JPH07255199A - 水力発電制御装置 - Google Patents

水力発電制御装置

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JPH07255199A
JPH07255199A JP6043461A JP4346194A JPH07255199A JP H07255199 A JPH07255199 A JP H07255199A JP 6043461 A JP6043461 A JP 6043461A JP 4346194 A JP4346194 A JP 4346194A JP H07255199 A JPH07255199 A JP H07255199A
Authority
JP
Japan
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control system
control
loader
constant
data
Prior art date
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Pending
Application number
JP6043461A
Other languages
English (en)
Inventor
Osamu Murakami
修 村上
Toshinori Hoshino
利則 星野
Takashi Ishizuka
隆司 石塚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
Application filed by Meidensha Corp, Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd filed Critical Meidensha Corp
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Publication of JPH07255199A publication Critical patent/JPH07255199A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • 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

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  • Control Of Water Turbines (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 制御系の制御パラメータを最適に調整するの
を容易にする。 【構成】 発電機の出力電圧を制御する電圧制御系と、
水車の回転数を制御する調速制御系とを備えた水車発電
制御装置にローダを結合し、ローダには、定数自動調整
対象となる制御系のインディシャル応答波形データの特
徴量の適正値を設定し(S2)、制御系に外乱を与えた
チューニングを開始し(S3)、このときの制御系の応
答波形の特徴量を検出し、この特徴量によるパターン決
定(S5)と設定特徴量になるパターンとがほぼ一致す
るか否かで適正パターンか否かを判定し(S6)、適正
でないときは制御系の制御系のパラメータを変更(S
8)する処理を繰り返すことで制御系の定数を適正な値
に自動調整する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、水力発電制御装置に係
り、特に発電機電圧・水車調速制御系の定数自動調整装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】図6は、水車発電機の電圧制御系と調速
制御系を例示する。発電機1を水車2で駆動するにおい
て、電圧制御系AVRは界磁電流制御で発電機1の出力
電圧を調節し、調速制御系GOVは水車2のガイドベー
ン開度制御で発電機1の出力周波数を調節する。
【0003】電圧制御系AVRは、電圧調整器3による
設定電圧と電圧検出器4の検出電圧との偏差を電圧制御
アンプ5で比例積分演算し、この演算結果を電圧制御系
のマイナループの界磁電流指令として界磁電流制御アン
プ6により検出界磁電流との偏差を比例積分演算し、こ
の演算結果を電力変換器7の出力電流指令とし、該電力
変換器7から界磁巻線1Aに制御された界磁電流を供給
する。
【0004】電圧検出器4は、発電機1の出力電圧検出
に、検出電圧の遅れ/進み時間を調整して電圧制御ルー
プの乱調防止を図る。
【0005】調速制御系GOVは、速度調整器8による
設定速度と発電機1の回転数及び速度調停率による増減
速度との偏差を偏差アンプ9で求め、さらに速度変化率
になる微分項を加えて速度制御アンプ10による比例積
分演算し、この演算結果を調速制御系のマイナループの
ガイドベーン開度指令としてガイドベーン開度制御アン
プ11によりガイドベーン開度との偏差を比例演算し、
この演算結果をサーボ系12のサーボ出力指令とし、該
サーボ系12で水車2のガイドベーン開度を制御する。
【0006】調停率設定器13は、ガイドベーン開度に
応じた調停率を得る。微分器14は、回転数を微分して
速度変化率を微分項成分として得る。ガイドベーン開度
制御アンプ11は、破線で示すように、ガイドベーン開
度変化率を求める微分器15の出力を微分項として加え
るためのアンプ16を設ける場合もある。発電機1の回
転数は、パルスピックアップ17により検出される。
【0007】また、水力発電装置は、各部の演算・制御
をディジタル処理で行うシステム化がなされ、上記の電
圧制御系AVR及び調速制御系GOVにおいてもそのア
ナログ式の制御アンプ等に代えて、コンピュータによる
ディジタル演算とする場合もある。
【0008】以上のような、水車発電機の制御系におい
て、電圧制御系AVRでは発電機1の飽和特性や頂上電
圧で理論上の検討が難しく、調速制御系GOVでは閉鎖
時間や開口時間、水理系の表現等により理論上の検討が
難しく、両制御系に最適なパラメータを理論上で求める
のは困難になる。
【0009】そこで、制御系に最適な制御を得るために
は、試験員の定性的及び経験的な知識とノウハウによっ
て各種の試験を行って各部の調整を行う。
【0010】この試験・調整には、試運転で各部の波形
(例えば、発電機電圧、界磁電流、ガイドベーン開度、
回転数)をレコーダ等で測定し、この測定結果から試験
者が各部の制御パラメータ(ゲインや時定数、進み/遅
れ時間)を調整するという試験と調整を繰り返す。
【0011】例えば、図6のアンプ5、6、9、10、
11、16のゲイン及び時定数を調整し、電圧検出器4
の進み/遅れ時間を調整する。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】従来では、制御系の最
適化には試験と調整という試行錯誤になり、長期間の試
験・調整が必要となっている。
【0013】また、調整には熟練者を必要とするし、熟
練者でも調整結果に個人差が表れる。
【0014】本発明の目的は、制御系の制御パラメータ
を最適に調整するのを容易にする水力発電制御装置を提
供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題の解
決を図るため、発電機の出力電圧を制御する電圧制御系
と、水車の回転数を制御する調速制御系とを備えた水車
発電制御装置において、前記制御系のパラメータを設定
・変更すると共にステップ状の外乱を与えるデータを発
生し、かつ該制御系の応答波形を測定データとして取り
込むローダを備え、前記ローダは、各制御系のインディ
シャル応答波形データの特徴量の適正値が設定され、前
記制御系の定数自動調整対象となる制御系に対して前記
外乱を与えたときの前記測定データ及び前記特徴量を検
出し、この特徴量と前記特徴量の適正値がほぼ一致する
まで該制御系のパラメータを変更する処理を繰り返し、
両特徴量がほぼ一致するときに該制御系の応答波形と特
徴量を表示する手段を備えたことを特徴とする。
【0016】
【作用】ローダが持つデータ入出力機能及び表示機能を
利用し、定数自動調整対象となる制御系に外乱データを
与え、このときの制御系のインディシャル応答波形のオ
ーバシュート量等の特徴量が予め設定する適正な特徴量
になるよう該制御系のゲイン等のパラメータを自動変更
し、制御系の定数を適正な値に自動調整する。
【0017】
【実施例】図1は、本発明の一実施例を示す定数自動調
整のための装置構成図である。同図は、発電機1及び水
車2の制御系をディジタル処理装置21で構成する場合
を示す。
【0018】電圧制御装置(AVR)211は、図6の
アンプ5、6等の制御演算をコンピュータが持つプログ
ラムで実行する。同様に、調速制御装置(GOV)21
2は、アンプ9、10、11等の制御演算をプログラム
で実行する。
【0019】これら演算に必要な設定値や検出値等の取
り込み及び制御状態監視・保護装置との情報入出力に
は、入出力インターフェース213を介して入出力制御
される。また、装置211、212の演算結果になる制御
信号は、アナログ信号に戻して、又はディジタル値のま
ま電力変換器7等に伝送する。
【0020】さらには、各装置211、212、21
3は、個別のコンピュータを持ち、個々に制御盤として
分離構成され、互いにデータ伝送する場合もある。
【0021】ここで、本実施例では、定数自動調整装置
としてローダ22を利用する。ローダ22は、ディジタ
ル処理装置21に必要なプログラムやデータのロードを
行うと共に、定数自動調整のために電圧制御装置211
及び調速制御装置212との間で設定データと制御信号
の授受を行う。これらデータ・信号の授受は、装置21
1、212と直接に又は入出力インターフェース213
介して行う。
【0022】ローダ22は、コンピュータ構成にされ、
モニタ221を有してデータ表示や波形図表示の機能を
持ち、外部データやプログラムの入出力のための外部記
憶媒体の読み書き機能を持ち、操作入力装置としてのキ
ーボード222を持ち、さらにはディジタル処理装置2
1やプリンタ23とのデータ転送のための各種インター
フェースを持つ。また、種々のインディシャル応答波形
のサンプリングデータを保存している。
【0023】図2は、ローダ22にプログラムとして設
けられる定数自動調整処理フローを示す。この処理を以
下に詳細に説明する。
【0024】(S1)モニタ221の画面にメニューを
表示し、この内から定数自動調整対象となる項目を選択
する。メニュー画面は、電圧制御系(AVR)及び調速
制御系(GOV)別、及び両制御系の内のマイナループ
とメジャーループ別に表示する。そして、表示画面から
キーボード222等によるカーソル移動で項目を選択す
る。
【0025】例えば、電圧制御系のマイナループを選択
すると、図6の界磁電流制御アンプ6の定数(ゲイン、
時定数)の自動調整が処理対象となる。
【0026】(S2)選択した定数自動調整項目の波形
特徴量の適正値を入力する。この波形特徴量は、オーバ
ーシュート量(OV)と、振幅減衰比(DM)と、応答
時間(RT)及びオーバーシュート回数(OT)とす
る。
【0027】これら波形特徴量は、保存するインディシ
ャル応答波形PV(図3に示す)との関係では、以下の
ようになる。
【0028】
【数1】OV=A2/A11(面積)=τΣ(SV−Xn) A2(面積)=τΣ(Xn−SV) τ:サンプリング周期 SV:目標値 Xn:時刻nでのPV値 DM=(A2+A3)/(A1+A2) A3(面積)=τΣ(SV−Xn) A4(面積)=τΣ(Xn−SV) RT:PV=SVになるまでの時間 OT:PVとSVの偏差eiがオーバーシュート許容範
囲ΔPVより大きくなる回数 (S3)定数自動調整対象となる制御系のパラメータ
(ゲイン、時定数等)を適当に設定し、この制御系にス
テップ状に変化する入力波形を外乱として印加する(チ
ューニング開始)。この入力波形はローダ22から発
生、又は制御系自身が発生するようローダ22から指令
する。
【0029】(S4)上記の入力波形に対する制御系の
実応答になるインディシャル応答波形のデータをローダ
22側に読み込み、当該波形の特徴量(OV,DM,R
T,OT)を求める。
【0030】(S5)制御系の実応答波形の特徴量から
実応答波形のパターンを決定する。このパターン決定
は、ローダ22に種々の特徴量を持つ波形のパターンデ
ータ(サンプリングデータ)及びその特徴量を予め記憶
しておき、この特徴量と実応答波形の特徴量とが最も近
いパターンを選択する。
【0031】ローダ22に保存するパターンは、例えば
図4に示すインディシャル応答波形になる。同図は10
種の波形を示すが、この他にも多くのパターンのデータ
を用意する。
【0032】(S6)上記の処理で決定されたパターン
の特徴量と前記の処理(S2)で設定した適正な特徴量
とを比較し、その両特徴量の差分が許容範囲に入るか否
かで適正パターンか否かを決定する。許容範囲は、ロー
ダ22の画面上で定数自動調整処理条件として適当に設
定される。
【0033】(S7)上記の処理S6で適正パターンで
なければ、適正パターンの判定処理回数が6回目になっ
たか否かをチェックする。この回数は、ローダ22の画
面上で定数自動調整処理条件として適当に変更可能にさ
れる。
【0034】(S8)上記の処理S7で6回目以内であ
れば、定数自動調整対象となる制御系のパラメータを変
更する。このパラメータ変更は、処理S5で決定された
パターン別に定める比率で行う。変更による新規のパラ
メータは、ローダ22から当該制御系にデータとして送
り、当該制御系のゲインや時定数が変更される。
【0035】この変更後に処理S3に戻り、処理S3〜
S6による新規のパラメータによる制御系の実応答波形
の測定と、特徴量の検出と、パターン決定と、適正パタ
ーンのチェックとを行う。
【0036】したがって、処理S3〜S8のループを繰
り返し処理することにより、制御系のパラメータは、処
理S2で設定した適正な特徴量にほぼ一致した特徴量に
なる実応答波形を持つパラメータに自動調整できる。
【0037】(S9)処理S6で適正パラメータとして
判定されたとき、当該制御系の定数自動調整の成功とし
て、そのメッセージをローダ22に表示する。
【0038】(S10)処理S9での成功のメッセージ
表示に加えて、ローダ22のモニタ221には、実応答
波形と特徴量等の数値データを表示する。
【0039】(S11)処理S7で6回目に達したと
き、ローダ22には定数自動調整の不成功としてその表
示を行い、処理S10に入ってその結果を表示する。
【0040】以上までの処理は、処理S1で選択した項
目についてなされ、当該項目の制御系の定数自動調整が
終了したときにはメニュー画面に戻って他の項目の選択
及びその定数自動調整処理を行う。
【0041】図5は、モニタ221の表示画面例を示
し、実応答波形と特徴量及び適正パターンになった実応
答波形と保存パターンとの偏差の分散δPも併せて表示
している。同図は、調速制御系(GOV)のメジャール
ープの起動制御波形を示す。
【0042】なお、モニタ221の表示と共に、必要に
応じてプリンタ23にも必要なデータ印字(ハードコピ
ー)がなされる。また、定数自動調整が不成功になると
きも同様の表示及び印字がなされる。
【0043】実施例では、電圧制御系及び調速制御系を
ディジタル処理装置で構成する場合を示すが、本発明
は、制御系をアナログ処理装置とする場合にも適用でき
る。この場合、入力はD/A変換器によりアナログ信号
に変換し、実応答波形の測定はサンプリング処理によっ
て実現される。
【0044】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、ローダ
が持つデータ入出力機能及び表示機能を利用し、定数自
動調整対象となる制御系に外乱データを与え、このとき
の制御系のインディシャル応答波形のオーバシュート量
等の特徴量が予め設定する適正な特徴量になるよう該制
御系のゲイン等のパラメータを自動変更し、制御系の定
数を適正な値に自動調整するようにしたため、以下の効
果がある。
【0045】(1)制御系にデータを入力するローダを
利用するため、従来のレコーダ等の特別の測定装置が不
要になる。
【0046】(2)制御系の定数は、適正な値に自動調
整されるため、従来の試験と調整の繰り返しに比べて調
整時間を大幅に短縮できる。
【0047】(3)定数調整に熟練者を必要とすること
なく、しかも調整結果に個人差が発生することがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す装置構成図。
【図2】実施例の定数自動調整処理フロー。
【図3】インディシャル応答波形と特徴量の関係図。
【図4】応答波形パターン例。
【図5】ローダのモニタの表示例。
【図6】水車発電機の制御系。
【符号の説明】
1…発電機 2…水車 3…電圧調整装置 5…電圧制御アンプ 6…界磁電流制御アンプ 8…速度調整器 9、10…速度制御アンプ 11…ガイドベーン開度制御アンプ 21…ディジタル処理装置 211…電圧制御装置 212…調速制御装置 213…入出力インターフェース 22…ローダ 221…モニタ 222…キーボード 23…プリンタ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発電機の出力電圧を制御する電圧制御系
    と、水車の回転数を制御する調速制御系とを備えた水車
    発電制御装置において、 前記制御系のパラメータを設定・変更すると共にステッ
    プ状の外乱を与えるデータを発生し、かつ該制御系の応
    答波形を測定データとして取り込むローダを備え、 前記ローダは、各制御系のインディシャル応答波形デー
    タの特徴量の適正値が設定され、前記制御系の定数自動
    調整対象となる制御系に対して前記外乱を与えたときの
    前記測定データ及び前記特徴量を検出し、この特徴量と
    前記特徴量の適正値がほぼ一致するまで該制御系のパラ
    メータを変更する処理を繰り返し、両特徴量がほぼ一致
    するときに該制御系の応答波形と特徴量を表示する手段
    を備えたことを特徴とする水力発電制御装置。
JP6043461A 1994-03-15 1994-03-15 水力発電制御装置 Pending JPH07255199A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114810468A (zh) * 2020-12-07 2022-07-29 中国长江电力股份有限公司 导叶开度模拟量闭环和分段开环控制相结合的控制系统

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114810468A (zh) * 2020-12-07 2022-07-29 中国长江电力股份有限公司 导叶开度模拟量闭环和分段开环控制相结合的控制系统
CN114810468B (zh) * 2020-12-07 2023-06-13 中国长江电力股份有限公司 导叶开度模拟量闭环和分段开环控制相结合的控制系统

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