(57)【要約】【課題】系統並入後のモータリング又は負荷取りを抑制することができる水車発電機の調速装置を得る。【解決手段】並入時のガイドベーン開度信号から関数により演算して無負荷開度を求める補正関数器１９を備え、補正関数器１９で求めた無負荷開度から並入時のガイドベーン開度を減算したガイドベーン開度偏差信号に基づいて速度垂下率設定器６から形成した速度信号と、速度設定器２の目標速度信号及び速度検出器３の速度信号を取り込み、これらに基づいて水車発電機が目標回転速度になるようにガイドベーンの開閉を制御するようにして、水車発電機を電力系統に並入するとき、ガイドベーン開度に対する水圧鉄管と水車ランナの遅れを補償するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水車発電機の目標速度を設定する速度設定器と、
水車発電機が回転する速度を検出する速度検出器と、
水車に流入する流量を可変するガイドベーンの開度を検出するガイドベーン開度検出器と、上記ガイドベーン開度検出器からのガイドベーン開度信号に基づいて所定の速度垂下率特性を有する速度信号を形成する速度垂下率設定器とを有し、
上記速度設定器の目標速度信号、上記速度検出器の速度信号及び上記速度垂下率設定器の速度信号を取り込み、これらに基づいて水車発電機が目標回転速度になるようにガイドベーンの開閉を制御する水車発電機の調速装置において、
並入時のガイドベーン開度信号から関数により演算して無負荷開度を求める補正関数器を備え、
上記補正関数器で求めた無負荷開度から並入時のガイドベーン開度を減算したガイドベーン開度偏差信号に基づいて上記速度垂下率設定器から形成した速度信号と、上記速度設定器の目標速度信号及び上記速度検出器の速度信号を取り込み、これらに基づいて水車発電機が目標回転速度になるようにガイドベーンの開閉を制御するようにして、
水車発電機を電力系統に並入するとき、ガイドベーン開度に対する水圧鉄管と水車ランナの遅れを補償するようにしたことを特徴とする水車発電機の調速装置。
【請求項２】
上記請求項１記載の水車発電機の調速装置において、上記補正関数器には、負荷設定器を接続し、上記補正関数器は、並入時のガイドベーン開度信号に水圧鉄管及び水車ランナの伝達関数を演算させることにより、無負荷開度を求め、この無負荷開度を上記負荷設定器の負荷設定初期値とし、この負荷設定初期値から並入時のガイドベーン開度を減算してガイドベーン開度偏差信号を求めるようにした水車発電機の調速装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水車発電機の調速装置に関し、特に、系統並入直後において系統からの電力吸収（モータリング）または系統への電力放出（負荷取り）を抑制するものに係わる。
【背景技術】
【０００２】
従来の特許文献１の水車発電機の調速装置においては、水車発電機が定格回転数に達した際のガイドベーン開度を無負荷開度として保持設定し、以後ガイドベーン開度信号からその無負荷開度を減算した偏差信号をガイドベーン開度信号として、速度垂下率調整器に供給する無負荷開度補償手段を用いて、調速制御を行っている。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５８−２０００８２号公報（第２頁右下欄第１４行〜第４頁左上欄第５行、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の水車発電機の調速装置は、以上のように構成されているので、無負荷時のガイドベーン開度を保持しても、水圧鉄管と水車ランナ等の遅れにより、系統並入時にモータリングまたは負荷取りする問題点がある。図４は従来の水車発電機の調速装置における系統並入後のモータリングや負荷取りの挙動を示す特性図である。その（ａ）図はガイドベーン開度（ＧＶ開）、水車が回転する速度（Ｎ）を縦軸に、時間（ｔ）を横軸にとっている。その（ｂ）図は電力（P）を縦軸に，時間（ｔ）を横軸にとっており、その（ａ）図と（ｂ）図は、同じ起動時刻、同じ並入時刻で表している。図では、ガイドベーン開度（ＧＶ開）曲線、水車回転速度（Ｎ）曲線、並びに負荷取り１０３状態又はモータリング１０４状態を示しており、１０２は起動開始時刻、１０１ａは系統並入時刻〔ガイドベーン開方向で並入した場合〕、１０１ｂは系統並入時刻〔ガイドベーン閉方向で並入した場合〕を表現している。
【０００５】
系統並入は水車発電機の目標回転速度で行われるが、ガイドベーン開度変化時の水車発電機の回転速度の遅れにより、ガイドベーン開度は回転速度変化より先行しているため、並入時の水車発電機回転速度１０５は、過去のガイドベーン開度１０６で発生している。したがって、並入時のガイドベーン開度１０７では開閉し過ぎていることになり、負荷取りまたはモータリングする問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、系統並入後のモータリング又は負荷取りを抑制することができる水車発電機の調速装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係わる水車発電機の調速装置は、水車発電機の目標速度を設定する速度設定器と、水車発電機が回転する速度を検出する速度検出器と、水車に流入する流量を可変するガイドベーンの開度を検出するガイドベーン開度検出器と、上記ガイドベーン開度検出器からのガイドベーン開度信号に基づいて所定の速度垂下率特性を有する速度信号を形成する速度垂下率設定器とを有し、上記速度設定器の目標速度信号、上記速度検出器の速度信号及び上記速度垂下率設定器の速度信号を取り込み、これらに基づいて水車発電機が目標回転速度になるようにガイドベーンの開閉を制御する水車発電機の調速装置において、並入時のガイドベーン開度信号から関数により演算して無負荷開度を求める補正関数器を備え、上記補正関数器で求めた無負荷開度から並入時のガイドベーン開度を減算したガイドベーン開度偏差信号に基づいて上記速度垂下率設定器から形成した速度信号と、上記速度設定器の目標速度信号及び上記速度検出器の速度信号を取り込み、これらに基づいて水車発電機が目標回転速度になるようにガイドベーンの開閉を制御するようにして、水車発電機を電力系統に並入するとき、ガイドベーン開度に対する水圧鉄管と水車ランナの遅れを補償するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の水車発電機の調速装置によれば、系統並入後のモータリング又は負荷取りを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１である水車発電機の調速装置を示す制御ブロック図である。図において、１は調速装置の制御盤を示す。調速装置は、入力として、水車速度信号１６と、水車に供給する流量を可変するガイドベーンからのガイドベーン開度信号１７が与えられる。出力として、ガイドベーン開度制御信号１５が出される。水車速度信号１６は水車の回転運動に応じて発電する発電機（図示せず）からの周波数信号である。また、系統並列信号１８は、無負荷でガイドベーンを開き水車を起動し発電機を定格速度にさせ、その後電力系統の周波数及び位相に同期をとって、水車発電機を系統に並入するときに、与えられる。
【０００９】
調速装置の制御盤１内において、２は水車発電機の目標速度を設定する速度設定器、３は水車速度信号１６から発電機が回転する速度を検出する速度検出器である。２１は減算器で、速度設定器２の目標速度信号から速度検出器３の速度信号を減算した偏差信号が出力される。４は負荷設定器で、系統並列信号１８が入力されるとその並入後初期値を０と設定し、補正関数器１９の出力を通過させ、以後負荷値を設定していく。５はガイドベーン開度信号１７から（取り扱える量の）ガイドベーン開度を検出するガイドベーン開度検出器、１９はこの発明で用いる補正関数器、６は速度垂下率設定器である。図２は速度垂下率設定器の所定の速度垂下率特性を示す特性図である。発電機の回転速度（N）を縦軸にとり、ガイドベーン開度（θ）を横軸にとって示しており、この特性曲線では、ガイドベーン開度がθ１のとき、定格回転速度がNRであることを示している。
【００１０】
２２は減算器で、ガイドベーン開度信号１７を補正関数器１９で演算し負荷設定器４を通過させた開度信号から、ガイドベーン開度検出器５のガイドベーン開度信号を減算して、ガイドベーン開度偏差信号を出力する。速度垂下率設定器６はこのガイドベーン開度偏差信号に基づいて、所定の速度垂下率特性を有する速度信号を形成し出力する。２３は加算器で、減算器２１の偏差信号と速度垂下率設定器６の速度信号を加算して制御偏差信号を出力する。７はゲイン設定器である。
【００１１】
ゲイン設定器７からの制御偏差信号がそれぞれ比例ゲイン設定器８、積分ゲイン設定器９、微分ゲイン設定器１０に与えられ、それぞれ比例演算器１１、積分演算器１２、微分演算器１３で演算されて、各演算器の出力が加算器２４で加算され目標開度を得る。系統並列信号１８の入力により、比例ゲイン設定器８、積分ゲイン設定器９、微分ゲイン設定器１０の各ゲインを無負荷時、負荷時で個別の設定値に切替える。２５は減算器で、加算器２４で加算された信号から、ガイドベーン開度検出器５の開度信号が減算され開度偏差信号を出力する。この開度偏差信号に運転ゲイン器１４のゲインが乗算され、ガバナ開度制御信号１５が出力され、ガイドベーンが操作され水車に流入する流量が制御されるようになっている。
【００１２】
この発明の水車発電機の調速装置には、補正関数器１９が付加されており、発電機を電力系統に並入するとき、ガイドベーン開度に対する水圧鉄管と水車ランナの遅れを補償するように、水圧鉄管と水車ランナ等の伝達関数を備えている。図３は補正関数器で求めたガイドベーン補償済曲線を示す特性図である。ガイドベーン開度（GV開）と水車回転速度（N）を縦軸にとり、時間（ｔ）を横軸にとって示している。GV開はガイドベーン開度曲線、Nは水車回転速度曲線を示す。GV補償曲線はガイドベーン開度補償曲線で、これは、ガイドベーン開度曲線×伝達関数（補正関数器の伝達関数）で求めている。１０５は並入時回転速度、１０６は過去のガイドベーン開度で、このときの開度信号により制御されて並入時回転速度１０５となっている。１０７は並入時のガイドベーン開度である。
【００１３】
１０８は過去のガイドベーン開度１０６と並入時のガイドベーン開度１０７とのガイドベーン開度偏差である。図でガイドベーンを開くと、水車が起動するが、ガイドベーン開度曲線に対して、水車の回転速度曲線は、水圧鉄管と水車ランナの遅れにより、遅れて追従する。そのため、並入時の水車発電機回転速度１０５は、過去のガイドベーン開度１０６で発生している。これを補償するために、ガイドベーン開度曲線×伝達関数で、ガイドベーン開度補償曲線を求め、過去のガイドベーン開度１０６と並入時のガイドベーン開度１０７とのガイドベーン開度偏差１０８を求めている。このガイドベーン開度偏差１０８を速度垂下率設定器６に入力し、求めた速度信号を、ガイドベーンの制御偏差信号に反映している。
【００１４】
次に動作について説明する。速度設定器２の目標速度信号から、速度検出器３で検出した水車の速度信号を、減算器２１で減算して偏差信号を得る。この偏差信号に、速度垂下率設定器６からの速度信号が加算器２３で加算されて、制御偏差信号を得る。系統並入前の定常時は任意の水車速度信号１６、ガイドベーン開度１７に対し、制御偏差信号がゼロで、かつ、出力であるガバナ開度制御信号１５がゼロとなっている。
【００１５】
系統並列信号１８の印加時である系統並入時、水車回転速度はガイドベーン開度変化後、水圧鉄管と水車ランナの遅れがあるため、並入時のガイドベーン開度は水車発電機回転速度に比べ先行している。そのため、系統並入時のガイドベーン開度信号１７に補正関数器１９の伝達関数を乗算し、負荷設定器４から出力される並入後初期値を、現在のガイドベーン開度信号から水圧鉄管と水車ランナ等の伝達関数によって現在値より過去のガイドベーン開度である無負荷開度となるようにしている。この過去のガイドベーン開度である無負荷開度信号から並入時のガイドベーン開度信号を減算器２２で減算してガイドベーン開度偏差信号を出力する。速度垂下率設定器６はこのガイドベーン開度偏差信号に基づいて、所定の速度垂下率特性を有する速度信号を形成し出力する。加算器２３で、減算器２１の偏差信号と速度垂下率設定器６の速度信号を加算して制御偏差信号を出力する。
【００１６】
この制御偏差信号には、ガイドベーン開度に対する水圧鉄管と水車ランナの遅れを補償する信号が織り込まれている。この制御偏差信号はそれぞれ比例ゲイン設定器８、積分ゲイン設定器９、微分ゲイン設定器１０に与えられ、それぞれ比例演算器１１、積分演算器１２、微分演算器１３で演算されて、各演算器の出力が加算器２４で加算される。減算器２５で、加算器２４で加算された信号から、ガイドベーン開度検出器５の開度信号が減算され開度偏差信号を出力する。この開度偏差信号に運転ゲイン器１４のゲインが乗算され、ガバナ開度制御信号１５が出力され、ガイドベーンが操作され水車に流入する流量が制御されるようになっている。
【００１７】
このようにして、水圧鉄管・水車ランナの遅れによる並入時のガイドベーン開度先行分を補正することで、並入後のモータリング・負荷取りが抑制でき、無負荷位置で維持安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の実施の形態１である水車発電機の調速装置を示す制御ブロック図である。
【図２】速度垂下率設定器の所定の速度垂下率特性を示す特性図である。
【図３】実施の形態１で用いる補正関数器で求めたガイドベーン開度補償曲線を示す特性図である。
【図４】従来の水車発電機の調速装置における系統並入後のモータリングや負荷取りの挙動を示す特性図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  制御盤                              ２  速度設定器
３  速度検出器                          ４  負荷設定器
５  ガイドベーン開度検出器              ６  速度垂下率設定器
７  ゲイン設定器                        ８  比例ゲイン設定器
９  積分ゲイン設定器                  １０  微分ゲイン設定器
１１  比例演算器                        １２  積分演算器
１３  微分演算器                        １４  運転ゲイン器
１５  ガバナ開度制御信号                １６  水車速度信号
１７  ガイドベーン開度信号              １８  系統並列信号
１９  補正関数器                        ２１  減算器
２２  減算器                            ２３  加算器
２４  加算器                            ２５  減算器
１０５  並入時の水車回転速度            １０６  過去のガイドベーン開度
１０７  並入時のガイドベーン開度        １０８  ガイドベーン開度偏差
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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