JPH1073071A - 水力発電所の案内羽根開閉装置 - Google Patents

水力発電所の案内羽根開閉装置

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JPH1073071A
JPH1073071A JP9195395A JP19539597A JPH1073071A JP H1073071 A JPH1073071 A JP H1073071A JP 9195395 A JP9195395 A JP 9195395A JP 19539597 A JP19539597 A JP 19539597A JP H1073071 A JPH1073071 A JP H1073071A
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JP
Japan
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control circuit
electric
guide
deviation
motors
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JP9195395A
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English (en)
Inventor
Kazuo Takahashi
和夫 高橋
Hiroshi Sugai
博 菅井
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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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

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、電動源として電動サーボモータを使
用した水力発電所の案内羽根開閉装置において、電動サ
ーボモータの非同期状態を改善することにある。 【構成】本発明の案内羽根開閉装置は、案内羽根とリン
ク機構を介して連結されたガイドリングに、個別に連結
された複数台の電動サーボモータを同期させ、動作させ
る為の同期制御回路を前記電動サーボモータの制御回路
に設けることにある。 【効果】本発明によれば、複数台の電動サーボモータの
同期制御が可能となり、電動サーボモータ非同期による
過負荷現象を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電動サーボモータを駆
動源とした水力発電所の案内羽根開閉装置に係り、特に
複数台の電動サーボモータにて案内羽根を操作するのに
好適な水力発電所の案内羽根開閉装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の装置は、実開昭61−29983 号公報
に記載のように、電動サーボモータを用いた案内羽根開
閉装置について提案されているが、複数台の電動サーボ
モータを用いることおよびそれらを同期制御させること
については提案されてなかった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来技術は、複数台の
電動サーボモータを同期制御する点について配慮がなさ
れておらず、案内羽根を複数台の電動サーボモータにて
操作した場合、案内羽根を操作する時に過渡状態におい
て、電動サーボモータが非同期の為、案内羽根の操作力
を計画通りに各電動サーボモータに分散することができ
ず、電動サーボモータが過負荷現象を発生すると言う問
題があった。従って、従来技術では案内羽根を複数台の
電動サーボモータにて操作することは不可能であった。
【0004】本発明の目的は、複数台の電動サーボモー
タを同期制御し、計画通りに案内羽根の操作力を各電動
サーボモータに分散する水力発電所の案内羽根開閉装置
を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為
に、本発明の案内羽根開閉装置は、案内羽根とリンク機
構を介して連結されたガイドリングに、個別に連結され
た複数台の電動サーボモータを同期させ、動作させる為
の同期制御回路を前記電動サーボモータの制御回路に設
けることにある。
【0006】又、電動サーボモータの同期化に必要な要
素は、電動サーボモータの出力トルク及び速度である。
ここで、前記電動サーボモータの出力トルクは電機子電
流によって決定されるものであり、速度は回転子の回転
速度で決定されるから、各々電動サーボモータの電機子
電流および回転子の回転速度を検出し、電機子電流に関
しては平均値あるいは予め設定された比率との偏差を、
回転子の回転速度に関しては平均値との偏差を各電動サ
ーボモータへ補正させる同期制御回路とした。尚、速度
に関しては最終的に加速トルクすなわち電機子電流に置
きかえることができるので電機子電流だけの補正でも本
目的を達成することはできる。
【0007】更に、前記電動サーボモータの同期制御が
正常に動作しなかった場合、電動サーボモータの過負荷
現象,焼損などの故障を発生させ水力発電所の案内羽根
が制御不能といった重大事故に発展する可能性が大であ
ることから、同期化の要素である前記電機子電流の偏
差,回転子回転速度の偏差を監視をし異常が発見された
場合、水力発電所の運用上、安全な方向へ案内羽根を制
御する保護回路を設けた。
【0008】
【作用】水力発電時の案内羽根とリンク機構を介して連
結されたガイドリングに複数台の電動サーボモータが個
別に連結され案内羽根開閉装置において、同期制御回路
は、電動サーボモータの各々の動作状態量、すなわち電
動サーボモータの出力トルクと動作速度を電機子電流あ
るいは電機子電流と回転子の回転速度を検出することに
より把握する。続いて、電機子電流の平均値あるいは比
率および回転子の回転速度の平均値と各電動サーボモー
タの検出値との偏差が非同期成分であることから、この
偏差量を打ち消す方向に補正信号を出力するので、複数
台の電動サーボモータは案内羽根の操作力をほぼ均等あ
るいは予め設定された比率で分担し、さらに動作速度も
ほぼ同一に制御する複数台の電動サーボモータの同期制
御が可能となる。
【0009】一方、電機子電流あるいは回転子の回転速
度の偏差が予め設定された偏差量を超えた場合、複数台
の電動サーボモータの同期制御がくずれ出力トルク,動
作速度にアンバランスが発生していると判断し、水力発
電所運用上最も安全な方向、すなわち案内羽根を閉側あ
るいは現状開度保持する様電動サーボモータの制御回路
に指令を発するので、万一複数台の電動サーボモータの
動作が非同期に陥っても水力発電所の重大事故を未然に
防止することができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1を用いて同一
仕様の2台の電動サーボモータを用いた案内羽根開閉装
置について説明する。
【0011】案内羽根1とリンク機構2を介し連結され
たガイドリング3に個別に2台の電動サーボモータ4及
び5が連絡されている。これらの電動サーボモータの動
作状態検出信号6及び7は、前記電動サーボモータの制
御回路10へ取り込まれると同時に、同期制御回路8へ
取り込まれる。ここで、動作状態検出信号6及び7は電
動サーボモータ4及び5の電機子電流及び回転子の回転
速度信号から構成されている。
【0012】同期制御回路8では、取り込まれた動作状
態検出信号6及び7より、電動サーボモータ4及び5の
両者の電機子電流及び回転子の回転速度の偏差を求め、
偏差を消滅させるのに必要な補正信号9を制御回路10
へ出力する。制御回路10では、補正信号9を加味した
電動サーボモータ4及び5の制御信号11及び12を出
力する。
【0013】これにより、両電動サーボモータ4,5の
非同期要素を消滅させることができるので、電動サーボ
モータの出力トルク及び動作速度とも同期制御が可能と
なり、案内羽根1の操作力を分散したことによる電動サ
ーボモータの過負荷現象等の問題を防止することができ
る。
【0014】さらに、同期制御回路8の一実施例を図
2,図3を用いて説明する。
【0015】図2は速度指令を入力信号した電動サーボ
モータ4,5の速度制御ループの一例であり、複数台制
御とした場合は、速度制御ループが台数分速度入力信号
20に並列に接続される。速度入力信号20と回転子の
回転速度帰還利得30を介し帰還された速度帰還信号と
の偏差が速度利得21を通し増幅される。この速度偏差
信号は加え合せ点23にて電機子電流の帰還利得29を
介し帰還された電流帰還信号との偏差が演算される。す
なわち、速度偏差が電流偏差に変換されたものでありま
す。電流偏差は電流利得24を介し電動サーボモータ4
の電機子26に供給され、トルク利得27を介して電動
サーボモータ4の出力トルクあるいは加速トルクとして
作用する。ここで、回転子が回転すれば回転速度に比例
した逆起電圧が電機子に発生し、逆起電圧利得31を介
し電機子26への電流入力部に帰還される。
【0016】更に、電動サーボモータ4の出力トルクあ
るいは加速トルクは、外力と付合せられその偏差が電動
サーボモータ4の動作としてパワーシリンダーより出力
される。尚、他方の電動サーボモータ5については、上
述電動サーボモータ4の同期制御回路と同構造なので、
たとえば電機子26′のように附して、説明を省略す
る。
【0017】この様な電動サーボモータの制御回路にお
いて、図3に示す加算器32,除算器33からなる同期
制御回路を付加した。すなわち、本発明では、各電動サ
ーボモータ4,5の電機子電流帰還信号が加算器32に
より加算され、全電動サーボモータ4,5の電機子電流
の総和が求められる。電機子電流の総和は、静的に見れ
ば電動サーボモータ4,5の出力トルクに比例するもの
である。言い換えれば、案内羽根1の操作力であると考
えることができる。従って、電機子電流の総和を除算器
33にて1/n(n;電動サーボモータの台数)すれ
ば、電機子電流の平均値すなわち1台当りの電動サーボ
モータ4,5が出力すべきトルクを求めることができ
る。このようにして求めた電機子電流の平均値と現状流
れている電機子電流との偏差を加え合せ点34にて求
め、この偏差を速度利得21を介し入力された速度唆差
信号に加え合せ点22で加算することにより、電機子電
流を前記平均値に補正することができる。この結果、複
数台の電動サーボモータ4,5は案内羽根1の操作力を
ほぼ均等又は予め設定された比率で分担し、一方の電動
サーボモータのみで負担する過負荷現象を防止できる。
このため、電動サーボモータの寿命を長くしたり、或い
は容量の小さい電動サーボモータを使用できるようにな
ったので、案内羽根開閉装置を小型化できる。
【0018】一方、図4は、加算器37,除算器38か
らなる回転子の回転速度補正を行う同期制御回路を付加
したものである。すなわち、本発明では、各電動サーボ
モータ4,5の回転子の回転速度が加算器37により加
算され、さらに除算器38により1/n(n;電動サー
ボモータの台数)されるので、各電動サーボモータ4,
5の回転子の回転速度の平均値が求められる。平均値と
回転子の回転速度との偏差量が電動サーボモータ動作速
度の非同期量と考えることができるので、回転子の回転
速度の平均値に対する各電動サーボモータ4,5の偏差
量を補正すれば、全電動サーボモータの動作速度を同期
化することができる。従って、本発明では、除算器38
の出力すなわち平均値と回転子の回転速度帰還利得30
を介して、速度帰還信号との偏差量を加え合せ点39に
て演算し、速度入力信号20に加え合せ点36にて加算
し、補正することにより達成している。
【0019】さらに、図5に示す様に、電動サーボモー
タの電機子電流の平均値と各電動サーボモータの電機子
電流との偏差量(加え合せ点34出力)を監視する比較
器40と、電動サーボモータの回転子の回転速度平均値
と各電動サーボモータの回転子の回転速度との偏差量
(加え合せ点39出力)を監視する比較器41を設け、
前記電流偏差量あるいは回転速度偏差が予め設定された
偏差量を超えた場合、電動サーボモータの制御回路10
が各水力発電所の運用に見合った状態、すなわち案内羽
根を閉操作あるいは現状開度保持する制御を行う制御指
令を、比較器40あるいは41より電動サーボモータの
制御回路10へ出力する。この保護方法により非同期量
が過大となった場合でも、水力発電所を安全な方向に導
くことができる。尚、比較器40あるいは41の出力条
件に時間要素,積算回路等を付加できることは当然のこ
とである。
【0020】ここで、同期制御回路において、電機子電
流の補正と回転子回転速度の補正を組合せた同期制御回
路としても何ら問題はない。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、水力発電所の案内羽根
を複数台の電動サーボモータにて操作する場合におい
て、複数台の電動サーボモータの同期制御が可能とな
り、案内羽根の操作力を計画通りに分散することがで
き、電動サーボモータ非同期による過負荷現象を防止す
ることができるので、案内羽根開閉装置を小型化でき
る。
【0022】また、各電動サーボモータの非同期量を監
視し、予め設定された非同期量を超えた場合、電動サー
ボモータの制御回路に適切な制御指令を出力する保護方
法を取っているので、電動サーボモータの同期制御回路
が故障しても、過負荷現象を未然に防止できると同時
に、水力発電所も運用に見合った安全方向に導くことが
できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の水力発電所の案内羽根開閉
装置の構成図。
【図2】図1の電動サーボモータ制御回路のブロック
図。
【図3】本発明による電機子電流補正の同期制御回路を
設けた電動サーボモータ制御回路のブロック図。
【図4】本発明による回転子回転速度補正の同期制御回
路を設けた電動サーボモータ制御回路のブロック図。
【図5】本発明による電動サーボモータ制御回路に設け
た保護回路のブロック図。
【符号の説明】
1…案内羽根、2…リンク機構、3…ガイドリング、4
…第1の電動サーボモータ、5…第2の電動サーボモー
タ、6,7…動作状態検出信号、8…同期制御回路、9
…補正信号、10…電動サーボモータの制御回路、1
1,12…制御信号、20…速度入力信号、21…速度
利得、22,23,25,34,35,36,39…加
え合せ点、24…電流利得、26…電機子、27…トル
ク利得、28…回転子、29…電機子電流の帰還利得、
30…回転速度帰還利得、31…逆起電圧利得、32,
37…加算器、33,37…除算器、40,41…比較
器。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】水力発電所の流量を制御する案内羽根をリ
    ンク機構を介してガイドリングに取付け、ガイドリング
    を回動して案内羽根を開閉する電動サーボモータをガイ
    ドリングに取付け、電動サーボモータの駆動を制御する
    制御回路を有する案内羽根開閉装置において、上記ガイ
    ドリングに複数台の電動サーボモータを取付け、上記複
    数台の電動サーボモータの出力値を同期制御する同期制
    御回路を、上記制御回路に設けることを特徴とする水力
    発電所の案内羽根開閉装置。
  2. 【請求項2】水力発電所の流量を制御する案内羽根をリ
    ンク機構を介してガイドリングに取付け、ガイドリング
    を回動して案内羽根を開閉する電動サーボモータをガイ
    ドリングに取付け、電動サーボモータの駆動を制御する
    制御回路を有する案内羽根開閉装置において、上記複数
    台の電動サーボモータの電機子電流又は回転子の回転速
    度の平均値又は予め設定された電機子電流の比率に対
    し、その偏差が予め設定された偏差量を超えた場合、あ
    るいは上記偏差量の条件に電動サーボモータの台数,継
    続時間,回転数の条件を加味しその条件が成立した場
    合、水力発電時の案内羽根を閉側あるいは現状開度保持
    に電動サーボモータを制御する保護回路を設けることを
    特徴とする水力発電所の案内羽根開閉装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104100435A (zh) * 2014-07-04 2014-10-15 重庆大唐国际武隆水电开发有限公司 一种水轮机控制环底面抗磨板的选型方法
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