(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流または下流管路にサージタンクを備えた水力プラントに設置される水力機械であって、可動の流量制御手段と前記流量制御手段を制御するガバナとを有し、前記ガバナへの入力信号と同じ信号を入力信号とするサージングセンサーであって、前記入力信号が前記サージタンクの固有振動数近辺の周波数帯域の入力信号に対しては、過大サージングまたはその前兆現象と判断し、前記入力信号がその他の周波数領域の入力信号に対しては過大サージングまたはその前兆現象が発生していないと判断するサージングセンサーを備え、前記ガバナは、前記サージングセンサーが過大サージングまたはその前兆現象と判断した場合には前記ガバナの周波数応答特性を低応答設定とし、前記サージングセンサーが過大サージングまたはその前兆現象が発生していないと判断した場合には、前ガバナの周波数応答特性を前記低応答設定より高い周波数応答特性である高応答設定とすることを特徴とするサージタンクを備えた水力プラントの水力機械。
【請求項２】
請求項１において、前記ガバナの演算部が積分要素ゲインを高低切換可能に構成され、前記サージングセンサーが過大サージングまたはその前兆現象であると判断した時には低ゲイン側を自動選択することを特徴とするサージタンクを備えた水力プラントの水力機械。
【請求項３】
上流または下流管路にサージタンクを備えた水力プラントに設置される水力機械であって、ガイドベーンと、前記ガイドベーンの開度を制御するガバナと、自動周波数制御信号を入力としガイドベーン開度設定信号を前記ガバナに出力する出力調整部と、前記出力調整部の前段に設けられたバンドフィルター回路であって、前記バンドフィルター回路の周波数応答特性が前記サージタンクのサージング固有振動数に近い周波数帯域の入力に対しては、その他の周波数帯域の入力に比べて前記ガバナの周波数応答特性が低くなるように設定されていることを特徴とするサージタンクを備えた水力プラントの水力機械。
【請求項４】
請求項３において、前記出力調整部は、遠方からの電力の要求値と実際の電力値との電力偏差を求める比較部と、該比較部で求められた電力偏差を入力し前記ガバナへガイドベーン開度設定信号を出力する演算器を備え、該演算器を電力偏差積分器及び該電力偏差積分器に並列に設けられた比例要素を具備する並列演算器で構成したことを特徴とするサージタンクを備えた水力プラントの水力機械。
【請求項５】
請求項３において、前記出力調整部は、遠方からの電力の要求値と実際の電力値との電力偏差を求める比較部と、該比較部で求められた電力偏差を入力し前記ガバナへガイドベーン開度設定信号を出力する演算器を備え、該演算器が積分演算器または同等の演算器と並列に配置され該積分演算手段または同等の演算手段の出力を補正する並列演算器を具備するものであって、電力偏差がある過渡時には積分演算器または同等の演算器の応答を高めるような信号を出力し、定常状態に戻ればその出力をゼロまたは略ゼロに戻す特性を有することを特徴とするサージタンクを備えた水力プラントの水力機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上流または下流側にサージタンクを備えた水力プラントに設置され、水量制御手段と水量制御手段を制御するガバナを備えた水力機械に係わり、特に当該サージタンクの容量合理化を計るに好適な水力機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より電力系統に接続される水力発電機械においては、系統に連繋されて運転されている時は系統から強力な回転速度安定化作用が期待できるので、回転速度を制御するガバナの設定値は安定性より速応性を重視して比較的高いゲインに設定され、系統から分離された時や系統から事実上分離され系統側から回転速度安定化作用があまり期待できない場合には速応性より回転速度の安定性を重視して比較的低いゲインに設定される。そこで、従来は、ガバナのゲインは連繋運転中で考えられる最高のゲインを想定し、かつ、水量制御手段を考えられる最大振幅で、しかも、サージタンク固有振動相当周期で、考えられる最多回数開閉するような信号がガバナに与えられたと仮定して、それでも上下流のサージタンクはオーバーフローしないよう十分な容量に設計していた。
【０００３】
又、水力発電所の水路系の解析をしたものに、日立評論  ＶＯＬ.５６  Ｎo.１２（１９７４−１２）  ｐ１１５５〜１１６０に記載のものがある。この文献には、非線形性を考慮して水路系の水撃作用を解析している。
【０００４】
又、従来の装置である電力系統に接続された発電機、これに直結された水車からなる水力プラントでは、一般に、回転速度検出器を備え該回転速度検出器の出力信号に応答して水車の流量制御手段（例えばガイドベーン）を制御して水車出力を上げて発電機負荷と比較してより大きくして回転速度を上げて、あるいは水車出力を下げて発電機負荷と比較してより小さくして回転速度を下げて回転速度を所定値に制御する回転速度ガバナを設けているが、回転速度→回転速度検出器→回転速度ガバナ演算部→回転速度ガバナ増幅部→流量制御手段→水車出力→発電機負荷との差修正→回転速度修正となって一巡する回転速度制御系に対して、一種のバイアス調整をする部分を回転速度ガバナの演算部に設けている。水力プラントが大電力系統から切り離され、特定の小負荷だけに電力を供給するような実質的に単独送電や完全な無負荷運転になった場合には、発電機負荷は一定と考えられるので、このバイアスの調整は結果的に速度調整の役割を果たす。すなわち、発電機負荷に見合う水車出力は変わらないので、バイアス調整分を相殺できるのは回転速度Ｎの変化であるためである。
【０００５】
これに対して水力プラントが大電力の系統に同期接続されている場合には、回転速度が電力系統相当値で固定されるので、バイアスの調整は出力調整の役割を果たす。すなわち、バイアスの調整によって流量制御手段の開度が変わり水車出力は変わるが回転速度は変われないので、発電機負荷が水車出力に直ちに追従する。この場合には、バイアスは水車出力調整→電力調整の役割を果たすことになる。
【０００６】
ところで、水力プラントが大電力系統に連繋されている場合に、電力系統全体の電力需給調整制御やＡＦＣ等の周波数調整制御のために、管轄下の各プラントに対して配分指令が出され、水力プラントに対して遠方の中央制御所から電力の要求値である出力調整指令が出される場合がある。しかし、従来の水力発電プラントでは、この遠方指令に対する応答が極めて遅く、系統制御という観点では水力発電プラントの貢献度は低過ぎるという問題があった。
【０００７】
従来の技術では、ガバナ側で遠方指令と別途検出した実際の発電機電力を比較して偏差信号を算出し、その偏差信号を積分演算した結果を回転速度制御系へ一種のバイアス信号として与えていた。バイアス信号は、具体的には６５Ｐと称する出力調整部に与えていた。しかし、発明者らの解析結果では、積分演算のゲインを許容限界まで上げてみても遠方指令→実電力との偏差導出→偏差の積分演算（以下電力偏差積分と呼ぶ）→ガバナ演算部へのバイアス調整(即ち６５Ｐ調整)→流量制御手段の開度調整→水車出力調整→発電機の実電力調整と一巡する制御回路に致命的な問題があり、抜本的な応答改善は望めないことが判明した。
【０００８】
その理由の一つにガバナ演算部のＰＩＤ演算ゲインが低すぎる問題がある。しかし、ガバナ演算部のＰＩＤ演算ゲインは、水力発電プラントが大電力系統から切り離されて実質的に単独送電状態になる可能性があれば、単独送電状態になっても回転速度制御系の安定性が損なわれないようにする必要があるため、任意に上げることはできないという事情がある。これを解決する方法として、ガバナ演算部のＰＩＤ演算ゲインを大電力系統と連繋運転中は所望の高さに設定しておいて、単独送電へ移行した時は低い値に自動切換する方法が考えられるが、電力系統の構成が複雑であることを考慮すると、単独送電への移行が充分な信頼性をもって検出できない限り（実際には困難）採用できない。又、遠方指令に対する一巡制御回路において流量制御手段の開度調整→水車出力調整間の伝達関数は線形近似では(１−Ｔw・Ｓ)／(１＋０.５Ｔw・Ｓ）と表現されるように、水撃による出力の逆向き応答成分が含まれているため、遠方指令に対する一巡制御回路にも直接の悪影響を与える。ここで、Ｔw＝ΣＬi・Ｖi／(ｇ・Ｈ)で、Ｌiは上下流水路の長さ、Ｖi は上下流水路内の平均流速、ｇは重力の加速度、Ｈは有効落差、Ｓはラプラス演算子である。
【０００９】
ところで、ガバナ演算部のＰＩＤゲインは、回転速度→回転速度検出器→回転速度ガバナ演算部→回転速度ガバナ増幅部→流量制御手段→水車出力→発電機負荷との差修正→回転速度修正と一巡する回転速度制御系の安定性や速応性を考慮して設定され、遠方指令に対する電力制御の一巡制御回路専用の演算部としては単に電力偏差積分演算があるだけで適正な設定ができる構成になっていない。まして、電力の手動操作のための上げ、下げ指令も電力偏差積分演算器で受けるのが一般的で、この場合には目視確認しながら調整するすることになるので電力偏差積分のゲインは自ずと低くならざるを得ず自由に上げられない。
【００１０】
電力系統と連繋運転中は、事実上一定速度で運転される従来の水力発電プラントでは、回転速度制御系と遠方指令に応答する電力制御系の両方が最終的には同一の操作端を制御する。このように従来の技術には、遠方指令に対する電力の一巡制御系についても回転速度制御系の低いＰＩＤ演算ゲインの影響や水撃の逆応答等の阻害要因にも拘わらず適正な遅れ補償やゲイン補償を行うことのできる演算部を設けた例はない。
【００１１】
特開平7−279814 号公報に記載の装置では、遠方指令自体を一時的に拡大してから回転速度制御系の一つのバイアス信号として入力する方法が開示されている。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従来の装置は、サージタンク容量を低減することには配慮されておらず、サージタンク容量増加は地下発電所の場合であれば岩盤の掘削ボリュームの増大を意味し、土木コストの上昇は大きな負担になっている。例えば、サージタンクの高さを僅か１ｍ上げるにしても、サージタンクの横断面積が各水車の水路断面積の何十倍にもなるため掘削ボリュームでは膨大になるためである。
【００１３】
又、特開平7−279814号公報に記載の装置のように、遠方からの電力指令の受信部で指令自体を一時的に拡大する対策を講じれば、その後の一巡制御系の応答低下をある程度は補償できる可能性がある。しかし、この方法は、一巡制御系でゲインが１／１０になるなら予め１０倍にしておき１０×（１／１０）＝１とゲインを１とする考え方であるが、一巡制御系の周波数特性は複雑で信号の周波数に応じて応答ゲインは大きく変化し、１／１００のところもあれば１に近いところもあるのでこのような単純にはいかない。結局、一巡制御系の外だけで補償するやり方には限界があり、少なくとも精度低下や非効率性は避けられないため、効率的ではなく、実用的ではないものであった。
【００１４】
又、従来の技術では、たとえ電力指令に対する一巡制御系の応答性改善に成功したとしても、水力機械の建設条件によっては上下流水路のサージタンクのサージング等特定の周波数帯での異常加振が生じるという新たな問題を引き起こす場合も少なくなかった。この対策としては、サージタンクの容量を増すという高価な対策か一巡制御系の応答性改善を諦めるかしか対策がなかった。
【００１５】
本発明の第１の目的は、サージタンクの設計条件となっているガバナ印加信号が同じでも、ガバナ自身をインテリジェント化し過大なサージングを自動的に防止できるようにして、安価な対策でサージタンクの設計合理化という大きな経済効果を達成し、水力プラントの建設コスト低減に貢献できるサージタンクを備えた水力プラントの水力機械を提供することにある。
【００１６】
本発明の第２の目的は、サージタンクの固有振動相当周期で加振されても、ガバナの出力である水量制御手段の振動振幅は自動的に所望のレベルに抑制されるようガバナをインテリジェント化したサージタンクを備えた水力プラントの水力機械を提供することにある。
【００１７】
本発明の第３の目的は、回転速度制御系と遠方指令に応答する電力制御系の両方が最終的には同一の操作端を制御するような場合でも、遠方指令に応答する電力制御系の応答性を回転速度制御系の応答性能、特に安定性を損なうことなく合理的に適正化でき、応答ゲインを大幅に改善した水力機械を提供することにある。
【００１８】
本発明の第４の目的は、電力の手動操作のための上げ，下げ指令も電力偏差積分演算器で受ける場合のように、電力偏差積分のゲインが充分高くない場合でも、遠方指令に対する電力制御系の応答性を自在に上げられる水力機械を提供することにある。
【００１９】
本発明の第５の目的は、上下流水路のサージタンクのサージング等特定の周波数帯での異常加振現象を合理的に防止し、その他の周波数帯では一巡制御系の応答性を最大限に保持することのできる水力機械を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のサージタンクを備えた水力プラントの水力機械は、可動の流量制御手段と前記流量制御手段を制御するガバナと、上流または下流管路にサージタンクを備えた水力プラントに設置される水力機械であって、前記ガバナが前記サージタンクの固有振動数近辺の周波数帯域の入力信号に対しては低い周波数応答特性を与えるための低応答設定と、その他の周波数領域の入力信号に対してはより高い周波数応答特性を与えるための高応答設定を具備したことを特徴とする。
【００２１】
又、過大なサージングまたはその前兆現象を検出するサージングセンサーを備え、前記サージングセンサーが動作したことを条件に前記ガバナが低応答設定を自動選択するものである。
【００２２】
又、可動の流量制御手段と前記流量制御手段を制御するガバナと、上流または下流管路にサージタンクと、過大なサージングまたはその前兆現象を検出するサージングセンサーを備えた水力プラントに設置される水力機械であって、前記ガバナの演算部が積分要素ゲインを高低切換可能に構成され、前記サージングセンサーが動作した時には低ゲイン側を自動選択することを特徴とする。
【００２３】
又、可動の流量制御手段と前記流量制御手段を制御するガバナと、上流または下流管路にサージタンクと、前記ガバナの周波数応答特性を設定したバンドフィルター回路を備えた水力プラントに設置される水力機械であって、前記バンドフィルター回路の周波数応答特性が前記サージタンクのサージング固有振動数に近い周波数帯域の入力に対しては、その他の周波数帯域の入力に比べて前記ガバナの周波数応答特性が低くなるように設定されていることを特徴とする。
【００２４】
又、上記目的を達成するために、本発明の水力機械は、電力指令に対する一巡制御系の電力偏差積分演算器と並列に配置されてその出力で電力偏差積分演算器の出力を補正するようにした並列演算手段を設け、該並列演算手段は電力偏差積分演算器と同じ電力偏差信号を入力とするものの、電力偏差がある過渡時には電力偏差積分演算器の応答を高めるような信号を出力し、定常状態に戻ればその出力をゼロまたは略ゼロに戻すように構成したものである。
【００２５】
又、並列演算手段には比例演算をさせ、電力偏差積分演算器の代わりにＰ＋Ｉ（比例＋積分）演算要素を入れるものである。このＰ＋Ｉ演算要素を使って、電力指令に対する電力制御系の応答を適正化するものである。
【００２６】
又、並列演算手段には比例演算＋微分演算をさせ、電力偏差積分演算器の代わりにＰ＋Ｉ＋Ｄ（比例＋積分＋微分）演算要素を入れるものである。このＰ＋Ｉ＋Ｄ演算要素を使って、電力指令に対する電力制御系の応答を適正化することである。
【００２７】
又、遠方指令受信部には特定の周波数帯の変動入力に対しては応答ゲインが他の周波数帯の変動入力に比べて低下するバンドフィルターを設けるものである。又、上記の電力偏差積分演算器をＰ＋Ｉ演算要素で置換またはＰ＋Ｉ＋Ｄ演算要素で置換した上で遠方指令受信部に設けるバンドフィルターを組み合わせるものである。
【００２８】
又、バンドフィルターの例としては、伝達関数を［(１＋Ｔ2・Ｓ)＊(１＋Ｔ3 ・Ｓ)］／［(１＋Ｔ1・Ｓ)＊(１＋Ｔ4・Ｓ)］または同等(但し、Ｔ1 からＴ4 は所定の時定数、Ｓはラプラス演算子でＴ1＜Ｔ2＜Ｔ3＜Ｔ4）とし、サージング共振周波数等制御対象側で共振が予想される特定の周波数帯が１／(２π・Ｔ1）と１／(２π・Ｔ4）の間に入るようにＴ1 ，Ｔ4 を調整することである。より好ましくは１／(２π・Ｔ2)と１／(２π・Ｔ3)の間に入るようにＴ2 ，Ｔ3 を調整するものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図２は上下水路の両方にサージタンクを有する水力プラントの水路構成を示す。１０５は上池、１０１は上池１０５の導水路、１０６は導水路１０１に設けられた上流側サージタンク、１０２は上流側サージタンク１０６に接続された水圧鉄管、１００は水圧鉄管１０２に接続されたポンプ水車、１０３はポンプ水車１００に接続された吸出管、１０７は吸出管１０３に設けられた下流側サージタンク、１０４は下流側サージタンク１０７に接続された放水路を示す。図２中で、Ｈfuはポンプ水車１００中心を基準に測った上流側サージタンク水位、ＨfLはポンプ水車１００中心を基準に測った下流側サージタンク水位、△Ｈfuは上流側サージタンク１０６の水位と上池１０５の水位の差、△ＨfLは下流側サージタンク１０７の水位と下池１０８の水位の差、Ａfuは上流側サージタンク１０６の断面積、ＡfLは下流側サージタンク１０７の断面積、Ｌ1 ，Ａ1 ，Ｖ1 は、それぞれ導水路１０１の長さ，管路断面積，流速、Ｌ2 ，Ａ2 ，Ｖ2 はそれぞれ水圧鉄管１０２の長さ，管路断面積，流速、Ｌ3 ，Ａ3 ，Ｖ3 はそれぞれ吸出管１０３の長さ，管路断面積，流速、Ｌ4 ，Ａ4 ，Ｖ4 はそれぞれ放水路１０４の長さ，管路断面積，流速を示す。
【００３０】
図２のように構成された水力プラントの水撃を含む水車の挙動、すなわち、ガバナの出力であるガイドベーン（水量制御手段ともいう）の開度Ｙを入力とするガバナの制御対象の挙動を模擬する模擬式の例を次に説明する。以下の説明では、水柱は非圧縮性流体であると仮定し、剛性理論に基づき近似する。又、説明を簡単にするためこの水柱には摩擦損失はないと仮定する。
【００３１】
先ず、導水路１０１と上流側サージタンク１０６について検討すると、上池
１０５から上流側サージタンク１０６までの管路内水柱は、断面積Ａ1ｘ 長さ
Ｌ1 であり、サージタンク水位上昇により水柱に作用する力は水柱を押し戻す方向に作用するので、運動方程式は数１となる。
【００３２】
【数１】
−γ・ΔＨfu・Ａ1＝［(Ａ1・Ｌ1・γ)／ｇ］×(ｄＶ1／ｄｔ)      …(１)
ここで、γは水の比重であり、数１を変形すると数２となる。
【００３３】
【数２】
−ΔＨfu＝(Ｌ1／ｇ)×(ｄＶ1／ｄｔ)                            …(２)
一方、連続の式から、サージタンクへの流入水量と流出水量の差がサージタンク水位を変化させるから、数３が成り立つ。
【００３４】
【数３】
(Ａ1・Ｖ1−Ａ2・Ｖ2)＝Ａfu・(ｄΔＨfu／ｄｔ)                  …(３)
次に、１０２水圧鉄管について検討する。水圧鉄管内の水柱は断面積Ａ2ｘ 長さＬ2 であり、管路左端の水圧力変動分は、γ・△Ｈfu・Ａ2 、他方管路右端の水圧変動分は、γ・△Ｈu・Ａ2なので、数４が成り立つ。すなわち、数５となる。
【００３５】
【数４】
γ(ΔＨfu−ΔＨu)・Ａ2＝［(Ａ2・Ｌ2・γ)／ｇ］×(ｄＶ2／ｄｔ)   …(４)
【００３６】
【数５】
ΔＨfu−ΔＨu＝(Ｌ2／ｇ)×(ｄＶ2／ｄｔ)                       …(５)
従って、数８となる。
【００３７】
次に、ポンプ水車１００について検討する。水車の出力Ｐt は数６で表すことができる。
【００３８】
【数６】
Ｐt ＝９.８η・Ｈ・Ｑ                                         …(６)
ここで、ηは効率を、Ｈは有効落差を示す。有効落差Ｈの変動分は上流側変動△Ｈu と下流側変動△ＨL の差で数７のように表される。
【００３９】
【数７】
ΔＨ＝ΔＨu−△ＨL …(７)
また、流量Ｑは数８にて近似する。
【００４０】
【数８】
Ｑ＝Ｋ・Ｙ・√Ｈ                                              …(８)
ここでＹはガイドベーン開度を示す。さらに、連続の方程式から数９が得られる。
【００４１】
【数９】
Ｑ＝Ａ2・Ｖ2＝Ａ3・Ｖ3 …(９)
次に、吸出管１０３について検討する。吸出管の管路内水柱は断面積Ａ3ｘ 長さＬ3 であり、管路左端の水圧力変動分は、γ・△ＨL・Ａ3、他方管路右端の水圧変動分は、γ・△ＨfL・Ａ3なので、数１０が成り立つ。
【００４２】
【数１０】
γ(△ＨL−△ＨfL)・Ａ3＝［(Ａ3・Ｌ3・γ)／ｇ］×(ｄＶ3／ｄｔ)  …(１０)
すなわち、数１１が得られる。
【００４３】
【数１１】
△ＨL−△ＨfL＝(Ｌ3／ｇ)×(ｄＶ3／ｄｔ)                     …(１１)
次に、放水路１０４と下流側サージタンクについて検討する。まず、下サージタンクから下池までの管路内水柱は断面積Ａ4ｘ 長さＬ4 であり、この水柱に作用する力は下サージタンク水位上昇により、水柱を加速する方向に作用するので、数１２が成り立つ。
【００４４】
【数１２】
γ・△ＨfL・Ａ4＝［(Ａ4・Ｌ4・γ)／ｇ］×(ｄＶ4／ｄｔ)     …(１２)
すなわち、数１３が得られる。
【００４５】
【数１３】
△ＨfL＝(Ｌ4／ｇ)×(ｄＶ4／ｄｔ)                           …(１３)
他方、連続の方程式から下サージタンクへの流入水量と流出水量の差が下サージタンク水位を変化させるので、数１４が得られる。
【００４６】
【数１４】
(Ａ3・Ｖ3−Ａ4・Ｖ4)＝ＡfL・(ｄΔＨfL／ｄｔ)               …(１４)
ここで、各係数を数１５に示すように無次元化して数２，数３，数５，数６，数７，数８，数９，数１１，数１３，数１４の線形近似式を求めると数１６から数２５が得られる。
【００４７】
【数１５】
0003965264.tif 000002
【００４８】
これらの式は、無次元変数ｖ1，ｖ2，ｖ3，ｖ4，ｈfu，ｈfL，ｈu，ｈL，ｐt ，ｑ，ｙを変数とする線形近似式であり、これら変数の高次項はnegligible    smallとして省略している。
【００４９】
【数１６】
ｖ1＝−ｇ・Ｈ0・ｈfu／(Ｌ1・Ｖ10・Ｓ）                     …(１６)
【００５０】
【数１７】
ｈfu＝(Ａ1・Ｖ10・ｖ1−Ａ2・Ｖ20・ｖ2)／(Ｈ0・Ａfu・Ｓ）   …(１７）
【００５１】
【数１８】
ｖ2＝ｇ(Ｈ0・ｈfu−Ｈu0・ｈu)／(Ｌ2・Ｖ20・Ｓ）            …(１８)
【００５２】
【数１９】
ｐt＝ｈ＋ｑ                                                …(１９)
【００５３】
【数２０】
ｈ＝(Ｈu0ｈu−ＨL0ｈL)／(Ｈu0・ＨL0)＝(Ｈu0ｈu−ＨL0ｈL)／Ｈ0
…(２０)
【００５４】
【数２１】
ｑ＝ｙ＋０.５ｈ                                            …(２１)
【００５５】
【数２２】
ｑ＝ｖ2＝ｖ3  …(２２)
【００５６】
【数２３】
ｖ3＝ｇ(ＨL0・ｈL−Ｈ0・ｈfL)／(Ｌ3・Ｖ30・Ｓ）            …(２３)
【００５７】
【数２４】
ｖ4＝ｇ・Ｈ0・ｈfL／(Ｌ4・Ｖ40・Ｓ）                       …(２４)
【００５８】
【数２５】
ｈfL＝(Ａ3・Ｖ30・ｖ3−Ａ4・Ｖ40・ｖ4)／(Ｈ0・ＡfL・Ｓ）   …(２５)
このことから、図２に示す水力プラントのガバナの制御対象の線形化モデルは、図３のように示すことができる。すなわち、ガイドベーン(水量制御手段)の無次元化された開度ｙによって無次元化された流量変化ｑが発生し、これにより無次元化された上流側サージタンクの水位ｈfu，無次元化された下流側サージタンクの水位ｈfLが応動することが解る。図３に示す上サージングブロック図，下サージングブロック図は、それぞれ図４，図５に示すように構成されている。なお、流量変化に対する上流側サージタンク水位，下流側サージタンク水位の応答はいずれも典型的な正弦波発生回路になっており、上流側サージタンクサージングの周期，下流側サージタンクサージングの周期はそれぞれ２π√(Ａfu・Ｌ1／Ａ1・ｇ)，２π√(ＡfL・Ｌ4／Ａ4・ｇ)となる。
【００５９】
図１は本実施例のガバナの制御ブロック線図である。１はポンプ水車１００の回転速度Ｎを検出する速度検出部、Ｘn は速度検出部１で検出された速度検出信号、２は回転速度の基準値を設定する速度調整部、ｘ0 は速度調整部２から出力される設定値、３は設定値ｘ0 と速度検出信号Ｘn と後述する速度調定率設定部からの復元信号Ｘσとの加算器、Ｘεは加算器３で算出された信号ですぐ下流のＰＩＤ演算回路の入力信号、２０は上流側サージタンク用サージングセンサー、４ａは通常使用する比例演算要素（Ｐ要素）、４ｂはサージングセンサーが動作した時、すなわち、サージング抑制を行う場合に使用する比例演算要素(Ｐ要素)を示す。なお、前者の比例演算要素のゲインＫpa＜後者の比例演算要素のゲインＫpbとなっている。５ａは通常使用する積分演算要素（Ｉ要素）、５ｂはサージングセンサーが動作した時、すなわち、サージング抑制を行う場合に使用する積分演算要素（Ｉ要素）を示し、前者の積分ゲインＫiaと後者の積分ゲインＫibとはＫia＜Ｋibとなっている。１９ａ，１９ｂはそれぞれ比例演算要素４ａ，４ｂ，積分演算要素５ａ，５ｂの前段に設けられたサージングセンサー２０の接点で、サージングセンサー２０が動作した時にスイング動作して、比例演算要素４ａを開き比例演算要素４ｂを閉じ、積分演算要素５ａを開き積分演算要素５ｂを閉じ、比例演算要素，積分演算要素共に切換える。
【００６０】
６は微分演算要素（Ｄ要素）を示し、その出力信号Ｚd ，比例演算要素の出力信号Ｚp ，積分演算要素の出力信号Ｚi は、加算部７で加算される。この比例演算要素の出力信号Ｚp ，積分演算要素の出力信号Ｚi ，微分演算要素の出力信号Ｚd を総合した信号は、ガイドベーン開度指令Ｚであり、このガイドベーン開度指令Ｚに実際のガイドベーン開度Ｙがフィードバックされ、加算部８で偏差がとられる。この偏差信号Ｙε1 は、リミッター９を介して油圧サーボモータ１０に入力される。リミッター９のθR はガイドベーンの開速度をθR・Ｃyに、θL は閉速度をθl・Ｃy に制限するためのものであり、リミッター９の出力信号Ｙε2は偏差信号Ｙε1 を上記開閉速度制限を考慮して制限した信号となっている。油圧サーボモータ１０は一種の油圧増幅器になっており、伝達関数では一次遅れ要素を構成し、ガイドベーン開度指令ｚを増幅して充分なストロークと操作力をもつガイドベーン開度Ｙに変換し、水量制御手段であるガイドベーンを直接操作する。
【００６１】
実際のガイドベーン開度Ｙはフィードバックされ、加算部１１で、出力調整部１３からのガイドベーン開度設定信号Ｙa との偏差が与えられる。もし実際のガイドベーン開度Ｙがガイドベーン開度設定信号Ｙa に達していない場合、すなわち、Ｙ＜Ｙa の場合にはその差がゼロになるまでガバナのＰＩＤ演算部に開信号σ(Ｙa −Ｙ)が送り続けられるので、やがてはＹ＝Ｙa となりその段階で落ち着く。開信号σは速度調定率設定部１２で設定され、復元信号Ｘσを出力する。この開信号σは速度検出信号Ｘn の変化に対するガイドベーン開度Ｙの変化の割合を決めるゲインで、一般には電力系統の中でのプラントの役割を考慮して一度決めたら変更されないものである。
【００６２】
１４は図３に示すブロック線図全体を示し、実際のガイドベーン開度Ｙがフィードバックされている。このブロック線図１４は、前述したように、簡単に表現すると水路系を含むポンプ水車の制御ブロック線図を示す。ブロック線図１４の出力である水車の出力Ｐt と後述する総合負荷ＬΣとの偏差がとられ、この偏差は回転部慣性効果の算出部１６に入力され、回転速度Ｎを算出する。この回転速度Ｎは、自己制御性の演算部１７ａ，電力系統からの同期化作用の演算部１７ｂにフィードバックされる。
【００６３】
演算部１７ｂでは、回転速度Ｎが定格速度（同期速度）Ｎ0 から外れない様に電力系統が連れ戻す同期化作用を示す負荷電力ＲL を算出する。Ｌは水車軸に直結された発電機に与えられる外部負荷であり、この外部負荷Ｌと負荷電力ＲL が加算され、発電機負荷Ｐg が算出される。ポンプ水車１００の自己制御性の演算部１７ａでは、回転速度上昇に伴い増加する機械損や効率低下等を総合した特性を演算しており、回転速度変化に伴う自己制御性による水車出力のロスＲT を算出している。
【００６４】
水車からみれば発電負荷Ｐg だけでなくロスＲT も一種の負荷のようにみなすことができ、水車の出力Ｐt を消費する総合負荷ＬΣ＝Ｐg ＋ＲT とみなすことができる。発電負荷Ｐg とロスＲT が加算されて総合負荷ＬΣを算出し、さらに水車の出力Ｐt との偏差がとられて、（Ｐt −ＬΣ）が回転部慣性効果の算出部１６に入力され、回転部慣性効果の算出部１６の出力として回転速度Ｎが算出される。
【００６５】
ところで図１に示すガバナには外部から与えられる信号として、発電機に与えられる外部負荷Ｌと出力調整部１３から与えられるガイドベーン開度設定信号Ｙa の２つの信号がある。外部負荷Ｌは、その変動によって回転速度Ｘn の速度変動を生じさせる。一方、出力調整部１３に入力される信号の代表的なものがＡＦＣ（自動周波数制御）であり、ＡＦＣの場合には専ら電力系統の周波数制御の観点で出される指令であるので、サージング異常加振等の水力プラントの特殊事情は感知せずに出され、図示してない遠方の中央制御所から遠隔操作で与えられる。従って、回転速度Ｘn ，ガイドベーン開度設定信号Ｙa いずれの信号によっても上流側，下流側いずれのサージタンクも異常加振される可能性があるので、サージングセンサーは両信号の総合効果を監視できるように両信号の合流点である加算器３より下流側に配置している。
【００６６】
図６は、図１に示すガバナのＰＩＤ演算部への入力信号Ｘεを入力しているサージングセンサー２０の一例を示す図である。２０Ａは絶対値演算部、２０Ｂは入力が０.００４(ｐu)以上の時には１をそれ以下の時には０を出力するスイッチである。２０Ｃは、スイッチ２０Ｂの出力が１の時は０を選択し、スイッチ20Ｂの出力が０の時は０.２ を選択する信号選択要素、２０Ｄはスイッチ２０Ｂの出力と信号選択要素２０Ｃの出力との偏差をとる加算部、２０Ｆは加算部２０Ｄの出力信号を積分する積分要素、２０Ｅは積分要素２０Ｆの前段に設けられ、積分要素２０Ｆの上限が２５を超えない様に、下限が０を超えない様に積分要素20Ｆへ送る信号の通過／阻止を司るリミッター、２０Ｇは積分要素２０Ｆの出力が設定値の１０以上の場合にサージングセンサーをＯＮし、１０未満の場合にサージングセンサーをＯＦＦするサージングセンサー作動部である。
【００６７】
次に、図６に示すサージングセンサーの動作について図７，図８のサージングセンサーの動作説明図を用いて説明する。図７に示すレコード１はガバナのPID演算部への入力信号Ｘεを、レコード２はガバナのＰＩＤ演算部の出力信号Ｚを、レコード３は積分要素２０Ｆの出力信号を、レコード４はサージングセンサー作動部２０Ｇの出力信号を夫々示す。又、図８に示すレコード１は回転速度Ｎを、レコード２はガイドベーン開度設定信号Ｙa を、レコード３はガイドベーン開度Ｙを示す。なお、この場合、図８に示すレコード２のように出力調整部１３から与えられるガイドベーン開度設定信号Ｙa がサージング加振信号となっている。
【００６８】
時点ｔaでＰＩＤ演算部の入力Ｘε＞０.００４となるとスイッチ２０Ｂは１を出力する。すると信号選択要素２０Ｃは０を出力する。この結果、加算部２０Ｄの出力は１となり、積分要素２０Ｆが積分を開始し、レコード３で示す積分要素２０Ｆの出力値は直線的に上昇する。時点ｔb になると、積分要素２０Ｆの出力が１０を超えるのでこの段階でサージングセンサーがＯＮする。なお時点ｔc になると積分要素２０Ｆの出力が２５に達すると、リミッター２０Ｅの作用で直ちに上昇が止む。時点ｔdになるとＰＩＤ演算部の入力Ｘε＜０.００４となり、スイッチ２０Ｂは０を出力し、信号選択要素２０Ｃは０.２ を出力するので加算部２０Ｄの出力は−０.２ となり、積分要素２０Ｆの出力は上昇時の１／５勾配で降下し始める。時点ｔeになると再びＰＩＤ演算部の入力Ｘε＞０.００４となり、積分要素２０Ｆの出力が上昇を始める。
【００６９】
絶対値演算部２０Ａで絶対値を採っている理由は、ＰＩＤ演算部の入力Ｘεが正（水量制御手段を開く場合）の場合でも、負（水量制御手段を閉じる場合）の場合でも最終的な水量変化が同じであれば、水位上昇から始まるか、下降から始まるかの差はあれ同じ振幅のサージングになるためである。もちろん前述したように、精度が多少悪くなってもサージングセンサーをできるだけ簡単化できるためである。
【００７０】
スイッチ２０Ｂで｜Ｘε｜の振幅を考慮している理由は正負に関係なく振幅が大きければ大きいほどサージングも大きくなるためである。また信号選択要素２０Ｃの設定値０.２ を大きくすると積分要素２０Ｆの出力の下降を速くすることになり、サージングセンサーのリセットを早めることになる。サージング固有振動周期よりはるかに長い周期で繰り返されるＰＩＤ演算部の入力Ｘεの振動ならサージングの異常加振の危険性はかなり小さくなるので、過去の加振歴の影響はほとんど無視してよくなるが、信号選択要素２０Ｃの設定値０.２ はこの種の判断をさせるものである。リミッター２０Ｅの上限設定値２５を下げると、信号選択要素２０Ｃの設定値が同じでもサージングセンサーがリセットしやすくなるので正確には信号選択要素２０Ｃとリミッター２０Ｅの設定はセットで検討する。なお、ＰＩＤ演算部の入力Ｘεが同じ振幅で加振周期がサージング固有振動相当周期よりはるかに短くなってもサージングは減衰するので、サージングセンサーはＯＦＦしてもよいが、図４に示すサージングセンサーでもそのように調整することができる。なお、サージングセンサーの精度は図３を参照しながらより理論に忠実に模擬して作ればかなり高い精度が期待でき、サージングセンサーの動作範囲を必要最小限にし、ガバナの周波数応答性能の犠牲も必要最小限にできる。
【００７１】
以上述べたように、図７の時点ｔb においてサージングセンサーがＯＮし、図１に示すサージングセンサーの接点１９ａ，１９ｂが切換り、比例要素４ｂ（ゲインＫpb），積分要素５ｂ（ゲインＫib）が選択され、図６に示すレコード３のようにガイドベーン（Ｙ）の動作が急に抑制され、サージングが許容レベルに自動的に抑えられる。なお、図７，図８に示すシミュレーション解析では、図８に示すレコード１のように回転速度Ｎは終始一定と仮定している。
【００７２】
なお、発明者らは上述のサージングセンサーが実機でどれほど有効に作動するかを確認するためにあるプラントを対象に非線形項を加味してシミュレーション解析を行った。その結果を要約したのが図９である。この場合、出力調整部１３からのガイドベーン開度設定信号Ｙa として正弦波を与えることとし、パラメータとして３種類の振幅，５種類の周期の合計１２ケースで検証している。ここで、サージングセンサーの要否の判定については、サージングセンサーを設けない無対策では予め決めた対象サージタンクの許容最高水位を超える場合を「要」，超えない場合を「不要」とした。ガイドベーン開度設定信号Ｙaの振幅±０.４９で周期が１００sec，４００secの２ケースを除いて、シミュレーション解析結果が「要」の場合はサージングセンサーは実際にＯＮし、「不要」の場合には実際にＯＦＦしている。例外の２ケースはサージングセンサーの簡略化による誤差であるが、誤差は安全サイドに出ており充分許容できるレベルと判断できる。なお、上述の対象のサージタンクの許容最高水位はこのプラントが電力系統と連繋運転中の値で、負荷遮断によって上乗せされる追加変動分を考慮してもサージタンクがオーバーフローしない値に設定している。
【００７３】
以上述べたように、ガバナに低い周波数応答特性を与えるための低応答設定と、より高い周波数応答特性を与えるための高応答設定を用意しておいて、サージタンクの固有振動数近辺の周波数帯域での運転では、低応答設定を使うようにしているので、水量制御手段までのガバナ自身の総合応答ゲインが低下し、水量制御手段の振幅を所望のレベルに低下できるので、ガバナへの印加信号がサージングの固有振動数相当の周波数で本来なら過大サージングが避けられそうにない振幅で加振したとしても、過大なサージングには至らない。
【００７４】
又、サージングセンサーを備えているので、過大サージングが懸念される運転条件を的確に検出できるので、低応答設定の使用範囲も必要最小限に止めることができる。すなわち、ガバナの周波数応答特性を高く維持して、速応性を重視する通常の設定を最大限に利用することができる。
【００７５】
ガバナ演算部の積分要素のゲインは、低い方のゲインは負荷遮断後の回転速度Ｎの安定性確保のための設定になっているが、このゲインを過大サージング抑制も可能なレベルに設定しておき、サージングセンサーが動作した時も負荷遮断時と同様に低い方のゲインを自動選択するようにすれば好都合である。なお、積分要素の場合には何時ゲイン切換えを行っても出力側が飛ぶことがないので切換対象としては好ましい。
【００７６】
ガバナの演算部の積分要素，比例要素の両方のゲインを高低切換可能とし、サージングセンサーが動作した時に両要素共に低ゲイン側を自動選択するようにした場合には、切換前においても、切換後においても比例要素がある分だけ自由度が高いので各状態でより好適な設定が可能になる。但し、比例要素の場合は、過渡時に切換えが行われると、出力側が飛ぶ可能性があるのでこの点を配慮して切換えを行う。
【００７７】
サージングセンサーとしては幾つかのロジックが考えられるが、あまり複雑にするのは好ましくない。そこで、速度検出信号と出力調整信号の合流点より下流側で前記流量制御手段の変位を含むガバナの状態量から簡単に演算できて、サージングの大小との相関を確認できる所定の指標を予めシミュレーション等によって見つけておく。その上で、この指標の値を刻々のガバナ状態量から計算して過大サージングを予測／検出する方法が考えられる。なお、指標を計算するには速度検出信号と出力調整信号の総合効果が問題になるので、両信号の合流点より下流側のガバナ状態量をデータとして取り込む。
【００７８】
なお、サージングセンサー用の指標を算出するためのガバナ状態量としては、定常時にゼロまたはそれに近い値に復帰する状態量を選ぶとよい。ガバナがある信号によって加振されている時を考えると、サージング（サージタンクの水位変動）に関係するのは、いずれのガバナ状態量についても変化幅で、絶対値ではないからである。
【００７９】
ガバナの状態量自身は定常時にはゼロまたはそれに近い値に復帰しないとしても、微分等所定の演算を加えて定常時にはゼロまたはそれに近い値に復帰する状態量に変換した上で指標算出に使うのは上述した点を配慮していることによる。又、サージングセンサーを適用する場合において、指標の算出のために、刻々の状態量の瞬時値だけでなく、それ以前の状態量の経歴も反映されるように、積分演算または記憶演算も含むと効果的である。同じ水量制御手段の変位、例えば、８０％開度から６０％開度への変位、を考えても、サージングの固有振動の１周期前にも１００％開度から８０％開度への変位があった場合には、前の変位によるサージングと今回の変位によるサージングが重なってサージングの変動幅は約２倍になる。また別の例で、サージングの固有振動の１／２周期前に１００％開度から８０％開度への水量制御手段の変位があった場合には、前の変位によるサージングと今回の変位によるサージングが打ち消し合ってサージングの変動幅はほとんどゼロになる。
【００８０】
別の例では、サージングの固有振動の１周期前に水量制御手段が６０％開度から８０％開度へ変位していた場合には、前の変位によるサージングと今回の変位によるサージングが打ち消し合ってサージングの変動幅はごく小さくなる。別の例では、サージングの固有振動の１／２周期前に水量制御手段が６０％開度から８０％開度へ変位していた場合には、前の変位によるサージングと今回の変位によるサージングが重なってサージング変動幅は約２倍になる。このように過去の水量制御手段の変位幅，方向，タイミングによってサージングの増幅，減衰が大きく変わるため、前述のようにサージングセンサーの指標演算ロジックに過去のデータを反映する積分要素等の記憶要素を入れた方が精度を上げることができる。しかし、精度を追求し過ぎると指標演算ロジックが難しくなり過ぎるので、実際的には、ある程度の妥協が必要である。妥協の例としては、水量制御手段に与えられる変位の方向は無視して変動幅の絶対値と頻度だけに応答するタイプの指標演算ロジックを作ってもよい。しかし、この場合、サージングセンサーが働かない方向に精度が低下するのは危険であるので、無用でも働く方向に設計するべきである。前述の例の変動幅の絶対値と頻度だけに応答するタイプの指標演算ロジックにはこのような配慮が働いている。結果としてサージングセンサーは必要以上に動作することになり、その度にガバナゲインが下げられ、周波数応答特性が低下するがこの程度は一般に充分許容できるものである。
【００８１】
なお、指標の演算に使う積分または記憶演算の効果は、入力信号のサージング加振レベルが低下すれば時間と共に減衰していくようにする。この理由は、過去の水量制御手段の変位によるサージングは時間の経過と共に減衰していくためである。
【００８２】
バンドフィルター回路を配置するのは出力調整信号回路に限られるものではなく、最終的に前記流量制御手段を制御する印加信号であれば必要に応じて同様に配置する。一般に負荷制限装置と呼ばれている一種の水量制御手段の開度上限制限装置が遠方信号で繰り返し操作される構成の場合には、負荷制限装置も対象になる。
【００８３】
図１０は本発明の別の実施例でＡＦＣ（系統の自動周波数制御）運転中のサージング抑制制御に関するものである。１３Ａはガバナの出力調整部の演算部、１３Ｂはガバナ１３Ａの前段に設けられた加算部、１３Ｃは加算部１３Ｂの前段に設けられ、電力系統全体のＡＦＣを司る遠方の制御所から当プラントに指令されるＡＦＣ指令信号Ｐafc が入力されるバンドフィルターであり、後述するバンドフィルター１３Ｃの出力と発電機の発電機電力Ｐg との偏差がとられる。５０は回転速度Ｎを入力するガバナ、１００はガバナ５０に接続されたポンプ水車、２００はポンプ水車１００に接続された発電機を示す。Ｐxはバンドフィルター１３Ｃの出力、Ｐg は発電機の実際の発電機電力を示す。
【００８４】
本実施例の説明に入る前に、プラント側で行う従来のＡＦＣ対応制御の説明を行う。ガバナ５０のは図１に示す構成からサージングセンサー２０，比例要素４ｂ，積分要素５ｂ，サージングセンサー接点１９ａ，１９ｂを削除した構成となっている。ＡＦＣ指令信号Ｐafc は、直接加算部１３Ｂに入力され、これに発電機電力Ｐg が追従するよう発電機電力Ｐg が加算部１３Ｂに負帰還され、演算部１３ＡはＡＦＣ指令信号Ｐafc と発電機電力Ｐg の偏差が小さくなり、最終的にゼロになるように積分等の演算を行い、ガイドベーン開度設定信号Ｙa を出力する。ガイドベーン開度設定信号Ｙa に追従してガイドベーン開度Ｙが制御され、ポンプ水車１００の出力ｐt が制御され、機械的出力ｐt は発電機２００によって発電機電力Ｐg に変換されて電力系統に送り出される。なお、ガバナ５０にはガイドベーン開度設定信号Ｙa の他に回転速度信号Ｎも入力されるが、回転速度信号Ｎについてはサージング異常加振の心配はないと想定する。
【００８５】
当然ながらＡＦＣの観点では、ＡＦＣ指令信号Ｐafc から発電機電力Ｐg までのプラント側の周波数応答特性が高い方が望ましい。他方、プラント側には周波数応答特性を上げ過ぎるとガイドベーン開度設定信号Ｙa の振れが大きくなり過ぎてサージングが過大になるという問題がある。そこで、本実施例では、特にバンドフィルター１３Ｃの作用について説明する。図１０に示すバンドフィルター１３Ｃの伝達関数は［(１＋Ｔ2・Ｓ)＊(１＋Ｔ3・Ｓ)］／［（１＋Ｔ1・Ｓ)＊  （１＋Ｔ4・Ｓ)］である。ここで、Ｔ1からＴ4は所定の時定数、Ｓはラプラス演算子である。このバンドフィルターの周波数応答特性をボード線図で示すと図１１となる。図１１で、横軸は周波数（ＨＺ）、縦軸はゲイン（ｄｂ）を示す。周波数１／(２πＴ1）はサージング共振周波数より低くなるように時定数Ｔ1 を設定し、また、周波数１／(２πＴ4）はサージング共振周波数より高くなるように時定数Ｔ4を設定する。より好ましくは、周波数１／(２πＴ2)はサージング共振周波数より低くなるように時定数Ｔ2を設定し、また、周波数１／(２πＴ3)はサージング共振周波数より高くなるように時定数Ｔ3 を設定する。このように時定数Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4を設定すれば、サージング共振周波数近辺の周波数帯域においてＡＦＣ指令信号Ｐafc に対するバンドフィルターＰx の出力の周波数応答ゲインを何十分の一にすることができる。なお、サージング異常加振はサージング共振周波数１点のみで起こるわけではなく上下にある程度の危険バンドを想定しておく必要がある。このためにはＴ1，Ｔ2,Ｔ3,Ｔ4をサージング共振周波数から所定の余裕を付けて離す必要がある。他方、このバンドフィルター１３Ｃを付ければ、１／(２πＴ1)より低い周波数や１／(２πＴ4)より高い周波数帯域ではサージング異常加振問題には囚われずに存分に高いゲインを設定してもよいことになる。すなわち、この帯域ではＡＦＣ応答性能を随意に上げることができる。図８に示す例では線形化モデルのバンドフィルターが示されているが、ＡＦＣ応答とサージング抑制が両立できるものであれば線形，非線形いかなるタイプでも構わない。
【００８６】
以上述べたように、本実施例では、サージタンクのサージング固有振動数に近い周波数帯域の入力に対しては、その他の周波数帯域の入力に比べてガバナの周波数応答特性が低くなるように設定したバンドフィルター回路を備えているので、サージングセンサーのような特別の判断要素を必要としない。過大サージングを引き起こす可能性のあるような信号が与えられても、ガバナの出口である水量制御手段は過度には振られないようバンドフィルターの低い方の周波数応答特性を設定するだけでよい。
【００８７】
バンドフィルター回路をガバナの出力調整信号の印加回路上で、速度検出信号との合流点より手前に配置しておけば、バンドフィルターを出力調整信号だけに作用させ、ガバナ本来の速度制御動作には支障を与えない様にすることができる。この場合には、過大サージングを引き起こす可能性のある信号を出力調整信号に限定できる場合を想定している。このような、出力調整信号の例としては、遠方制御で与えられるＡＦＣ（自動周波数制御）信号等がある。
【００８８】
バンドフィルターの具体例として、伝達関数で［（１＋Ｔ2・Ｓ）＊（１＋Ｔ3・Ｓ）］／［（１＋Ｔ1・Ｓ）＊（１＋Ｔ4・Ｓ）］（但し、Ｔ1からＴ4は所定の時定数、Ｓはラプラス演算子）を例として挙げたがもちろんこれに限定されるものではない。ある周波数帯域ｆa から周波数帯域ｆb の間で通常より低い周波数応答特性をもたせるようにして、サージングの固有振動数がこの周波数帯域ｆa と周波数帯域ｆb の間に入るようにしたものであれば何でもよい。
【００８９】
上述において、水量制御手段は水車やポンプ水車の発電モードではガイドベーンに相当するが、可変速揚水発電機械の揚水運転モードを考えれば、ポンプのガイドベーンというより回転速度制御手段に相当する。揚水量は回転速度を変えれば大きく変化するがガイドベーン開度を変えてもあまり変わらないためである。又、上記説明では、サージングセンサーとバンドフィルターの２つの実施例を単独使用するケースにつき説明したが、両者を併用することも可能である。
【００９０】
なお、本実施例は、次のように構成することを特徴とすることができる。すなわち、前記ガバナの演算部がゲインを高低切換可能な比例要素を備えるものであって、前記サージングセンサーが動作した時には積分要素ゲイン及び比例要素ゲインを低ゲインに自動選択する請求項３に記載のサージタンクを備えた水力プラントの水力機械。
【００９１】
前記バンドフィルター回路をガバナの出力調整信号の印加回路上で、速度検出信号との合流点より手前に配置した請求項４に記載のサージタンクを備えた水力プラントの水力機械。
【００９２】
前記サージングセンサーが、速度検出信号と出力調整信号の合流点より下流側で前記流量制御手段の変位を含むガバナの状態量のうちの特定の状態量を連続監視し、サージングの大小との相関を予め確認してある所定の指標の刻々の値を前記特定状態量から算出し、この刻々の指標の大小で過大サージングを検出するものである請求項２に記載のサージタンクを備えた水力プラントの水力機械。
【００９３】
前記特定の状態量が、定常時にはゼロまたはそれに近い値に復帰するガバナの状態量、又は定常時にはゼロまたはそれに近い値に復帰しないとしても、微分等所定の演算を加えて定常時にはゼロまたはそれに近い値に復帰する状態量に変換した上で特定の状態量の代わりに使用するものであるサージタンクを備えた水力プラントの水力機械。
【００９４】
前記演算部が、前記指標の算出に刻々の状態量の値の他それ以前の状態量の経歴も反映するための積分演算または記憶演算を含むものであるサージタンクを備えた水力プラントの水力機械。
【００９５】
前記積分または記憶演算を、入力信号のサージング加振レベルが低下した時に時間と共に減衰していくようにしたサージタンクを備えた水力プラントの水力機械。
【００９６】
前記バンドフィルター回路を最終的に前記流量制御手段を制御するガバナへの特定の印加信号の回路上に配置した請求項４に記載のサージタンクを備えた水力プラントの水力機械。
【００９７】
前記バンドフィルターの伝達関数を［（１＋Ｔ2・Ｓ）＊（１＋Ｔ3・Ｓ）］／［（１＋Ｔ1・Ｓ）＊（１＋Ｔ4・Ｓ）］または同等としサージング抑制の対象となるサージタンクの固有振動数が１／（２π・Ｔ1）と１／（２π・Ｔ4）の間に入るようにＴ１，Ｔ２を調整した請求項４に記載のサージタンクを備えた水力プラントの水力機械。
【００９８】
次に、特に電力系統の自動周波数制御（ＡＦＣ）等の系統制御に関係して遠方から発電機または電動機の電力の設定値を高速で調整する場合に好適な水力機械に関する実施例について説明する。
【００９９】
図２に示すように構成された水路構成では、図２に示す水力プラントの水撃を含む水車の挙動、すなわち、ガバナの出力であるガイドベーン（水量制御手段）開度Ｙを入力とするガバナの制御対象の線形化モデルは図３に示す１００Ｆをｇ／(０.２・Ｖ20＋Ｌ3・Ｖ30)・Ｓに置き換えたようになる。ここで、各変数は無次元化したものであり、数１５で表すことができる。
【０１００】
ガイドベーン（水量制御手段）の開度変化ｙ→加算部１００Ａ→水撃の模擬項１００Ｂ→（ｐu ）単位の水撃を（ｍ）単位に変換する係数１００Ｄ→加算部１００Ｅ→管路内水柱の加速を模擬する項１００Ｆ→水車流量変化ｑと一巡する回路の総合伝達関数は時定数は(Ｌ2・Ｖ20＋Ｌ3．Ｖ30）／（２ｇ・Ｈ0）であり、ゲイン１.０ の一次遅れ要素となる。ガイドベーン（水量制御手段）開度変化ｙ→加算部１００Ａ→水撃の模擬項１００Ｂ→有効落差変化ｈの総合伝達関数は時定数が（Ｌ2・Ｖ20＋Ｌ3・Ｖ30）／（２ｇ・Ｈ0）でゲイン２.０の不完全微分要素となる。このことから、ガイドベーン（水量制御手段）開度変化ｙから水車出力変化ｐt までの総合伝達関数は(１−Ｔw・Ｓ）／（１＋０.５Ｔw・Ｓ）となる。ここで、Ｔw＝（Ｌ2・Ｖ20＋Ｌ3．Ｖ30）／（ｇ・Ｈ0）としている。
【０１０１】
すなわち、ガイドベーンを開けた時には水車出力ｐt は最終的にはｙ相当値に増加するものの一時的には逆に減少し、反対にガイドベーンを閉じた時には水車出力ｐt は最終的にはｙ相当値に減少するものの一時的には逆に増加することを示している。この水車出力ｐt の一時的な逆応答の影響は回転速度Ｎの変化にも現れ、これがまた回転速度ガバナの入力側へと復元されてくる。従って、水力プラントが大電力系統から分離され、実質的に単独送電状態になった場合や、完全に負荷遮断された後の無負荷運転の場合には、この逆応答があっても回転速度制御系の安定性は、回転速度ガバナだけで確保する必要があり、後述する回転速度ガバナの比例ゲインＰ，積分ゲインＩを充分小さく設定する必要がある。又、回転速度ガバナの微分ゲインＤはある程度までは大きくした方が回転速度制御系の安定化に貢献するが、それを超えると逆に安定性を損なう関係になっている。
【０１０２】
図１２は、本実施例のガバナの制御ブロック図である。図１２において、５０は回転速度を入力するガバナ（電力制御部あるいは電力制御手段ともいう）、
１００はガバナ５０に接続されたポンプ水車、２００はポンプ水車１００に接続された発電機または電動機を示す。
【０１０３】
回転速度ガバナ５０のブロック線図は図１５に示すようになっている。１はポンプ水車１００の回転速度Ｎを検出する速度検出部、Ｘn は速度検出部１で検出された速度検出信号、２は回転速度の基準値を設定する速度調整部、ｘ0 は速度調整部２から出力される設定値、３は設定値ｘ0 と速度検出信号Ｘn と後述する速度調定率設定部からの復元信号Ｘσとの加算器、Ｘεは加算器３で算出された信号ですぐ下流のＰＩＤ演算回路の入力信号、２０は上流側サージタンク用サージングセンサー、４は比例演算要素（Ｐ要素）、５は積分演算要素（Ｉ要素）、６は微分演算要素（Ｄ要素）を示し、その出力信号Ｚd ，比例演算要素の出力信号Ｚp ，積分演算要素の出力信号Ｚi は、加算部７で加算される。この比例演算要素の出力信号Ｚp ，積分演算要素の出力信号Ｚi ，微分演算要素の出力信号Ｚd を総合した信号は、ガイドベーン開度指令Ｚであり、このガイドベーン開度指令Ｚに実際のガイドベーン開度Ｙがフィードバックされ、加算部８で偏差がとられる。この偏差信号Ｙε1 は、リミッター９を介して油圧サーボモータ１０に入力される。リミッター９のθR はガイドベーンの開速度をθR・Ｃyに、θL は閉速度をθl・Ｃy に制限するためのものであり、リミッター９の出力信号Ｙε2は偏差信号Ｙε1 を上記開閉速度制限を考慮して制限した信号となっている。油圧サーボモータ１０は一種の油圧増幅器になっており、伝達関数では一次遅れ要素を構成し、ガイドベーン開度指令ｚを増幅して充分なストロークと操作力をもつガイドベーン開度Ｙに変換し、水量制御手段であるガイドベーンを直接操作する。
【０１０４】
実際のガイドベーン開度Ｙはフィードバックされ、加算部１１で、出力調整部１３からのガイドベーン開度設定信号Ｙa との偏差が与えられる。もし実際のガイドベーン開度Ｙがガイドベーン開度設定信号Ｙa に達していない場合、すなわち、Ｙ＜Ｙa の場合にはその差がゼロになるまでガバナのＰＩＤ演算部に開信号σ(Ｙa−Ｙ）が送り続けられるので、やがてはＹ＝Ｙa となりその段階で落ち着く。開信号σは速度調定率設定部１２で設定され、復元信号Ｘσを出力する。この開信号σは速度検出信号Ｘn の変化に対するガイドベーン開度Ｙの変化の割合を決めるゲインで、一般には電力系統の中でのプラントの役割を考慮して一度決めたら変更されないものである。
【０１０５】
ところで図１５に示すガバナには外部から与えられる信号として、発電機に与えられる外部負荷Ｌと出力調整部１３から与えられるガイドベーン開度設定信号Ｙa の２つの信号がある。外部負荷Ｌは、その変動によって回転速度Ｘn の速度変動を生じさせる。一方、出力調整部１３に入力される信号の代表的なものが
ＡＦＣ（自動周波数制御）であり、ＡＦＣの場合には専ら電力系統の周波数制御の観点で出される指令であるので、サージング異常加振等の水力プラントの特殊事情は感知せずに出され、図示してない遠方の中央制御所から遠隔操作で与えられる。
【０１０６】
図１２に示すＡＦＣ制御系の構成は次のようになっている。出力調整部１３がＡＦＣによって遠方から制御されるが、ここでは、電力の手動操作のための上げ，下げ指令も受けられる例を示す。Ｐafc はＡＦＣ指令信号でＡＦＣが要求する電力値を、Ｐg は実際の発電機電力を示し、１３Ｃは両者の偏差、すなわち電力偏差Ｐε1を求める比較部を示す。電力偏差Ｐε1は加算部１３Ｂで手動操作のための上げ，下げ指令と加算され合成入力信号Ｐε1 となり、電力偏差積分器13Ａ（積分演算手段ともいう）に入力される。ここで、電力偏差積分器１３Ａは純粋の積分としているが近似的に積分とみなせるものも含んでいる。例えば、電力偏差Ｐε1 に応じて＋１／ＯＦＦ／−１パルス列を作りこれを積分演算するタイプとし、パルス列のＯＦＦ時間を電力偏差Ｐε1 に応じて調整するものもある。電力偏差積分器１３Ａと並列に比例要素１３Ｄ(並列演算器ともいう)が設けられており、この比例要素１３Ｄの出力を電力偏差積分器１３Ａの出力に加算部１３Ｅで加算する。このようにすることにより、電力偏差Ｐε1 の演算がＩ演算からＰＩ演算となり応答性が大きく改善できる。加算部１３Ｅの出力Ｙa は図８で詳細に説明した回転速度ガバナ５０に入力される。なお、ポンプ水車１００は入力であるガイドベーン開度Ｙに応じて水車出力Ｐt を発生させる。２００は電力系統と連繋運転中の同期発電機を示し、ここで機械的な水車出力Ｐt が電気的出力すなわち発電機の発電機電力Ｐg 変換される。
【０１０７】
電力偏差積分器１３Ａは手動操作のための上げパルス信号がある間はガイドベーン開度設定信号Ｙaを毎秒Ｋiθ の速度で上げ続け、下げパルス信号がある間はガイドベーン開度設定信号Ｙa を毎秒Ｋiθ の速度でＹa を下げ続ける。パルス信号がなくなればガイドベーン開度設定信号Ｙa の上げ下げを停止する。ところで速度Ｋiθが大き過ぎるとガイドベーン開度設定信号Ｙaが速く走行し過ぎて所望の値に正確に止められず手動調整が難しくなるので、速度Ｋiθ は一般に１(ｐu)／５０sec〜１(ｐu）／６０secに設定される。
【０１０８】
回転速度Ｎ，ガイドベーン開度設定信号Ｙa いずれの変化によっても水車の上流側，下流側いずれのサージタンクも異常加振される可能性があるが、ここでは上流側サージタンクを中心に説明する。
【０１０９】
図１６，図１７は図１５において出力調整部１３の出力、すなわちガイドベーン開度設定信号Ｙa を正弦波状に変化させた場合の上流側サージタンクの応答例を示すボード線図である。図１６は回転速度ガバナの比例ゲインＫp ，積分ゲインＫi を比較的大きく設定したケース、図１７は回転速度ガバナの比例ゲインＫp，積分ゲインＫiを比較的小さく設定したケースを示す。この場合、上流側サージタンクの固有振動数は０.００４７４Ｈｚで、いずれのケースも0.00474Ｈｚ付近で上流側サージタンク水位ｈfuの応答ゲインが急激に立ち上がっている。なお、上流側サージタンクの固有振動数における応答ゲインのピーク値は、図１６の方が２４.４(ｄｂ)で、図１７の７.６(ｄｂ)より高く、この差１６.８(ｄｂ）は６.９ 倍に相当する。図１６の設定でも上サージタンクがオーバーフローしなければ問題ないが、オーバーフローの可能性があればピーク値を下げるため対策が必要である。すなわち、入力であるガイドベーン開度設定信号Ｙa の振幅を制限するか、比例ゲインＫp 、積分ゲインＫi を下げる対策が必要になる。
【０１１０】
以下の説明では、上流側サージタンクの固有振動数における応答ゲインのピーク値の許容最大値は図１７に示す７.６(ｄｂ）相当と仮定する。図１８は、比例要素１３Ｄを設けない場合のＡＦＣの周波数応答特性、すなわち、ＡＦＣ指令Ｐafc に対する水車出力Ｐt の応答性能を示す。なお、水車出力Ｐt と発電機電力Ｐg の間にはほとんど遅れがないので、ＡＦＣ指令Ｐafc に対する発電機電力Ｐgの応答性能としてもよい。なお、この場合回転速度ガバナの比例ゲインＫp，積分ゲインＫi は図１７に示すものと同じに設定している。このように比例要素１３Ｄを設けない場合には、約０.０１Ｈｚ 以上ではＡＦＣ応答ゲインは１／１００以下に大きく低下してしまい、約０.０１Ｈｚ 以上でＡＦＣ応答は期待できない。
【０１１１】
図２０は本実施例のＡＦＣ運転時の電力の周波数応答特性を示す。並列回路として比例要素１３Ｄを設け、ゲインＫpθを１.０にしているので、図１８に示す周波数応答特性に対し、特に０.０１Ｈｚ 以上の周波数帯における特性が大きく改善されることが解る。
【０１１２】
図１９は本実施例のＡＦＣ運転時の上流側サージタンク水位応答のボード線図である。条件は図２０に示すものと同じである。図１９から分かるように、AFC応答の改善に伴って上流側サージタンクのサージングも拡大している。
【０１１３】
以上説明したように、電力指令に対する一巡制御系の電力偏差積分演算器と並列に電力偏差積分演算器と同じ電力偏差信号を入力とする並列演算手段を設け、電力偏差がある過渡時に限って電力偏差積分演算器の応答を高めるような信号を出力させるようにしているので、定常的には(遠方からの電力指令＝実際の電力)の関係を保持しながらも過渡的には応答の遅れを的確に補償することができる。特に、電力偏差積分演算器の出力と並列演算手段の出力を加算した和信号を回転速度制御系の回転速度ガバナ演算部に一種のバイアス信号として印加する構成の場合には、並列演算手段が回転速度制御ループの外にあるので、回転速度制御系の一巡伝達関数に影響を与えることなく遠方からの電力指令に対する電力応答を自由に改善することができる。また、電力偏差積分演算器が電力の手動操作のための上げ，下げ指令も受けられるように充分低いゲインになっていたとしても、電力偏差積分演算器をバイパスして遠方からの電力指令に対する電力応答ゲインを自由に上げることができる。
【０１１４】
又、並列演算手段として比例演算を設けることによって電力偏差積分器だけの単純なＩ演算からＰ＋Ｉ（比例＋積分）演算に置き換えることができ、周波数応答で言えばゲイン低下や位相遅れの補償が自在にできるようになり、遠方からの電力指令に対する電力制御系の応答をより的確に適正化することが可能になる。又、並列演算手段に比例演算＋微分演算を設けることによって電力偏差積分器だけの単純なＩ演算からＰ＋Ｉ＋Ｄ（比例＋積分＋微分）演算に置き換えることができ、遠方からの電力指令に対する電力制御の周波数応答特性を一層的確に改善することができ適正化が可能になる。回転速度ガバナ演算部より下流の回転速度制御系側の特殊事情、例えば回転速度ガバナのＰＩＤゲインを自由に上げることはできない等の事情にも拘わらずより的確に適正化が可能になる。
【０１１５】
図１３は本発明の他の実施例のＡＦＣ制御系を示す。本実施例は図１２に示す実施例と同様に構成されているが、本実施例では、ＡＦＣ入力の受信部にバンドフィルター１３Ｆを設けている。なお、図１４は図１３に示すバンドフィルター部の周波数応答特性を示す。すなわち、バンドフィルター１３Ｆ単独の周波数応答特性を示すボード線図である。このバンドフィルターでは、応答ゲインが１／(２πＴ1)(Ｈｚ）から低下し始め、１／(２πＴ2)(Ｈｚ)〜１／(２πＴ3)(Ｈｚ)の範囲で最低になり、１／(２πＴ3)(Ｈｚ)から再び上昇を始め、１／(２πＴ4)（Ｈｚ）で元のレベルに戻るようになっている。そして、上流側サージタンクの固有振動数0.00474(Ｈｚ）が１／（２πＴ2)(Ｈｚ）〜１／（２πＴ3)(Ｈｚ）の周波数帯に入るように時定数Ｔ2 ，Ｔ3 を設定している。なお、上流側サージタンクの固有振動数がバンドフィルターの低ゲイン部に正確に入らなくても１／  （２πＴ1)(Ｈｚ）から１／（２πＴ4)(Ｈｚ）の間に入るようにしておけば効率的ではないが効果が期待できる。
【０１１６】
図２２は本実施例のＡＦＣ運転時の電力応答のボード線図である。条件は0.00474Ｈｚが１／（２πＴ2)(Ｈｚ)〜１／（２πＴ3)(Ｈｚ）の周波数帯に入るように設定したバンドフィルターを設けたこととＫiθを１／１０ に下げた以外は、図２０に示すものと変わらない設定としている。この結果、0.00474Ｈｚ 前後の電力応答が若干低下したが０.１Ｈｚ以上では全く影響が出ていない。
【０１１７】
図１９は本実施例のＡＦＣ運転時の上サージタンク水位応答のボード線図で、条件は図２０のものと同じ設定である。上流側サージタンクの固有振動数      0.00474Ｈｚにおけるピーク値は０.８９(ｄｂ）で、図１９に示す２４.２(ｄｂ)より大幅に低下している。また、上述したオーバーフロー判定レベルである7.6 （ｄｂ）を大幅に下回っている。上述した例では、バンドフィルターとして線形モデル［(１＋Ｔ2・Ｓ)＊(１＋Ｔ3・Ｓ)］／［(１＋Ｔ1・Ｓ)＊(１＋Ｔ4・Ｓ)］を例にして説明したが、最終的にサージング共振周波数近傍でサージングの周波数応答ゲインを下げる効果を発揮するものであれば何でもよい。
【０１１８】
又、上流側，下流側サージタンクの水位変動だけを共振のポテンシャルとして説明してきたが、回転速度ガバナ自身及びその制御対象について同様の共振ポテンシャルがある場合にはその個々について同様の対策を講じればよい。
【０１１９】
以上説明したように、本実施例によれば、遠方指令受信部にバンドフィルターを設けているので、たとえ前述の電力制御応答対策の結果、サージタンクのサージング共振等特定の周波数帯での異常加振の可能性が出てきてもその特定周波数帯だけの電力制御応答を的確に下げ問題を回避することができ、その他の危険性のない周波数帯では電力制御応答を一杯に上げることが可能になる。
【０１２０】
遠方電力制御用にＰ＋Ｉ＋Ｄ演算を採用し、遠方指令受信部にバンドフィルターを採用した場合は、遠方電力制御用にＰ＋Ｉ演算を採用し、遠方指令受信部にバンドフィルターを採用した場合より、より木目細かな調整ができる。
【０１２１】
なお、バンドフィルターの伝達関数を［(１＋Ｔ2・Ｓ)＊(１＋Ｔ3・Ｓ)］／  ［(１＋Ｔ1・Ｓ)＊(１＋Ｔ4・Ｓ)］（但し、Ｔ1 からＴ4 は所定の時定数、Ｓはラプラス演算子でＴ1 ＜Ｔ2 ＜Ｔ3 ＜Ｔ4 ）とすれば、周波数応答特性を１／  (２π・Ｔ1)から１／(２π・Ｔ4)の周波数帯に限って下げることができるのでサージング共振周波数等制御対象側の共振が予想される特定の周波数帯がこの範囲に入るようにＴ1，Ｔ4を調整すれば共振を的確に防止できる。
【０１２２】
又、このフィルターの周波数応答特性は１／(２π・Ｔ2)と１／(２π・Ｔ3)の間で底になるので共振が予想される特定の周波数帯がこの間に入るようにＴ2 ，Ｔ3 を調整すれば一層好ましい。
【０１２３】
バンドフィルターは上記した例に限定されるものではなく、ある周波数帯域ｆa からｆb の間で通常より低い周波数応答特性をもたせるようにし、共振が予想される特定の周波数帯がこの周波数ｆa と周波数ｆb の間に入るようにしたものであればよい。
【０１２４】
なお、本実施例では、次のように構成することを特徴とすることができる。すなわち、ランナーを有する水車と、該ランナーに機械的に直結され電力系統と電気的に接続された発電機または電動機と、該発電機の出力または該電動機の入力を制御する電力制御手段と、電力の上げ，下げ操作指令を手動で与える手動操作指令手段と、遠方からの電力の要求値を与える遠方指令手段と、実際の電力値を復元する電力復元手段と、該遠方指令手段からの要求値と電力復元手段からの実際の電力値の偏差を求める偏差導出手段と、該偏差導出手段から出力される電力偏差信号と前記手動操作指令手段からの指令に応じて目視確認に好適な速度で走行し該電力制御手段に対して電力の上げ，下げ指令信号とを入力する積分または同等の演算を行う積分形電力指令演算手段を備え、遠方からの電力制御の場合には、前記偏差導出手段→積分形電力指令演算手段→水車および発電機／電動機→電力復元手段の負帰還回路が構成されるようにしたものであって、前記電力偏差信号を入力し、前記積分形電力指令演算手段と並列に配置されその出力で前記積分形電力指令演算手段の出力を補正するようにした並列演算手段を設け、該並列演算手段は電力偏差がある過渡時には該積分形電力指令演算手段の応答を高めるような信号を出力し、定常状態に戻ればその出力をゼロまたは略ゼロに戻すようにしたことを特徴とする水力機械。
【０１２５】
前記並列演算器が比例演算要素と微分演算要素を直列に接続されたものである請求項５から８のいずれかに記載の水力機械。
【０１２６】
前記演算部が目視確認に好適な速度で走行し手動で与える電力の上げ，下げ指令信号を入力するものである請求項５から８のいずれかに記載の水力機械。
【０１２７】
前記演算器が前記比較部から出力される電力偏差信号がある間は、前記電力制御部に対し前記該電力偏差を減少させるように作用する出力信号を増やし続けるものである請求項５から８のいずれかに記載の水力機械。
【０１２８】
前記比較部もしくは偏差導出手段の前段に設けられ、前記遠方からの電力の要求値を入力するバンドフィルターを備えたものであって、該バンドフィルターの応答ゲインが特定の周波数帯の変動入力に対しては他の周波数帯の変動入力に比べて低下するものである請求項５から８のいずれかに記載の水力機械。
【０１２９】
前記演算器の特性が電力偏差がある過渡時には応答を高めるような信号を出力し、定常状態に戻ればその出力をゼロまたは略ゼロに戻すものである請求項５、又は８に記載の水力機械。
【０１３０】
Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3，Ｔ4を所定の時定数でＴ1＜Ｔ2＜Ｔ3＜Ｔ4、Ｓをラプラス演算子とした時、前記バンドフィルターの伝達関数を［(１＋Ｔ2・Ｓ)＊(１＋Ｔ3・Ｓ)］／［(１＋Ｔ1・Ｓ)＊(１＋Ｔ4・Ｓ)］または同等とし、共振の可能性のある特定の周波数帯が１／(２π・Ｔ1)と１／(２π・Ｔ4)の間に入るようにＴ1，Ｔ4を設定した水力機械。
【０１３１】
【発明の効果】
本発明によれば、サージングの異常加振を自動的に防止できるという保証ができるので、安全を損なうことなく、上下流水路に設置されるサージタンクの容量（具体的には横断面積や高さ）を大幅に低減し土木コスト低減を計ることができる。しかも、サージングセンサー方式にしても、バンドフィルター方式にしてもガバナを大幅に変更することなく達成でき、このためのコストアップは効果から比べれば無視できるものである。バンドフィルターを活用することによってサージングと矛盾しない形でＡＦＣ等のガバナ応答特性を大幅に改善することができる。
【０１３２】
又、回転速度制御系と遠方指令に応答する電力制御系の両方が最終的には同一の操作端を制御するケースでも、遠方指令に応答する電力制御系の応答性を回転速度制御系の応答性能、特に安定性を損なうことなく合理的に適正化でき、特に応答ゲインを大幅に改善することができる。
【０１３３】
また、電力の手動操作のための上げ，下げ指令も電力偏差積分演算器で受ける場合のように電力偏差積分のゲインが充分高くできない場合でも、遠方指令に対する電力制御系の応答性を自在に上げることができる。
【０１３４】
また、上下流水路のサージタンクのサージング等特定の周波数帯での異常加振現象を合理的に防止することができ、その他の周波数帯では一巡制御系の応答性を最大限に保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるガバナのブロック線図である。
【図２】上下水路の両方にサージタンクを有する水力プラントの水路構成図である。
【図３】ガバナの制御対象の線形化モデルを示すブロック図である。
【図４】図３に示す上サージングタンクのブロック図である。
【図５】図３に示す下サージングタンクのブロック図である。
【図６】サージングセンサーの一例を示す構成図である。
【図７】サージングセンサーの動作を説明する図である。
【図８】サージングセンサーの動作を説明する図である。
【図９】サージングセンサーの検出精度の評価の解析例を示す図である。
【図１０】バンドフィルターの例を示すブロック図である。
【図１１】図１０に示すバンドフィルターの周波数応答特性を示すボード線図である。
【図１２】本発明の他の実施例のＡＦＣ制御系の構成を示す図である。
【図１３】本発明の他の実施例のＡＦＣ制御系の構成を示す図である。
【図１４】図１３のバンドフィルター部の周波数応答特性を示す図である。
【図１５】回転速度ガバナのブロック線図である。
【図１６】図１５においてＹa を正弦波状に変化させた場合のサージタンクの応答を示すボード線図である。
【図１７】図１５においてＹa を正弦波状に変化させた場合のサージタンクの応答を示すボード線図である。
【図１８】図１５の並列回路を設けない場合のＡＦＣの周波数応答特性を示す図である。
【図１９】図１２の実施例のＡＦＣ運転時の上サージタンク水位応答のボード線図である。
【図２０】図１２の実施例のＡＦＣ運転時の電力の周波数応答特性を示す図である。
【図２１】図１３の実施例のＡＦＣ運転時の上サージタンク水位応答のボード線図である。
【図２２】図１３の実施例のＡＦＣ運転時の電力応答のボード線図である。
【符号の説明】
１…速度検出部、２…速度調整部、３…加算器、４，４ａ，４ｂ…比例演算要素、５，５ａ，５ｂ…積分演算要素、６…微分演算要素、７，８，１１…加算部、９…リミッタ−、１０…油圧サーボモータ、１２…速度調定率設定部、１３…出力調整部、１４…ブロック線図、１６…算出部、１７ａ，１７ｂ…演算部、
２０…サージングセンサ、１００…ポンプ水車、１０１…導水路、１０２…水圧鉄管、１０３…吸出管、１０４…放水路、１０５…上池、１０６…上流側サージタンク、１０７…下流側サージタンク、１０８…下池。
【図１】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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