JPS63113182A - 可変速水車発電機の出力制御方法 - Google Patents
可変速水車発電機の出力制御方法Info
- Publication number
- JPS63113182A JPS63113182A JP61258346A JP25834686A JPS63113182A JP S63113182 A JPS63113182 A JP S63113182A JP 61258346 A JP61258346 A JP 61258346A JP 25834686 A JP25834686 A JP 25834686A JP S63113182 A JPS63113182 A JP S63113182A
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- output
- guide vane
- water turbine
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- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
Landscapes
- Control Of Water Turbines (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明は可変速水車発電機の運転方法に係り、特に系統
周波数調整のための出力調整を行う可変速水車発電機の
出力制御方法に関するものである。
周波数調整のための出力調整を行う可変速水車発電機の
出力制御方法に関するものである。
（従来の技術）
従来、系統周波数調整を行う水車・発電機においては、
発電機としては同期機が多く採用され、系統要求に応じ
た出力制御をガイドベーンの開度制御のみにより行って
いたが次のような問題点があった。
発電機としては同期機が多く採用され、系統要求に応じ
た出力制御をガイドベーンの開度制御のみにより行って
いたが次のような問題点があった。
すなわち、ガイドベーンをあまりに急速に閉鎖すると、
水撃作用により水路の水圧上昇が過大となって水路を損
傷するおそれがあり、逆にガイドベーンをあまりに急速
に開くと、負の水撃作用により、水路の水圧が負圧とな
ってやはり水路を損傷するおそれがあった。すなわち、
水路水撃作用を考慮するとガイドベーン開閉速度には限
界があり、それが出力制御速度の限界となり、あまりに
急激な出力制御要求には応じることができなかった。
水撃作用により水路の水圧上昇が過大となって水路を損
傷するおそれがあり、逆にガイドベーンをあまりに急速
に開くと、負の水撃作用により、水路の水圧が負圧とな
ってやはり水路を損傷するおそれがあった。すなわち、
水路水撃作用を考慮するとガイドベーン開閉速度には限
界があり、それが出力制御速度の限界となり、あまりに
急激な出力制御要求には応じることができなかった。
（発明が解決しようとする問題点）
従来の方式による水車発電機の出力増加、減少の制御を
第１図および第２図に示す、すなわち従来は水車・発電
機は系統周波数に同期した一定速度で回転しているため
、ガイド弁開度制御による水力エネルギの増減がそのま
ま水車出力の増減となり、それはまた発電機出力の増減
となった。逆に発電機出力の増減を急速に行おうとして
もガイドベーン開閉速度に限界があるため、あまりに急
速な発電機出力の増減は行うことができなかった。
第１図および第２図に示す、すなわち従来は水車・発電
機は系統周波数に同期した一定速度で回転しているため
、ガイド弁開度制御による水力エネルギの増減がそのま
ま水車出力の増減となり、それはまた発電機出力の増減
となった。逆に発電機出力の増減を急速に行おうとして
もガイドベーン開閉速度に限界があるため、あまりに急
速な発電機出力の増減は行うことができなかった。
この問題は同じ制御方法をとる限り、可変速水車発電機
においても同じことである。
においても同じことである。
本発明はこれにかんがみなされたものであり。
急激な出力制御要求に応じられる。可変速水車発電機の
出力制御方法を提供することを目的とする。
出力制御方法を提供することを目的とする。
（問題点を解決するための手段）
水量を制御するガイドベーンを備えた水車と、該水車に
より駆動される９！電機と、該発電機の速度を制御する
周波数変換器とからなる可変速水車発電機の出力制御方
法において、急激な発電機出力制御要求に対して、回転
速度制御によって回転エネルギーの放出あるいは吸収に
より応じ、かつ発１！機出力制御中に前記ガイドベーン
の開度制御を行って水車出力を一定に保つことを特徴と
する。
より駆動される９！電機と、該発電機の速度を制御する
周波数変換器とからなる可変速水車発電機の出力制御方
法において、急激な発電機出力制御要求に対して、回転
速度制御によって回転エネルギーの放出あるいは吸収に
より応じ、かつ発１！機出力制御中に前記ガイドベーン
の開度制御を行って水車出力を一定に保つことを特徴と
する。
（作 用）
本発明は急激な出力制御要求に対しては水車のガイドベ
ーン関度制御と並行して水車・発電機の速度制御を行い
、−時的に速度変化分の回転エネルギーを放出あるいは
吸収することにより、発電機出力制御を急速に行うもの
である。
ーン関度制御と並行して水車・発電機の速度制御を行い
、−時的に速度変化分の回転エネルギーを放出あるいは
吸収することにより、発電機出力制御を急速に行うもの
である。
（実施例）
以下図示した実施例に基づいて本発明の詳細な説明する
。
。
第３図および第４図はそれぞれ本発明による発電機の出
力増加と減少時における水車・発電機の制御方法すなわ
ち、ガイドベーン開度制御方法。
力増加と減少時における水車・発電機の制御方法すなわ
ち、ガイドベーン開度制御方法。
回転速度制御方法のタイムチャートを示す０発電機のも
つ回転エネルギーＯｒは次のように表わされる。
つ回転エネルギーＯｒは次のように表わされる。
Ｅｒ＝ −Ｌ （−！’ Ｎ） ” （ｋ ・ｍ／ｇ
）２ｇ ３０ ここに工は発電機の慣性モーメント（ｌｑｒｒｄ）、ｇ
は重力加速度９．８ｍ／ｓ”、 Ｎは回転速度（ｒｐｍ
）を示す。
）２ｇ ３０ ここに工は発電機の慣性モーメント（ｌｑｒｒｄ）、ｇ
は重力加速度９．８ｍ／ｓ”、 Ｎは回転速度（ｒｐｍ
）を示す。
今１発電機が速度Ｎｔ（ｒｐｍ）からＮａ（ｒｐ菖）ま
で加速あるいは減速したとすると、その時吸収あるいは
放出される回転エネルギーは、 ΔＥｒ−Ｅｚ−Ｈ１＝ ” （” ）” （Ｎ： −Ｎ
ｚ”） （ｋｇイ３）２ｇ３０ と表わされる。
で加速あるいは減速したとすると、その時吸収あるいは
放出される回転エネルギーは、 ΔＥｒ−Ｅｚ−Ｈ１＝ ” （” ）” （Ｎ： −Ｎ
ｚ”） （ｋｇイ３）２ｇ３０ と表わされる。
この時１例えば一定の発電機出力ΔＰ（ｋｗ）の増加あ
るいは減少がある時間ｔ （ｓ）継続してこの回転エネ
ルギの変化が生じたものとすれば、そのエネルギーの受
授は損失を無視すると次の等式により表わされる。
るいは減少がある時間ｔ （ｓ）継続してこの回転エネ
ルギの変化が生じたものとすれば、そのエネルギーの受
授は損失を無視すると次の等式により表わされる。
工 π ｌ
−（）” （Ｎａ２”）＝ １０２ ・Δｐ−ｔｇ３
０ すなわち変化後の速度は、 と表わすことができ、もし発電機出力の増加分あるいは
減少分が時間に関して一定とするならば回転速度は時間
の平方根に比例して変化すればよいことがわかる。
０ すなわち変化後の速度は、 と表わすことができ、もし発電機出力の増加分あるいは
減少分が時間に関して一定とするならば回転速度は時間
の平方根に比例して変化すればよいことがわかる。
同様に発電機出力の増加分あるいは減少分が時間に関し
て変化する場合も、その変化パターンがわかっているな
らば必要な回転速度の変化は計算により求めることがで
きる。
て変化する場合も、その変化パターンがわかっているな
らば必要な回転速度の変化は計算により求めることがで
きる。
すなわち１発電機の回転速度を、出力変化パターンに合
せて計算したパターンで変化することにより７発電機入
力すなわち水車出力を変化させることなく１発ｔ１機出
力を希望のパターンで変化することができる。この方法
によれば水車ガイドベーンの開閉速度限界にかかわりな
く、発電機出力をその持ち得る回転エネルギーの範囲内
で自由にかつ急激に変化させることが可能である。
せて計算したパターンで変化することにより７発電機入
力すなわち水車出力を変化させることなく１発ｔ１機出
力を希望のパターンで変化することができる。この方法
によれば水車ガイドベーンの開閉速度限界にかかわりな
く、発電機出力をその持ち得る回転エネルギーの範囲内
で自由にかつ急激に変化させることが可能である。
しかしながら、このように回転エネルギーを放出あるい
は吸収して発電機出力を増加あるいは減少した後に、当
然ながら水車・発電機の回転速度は低下あるいは上昇し
てしまうので元の回転速度まで戻す必要があるが、その
時にはガイドベーンを開閉速度限界内で開きあるいは閉
じて水車出力を発電機出力よりも増加あるいは減少する
ことにより、回転速度を元に戻せばよい、この場合もあ
るガイドベーン関度１回転速度における水車出力はあら
かじめ知ることができるので１回転速度を元に戻すため
のガイドベーン開度変化は計算により求めることができ
る。
は吸収して発電機出力を増加あるいは減少した後に、当
然ながら水車・発電機の回転速度は低下あるいは上昇し
てしまうので元の回転速度まで戻す必要があるが、その
時にはガイドベーンを開閉速度限界内で開きあるいは閉
じて水車出力を発電機出力よりも増加あるいは減少する
ことにより、回転速度を元に戻せばよい、この場合もあ
るガイドベーン関度１回転速度における水車出力はあら
かじめ知ることができるので１回転速度を元に戻すため
のガイドベーン開度変化は計算により求めることができ
る。
一方実際には、ガイドベーン開度が一定でも回転速塵に
よって水車出力は変化する。第５図はガイドベーン開度
一定の場合の速度による水車出力変化の一例を示す、逆
に回転速度が変化しても水車出力を一定に保ちたければ
ガイドベーン開度を制御すればよい０通常水車として効
率の高い回転速度は第５図のＮＯで示す回転速度すなお
ち水車出力−回転速度曲線のピーク近傍であり、第５図
の例でも水車は普段その回転速度で運転されている。
よって水車出力は変化する。第５図はガイドベーン開度
一定の場合の速度による水車出力変化の一例を示す、逆
に回転速度が変化しても水車出力を一定に保ちたければ
ガイドベーン開度を制御すればよい０通常水車として効
率の高い回転速度は第５図のＮＯで示す回転速度すなお
ち水車出力−回転速度曲線のピーク近傍であり、第５図
の例でも水車は普段その回転速度で運転されている。
従って回転速度が降下した場合にも、また上昇した場合
にもガイドベーン開度一定であれば第５図の例では水車
出力は低下し、逆に水車出力を一定に保つにはガイドベ
ーンを開ければよいことがわかる。この場合のガイドベ
ーンの開度変化も計算により求めることができる。また
、水車出力は落差によっても変化するが、落差を測定す
れば計算上補正が可能である。
にもガイドベーン開度一定であれば第５図の例では水車
出力は低下し、逆に水車出力を一定に保つにはガイドベ
ーンを開ければよいことがわかる。この場合のガイドベ
ーンの開度変化も計算により求めることができる。また
、水車出力は落差によっても変化するが、落差を測定す
れば計算上補正が可能である。
第６図は本発明を適用する可変速水車発電システムの構
成例を示す、この実施例では発電機としては交流励磁同
期発電機１が用いられ、その回転子は直結された水車２
で駆動さ九、そして二次励磁巻線１８は周波数変換器３
によって発生した可変周波数交流電圧により励磁されて
可変速運転が行われる。系統要求として出力・時間の変
化パターンが与えられると、落差検出器４により検出さ
れた落差、速度検出器５により検出された回転速度ガイ
ドベーン開度検出器６により検出されたガイドベーン２
ａの開度、発電機出力検出器７により検出された発電機
出力により、最適な回転速度制御パターン、ガイドベー
ン開度制御パターンを演算袋［８において計算により求
め、回転速度信号９、ガイドベーン開度信号１０を出し
、要求された発電機出力変化およびその後の回転速度回
復を行う。
成例を示す、この実施例では発電機としては交流励磁同
期発電機１が用いられ、その回転子は直結された水車２
で駆動さ九、そして二次励磁巻線１８は周波数変換器３
によって発生した可変周波数交流電圧により励磁されて
可変速運転が行われる。系統要求として出力・時間の変
化パターンが与えられると、落差検出器４により検出さ
れた落差、速度検出器５により検出された回転速度ガイ
ドベーン開度検出器６により検出されたガイドベーン２
ａの開度、発電機出力検出器７により検出された発電機
出力により、最適な回転速度制御パターン、ガイドベー
ン開度制御パターンを演算袋［８において計算により求
め、回転速度信号９、ガイドベーン開度信号１０を出し
、要求された発電機出力変化およびその後の回転速度回
復を行う。
ここで再び第３図と第４図により本発明によるガイドベ
ーン開度制御方法、回転速度制御方法の実施例につき説
明する。
ーン開度制御方法、回転速度制御方法の実施例につき説
明する。
第３１！ｌは発電機の出力を増加させる場合を示す。
発電機出力の増加はそれに見合った回転速度の低下によ
ってまかなわれる。しかし回転速度が低下するとガイド
ベーン開度一定では水車出力が低下してしまい、必要な
発電機出力増加パターンが得られないばかりか発電機出
力増加制御完了後の発電機出力が低下してしまう、これ
を防ぐため１回転速度変化中に水車出力が一定となるよ
う、ガイドベーン開度を制御する。この場合、一般的に
はガイドベーン開度を大きくすることになる０次に発電
機出力増加制御完了後は低下した回転速度を上昇させて
元の回転速度に戻す必要があるので。
ってまかなわれる。しかし回転速度が低下するとガイド
ベーン開度一定では水車出力が低下してしまい、必要な
発電機出力増加パターンが得られないばかりか発電機出
力増加制御完了後の発電機出力が低下してしまう、これ
を防ぐため１回転速度変化中に水車出力が一定となるよ
う、ガイドベーン開度を制御する。この場合、一般的に
はガイドベーン開度を大きくすることになる０次に発電
機出力増加制御完了後は低下した回転速度を上昇させて
元の回転速度に戻す必要があるので。
ガイドベーンはしばらくの間さらに開き、増加した水車
出力と発電機出力の差分を回転速度の上昇分のエネルギ
ーに充てる。
出力と発電機出力の差分を回転速度の上昇分のエネルギ
ーに充てる。
第４図は発電機の出力を減少させる場合を示す。
発電機出力の減少はそれに見合った回転速度の上′ 昇
によってまかなわれ、同時に水車出力を一定に保つため
にガイドベーン開度を制御する。この場合にも一般的に
はガイドベーン開度を大きくすることになる０次に発電
機出力減少制御完了後は上昇した回転速度を降下させて
元の回転速度にｔ戻すためにガイドベーンは閉じ、減少
した水車出力と発電機出力の差分は回転速度降下で余っ
たエネルギーによりまかなわれる。
によってまかなわれ、同時に水車出力を一定に保つため
にガイドベーン開度を制御する。この場合にも一般的に
はガイドベーン開度を大きくすることになる０次に発電
機出力減少制御完了後は上昇した回転速度を降下させて
元の回転速度にｔ戻すためにガイドベーンは閉じ、減少
した水車出力と発電機出力の差分は回転速度降下で余っ
たエネルギーによりまかなわれる。
第６図の実施例では一例として交流励磁同期発電機の二
次側を可変周波数交流で励磁する可変速発電機に適用し
た場合を示したが、−次側に可変周波を与える方式の可
変発電機にも本発明の制御方法は適用できる。また、ポ
ンプ水車・発電電動機においても、その発電運転時には
適用可能である。
次側を可変周波数交流で励磁する可変速発電機に適用し
た場合を示したが、−次側に可変周波を与える方式の可
変発電機にも本発明の制御方法は適用できる。また、ポ
ンプ水車・発電電動機においても、その発電運転時には
適用可能である。
以上説明してきたように１本発明の出力制御方法によれ
ば、ガイドベーン開閉速度の限界から従、 来応じら
れなかったような急激な出力制御要求に応じることがで
きる。
ば、ガイドベーン開閉速度の限界から従、 来応じら
れなかったような急激な出力制御要求に応じることがで
きる。
第１図は従来の水車発ｆｌｌの出力増加制御を示すタイ
ムチャート、第２図は従来の水車発電機の出力減少制御
を示すタイムチャート、第３図は本発明による水車発電
機の出力増加制御を示すタイムチャート、第４図は本発
明による水車発電機の出力減少制御を示すタイムチャー
ト、第５図は水車出力と回転速度の関係を説明する特性
図、第６図は本発明を適用する可変水車発電システム構
成例を示すブロック図である。 １・・・交流励磁同期発電機 １ａ・・・二次励磁巻線 ２・・・水車 ２ａ・・・ガイドベーン ３・・・周波数変換器 ４・・・落差検出器 ５・・・速度検出器 ６・・・ガイドベーン開度検出器 ７・・・発電機出力検出器 ８・・・演算装置 ９・・・回転速度信号 １０・・・ガイドベーン開度信号 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 三俣弘文 第２図 第４凶
ムチャート、第２図は従来の水車発電機の出力減少制御
を示すタイムチャート、第３図は本発明による水車発電
機の出力増加制御を示すタイムチャート、第４図は本発
明による水車発電機の出力減少制御を示すタイムチャー
ト、第５図は水車出力と回転速度の関係を説明する特性
図、第６図は本発明を適用する可変水車発電システム構
成例を示すブロック図である。 １・・・交流励磁同期発電機 １ａ・・・二次励磁巻線 ２・・・水車 ２ａ・・・ガイドベーン ３・・・周波数変換器 ４・・・落差検出器 ５・・・速度検出器 ６・・・ガイドベーン開度検出器 ７・・・発電機出力検出器 ８・・・演算装置 ９・・・回転速度信号 １０・・・ガイドベーン開度信号 代理人 弁理士 則 近 憲 佑 同 三俣弘文 第２図 第４凶
Claims (1)
- 水量を制御するガイドベーンを備えた水車と、該水車に
より駆動される発電機と、該発電機の速度を制御する周
波数変換器とからなる可変速水車発電機の出力制御方法
において、急激な発電機出力制御要求に対して、回転速
度制御によって回転エネルギーの放出あるいは吸収によ
り応じ、かつ発電機出力制御中に前記ガイドベーンの開
度制御を行って水車出力を一定に保つことを特徴とする
可変速水車発電機の出力制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61258346A JPS63113182A (ja) | 1986-10-31 | 1986-10-31 | 可変速水車発電機の出力制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61258346A JPS63113182A (ja) | 1986-10-31 | 1986-10-31 | 可変速水車発電機の出力制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63113182A true JPS63113182A (ja) | 1988-05-18 |
Family
ID=17318966
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61258346A Pending JPS63113182A (ja) | 1986-10-31 | 1986-10-31 | 可変速水車発電機の出力制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63113182A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109989875B (zh) * | 2019-04-03 | 2020-07-14 | 中国水利水电科学研究院 | 一种水轮机调节系统参数辨识方法 |
-
1986
- 1986-10-31 JP JP61258346A patent/JPS63113182A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109989875B (zh) * | 2019-04-03 | 2020-07-14 | 中国水利水电科学研究院 | 一种水轮机调节系统参数辨识方法 |
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