WO2022054260A1 - 発電装置及び揚水発電装置の制御方法 - Google Patents

発電装置及び揚水発電装置の制御方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2022054260A1
WO2022054260A1 PCT/JP2020/034601 JP2020034601W WO2022054260A1 WO 2022054260 A1 WO2022054260 A1 WO 2022054260A1 JP 2020034601 W JP2020034601 W JP 2020034601W WO 2022054260 A1 WO2022054260 A1 WO 2022054260A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotation speed
power generation
output
generation device
integral control
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/034601
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
正博 吉田
Original Assignee
日立三菱水力株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日立三菱水力株式会社 filed Critical 日立三菱水力株式会社
Priority to JP2022547345A priority Critical patent/JP7342282B2/ja
Priority to US18/024,467 priority patent/US20230327589A1/en
Priority to PCT/JP2020/034601 priority patent/WO2022054260A1/ja
Priority to EP20953325.6A priority patent/EP4213369A1/en
Publication of WO2022054260A1 publication Critical patent/WO2022054260A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J15/00—Systems for storing electric energy
    • H02J15/003—Systems for storing electric energy in the form of hydraulic energy
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/10—Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load
    • H02P9/107—Control effected upon generator excitation circuit to reduce harmful effects of overloads or transients, e.g. sudden application of load, sudden removal of load, sudden change of load for limiting effects of overloads
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B1/00—Engines of impulse type, i.e. turbines with jets of high-velocity liquid impinging on blades or like rotors, e.g. Pelton wheels; Parts or details peculiar thereto
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/06—Stations or aggregates of water-storage type, e.g. comprising a turbine and a pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B15/00—Controlling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00—Application
    • F05B2220/70—Application in combination with
    • F05B2220/706—Application in combination with an electrical generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/10—Stators
    • F05B2240/12—Fluid guiding means, e.g. vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F05B2270/101—Purpose of the control system to control rotational speed (n)
    • F05B2270/1011—Purpose of the control system to control rotational speed (n) to prevent overspeed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/10—Purpose of the control system
    • F05B2270/103—Purpose of the control system to affect the output of the engine
    • F05B2270/1033—Power (if explicitly mentioned)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00—Control
    • F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/337—Electrical grid status parameters, e.g. voltage, frequency or power demand
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2101/00—Special adaptation of control arrangements for generators
    • H02P2101/10—Special adaptation of control arrangements for generators for water-driven turbines
    • 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
    • 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
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Definitions

  • the present invention relates to a control method for a power generation device and a pumped storage power generation device.
  • a rotation speed control device having a proportional control element, an integral control element, and a differential control element, and the integral control element internally holds a guide blade opening command value corresponding to a load output, is a commercial power system in power generation operation.
  • the guide blade opening command is calculated based on the difference between the rotation speed corresponding to the frequency and the rotor rotation speed, the guide blade opening command is given to the turbine for the power generation device, and the pump water wheel side for the pumped storage power generation device.
  • the present invention relates to a power generation device and a pumped storage power generation device that control the speed by giving a guide blade opening command to the power generation device.
  • the value obtained by dividing the difference between the rotation speed corresponding to the frequency of the commercial power system and the rotor rotation speed by the rated rotation speed is input to the rotation speed control device, and the rotation speed control device is used.
  • the rotation speed and load output are controlled by controlling the guide blade opening degree by the sum of the outputs of the proportional control element, the integral control element, and the differential control element provided in the above.
  • the guide blade opening command value corresponding to the load output is held in the integral control element.
  • the rotation speed control device is used to make the change in power supply to the system after the blackout gentle and smooth. It is necessary to set the gain of each control element provided inside to a small value.
  • the gain setting of the integral control element becomes smaller, that is, the setting time constant of the integral control element becomes longer, so that the guidance held in the integral control element becomes longer. Since the decrease of the blade opening command value due to the increase in the rotation speed becomes slower, the guide blade opening becomes smaller and the rotation speed reaches the maximum value, then deceleration starts and approaches the rated rotation speed, and the guide blade opens from the proportional control element. When the closing command of the degree becomes smaller and approaches zero, the event that the guide blade opening command value from the rotation speed control device by the guide blade opening command value held in the integral control element exceeds the guide blade opening. This will occur, and an excessive re-increase phenomenon of the guide blade opening will occur.
  • each control element in the rotation speed control device of the power generation device and the pumped storage power generation device connected to the long water channel, and the power generation device and the pumped storage power generation device that perform the gradual increase and pressurization operation to cope with the blackout of the power system It is not possible to set a small control gain, and it is necessary to increase the gain setting of the integrated control element to a level that can prevent the occurrence of the phenomenon that the guide blade opening re-increases while the guide blade is closing when a load cutoff occurs. Will be.
  • Patent Document 1 discloses a method capable of preventing the phenomenon from occurring.
  • the power generation output command and the water level detection signal given from the outside are input to the turbine characteristic function generator, and the optimum rotation speed command and the optimum guide blade opening are output to be optimum.
  • the guide blade opening command value is added to the output of the rotation speed control device.
  • the guide blade opening command value corresponding to the power generation output command is not held in the rotation speed control device, the above phenomenon does not occur. That is, the variable speed pumped storage power generation device described in Patent Document 1 does not solve the problem assumed by the present invention.
  • FIG. 7 shows a configuration example of a conventional constant speed-based power generation device or pumped storage power generation device for power generation operation.
  • Reference numeral 1 is a generator or a generator motor, which is rotationally driven by a prime mover 2 directly connected to the rotor to a rotation speed corresponding to the frequency of the commercial power system, and AC power is output to the commercial power system via the breaker 3.
  • the prime mover 2 corresponds to a water turbine when the power generation device is a control target device, and corresponds to a pump water wheel when the pumped storage power generation device is a control target device.
  • Reference numeral 4 is a rotor rotation speed detector, which outputs a signal in the range of 0.0N o to 1.15N o as the rotation speed detector output signal 5.
  • Reference numeral 6 is a rotation speed signal (65F output signal, target rotation speed signal) corresponding to the frequency of the commercial power system.
  • Reference numeral 7 is a subtractor, which subtracts and outputs the rotation speed detector output signal 5 from the rotation speed signal 6 corresponding to the frequency of the commercial power system.
  • Reference numeral 8 is a gain multiplier, which multiplies the output signal of the subtractor 7 by the reciprocal 1 / No of the rated rotation speed No and outputs the signal.
  • Reference numeral 10 is a subtractor, which subtracts and outputs the output signal of the gain multiplier 29 described later from the output signal of the gain multiplier 8.
  • Reference numeral 12 is a rotation speed control device, which is composed of a proportional control element, an integral control element, and a differential control element, which will be described later.
  • the output signal of the subtractor 10 is input to the rotation speed control device 12.
  • Reference numeral 13 is a proportional control function, which is a proportional control element of the rotation speed control device 12. In the proportional control function 13, the output signal of the subtractor 10 is input, and the gain K PN is multiplied and output.
  • the integral control element of the rotation speed control device 12 is composed of a subtractor 14 to a subtractor 17.
  • the subtractor 14 subtracts and outputs the output signal of the subtractor 17, which will be described later, from the output signal of the subtractor 10.
  • Reference numeral 15 is an integral control function, in which the output signal of the subtractor 14 is input, the gain K IN is multiplied, and the integrated result is output.
  • Reference numeral 16 is an output runaway prevention circuit of the integral control function of the conventional rotation speed control device. The output runaway prevention circuit 16 is input with the output signal of the integral control function 15 and outputs the processing result shown in FIG. 8 described later.
  • Reference numeral 17 denotes a subtractor, which subtracts and outputs the output signal of the output runaway prevention circuit 16 from the output signal of the integral control function 15, and inputs the output signal to the subtractor 14.
  • a guide blade opening command corresponding to the power generation output is held in the power generation operation of the power generation device or the pumped storage power generation device, and when the rotation speed or the output command is transiently changed, the subtractor 10 is used.
  • the output signal is integrated and the holding value is updated sequentially.
  • the differential control element of the rotation speed control device 12 is composed of an inexact differential control function 18.
  • the inexact differential control function 18 inputs the output signal of the subtractor 10, multiplies the gain K DN , and outputs the result of the inexact differential with a time constant of 0.1 seconds.
  • Reference numeral 19 is an adder, which adds each output signal of the proportional control element, the integral control element, and the differential control element, and outputs the output signal of the rotation speed control device 12.
  • Reference numeral 20 is a minimum value selection function, which compares the output signal of the rotation speed control device 12 with the output signal of the load limiting device 21 described in detail in FIG. 9, and selects and outputs the minimum value.
  • Reference numeral 22 is a subtractor, which subtracts and outputs the output signal of the integrator 25 described later from the output signal of the minimum value selection function 20.
  • Reference numeral 23 is an amplifier, which amplifies and outputs the output signal of the subtractor 22.
  • Reference numeral 24 denotes an actuator, which outputs a guide blade opening operation difference signal based on the difference between the output signal of the amplifier 23 and the output signal of the integrator 25 described later.
  • Reference numeral 25 is an integrator, and the guide blade opening operation difference signal output by the actuator 24 is input, integrated, and the guide blade opening signal based on p.u. is output.
  • Reference numeral 26 denotes a guide blade operation mechanism, in which a guide blade opening signal output by the integrator 25 is input, and the guide blade provided in the prime mover 2 which is a water turbine or a pump water turbine is operated to adjust the opening degree to adjust the opening degree of the electric motor or the electric motor.
  • the output 27 of the power generation motor 1 is adjusted.
  • Reference numeral 28 is a subtractor, which subtracts and outputs the output command 65P for adjusting the output 27 of the motor or the generator motor 1 from the guide blade opening signal output by the integrator 25.
  • Reference numeral 29 is a gain multiplier, which outputs a value obtained by multiplying the output signal of the subtractor 28 by the speed droop rate ⁇ as a gain to the subtractor 10.
  • FIG. 8 is a configuration diagram of the output runaway prevention circuit 16 shown in FIG. 7, that is, the output runaway prevention circuit 16 of the integral control function 15 in the conventional rotation speed control device 12 shown in FIG. 7.
  • the upper limit value limiting function 30 is an upper limit value limiting function of the output runaway prevention circuit 16.
  • the upper limit value limiting function 30 is input with an output signal of the load limiting device 21 described later, and outputs a value obtained by adding 0.01 p.u. to the output value of the load limiting device 21 and setting the maximum value to 1.0 p.u. 31 is a minimum value selection function.
  • the minimum value selection function 31 compares the output signal of the upper limit value limiting function 30 of the output runaway prevention circuit 16 with the output signal of the integral control function 15 and selects and outputs the minimum value.
  • 32 is a lower limit value limiting function of the output runaway prevention circuit 16.
  • the output signal of the load limiting device 21 described later is input, and a constant value -0.01p.u. Is output.
  • 33 is a maximum value selection function. The maximum value selection function 33 compares the output signal of the lower limit value limiting function 32 of the output runaway prevention circuit 16 with the output signal of the integral control function 15, selects and outputs the maximum value.
  • the maximum value selection function 34 is a maximum value selection function.
  • the maximum value selection function 34 compares the output signal of the minimum value selection function 31 with the output signal of the maximum value selection function 33, selects the maximum value, and outputs it as an output signal of the output runaway prevention circuit 16.
  • FIG. 9 is a configuration diagram of an example in which the output of the load limiting device 21 is increased from the fully open or middle open of the inlet valve of the load limiting device 21 shown in FIG. 7.
  • the no-load opening degree and start-up opening degree setting function 40 inputs a static drop difference, and outputs a no-load opening degree signal corresponding to the static drop difference and a start-up opening degree signal obtained by adding a constant value to the no-load opening degree.
  • the load upper limit opening setting function 43 is a load upper limit opening setting function.
  • the load upper limit opening setting function 43 inputs a static drop difference and outputs a load upper limit opening degree signal corresponding to the static drop difference.
  • the 44 is a signal switch.
  • the signal switch 44 starts when the output signal of the start opening opening setting function 40 and the output signal of the load upper limit opening setting function 43 are input and the parallel signal output from the breaker 3 shown in FIG. 7 is OFF.
  • the output signal of the opening degree setting function 40 is selectively output, and when the parallel signal output from the breaker 3 is ON, the output signal of the load upper limit opening degree setting function 43 is selectively output.
  • the start command ON / OFF signal of the power generation device or the pumped storage power generation device and the ON / OFF signal of the inlet valve fully open or the middle open are input, and the logical product is output.
  • 41 is a signal switch.
  • the signal switch 41 inputs and outputs a constant 0.0 and a constant 1.0, selects and outputs a constant 0.0 when the output signal of the logical product 35 is OFF, and selects and outputs a constant 1.0 when the output signal of the logical product 35 is ON.
  • Reference numeral 36 is a subtractor.
  • the subtractor 36 subtracts the output value of the feedback signal generation function 39, which will be described later, from the output value of the signal switch 41 and outputs the subtractor 36.
  • the integrator 37 is an integrator.
  • the integrator 37 inputs the output signal of the subtractor 36, multiplies the reciprocal of the change time T (1 / T) between 0% and 100% of the output signal of the load limiting device 21 as a gain, and integrates the result. It is output as an output signal of the load limiting device 21.
  • the subtractor 38 is a subtractor.
  • the subtractor 38 subtracts the output value of the signal switch 44 from the output value of the integrator 37 and outputs the subtractor.
  • Reference numeral 39 is a feedback signal generation function.
  • the feedback signal generation function 39 inputs the output signal of the subtractor 38, outputs 0.0 when the input signal is less than 0.0, outputs the value obtained by adding 1.0 to the input signal when the input signal is 0.0 or more, and outputs the value to the subtractor 36. input.
  • FIG. 10 is an example of a load cutoff actual measurement chart in a conventional pumped storage power generation device.
  • the vertical axis shows the GV (Guide Vane) servo stroke ratio and rotation speed
  • the horizontal axis shows the elapsed time from the time when the load was cut off.
  • the control gains of the proportional control function 13, the integral control function 15 and the inexact differential control function 18 in the rotation speed control device 12 at the time of loading are set to be lower, and in particular, the integral control function 15 is set. Due to the effect of the lower control gain, the amount of decrease in the guide blade opening command value held in the integral control element is small even when the rotation speed increases after the load is cut off.
  • the guide blade by the proportional control element includes the influence that the control gain is small.
  • the opening closing command decreases, the guide blade opening command value from the rotation speed control device 12 exceeds the GV servo stroke ratio (Y / Y i ) with respect to the initial value Y i .
  • the GV servo stroke ratio increases again and the rotation speed (N / No ) also increases again.
  • FIG. 11 is an example of load cutoff analysis in a conventional pumped storage power generation device.
  • FIG. 11 shows the results of simulation and analysis of an example of a load cutoff actual measurement chart in the conventional pumped storage power generation device shown in FIG.
  • the vertical axis shows the GV servo stroke ratio, the output signal value of the rotation speed control device, and the rotation speed.
  • the horizontal axis shows the elapsed time from the time when the load was cut off.
  • the rotation speed (N / No ) reaches about 110% or less after the elapsed time from the time when the load is cut off reaches about 110% or less, the guide blade opening is closed by the proportional control element including the influence of the small control gain.
  • the output signal from the rotation speed control device 12 exceeds the GV servo stroke ratio (Y / Y i ) at the elapsed time of 10 seconds from the time when the load is cut off.
  • the phenomenon that the GV servo stroke ratio increases again and the rotation speed (N / No ) increases again is almost simulated as in the load cutoff actual measurement chart example in the conventional pumped storage power generation device shown in FIG. There is.
  • the control gain of the integral control function 15 in the rotation speed control device 12 is set to be large, and the maximum after the load cutoff occurs.
  • the rotation speed (N / No ) after reaching the rotation speed reaches around 110% or less
  • the guide blade opening command value held by the integral control function 15 does not greatly exceed the guide blade opening at that time. Therefore, it is necessary to prevent the phenomenon that the opening degree of the guide blade is increased again.
  • the control gain of the integral control function 15 in the rotation speed control device 12 to a large value, the response of the rotation speed control device 12 corresponding to the load change becomes faster than originally planned and the water pressure fluctuation attenuation becomes slower. And the problem is that the load fluctuation becomes excessive.
  • FIG. 12 shows the inlet valve fully opened in the conventional pumped storage power generation device to which the configuration examples shown in FIGS. 7 to 9 are applied in the same example as the load cutoff actual measurement chart example in the conventional pumped storage power generation device shown in FIG.
  • the vertical axis shows the GV servo stroke ratio, inlet valve opening, rotation speed, rotation speed change rate, and effective head change rate.
  • the horizontal axis shows the elapsed time from the start of opening the bypass valve.
  • FIG. 12 it is set that it takes 5 seconds from the bypass valve fully closed to the fully open of the inlet valve and then 5 seconds to open the downstream seal of the inlet valve, and 50 seconds from the fully closed to the fully opened inlet valve body.
  • the total operating time until the inlet valve is fully opened is set to 60 seconds.
  • the output increase of the load limiting device 21 when the inlet valve is fully opened is started 60 seconds after the bypass valve is opened because the inlet valve is fully opened, and is between 0% and 100% of the output signal of the load limiting device 21.
  • the change time of is 60 seconds.
  • the effective head change rate (He- Hei ) / Hei from the initial effective head Hei decreased by about 6% while the guide blade opening was opened from the fully closed position to the start opening, and the rotation speed reached the rated rotation speed No. After 110 seconds from the start of the bypass valve opening, the effective head change rate shows a change from + 2.6% to -2.0%.
  • the rotation speed change rate (NN o ) / No fluctuates between -0.19 % and 0.19% after reaching a maximum of about 0.8%, and the rotation speed fluctuates. It is expected that the parallelism in the automatic synchronization device will be delayed because of the large size.
  • FIG. 13 is an example of power generation start analysis in the same example as in FIG. 12 when the inlet valve is opened in the middle of the conventional pumped storage power generation device.
  • the bypass valve of the inlet valve, the downstream seal of the inlet valve, and the total operating time of the inlet valve body in FIG. 13 are set to be the same as those in FIG.
  • the output increase start of the load limiting device 21 when the inlet valve is opened is set to about 33% of the inlet valve opening, 27 seconds after the start of the bypass valve opening, and 0% to 100 of the output signal of the load limiting device 21.
  • the change time between% is 60 seconds.
  • the effective head change rate (He-Hei) / Hei from the initial effective head Hei while the guide blade opening is opened from the fully closed to the start opening is greatly reduced by about 7.5% due to the influence of the inlet valve opening operation and parallel operation.
  • the effective head change rate changed from + 2.5% to -2.0 %, and the guide blade was opened and closed by the rotation speed control device 12.
  • the rotation speed change rate (NN o ) / No is the same as or larger than the power generation start analysis example at the inlet valve fully open start shown in Fig. 12, after reaching a maximum of 0.8% -0.19% to 0.18%. It is assumed that it is not possible to accelerate the parallelism in the automatic synchronization device because the rotation speed fluctuation is large.
  • the output increase of the conventional load limiting device 21 is started from the full opening of the inlet valve as a shortening of the power generation start time of the power generation device or the pumped storage power generation device.
  • the method of opening the inlet valve in the middle is applied.
  • the output of the load limiting device 21 starts to increase after the inlet valve opening opening.
  • the rotation speed change rate (NN o ) / No fluctuates with the same or larger value as in the power generation start analysis example when the inlet valve is fully opened. It was judged that it was not possible to accelerate the parallelism in the automatic synchronization device, and the start-up time was shortened by about the time when the output increase of the load limiting device 21 was accelerated from the full opening of the inlet valve to the middle opening of the inlet valve. ..
  • a power generation device or a pumped storage power generation device connected to a long water channel or a power generation device or a pumped storage power generation device that performs a progressive pressurization operation corresponding to a blackout of a power system
  • the rotation speed up to that point continues to exceed the rated rotation speed.
  • the guide blade opening command value held in the integrated control element of the speed control device is over-tightened so that it is fully closed with respect to the no-load opening, and the guide blade opening is opened with no load.
  • the oscillating phenomenon with a large amplitude continues in the vicinity of the degree and the rotation speed in the vicinity of the rated rotation speed.
  • the deflector is controlled to open and close by the rotation speed control device having the proportional control element, the integral control element and the differential control element by the rotation speed deviation. Since this rotation speed control device holds the deflector opening command value in the integral control element, when the load is cut off, the rotation speed shows the maximum value and then decelerates and approaches the rated rotation speed.
  • the deflector closing command from the proportional control element becomes smaller and approaches zero, an event occurs in which the deflector opening command value from the rotation speed control circuit by the deflector opening command value held in the integral control element exceeds the deflector opening. However, the phenomenon that the deflector opening degree increases again will occur.
  • the present invention is (1) directly connected to a generator or a rotor of a generator motor synchronously connected to a commercial power system, which is driven in power generation operation and in pumping operation.
  • a power generation device or pumping power generation device equipped with a motor driven by In the control method of the power generation device and the pumping power generation device that control the speed by giving the guide blade opening command calculated by the rotation speed control device equipped with the differential control element to the prime mover, the integral control function provided in the integral control element.
  • the difference between the rotation speed corresponding to the commercial power system frequency and the rotor rotation speed with respect to the first upper limit value limiting function defined corresponding to the output signal of the load limiting device provided in the output runaway prevention circuit of 1 When the rotor rotation speed exceeds the rotation speed corresponding to the commercial power system frequency by multiplying by the second upper limit limit function determined corresponding to the rotation speed deviation that changes within a range up to a certain value below.
  • the output of the guide blade opening command due to the output accumulated in the integral control function is limited, and the difference between the integral control function and the runaway prevention circuit output value is fed back to the input of the integral control function and subtracted from the rotation speed deviation.
  • the accumulated amount in the integral control function is forcibly reduced.
  • the no-load opening set for the static head during power generation operation is less than 1 and up to a constant value.
  • No-load operation with the breaker disconnected at startup or when load cutoff occurs by setting the value obtained by multiplying the limit value defined in the range as the lower limit of the output of the accumulated amount in the integral control function.
  • the overclosing of the guide blade opening is restricted, and the difference between the integral control function and the output lower limit of the runaway prevention circuit is fed back to the input of the integral control function, subtracted from the rotation speed deviation, and accumulated in the integral control function. Is forcibly increased.
  • the present invention starts decelerating after the rotation speed reaches the maximum value and approaches the rated rotation speed, and the guide blade opening closing command from the proportional control element becomes smaller.
  • the guide blade opening closing command from the proportional control element becomes smaller.
  • FIG. 1 is a block diagram of a power generation device or a pumped storage power generation device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of an output runaway prevention circuit of an integral control function of the rotation speed control device of the power generation device or the pumped storage power generation device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of an example in which the output of the load limiting device is increased from the fully open or the middle opening of the inlet valve of the load limiting device of the power generation device or the pumped storage power generation device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of load cutoff analysis in the pumped storage power generation device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of power generation start analysis at the inlet valve middle open start in the pumped storage power generation device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of power generation start analysis in the case where the load limit opening signal increase speed at the time of start is slowed down at the start of the inlet valve in the pumped storage power generation device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a block diagram of a conventional power generation device or a pumped storage power generation device.
  • FIG. 8 is a block diagram of an output runaway prevention circuit of an integral control function of a rotation speed control device of a conventional power generation device or a pumped storage power generation device.
  • FIG. 9 is a configuration diagram of an example in which the output of the load limiting device is increased from the fully open or the middle opening of the inlet valve of the load limiting device of the conventional power generation device or the pumped storage power generation device.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a load cutoff actual measurement chart in a conventional pumped storage power generation device.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of load cutoff analysis in a conventional pumped storage power generation device.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of power generation start analysis in a conventional pumped storage power generation device when the inlet valve is fully opened.
  • FIG. 13 is a diagram showing another power generation start analysis embodiment in the inlet valve middle open start in the conventional pumped storage power generation device.
  • FIG. 1 is a block diagram of a power generation device or a pumped storage power generation device according to an embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals as those in FIG. 7 used to explain the conventional example indicate the same portion or the corresponding portion.
  • FIG. 1 The configuration shown in FIG. 1 is almost the same as the configuration of the conventional power generation device or pumped storage power generation device shown in FIG. 7, and the following two places have been changed.
  • the first change is that the output runaway prevention circuit 16 of the integral control function of the conventional rotation speed control device in the integral control element provided in the rotation speed control device 12 is changed to the output runaway prevention circuit 45. ..
  • the details of the output runaway prevention circuit 45 constituting the rotation speed control device 12 of the power generation device or the pumped storage power generation device according to this embodiment will be described separately with reference to FIG.
  • the second change is that the load limiting device 21 is changed to the load limiting device 52.
  • the details of the load limiting device 52 of the power generation device or the pumped storage power generation device according to this embodiment will be described separately with reference to FIG.
  • FIG. 2 is a block diagram of an output runaway prevention circuit 45 of an integral control function of the rotation speed control device of the power generation device or the pumped storage power generation device according to the embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals as the output runaway prevention circuit 16 of the integral control function of the rotation speed control device of the conventional power generation device or the pumped storage power generation device shown in FIG. 8 indicate the same part or the corresponding part.
  • the upper limit value limiting function 30 of the output runaway prevention circuit 45 is input to the output signal of the load limiting device 52 described later, and outputs a value obtained by adding 0.01 pu to the output signal value of the load limiting device 52 and setting the maximum value to 1.0 pu. do.
  • Reference numeral 46 is an upper limit value limiting function for the upper limit value limiting function 30 which is the first upper limit value limiting function of the output runaway prevention circuit 45, and is a second upper limit value limiting function of the output runaway prevention circuit 45.
  • the upper limit value limiting function 46 which is the second upper limit value limiting function of the output runaway prevention circuit 45, receives the input signal of the rotation speed control device 12, and is 0.8 when the input signal of the rotation speed control device 12 is -0.025pu or less.
  • the value is output, the input signal of the rotation speed control device 12 outputs a value that linearly changes from 0.8 to 1.0 in the range of -0.025pu to -0.1pu, and the input signal of the rotation speed control device 12 is -0.1pu. In the above range, a value of 1.0 is output.
  • the multiplier 47 is a multiplier.
  • the multiplier 47 inputs the output signal of the upper limit value limiting function 30 and the output signal of the upper limit value limiting function 46 described above, and outputs the result of multiplying these.
  • the minimum value selection function 48 compares the output signal of the multiplier 47 with the output signal of the integral control function 15 and selects and outputs the minimum value.
  • Reference numeral 49 is a gain multiplier. The gain multiplier 49 multiplies the no-load opening signal corresponding to the static difference, which is output from the load limiting device 52 shown in FIG. 3 described later, by a constant value of less than 1.0, and the lower limit value of the output runaway prevention circuit 45.
  • Is output as. 50 is a maximum value selection function.
  • the maximum value selection function 50 compares the output signal of the integral control function 15 with the output signal of the gain multiplier 49, selects and outputs the maximum value.
  • Reference numeral 51 is a maximum value selection function. The maximum value selection function 51 compares the output signal of the minimum value selection function 48 with the output signal of the maximum value selection function 50, selects the maximum value, and outputs it as an output signal of the output runaway prevention circuit 45.
  • the load limiting device 52 shown in FIG. 1 will be described.
  • an example of increasing the output of the load limiting device from the fully open or middle open of the inlet valve of the load limiting device 52 will be described with reference to the configuration diagram shown in FIG.
  • the same reference numerals as those shown in FIG. 9 indicate the same portion or the corresponding portion.
  • the no-load opening degree and start-up opening degree setting function 40 inputs a static drop difference, and outputs a no-load opening degree signal corresponding to the static drop difference and a start-up opening degree signal obtained by adding a constant value to the no-load opening degree.
  • Reference numeral 43 is a load upper limit opening degree setting function.
  • the load upper limit opening setting function 43 inputs a static drop difference and outputs a load upper limit opening degree signal corresponding to the static drop difference.
  • Reference numeral 44 is a signal switch.
  • the output signal of the start opening degree setting function 40 and the output signal of the load upper limit opening degree setting function 43 are input to the signal switcher 44.
  • the signal switch 44 selectively outputs the output signal of the start opening opening setting function 40 when the parallel signal output by the circuit breaker 3 shown in FIG. 1 is OFF, and the load upper limit opening setting function 43 when the parallel signal is ON. Select and output the output signal.
  • the ON / OFF signal of the start command of the power generation device or the pumped storage power generation device and the ON / OFF signal of the inlet valve fully open or the middle open are input, and the logical product is output.
  • 41 is a signal switch. The signal switch 41 inputs and outputs a constant 0.0 and a constant 1.0, selects and outputs a constant 0.0 when the output signal of the logical product 35 is OFF, and selects and outputs a constant 1.0 when the output signal of the logical product 35 is ON.
  • Reference numeral 36 is a subtractor.
  • the subtractor 36 subtracts the output value of the feedback signal generation function 39, which will be described later, from the output value of the signal switch 41 and outputs the subtractor 36.
  • Reference numeral 53 is a signal switch.
  • the signal switch 53 inputs the start-up time constant Ts and the steady-state operation time constant T as the time constants of the integrator 55 described later, and selects and outputs the start-up time constant Ts when the parallel breaker parallel signal is OFF. Then, when the parallel breaker parallel signal is ON, the time constant T during steady operation is selected and output.
  • the divider 54 is a divider.
  • the divider 54 inputs the output signal of the subtractor 36 and the output signal of the signal switch 53, divides the output signal of the subtractor 36 by the output signal of the signal switch 53, and outputs the division.
  • Reference numeral 55 is an integrator. The integrator 55 is input with the output signal of the divider 54, and outputs the integrated value of the input values as the output signal of the load limiting device 52.
  • the subtractor 38 is a subtractor.
  • the subtractor 38 subtracts the output value of the signal switch 44 from the output value of the integrator 55 and outputs the subtractor.
  • Reference numeral 39 is a feedback signal generation function.
  • the feedback signal generation function 39 inputs the output signal of the subtractor 38, outputs 0.0 when the input signal is less than 0.0, outputs the value obtained by adding 1.0 to the input signal when the input signal is 0.0 or more, and outputs the value to the subtractor 36. input.
  • FIG. 4 is an example of load cutoff analysis in the pumped storage power generation device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is an analysis obtained by applying the embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 to 3 to the load cutoff analysis example in the conventional pumped storage power generation device shown in FIG.
  • the output signal of the rotation speed control device 12 is reduced to about 20% when the elapsed time from the occurrence of the load cutoff is about 10 seconds, and the guidance from the proportional control element accompanying the subsequent decrease in the rotation speed is achieved.
  • the output signal of the rotation speed control device 12 slightly exceeds the GV servostroke ratio due to the decrease in the blade opening closing command, the phenomenon that the guide blade opening increases again is prevented.
  • the gain multiplier which is the lower limit value of the output runaway prevention circuit 45 shown in FIG.
  • the output of 49 limits the over-closing of the guide blade opening, and prevents the occurrence of a swing phenomenon with a large amplitude when the guide blade opening is near the no-load opening and the rotation speed is near the rated rotation speed. , The rotation speed is smoothly converged to the rated rotation speed.
  • FIG. 5 is an example of power generation start analysis at the inlet valve middle open start in the pumped storage power generation device according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an analysis by applying the examples of the present invention shown in FIGS. 1 to 3 to the power generation start analysis example in the inlet valve middle open start in the conventional pumped storage power generation device shown in FIG. It is a thing.
  • the start-up time constant Ts shown in FIG. 3 applies the same value as the steady-state operation time constant T.
  • the output increase start of the load limiting device 52 when the inlet valve is opened is set to about 33% of the inlet valve opening, 27 seconds after the start of the bypass valve opening, and the output signal of the load limiting device 52 is 0.
  • the change time between% and 100% is 60 seconds.
  • the effective head change rate (He-Hei) / Hei from the initial effective head Hei while the guide blade opening is opened from the fully closed to the start opening is greatly reduced by about 7.5% due to the influence of the inlet valve opening operation and parallel operation.
  • the effective head change rate changed from + 2.5% to -2.0 %, and the upper limit of the output runaway prevention circuit 45 was limited.
  • the rotation speed change rate (NN o ) / No is about 0.5% from the maximum value of 0.8% compared to the power generation start analysis example at the inlet valve middle open start in the conventional pumped storage power generation device shown in FIG. Although it has been reduced, the fluctuation range after that is almost the same as the fluctuation between -0.19% and 0.18% and the fluctuation between -0.19% and 0.18%, and there is no change.
  • the output of the load limiting device 52 is used to shorten the power generation start time of the power generation device or the pumped storage power generation device. Even if the method of starting the increase from the full opening of the inlet valve to the opening of the inlet valve is applied, the opening of the inlet valve that starts the output increase of the load limiting device 52 is the same as the start of the turbine from the opening of the inlet valve shown in FIG. After that, the inlet valve opening and the guide blade opening operate in parallel.
  • the rotation speed change rate (NN o ) / No is the inlet of the conventional pumped storage power generation device as described above. It is judged that it is not possible to accelerate the parallelization with the automatic synchronization device because the fluctuation is the same as that of the example of the power generation start analysis at the valve opening start, and the load limiting device is changed from the inlet valve fully open to the inlet valve middle open.
  • the start-up time is shortened by about the time when the output increase of 52 is started earlier.
  • FIG. 6 is an example of power generation start analysis in the case where the load limit opening signal increase speed at the time of start-up in the pumped storage power generation device according to the embodiment of the present invention is slowed down.
  • the embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 to 3 is applied, and the start-time time constant Ts is 200 while the steady-state operation time constant T is 60 seconds as the load limiting opening signal increase speed. It was analyzed as seconds.
  • the effective head change rate (He-Hei) / Hei from the initial effective head Hei while the guide blade opening is opened from the fully closed to the starting opening is at the time of starting the load limiting opening signal increasing speed. Due to the effect of setting the constant Ts to 200 seconds, the decrease from about 7.5% when the time constant T during steady operation is the same as 60 seconds is reduced to about 2.3%. In addition, after 100 seconds have passed since the bypass valve opened when the rotation speed reached the rated rotation speed No, it was the same as the constant operation time constant T of 60 seconds. In the case of Fig. 5, the effective head change rate is from + 2.5 %. What showed a change of -2.0% has been mitigated from + 1.4% to a change of -1.5%.
  • the rotation speed change rate (NN o ) / No is shown in FIG. 5 when the load limiting opening signal increase speed is the same as the steady operation time constant T of 60 seconds when the inlet valve is opened.
  • the maximum value is about 0.5% and there is almost no change.
  • the fluctuation range after that is 125 seconds from the start of bypass valve opening from the fluctuation between -0.19% and 0.18% when the load limit opening signal increase speed is the same as the steady operation time constant T of 60 seconds. Since then, the fluctuation has been halved to between -0.10% and 0.08%.
  • the output of the load limiting device 52 is used to shorten the power generation start time of the power generation device or the pumping power generation device.
  • the normal operation time constant T is 60 seconds
  • the start-up time constant Ts is 200 seconds as the load limiting opening signal increase speed.
  • the rotation speed change rate (NN o ) / No is the start time constant Ts while the steady operation time constant T is 60 seconds as the load limit opening signal increase speed when the inlet valve is opened.
  • the steady operation time constant T is 60 seconds as the load limit opening signal increase speed when the inlet valve is opened.
  • the rotation speed control device 12 controls the opening and closing of the deflector.
  • the rotation speed control device 12 holds a deflector opening command value in the integral control element. That is, in the case of a power generation device driven by a Pelton turbine, the integral control element of the rotation speed control device 12 holds a deflector opening command value instead of the guide blade opening command value described above.
  • the control of the power generation device driven by the Pelton turbine is based on the guide blade opening command value of the above-described embodiment as the deflector opening command value.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

発電機又は発電電動機のロータに直結された原動機を備え、比例制御要素、積分制御要素及び微分制御要素を備えた回転速度制御装置により算出された案内羽根開度指令を原動機に与えて速度制御を行う発電装置及び揚水発電装置の制御方法において、積分制御要素に設けられた積分制御関数の出力暴走防止回路が備える、負荷制限装置の出力信号に対応して定められた第１の上限値制限関数に、商用電力系統周波数に対応した回転速度とロータ回転速度との差により１以下で一定値までの範囲で変化する回転速度偏差に対応して定められた第２の上限値制限関数を乗じ、ロータ回転速度が回転速度を上廻った場合に積分制御関数内蓄積分の出力による案内羽根開度指令の出力を制限するようにする。また、積分制御関数と暴走防止回路出力値との差を積分制御関数の入力にフィードバックし、回転速度偏差から差引し積分制御関数内蓄積分を強制的に減少させる。

Description

発電装置及び揚水発電装置の制御方法
　本発明は、発電装置及び揚水発電装置の制御方法に関するものである。特に、比例制御要素、積分制御要素及び微分制御要素を備え、かつ積分制御要素が負荷出力に対応した案内羽根開度指令値を内部に保持する回転速度制御装置が、発電運転において商用電力系統の周波数に対応した回転速度とロータ回転速度との差に基づき案内羽根開度指令を算出し、発電装置にあっては水車に案内羽根開度指令を与え、揚水発電装置にあってはポンプ水車側に案内羽根開度指令を与えて速度制御を行う発電装置及び揚水発電装置の制御方法に関する。
　発電装置及び揚水発電装置の発電運転については、商用電力系統の周波数に対応した回転速度とロータ回転速度との差を定格回転速度で除した値を回転速度制御装置に入力し、回転速度制御装置に設けられた比例制御要素、積分制御要素及び微分制御要素の各制御要素の出力の和により、案内羽根開度を制御し回転速度及び負荷出力を制御している。尚、負荷出力に対応した案内羽根開度指令値は、積分制御要素内に保持される。負荷遮断時においては、遮断器が解列され発電機出力が無くなる為ロータ回転速度が急上昇し、回転速度制御装置への入力が負となり案内羽根開度を急速に閉鎖するように指令値が出力され、案内羽根操作機構に設定された案内羽根閉鎖レートで案内羽根開度が減少することとなる。積分制御要素内に保持された案内羽根開度指令値も徐々に削減されることになる。
　しかしながら、長水路に接続された発電装置及び揚水発電装置においては水路の水圧変動の過大化を防ぐ為に回転速度制御装置内に設けられた各制御要素のゲインを小さめの設定とすることが必要である。また、電力系統のブラックアウト対応での逓昇加圧運転を行なう発電装置及び揚水発電装置においてはブラックアウト後の系統への電力供給変化を緩やかでかつ滑らかなものとする為に回転速度制御装置内に設けられた各制御要素のゲインを小さめの設定とすることが必要である。負荷遮断発生時の遮断器が解列された状態においては特に積分制御要素のゲイン設定が小さくなること、つまり積分制御要素の設定時定数が長くなることにより、積分制御要素内に保持された案内羽根開度指令値の回転速度上昇による減少が遅くなる為、案内羽根開度が小さくなり回転速度が最大値を示した後減速し始めて定格回転速度付近に近づいて比例制御要素からの案内羽根開度の閉指令が小さくなってゼロに近づくと、積分制御要素内に保持された案内羽根開度指令値による回転速度制御装置からの案内羽根開度指令値が案内羽根開度を上廻る事象が発生し、案内羽根開度の過大な再増大現象が発生することとなる。
　この為、長水路に接続された発電装置及び揚水発電装置、及び、電力系統のブラックアウト対応の為の逓昇加圧運転を行なう発電装置及び揚水発電装置の回転速度制御装置内各制御要素の制御ゲインの小さめの設定が不可となり、特に積分制御要素のゲイン設定を負荷遮断発生時の案内羽根閉鎖途上において案内羽根開度が再増大する現象の発生を防止可能なレベルまで増大させることが必要となる。
　この負荷遮断発生時の遮断器が解列された状態において、案内羽根開度が小さくなり回転速度が最大値を示した後減速し始めて定格回転速度付近に近づいて案内羽根開度の再増大する現象が発生することを防止可能な方法については、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１に記載の可変速揚水発電装置においては、外部から与えられる発電出力指令と水位検出信号を水車特性関数発生器に入力して最適回転速度指令と最適案内羽根開度を出力し、最適案内羽根開度指令値を回転速度制御装置の出力に加算する。しかし、発電出力指令に対応した案内羽根開度指令値を回転速度制御装置内に保持しないので上記の現象が発生することはない。すなわち、特許文献１に記載の可変速揚水発電装置は、本発明が想定する課題を解決するものではない。
　図７に、従来の定速ベースの発電装置又は揚水発電装置の発電運転に関する構成例を示す。１は発電機又は発電電動機で、そのロータに直結された原動機２によって商用電力系統の周波数に対応した回転速度に回転駆動され、遮断器３を介して交流電力が商用電力系統に出力される。原動機２としては、発電装置が制御対象装置の場合は水車が該当し、揚水発電装置が制御対象装置の場合はポンプ水車が該当する。
　４はロータの回転速度検出器で、回転速度検出器出力信号５として0.0Noから1.15Noの範囲の信号を出力する。６は商用電力系統の周波数に対応した回転速度信号（65F出力信号、目標回転速度信号）である。７は減算器で、商用電力系統の周波数に対応した回転速度信号６から回転速度検出器出力信号５を減算し出力する。
　８はゲイン乗算器で、減算器７の出力信号に定格回転速度Noの逆数1/Noを乗算し出力する。１０は減算器で、ゲイン乗算器８の出力信号から後述のゲイン乗算器２９の出力信号を減算し出力する。１２は回転速度制御装置で、後述の比例制御要素、積分制御要素及び微分制御要素により構成されている。回転速度制御装置１２には、減算器１０の出力信号が入力される。１３は比例制御関数で、回転速度制御装置１２の比例制御要素である。比例制御関数１３は、減算器１０の出力信号が入力され、ゲインKPNを乗算して出力する。
　回転速度制御装置１２の積分制御要素は、減算器１４から減算器１７までで構成される。減算器１４は、減算器１０の出力信号から後述の減算器１７の出力信号を減算し出力する。１５は積分制御関数で、減算器１４の出力信号が入力され、ゲインKINを乗算し積分した結果を出力する。１６は従来の回転速度制御装置の積分制御関数の出力暴走防止回路である。出力暴走防止回路１６は、積分制御関数１５の出力信号が入力され、後述の図８で示す処理結果を出力する。１７は減算器で、積分制御関数１５の出力信号から出力暴走防止回路１６の出力信号を減算し出力し、減算器１４に入力する。
　積分制御関数１５内には、発電装置又は揚水発電装置の発電運転において、その発電出力に相当する案内羽根開度指令が保持され、回転速度又は出力指令の過渡的変化時においては減算器１０の出力信号が積分され保持値が順次更新されることとなる。
　回転速度制御装置１２の微分制御要素は、不完全微分制御関数１８で構成される。不完全微分制御関数１８は、減算器１０の出力信号が入力されゲインKDNを乗算し、時定数0.1秒で不完全微分した結果を出力する。
　１９は加算器で、前記比例制御要素、積分制御要素及び微分制御要素の各出力信号を加算し、回転速度制御装置１２の出力信号として出力する。
　２０は最小値選択関数で、回転速度制御装置１２の出力信号と後述の図９に詳細を示す負荷制限装置２１の出力信号とを比較し最小値を選択して出力する。２２は減算器で、最小値選択関数２０の出力信号から後述の積分器２５の出力信号を減算し出力する。２３は増幅器で、減算器２２の出力信号を増幅し出力する。２４はアクチュエータで、増幅器２３の出力信号と後述の積分器２５の出力信号との差分により、案内羽根開度操作差分信号を出力する。
　２５は積分器で、アクチュエータ２４が出力する案内羽根開度操作差分信号が入力されこれを積分し、p.u.ベースの案内羽根開度信号を出力する。２６は案内羽根操作機構で、積分器２５が出力する案内羽根開度信号が入力され、水車又はポンプ水車である原動機２に設けられた案内羽根を操作し開度調整を行なうことで、電動機又は発電電動機１の出力２７を調整する。
　２８は減算器で、積分器２５が出力する案内羽根開度信号から電動機又は発電電動機１の出力２７を調整する出力指令65Pを減算し出力する。２９はゲイン乗算器で、減算器２８の出力信号に速度垂下率σをゲインとして乗算した値を減算器１０に出力する。
　図８は、図７に示す出力暴走防止回路１６、すなわち、図７に記載の従来の回転速度制御装置１２中の積分制御関数１５の出力暴走防止回路１６の構成図である。
　３０は、出力暴走防止回路１６の上限値制限関数である。上限値制限関数３０は、後述の負荷制限装置２１の出力信号が入力され、負荷制限装置２１の出力値に0.01p.u.を加え最大値を1.0p.u.とした値を出力する。３１は最小値選択関数である。最小値選択関数３１は、出力暴走防止回路１６の上限値制限関数３０の出力信号と積分制御関数１５の出力信号とを比較し最小値を選択して出力する。
　３２は、出力暴走防止回路１６の下限値制限関数である。下限値制限関数３２は、後述の負荷制限装置２１の出力信号が入力され、一定値-0.01p.u.を出力する。３３は最大値選択関数である。最大値選択関数３３は、出力暴走防止回路１６の下限値制限関数３２の出力信号と積分制御関数１５の出力信号とを比較し最大値を選択して出力する。
　３４は、最大値選択関数である。最大値選択関数３４は、最小値選択関数３１の出力信号と最大値選択関数３３の出力信号とを比較し最大値を選択して、出力暴走防止回路１６の出力信号として出力する。
　図９は、図７に示す負荷制限装置２１の入口弁全開又は中開から負荷制限装置２１の出力を増大させる例での構成図である。
　４０は、無負荷開度及び起動開度設定関数である。無負荷開度及び起動開度設定関数４０は、静落差が入力され、静落差に応じた無負荷開度信号と無負荷開度に一定値を加えた起動開度信号とを出力する。
　４３は、負荷上限開度設定関数である。負荷上限開度設定関数４３は、静落差が入力され、静落差に応じた負荷上限開度信号を出力する。
　４４は、信号切換器である。信号切換器４４は、起動開度設定関数４０の出力信号と、負荷上限開度設定関数４３の出力信号とが入力され、図７に示す遮断器３から出力される並列信号がOFFのとき起動開度設定関数４０の出力信号を選択出力し、遮断器３から出力される並列信号がONのとき負荷上限開度設定関数４３の出力信号を選択出力する。
　３５は、論理積である。論理積３５は、発電装置又は揚水発電装置の起動指令ON、OFF信号と入口弁全開又は中開のON、OFF信号とが入力され、論理積して出力する。４１は、信号切換器である。信号切換器４１は、定数0.0と定数1.0とが入力され、論理積３５の出力信号がOFFのとき定数0.0を選択出力し、論理積３５の出力信号がONのとき定数1.0を選択出力する。３６は、減算器である。減算器３６は、信号切換器４１の出力値から後述のフィードバック信号発生関数３９の出力値を減算し出力する。
　３７は積分器である。積分器３７は、減算器３６の出力信号が入力され、負荷制限装置２１の出力信号の0%から100%間の変化時間Tの逆数（1/T）をゲインとして乗算して積分した結果を負荷制限装置２１の出力信号として出力する。
　３８は、減算器である。減算器３８は、積分器３７の出力値から信号切換器４４の出力値を減算し出力する。３９は、フィードバック信号発生関数である。フィードバック信号発生関数３９は、減算器３８の出力信号が入力され、入力信号が0.0未満では0.0を出力し、入力信号が0.0以上では入力信号に1.0を加えた値を出力し、減算器３６へ入力する。
　図１０は、従来の揚水発電装置での負荷遮断実測チャート例である。縦軸はGV(Guide　Vane)サーボストローク比率および回転速度を示し、横軸は負荷遮断発生時からの経過時間を示す。本負荷遮断実測チャート例では、回転速度制御装置１２内の比例制御関数１３、積分制御関数１５及び不完全微分制御関数１８の負荷時の各制御ゲインが低めの設定であり、特に積分制御関数１５の制御ゲインが低めであった影響により、負荷遮断後の回転速度上昇によっても積分制御要素内に保持された案内羽根開度指令値の減少量が少ない。この為、図１０中の負荷遮断発生時からの経過時間が約１１秒以降の回転速度(N/No)が110%付近以下到達により、制御ゲインが小さい影響も含め比例制御要素による案内羽根開度閉指令の減少に伴い、回転速度制御装置１２からの案内羽根開度指令値が初期値Yiに対するGVサーボストローク比率(Y/Yi)を上廻る。この結果、GVサーボストローク比率が再度大きくなり回転速度(N/No)も再度大きくなる現象となっている。
　図１１は、従来の揚水発電装置での負荷遮断解析例である。図１１は図１０に示した従来の揚水発電装置での負荷遮断実測チャート例を模擬し解析した結果を示すものである。縦軸はGVサーボストローク比率、回転速度制御装置の出力信号値および回転速度を示す。横軸は負荷遮断発生時からの経過時間を示す。図１１では、負荷遮断発生時からの経過時間が約１０秒以降の回転速度(N/No)が110%付近以下到達により、制御ゲインが小さい影響も含め比例制御要素による案内羽根開度閉指令の減少に伴い、回転速度制御装置１２からの出力信号が負荷遮断発生時からの経過時間１０秒時点のGVサーボストローク比率(Y/Yi)を上廻る。この結果、図１０に示された従来の揚水発電装置での負荷遮断実測チャート例と同様にGVサーボストローク比率が再度大きくなり回転速度(N/No)も再度大きくなる現象がほぼ模擬されている。
　この様に構成された発電装置又は揚水発電装置に適用された回転速度制御装置１２においては、回転速度制御装置１２内の特に積分制御関数１５の制御ゲインを大きめに設定し負荷遮断発生後の最高回転速度到達後の回転速度(N/No)が110%付近以下到達時での積分制御関数１５に保持された案内羽根開度指令値がその時点での案内羽根開度を大きく上回らない様にし、案内羽根開度が再度大きくなる現象を防止することが必要となる。しかしながら、回転速度制御装置１２内の特に積分制御関数１５の制御ゲインを大きめに設定することで、負荷変化時に対応した回転速度制御装置１２の応答が当初予定より早くなり水圧変動減衰が遅くなること及び負荷変動が過大となることが問題である。
　図１２は、図１１に示した従来の揚水発電装置での負荷遮断実測チャート例と同一例での上記図７から図９に示した構成例を適用した従来の揚水発電装置での入口弁全開起動での発電起動解析実施例である。縦軸はGVサーボストローク比率、入口弁開度、回転速度、回転速度変化率及び有効落差変化率を示す。横軸はバイパス弁開開始からの経過時間を示す。
　図１２では、入口弁のバイパス弁全閉から全開までを5秒その後入口弁の下流シール開に5秒を要するものとし、入口弁弁体の全閉から全開までに50秒要するものと設定し、入口弁関係の全開までの全動作時間として60秒の設定としている。
　本例での入口弁全開起動での負荷制限装置２１の出力増大開始は、入口弁全開であるのでバイパス弁開開始から60秒後とし、負荷制限装置２１の出力信号の0%から100%間の変化時間を60秒としている。案内羽根開度が全閉から起動開度まで開く間での初期有効落差Heiからの有効落差変化率(He-Hei)/Heiは約6%低下し、回転速度が定格回転速度No到達のバイパス弁開開始後110秒経過以降では有効落差変化率は+2.6%から-2.0%の変化を示している。回転速度制御装置１２による案内羽根開閉制御の影響もあり回転速度変化率(N-No)/Noは、最大約0.8%到達後-0.19%から0.19%の間で変動しており、回転速度変動が大きめのため自動同期装置での並列が遅めになると想定される。
　図１３は、図１２と同一例での従来の揚水発電装置での入口弁中開起動での発電起動解析実施例である。図１３での入口弁のバイパス弁、入口弁の下流シール及び入口弁弁体全動作時間は、図１２と同一設定としている。
　図１３では、入口弁中開での負荷制限装置２１の出力増大開始は入口弁開度約33%とし、バイパス弁開開始から27秒後とし、負荷制限装置２１の出力信号の0%から100%間の変化時間を60秒としている。案内羽根開度が全閉から起動開度まで開く間での初期有効落差Heiからの有効落差変化率(He-Hei)/Heiは入口弁開操作と並行動作の影響で大きめの約7.5%低下し、回転速度が定格回転速度No到達のバイパス弁開開始後100秒経過以降では有効落差変化率は+2.5%から-2.0%の変化を示しており、回転速度制御装置１２による案内羽根開閉制御の影響もあり回転速度変化率(N-No)/Noは、上記図１２に示す入口弁全開起動での発電起動解析実施例と同様又は大きめの最大0.8%到達後-0.19%から0.18%の間で変動しており、回転速度変動が大きめのため自動同期装置での並列を早めることは実施出来ていないと想定される。
　前述の様に構成された発電装置又は揚水発電装置に適用された制御装置において、発電装置又は揚水発電装置の発電起動時間の短縮として、従来の負荷制限装置２１の出力増大開始を入口弁全開から入口弁中開とする方法が適用されている。しかし、上記図１２に示した入口弁全開からの水車起動に対し、図１３に示した入口弁中開からの水車起動では負荷制限装置２１の出力増大を開始する入口弁中開開度以降では入口弁開口と案内羽根開口とが並行動作する為、前述の通り回転速度変化率(N-No)/Noは、入口弁全開起動での発電起動解析実施例と同様又は大きめの値で変動しており自動同期装置での並列を早めることは実施出来ていないと判断され、入口弁全開から入口弁中開へ負荷制限装置２１の出力増大開始を早めた時間程度の起動時間短縮に留まっている。
特許第６４４６５６９号公報
　従来の発電装置及び揚水発電装置の発電運転については、比例制御要素、積分制御要素及び微分制御要素を有した回転速度制御装置に商用電力系統の周波数に対応した回転速度とロータ回転速度との差を定格回転速度で除した値を入力して、案内羽根開度を制御し回転速度及び負荷出力を制御しているが、負荷出力に対応した案内羽根開度指令値は積分制御要素内に保持される。この為、負荷遮断時においては、遮断器が解列され発電機出力が無くなる為ロータ回転速度が急上昇し、回転速度制御装置への入力が負となり案内羽根開度を急速に閉鎖するように指令値が出力され、案内羽根操作機構に設定された案内羽根閉鎖レートで案内羽根が閉鎖されることとなり、積分制御要素内に保持された案内羽根開度指令値も徐々に減少されることになる。
　しかしながら、長水路に接続された発電装置又は揚水発電装置、又は電力系統のブラックアウト対応での逓昇加圧運転を行なう発電装置又は揚水発電装置においては、水路の水圧変動の過大化を防ぐ、又は、ブラックアウト後の系統への電力供給変化を緩やかでかつ滑らかなものとする為、回転速度制御装置内の各制御要素のゲインを小さめの設定とすることが必要である。負荷遮断時においては特に積分制御要素のゲイン設定が小さくなること、つまり積分制御要素の設定時定数が長くなることにより、積分制御要素内に保持された案内羽根開度指令値の回転速度上昇による減少が遅くなる為、案内羽根開度が小さくなり回転速度が最大値を示した後減速し始めて定格回転速度付近に近づいて比例制御要素からの案内羽根開度閉指令が小さくなりゼロに近づくと積分制御要素内に保持された案内羽根開度指令値による回転速度制御装置からの案内羽根開度指令値が案内羽根開度を上廻る事象が発生し、案内羽根開度が再増大する現象が発生することとなる。
　更に、従来の発電装置及び揚水発電装置の負荷遮断において、案内羽根開度が無負荷開度近傍まで閉鎖された状況では、それまでの回転速度が定格回転速度を上廻った状態の継続により回転速度制御装置の積分制御要素内に保持された案内羽根開度指令値が無負荷開度に対して、場合によっては全閉となる様な過締込み状態となり、案内羽根開度は無負荷開度近傍、回転速度は定格回転速度近傍での大きめの振幅での揺動現象が続くことになる場合が多い。
　また、ペルトン水車で駆動される発電装置においては、回転速度偏差による比例制御要素、積分制御要素及び微分制御要素を有した回転速度制御装置によりデフレクタが開閉制御される。この回転速度制御装置は積分制御要素内にデフレクタ開度指令値を保持するものとなっている為、負荷遮断時において回転速度が最大値を示した後減速し始めて定格回転速度に近づいた状況で比例制御要素からのデフレクタ閉指令が小さくなりゼロに近づくと積分制御要素内に保持されたデフレクタ開度指令値による回転速度制御回路からのデフレクタ開度指令値がデフレクタ開度を上廻る事象が発生し、デフレクタ開度が再増大する現象が発生することとなる。
　本発明は、上記課題を解決するため、（１）商用電力系統に同期接続される発電機又は発電電動機のロータに直結され、発電運転にあってはこれを駆動し揚水運転にあってはこれに駆動される原動機を備えた発電装置又は揚水発電装置を制御対象装置とし、発電運転では商用電力系統の周波数に対応した回転速度とロータの回転速度との偏差に基づき比例制御要素、積分制御要素及び微分制御要素を備えた回転速度制御装置により算出された案内羽根開度指令を原動機に与えて速度制御を行う発電装置及び揚水発電装置の制御方法において、積分制御要素に設けられた積分制御関数の出力暴走防止回路が備える、負荷制限装置の出力信号に対応して定められた第１の上限値制限関数に対して、商用電力系統周波数に対応した回転速度とロータ回転速度との差により１以下で一定値までの範囲で変化する回転速度偏差に対応して定められた第２の上限値制限関数を乗じて、ロータ回転速度が商用電力系統周波数に対応した回転速度を上廻った場合に積分制御関数内蓄積分の出力による案内羽根開度指令の出力を制限するようにし、更に積分制御関数と暴走防止回路出力値との差を積分制御関数の入力にフィードバックし、回転速度偏差から差引し積分制御関数内蓄積分を強制的に減少させる。また、（２）負荷制限装置の出力信号に対応して定められた下限値制限関数に対して、発電運転時の静落差に対して設定された無負荷開度に１未満で一定値までの範囲で定められた制限値を乗じた値を積分制御関数内蓄積分の出力の下限値とするようにして、起動時又は負荷遮断発生時の遮断器が解列された状態での無負荷運転時において案内羽根開度の過閉を制限し、更に積分制御関数と暴走防止回路の出力下限値との差を積分制御関数の入力にフィードバックし、回転速度偏差から差引し積分制御関数内蓄積分を強制的に増大させる。
　本発明は、上記（１）に記載の構成としたことにより、回転速度が最大値を示した後減速し始めて定格回転速度付近に近づいて比例制御要素からの案内羽根開度閉指令が小さくなりゼロに近づいても積分制御関数内に保持された案内羽根開度指令値による回転速度制御装置からの案内羽根開度指令値が案内羽根開度を大きく上廻る事象が発生しない様にすることで、案内羽根開度が再増大する現象の発生防止をすることが可能となる。また、上記（２）に記載の構成としたことにより、負荷遮断時又は発電起動時の無負荷開度近傍において案内羽根開度が無負荷開度近傍、回転速度が定格回転速度近傍での大きめの振幅で揺動することの発生が防止出来る。尚、負荷遮断時又は発電起動時の無負荷開度近傍において案内羽根開度が無負荷開度近傍、回転速度が定格回転速度近傍での大きめの振幅で揺動することの発生の防止は、回転速度制御装置の各制御要素の制御ゲインが大きめの一般的な水力発電装置又は揚水発電装置においても適用効果が期待可能である。
図１は、本発明の実施例に係る発電装置又は揚水発電装置の構成図である。 図２は、本発明の実施例に係る発電装置又は揚水発電装置の回転速度制御装置の積分制御関数の出力暴走防止回路の構成図である。 図３は、本発明の実施例に係る発電装置又は揚水発電装置の負荷制限装置の入口弁全開又は中開から負荷制限装置出力を増大させる例での構成図である。 図４は、本発明の実施例に係る揚水発電装置での負荷遮断解析例を示す図である。 図５は、本発明の実施例に係る揚水発電装置での入口弁中開起動での発電起動解析実施例を示す図である。 図６は、本発明の実施例に係る揚水発電装置での入口弁中開起動での起動時の負荷制限開度信号増大速度を遅くした場合での発電起動解析実施例を示す図である。 図７は、従来の発電装置又は揚水発電装置の構成図である。 図８は、従来の発電装置又は揚水発電装置の回転速度制御装置の積分制御関数の出力暴走防止回路の構成図である。 図９は、従来の発電装置又は揚水発電装置の負荷制限装置の入口弁全開又は中開から負荷制限装置の出力を増大させる例での構成図である。 図１０は、従来の揚水発電装置での負荷遮断実測チャート例を示す図である。 図１１は、従来の揚水発電装置での負荷遮断解析例を示す図である。 図１２は、従来の揚水発電装置での入口弁全開起動での発電起動解析実施例を示す図である。 図１３は、従来の揚水発電装置での入口弁中開起動での他の発電起動解析実施例を示す図である。
　以下に、本発明にかかる発電装置及び揚水発電装置の制御方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
　図１は、本発明の実施例に係る発電装置又は揚水発電装置の構成図である。図１において、従来例を説明するのに用いた上記の図７と同一符号は、同一部分又は相当部分を示す。
　図１に示す構成は、図７に示す従来の発電装置又は揚水発電装置の構成とほぼ同一で、以下に示す２か所が変更されている。
　１つ目の変更点は、回転速度制御装置１２に設けられた積分制御要素内の従来の回転速度制御装置の積分制御関数の出力暴走防止回路１６を、出力暴走防止回路４５とした点である。本実施例に係る発電装置又は揚水発電装置の回転速度制御装置１２を構成する出力暴走防止回路４５の詳細については、図２を用いて別途説明する。
　２つ目の変更点は、負荷制限装置２１を負荷制限装置５２とした点である。本実施例に係る発電装置又は揚水発電装置の負荷制限装置５２の詳細については、図３を用いて別途説明する。
　図１に示す回転速度制御装置１２が備える出力暴走防止回路４５について説明する。図２は、本発明の実施例に係る発電装置又は揚水発電装置の回転速度制御装置の積分制御関数の出力暴走防止回路４５の構成図である。図２において、図８に示す従来の発電装置又は揚水発電装置の回転速度制御装置の積分制御関数の出力暴走防止回路１６と同一符号は、同一部分又は相当部分を示す。
　３０は、出力暴走防止回路４５の上限値制限関数である。出力暴走防止回路４５の上限値制限関数３０は、後述の負荷制限装置５２の出力信号が入力され、負荷制限装置５２の出力信号の値に0.01p.u.を加え最大値を1.0p.u.とした値を出力する。
　４６は、出力暴走防止回路４５の第１の上限値制限関数である上限値制限関数３０に対する上限値制限関数であり、出力暴走防止回路４５の第２の上限値制限関数となる。出力暴走防止回路４５の第２の上限値制限関数である上限値制限関数４６は、回転速度制御装置１２の入力信号が入力され、回転速度制御装置１２の入力信号が-0.025p.u.以下では0.8の値を出力し、回転速度制御装置１２の入力信号が-0.025p.u.から-0.1p.u.の範囲では0.8から1.0に直線的に変化する値を出力し、回転速度制御装置１２の入力信号が-0.1p.u.以上の範囲では1.0の値を出力する。
　４７は、乗算器である。乗算器４７は、上述した上限値制限関数３０の出力信号と上限値制限関数４６の出力信号とが入力され、これらを乗算した結果を出力する。
　４８は、最小値選択関数である。最小値選択関数４８は、乗算器４７の出力信号と積分制御関数１５の出力信号とを比較し最小値を選択し出力する。４９は、ゲイン乗算器である。ゲイン乗算器４９は、後述の図３に示す負荷制限装置５２から出力される、静落差に応じた無負荷開度信号に1.0未満の一定値を乗算して、出力暴走防止回路４５の下限値として出力する。５０は、最大値選択関数である。最大値選択関数５０は、積分制御関数１５の出力信号とゲイン乗算器４９の出力信号とを比較し最大値を選択し出力する。５１は、最大値選択関数である。最大値選択関数５１は、最小値選択関数４８の出力信号と最大値選択関数５０の出力信号とを比較し最大値を選択し、出力暴走防止回路４５の出力信号として出力する。
　次に、図１に示す負荷制限装置５２について説明する。ここでは、負荷制限装置５２の入口弁全開又は中開から負荷制限装置出力を増大させる例について、図３に示す構成図に沿って説明する。図３において、図９に示す構成図と同一符号は、同一部分又は相当部分を示す。
　４０は、無負荷開度及び起動開度設定関数である。無負荷開度及び起動開度設定関数４０は、静落差が入力され、静落差に応じた無負荷開度信号と無負荷開度に一定値を加えた起動開度信号とを出力する。４３は、負荷上限開度設定関数である。負荷上限開度設定関数４３は、静落差が入力され、静落差に応じた負荷上限開度信号を出力する。４４は、信号切換器である。信号切換器４４には、起動開度設定関数４０の出力信号と、負荷上限開度設定関数４３の出力信号とが入力される。信号切換器４４は、図１に示す遮断器３が出力する並列信号がOFFのとき起動開度設定関数４０の出力信号を選択出力し、並列信号がONのとき負荷上限開度設定関数４３の出力信号を選択出力する。
　３５は、論理積である。論理積３５は、発電装置又は揚水発電装置の起動指令のON、OFF信号と入口弁全開又は中開のON、OFF信号とが入力され論理積して出力する。４１は、信号切換器である。信号切換器４１は、定数0.0と定数1.0とが入力され、論理積３５の出力信号がOFFのとき定数0.0を選択出力し、論理積３５の出力信号がONのとき定数1.0を選択出力する。３６は、減算器である。減算器３６は、信号切換器４１の出力値から後述のフィードバック信号発生関数３９の出力値を減算し出力する。５３は、信号切換器である。信号切換器５３は、後述の積分器５５の時定数として、起動時時定数Tsと定常運転時時定数Tとが入力され、並列遮断器並列信号がOFFのとき起動時時定数Tsを選択出力し、並列遮断器並列信号がONのとき定常運転時時定数Tを選択出力する。
　５４は、除算器である。除算器５４は、減算器３６の出力信号と信号切換器５３の出力信号とが入力され、減算器３６の出力信号を信号切換器５３の出力信号で除算して出力する。５５は、積分器である。積分器５５は、除算器５４の出力信号が入力され、入力値を積分した値を負荷制限装置５２の出力信号として出力する。
　３８は、減算器である。減算器３８は、積分器５５の出力値から信号切換器４４の出力値を減算し出力する。３９は、フィードバック信号発生関数である。フィードバック信号発生関数３９は、減算器３８の出力信号が入力され、入力信号が0.0未満では0.0を出力し、入力信号が0.0以上では入力信号に1.0を加えた値を出力し、減算器３６へ入力する。
　図４は、本発明の実施例に係る揚水発電装置での負荷遮断解析例である。図４は、図１１に示した従来の揚水発電装置での負荷遮断解析例に対して、図１から図３に示した本発明の実施例を適用し解析したものである。
　図４では、負荷遮断発生時からの経過時間が約１０秒での回転速度制御装置１２の出力信号が20%程度まで低減されており、その後の回転速度の低下に伴う比例制御要素からの案内羽根開度閉指令の減少によっても回転速度制御装置１２の出力信号はGVサーボストローク比率を若干上廻っているが、案内羽根開度が再度大きくなる現象の発生は防止されている。更に、負荷遮断発生時からの経過時間が２５秒以降のGVサーボストローク比率が無負荷開度近傍となった状況では、図２中に示した出力暴走防止回路４５の下限値であるゲイン乗算器４９の出力により案内羽根開度の過閉が制限され、案内羽根開度が無負荷開度近傍、回転速度が定格回転速度近傍での大きめの振幅での揺動現象の発生が防止されており、回転速度が定格回転速度へ滑らかに収斂されている。
　図５は、本発明の実施例に係る揚水発電装置での入口弁中開起動での発電起動解析実施例である。図５は、図１３に示した従来の揚水発電装置での入口弁中開起動での発電起動解析実施例に対して、図１から図３に示した本発明の実施例を適用し解析したものである。但し、図３に示した起動時時定数Tsは、定常運転時時定数Tと同一の値を適用している。
　図５に示す例では、入口弁中開での負荷制限装置５２の出力増大開始は入口弁開度約33%とし、バイパス弁開開始から27秒後とし、負荷制限装置５２の出力信号の0%から100%間の変化時間を60秒としている。案内羽根開度が全閉から起動開度まで開く間での初期有効落差Heiからの有効落差変化率(He-Hei)/Heiは入口弁開操作と並行動作の影響で大きめの約7.5%低下し、回転速度が定格回転速度No到達のバイパス弁開開始後100秒経過以降では有効落差変化率は+2.5%から-2.0%の変化を示しており、出力暴走防止回路４５の上限値制限関数３０に対する上限値制限関数４６による回転速度制御装置１２の出力制限の効果がある。回転速度変化率(N-No)/Noは、図１３に示す従来の揚水発電装置での入口弁中開起動での発電起動解析実施例と比較して、最大値0.8%が約0.5%に低減されているが、その後の変動幅は-0.19%から0.18%の間の変動から-0.19%から0.18%の間の変動とほぼ同等で変化無しとなっている。
　従って、前述の図１から図３に示す様に構成された発電装置又は揚水発電装置に適用された制御装置において、発電装置又は揚水発電装置の発電起動時間の短縮として、負荷制限装置５２の出力増大開始を入口弁全開から入口弁中開とする方法を適用しても、図１３に示した入口弁中開からの水車起動と同様負荷制限装置５２の出力増大を開始する入口弁中開開度以降は入口弁開口と案内羽根開口とが平行動作する。この為、負荷制限装置５２の起動時時定数Tsを定常運転時時定数Tと同一とした状況では前述の通り回転速度変化率(N-No)/Noは、従来の揚水発電装置での入口弁中開起動での発電起動解析実施例と同程度の変動を示しており自動同期装置での並列を早めることは実施出来てないと判断され、入口弁全開から入口弁中開へ負荷制限装置５２の出力増大開始を早めた時間程度の起動時間短縮に留まっている。
　図６は、本発明の実施例に係る揚水発電装置での入口弁中開起動での起動時の負荷制限開度信号増大速度を遅くした場合での発電起動解析実施例である。図６は、図１から図３に示した本発明の実施例を適用し、負荷制限開度信号増大速度として定常運転時時定数Tが60秒あるのに対して起動時時定数Tsを200秒として解析したものである。
　図６では、案内羽根開度が全閉から起動開度まで開く間での初期有効落差Heiからの有効落差変化率(He-Hei)/Heiは、負荷制限開度信号増大速度の起動時時定数Tsを200秒とした効果により、定常運転時時定数Tが60秒と同一であった場合の約7.5%低下から約2.3%低下に緩和されている。また、回転速度が定格回転速度No到達のバイパス弁開開始後100秒経過以降では定常運転時時定数Tの60秒と同一であった図５の場合に有効落差変化率が+2.5%から-2.0%の変化を示していたものが+1.4%から-1.5%の変化に緩和されている。
　回転速度変化率(N-No)/Noは、図５に示す、負荷制限開度信号増大速度が定常運転時時定数Tの60秒と同一であった場合での入口弁中開起動での発電起動解析実施例と比較して、最大値は約0.5%でほとんど変化は無い。しかし、その後の変動幅は負荷制限開度信号増大速度が定常運転時時定数Tの60秒と同一であった場合での-0.19%から0.18%の間の変動からバイパス弁開開始から125秒以降では-0.10%から0.08%の間の変動に半減されている。
　従って、前述の図１から図３に示す様に構成された発電装置又は揚水発電装置に適用された制御装置において、発電装置又は揚水発電装置の発電起動時間の短縮として、負荷制限装置５２の出力増大開始を入口弁全開から入口弁中開とする方法を適用し、負荷制限開度信号増大速度として定常運転時時定数Tが60秒であるのに対して起動時時定数Tsを200秒とすることによって、図５に示した入口弁中開からの水車起動と同様負荷制限装置５２の出力増大を開始する入口弁中開開度以降入口弁開口と案内羽根開口とが並行動作するが、前述の通り回転速度変化率(N-No)/Noは、入口弁中開起動で負荷制限開度信号増大速度として定常運転時時定数Tが60秒あるのに対して起動時時定数Tsを200秒とすることによって凡そ半減されており自動同期装置での並列を早めることが十分期待される。これより、遮断器並列までの起動時間の大幅短縮が期待される。
　なお、発電装置がペルトン水車で駆動される発電装置の場合、回転速度制御装置１２によりデフレクタが開閉制御される。この回転速度制御装置１２は積分制御要素内にデフレクタ開度指令値を保持するものとなっている。すなわち、ペルトン水車で駆動される発電装置の場合、回転速度制御装置１２の積分制御要素は、上述した案内羽根開度指令値に代えてデフレクタ開度指令値を保持する。ペルトン水車で駆動される発電装置の制御は、上述した実施例の案内羽根開度指令値をデフレクタ開度指令値としたものとなる。
　１　電動機又は発電電動機
　２　原動機
　３　遮断器
　４　ロータの回転速度検出器
　５　回転速度検出器出力信号
　６　商用電力系統の周波数に対応した回転速度信号（65F出力信号、目標回転速度信号）
　７，１０，１４，１７，２２，２８，３６，３８　減算器
　８，２９，４９　ゲイン乗算器
　１２　回転速度制御装置
　１３　比例制御関数
　１５　積分制御関数
　１６　出力暴走防止回路（従来の出力暴走防止回路）
　１８　不完全微分制御関数
　１９　加算器
　２０，３１，４８　最小値選択関数
　２１，５２　負荷制限装置
　２３　増幅器
　２４　アクチュエータ
　２５，３７，５５　積分器
　２６　案内羽根操作機構
　３０　上限値制限関数（第１の上限値制限関数）
　３２　従来の出力暴走防止回路の下限値制限関数
　３３，３４，５０，５１　最大値選択関数
　３５　論理積
　３９　フィードバック信号発生関数
　４０　無負荷開度及び起動開度設定関数
　４１，４４，５３　信号切換器
　４３　負荷上限開度設定関数
　４５　出力暴走防止回路
　４６　上限値制限関数（第２の上限値制限関数）
　４７　乗算器
　５４　除算器

Claims (4)

  1. 　商用電力系統に同期接続される発電機又は発電電動機のロータに直結され、発電運転にあってはこれを駆動し揚水運転にあってはこれに駆動される原動機を備えた発電装置又は揚水発電装置を制御対象装置とし、発電運転では前記商用電力系統の周波数に対応した回転速度と前記ロータの回転速度との偏差に基づき比例制御要素、積分制御要素及び微分制御要素を備えた回転速度制御装置により算出された案内羽根開度指令を前記原動機に与えて速度制御を行う発電装置及び揚水発電装置の制御方法において、
    　前記積分制御要素に設けられた積分制御関数の出力暴走防止回路が備える、負荷制限装置の出力信号に対応して定められた第１の上限値制限関数に対して、前記商用電力系統周波数に対応した回転速度と前記ロータ回転速度との差により１以下で一定値までの範囲で変化する回転速度偏差に対応して定められた第２の上限値制限関数を乗じて、前記ロータ回転速度が前記商用電力系統周波数に対応した回転速度を上廻った場合に積分制御関数内蓄積分の出力による案内羽根開度指令の出力を制限するようにし、更に前記積分制御関数と前記暴走防止回路出力値との差を前記積分制御関数の入力にフィードバックし、回転速度偏差から差引し前記積分制御関数内蓄積分を強制的に減少させる、ことを特徴とする発電装置及び揚水発電装置の制御方法。
  2. 　前記負荷制限装置の出力信号に対応して定められた下限値制限関数に対して、発電運転時の静落差に対して設定された無負荷開度に１未満で一定値までの範囲で定められた制限値を乗じた値を前記積分制御関数内蓄積分の出力の下限値とするようにして、起動時又は負荷遮断発生時の遮断器が解列された状態での無負荷運転時において案内羽根開度の過閉を制限し、更に前記積分制御関数と前記暴走防止回路の出力下限値との差を前記積分制御関数の入力にフィードバックし、回転速度偏差から差引し前記積分制御関数内蓄積分を強制的に増大させる、ことを特徴とする請求項１に記載の発電装置及び揚水発電装置の制御方法。
  3. 　前記負荷制限装置の出力信号増大開始を入口弁開度中開とし、前記負荷制限装置の並列遮断器並列前の前記案内羽根開度の起動開度までの出力信号増大速度を並列後負荷上限開度までの出力信号増大速度より遅めに設定可能とし、定格回転速度到達後での回転速度変動を小さめとし入口弁全開到達後早めの遮断器並列を可能とするよう調整する、ことを特徴とする請求項２に記載の発電装置及び揚水発電装置の制御方法。
  4. 　前記制御対象装置がペルトン水車で駆動される前記発電装置の場合、
    　前記商用電力系統周波数に対応した回転速度と前記ロータ回転速度との偏差に基づき前記積分制御要素出力に対して前記商用電力系統周波数に対応した回転速度と前記ロータ回転速度との偏差により１以下で一定値までの範囲で変化する回転速度偏差に対応して定められた上限値制限関数を乗じて、前記ロータ回転速度が前記商用電力系統周波数に対応した回転速度を上廻った場合に前記積分制御関数内蓄積分の出力によるデフレクタ開度指令の出力を制限する、ことを特徴とする請求項１に記載の発電装置及び揚水発電装置の制御方法。
PCT/JP2020/034601 2020-09-11 2020-09-11 発電装置及び揚水発電装置の制御方法 WO2022054260A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022547345A JP7342282B2 (ja) 2020-09-11 2020-09-11 発電装置及び揚水発電装置の制御方法
US18/024,467 US20230327589A1 (en) 2020-09-11 2020-09-11 Method of controlling power generation apparatus and pumped storage power generation apparatus
PCT/JP2020/034601 WO2022054260A1 (ja) 2020-09-11 2020-09-11 発電装置及び揚水発電装置の制御方法
EP20953325.6A EP4213369A1 (en) 2020-09-11 2020-09-11 Method for controlling power generation device and pumped-storage power generation device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2020/034601 WO2022054260A1 (ja) 2020-09-11 2020-09-11 発電装置及び揚水発電装置の制御方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022054260A1 true WO2022054260A1 (ja) 2022-03-17

Family

ID=80631427

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2020/034601 WO2022054260A1 (ja) 2020-09-11 2020-09-11 発電装置及び揚水発電装置の制御方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230327589A1 (ja)
EP (1) EP4213369A1 (ja)
JP (1) JP7342282B2 (ja)
WO (1) WO2022054260A1 (ja)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4344027A (en) * 1980-02-07 1982-08-10 Karlicek Robert F Frequency regulator for synchronous generators
JPH0146569B2 (ja) 1981-11-30 1989-10-09 Toyota Jidosha Kk
JP2012016242A (ja) * 2010-07-05 2012-01-19 Hitachi Ltd 可変速揚水発電システム
JP2015171157A (ja) * 2014-03-04 2015-09-28 大阪瓦斯株式会社 好適回転速度の決定方法、発電システムの制御方法及びその制御方法を使用する発電システム
WO2017109921A1 (ja) * 2015-12-24 2017-06-29 日立三菱水力株式会社 可変速揚水発電装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4344027A (en) * 1980-02-07 1982-08-10 Karlicek Robert F Frequency regulator for synchronous generators
JPH0146569B2 (ja) 1981-11-30 1989-10-09 Toyota Jidosha Kk
JP2012016242A (ja) * 2010-07-05 2012-01-19 Hitachi Ltd 可変速揚水発電システム
JP2015171157A (ja) * 2014-03-04 2015-09-28 大阪瓦斯株式会社 好適回転速度の決定方法、発電システムの制御方法及びその制御方法を使用する発電システム
WO2017109921A1 (ja) * 2015-12-24 2017-06-29 日立三菱水力株式会社 可変速揚水発電装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20230327589A1 (en) 2023-10-12
EP4213369A1 (en) 2023-07-19
JPWO2022054260A1 (ja) 2022-03-17
JP7342282B2 (ja) 2023-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20200088152A1 (en) Method for operating a hydraulic machine and corresponding installation for converting hydraulic energy into electrical energy
US4920277A (en) Control system for a variable speed hydro-power plant apparatus
KR940009966B1 (ko) 가변속 수차발전장치용 제어시스템
JP6223847B2 (ja) ガスタービンの制御装置、ガスタービン、及びガスタービンの制御方法
EP3396847B1 (en) Variable speed pumped-storage hydroelectric generation device
JP2009114956A (ja) ガスタービンの運転制御装置および運転制御方法
JP2004124862A (ja) ポンプ水車及びポンプ水車用ガバナ
WO2022054260A1 (ja) 発電装置及び揚水発電装置の制御方法
JPH0737791B2 (ja) ポンプの逆流検出装置及び揚水設備のポンプ運転制御装置並びに可変速揚水発電電動装置
KR102430133B1 (ko) S-구역 특성을 갖는 유압 기계의 안정화에 대한 개선
JP2009019528A (ja) ガスタービンの運転制御装置および運転制御方法
JP4305949B2 (ja) ガスタービン発電装置の制御モード切替方法
CN114514689A (zh) 马达驱动方法和马达驱动装置
JP2003083226A (ja) 水力発電所の調速制御方法および調速機
KR100819788B1 (ko) 인렛 가이드 베인용 전동식 액튜에이터의 제어 방법
US11655729B1 (en) Method for controlling a valve
JP3828344B2 (ja) 可変速揚水発電システムの制御装置
JP4906607B2 (ja) 圧縮装置および圧縮装置の起動方法
JP3529807B2 (ja) 水車発電機における調速機の速度制御装置
EP4105475A1 (en) Variable speed pumping system
JP2002349410A (ja) 調速制御装置
JP3915085B2 (ja) 可変速揚水発電制御装置
JPH11201015A (ja) 水車またはポンプ水車の調速制御方法および装置
KR850001374B1 (ko) 수차 제어장치
JP4006149B2 (ja) ポンプ水車

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20953325

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022547345

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020953325

Country of ref document: EP

Effective date: 20230411