JPH089983B2 - Variable speed hydraulic machine controller - Google Patents

Variable speed hydraulic machine controller

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JPH089983B2
JPH089983B2 JP62285985A JP28598587A JPH089983B2 JP H089983 B2 JPH089983 B2 JP H089983B2 JP 62285985 A JP62285985 A JP 62285985A JP 28598587 A JP28598587 A JP 28598587A JP H089983 B2 JPH089983 B2 JP H089983B2
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rotation speed
signal
control device
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敏史 黒川
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明はガイドベーンを有するポンプまたはポンプ水
車等の水力機械の制御装置に係わり、特に出力変動に対
して追従性を良好にした可変速水力機械の制御装置に関
する。
The present invention relates to a control device for a hydraulic machine such as a pump having a guide vane or a pump turbine, and particularly has a good followability with respect to an output fluctuation. The present invention relates to a controller for a variable speed hydraulic machine.

(従来の技術) 水力発電所に設置された水車またはポンプ水車などの
水力機械において、水車運転時の軸出力は落差一定のも
とでは、ガイドベーンの開度によって定まるので、水車
またはポンプ水車と発電機または発電電動機を備えた水
力発電設備において出力を変化させる場合には、発電機
または発電電動機の出力目標値に応じたガイドベーン開
度となるようにガイドベーンを開閉制御するのが通例で
ある。
(Prior Art) In a hydraulic machine such as a turbine or a pump turbine installed in a hydroelectric power plant, the shaft output during turbine operation is determined by the opening of the guide vane under a constant head, so When changing the output in a hydropower plant equipped with a generator or generator motor, it is customary to control the opening and closing of the guide vanes so that the guide vane opening degree corresponds to the output target value of the generator or generator motor. is there.

第5図は本発明が適用される水力発電設備の概略構成
を示すもので、上池10から水圧鉄管11で導かれた水のエ
ネルギーは水車またはポンプ水車12により機械エネルギ
ーに変換されて発電機または発電電動機13を駆動し、発
生したエネルギーは電力として電力系統(図示せず)へ
供給される。水車またはポンプ水車12によりエネルギー
を吸収された後の水は廃棄水として下池14へ排水され
る。
FIG. 5 shows a schematic configuration of a hydroelectric power generation facility to which the present invention is applied, in which the energy of water guided from the upper pond 10 by a penstock 11 is converted into mechanical energy by a water turbine or a pump water turbine 12 to generate a generator. Alternatively, the generator motor 13 is driven, and the generated energy is supplied as electric power to an electric power system (not shown). The water after the energy is absorbed by the turbine or pump turbine 12 is discharged to the lower pond 14 as waste water.

水車またはポンプ水車12にはガイドベーン(図示せ
ず)が設けられており、その開度を変えることにより水
圧鉄管11を経て水車またはポンプ水車12に供給される水
の流量Qは調節される。
The turbine or pump turbine 12 is provided with a guide vane (not shown), and the flow rate Q of water supplied to the turbine or pump turbine 12 via the penstock 11 is adjusted by changing the opening thereof.

第6図は従来から使用されている出力制御方法の一例
を示すもので、出力目標値P*と発電機出力PGは出力制
御装置15に入力され、ガイドベーン開度目標値a*を出
力する。ガイドベーン制御装置16はガイドベーン開度目
標a*に合せてガイドベーン開度aを設定する。このガ
イドベーン開度aによってガイドベーン17は開度を制御
され、水車またはポンプ水車12に流入する流量を調節
し、その軸出力Ptを調節している。
FIG. 6 shows an example of a conventional output control method. The output target value P * and the generator output PG are input to the output control device 15, and the guide vane opening target value a * is output. . The guide vane control device 16 sets the guide vane opening a according to the guide vane opening target a *. The opening of the guide vane 17 is controlled by the opening a of the guide vane, and the flow rate flowing into the water turbine or the pump water turbine 12 is adjusted to adjust the shaft output Pt thereof.

一方、発電機または発電電動機13には、回転速度を制
御するサイクロコンバータ等の可変速度制御装置18が接
続されており、回転速度は回転速度設定器19により出力
目標値P*に応じた回転速度目標値N*に制御される。
On the other hand, a variable speed control device 18 such as a cycloconverter for controlling the rotation speed is connected to the generator or the generator motor 13, and the rotation speed is set by the rotation speed setting device 19 according to the output target value P *. The target value N * is controlled.

発電機出力PGは水車またはポンプ水車12の軸出力Ptと
回転速度Nの変化による回転部の慣性エネルギの放出、
吸収分の和によって定まる値になっている。
The generator output PG is the release of inertial energy of the rotating part due to changes in the shaft output Pt and the rotation speed N of the turbine or pump turbine 12,
It is a value determined by the sum of absorption.

このようにして出力を変化をさせた場合の出力制御例
を第7図に示す。この図は横軸に時間Tをとり、縦軸に
発電機出力PG、ガイドベーン開度a、水車の有効落差H
e、水車流量Q、回転速度N、回転速度目標値N*の変
化の様子を示したものであり、発電機出力PGの図におけ
る実線は実際の発電機出力PGを示し、破線は出力目標値
P*を示している。第7図からも分るように、発電機出
力が変化し始めた点Aの直後で、実際の出力PGは出力目
標値P*から大きく離れ、しかも出力を下げるのが目標
であるにもかかわらず、一旦上昇してから下降する現象
が見られる。この現象は水車またはポンプ水車に接続さ
れている水圧鉄管11内の水撃が原因で発生するものであ
る。
FIG. 7 shows an example of output control when the output is changed in this way. In this figure, the horizontal axis represents time T, and the vertical axis represents generator output PG, guide vane opening a, and effective head H of the turbine.
e, changes in the turbine flow rate Q, rotation speed N, and rotation speed target value N * are shown. The solid line in the figure of the generator output PG shows the actual generator output PG, and the broken line shows the output target value. P * is shown. As can be seen from FIG. 7, immediately after the point A at which the generator output started to change, the actual output PG greatly deviates from the output target value P *, and the target is to reduce the output. However, there is a phenomenon that it rises and then falls. This phenomenon is caused by a water hammer in the penstock 11 connected to the turbine or pump turbine.

すなわち、前述した構成の水力発電設備において、ガ
イドベーンの開度を変えることによって、水の流量を変
化させた場合には、水圧鉄管11の水撃作用により、その
末端部に設置された水車またはポンプ水車12の入口部の
水圧が変動する。この時の水車またはポンプ水車12の入
口圧をHとすると、この入口圧Hは水撃の基本式から次
のように表すことができる。
That is, in the hydroelectric power generation device having the above-described configuration, when the flow rate of water is changed by changing the opening of the guide vane, the water hammer action of the penstock 11 causes the water turbine installed at its end or The water pressure at the inlet of the pump turbine 12 fluctuates. Assuming that the inlet pressure of the water turbine or pump turbine 12 at this time is H, this inlet pressure H can be expressed as follows from the basic equation of water hammer.

H=C・dQ/dt+Ho …(1) ここで、流量Qは水圧鉄管11を流れる水の流量、Hoは
流量Qが変化する前の水車またはポンプ水車12の入口水
圧を示し、Cは水圧鉄管11の長さ、断面積、水の密度な
どで決まる負の定数である。
H = C · dQ / dt + Ho (1) where the flow rate Q is the flow rate of water flowing through the penstock 11, Ho is the inlet water pressure of the turbine or pump turbine 12 before the flow rate Q changes, and C is the penstock. 11 is a negative constant determined by the length, cross-sectional area, water density, etc.

すなわち、水の流量Qの変化率dQ/dtに応じて水圧H
が定まり、流量Qが減少する場合には水圧Hは変化前の
水圧Hoより高くなる。
That is, the water pressure H depends on the rate of change dQ / dt of the flow rate Q of water.
When the flow rate Q decreases, the water pressure H becomes higher than the water pressure Ho before the change.

従って、第7図の特性を考慮し、発電機出力PGを減少
させようとしてガイドベーン開度aを閉じはじめると、
流量Qが減少し、その結果、前述の水圧鉄管内に水撃現
象が発生して水車の入口圧が上昇するため、水車の有効
落差Heも上昇する。
Therefore, considering the characteristics of FIG. 7, when the guide vane opening a is started to be closed in an attempt to reduce the generator output PG,
The flow rate Q decreases, and as a result, a water hammer phenomenon occurs in the penstock mentioned above, and the inlet pressure of the turbine increases, so that the effective head He of the turbine also increases.

水車の軸出力Ptは水の流量Qと水車の有効落差Heの積
にほぼ比例するため、上記の水撃作用による水車有効落
差Heの上昇分が大きい場合には、水車の軸出力が一旦上
昇する。すなわち、水の流量Qの時間変化率の絶対値|d
Q/dt/|が大きいと、前記の不具合が生ずることになる。
Since the shaft output Pt of the water turbine is almost proportional to the product of the flow rate Q of water and the effective head He of the water turbine, if the increase in the effective head He of the water turbine due to the water hammer action is large, the shaft output of the turbine temporarily increases. To do. That is, the absolute value of the temporal change rate of the water flow rate Q | d
If Q / dt / | is large, the above problems will occur.

上述のように、水の流量Qはガイドベーン開度aによ
って調節される。すなわち、流量の変化率dQ/dtはガイ
ドベーンの開度変化率da/dtに応じて変化する。従っ
て、ガイドベーン開度aの開度変化率da/dtが大きいと
きにはdQ/dtが大きくなり、水撃現象による入口水圧上
昇が大きくなる。その結果、水車の軸出力Ptが出力目標
値P*に対して一時的に逆方向に変化する現象が表れる
ことになる。
As described above, the flow rate Q of water is adjusted by the guide vane opening degree a. That is, the flow rate change rate dQ / dt changes according to the guide vane opening change rate da / dt. Therefore, when the opening change rate da / dt of the guide vane opening a is large, dQ / dt becomes large, and the rise in inlet water pressure due to the water hammer phenomenon becomes large. As a result, a phenomenon occurs in which the shaft output Pt of the water turbine temporarily changes in the opposite direction to the output target value P *.

一方、回転速度設定器19(第6図)では出力目標値P
*に基づいて水車最高効率運転を実現するために、回転
速度目標値N*を出力している。この最適回転速度N*
と出力目標値P*との間には第8図のように関係があ
る。すなわち、出力目標値P*が大きい所では回転速度
目標値N*も大きく、P*が小さい所ではN*も小さく
なる。
On the other hand, in the rotation speed setting device 19 (Fig. 6), the output target value P
In order to realize the most efficient operation of the water turbine based on *, the rotational speed target value N * is output. This optimum rotation speed N *
There is a relation between the output target value P * and the output target value P * as shown in FIG. That is, the rotational speed target value N * is large where the output target value P * is large, and N * is small where the output target value P * is small.

第7図に示したように、出力目標値P*に下げ方向命
令を出した場合には、回転速度目標値N*も下げ方向命
令となる。回転速度Nは、回転速度目標値N*を入力さ
れた回転速度制御装置18によって回転速度目標値N*に
近づくように制御されている。この結果、第7図に示し
たように回転速度Nは減速されていく。
As shown in FIG. 7, when the down direction command is issued to the output target value P *, the rotation speed target value N * also becomes the down direction command. The rotation speed N is controlled by the rotation speed control device 18 to which the rotation speed target value N * is input so as to approach the rotation speed target value N *. As a result, the rotation speed N is decelerated as shown in FIG.

上述のように、出力目標値P*が減少していくと、水
圧鉄管の水撃により、水車軸出力Ptが一旦上昇し、しか
も回転速度Nは減少方向に制御されるので、回転部の慣
性エネルギーが放出されることになる。従って、出力目
標値P*が減少方向であるにもかかわらず、発電機出給
PGが一旦逆に上昇するという減少が現れることになる。
As described above, as the output target value P * decreases, the water hammer output of the hydraulic iron pipe causes the output Pt of the water turbine to temporarily increase, and the rotational speed N is controlled in the decreasing direction. Energy will be released. Therefore, although the output target value P * is decreasing, the generator output
The decrease that PG once rises in reverse appears.

このような不具合を解決する糸口として、例えば特公
昭52−40392号公報に見られるように、ガイドベーンの
開閉時に生起する水車制御系の不安定に対し、補償回路
を設けたものがある。
As a clue for solving such a problem, for example, as shown in Japanese Patent Publication No. 52-40392, there is one provided with a compensation circuit for the instability of the hydraulic turbine control system which occurs when the guide vanes are opened and closed.

この技術は、補償回路を設けることにより、調速機の
時定数を小さな値にして制御特性を向上させたものでは
あるが、水車回転速度を一定の下で制御するがゆえに、
出力変動時の出力目標値に対し実出力は過渡的に乖離
し、以前として上述問題点は解決されていない。
This technique improves control characteristics by providing a compensation circuit with a small time constant of the governor, but because the turbine rotational speed is controlled under a constant value,
The actual output deviates transiently from the output target value when the output fluctuates, and the above-mentioned problems have not been solved before.

(発明が解決しようとする問題) このように従来の技術では、電力系統からの要求に対
し、発電機または発電電動機の出力が一旦逆応答する
か、あるいは実出力が乖離するかして制御特性が向上し
ておらず、このため系統電力の運用上、問題になってい
た。
(Problems to be Solved by the Invention) As described above, according to the conventional technique, the control characteristic is determined by whether the output of the generator or the generator motor responds inversely once or the actual output deviates in response to the request from the power system. Has not improved, which has been a problem in the operation of grid power.

(発明の目的) 本発明は、従来技術における上述のごとき欠点を解決
すべくなされたもので、系統からの出力要求に対して追
従性を良好にして安定した出力を出せるようにした可変
速水力機械の制御装置を提供することを目的とする。
(Object of the Invention) The present invention has been made to solve the above-mentioned drawbacks in the prior art, and has a variable speed hydraulic power system capable of providing a stable output by providing good followability with respect to an output request from the system. An object is to provide a control device for a machine.

〔発明の構成〕[Structure of Invention]

(問題点を解決するための手段) 本発明にかかる可変速水力機械は、水量を調節するガ
イドベーンを備える水車またはポンプ水車等の水力機械
と、この水力機械に直結された可変速発電機または可変
速発電電動機(以下、可変速発電電動機等という。)と
を備えたものであって、可変速発電電動機等の実出力と
出力目標信号とを突合わせ、その偏差に基づいてガイド
ベーンの開度目標信号を作り出す出力制御装置と、この
出力制御装置からのガイドベーンの開度目標信号に基づ
いてガイドベーンに開度修正信号を与えるガイドベーン
制御装置とを備える一方、ガイドベーンから検出した開
度信号を微分し、その微分信号に負の利得を乗じて可変
速発電電動機等の速度補正信号を作り出す回転速度補正
制御回路と、この回転速度補正制御回路からの速度補正
信号に、出力目標信号に基づいて作り出された回転速度
目標信号を加算し、その加算信号を演算して可変速発電
電動機等に与え、その回転数を修正する回転速度制御装
置とを備えるとともに、回転速度制御装置からガイドベ
ーンに開閉指令があったときに生起する水圧鉄管の水撃
に対する軸出力の増減を、水力機械の回転体の慣性に吸
収放出せしめたものである。
(Means for Solving Problems) A variable speed hydraulic machine according to the present invention includes a hydraulic machine such as a water turbine or a pump turbine provided with a guide vane for adjusting the amount of water, and a variable speed generator directly connected to the hydraulic machine or A variable speed generator motor (hereinafter referred to as a variable speed generator motor, etc.) is provided, and the actual output of the variable speed generator motor, etc. is compared with the output target signal, and the guide vanes are opened based on the deviation. Of the guide vane based on the opening target signal of the guide vane from the output control device and a guide vane control device that gives an opening correction signal to the guide vane. The rotation speed correction control circuit that differentiates the speed signal and multiplies the differential signal by a negative gain to generate a speed correction signal for the variable speed generator motor, and this rotation speed correction control circuit. And a rotation speed control device that adds the rotation speed target signal generated based on the output target signal to the speed correction signal, calculates the added signal and gives it to the variable speed generator-motor, etc., and corrects the rotation speed. In addition to the above, the increase / decrease of the shaft output with respect to the water hammer of the penstock caused by the opening / closing command of the guide vane from the rotation speed control device is absorbed and released by the inertia of the rotating body of the hydraulic machine.

また、上述した課題を解決するために、本発明にかか
る可変速水力機械の制御装置は、水量を調節するガイド
ベーンを備える水車またはポンプ水車等の水力機械と、
この水力機械に直結された可変速発電機または可変速発
電電動機(以下、可変速発電電動機等という。)とを備
えたものであって、可変速発電電動機等の実出力と出力
目標信号とを突合わせ、その偏差に基づいてガイドベー
ンの開度目標信号を作り出す出力制御装置と、この出力
制御装置からのガイドベーンの開度目標信号に基づいて
ガイドベーンに開度修正信号を与えるガイドベーン制御
装置とを備える一方、上記出力制御装置から分岐出力さ
れたガイドベーンの開度目標信号を微分し、その微分信
号に負の利得を乗じて可変速発電電動機等の速度補正信
号を作り出す回転速度補正制御回路と、この回転速度補
正制御回路からの速度補正信号に、出力目標信号に基づ
いて作り出された回転速度目標信号を加算し、その加算
信号を演算して可変速発電電動機等に与え、その回転数
を修正する回転速度制御装置とを備えるとともに、回転
速度制御装置からガイドベーンに開閉指令があったとき
に生起する水圧鉄管の水撃に対する軸出力の増減を、水
力機械の回転体の慣性に吸収放出せしめるものである。
Further, in order to solve the above-mentioned problems, a control device for a variable speed hydraulic machine according to the present invention is a hydraulic machine such as a hydraulic turbine or a pump hydraulic turbine including a guide vane for adjusting the amount of water,
A variable speed generator or a variable speed generator motor (hereinafter referred to as a variable speed generator motor, etc.) directly connected to this hydraulic machine is provided, and the actual output and output target signal of the variable speed generator motor, etc. An output control device that produces an opening target signal for the guide vanes based on the deviation and a guide vane control that gives an opening correction signal to the guide vanes based on the opening target signal for the guide vanes from this output control device. A rotation speed correction for differentiating the opening target signal of the guide vane branched and output from the output control device and multiplying the differential signal by a negative gain to generate a speed correction signal for a variable speed generator-motor, etc. The rotation speed target signal generated based on the output target signal is added to the control circuit and the speed correction signal from this rotation speed correction control circuit, and the added signal is calculated. It is provided with a rotation speed control device that gives the speed generator motor etc. and corrects its rotation speed, and also increases or decreases the shaft output for a water hammer of a hydraulic iron pipe that occurs when there is an opening and closing command from the rotation speed control device to the guide vane. , The inertia of the rotating body of a hydraulic machine causes absorption and release.

(作用) 上述のように構成した発明にかかる可変速水力機械の
制御装置では、出力目標と実出力との偏差分に応じてガ
イドベーンの開度を修正する一方、ガイドベーン開度信
号を微分し、さらにその微分信号に負の利得を乗じて速
度補正信号を作り、作り出された速度補正信号を、出力
目標に見合う回転速度に加算し、その加算信号を演算し
て可変速発電機または可変速発電電動機の目標回転速度
として使用するとともに、ガイドベーンの開閉により水
圧鉄管の水撃作用に起因した落差変動によって起る出力
変動分は、水車回転体の慣性により吸収放出している。
(Operation) In the control device for a variable speed hydraulic machine according to the invention configured as described above, the opening of the guide vane is corrected according to the deviation between the output target and the actual output, while the guide vane opening signal is differentiated. Then, the differential signal is multiplied by a negative gain to create a speed correction signal, the speed correction signal produced is added to the rotation speed that matches the output target, and the added signal is calculated to calculate the variable speed generator or In addition to being used as the target rotation speed of the variable speed generator-motor, the output fluctuation caused by the drop fluctuation caused by the water hammer action of the penstock by opening and closing the guide vanes is absorbed and released by the inertia of the water wheel rotating body.

したがって、可変速発電機または可変速発電電動機
は、出力目標に対して実出力が乖離することなく良好に
追従し、その出力も安定に供することができる。
Therefore, the variable-speed generator or the variable-speed generator-motor can follow the output target satisfactorily without deviating from the output target, and the output can be stably provided.

(実施例) 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。Embodiments Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明による制御方法を適用した出力制御シ
ステムの構成例を示すもので、水圧鉄管11により導かれ
た水はガイドベーン17を通り、水車またはポンプ水車12
を回転させる。これによって発生した水車またはポンプ
水車の軸出力Ptは、可変速発電機13により電気的出力P
Gに変換される。
FIG. 1 shows an example of the configuration of an output control system to which the control method according to the present invention is applied, in which water guided by a penstock 11 passes through a guide vane 17 and passes through a turbine or a pump turbine 12.
To rotate. The shaft output Pt of the turbine or the pump turbine generated by this is converted into the electric output Pt by the variable speed generator 13.
Converted to G.

出力目標値P*が与えられると、出力制御装置15によ
って実際の発電機出力PGと比較され、ガイドベーンの
開度目標値a*が導出される。この値はガイドベーン制
御装置16に入力されてガイドベーン開度aを出力する。
When the output target value P * is given, the output control device 15 compares it with the actual generator output PG to derive the guide vane opening target value a *. This value is input to the guide vane control device 16 to output the guide vane opening a.

一方、最適回転速度設定器19は出力目標値P*に応じ
た回転速度目標値N*を回転速度制御装置18に向けて出
力している。ガイドベーンの開度はガイドベーン開度検
出装置20によって検出され、回転速度補正制御回路21へ
入力されている。
On the other hand, the optimum rotation speed setting device 19 outputs a rotation speed target value N * corresponding to the output target value P * to the rotation speed control device 18. The opening of the guide vane is detected by the guide vane opening detection device 20 and input to the rotation speed correction control circuit 21.

ここで、出力目標値P*として下げ命令が与えられた
とすると、出力制御装置15はガイドベーン開度目標値a
*を減らす指令を出す。これによってガイドベーンは閉
鎖していく。
Here, if a lowering command is given as the output target value P *, the output control device 15 determines that the guide vane opening target value a
Issue a command to reduce *. This closes the guide vanes.

その結果、水圧鉄管11内の水量が減少し、水撃現象が
起り、水車またはポンプ水車にかかる有効落差が増すの
で、水車またはポンプ水車の軸出力Ptが上昇する。
As a result, the amount of water in the penstock 11 decreases, a water hammer phenomenon occurs, and the effective head on the turbine or pump turbine increases, so the shaft output Pt of the turbine or pump turbine increases.

このとき、ガイドベーン開度検出装置20は、ガイドベ
ーン開度aを検出して回転速度補正制御回路21へ送る。
この回転速度補正制御回路ではガイドベーン開度aの変
化率あるいは微分値を算出する。
At this time, the guide vane opening degree detection device 20 detects the guide vane opening degree a and sends it to the rotation speed correction control circuit 21.
This rotation speed correction control circuit calculates the rate of change or the differential value of the guide vane opening a.

次に、第1図と第2図を参照して前述した本発明の実
施例の作用を説明する。なお、線および記号の定義は前
述した図におけると同一である。
Next, the operation of the above-described embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The definitions of lines and symbols are the same as those in the above figures.

第2図は出力目標値P*が下げ方向の場合を示すが、
この場合、ガイドベーンは閉鎖中なので、変化率あるい
は微分値は負の値をとる。そこで、回転速度補正制御回
路21では、この変化率あるいは微分値に負の利得を乗じ
て速度補正値Ncとする。この場合、速度補正値Ncを前記
回転速度目標値N*に加えた値が回転速度制御装置18へ
送られる。
FIG. 2 shows the case where the output target value P * is in the decreasing direction.
In this case, since the guide vanes are closed, the rate of change or the differential value takes a negative value. Therefore, the rotation speed correction control circuit 21 multiplies the change rate or the differential value by a negative gain to obtain the speed correction value Nc. In this case, a value obtained by adding the speed correction value Nc to the rotation speed target value N * is sent to the rotation speed control device 18.

回転速度制御装置18は回転速度目標値N*より速度補
正値Ncだけ高い回転速度に実回転数を制御する。回転速
度を上昇させると、水車軸出力Ptの一部が回転部の慣性
エネルギーとして吸収される。従って、第7図に示し
た、発電機出力PGが出力目標値P*に対して逆に上昇
する余剰分のエネルギー(水車軸出力)を回転部の慣性
エネルギーとして吸収するように回転速度を上昇させれ
ば、出力目標値P*の下げ指令に対して発電機PGが一
旦上昇するようなこともなくなり、第2図に示したよう
に出力目標値P*に対して発電機出力PGの追従性が良
くなり、安定した出力制御が可能となる。
The rotation speed control device 18 controls the actual rotation speed to a rotation speed higher than the rotation speed target value N * by a speed correction value Nc. When the rotation speed is increased, a part of the water wheel shaft output Pt is absorbed as inertia energy of the rotating part. Therefore, the rotational speed is increased so that the surplus energy (water turbine shaft output) shown in FIG. 7 in which the generator output PG increases inversely with respect to the output target value P * is absorbed as inertial energy of the rotating portion. If so, the generator PG will not once rise in response to the command to decrease the output target value P *, and as shown in FIG. 2, the generator output PG follows the output target value P *. Performance is improved, and stable output control is possible.

第3図に本発明の他の実施例を示す。この実施例にお
いて前述した実施例と異なるのは、ガイドベーン開度a
を検出する替わりにガイドベーン開度a*を回転速度補
正制御回路21に送り、ガイドベーン開度a*の変化率あ
るいは微分値を算出し、この値に負の利得を乗じた速度
補正値Ncを回転速度目標値N*に加えて回転速度制御装
置18に送り回転速度Nを制御する。
FIG. 3 shows another embodiment of the present invention. This embodiment is different from the above-described embodiment in that the guide vane opening a
Instead, the guide vane opening a * is sent to the rotation speed correction control circuit 21, the rate of change or the differential value of the guide vane opening a * is calculated, and this value is multiplied by a negative gain to obtain a speed correction value Nc. Is added to the rotational speed target value N * and the rotational speed N is controlled by the rotational speed control device 18.

この実施例では、出力目標値P*が下がる場合には、
ガイドベーン開度a*を減少するので、a*の変化率ま
たは微分値は負になる。一方、ガイドベーン開度a*も
a*の減少にともなって閉鎖していくので、水圧鉄管11
内の流量減少によって起こる水撃現象により有効落差が
上昇し、水車またはポンプ水車の軸出力Ptが増加する
が、ガイドベーン開度目標値a*の変化率または微分値
に負の利得を乗じた速度補正値Ncにより回転速度目標値
N*を補正して回転速度を上昇させることによって、上
述の水車またはポンプ水車の軸出力Ptの増加分を回転部
の回転エネルギ(慣性エネルギ)として吸収する。
In this embodiment, when the output target value P * decreases,
Since the guide vane opening a * is decreased, the rate of change or the differential value of a * becomes negative. On the other hand, since the guide vane opening a * also closes as a * decreases, the penstock 11
The effective head increases due to the water hammer phenomenon caused by the decrease in the flow rate inside the pump, and the shaft output Pt of the turbine or pump turbine increases. However, the rate of change or the differential value of the guide vane opening target value a * was multiplied by a negative gain. By increasing the rotation speed by correcting the rotation speed target value N * with the speed correction value Nc, the increase in the shaft output Pt of the water turbine or the pump water turbine described above is absorbed as the rotation energy (inertial energy) of the rotating portion.

この方法によれば、第7図に示した、出力目標値P*
の下げ命令時に発電機出力PGが逆方向に一旦振れる現
象もなくなり、出力目標値P*に対する発電機出力PG
の追従性が良くなる。
According to this method, the output target value P * shown in FIG.
There is no longer a phenomenon that the generator output PG swings in the opposite direction once the power down command is issued, and the generator output PG with respect to the output target value P *
The followability of is improved.

なお、上述した実施例はいずれも出力目標値P*が減
少する場合について述べたが、出力目標値P*に上げ指
令がきた場合も同様にして出力制御が行なえる。すなわ
ち、出力目標値P*が増加した場合、出力制御装置15は
ガイドベーンを開口する方向の目標値a*を指令する。
この開口指令a*が入力されると、ガイドベーン制御装
置16によりガイドベーン17は開口される。
In each of the above-described embodiments, the case where the output target value P * decreases is described. However, the output control can be performed in the same manner even when a command to increase the output target value P * is issued. That is, when the output target value P * increases, the output control device 15 commands the target value a * in the direction of opening the guide vanes.
When this opening command a * is input, the guide vane controller 16 opens the guide vanes 17.

このとき水圧鉄管内では流量が増すため水撃現象が起
り、有効落差が減少する。この有効落差減少により出口
増加指令が出ているのにもかかわらず水車またはポンプ
水車の軸出力は減少する。
At this time, since the flow rate increases in the penstock, a water hammer phenomenon occurs and the effective head decreases. Due to this reduction in effective head, the shaft output of the turbine or pump turbine is reduced even though the outlet increase command is issued.

一方、ガイドベーン開度aまたはガイドベーン開度目
標値a*の変化率または微分値(この場合、正となる)
に負の利得を生じた値Nc(この場合、負となる)を回転
速度目標値N*に加えて、回転速度Nを減速する制御を
行うことにより水車またはポンプ水車の軸出力の減少分
を回転部分の慣性エネルギの放出という形で補う。これ
により出力目標値P*に対する発電機出力PGの追従性
をよくし安定した出力制御が行なえる。
On the other hand, the rate of change or the differential value of the guide vane opening a or the guide vane opening target value a * (in this case, it is positive)
A negative gain Nc (in this case, a negative gain) is added to the target rotational speed N * to control the rotational speed N to reduce the shaft output of the turbine or pump turbine. This is compensated for by releasing inertial energy from the rotating part. As a result, the followability of the generator output PG with respect to the output target value P * is improved and stable output control can be performed.

なお、上記実施例を、第4図に示すように、1本の水
圧鉄管11から複数本の導水管が分岐し、複数台の水車ま
たはポンプ水車12a,12bを運転する発電所に適用する場
合、出力目標値P*に同時に制御される運転台数が多い
場合には流量変化dQ/dtが多いので、前記した水圧鉄管
の水撃現象による有効落差の変化が大きく、また目標出
力P*に同時に制御する運転台数が少ない場合には流量
変化dQ/dtが少ないので、前記水撃現象による有効落差
の変化が小さいことを考慮して回転速度補正制御装置21
でガイドベーン開度の変化率に乗じた負利得の絶対値
を、運転台数が多い場合には大きく、運転台数が少ない
場合には小さくすることにより、運転台数がかわっても
出力目標値P*に対する発電機出力PGの追従性が好適
になるように出力制御を行うことができる。
In addition, as shown in FIG. 4, when the above embodiment is applied to a power plant where a plurality of hydraulic turbines or pump turbines 12a, 12b are operated by branching a single penstock 11 When the number of operating units that are simultaneously controlled to the output target value P * is large, the flow rate change dQ / dt is large, so the change in the effective head due to the water hammer phenomenon of the penstock is large, and the target output P * is also changed When the number of operating units to be controlled is small, the flow rate change dQ / dt is small, so in consideration of the small change in the effective head due to the water hammer phenomenon, the rotation speed correction control device 21
Even if the number of operating vehicles changes, the output target value P * can be changed by increasing the absolute value of the negative gain multiplied by the change rate of the guide vane opening when the number of operating vehicles is large and decreasing it when the number of operating vehicles is small. The output control can be performed so that the followability of the generator output PG with respect to is suitable.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように本発明によれば、発電運転時の出
力制御が極めて安定し、水力発電設備を追従性良好に制
御できる。
As described above, according to the present invention, output control during power generation operation is extremely stable, and hydraulic power generation equipment can be controlled with good followability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の可変速水力機械の運転方法を実現する
ための制御ブロック図、第2図はその作動を示すグラ
フ、第3図は本発明の他の実施例を示す制御ブロック
図、第4図は本発明の更に他の実施例を示す分岐水路を
持つ発電所の系統図、第5図は従来方式による水力発電
所の概略図、第6図は従来の水力発電所の制御ブロック
図、第7図と第8図はその作動を示すグラフである。 10……上池、11……水圧鉄管、12……水車またはポンプ
水車、13……可変速発電電動機、14……下池、15……出
力制御装置、16……ガイドベーン制御装置、17……ガイ
ドベーン、18……回転速度制御装置、19……回転速度設
定器、20……ガイドベーン開度検出装置、21……回転速
度制御回路。
FIG. 1 is a control block diagram for realizing a method for operating a variable speed hydraulic machine according to the present invention, FIG. 2 is a graph showing its operation, and FIG. 3 is a control block diagram showing another embodiment of the present invention. FIG. 4 is a system diagram of a power plant having a branch water channel showing still another embodiment of the present invention, FIG. 5 is a schematic diagram of a conventional hydropower plant, and FIG. 6 is a control block of a conventional hydropower plant. Figures 7, 7 and 8 are graphs showing the operation. 10 …… Kamiike, 11 …… Pneumatic pipe, 12 …… Water turbine or pump turbine, 13 …… Variable speed generator motor, 14 …… Shimoike, 15 …… Output control device, 16 …… Guide vane control device, 17… … Guide vanes, 18 …… Rotation speed control device, 19 …… Rotation speed setting device, 20 …… Guide vane opening detection device, 21 …… Rotation speed control circuit.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】水量を調節するガイドベーンを備える水車
またはポンプ水車等の水力機械と、この水力機械に直結
された可変速発電機または可変速発電電動機(以下、可
変速発電電動機等という。)とを備えたものであって、
可変速発電電動機等の実出力と出力目標信号とを突合わ
せ、その偏差に基づいてガイドベーンの開度目標信号を
作り出す出力制御装置と、この出力制御装置からのガイ
ドベーンの開度目標信号に基づいてガイドベーンに開度
修正信号を与えるガイドベーン制御装置とを備える一
方、ガイドベーンから検出した開度信号を微分し、その
微分信号に負の利得を乗じて可変速発電電動機等の速度
補正信号を作り出す回転速度補正制御回路と、この回転
速度補正制御回路からの速度補正信号に、出力目標信号
に基づいて作り出された回転速度目標信号を加算し、そ
の加算信号を演算して可変速発電電動機等に与え、その
回転数を修正する回転速度制御装置とを備えるととも
に、回転速度制御装置からガイドベーンに開閉指令があ
ったときに生起する水圧鉄管の水撃に対する軸出力の増
減を、水力機械の回転体の慣性に吸収放出せしめること
を特徴とする可変速水力機械の制御装置。
1. A hydraulic machine such as a hydraulic turbine or a pump hydraulic turbine having a guide vane for adjusting the amount of water, and a variable speed generator or a variable speed generator-motor directly connected to the hydraulic machine (hereinafter referred to as variable speed generator-motor etc.). With and
The output control device that matches the actual output of the variable speed generator / motor and the output target signal, and creates the guide vane opening target signal based on the deviation, and the guide vane opening target signal from this output control device A guide vane control device that gives an opening correction signal to the guide vane based on the above is provided, while the opening signal detected from the guide vane is differentiated, and the differential signal is multiplied by a negative gain to correct the speed of the variable speed generator motor, etc. A rotation speed correction control circuit that generates a signal, and the rotation speed target signal generated based on the output target signal is added to the speed correction signal from this rotation speed correction control circuit, and the added signal is calculated to generate variable speed power. Water that is generated when there is an opening / closing command from the rotation speed control device to the guide vane while it is provided with a rotation speed control device that gives it to the electric motor etc. The increase or decrease of shaft power to water hammer iron pipe, the variable Tsutomu Hayami machine controller, characterized in that allowed to absorb discharged to the inertia of the rotating body hydraulic machine.
【請求項2】水量を調節するガイドベーンを備える水車
またはポンプ水車等の水力機械と、この水力機械に直結
された可変速発電機または可変速発電電動機(以下、可
変速発電電動機等という。)とを備えたものであって、
可変速発電電動機等の実出力と出力目標信号とを突合わ
せ、その偏差に基づいてガイドベーンの開度目標信号を
作り出す出力制御装置と、この出力制御装置からのガイ
ドベーンの開度目標信号に基づいてガイドベーンに開度
修正信号を与えるガイドベーン制御装置とを備える一
方、上記出力制御装置から分岐出力されたガイドベーン
の開度目標信号を微分し、その微分信号に負の利得を乗
じて可変速発電電動機等の速度補正信号を作り出す回転
速度補正制御回路と、この回転速度補正制御回路からの
速度補正信号に、出力目標信号に基づいて作り出された
回転速度目標信号を加算し、その加算信号を演算して可
変速発電電動機等に与え、その回転数を修正する回転速
度制御装置とを備えるとともに、回転速度制御装置から
ガイドベーンに開閉指令があったときに生起する水圧鉄
管の水撃に対する軸出力の増減を、水力機械の回転体の
慣性に吸収放出せしめることを特徴とする可変速水力機
械の制御装置。
2. A hydraulic machine such as a hydraulic turbine or a pump hydraulic turbine provided with a guide vane for adjusting the amount of water, and a variable speed generator or a variable speed generator-motor directly connected to the hydraulic machine (hereinafter referred to as variable speed generator-motor etc.). With and
The output control device that matches the actual output of the variable speed generator / motor and the output target signal, and creates the guide vane opening target signal based on the deviation, and the guide vane opening target signal from this output control device On the other hand, a guide vane control device for giving an opening correction signal to the guide vane based on the above is provided. A rotation speed correction control circuit that generates a speed correction signal for a variable speed generator-motor, etc., and the rotation speed target signal generated based on the output target signal is added to the speed correction signal from this rotation speed correction control circuit, and the addition is performed. It is equipped with a rotation speed control device that calculates a signal and gives it to a variable speed generator-motor, etc., and corrects its rotation speed. The increase or decrease of shaft power to water hammer penstock that occurs when a decree variable Tsutomu Hayami machine controller, characterized in that allowed to absorb discharged to the inertia of the rotating body hydraulic machine.
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