JPH1037842A - 水車の調速制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 水車の起動昇速制御を効率よく安定して行
う。 【解決手段】 水車の回転速度Ｎを検出する速度検出器
１と、水車の回転速度Ｎが規定値に達したことを検出す
る規定値速度判定器１１と、水車の回転速度Ｎが規定値
に達するまではその規定値速度の速度指令信号Ｎ^＊を出
力し、それ以後は規定値速度から定格速度まで上昇変化
する速度指令信号Ｎ^＊を出力する速度設定器２′と、起
動開始後“０”から水車が回転を始める起動開度まで所
定の開度変化率で上昇する開度制限信号ＰＲを出力する
負荷制限器７′と、水車の回転速度Ｎと速度指令信号Ｎ
^＊との偏差信号ΔＮに基づいてサーボモータ５の開度を
制御するＰＩＤ合成制御信号を出力するＰＩＤ調整器４
と、開度制限信号ＰＲとＰＩＤ合成制御信号のいずれか
低値を開度指令信号ＧＲとして選択する低値優先器６と
を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水力発電所に設置
される水車の調速制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】水力発電所においては、目標とする発電
量を得るために水車の回転速度を制御する調速制御装置
が用いられる。

【０００３】このような水車の調速制御装置において
は、一般に水車を起動するときは、案内羽根の開度を起
動開度まで負荷制限器によって制限するとともに、案内
羽根の開度を速度設定器からの昇速設定信号によって制
御して水車を停止状態から定格速度まで加速している。

【０００４】図１２は、このような調速制御装置の従来
の構成を示すもので、速度検出器１で検出される水車の
回転速度Ｎと速度設定器２で設定される速度指令信号Ｎ
^＊とが加算器３で比較され、この速度偏差信号ΔＮに基
づいてＰＩＤ調整器４によりサーボモータ５を駆動して
案内羽根の開度を制御するＰＩＤ合成制御信号が演算さ
れる。低値優先器６は、負荷制限器７からの案内羽根の
開度を制限する開度制限信号ＰＲとＰＩＤ調整器４から
のＰＩＤ合成制御信号を入力し、何れか低い方を開度指
令信号ＧＲとして出力する。

【０００５】この開度指令信号ＧＲは、位置検出器９で
検出される案内羽根の開度信号ＧＶと加算器８にて比較
され、これによって得られた開度偏差信号ＧＣが電気／
機械変換器１０を介してサーボモータ５を駆動し、図示
しない案内羽根の開度を制御する。

【０００６】この調速制御装置において、起動昇速時に
は速度設定器２は起動信号により、図１３に示すように
速度“０”から定格速度まで一定変化率で上昇する速度
指令信号Ｎ^＊を出力する。

【０００７】また負荷制限器７は、図１３に示すように
開度“０”からすぐに設定の起動開度に至る開度制限信
号ＰＲを出力する。

【０００８】このとき、図１３に示すように、速度指令
信号Ｎ^＊が出力されても水車はすぐに回転することがで
きないので、水車の回転速度Ｎと速度指令信号Ｎ^＊の速
度偏差信号ΔＮが大きくなり、ＰＩＤ合成制御信号が開
度制限信号ＰＲより大きくなると、低値優先器６の出力
ＧＲは負荷制限器７からの開度制限信号となる。そし
て、水車が回転し始め、ＰＩＤ合成制御信号が開度制限
信号ＰＲより小さくなると、低値優先器６の出力はＰＩ
Ｄ調整器４からのＰＩＤ合成制御信号となる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の水車
の調速制御装置では、起動昇速制御時に、図１３に示す
ように、速度指令信号Ｎ^＊に沿って水車の速度が上昇せ
ず、案内羽根の実開度がすぐに開度制限信号ＰＲに至っ
てしまう。

【００１０】そして、水車が回転し始め、速度が上昇し
て速度設定信号Ｎ^＊より大きくなると、再び低値優先器
６からはＰＩＤ合成制御信号に従った開度指令信号ＧＲ
が出力される。

【００１１】しかしながら、すでに速度偏差ΔＮが大き
いため開度指令信号ＧＲは適正値とならず、サーボモー
タ５の開度閉め過ぎ操作による案内羽根の不安定な動き
が発生し、水車速度の乱れが発生し、サーボモータ５や
図示しない案内羽根に悪影響を及ぼすという問題があっ
た。

【００１２】また、安定した起動・昇速を行うには、起
動時間を長くとらなければならないという問題があっ
た。

【００１３】さらに、水の落差の変動が大きい発電所で
は、落差が小さくなることによって、不安定な動きが発
生するという問題があった。

【００１４】本発明は、かかる事情に対処してなされた
もので、従来に比べて、安定してより円滑な起動昇速制
御を行うことのできる水車の調速制御装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、水車
の案内羽根を操作する案内羽根の開度を調節することに
よって、水車の回転速度を制御する水車の調速制御装置
において、水車の回転速度を検出する速度検出器と、こ
の速度検出器の検出信号に基づいて水車の回転速度があ
らかじめ決められた規定値に達したか否かを判定する規
定値速度判定器と、この規定値速度判定器からの判定信
号を入力し、水車の回転速度が規定値に達するまではこ
の規定値速度を速度指令信号として出力し、水車の回転
速度が規定値に達した後は規定値速度から定格速度まで
所定の変化率で上昇する速度指令信号を出力する速度設
定器と、速度検出器からの水車の回転速度と速度設定器
からの速度指令信号との偏差に基づいて、水車の回転速
度が速度指令信号に一致するような案内羽根の開度制御
信号を出力する調整器と、水車の起動開始により、水車
の昇速特性に応じた変化率で０から当該水車の起動に必
要な所定の起動開度まで上昇し、その後一定となる案内
羽根の開度制限信号を出力する負荷制限器と、調整器か
ら出力される開度制御信号と負荷制限器から出力される
開度制限信号を入力し、いずれか低値を案内羽根の開度
を調節する開度指令信号として出力する低値優先器とを
備えたことを特徴とする。

【００１６】この構成においては、０から起動開度まで
所定の開度変化率で上昇する負荷制限器からの開度制限
信号により、停止状態の水車を規定値速度まで起動さ
せ、水車が規定値速度から定格速度となるまでは、速度
設定器から出力される所定の昇速率を持つ速度指令信号
により昇速させるものである。したがって、最適な規定
値速度、開度変化率および昇速率を設定することによ
り、案内羽根の開度の開き過ぎや、閉め過ぎ操作による
案内羽根の不安定な動きが発生しないよう、安定した起
動・昇速を効率よく行うことができる。

【００１７】また、請求項２の発明は、上記速度設定器
が、入力された速度信号を定格速度までに制限し速度指
令信号として出力する制限器と、設定された昇速率およ
び制限器へ入力される速度信号に基づいて、昇速率で上
昇する速度信号を演算する積分器と、起動開始後水車の
回転速度が規定値に達するまではこの規定値速度を制限
器に出力し、水車の回転速度が規定値に達した後は積分
器からの速度信号を制限器に出力する切替手段とを備え
たこと特徴とする。

【００１８】また、請求項３の発明は、請求項２の構成
において、上記速度設定器が、制限器から出力される速
度指令信号に基づいて、前記積分器に設定する昇速率を
切替える切替手段をさらに備えたことを特徴とする。

【００１９】この構成においては、水車の昇速特性が変
化する回転速度ごとにその昇速特性に合った昇速率を切
替えることができ、より円滑に安定した水車の起動昇速
制御を行うことができる。

【００２０】また、請求項４の発明は、請求項１の構成
において、上記速度設定器が、入力された速度信号を定
格速度までに制限し速度指令信号として出力する制限器
と、水車の回転速度が規定値に達した時点から時間をカ
ウントする時間カウンターと、この時間カウンターから
の時間カウント値に基づいて、時間カウント値がゼロの
ときの初期値を規定値速度として、あらかじめ時間カウ
ント値に応じて少なくとも１つ以上用意された関数のう
ち対応する関数に従って速度信号を演算する関数発生器
と、起動開始により関数発生器からの速度信号を制限器
に出力する切替手段とを備えたこと特徴とする。

【００２１】この構成においては、水車の回転速度が規
定値に達した時点からの時間経過に応じて水車の昇速特
性に合わせた関数にて速度指令信号を演算することによ
り、より円滑に安定した水車の起動昇速制御を行うこと
ができる。

【００２２】また、請求項５の発明は、請求項１の構成
において、上記負荷制限器が、設定された開度変化率お
よび開度制限信号に基づいて積分演算を行う積分器と、
この積分器からの出力信号を、設定された起動開度まで
に制限する制限器と、起動開始前はゼロを開度制限信号
として出力し、起動開始により制限器からの出力信号を
開度制限信号として出力する切替手段とを備えたことを
特徴とする。

【００２３】この構成においては、負荷制限器による開
度制御を終了する最適な規定値速度と、最適な起動開度
と、最適な開度変化率を設定することにより、停止状態
の水車を規定値速度まで効率よく無理なく起動させるこ
とができる。

【００２４】また、請求項６の発明は、請求項５の構成
において、上記負荷制限器が、水車を駆動する水流の有
効落差または静落差の条件によって、積分器に設定され
る開度変化率を切替える開度変化率切替手段と、有効落
差または静落差の条件によって、制限器に制限値として
設定される起動開度を切替える起動開度切替手段とをさ
らに備えたことを特徴とする。

【００２５】また、請求項７の発明は、請求項５の構成
において、上記負荷制限器が、水車を駆動する水流の有
効落差または静落差を示す信号を入力し制限器に制限値
として設定される起動開度を演算する起動開度演算器
と、有効落差または静落差を示す信号を入力し積分器に
設定される開度変化率を演算する開度変化率演算器とを
さらに備えたことを特徴とする。

【００２６】請求項６および７の構成においては、水車
を回転させる水流の落差に応じた開度変化率および起動
開度を自動的に設定することができ、落差にかかわらず
ほぼ一定時間で効率よく停止状態の水車を規定値速度ま
で起動することができる。

【００２７】また、請求項８の発明は、請求項１の構成
において、上記負荷制限器が、設定された開度変化率お
よび開度制限信号に基づいて積分演算を行う積分器と、
この積分器からの出力信号を、設定された起動開度まで
に制限する制限器と、規定値速度判定器からの判定信号
に基づいて、起動開始後水車の回転速度が規定値に達す
るまでは制限器からの出力信号を入力し、常に最新の信
号を保持する保持器と、規定値速度判定器からの判定信
号に基づいて、起動開始前はゼロを開度制限信号として
出力し、起動開始後水車の回転速度が規定値に達するま
では制限器からの出力信号を開度制限信号として出力
し、水車の回転速度が規定値に達した後は保持器に保持
されている信号を開度制限信号として出力する切替手段
とを備えたことを特徴とする。

【００２８】この構成においては、水車の回転速度が規
定値に達した時点で負荷制限器から出力される開度制限
信号の値が一定に保持されるため、最大の起動開度を開
度制限値として適用することにより、落差等の条件が異
なっても制限器に設定する起動開度を変更することなく
良好な制御を行うことができる。

【００２９】さらに、請求項９の発明は、請求項１の構
成において、放水口水位値、上ダム水位値、および損失
水頭信号を入力し有効落差信号を演算する加算器と、こ
の加算器から出力される有効落差信号および案内羽根の
開度検出値から、損失水頭信号を演算する損失水頭演算
器と、加算器から出力される有効落差信号に基づいて起
動開度を演算し負荷制限器に制限値として設定する起動
開度演算器と、加算器から出力される有効落差信号に基
づいて通常運転時の負荷上限値を演算し負荷制限器に制
限値として設定する負荷上限値発生器と、起動演算器に
よって演算された起動開度に基づいて開度変化率を演算
し積分器に設定する開度変化率演算器とをさらに備えた
ことを特徴とする。

【００３０】この構成においては、算出された有効落差
信号に基づいて負荷制限器の制限値および開度変化率を
適切に変化させることができ、有効落差にかかわらず停
止状態の水車が規定値速度までに到達する時間をほぼ一
定にすることができる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態について説明する。なお、従来例と共通する部
分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

【００３２】図１は、本発明の水車の調速制御装置の一
実施の形態を示すもので、図１２に示す従来構成と比較
して、水車の回転速度Ｎが規定値に達したか否かを判定
する規定値速度判定器１１が設けられている。また、起
動開始とともに速度指令信号Ｎ^＊を上昇させる速度設定
器２に代えて、水車の回転速度Ｎが規定値に達するまで
はその規定値速度を速度指令信号Ｎ^＊として出力し、そ
れ以後規定値速度から定格速度まで速度指令信号Ｎ^＊を
上昇させる速度設定器２′が用いられる。さらに、負荷
制限器７に代えて、起動開始後開度制限信号ＰＲを
“０”から水車が回転を始める起動開度まで所定の開度
変化率で上昇させる負荷制限器７′が適用される。

【００３３】次に、この実施の形態の作用を図１および
図２に基づいて説明する。なお、図２は、この実施の形
態の起動昇速制御特性を示すグラフである。

【００３４】速度設定器２′は、起動開始後水車が回転
を始めて規定値速度に到達するまでは、速度指令信号Ｎ
^＊を規定値速度の一定値に設定し出力する。

【００３５】一方、負荷制限器７′は、水車の案内羽根
の開度が起動開度となるまで開度制限信号ＰＲを徐々に
上昇させ、それ以降の開度制限信号ＰＲは起動開度に制
限される。

【００３６】このため、起動開始後水車が回転を始めて
水車の回転速度Ｎが規定値近くになるまでは、ΡＩＤ調
整器４からのΡＩＤ合成制御信号は負荷制限器７′から
の開度制限信号ＰＲを上回り、低値優先器６から出力さ
れる開度指令信号ＧＲは開度制限信号ＰＲに制限される
ことになり、案内羽根の開度は、水車を起動する起動開
度まで負荷制限器７′からの開度制限信号ＰＲにより上
昇する。

【００３７】この状態で水車は回転を始め、規定値速度
まで昇速すると、規定値速度判定器１１がこれを検出
し、規定値速度判定信号ＰＵをオン出力する。

【００３８】この規定値速度判定信号ＰＵにより、速度
設定器２′は速度指令信号Ｎ^＊を上昇させ始めるが、こ
の時点ではＰＩＤ合成制御信号が負荷制限器７′からの
開度制限信号ＰＲを下回るため、開度指令信号ＧＲとし
て案内羽根の開度を制御する。

【００３９】したがって、速度指令信号Ｎ^＊と回転速度
Ｎの偏差ΔＮは、大きくなり過ぎることなく、速度指令
信号Ｎ^＊による安定な速度制御によって、水車の回転速
度は定格速度まで昇速する。

【００４０】以上のように、本実施の形態の水車の調速
制御装置では、水車の起動昇速時つまり停止状態の水車
が回転を始めて定格速度まで昇速する時に、サーボモー
タ５の開度の開き過ぎや閉め過ぎ操作による案内羽根の
不安定な動きを抑制して、サーボモータ５および案内羽
根に悪影響を及ぼすことなく安定に水車を定格速度まで
起動昇速することができる。

【００４１】次に、上記実施の形態における速度設定器
２′および負荷制限器７′の詳細な構成例を説明する。

【００４２】図３は、本発明にかかる速度設定器２′の
第１の構成例を示すものである。この図において、２ａ
と２ｂは負論理回路、２ｃは論理積回路、２ｄは積分
器、２ｅ〜２ｇは切替スイッチ、２ｈは制限器を示して
いる。

【００４３】この構成において、負論理回路２ａは起動
信号を入力とし、起動信号がオフのときオン出力する。
切替スイッチ２ｅは、負論理回路２ａの出力がオンのと
き、すなわち起動信号がオフのとき、速度ゼロの指令信
号を出力する。

【００４４】論理積回路２ｃは、規定値速度判定信号Ｐ
Ｕを入力とする負論理回路２ｂの出力と起動信号との論
理積をとり、切替スイッチ２ｆに出力する。切替スイッ
チ２ｆは、論理積回路２ｃの出力がオンのとき、すなわ
ち起動信号がオンで規定値速度判定信号ＰＵがオフのと
き、規定値速度を出力する。

【００４５】切替スイッチ２ｇは、規定値速度判定信号
ＰＵがオンのとき積分器２ｄの出力を出力する。

【００４６】制限器２ｈは、各切替スイッチ２ｅ〜２ｇ
からの出力値を入力し、速度指令信号が定格速度以上に
ならないように制限している。

【００４７】積分器２ｄは、制限器２ｈの出力と、あら
かじめ設定された昇速率を用いて積分演算を行い、制限
器２ｈの出力からあらかじめ設定された昇速率で上昇す
る速度指令信号Ｎ^＊を演算している。

【００４８】このように構成された速度設定器２′で
は、起動信号オンにより水車の回転速度Ｎが規定値速度
に達するまでは規定値速度を速度指令信号Ｎ^＊として出
力し、回転速度Ｎが規定値速度に到達した後は、速度指
令信号Ｎ^＊を規定値速度から定格速度まで所定の昇速率
で上昇させて出力する。

【００４９】これにより、上記構成の速度設定器２′を
適用した本実施の形態によれば、最適な規定値速度と昇
速率を選定するだけで、安定かつ円滑に水車を起動昇速
させることができ、水車の起動昇速制御特性を向上させ
ることができる。

【００５０】図４は、本発明にかかる速度設定器２′の
第２の構成例を示すもので、図３に示すものと共通する
部分には、同一符号を付している。この例では、積分器
２ｄに設定される昇速率が速度指令信号Ｎ^＊に応じて何
段階かに切り替えられるようになっており、速度指令信
号Ｎ^＊が速度規定値１、速度規定値２、…、速度規定値
ｎなったことをそれぞれ検出する速度規定値検出器２ｉ
1 、２ｉ2 、…、２ｉn と、速度規定値検出器２ｉ1 、
２ｉ2 、…、２ｉn の検出信号により、対応する昇速率
Ｖ1 、昇速率Ｖ2 、…、昇速率Ｖn を積分器２ｄへ出力
する切替スイッチ２ｊ1 、２ｊ2 、…、２ｊn が付加さ
れている。

【００５１】すなわち、制限器２ｈから出力される速度
指令信号が上昇するにつれて、速度規定値検出器２ｉ1
、２ｉ2 、…、２ｉn によって速度規定値１、速度規
定値２、…、速度規定値ｎが検出されるごとに、積分器
２ｄに設定される昇速率が昇速率１、昇速率２、…、昇
速率ｎに切り替えられる。

【００５２】このように構成された速度設定器２′で
は、水車の回転速度Ｎが規定値速度に達するまで規定値
速度を速度指令信号Ｎ^＊として出力し、水車の回転速度
Ｎが規定値速度に到達後、規定値速度から速度規定値１
まではあらかじめ設定された初期の昇速率で、速度規定
値１から速度規定値２までは昇速率１で、速度規定値２
から速度規定値３までは昇速率２でと、順次昇速率を変
えて速度指令信号Ｎ^＊を定格速度まで上昇させる。

【００５３】これにより、この速度設定器２′を適用し
た本実施の形態によれば、水車の速度特性にあった昇速
率で規定値速度から定格速度まで水車の回転速度を昇速
させることができ、無理なく安定して水車を起動昇速さ
せることができる。

【００５４】図５は、本発明にかかる速度設定器２′の
第３の構成例を示すもので、図３に示す構成と比較し
て、負論理回路２ｂ、論理積回路２ｃ、積分器２ｄおよ
び切替スイッチ２ｆ、２ｇの代わりに、規定値速度判定
信号ＰＵのオンにより時間をカウントする時間カウンタ
ー２ｋと、規定値速度検出後の時間経過に応じて速度指
令値を演算する関数発生器２ｌと、起動信号により関数
発生器２ｌからの速度指令値を出力する切替スイッチ２
ｍとを設けている。

【００５５】時間カウンター２ｋは、規定値速度判定信
号ＰＵのオンにより時間カウントを開始する。

【００５６】関数発生器２ｌは、初期値を規定値速度と
し、時間カウンター２ｋがカウントを開始するまでは規
定値速度を出力する。カウント開始後あらかじめ設定さ
れた時間ｔ1 が経過するまでは一次関数ｆ1(t)を用いて
速度指令値を演算し、設定時間ｔ1 が経過した後次の設
定時間ｔ2 が経過するまでは一次関数ｆ2(t)で速度指令
値を演算する。すなわち、時間カウンター２ｋのカウン
ト値があらかじめ設定された時間ｔ1 、ｔ2 、…、ｔn
が経過するごとに、それぞれ対応してあらかじめ用意さ
れた一次関数ｆ1(t)、ｆ 2(t) 、…、ｆn(t)を用いて速
度指令値を演算する。図６に、この関数発生器２ｌの出
力特性の一例、すなわちカウント値に対する速度指令値
の変化例を示す。

【００５７】切替スイッチ２ｍは、起動信号がオンのと
きに、関数発生器２ｌによって算出された速度指令値を
出力する。

【００５８】このように構成された速度設定器２′で
は、水車の回転速度Ｎが規定値速度に達するまでは規定
値速度を出力し、回転速度Ｎが規定値速度に到達した後
は、経過時間に応じて昇速率を変えて速度指令信号Ｎ^＊
を定格速度まで上昇させる。

【００５９】これにより、この構成の速度設定器２′を
適用した本実施の形態によれば、水車の昇速特性にあっ
た近似曲線をあらかじめ求めておいて関数発生器に設定
することにより、水車の起動昇速制御特性に優れた調速
制御装置を得ることができる。

【００６０】図７は、本発明にかかる負荷制限器７′の
第１の構成例を示すもので、７ａは負論理回路、７ｂは
積分器、７ｃは制限器、７ｄおよび７ｅは切替スイッチ
である。

【００６１】切替スイッチ７ｄは、起動信号がオフのと
き負論理回路７ａの出力がオンとなることにより、開度
“０”の開度制限信号ＰＲを出力する。

【００６２】積分器７ｂは、負荷制限器７′から出力さ
れる開度制限信号ＰＲとあらかじめ設定された開度変化
率に基づいた積分演算によって、所定の開度変化率で上
昇する開度信号を算出する。

【００６３】制限器７ｃは、積分器７ｂからの開度信号
を案内羽根の起動開度を上限として制限する。なお、起
動開度は、有効落差の変動に対処できるように、落差の
変動範囲内の最大の開度が設定される。

【００６４】切替スイッチ７ｅは、起動信号オンにより
制限器７ｃからの出力を開度制限信号ＰＲとして出力す
る。

【００６５】このように構成された負荷制限器７′で
は、起動信号オンにより所定の開度変化率で開度制限信
号ＰＲの値を０から起動開度まで上昇させ、それ以降は
起動開度に保って出力する。

【００６６】これにより、この負荷制限器７′を適用し
た本実施の形態によれば、最適な開度変化率を選定する
だけで、停止状態の水車を回転させるとともに、速度指
令信号Ｎ^＊によって制御される定格速度以下の任意の回
転速度まで安定した昇速が可能となる。

【００６７】図８は、本発明にかかる負荷制限器７′の
第２の構成例を示すもので、図７に示す構成と比較し
て、規定値速度判定信号ＰＵの反転をとる負論理回路７
ｆと、起動信号と負論理回路７ｆの出力の論理積を演算
し切替スイッチ７ｅに出力する論理積回路７ｇと、負論
理回路７ｆの出力がオンのとき制限器７ｃからの開度制
限信号を取り込む切替スイッチ７ｈと、切替スイッチ７
ｈを介して制限器７ｃからの最新の開度制限信号を保持
する保持器７ｉと、規定値速度判定信号ＰＵがオンのと
き保持器７ｉに保持されている開度制限信号を出力する
切替スイッチ７ｊとが付加されている。また、制限器７
ｃは、積分器７ｂからの開度信号を案内羽根の最大起動
開度を上限として制限するものとする。なお、最大起動
開度は有効落差（または静落差）によって変動する起動
開度のうちの最大のものをいう。

【００６８】すなわち、この構成において切替スイッチ
７ｅは、起動信号がオンで規定値速度判定信号ＰＵがオ
フのとき、積分器７ｂから制限器７ｃを介して出力され
る開度制限信号を出力する。

【００６９】またこのとき、規定値速度判定信号ＰＵが
オフのとき作動する切替スイッチ７ｈにより、積分器７
ｂから出力され制限器７ｃを経た開度制限信号が保持器
７ｉに入力され保持される。

【００７０】切替スイッチ７ｊは、規定値速度判定信号
ＰＵオンにより、保持器７ｉに最終的に保持された開度
制限信号を出力する。

【００７１】このように構成された負荷制限器７′で
は、起動信号オンにより水車の回転速度Ｎが規定値速度
に達するまで開度制限信号ＰＲを所定の開度変化率で上
昇させ、速度Ｎが規定値速度に到達した後は開度制限信
号を一定に保持する。

【００７２】これにより、この構成の負荷制限器７′を
適用した本実施の形態によれば、最適な開度変化率を選
定するだけで、停止状態の水車を規定値速度に達するま
で安定した状態で昇速制御することができる。

【００７３】図９は、本発明にかかる負荷制限器７′の
第３の構成例を示すもので、図７に示す構成と比較し
て、水車を駆動する水流の有効落差または静落差に応じ
て、開度制限信号を上昇させる開度変化率、および制限
器７ｃの制限値とする起動開度を自動的に切替えるよう
にしている。

【００７４】このため、所定の静落差（または有効落
差）を検出する静落差１（有効落差１）、静落差２（有
効落差２）、…、静落差ｎ（有効落差ｎ）の信号によっ
て、それぞれあらかじめ対応して求めておいた開度変化
率１、開度変化率２、…開度変化率ｎを積分器７ｂに出
力する切替スイッチ７ｋ1 、７ｋ2 、…、７ｋn と、そ
れぞれあらかじめ対応して求めておいた起動開度１、起
動開度２、…、起動開度ｎを制限器７ｃの上限値として
設定する切替スイッチ７ｌ1 、７ｌ2 、…、７ｌn とが
付加されている。

【００７５】切替スイッチ７ｋ1 、７ｋ2 、…、７ｋn
は、静落差１（有効落差１）、静落差２（有効落差
２）、…、静落差ｎ（有効落差ｎ）を検出するそれぞれ
の信号によってオンとされ、各々の開度変化率（開度変
化率１、開度変化率２、…、開度変化率ｎ）を積分器７
ｂに出力する。

【００７６】切替スイッチ７ｌ1 、７ｌ2 、…、７ｌn
は、静落差１（有効落差１）、静落差２（有効落差
２）、…、静落差ｎ（有効落差ｎ）を検出するそれぞれ
の信号によってオンとされ、各々の起動開度（起動開度
１、起動開度２、…、起動開度ｎ）を制限値として制限
器７ｃに出力する。

【００７７】このように構成された負荷制限器７′で
は、静落差または有効落差の異なる条件においても、静
落差または有効落差のレベルごとに対応した起動開度ま
で静落差または有効落差のレベルごとに対応した開度変
化率によって開度制限信号ＰＲを上昇させる。

【００７８】これにより、この負荷制限器７′を適用し
た本実施の形態によれば、静落差または有効落差のレベ
ルに応じて自動的に最適な開度変化率および起動開度を
設定することができ、静落差または有効落差にかかわら
ず常に一定の適切な起動昇速時間で水車を規定値速度ま
で起動昇速させることができる。

【００７９】図１０は、本発明にかかる負荷制限器７′
の第４の構成例を示すもので、図６に示す構成と比較し
て、有効落差または静落差に応じた開度変化率を演算す
る開度変化率演算器７ｍ、および有効落差または静落差
に応じた起動開度を演算する起動開度演算器７ｎを設け
て、それぞれ積分器７ｂおよび制限器７ｃに出力するよ
うにしている。

【００８０】開度変化率演算器７ｍは、静落差または有
効落差の値を入力し、関数により開度変化率を演算して
積分器７ｂに出力する。

【００８１】起動開度演算器７ｎは、静落差または有効
落差の値を入力し、関数により起動開度を演算して制限
器７ｃに出力する。

【００８２】このように構成された負荷制限器７′で
は、静落差または有効落差の異なる条件においても、任
意の静落差または有効落差に応じた起動開度まで、任意
の静落差または有効落差に応じた開度変化率によって開
度制限信号ＰＲを上昇させる。

【００８３】これにより、この構成の負荷制限器７′を
適用した本実施の形態によれば、静落差または有効落差
の値の異なる条件においても、静落差または有効落差に
対応した起動開度と、静落差または有効落差に対応した
開度変化率で案内羽根の開度制御が可能となり、いずれ
の静落差または有効落差においても自動的に最適な起動
昇速時間で水車を起動昇速させることができる。

【００８４】図１１は、本発明の水車の調速制御装置の
他の実施の形態を示すもので、図１２に示す従来構成と
比較して、水車の回転速度Ｎが規定値に達したことを検
出する規定値速度判定器１１と、放水口水位を検出する
放水口水位検出器１２と、上ダム水位を検出する上ダム
水位検出器１３と、損失水頭を演算する損失水頭演算器
１４と、放水口水位検出器１２、上ダム水位検出器１３
および損失水頭演算器１４からの出力に基づいて有効落
差信号ｈを算出する加算器１５と、有効落差信号により
起動開度信号を算出する起動開度演算器１６と、起動開
度信号により開度変化率を算出する開度変化率演算器１
７と、有効落差信号により負荷上限信号を算出する負荷
上限信号発生器１８とが設けられている。また、規定値
速度判定器１１からの判定信号を入力し、水車の回転速
度Ｎが規定値に達するまではその規定値速度の速度指令
信号Ｎ^＊を出力し、それ以後速度指令信号Ｎ^＊を規定値
速度から定格速度まで上昇させる速度設定器２′と、開
度変化率演算器１７からの開度変化率に基づいて起動信
号発生器１６からの起動開度信号および負荷上限信号発
生器１８からの負荷上限信号によって制限される開度ま
で案内羽根の開度を上昇させる開度制限信号ＰＲを出力
する負荷制限器７′が適用されている。

【００８５】加算器１５は、放水口水位検出器１２から
の放水口水位信号と、上ダム水位検出器１３からの上ダ
ム水位信号と、損失水頭演算器１４からの損失水頭信号
とを加算して有効落差信号ｈを出力する。

【００８６】損失水頭演算器１４は、位置検出器９で得
られたサーボモータ開度ＧＶと、放水口水位、上ダム水
位および損失水頭により算出される有効落差とから実流
量を算出し、この実流量における損失水頭を演算する。

【００８７】損失水頭演算器１４で得られた損失水頭信
号は、放水口水位検出器１２からの放水口水位信号およ
び上ダム水位検出器１３からの上ダム水位信号とともに
加算器１５に入力され、有効落差信号ｈとして出力され
る。

【００８８】起動開度演算器１６および負荷上限信号発
生器１８は、加算器１５からの有効落差信号ｈを入力
し、それぞれにおいて有効落差ｈに適した起動開度信号
と負荷上限信号を算出して、負荷制限器７′に制限値と
して設定する。

【００８９】また、起動開度演算器１６にて算出された
起動開度信号は開度変化率演算器１７に入力され、この
起動開度信号に基づいて開度変化率が算出され負荷制限
器７′に入力される。

【００９０】負荷制限器７′は、開度変化率演算器１７
からの開度変化率で上昇する開度制御信号を算出し、こ
の開度制御信号を起動開度演算器１６からの起動開度信
号または負荷上限信号発生器１８からの負荷上限信号の
いずれか低値で制限して開度制限信号ＰＲとして出力す
る。この負荷制限器７′は、図７に示す構成に負荷上限
信号で積分器７ｂの出力を制限する制限器が付加された
構成となる。

【００９１】また速度設定器２′は、図３〜図５のいず
れの構成も適用することができる。

【００９２】この実施の形態においては、図１０に示す
負荷制限器７′を適用した実施の形態と同様な作用効果
が得られるとともに、有効落差もしくは静落差に基づく
負荷上限信号によっても起動昇速時の開度の上限を設け
てサーボモータ５の起動開度を制限している。すなわ
ち、水車の起動昇速時の起動時つまり、水車が回転を始
め規定値速度に達するまでの開度制御において、水位変
化に合った適切な開度変化率と制限開度を得ることがで
き、常に適切な起動昇速時間を得ることができる。

【００９３】

【発明の効果】上記したように、本発明によれば、サー
ボモータの開度の開き過ぎ操作や閉め過ぎ操作を抑制し
て、停止状態の水車を効率よくかつ安定した状態でスム
ーズに起動昇速させることができ、起動昇速時の制御特
性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の水車の調速制御装置の一実施の形態を
示すブロック図である。

【図２】図１に示す実施の形態の起動昇速制御特性を示
すグラフである。

【図３】図１に示す速度設定器２′の第１の構成例を示
すブロック図である。

【図４】図１に示す速度設定器２′の第２の構成例を示
すブロック図である。

【図５】図１に示す速度設定器２′の第３の構成例を示
すブロック図である。

【図６】図５に示す関数発生器２ｌの出力特性の一例を
示すグラフである。

【図７】図１に示す負荷制限器７′の第１の構成例を示
すブロック図である。

【図８】図１に示す負荷制限器７′の第２の構成例を示
すブロック図である。

【図９】図１に示す負荷制限器７′の第３の構成例を示
すブロック図である。

【図１０】図１に示す負荷制限器７′の第４の構成例を
示すブロック図である。

【図１１】本発明の水車の調速制御装置の他の実施の形
態を示すブロック図である。

【図１２】従来の水車の調速制御装置を示すブロック図
である。

【図１３】従来の水車の調速制御装置の起動昇速制御特
性を示すグラフである。

【符号の説明】

１………速度検出器 ２、２′………速度設定器 ３、８、１５………加算器 ４………ＰＩＤ調整器 ５………サーボモータ ６………低値優先器 ７、７′………負荷制限器 ９………位置検出器 １０………電気／機械変換器 １１………規定値速度判定器 １２………放水口水位検出器 １３………上ダム水位検出器 １４………損失水頭演算器 １６………起動開度演算器 １７………開度変化率演算器 １８………負荷上限信号発生器

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水車の案内羽根の開度を調節することに
   よって、当該水車の回転速度を制御する水車の調速制御
   装置において、 前記水車の回転速度を検出する速度検出器と、 この速度検出器の検出信号に基づいて前記水車の回転速
   度があらかじめ決められた規定値に達したか否かを判定
   する規定値速度判定器と、 この規定値速度判定器からの判定信号を入力し、前記水
   車の回転速度が前記規定値に達するまではこの規定値速
   度を速度指令信号として出力し、前記水車の回転速度が
   前記規定値に達した後は前記規定値速度から前記定格速
   度まで所定の変化率で上昇する速度指令信号を出力する
   速度設定器と、 前記速度検出器からの水車の回転速度と前記速度設定器
   からの速度指令信号との偏差に基づいて、前記水車の回
   転速度が前記速度指令信号に一致するような前記案内羽
   根の開度制御信号を出力する調整器と、 前記水車の起動開始により、前記水車の昇速特性に応じ
   た変化率で０から当該水車の起動に必要な所定の起動開
   度まで上昇し、その後一定となる前記案内羽根の開度制
   限信号を出力する負荷制限器と、 前記調整器から出力される開度制御信号と前記負荷制限
   器から出力される開度制限信号を入力し、いずれか低値
   を前記案内羽根の開度を調節する開度指令信号として出
   力する低値優先器とを備えたことを特徴とする水車の調
   速制御装置。
2. 【請求項２】 前記速度設定器が、 入力された速度信号を前記定格速度までに制限し速度指
   令信号として出力する制限器と、 設定された昇速率および前記制限器へ入力される速度信
   号に基づいて、前記昇速率で上昇する速度信号を演算す
   る積分器と、 起動開始後前記水車の回転速度が前記規定値に達するま
   ではこの規定値速度を前記制限器に出力し、前記水車の
   回転速度が前記規定値に達した後は前記積分器からの速
   度信号を前記制限器に出力する切替手段とを備えたこと
   特徴とする請求項１記載の水車の調速制御装置。
3. 【請求項３】 前記速度設定器が、 前記制限器から出力される速度指令信号に基づいて、前
   記積分器に設定する昇速率を切替える切替手段をさらに
   備えたことを特徴とする請求項２記載の水車の調速制御
   装置。
4. 【請求項４】 前記速度設定器が、 入力された速度信号を前記定格速度までに制限し速度指
   令信号として出力する制限器と、 前記水車の回転速度が前記規定値に達した時点から時間
   をカウントする時間カウンターと、 この時間カウンターからの時間カウント値に基づいて、
   前記時間カウント値がゼロのときの初期値を前記規定値
   速度として、あらかじめ少なくとも１つ以上用意された
   関数のうち対応する関数に従って速度信号を演算する関
   数発生器と、 起動開始により前記関数発生器からの速度信号を前記制
   限器に出力する切替手段とを備えたことを特徴とする請
   求項１記載の水車の調速制御装置。
5. 【請求項５】 前記負荷制限器が、 設定された開度変化率および前記開度制限信号に基づい
   て積分演算を行う積分器と、 この積分器からの出力信号を、設定された起動開度まで
   に制限する制限器と、 起動開始前はゼロを前記開度制限信号として出力し、起
   動開始により前記制限器からの出力信号を前記開度制限
   信号として出力する切替手段とを備えたことを特徴とす
   る請求項１記載の水車の調速制御装置。
6. 【請求項６】 前記負荷制限器が、 前記水車を駆動する水流の有効落差または静落差の条件
   によって、前記積分器に設定される開度変化率を切替え
   る開度変化率切替手段と、 前記有効落差または静落差の条件によって、前記制限器
   に制限値として設定される起動開度を切替える起動開度
   切替手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項５記
   載の水車の調速制御装置。
7. 【請求項７】 前記負荷制限器が、 前記水車を駆動する水流の有効落差または静落差を示す
   信号を入力し前記制限器に制限値として設定される起動
   開度を演算する起動開度演算器と、 前記有効落差または静落差を示す信号を入力し前記積分
   器に設定される開度変化率を演算する開度変化率演算器
   とをさらに備えたことを特徴とする請求項５記載の水車
   の調速制御装置。
8. 【請求項８】 前記負荷制限器が、 設定された開度変化率および前記開度制限信号に基づい
   て積分演算を行う積分器と、 この積分器からの出力信号を、設定された起動開度まで
   に制限する制限器と、 前記規定値速度判定器からの判定信号に基づいて、起動
   開始後前記水車の回転速度が前記規定値に達するまでは
   前記制限器からの出力信号を入力し、常に最新の信号を
   保持する保持器と、 前記規定値速度判定器からの判定信号に基づいて、起動
   開始前はゼロを前記開度制限信号として出力し、起動開
   始後前記水車の回転速度が前記規定値に達するまでは前
   記制限器からの出力信号を前記開度制限信号として出力
   し、前記水車の回転速度が前記規定値に達した後は前記
   保持器に保持されている信号を前記開度制限信号として
   出力する切替手段とを備えたことを特徴とする請求項１
   記載の水車の調速制御装置。
9. 【請求項９】 放水口水位値、上ダム水位値、および損
   失水頭信号を入力し有効落差信号を演算する加算器と、 この加算器から出力される有効落差信号および前記案内
   羽根の開度検出値から、前記損失水頭信号を演算する損
   失水頭演算器と、 前記加算器から出力される有効落差信号に基づいて起動
   開度を演算し前記負荷制限器に制限値として設定する起
   動開度演算器と、 前記加算器から出力される有効落差信号に基づいて通常
   運転時の負荷上限値を演算し前記負荷制限器に制限値と
   して設定する負荷上限値発生器と、 前記起動演算器によって演算された起動開度に基づいて
   開度変化率を演算し前記積分器に設定する開度変化率演
   算器とをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の
   水車の調速制御装置。