JPS635175A

JPS635175A - 水理系の等価回路

Info

Publication number: JPS635175A
Application number: JP61150340A
Authority: JP
Inventors: Hide Saito; 斎藤　秀
Original assignee: Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1986-06-26
Filing date: 1986-06-26
Publication date: 1988-01-11
Anticipated expiration: 2010-05-17
Also published as: JPH0745869B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】ん産業上の利用分野本発明は水息発′は設嘗のシミュレーション実施に用い
らｎろ水理系の等画回路に膚てる。

Ｂ０発明の慨要本発明は水理系の等価回路において、水理系゛と水車発電機の水息負荷率ｌパラメータとして
算出し１．この求め念、パラメータ！発電機の伝達関数
に等価な電気回路を作成し、この回路ケ匣用し几ことに
より、水力発電膜・備のシミュレーションの精度の向上
を図るものである。

Ｃ６従来の技術従来、水車発１！設備のシミュレーションン実施する場
合は、水理系、水！特性、発電機特性を等価回路で表現
し、この等価回路を匣用して冥施するか、又はコンピュ
ータ等によってシミニレ−ジョンする方法が行わｎてい
る。

水車発電機の制御は、第２図に示すように、水皿発を機
１の目標回転速度ｎ０と水車発を模１の検出回転速度ｎ
とｔ比較器２に突き合わせ、その偏差信号Δｎでガバナ
ーやサーボ機嘴３を制御して、ガイドベーン開度ｇを調
整し、水理系４の出力トルクのと負荷外乱トルク！と？
比較器５に突き合わせ、その偏差信号により前記水車発
電機１を制御している。

上記制御時の水理系４と水車発電機１の伝達関数につい
て述べる。水圧鉄管の伝達関数は次ノようになる。

ガイドベーンの開閉に伴う水圧鉄管内の流速変化、水圧
変化は剛体理論で近似できるから運動方程式は、（イ）式はＬＶ　ｄｑ　　　　、＋＋ＨＮ＠（。）ｇＨｄｔ。

■の値によって異ってくる、定格時の値を次のように定
義する。

負荷率が６０（１〜Ｏ）のときの鉄管時定数−１従って
ｈ　＝＝　（−１６’ｒＷＳ　）ｑ　　　＝　ｍ）とな
る。

次に水］Ｌ特性の伝−Ｓ関数は以下のようになる。

ある落差Ｈ，ガイドベーン開開度付付近考えろと、□ ｏｃＧＨ２ｑ　＝　ｇ　＋　０．５　ｈ　　　　・・・・・・（へ
）トルクＭは出　＝ｇ＋Ｌ５ｈ　　　　　　・・・・・・　　１ｈ１
以上からｇ　＋　ｈｓ　ｑｅ　’間の関係を示すと１次
のようになる。

（ホ）、（へ）、（ト）式からｍ＝・ｇ　＋　１．５ｈ　＝　ｑ＋　ｈ上記各式におけ
る符号を説明する。

Ａ：水圧鉄・ｇ断面積、ｒ：水の比重櫨、Ｈ：　）４差
、ｇ：重力加速度又はガイドベーン開度、Ｌ：水圧鉄管
長、Ｖ：水圧鉄管内の流速、ｔ：時間、Ｑ：流量、ｑ：
流量変化、・ＴＷ：水圧鉄管時定数、、ＢＨｔ、に対す
るラプラス演算子。

Ｇニガイドベーン開度、Ｍ：水軍トルク、Ｐ：出力、Ｎ
：水軍速度１ｍ：水車トルク変化、ａｏ　：水車負荷率上記のようにして求められ几水理系の伝達関数として次
の式が用いられている。

ただし１ｍ・・・水車トルク変化、に・・・ガイドベー
ン開度変化、ａｏ・・・水車負荷率、Ｔ、・・・水圧鉄
管時定数ＩＳ１なお、ここで、水ＩＬ負荷率ａ６はシミュレーション時
の初期条件として、予め選定し設定している。

Ｄ６発明が解決しようとする間覇点水凰負荷率ａ６は実用の発を機では連続８ｇに変化して
いる。このため、水車負荷率ａ０を一定とし友伝達関数
を用いてのシミュレーションでは精度が悪いという問題
点がある。

Ｅ６間現点を解決する之めの手段本発明は上記問題点解決のため、水圧鉄管のガイドベー
ン開度変化信号ｇまｆｃはｖｆ、量変化信号ｔｉｌｌ（
８）が入力Ｉ２＆ｌＶｒ加えら几る第１オペアンプと、
この第１オペアンプの出力端ｉｆ第１入力端に接続され
第２入力端には上記信号ｅｔ口）が負荷率設定器を介し
て供給され、かつ出力端がコンデンサを弁して第１オペ
アンプの入力端に接続さ几る第１掛算器と、上記第１オ
ペアンプの出力端がコンデンサを介して入力端に接続さ
れる第２オペアンプと。

該第２オペアンプの出力端が第１入力端に接続されると
共に、第２入力端にをｉ前記信号ｅｔ（Ｅ）が加えろｎ
る第２掛算器と、前記第１オペアンプの出力端と第２Ｗ
ｋ算器の出力端とが夫々入力端に加えられ、出力端から
所望の信号が取り出される第３オペアンプとから構成さ
れる。

２０作用上記構成における第３オペアンプの出力信号は、ガイド
ベーンの開閉に伴う水圧法管内の流速変化、水圧変化の
連動方程式、水車特性の理論式を用いて算出した水理系
の水車発１！磯への伝達関数と同一となる。しかも、本
発明における負荷率設定器！用いてこｒＬヲ可変させる
ようにしたので上記水圧系の伝−関ａは、水車具？ｆｒ
率に応じて可変できる。従って、本発明のシミュレーシ
ョンは精度がよいものとなる。

Ｇ、実施例以下、本発明の実施例を図面Ｖ参照して説明する。第１
図は水理系のシミュレーション回路であ成回路部、２は
ａ。ＴｗＳの第２構成回路部、３は回路部１と回路部２
とめ各出力を加える第３構成回路部である。

第１構成回路部１では、水圧鉄管のガイドベーン開度変
化信号または流電変化信号ｅ１（８）が抵抗Ｒ，Ｙブｒ
してフィードバック抵抗Ｒ１ｔ有する第１オペアンプ１
１０入力ｇｓ１１ａＫ加えらｎる。

１２は第２Ｗｋ算器で、この第１掛算器１２の第１入力
端ｘｒｃは第１オペアンプ１１の出力端１１ｂが接続さ
れると共に第２入力端Ｙには、上記流電変化信号ｅｔＣ
Ｂ）に負荷率設定器１３〔負荷率（ａく１）の１０倍に
対応させ友もの］となる可変抵抗を弁した信号が供給さ
れる。

上記第１掛算器１２の出力端２はコンデンサＣ１を介し
て＠１オペアンプ１１の入力端１１ａＫｌｉ続さ几る。

この第１構成回路部１では後述σ月１１式の演算が行わ
ｎて出力８ｏ（８）が得ら几る。

第２構成回Ｗ＆８２では、第１オペアンプ１１の出力端
１１１）が；ンデンサＣ３を介してフィード′バック抵
抗Ｒ，Ｙ有する第２オペアンプ２１０入力端２１ａに接
続される。このオペアンプ２１の出力端２１１）は第２
掛算器２２の第１入力端Ｘに接続され、第２入力端Ｙに
は、前記ガイドベーン開度変化ま比は流量変化言号ｅｔ
（８１が加えら几る。

この第２構成回路部２では後述の（６）式の演算が行わ
ｎて出力ｅｏ’（８１が得らｎる。

第３構成回路部３では、フィードバック抵抗Ｒ１を有す
る第３オペアンプ３１の入力端３１ａに抵抗Ｒ，を介し
て第１構成回路部１の第１オペアンプ１１の出力端１１
１）が接続されると共に、第２構成回路部２の第２掛算
器２２の出力端２が抵抗Ｒ・を介して接続される。第３
オペアンプ３１の出力増３１ｂは抵抗８丁な弁して、フ
ィードバック抵抗Ｒ，含有する第４オ−ペアンプ３２に
接続されると共に、上記出力端３１ｔ）から氷原トルク
変化信号ｍが取り出される。この第３構成回路部３では
後述の（７）式の演算が行わｎて出力ｉｃｇｊＩ号ｉが
得ら几る。

上記構ｇＫよつ工、第１構底回路部１においては、次の
式が成り豆つ。但し、ｅｏ・・・第１オペアンプ１工の
出力電圧信号、Ｒ１＝Ｒ，＝Ｒとする。

ここで、ＲＣ＝Ｔ、（但し、Ｔ、・・・水圧鉄管時定数
ｉｓＩ　）に選定し、さらに、Ａを負荷ＩＩＩのとき５
に選定すると、負荷率ａに対し、Ａ　＝　５　ａとなる
。

従って、但し、ａ≦１、また、第２構成（ロ）路部２では、第２オペ了ンブ２１
について次の式が成り立つ＝但し、　ｅＱｌ・・・第２
オペアンプ２１の出力電圧信号、Ｒ，＝Ｒ，Ｃ，＝Ｃと
する。

（３１式のｅｏ＋１８１に（２１式のｅ、、、ｉｓｌ　
？代入すると、ここで、負荷率ａが１のとき人を１０．
ＲＣ：Ｔ。

とすると、（４）式は６６’１８）”　−ａ　ＴＷ８　Ｘ　ｅ６ｂ３１Ｘ　ｅ
　１１３１　　”・・−’　１５１１５１式のａ、ｉｓ
）に１１１式のｅ　、　ＴＥＩＩ　９代入すると、第３
９戊回路部３は第１構成回路都１の出力、ｅ６（Ｓｌと
第２構成回路部２の出力θ。′（Ｓ）とｔ加えるもので
あるから、第３構成回路部３の出力信号は（７）式とな
る。

（７）式は理論式を用いて算出した水理系の伝達関数と
一致するので、第１図の回路図は、水車負荷率６をパラ
メータとしｔときの水理系の伝達関数の等価回路と見做
すことができる。

Ｈ６発明の効果本発明は、水車発を機の起動から、並列運転、負荷制御
、負荷しゃ断、単独運転等からなる水車負荷率をパラメ
ータとして水凰発′鑞設備のシミュレーションを実施す
ることにより、シミニレ−ジョンを精度よく、罰便に試
験できる効果を生じる。

【図面の簡単な説明】

第１図は水理系のシミュレーション回路図、第２図は水
車発電機制御の礒略的構成図である。１１．２１，３１．３２・・・第１〜第４オペアンプ、
１２．２２・・・第１．第２掛算器、１３・・・可変抵
抗器、Ｒ８〜Ｒ１・・・抵抗、Ｃ１・Ｃ！・・・コンデ
ンサ。ａ・・・水車負ｆＩ率、ｇ・・・ガイドベーン開度変化
１ｇ号、ｅ　１　（８１・・・・水圧電管の流量変化信
号、Ｔｗ・・・水圧鉄管時定数ｉｓｌ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）水車発電機の回転速度を目標回転速度に制御する
際にガバナーやサーボを制御するとともにガイドベーン
開度変化を制御して水車発電機の回転速度を制御するシ
ミュレーション装置において、水圧鉄管のガイドベーン
開度変化または流量変化信号ｅ＿ｉ（Ｓ）が入力端に加
えられる第１オペアンプと、該第１オペアンプの出力端
が第１入力端に接続され第２入力端には上記信号ｅ＿ｉ
（Ｓ）が負荷率設定器を介して供給され、かつ出力端が
コンデンサを弁して第１オペアンプの入力端に接続され
た第１掛算器と、上記第１オペアンプの出力端がコンデ
ンサを介して入力端に接続される第２オペアンプと、該
第２オペアンプの出力端が第１入力端に接続されると共
に、第２入力端には前記信号ｅ＿ｉ（Ｓ）が加えられる
第２掛算器と、前記第１オペアンプの出力端と第２掛算
器の出力端とが夫々入力端に加えられ、出力端から水車
負荷率をパラメータ化した水車トルク信号が取り出され
る第３オペアンプとから構成することを特徴とする水理
系の等価回路。