
領域に該当する場合であっても振動を回避して安定した
運転を期待できる可変速水力機械の運転制御方法を提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の可変速水力機械
の運転制御方法は、回転速度が可変制御される電動機ま
たは発電電動機を備えたポンプまたはポンプ水車などの
水力機械における揚水運転を行う場合、上池と下池の水
位によって決定される落差ごとに基準入力運転点を設定
し、系統からの入力調整などの要求がない場合は、可変
速運転範囲を規制する最大入力と最小入力の範囲内に直
線的に変化するように設定された基準入力で運転するこ
とを特徴とするものである。基準入力は、二次流れ領域
を含む範囲に設定された所定の落差よりも小さい範囲で
は最大入力よりも小さい一定の第１の値に設定され、当
該設定落差のところで、基準入力がステップ状に減少さ
れ、さらに当該落差よりも大きい落差の範囲の所では最
小入力よりも大きい一定の第２の値に設定され、系統か
らの指令入力が二次流れ領域に該当したとき、入力点を
前記第１の値または第２の値に設定しなおす。基準入力
は、二次流れ領域を含む範囲に設定された所定の落差よ
りも小さい落差範囲では最大入力よりも小さい一定の第
１の値に設定され、当該所定の落差よりも大きい落差の
範囲の所では最小入力よりも大きい一定の第２の値に設
定され、第１の設定値と第２の設定値との間は暫時直線
的に減少する入力線で連結され、系統からの指令入力が
二次流れ領域に該当したとき、入力点を前記第１の値ま
たは第２の値に設定し直す。運転落差が前記二次流れ領
域に一致する基準入力となる場合は、直線的に変化させ
た基準入力線を、その運転落差に対してあらかじめ定め
た二次流れ領域を避ける位置まで落差の小さい方に平行
移動させて、その運転落差における基準入力を変更させ
る。

【０００７】

【作用】このように本発明によれば、可変速運転範囲の
境界を除く内部で落差に対して直線的に入力を変化させ
ることで、全運転領域で落差の変動に対して円滑な入力
点の選択が可能であり、また、水力特性上不安定な運転
領域である二次流れ領域の上に指令入力が該当した場合
であっても、基準入力をステップ状に変化させたり、あ
るいは特定の落差領域で入力を暫時減少するように変化
させたりすることにより二次流れ領域を回避させて、二
次流れ領域を含む広い運転領域で安定した揚水運転が可
能となる。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は本発明が適用されるフランシス形ポンプ水
車およびこれに直結された発電電動機を示すもので、ラ
ンナ１の外周流路には流量調整用の複数個のガイドベー
ン２が円形翼列状に配置され、これらのガイドベーン２
は各ガイドベーン操作機構３を介してガイドベーン制御
装置４によって開閉制御される。ランナ１は主軸５を介
して発電電動機６に直結され、この発電電動機６は可変
速制御装置７によって回転速度が制御される。

【０００９】このように構成したポンプ水車において、
可変速揚水運転した場合の可変速運転領域は図２中でハ
ッチングした領域で示されている。すなわち、図２で横
軸は上池と下池の水位差で定まる落差（揚程）を示し、
縦軸は水力機械に加えられるポンプ入力を示している。 落差に関しては、上池・下池の容量から定まる運用上の
最高落差および最低落差が存在し、入力に関しては発電
電動機などの容量から定まる最大入力が上限になり、下
限は通常、可変速運転の下限回転速度で定まる。ここで
、ポンプ水車の回転速度、およびガイドベーンを制御す
ることで、ポンプ水車ごとに定まる水力特性で決定され
る可変速運転領域が図２のハッチング部のように得られ
る。通常、系統上の要求から入力調整する場合は、この
運転領域で入力制御すればよいことになる。しかし、特
に入力調整が必要ないような場合には、図２で示した基
準入力の線上の点に対応する入力で運転すればよい。 すなわち、図２に示した基準入力は、可変速運転領域の
境界を除く内部で、落差に対して直線的に変化するよう
に設定されているものであり、全運転領域で簡便かつ的
確に選定できるものである。また、可変速運転領域の内
部で、ポンプ水車特性に合せて設定することができるた
め、高落差、低落差などにおける制約を設ける必要がな
い。

【００１０】また、系統からの指令入力が二次流れ領域
を含み運転する必要がある場合もある。ここで、二次流
れとはポンプ、ポンプ水車などにおいて、揚水量を減少
させた場合、ある揚水量以下では、ランナ内の流れが羽
根に沿って流れず逆流したりして流れが乱れ揚程が減少
したり振動などが発生し、不安定な運転となる流れのこ
とである。したがって、指令入力がこの二次流れ領域に
入らないようにあらかじめ制御することが従来より一般
的であったが、近時に至っては、運転領域を拡大させる
ために二次流れ領域を含みさらに広い運転領域を適用す
ることが望まれている。

【００１１】このような二次流れ領域を含んだ運転領域
での基準入力の本発明による設定方法の一例を図３に示
す。この例では、落差がＨ１よりも低い範囲では最大入
力よりも小さい一定値Ｐｏ　とされ、落差Ｈ１のところ
で入力をステップ状に急減され、落差がＨ１よりも大き
い範囲では、一定値Ｐ２　に設定されている。このよう
に基準入力を設定した場合において、運転落差がＨ１で
あって、系統からの指令入力がたまたまＰ１のとき、こ
のＰ１は二次流れ領域を示した線ｍ−ｎ上にあるので、
その水力機械の電気系統が接続する電力系統により、入
力は図３のＰ０　またはＰ２　）に再設定される。図４
は、本発明の他の実施例による基準入力の設定例を示し
ている。 この実施例によれば、落差Ｈ２　までは、一定値Ｐ２　
に設定され、二次流れ領域を含む落差Ｈ２　とＨ３　の
間で入力が暫時減少し、それ以上の落差のところでは一
定値Ｐ３　に維持される。このように基準入力を設定し
た場合、系統からの指令入力が二次流れ発生領域のｍ−
ｎ線上の点と一致するＰ４の場合、Ｐ２　点またはＰ４
　点に再設定される。Ｐ２　点相当にするかＰ３　点相
当にするかは、そのときの電力系統の状況によって選択
すればよい。

【００１２】また、図５は系統からの指令入力が二次流
れ領域を示すｍ−ｎの線上にあった場合の別の運転制御
方法を示している。この図に示された実施例は、運転落
差Ｈ４　においてあらかじめ設定された落差分だけ落差
が低い方に基準入力線を平行移動させるものである。こ
れより運転落差Ｈ４　では当初Ｐ４　の入力となるとこ
ろを、シフトした基準入力からＰ５の入力点となり二次
流れ領域を回避することができる。この低落差側への基
準入力の平行移動量は、別途実施する模型試験、あるい
は実物における現地試験結果により適確に設定すること
ができる。

【００１３】なお、基準入力の設定例としては、図６に
示すように、二次流れ発生領域を含むある定めた落差か
ら運用上の最高落差の範囲で直線的に基準入力を減少さ
せ、ある定めた落差以下の領域では、落差に対して入力
を最大入力よりも小さい一定入力とすることもできる。 この場合、運転落差が二次流れ領域と一致する場合は、
図４のように直線変化させる落差あるいは最高落差の入
力に合せてもよいし、図５のように直線変化部をある定
めた落差分低落差側にシフトさせてそれぞれ二次流れ領
域を回避すればよい。このように二次流れ領域を含む運
転範囲においても、二次流れ領域を確実に回避し、かつ
広い運転範囲で揚水運転が可能となる。また制御方法は
、落差に対して入力を一次的に設定するものであり極め
て簡便なものである。

【００１４】

【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、特に入力調整の要求がないような場合において
、全運転範囲をカバーし簡便かつ確実な制御方法を実現
できると共に、系統からの指令入力がたまた二次流れ領
域に該当して不安定な運転を余儀無くされる場合におい
ても、指令入力点をシフトさせることにより的確に二次
流れ領域を回避して、二次流れ領域を含む広い運転範囲
での揚水連続運転を可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用するフランシス形ポンプ水車およ
び発電電動機を示した略示図。

【図２】本発明の一実施例による落差（揚程）と入力と
の関係を示した線図。

【図３】本発明の他の実施例による落差（揚程）と入力
との関係を示した線図。

【図４】本発明の他の実施例による落差（揚程）と入力
との関係を示した線図。

【図５】本発明の他の実施例による落差（揚程）と入力
との関係を示した線図。

【図６】本発明の他の実施例による落差（揚程）と入力
との関係を示した線図。

【符号の説明】

１　　ランナ ２　　ガイドベーン ３　　ガイドベーン操作機構 ４　　ガイドベーン制御装置 ５　　主軸 ６　　発電電動機 ７　　可変速制御装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転速度が可変制御される電動機または発
   電電動機を備えたポンプまたはポンプ水車などの水力機
   械における揚水運転を行う場合、上池と下池の水位によ
   って決定される落差ごとに基準入力運転点を設定し、系
   統からの入力調整などの要求がない場合は、可変速運転
   範囲を規制する最大入力と最小入力の範囲内に直線的に
   変化するように設定された基準入力で運転することを特
   徴とする可変速水力機械の運転制御方法。
2. 【請求項２】基準入力は、二次流れ領域を含む範囲に設
   定された所定の落差よりも小さい範囲では最大入力より
   も小さい一定の第１の値に設定され、当該設定落差のと
   ころで、基準入力がステップ状に減少され、さらに当該
   落差よりも大きい落差の範囲の所では最小入力よりも大
   きい一定の第２の値に設定され、系統からの指令入力が
   二次流れ領域に該当したとき、入力点を前記第１の値ま
   たは第２の値に設定しなおすことを特徴とする請求項１
   に記載の可変速水力機械の運転制御方法。
3. 【請求項３】基準入力は、二次流れ領域を含む範囲に設
   定された所定の落差よりも小さい落差範囲では最大入力
   よりも小さい一定の第１の値に設定され、当該所定の落
   差よりも大きい落差の範囲の所では最小入力よりも大き
   い一定の第２の値に設定され、第１の設定値と第２の設
   定値との間は暫時直線的に減少する入力線で連結され、
   系統からの指令入力が二次流れ領域に該当したとき、入
   力点を前記第１の値または第２の値に設定し直すことを
   特徴とする可変速水力機械の運転制御方法。
4. 【請求項４】運転落差が前記二次流れ領域に一致する基
   準入力となる場合は、直線的に変化させた基準入力線を
   、その運転落差に対してあらかじめ定めた二次流れ領域
   を避ける位置まで落差の小さい方に平行移動させて、そ
   の運転落差における基準入力を変更させることを特徴と
   する可変速水力機械の運転制御方法。