(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水車の速度を設定する速度設定器からの速度指令信号に対し、上記水車の回転速度を検出する速度検出器からの信号と、ガイドベーン開度を検出する開度検出器からの信号とをフィードバックして、その偏差に応じてガイドベーン開度信号を発生しガイドベーンを調整する水車調速機において、
上記水車の回転時の上記水車の上流側水位と下流側水位との落差（水位差）に応じて上記速度指令信号を補正する補正手段を設け、
発電機並列運転前のみ上記補正手段が動作し、発電機並列運転後は、並列運転直前の上記補正手段からの補正値を出力するよう切り替える切替手段を設けたことを特徴とする水車調速機。
【請求項２】
水車の速度を設定する速度設定器からの速度指令信号に対し、上記水車の回転速度を検出する速度検出器からの信号と、ガイドベーン開度を検出する開度検出器からの信号とをフィードバックして、その偏差に応じてガイドベーン開度信号を発生しガイドベーンを調整する水車調速機において、
上記水車の回転時の上記水車の上流側水位と、設定した仮想の上記水車の下流側水位との落差に応じて上記速度指令信号を補正する補正手段を設け、
発電機並列運転前のみ上記補正手段が動作し、発電機並列運転後は、並列運転直前の上記補正手段からの補正値を出力するよう切り替える切替手段を設けたことを特徴とする水車調速機。
【請求項３】
水車の速度を設定する速度設定器からの速度指令信号に対し、上記水車の回転速度を検出する速度検出器からの信号と、ガイドベーン開度を検出する開度検出器からの信号とをフィードバックして、その偏差に応じてガイドベーン開度信号を発生しガイドベーンを調整する水車調速機において、
上記水車の回転時の上記水車の上流側水位と、この上流側水位に応じて導出した下流側水位との落差に応じて上記速度指令信号を補正する補正手段を設け、
発電機並列運転前のみ上記補正手段が動作し、発電機並列運転後は、並列運転直前の上記補正手段からの補正値を出力するよう切り替える切替手段を設けたことを特徴とする水車調速機。
【請求項４】
水車の速度を設定する速度設定器からの速度指令信号に対し、上記水車の回転速度を検出する速度検出器からの信号と、ガイドベーン開度を検出する開度検出器からの信号とをフィードバックして、その偏差に応じてガイドベーン開度信号を発生しガイドベーンを調整する水車調速機において、
上記水車の回転時の上記水車の上流側水位と下流側水位との落差（水位差）に応じて上記速度指令信号を補正する補正手段を設け、
上記水車起動時のみ補正手段が動作し、起動後は起動終了直前の上記補正手段からの補正値を出力するよう切り替える切替手段を設けたことを特徴とする水車調速機。
【請求項５】
水車の速度を設定する速度設定器からの速度指令信号に対し、上記水車の回転速度を検出する速度検出器からの信号と、ガイドベーン開度を検出する開度検出器からの信号とをフィードバックして、その偏差に応じてガイドベーン開度信号を発生しガイドベーンを調整する水車調速機において、
上記水車の回転時の上記水車の上流側水位と、設定した仮想の上記水車の下流側水位との落差に応じて上記速度指令信号を補正する補正手段を設け、
上記水車起動時のみ補正手段が動作し、起動後は起動終了直前の上記補正手段からの補正値を出力するよう切り替える切替手段を設けたことを特徴とする水車調速機。
【請求項６】
水車の速度を設定する速度設定器からの速度指令信号に対し、上記水車の回転速度を検出する速度検出器からの信号と、ガイドベーン開度を検出する開度検出器からの信号とをフィードバックして、その偏差に応じてガイドベーン開度信号を発生しガイドベーンを調整する水車調速機において、
上記水車の回転時の上記水車の上流側水位と、この上流側水位に応じて導出した下流側水位との落差に応じて上記速度指令信号を補正する補正手段を設け、
上記水車起動時のみ補正手段が動作し、起動後は起動終了直前の上記補正手段からの補正値を出力するよう切り替える切替手段を設けたことを特徴とする水車調速機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は水車調速機に関するもので、特に落差の変動があっても安定な起動が可能な水車調速機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０に水車調速機のブロック図を示す。
図１０において、１は水車調速機、２は速度検出器、３は発電機、４はガイドベーン、６は水車、５は垂下率設定器、１１は上ダム、１２は下ダム、２１は速度設定器である。
この他に、実際の回路には弾性復元装置（ダンピング装置）、負荷制限装置等が入っているが、発明を説明しやすいように省略している。
【０００３】
次に動作について説明する。上ダム１１より流入した水は、ガイドベーン４を経て、水車６を回転させ主軸を通して、発電機３と速度検出器２を回転させ、下ダム１２に落ちる。発電機３の回転速度は、水の流入量を制御するガイドベーン４の開閉により変化する。回転速度の設定は速度設定器２１により行う。ガイドベーン開度指令は、速度設定器２１の設定量と、速度検出器２の速度信号、ガイドベーン４のガイドベーンリターン、垂下率設定器５の設定量により決定される。（垂下率設定器の動作については説明を省略する。）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
発電機３を停止状態から、定格速度まで起動する間は、理想では図１１の理想曲線１０３のようになる。
通常、水車調速機は、水車や発電機にダメージを与えるオーバシュート１０１、目標値までの時間を要するアンダーシュート１０２で起動しないように設定されているが、豊水期の落差（上ダム１１と下ダム１２の落差２０２）と、渇水期の落差（上ダム１１と下ダム１２の落差２０５）に変化があるため、水車に流入する水速が変化し、豊水期の起動にはオーバシュート１０１を起こすことがあり、また、渇水期の起動にはアンダーシュート１０２を起こすことがあった。
【０００５】
例えば、上ダム１１の水位は豊水期の水位２０１と渇水期の水位２０４では、３０ｍ近くの差がでることがあり、また、下ダム１２の水位も豊水期の水位２０３と渇水期の水位２０６では、５ｍ近くの差がでることから、豊水期と渇水期では落差に２５ｍの変化を生じることになる。
このオーバシュート、アンダーシュートを防止するためには、速度設定器２１の設定などを季節により変更するなどの労力を要していた。
【０００６】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、水位変化によるオーバーシュート及びアンダーシュートを低減する水車調速機を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）この発明に係る水車調速機は、水車の速度を設定する速度設定器からの速度指令信号に対し、上記水車の回転速度を検出する速度検出器からの信号と、ガイドベーン開度を検出する開度検出器からの信号とをフィードバックして、その偏差に応じてガイドベーン開度信号を発生しガイドベーンを調整する水車調速機において、
上記水車の回転時の上記水車の上流側水位と下流側水位との落差（水位差）に応じて上記速度指令信号を補正する補正手段を設けたものである。
【０００８】
（２）また、水車の速度を設定する速度設定器からの速度指令信号に対し、上記水車の回転速度を検出する速度検出器からの信号と、ガイドベーン開度を検出する開度検出器からの信号とをフィードバックして、その偏差に応じてガイドベーン開度信号を発生しガイドベーンを調整する水車調速機において、
上記水車の回転時の上記水車の上流側水位と、設定した仮想の上記水車の下流側水位との落差に応じて上記速度指令信号を補正する補正手段を設けたものである。
【０００９】
（３）また、水車の速度を設定する速度設定器からの速度指令信号に対し、上記水車の回転速度を検出する速度検出器からの信号と、ガイドベーン開度を検出する開度検出器からの信号とをフィードバックして、その偏差に応じてガイドベーン開度信号を発生しガイドベーンを調整する水車調速機において、
上記水車の回転時の上記水車の上流側水位と、この上流側水位に応じて導出した下流側水位との落差に応じて上記速度指令信号を補正する補正手段を設けたものである。
【００１０】
（４）また、上記（１）〜（３）のいずれか１項において、上記落差の変化度合いが所定の値を超えて変化すると上記補正手段が動作するよう切り替える切替手段を設けたものである。
【００１１】
（５）また、上記（１）〜（３）のいずれか１項において、発電機並列運転前のみ、または、上記水車起動時のみ補正手段が動作するよう切り替える切替手段を設けたものである。
【００１２】
（６）また、上記（１）〜（３）のいずれか１項において、発電機並列運転前のみ上記補正手段が動作し、発電機並列運転後は、並列運転直前の上記補正手段からの補正値を出力するよう切り替える切替手段を設けたものである。
【００１３】
（７）また、上記（１）〜（３）のいずれか１項において、上記水車起動時のみ補正手段が動作し、起動後は起動終了直前の上記補正手段からの補正値を出力するよう切り替える切替手段を設けたものである。
【００１４】
（８）また、上記（１）〜（３）のいずれか１項において、上記水車入り口近傍の水圧を検出する圧力検出器を設け、検出した圧力信号を落差信号または上流側水位信号の代わりとしたものである。
【００１５】
【作用】
（１）この発明に係る水車調速機は、補正手段で水車の上流側水位と下流側水位との落差（水位差）に応じて速度指令信号を補正する。
【００１６】
（２）また、補正手段で水車の上流側水位と、設定した仮想の下流側水位との落差に応じて速度指令信号を補正する。
【００１７】
（３）また、補正手段は水車の上流側水位と、この上流側水位に応じて導出した下流側水位との落差に応じて速度指令信号を補正する。
【００１８】
（４）また、切替手段は上記落差の変化度合いが所定の値を超えて変化するとオン動作するよう切り替える。
【００１９】
（５）また、切替手段は発電機並列運転前のみ、または、水車起動時のみ補正手段が動作するよう切り替える。
【００２０】
（６）また、切替手段は発電機並列運転前のみ補正手段が動作し、発電機並列運転後は、並列運転直前の補正手段の補正値を出力するするよう切り替える。
【００２１】
（７）また、切替手段は水車起動時のみ補正手段が動作し、起動後は起動終了直前の補正手段の補正値を出力するよう切り替える。
【００２２】
（８）また、上記（１）〜（３）のいずれか１項において、水車入り口近傍の水圧を検出する圧力検出器を設け、検出した圧力信号を落差信号または上流側水位信号の代わりとしたものである。
【００２３】
【実施例】
実施例１．
図１にこの発明の実施例１のブロック図を示す。
図において、従来と同一符号は同一または相当のものを表し、説明を省略する。１３は上ダム水位検出器、１４は下ダム水位検出器、２２は設定器で、入力値に対して所定の値（関数）を発生する。
【００２４】
次に動作を説明する。上ダム１１と下ダム１２の落差を、上ダム水位検出器１３と下ダム水位検出器１４により水位を検出し、水車調速機１内の加算器で落差Ｄを検出する。この値を設定器２２内で、図２に示す適当な倍率μを算出し、補正値として出力し、速度設定器２１に入力する。速度設定器２１は速度設定値に補正値を乗じて速度設定値を補正し出力する。
【００２５】
例えば、豊水期に上ダム水位２０１、下ダム水位２０３の落差ＤＨ  が２２５ｍ、渇水期落差ＤＬ  が２００ｍとしたとき、設定器２２の倍率μは豊水期では０．９４、渇水期では１．０６が設定器２２より出力されるよう設定する。
【００２６】
この結果、豊水期に落差が増し、水車の起動時の立ち上がり速度が速くなっても、目標値は、通常速度よりも低く設定されるので、他の機器が通常水量時の設定であっても、オーバシュートをおこすことがない。また、渇水期には落差が減り水車起動時の立ち上がり速度が遅くなっても、目標値は通常の速度よりも高く設定されるので、他の機器が通常水量時の設定であっても、アンダーシュートを防止できる。
【００２７】
このようにして豊水期はオーバシュート気味であった起動と、渇水期はアンダーシュート気味であった起動を防止することができる。
【００２８】
実施例２．
図３にこの発明の実施例２のブロック図を示す。
実施例１では、下ダム１２の水位を検出したが、実際には、例えば上ダム水位は豊水期と渇水期で３０ｍ近くの変化があっても、下ダムでは、５ｍ近くの変化しか発生しないことが多く、上ダム水位に比べ下ダム水位は落差に与える影響が少ない。
【００２９】
そこで、下ダムの水位測定値に見合った、例えば、年間平均の水位に見合う下ダム水位検出器出力と同レベルの信号を出力する仮想下ダム水位設定器２３を設け設定することにより、オーバシュートおよびアンダーシュートをほぼ防止できる。
これにより下ダム水位検出器１４は不要となり、上ダム水位検出器１３のみで安価にオーバシュート、アンダーシュートを防止できる。
【００３０】
実施例３．
図４にこの発明の実施例３のブロック図を示す。
実施例２では、下ダム水位を設定値を所定の値に固定したが、水路の構造により異なるが、上ダム水位の変化と下ダム水位の変化が、ほぼ比例する発電所の場合、実施例２のように下ダム水位を設定値で固定するのではなく、図に示すように、上ダム水位の信号に定数器２４の定数を乗じることにより、上ダム水位に応じた下ダム水位を導出する。
【００３１】
このようにすると下ダム水位検出器１４が無くても、より正確にオーバシュート、アンダーシュートを防止できる。
【００３２】
実施例４．
図５にこの発明の実施例４のブロック図を示す。
実施例１〜実施例３では、起動時のみではなく、常時、速度設定器２１の設定値を落差により変化させていた。しかし、速度設定が、落差が変化あるごとに変わることになり、運転は可能であるが、運転途中で落差が変化した場合、徐々に各設定値を調整する必要があり、運転上好ましくない。
【００３３】
そこで、図５では落差が大きく変化した場合のみ速度設定器２１を変更することにしたものである。
定数器２５で設定した設定値に対し、落差Ｄが大きく変化したときのみ切替器２５ｂをオンにして落差による速度設定値の補正を行う。
このことにより安定した運転ができる。
【００３４】
図５では、実施例１の図１のブロック図に対し、落差が大きく変化した場合に速度設定値を補正するようにしたが、実施例２および実施例３に対してもこの実施例を適用するとこができる。
【００３５】
なお、落差が大きく変化した場合の検出の別の手段として、落差信号Ｄを微分してその変化率を検出して切替器２５ｂをオン／オフするようにしてもよい。
【００３６】
実施例５．
図６、図７にこの発明の実施例５のブロック図を示す。
実施例４に示したように、落差により速度設定器の設定値を変えても、運転には影響を与えないが、実際には、オーバシュートやアンダーシュートが問題になるのは、起動時のみである。従って、回転数が安定した、発電機が並列運転したときの並列信号２６により切り放せばよい。
【００３７】
しかし、調速機１は現状の速度設定でバランスが取られているため、切り放しにより発電機のモータリング等の問題を引きおこすことも考えられる。
そこで図６のように、並列信号２６でオフする切替器５２Ｇにより、並列運転するまでは切替器５２Ｇがオンして落差による速度設定値の補正をし、その補正値は常にアナログメモリ２７に記憶しておく。
【００３８】
そして並列運転に入ると並列信号２６により切替器５２Ｇはオフとなり、アナログメモリ２７は切り放し直前の補正値を記憶しているので、この補正値を速度設定値に乗じることにより、安定した起動と、安定した運転をすることができる。
【００３９】
並列信号の代わりに図７に示すような速度リレー２８を入れ、起動時の規定回転数後に切り放してもよい。
【００４０】
実施例６．
図８、図９にこの発明の実施例６のブロック図を示す。
この例では、水位検出器を使用せず、圧力センサを使用し、速度設定器２１の速度設定値を補正するものである。
【００４１】
運転開始前、ガイドベーン４は全閉されているので、水圧管出口（水車入り口）に設置された圧力検出器３１には、流速に関係なく圧力検出器３１から上ダム１１水面までの水位にほぼ比例した圧力が加わるため、この出力を関数設定器２２Ｐに入力し、図９のような特性で倍率を決定し、速度設定器２１を補正すれば、安価にオーバシュート、アンダーシュートを防止できる。
【００４２】
なお、この実施例は実施例３〜５と組み合わせてもよい。これは実施例３〜５の切替器を用いて補正信号をオン／オフする。
【００４３】
また、この実施例の圧力信号に基づく補正信号の発生手段と、実施例１または実施２の落差信号に基づく補正信号の発生手段とを設け、選択的に使用するようにしてもよい。
【００４４】
【発明の効果】
（１）以上のようにこの発明によれば、落差に応じて速度設定値を補正するようにしたので、豊水期でのオーバシュートの起動と、渇水期でのアンダーシュートの起動を防止することができる効果がある。
【００４５】
（２）また、仮想の下流側水位を設定するようにしたので、下流側水位を検出する検出器が不要となり、上流側水位の検出器のみで安価にオーバシュート、アンダーシュートを防止できる効果がある。
【００４６】
（３）また、上流側水位に応じた下流側水位としたので、下流側水位を検出する検出器がなくても、正確にオーバシュート、アンダーシュートを防止できる効果がある。
【００４７】
（４）また、落差が大きく変化した場合のみ速度設定値を補正するようにしたので、安定した運転が可能となる。
【００４８】
（５）また、発電機並列運転前のみまたは水車起動時のみ速度設定値を補正するようにしたので、発電機のモータリング等の問題を引きおこさず、安定した起動と、安定した運転をすることができる。
【００４９】
（６）また、発電機並列運転前のみ補正手段を動作させて速度設定値を補正し、発電機並列運転後は、並列運転直前の速度指令信号で速度設定値を補正するようにしたので、より安定した起動と、安定した運転をすることができる。
【００５０】
（７）また、水車起動時のみ補正手段を動作させて速度設定値を補正し、起動後は起動終了時点の速度指令信号を補正するようにしたので、より安定した起動と、安定した運転をすることができる。
【００５１】
（８）また、圧力信号を落差信号または上流側水位の代わりとしたので、安価にオーバシュート、アンダーシュートを防止できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例１による水車調速機のブロック図である。
【図２】この発明の実施例１による動作を説明する特性図である。
【図３】この発明の実施例２による水車調速機のブロック図である。
【図４】この発明の実施例３による水車調速機のブロック図である。
【図５】この発明の実施例４による水車調速機のブロック図である。
【図６】この発明の実施例５による水車調速機のブロック図である。
【図７】この発明の実施例５による水車調速機のブロック図である。
【図８】この発明の実施例６による水車調速機のブロック図である。
【図９】この発明の実施例６による動作を説明する特性図である。
【図１０】従来の水車調速機を示すブロック図である。
【図１１】従来の水車調速機の起動特性を示す図である。
【符号の説明】
１    水車調速機、２    速度検出器、３    発電機、４    ガイドベーン、
５    下垂率設定器、６    水車、１１    上ダム、１２    下ダム、
１３    上ダム水位検出器、１４    下ダム水位検出器、２１    速度設定器、
２２    設定器、２２Ｐ    関数設定器、２３    仮想下ダム水位設定器、
２４    定数器、２６    並列信号、２７    アナログメモリ、２８ｂ    速度リレー、
３１    圧力検出器、１０１    オーバシュート、１０２    アンダーシュート、
２０１    上ダム水位、２０３    下ダム水位。
【図１】
0003555248.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003555248.tif 000009
【図９】
0003555248.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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