JPH0742932B2 - 揚水水力機械の運転制御装置 - Google Patents

揚水水力機械の運転制御装置

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JPH0742932B2
JPH0742932B2 JP60265395A JP26539585A JPH0742932B2 JP H0742932 B2 JPH0742932 B2 JP H0742932B2 JP 60265395 A JP60265395 A JP 60265395A JP 26539585 A JP26539585 A JP 26539585A JP H0742932 B2 JPH0742932 B2 JP H0742932B2
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/20Hydro energy

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  • Control Of Non-Positive-Displacement Pumps (AREA)
  • Hydraulic Turbines (AREA)
  • Control Of Water Turbines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はポンプまたはポンプ水車などの揚水水力機械の
運転制御装置に係り、特に揚水水力機械の吸込側管路に
設けられた予旋回発生装置を調整して揚水水力機械の運
転を制御する運転制御装置に関する。
〔従来の技術〕
揚水発電プラントでは、従来より発電運転中は電力系統
の要求に応じてガイドベーンの開度を調節して流量を変
化させ発電電動機の出力を100%〜50%程度の範囲内で
変化させることが行われている。さらに最近は電力系統
の機動的な運用のために揚水運転中においてもポンプ、
またはポンプ水車の軸入力や揚水量を調節することが提
案されている。
第3図は揚水運転時に軸入力を調節する従来の運転制御
装置を示したもので、ポンプ水車1は揚水運転時には発
電電動機2によって駆動され下池3の水を上池4に揚水
する。この揚水運転時には吸込側となるポンプ水車1の
吸出管5には予旋回発生装置6が設置されている。この
予旋回発生装置6はポンプ水車1に流入する水流に予め
所定方向の旋回を付与する。軸入力検出器7は発電電動
機2の軸入力Pを検出し、演算器8は、予旋回発生装置
6の調整量、即ち操作量Xを軸入力検出器7からの実際
の軸入力Pと予め設定した要求軸入力P0との差から求
め、この操作量を表わす操作量信号Xを発生する。コン
トローラ9は、演算器8からの操作量信号Xに基づき実
際の軸入力Pが要求軸入力P0に一致するように予旋回発
生装置6を制御し、その予旋回の強さを調整する。
予旋回発生装置6としては、種々のタイプが提案されて
おり、例えば第4図に示された予旋回発生装置はポンプ
水車の吸出管5に複数個の可動フィン10を設けたもの
で、コントローラ9の出力に基づき、これらの可動フィ
ン10を矢印に示されたように回動することによって予旋
回の強さを制御する。また、第5図に示された予旋回発
生装置6はポンプ水車吸出管5にノズル11を複数個設置
し、高圧水管12を介して送られた高圧水をノズル11から
噴出して予旋回を付与する。コントローラ9は高圧水管
12に設けられた流量調整バルブ13の開度を調節して予旋
回の強さを制御する。このような予旋回の制御により軸
入力と揚水量が調整される。
予旋回により軸入力、揚水量の変化を第6図により説明
する。第6図は、横軸に揚水量Qを縦軸に全揚程Hと軸
入力Pをとったもので曲線a1とb1はそれぞれ予旋回を与
えない場合の揚水量Qと全揚程Hとの関係、および揚水
量Qと軸入力Pとの関係を示し、また曲線a2とb2はポン
プ羽根車の回転方向と同方向に予旋回を与えた場合のQ
とHの関係およびその時のQとPの関係をそれぞれ示
す。
これらの曲線a1,b1,a2,b2から分るように、例えば予旋
回がない時に全揚程Hlを得るように運転したとき揚水量
と軸入力はそれぞれQl1,Pl1,となるが、予旋回を与えた
時には上述と同一の全揚程Hlの運転状態で揚水量と軸入
力はそれぞれQl2,Pl2と変化する。このような揚水量Q
や軸入力Pの変化の程度は予旋回の強さに依存している
ので予旋回発生装置を調整して予旋回の強さを変えるこ
とにより、軸入力や揚水量を制御することができる。
[発明が解決しようとする課題] ところが従来の予旋回発生装置は落差が低いときは問題
がないが、落差が大きくなると重大な問題が生じること
がある。すなわち、高落差Hhになると、予旋回がないと
きは揚水量がQh1軸入力がPh1であるが、高落差Hhの状態
で予旋回を与え、ポンプ特性を曲線a2,b2にすると運転
点は全揚程がHhで揚水量がQh2となる。この揚水量Qh2
負であり、水が上池から下池へ逆流することになる。こ
れは揚水エネルギの大きな損失であるとともにポンプ自
体にも大きな振動を発生させる。
ポンプ特性曲線a2,b2は、予旋回を強くする程、曲線a1,
b1から剥離するので、さほど大きくない落差であって
も、予旋回を過大にすると上述と同様の問題が発生する
ことになる。
そこで本発明の目的は、高落差時における大きなエネル
ギ損失の発生を防止し、かつポンプやポンプ水車の過大
な振動発生を防止した水力機械の運転制御装置を提供す
ることにある。
〔課題を解決するための手段〕
この目的を達成するために、本発明はポンプやポンプ水
車などの揚水水力機械の運転状態を制御する運転制御装
置において、上記揚水水力機械の吸込側管路に設けられ
た予旋回発生装置と、この予旋回発生装置を調整して予
旋回の程度を制御する制御手段と、上記揚水水力機械の
実際の全揚程を検出する全揚程検出手段と、この全揚程
度検出手段の出力に応じて上記予旋回発生装置の調整量
を制限する制限手段とを具備することを特徴とするもの
である。
〔作 用〕
本発明によれば、制御手段は、操作量信号Xと限界操作
量信号XLimitとを比較し、操作量信号Xが限界操作量
信号XLimit以下であるときは、操作量信号Xに応じて
予旋回発生装置6を調整して軸入力Pを要求軸入力P0
一致させ、一方、操作量信号Xが限界操作量信号XLimi
tを越えるときには、制御手段は、限界操作量信号XLim
itに応じて予旋回発生装置を調整する。
〔発明の実施例〕
以下本発明による水力機械の運転制御装置の一実施例を
第3図乃至第6図と同部分には同一符号を付して示した
第1図と第2図を参照して説明する。
第1図において、ポンプ水車1は揚水運転時には発電電
動機2によって駆動され下池3の水を上池4に揚水す
る。このポンプ水車1の吸込側管路5には予旋回発生装
置6が設置されている。もちろんこの吸込側管路5は発
電運転時には吸出管として作用する。この予旋回発生装
置6はポンプ水車1に流入する水流に予め所定方向の旋
回を付与する。軸入力検出器7は発電電動機2の軸入力
Pを検出し、演算器8は、予旋回発生装置6の調整量,
即ち操作量Xを軸入力検出器7からの実際の軸入力Pと
予め設定した要求軸入力P0との差から求め、この操作量
を表わす操作量信号Xを発生する。全揚程検出器14は下
池3と上池4との水位差から、ポンプの必要な全揚程
H′を算出し、制限装置15に出力する。この制限装置15
は、全揚程検出器14が検出した全揚程H′に基づき予旋
回発生装置6の操作量の限界値XLimitを表わす限界操
作量信号を発生する。コントローラ9は、演算器8から
の操作量信号Xと制限装置15からの限界操作量信号XLi
mitとを比較し、操作量信号Xが限界操作量信号XLimit
以下であるとき操作量信号Xに応じて予旋回発生装置6
を調整し、また操作量信号Xが限界値信号XLimitを越
えたとき限界操作量信号XLimitに応じて予旋回発生装
置6を調整する。
制限装置15が発生する限界操作量信号XLimitは、次の
ように定められる。すなわち第6図において、まずポン
プ1の許容運転範囲をポンプの特性や使用条件に応じて
決定する。本実施例ではこの許容運転範囲を、例えば点
線lの右側に定めることにする。次いでこの点線lと曲
線a1,a2との交点を求める。曲線a1,a2はそれぞれ操作量
がX1,X2の時のポンプ特性を表わしているので、この交
点から操作量X1,X2に対するポンプの最大全揚程Hmax1,
Hmax2が求められる。第6図では操作量X1とX2に関する
特性曲線のみを示したが、実際にはもっと多数の操作量
X1,X2,X3,X4…に関する特性曲線a1,a2,a3,a4…を描い
て、多数の操作量Xに対する最大全揚程Hmaxを求め
る。こうして求めた操作量Xと最大全揚程Hmaxとの関
係を第2図のようにグラフ化する。この第2図のグラフ
から任意の揚水運転時のポンプ最大全揚程H′maxに対
する限界操作量X′Limitを求めることができる。した
がって、制限装置15は第2図の最大全揚程Hmaxと限界
操作量XLimitとの関係を例えばテーブルとして記憶し
ておき、全揚程検出器14からの入力された全揚程H′を
許容運転範囲の最大全揚程H′maxとしてこれに対する
限界操作量X′Limitを上記テーブルから求め出力す
る。
次にこの本発明による装置の作用を説明する。ポンプ水
車1が揚水運転をし、下池3から上池4へ揚水している
とき、軸入力検出器7はこのときの軸入力Pを検出し、
演算器8はこの軸入力Pと予め設定した要求軸入力P0
の差から操作量Xを算出する。一方、全揚程検出器14
は、上池4と下池3との水位差からポンプの全揚程H′
を検出する。制限装置15はこの全揚程H′からこの全揚
程を最大全揚程H′maxとしたときの限界操作量XLimit
を表わす限界操作量信号を発生する。コントローラ9は
演算器8からの操作量信号Xと限界操作量信号XLimit
とを比較し、操作量Xが限界操作量XLimit以下である
とき操作量信号Xに応じて予旋回発生装置6を調整して
軸入力Pを要求軸入力P0に一致させる。こうしてポンプ
水車1は予め設定した要求軸入力P0で揚水運転される。
他方、操作量Xが限界操作量XLimitを超えると、コン
トローラ9は、限界操作量XLimitに応じて予旋回発生
装置6を調整する。この限界操作量XLimitはポンプ水
車が過度な運転状態とならないように選定されているの
で、予旋回発生装置6の操作量を限界操作量に保持する
ことによりポンプ水車は過度な運転状態に陥ることが防
止される。
ポンプによっては締切点付近、すなわち揚水量が零の点
付近においても大きな振動が発生するので、以上の実施
例では、許容運転範囲として第6図の点線lに示したよ
うに揚水量零からかなり離れた正の値を選定した。しか
しながら、本発明はこれに限ることなく、許容される最
大全揚程としてポンプの締切揚程を選定してもよく、ま
た、ポンプ入口での逆流に起因する振動やキャビテーシ
ョンの増大を防止するために逆流開始揚程を選定するこ
ともできる。
また、上述の実施例では軸入力を予め設定した所定値に
調整するものであったが、予旋回発生回路の調整によっ
て軸入力と揚水量とが変化するので揚水量を予め設定し
た所定値に調整することもできる。
〔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、揚水
水力機械の実際の全揚程を検出する全揚程検出手段の出
力に応じて予旋回発生装置の調整量を制限する構成であ
るため、過度の予旋回を防止することができ、大きなエ
ネルギ損失や大きな振動の発生を阻止することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による揚水水力機械の運転制御装置の一
実施例を示した概略図、第2図は第1図の最大全揚程と
予旋回発生装置の限界操作量との関係を示した図、第3
図は従来の揚水水力機械の運転制御装置を示した概略
図、第4図と第5図はそれぞれ予旋回発生装置を示した
概略図、第6図は予旋回を与えた時と与えない時とのポ
ンプの特性を示した図である。 1……ポンプ水車、6……予旋回発生装置、8……演算
器、9……コントローラ、8,9……制御手段、14……全
揚程検出手段、15……制限装置。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ポンプやポンプ水車などの揚水水力機械の
    運転状態を制御する運転制御装置において、上記揚水水
    力機械の吸込側管路に設けられた予旋回発生装置と、こ
    の予旋回発生装置を調整して予旋回の程度を制御する制
    御手段と、上記揚水水力機械の実際の全揚程を検出する
    全揚程検出手段と、この全揚程検出手段の出力に応じて
    上記予旋回発生装置の調整量を制限する制限手段とを具
    備することを特徴とする揚水水力機械の運転制御装置。
  2. 【請求項2】上記制限手段は上記全揚程検出手段の出力
    に基づき限界操作量信号を発生し、上記制御手段は、予
    め設定した運転状態と実際の運転状態との差異に応じた
    操作量信号を発生する演算装置と、この操作量信号が上
    記限界操作量信号より小さいときこの操作量信号に基づ
    きまた上記操作量信号が上記限界操作量信号を越えたと
    きこの限界操作量信号に基づきそれぞれ上記予旋回発生
    装置を調整するコントローラとを含むことを特徴とする
    特許請求の範囲第1項に記載の揚水水力機械の運転制御
    装置。
  3. 【請求項3】上記制限手段は、上記予旋発生装置の操作
    量とこの操作量に対する揚水水力機械の締切揚程との関
    係を予め求め、上記全揚程検出手段の出力を上記締切揚
    程としたときの操作量を上記関係から求めこれを上記限
    界操作量信号として出力することを特徴とする特許請求
    の範囲第2項に記載の揚水水力機械の運転制御装置。
  4. 【請求項4】上記制限手段は、上記予旋回発生装置の操
    作量とこの操作量に対する揚水水力機械の逆流開始揚程
    との関係を予め求め、上記全揚程検出手段の出力を上記
    逆流開始揚程としたときの操作量を上記関係から求め、
    これを上記限界操作量信号として出力することを特徴と
    する特許請求の範囲第2項に記載の揚水水力機械の運転
    制御装置。
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