JPH0947089A - フランシス水車の水量制御方法 - Google Patents
フランシス水車の水量制御方法Info
- Publication number
- JPH0947089A JPH0947089A JP7197276A JP19727695A JPH0947089A JP H0947089 A JPH0947089 A JP H0947089A JP 7197276 A JP7197276 A JP 7197276A JP 19727695 A JP19727695 A JP 19727695A JP H0947089 A JPH0947089 A JP H0947089A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- turbine
- flow rate
- water
- generator
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- Pending
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- Control Of Eletrric Generators (AREA)
- Programmable Controllers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】水車発電機１０は巻線形の誘導発電電動機が用
いられ、この回転子に水車効率の低下を起こさず広範域
で回転数により流量が変化する特性を持たせた水車ラン
ナ３が連結されており、可変速制御装置１１により可変
速運転が行われる。そして、水車特性データが入力され
ている関数発生装置１２は水位検出器１４の出力信号と
上位の流量指令信号１３とを受け、最適な回転速度の指
令を可変速制御装置１１に出し、水量制御が行われる。 【効果】水車効率の低下を起こさないで水車ランナへの
流入水量を広範域で調整することができる、水車の組立
及び調節が容易になり、渇水期における流れ込み式小水
力発電でも、水車運転が可能である。
いられ、この回転子に水車効率の低下を起こさず広範域
で回転数により流量が変化する特性を持たせた水車ラン
ナ３が連結されており、可変速制御装置１１により可変
速運転が行われる。そして、水車特性データが入力され
ている関数発生装置１２は水位検出器１４の出力信号と
上位の流量指令信号１３とを受け、最適な回転速度の指
令を可変速制御装置１１に出し、水量制御が行われる。 【効果】水車効率の低下を起こさないで水車ランナへの
流入水量を広範域で調整することができる、水車の組立
及び調節が容易になり、渇水期における流れ込み式小水
力発電でも、水車運転が可能である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は反動形水車のフランシス
水車で、水車ランナへの流入水量を調整する水量制御方
法に関する。
水車で、水車ランナへの流入水量を調整する水量制御方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に反動形水車のフランシス水車には
発電機の負荷の変化や上ダムまたは上水槽の水位に応じ
て、水車に流入する水量の調整を行うガイドベーン１が
図２に示すようにスピードリングのステーベーン２と水
車ランナ３の入口との間に渦状に配置されている。ガイ
ドベーン１は流線形断面を持つ羽根であり、水を効率的
に加速して水車ランナ３に導くとともに、ベーン端面の
軸回りに回転させることにより水口面積を変化させ、水
車ランナ３に入る水量を調整する。そして図３に示すよ
うに、軸回りの回転はそれぞれのガイドベーン１の軸端
に取付けられたアーム・リンク機構７と連結する１個の
ガイドリング８を油圧または電動のサーボモータ９によ
り回動して行われる。
発電機の負荷の変化や上ダムまたは上水槽の水位に応じ
て、水車に流入する水量の調整を行うガイドベーン１が
図２に示すようにスピードリングのステーベーン２と水
車ランナ３の入口との間に渦状に配置されている。ガイ
ドベーン１は流線形断面を持つ羽根であり、水を効率的
に加速して水車ランナ３に導くとともに、ベーン端面の
軸回りに回転させることにより水口面積を変化させ、水
車ランナ３に入る水量を調整する。そして図３に示すよ
うに、軸回りの回転はそれぞれのガイドベーン１の軸端
に取付けられたアーム・リンク機構７と連結する１個の
ガイドリング８を油圧または電動のサーボモータ９によ
り回動して行われる。
【０００３】また、近年、可変速発電の技術が進み特公
平3−51910号公報に記載されているように、結合された
誘電発電電動機とポンプ水車の回転数を所定値に制御す
る回転数制御手段と、電力系統の周波数変動を抑制する
方向に制御する変動抑制制御手段を有する可変速発電電
動装置が開発されている。
平3−51910号公報に記載されているように、結合された
誘電発電電動機とポンプ水車の回転数を所定値に制御す
る回転数制御手段と、電力系統の周波数変動を抑制する
方向に制御する変動抑制制御手段を有する可変速発電電
動装置が開発されている。
【０００４】しかし、水車特性は図４に示すようにガイ
ドベーン開度ａｇが一定では単位落差当りの回転数ｎ＝
Ｎ／√Ｈが変化しても水車効率ηが高い運転領域では単
位落差当りの流量ｑ＝Ｑ／√Ｈはほとんど変化しない。
また、ガイドベーン開度ａｇ＝４０％からａｇ＝１００
％までの各々の水車効率ηの最高点に対応する単位落差
当りの回転数ｎ＝Ｎ／√Ｈはほぼ一定の狭範囲に集ま
る。この理由により可変速発電電動装置は発電運転時に
落差変動の改善のため水車回転数を最適位置に変化させ
るが、水車ランナへの流入水量の調整はやはりガイドベ
ーンの回転により行われている。
ドベーン開度ａｇが一定では単位落差当りの回転数ｎ＝
Ｎ／√Ｈが変化しても水車効率ηが高い運転領域では単
位落差当りの流量ｑ＝Ｑ／√Ｈはほとんど変化しない。
また、ガイドベーン開度ａｇ＝４０％からａｇ＝１００
％までの各々の水車効率ηの最高点に対応する単位落差
当りの回転数ｎ＝Ｎ／√Ｈはほぼ一定の狭範囲に集ま
る。この理由により可変速発電電動装置は発電運転時に
落差変動の改善のため水車回転数を最適位置に変化させ
るが、水車ランナへの流入水量の調整はやはりガイドベ
ーンの回転により行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このようなガイドベー
ンによる水量制御方法ではガイドベーン開閉機構が複雑
であり組立及び調節が容易でない。また、流木等の異物
が詰りガイドベーン開閉動作が不能となる場合もある。
さらに、サーボモータ９とガイドリング８との連結部及
びガイドリング８と連結するガイドベーン１軸端に取付
けられたアーム・リンク機構７の接続継手には若干の遊
びを必要とするため、これが発電機の負荷の変化に応じ
て水量制御する即応性の一不具合要因ともなっている。
ンによる水量制御方法ではガイドベーン開閉機構が複雑
であり組立及び調節が容易でない。また、流木等の異物
が詰りガイドベーン開閉動作が不能となる場合もある。
さらに、サーボモータ９とガイドリング８との連結部及
びガイドリング８と連結するガイドベーン１軸端に取付
けられたアーム・リンク機構７の接続継手には若干の遊
びを必要とするため、これが発電機の負荷の変化に応じ
て水量制御する即応性の一不具合要因ともなっている。
【０００６】そこで、流れ込み式小水力発電装置では特
開昭57−13999 号公報に記載のように、ガイドベーンを
省略した水車に流入する水量に応じて水車を任意に回転
させると共に、発電機出力を周波数変換装置を介して商
用周波の出力とする方法が考えられている。しかし、説
明した図４の従来技術の水車特性図の通り、水車回転数
が変化しても流量の変化はほとんど期待できないため、
水量制御は不可能である。そして、狭い流量変化の対応
可能範囲よりさらに水量が少なくなると、水車回転数を
変化対応させても水車効率は著しく低下してしまう。河
川流量を調整せず自然流量のまま発電する流れ込み式小
水力発電で、この方法でも渇水期に発電機出力を得るこ
とはほとんど見込めない。
開昭57−13999 号公報に記載のように、ガイドベーンを
省略した水車に流入する水量に応じて水車を任意に回転
させると共に、発電機出力を周波数変換装置を介して商
用周波の出力とする方法が考えられている。しかし、説
明した図４の従来技術の水車特性図の通り、水車回転数
が変化しても流量の変化はほとんど期待できないため、
水量制御は不可能である。そして、狭い流量変化の対応
可能範囲よりさらに水量が少なくなると、水車回転数を
変化対応させても水車効率は著しく低下してしまう。河
川流量を調整せず自然流量のまま発電する流れ込み式小
水力発電で、この方法でも渇水期に発電機出力を得るこ
とはほとんど見込めない。
【０００７】本発明の目的は、１種類の固定ベーンで水
口面積を変化させなくとも、水車効率の低下を起こさな
いで、水車ランナに入る水量を広範域で調整できるフラ
ンシス水車の水量制御方法を提供することにある。
口面積を変化させなくとも、水車効率の低下を起こさな
いで、水車ランナに入る水量を広範域で調整できるフラ
ンシス水車の水量制御方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明はステーベーンに
水車ケーシングからの導入水の整流作用の他に効率的に
加速して水車ランナに導くガイドベーンの作用、また水
車ランナに広範域で回転数の変化により流量が変化する
特性を持たせ、これに直結する発電機の回転数を可変速
発電装置により制御することによって水量調整を行う水
量制御方法としたことを特徴とする。
水車ケーシングからの導入水の整流作用の他に効率的に
加速して水車ランナに導くガイドベーンの作用、また水
車ランナに広範域で回転数の変化により流量が変化する
特性を持たせ、これに直結する発電機の回転数を可変速
発電装置により制御することによって水量調整を行う水
量制御方法としたことを特徴とする。
【０００９】
【作用】ガイドベーン並びにその開閉機構を必要とせ
ず、水車効率の低下を起こさないで、発電機の回転数を
電気的に制御することにより広範域で水量調整を行うこ
とができる。
ず、水車効率の低下を起こさないで、発電機の回転数を
電気的に制御することにより広範域で水量調整を行うこ
とができる。
【００１０】
【実施例】以下、添付図面を参照して本発明の実施例に
ついて説明する。
ついて説明する。
【００１１】本発明であるフランシス水車の水量制御方
法は図１のように構成され、かつ、次のように運転され
ている。水車発電機１０は巻線形の誘導発電電動機が用
いられ、この誘導発電電動機の回転子に広範域で回転数
の変化により流量が変化する特性を持たせた水車ランナ
３が連結されている。そして、水車発電機１０の二次巻
線励磁電流入力部１０Ｂより回転子の二次巻線に周波数
変換器であるサイクロコンバータ１１Ａにより制御され
た励磁電流が送られることにより、一次巻線１０Ａから
の系統周波数と同期した水車発電機出力は遮断器１５を
通り電力系統１６へ供給され、水車発電機の可変速運転
が行われる。可変速運転が行われるに際し最適な回転速
度の指令値は関数発生装置１２より出力される。この関
数発生装置１２は水位検出器１４の出力信号と上位制御
装置からの流量指令信号１３とを受け、水車ランナへの
流入水量が流量指令量になる最適な回転速度の指令値を
決定し、増幅器１１Ｂを介してサイクロコンバータ１１
Ａを制御する。
法は図１のように構成され、かつ、次のように運転され
ている。水車発電機１０は巻線形の誘導発電電動機が用
いられ、この誘導発電電動機の回転子に広範域で回転数
の変化により流量が変化する特性を持たせた水車ランナ
３が連結されている。そして、水車発電機１０の二次巻
線励磁電流入力部１０Ｂより回転子の二次巻線に周波数
変換器であるサイクロコンバータ１１Ａにより制御され
た励磁電流が送られることにより、一次巻線１０Ａから
の系統周波数と同期した水車発電機出力は遮断器１５を
通り電力系統１６へ供給され、水車発電機の可変速運転
が行われる。可変速運転が行われるに際し最適な回転速
度の指令値は関数発生装置１２より出力される。この関
数発生装置１２は水位検出器１４の出力信号と上位制御
装置からの流量指令信号１３とを受け、水車ランナへの
流入水量が流量指令量になる最適な回転速度の指令値を
決定し、増幅器１１Ｂを介してサイクロコンバータ１１
Ａを制御する。
【００１２】ここで、関数発生装置１２の関数は水車特
性によって決まるもので、図５に示すように水車ランナ
は水車効率ηの低下を起こさず広範域で回転数の変化に
より流量が変化する特性を持たせてある。そして、単位
落差当りの回転数ｎ＝Ｎ／√Ｈと単位落差当りの流量ｑ
＝Ｑ／√Ｈとは一対一に対応し、ｎLからｎHへと単位落
差当りの回転数を増加すると単位落差当りの流量はｑH
からｑLへと連続的に減少する。このような水車特性を
得るためにフランシス水車ランナの形状を図６のように
現在よりも入口径Ｄ1 を拡大し、比較回転度Ｎs の仕様
が決まれば一般標準的に決めていた水車ランナ係数であ
るランナ入出口径比Ｄ2／Ｄ1は従来値より下げた値とな
っている。
性によって決まるもので、図５に示すように水車ランナ
は水車効率ηの低下を起こさず広範域で回転数の変化に
より流量が変化する特性を持たせてある。そして、単位
落差当りの回転数ｎ＝Ｎ／√Ｈと単位落差当りの流量ｑ
＝Ｑ／√Ｈとは一対一に対応し、ｎLからｎHへと単位落
差当りの回転数を増加すると単位落差当りの流量はｑH
からｑLへと連続的に減少する。このような水車特性を
得るためにフランシス水車ランナの形状を図６のように
現在よりも入口径Ｄ1 を拡大し、比較回転度Ｎs の仕様
が決まれば一般標準的に決めていた水車ランナ係数であ
るランナ入出口径比Ｄ2／Ｄ1は従来値より下げた値とな
っている。
【００１３】尚、１１Ｃは関数発生装置１２から出力さ
れる回転速度指令信号と水車発電機１０の回転速度検出
器１０Ｃによって検出される実回転速度を比較する回転
速度比較部であり、この回転速度比較部１１Ｃで得た回
転速度偏差信号を増幅器11Ｂに入力する。増幅器１１Ｂ
から出力された信号はサイクロコンバータ１１Ａに回転
指令信号を与える。
れる回転速度指令信号と水車発電機１０の回転速度検出
器１０Ｃによって検出される実回転速度を比較する回転
速度比較部であり、この回転速度比較部１１Ｃで得た回
転速度偏差信号を増幅器11Ｂに入力する。増幅器１１Ｂ
から出力された信号はサイクロコンバータ１１Ａに回転
指令信号を与える。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば、ガイドベーン等の水量
調整弁がなくとも、発電機の回転数を電気的に制御する
ことにより、水車効率の低下を起こさないで水車ランナ
への流入水量を広範域で調整することができるため、水
車の組立及び調節が極めて容易になり、渇水期における
流れ込み式小水力発電においても、水車運転が可能であ
り、発電機出力を得ることができる。
調整弁がなくとも、発電機の回転数を電気的に制御する
ことにより、水車効率の低下を起こさないで水車ランナ
への流入水量を広範域で調整することができるため、水
車の組立及び調節が極めて容易になり、渇水期における
流れ込み式小水力発電においても、水車運転が可能であ
り、発電機出力を得ることができる。
【図１】本発明の可変速発電装置による水量制御方法の
説明図。
説明図。
【図２】従来技術のガイドベーン及びステーベーンの説
明図。
明図。
【図３】従来技術のガイドベーンによる水量制御方法の
説明図。
説明図。
【図４】従来技術の水車の特性図。
【図５】本発明の水車の特性図。
【図６】本発明の水車ランナ係数の説明図。
２…ステーベーン、３…水車ランナ、４…水車ケーシン
グ、５…水圧鉄管、６…吸出し管、１０…水車発電機、
１１…可変速制御装置、１２…関数発生装置、１３…流
量指令信号、１４…水位検出器、１５…遮断器、１６…
電力系統。
グ、５…水圧鉄管、６…吸出し管、１０…水車発電機、
１１…可変速制御装置、１２…関数発生装置、１３…流
量指令信号、１４…水位検出器、１５…遮断器、１６…
電力系統。
Claims (2)
- 【請求項１】水車をフランシス形とする可変速発電装置
において、水車ランナに広範域で回転数の変化により流
量が変化する特性を持たせ、発電機の回転数を可変速発
電装置により制御し、前記水車ランナへの流入水量を調
整することを特徴とするフランシス水車の水量制御方
法。 - 【請求項２】請求項１において、可変速制御装置への最
適回転数の指令値は、水位検出器の出力信号と上位制御
装置からの流量指令信号とにより水車特性関数を持つ関
数発生装置が決定する方式としたフランシス水車の水量
制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7197276A JPH0947089A (ja) | 1995-08-02 | 1995-08-02 | フランシス水車の水量制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7197276A JPH0947089A (ja) | 1995-08-02 | 1995-08-02 | フランシス水車の水量制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0947089A true JPH0947089A (ja) | 1997-02-14 |
Family
ID=16371776
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7197276A Pending JPH0947089A (ja) | 1995-08-02 | 1995-08-02 | フランシス水車の水量制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0947089A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016059214A (ja) * | 2014-09-11 | 2016-04-21 | 株式会社東芝 | 可変速水力発電制御装置および制御方法 |
| CN107664968A (zh) * | 2016-07-27 | 2018-02-06 | Zodiac航空电器 | 用于控制航空器中固态开关元件的组件 |
-
1995
- 1995-08-02 JP JP7197276A patent/JPH0947089A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016059214A (ja) * | 2014-09-11 | 2016-04-21 | 株式会社東芝 | 可変速水力発電制御装置および制御方法 |
| CN107664968A (zh) * | 2016-07-27 | 2018-02-06 | Zodiac航空电器 | 用于控制航空器中固态开关元件的组件 |
| CN107664968B (zh) * | 2016-07-27 | 2022-01-18 | 赛峰电气与电源公司 | 用于控制航空器中固态开关元件的组件 |
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