(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機の出力指令値を設定する出力指令装置と、
発電所にて、前記出力指令装置より出力された出力指令値と発電機の出力値とに基づき調速機の制御偏差信号を出力する制御偏差出力器と、この制御偏差出力器より出力された制御偏差信号と発電機の回転速度信号とに基づき調速機アクチュエータへの制御出力を演算する調速制御器とを備える水力発電所調速制御装置において、
前記出力指令装置によって設定された発電機の出力指令値を前記調速制御器の制御出力に加算するフィードフォワード手段と、
水路に設置した圧力センサおよび／または流量センサの検出値及び前記制御偏差出力器より出力された前記制御偏差信号に基づいて前記水路のモデルを用いてサージングタンク水位変動とその変化率を推定するソフトウェアセンサと、
前記水路のサージングが所望の減衰を示すように前記水路の２次形式評価に基づく最適化手法、Ｈ２制御理論に基づく最適化手法またはＨ∞制御理論に基づく最適化手法により設計され、前記ソフトウェアセンサにより推定された前記サージタンク水位変動とその変化率の推定値を基に加算値を生成して出力する多変数制御器と、
前記調速制御器より出力される前記制御出力と前記フィードフォワード手段より出力される前記出力指令値と前記多変数制御器より出力される前記加算値とを加算し、この加算結果を前記調速機アクチュエータへの制御出力とする加算器と
を具備することを特徴とする水力発電所調速制御装置。
【請求項２】
周波数偏差補償量を加算して発電機の出力指令値を設定する出力指令装置と、
発電所にて、前記出力指令装置より出力された周波数偏差補償された出力指令値と発電機の出力値とに基づき調速機の制御偏差信号を出力する制御偏差出力器と、この制御偏差出力器より出力された制御偏差信号と発電機の回転速度信号とに基づき調速機アクチュエータへの制御出力を演算する調速制御器とを備える水力発電所調速制御装置において、
前記出力指令装置によって設定された周波数偏差補償量の加算前の出力指令値を前記調速制御器の制御出力に加算するフィードフォワード手段と、
水路に設置した圧力センサおよび／または流量センサの検出値及び前記制御偏差出力器より出力された前記制御偏差信号に基づいて前記水路のモデルを用いてサージングタンク水位変動とその変化率を推定するソフトウェアセンサと、
前記水路のサージングが所望の減衰を示すように前記水路の２次形式評価に基づく最適化手法、Ｈ２制御理論に基づく最適化手法またはＨ∞制御理論に基づく最適化手法により設計され、前記ソフトウェアセンサにより推定された前記サージタンク水位変動とその変化率の推定値を基に加算値を生成して出力する多変数制御器と、
前記調速制御器より出力される前記制御出力と前記フィードフォワード手段より出力される前記出力指令値と前記多変数制御器より出力される前記加算値とを加算し、この加算結果を前記調速機アクチュエータへの制御出力とする加算器と
を具備することを特徴とする水力発電所調速制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の水力発電所調速制御装置において、
前記出力指令装置から前記調速制御器に入力される出力指令値のフィードフォワード信号から水路固有の水圧サージング周波数帯域の信号を除去するための帯域除去手段をさらに具備することを特徴とする水力発電所調速制御装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の水力発電所調速制御装置において、
前記出力指令装置から前記調速制御器に入力される出力指令値のフィードフォワード信号から定常値信号を除去するための定常値信号除去手段をさらに具備することを特徴とする水力発電所調速制御装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の水力発電所調速制御装置において、
前記出力指令装置から前記調速制御器に入力される出力指令値のフィードフォワード信号の急変成分を緩和する急変緩和手段をさらに具備することを特徴とする水力発電所調速制御装置。
【請求項６】
発電所にて、出力指令装置によって設定された出力指令値と発電機の出力値とに基づき制御偏差出力器にて調速機の制御偏差信号を生成するプロセスと、前記制御偏差出力器より出力された制御偏差信号と発電機の回転速度信号とに基づき、調速制御器にて調速機アクチュエータへの制御出力を演算するプロセスとを有する水力発電所の調速制御方法において、
前記出力指令装置によって設定された発電機の出力指令値を前記調速制御器の制御出力にフィードフォワードにより加算するプロセスと、
ソフトウェアセンサにより、水路に設置した圧力センサおよび／または流量センサの検出値及び前記制御偏差出力器より出力された前記制御偏差信号に基づいて前記水路のモデルを用いてサージングタンク水位変動とその変化率を推定するプロセスと、
前記水路のサージングが所望の減衰を示すように前記水路の２次形式評価に基づく最適化手法、Ｈ２制御理論に基づく最適化手法またはＨ∞制御理論に基づく最適化手法により設計された多変数制御器により、前記ソフトウェアセンサにより推定された前記サージタンク水位変動とその変化率の推定値を基に加算値を生成して出力するプロセスと、
前記調速制御器より出力される前記制御出力と前記フィードフォワードにより加算するプロセスにより加算される前記出力指令値と前記多変数制御器より出力される前記加算値とを加算器により加算し、この加算結果を前記調速機アクチュエータへの制御出力とするプロセスと
を有することを特徴とする水力発電所の調速制御方法。
【請求項７】
出力指令装置にて周波数偏差補償量を加算して発電機の出力指令値を設定するプロセスと、
発電所にて、前記出力指令装置より出力された周波数偏差補償された出力指令値と発電機の出力値とに基づき制御偏差出力器にて調速機の制御偏差信号を生成するプロセスと、前記制御偏差出力器より出力された制御偏差信号と発電機の回転速度信号とに基づき、調速制御器にて調速機アクチュエータへの制御出力を演算するプロセスとを有する水力発電所の調速制御方法において、
前記出力指令装置によって設定された周波数偏差補償量の加算前の出力指令値を前記調速制御器の制御出力にフィードフォワードにより加算するプロセスと、
ソフトウェアセンサにより、水路に設置した圧力センサおよび／または流量センサの検出値及び前記制御偏差出力器より出力された前記制御偏差信号に基づいて前記水路のモデルを用いてサージングタンク水位変動とその変化率を推定するプロセスと、
前記水路のサージングが所望の減衰を示すように前記水路の２次形式評価に基づく最適化手法、Ｈ２制御理論に基づく最適化手法またはＨ∞制御理論に基づく最適化手法により設計された多変数制御器により、前記ソフトウェアセンサにより推定された前記サージタンク水位変動とその変化率の推定値を基に加算値を生成して出力するプロセスと、
前記調速制御器より出力される前記制御出力と前記フィードフォワードにより加算するプロセスにより加算される前記出力指令値と前記多変数制御器より出力される前記加算値とを加算器により加算し、この加算結果を前記調速機アクチュエータへの制御出力とするプロセスと
を有することを特徴とする水力発電所の調速制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水力発電所の水車発電機の出力制御および回転速度制御を行う水力発電所調速制御装置と水力発電所の調速制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、水力発電所の発電出力制御および周波数制御を行う調速制御装置は、発電所の出力を制御する出力指令装置と、水車発電機の調速制御を行う調速機制御装置とを中核として構成される。
【０００３】
図６はこのような水力発電所調速制御装置の構成を示す図である。出力指令装置２が各発電機に対する出力指令値を設定する。出力指令装置２によって設定された発電機に対する出力指令値は制御偏差出力器３にて制御偏差信号に変換され、調速機制御装置４に伝送される。
【０００４】
調速機制御装置４では、制御偏差出力器３から伝送された制御偏差信号と、水車発電機７から検出された回転速度信号ＤＷとを用いて制御出力信号を生成する。この調速機制御装置４の制御出力に従って調速機アクチュエータ５は水車流量を調整するガイドベーン６を開閉する。この水車流量の調整によって水車に発生するトルクが変化し、水車発電機７の出力制御および水車の調速制御が行われる。
【０００５】
ここで、調速機制御装置４の調速制御器４１には一般にＰＩＤ制御器が用いられており、このＰＩＤ制御器の制御特性を調整することで、発電機出力指令値に対する発電機出力の追従特性および回転速度偏差の補償特性を変更することが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来の水力発電所調速制御装置において、発電機出力指令値に対する発電機出力の追従特性が向上するように調速制御器４１の特性を選択すると、制御偏差出力器３、調速機制御装置４、調速機アクチュエータ５および発電機出力のフィードバックとで構成される閉ループシステムの安定性や減衰特性が劣化しやすいという問題がある。特に小規模系統となるような場合には安定性を失いやすい。
【０００７】
また、制御偏差出力器３から調速機制御装置４への制御偏差信号の伝送系には遅れ特性３２が含まれることがあり、この遅れ特性３２による制御偏差信号の伝達遅延が生じると、調速制御器４１の調整だけでは発電機出力指令値に対する発電機出力の十分な追従特性が得られない場合がある。
【０００８】
さらに水力発電所では、負荷変動時など水路流量が変化する場合に、水流の慣性により水路で水流変動が持続する現象（サージング）が発生する。特に高落差・大容量の水力発電所では各水路における水流の慣性が大きい。そこでサージタンクを設置することによって、サージングによる水路内の圧力変動を低減することが行われているが、出力指令値によっては、水路流量変動とサージタンク水位変化とで共振が生じ、かえってサージングが拡大するという弊害がある。
【０００９】
また、このような水路固有の特性により発生するサージング現象の低減、あるいは水車流量を調整するガイドベーン開度に対して発電機出力が逆応答することの緩和を目的として、水力発電所調速制御装置では、調速制御器４１のゲインを下げる、あるいは制御偏差出力器３から調速機制御装置４への制御偏差信号の伝達を制限するなどの措置が採られることがある。しかし、このような措置を講じた場合、発電機出力指令に対する発電所出力の追従特性が悪化する。
【００１０】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、発電機出力指令値に対する発電所出力の追従特性に優れた水力発電所調速制御装置および調速制御方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の発明の水力発電所調速制御装置は、発電機の出力指令値を設定する出力指令装置と、発電所にて、前記出力指令装置より出力された出力指令値と発電機の出力値とに基づき調速機の制御偏差信号を出力する制御偏差出力器と、この制御偏差出力器より出力された制御偏差信号と発電機の回転速度信号とに基づき調速機アクチュエータへの制御出力を演算する調速制御器とを備える水力発電所調速制御装置において、前記出力指令装置によって設定された発電機の出力指令値を前記調速制御器の制御出力に加算するフィードフォワード手段と、水路に設置した圧力センサおよび／または流量センサの検出値及び前記制御偏差出力器より出力された前記制御偏差信号に基づいて前記水路のモデルを用いてサージングタンク水位変動とその変化率を推定するソフトウェアセンサと、前記水路のサージングが所望の減衰を示すように前記水路の２次形式評価に基づく最適化手法、Ｈ２制御理論に基づく最適化手法またはＨ∞制御理論に基づく最適化手法により設計され、前記ソフトウェアセンサにより推定された前記サージタンク水位変動とその変化率の推定値を基に加算値を生成して出力する多変数制御器と、前記調速制御器より出力される前記制御出力と前記フィードフォワード手段より出力される前記出力指令値と前記多変数制御器より出力される前記加算値とを加算し、この加算結果を前記調速機アクチュエータへの制御出力とする加算器とを具備することを特徴とする。
【００１２】
第１の発明によれば、水流のサージングを効果的に抑制できるとともに、発電機出力指令値に対する発電機出力の追従特性に優れた水力発電所調速制御装置を提供することができる。
【００１３】
第２の発明の水力発電所調速制御装置は、周波数偏差補償量を加算して発電機の出力指令値を設定する出力指令装置と、発電所にて、前記出力指令装置より出力された周波数偏差補償された出力指令値と発電機の出力値とに基づき調速機の制御偏差信号を出力する制御偏差出力器と、この制御偏差出力器より出力された制御偏差信号と発電機の回転速度信号とに基づき調速機アクチュエータへの制御出力を演算する調速制御器とを備える水力発電所調速制御装置において、前記出力指令装置によって設定された周波数偏差補償量の加算前の出力指令値を前記調速制御器の制御出力に加算するフィードフォワード手段と、水路に設置した圧力センサおよび／または流量センサの検出値及び前記制御偏差出力器より出力された前記制御偏差信号に基づいて前記水路のモデルを用いてサージングタンク水位変動とその変化率を推定するソフトウェアセンサと、前記水路のサージングが所望の減衰を示すように前記水路の２次形式評価に基づく最適化手法、Ｈ２制御理論に基づく最適化手法またはＨ∞制御理論に基づく最適化手法により設計され、前記ソフトウェアセンサにより推定された前記サージタンク水位変動とその変化率の推定値を基に加算値を生成して出力する多変数制御器と、前記調速制御器より出力される前記制御出力と前記フィードフォワード手段より出力される前記出力指令値と前記多変数制御器より出力される前記加算値とを加算し、この加算結果を前記調速機アクチュエータへの制御出力とする加算器とを具備することを特徴とする。
【００１４】
この第２の発明によれば、周波数偏差補償の影響を受けることなく安定した状態で発電機出力の追従特性を改善することができる。
【００１５】
また、第３の発明は、第１の発明または第２の発明の水力発電所調速制御装置に、出力指令装置から調速制御器に入力される出力指令値のフィードフォワード信号から水路固有の水圧サージング周波数帯域の信号を除去するための帯域除去手段を付加したものである。
【００１６】
この発明によれば、サージングを拡大することなく発電機出力指令値に対する発電機出力の追従特性の改善をはかることができる。
【００１７】
さらに、第４の発明は、第１の発明または第２の発明の水力発電所調速制御装置に、出力指令装置から調速制御器に入力される出力指令値のフィードフォワード信号から定常値信号を除去するための定常値信号除去手段を付加したものである。
【００１８】
この発明によれば、発電機出力指令値の定常値を除く変化のみの信号が調速機制御装置に伝達されることで、出力指令装置から調速機制御装置への出力指令値のフィードフォワード信号を遮断した場合において水力発電所の運転に与える影響を最小限にとどめることができる。
【００１９】
また、第５の発明は、第１の発明または第２の発明の水力発電所調速制御装置に、出力指令装置から調速制御器に入力される出力指令値のフィードフォワード信号の急変成分を緩和する急変緩和手段を付加したものである。
【００２０】
この発明によれば、発電機出力指令に対する発電所出力の逆応答を招くことなく、発電機出力指令値に対する発電機出力の追従特性の改善をはかることができる。
【００２５】
また、上記目的を達成するために、第６の発明の水力発電所の調速制御方法は、  発電所にて、出力指令装置によって設定された出力指令値と発電機の出力値とに基づき制御偏差出力器にて調速機の制御偏差信号を生成するプロセスと、前記制御偏差出力器より出力された制御偏差信号と発電機の回転速度信号とに基づき、調速制御器にて調速機アクチュエータへの制御出力を演算するプロセスとを有する水力発電所の調速制御方法において、前記出力指令装置によって設定された発電機の出力指令値を前記調速制御器の制御出力にフィードフォワードにより加算するプロセスと、ソフトウェアセンサにより、水路に設置した圧力センサおよび／または流量センサの検出値及び前記制御偏差出力器より出力された前記制御偏差信号に基づいて前記水路のモデルを用いてサージングタンク水位変動とその変化率を推定するプロセスと、前記水路のサージングが所望の減衰を示すように前記水路の２次形式評価に基づく最適化手法、Ｈ２制御理論に基づく最適化手法またはＨ∞制御理論に基づく最適化手法により設計された多変数制御器により、前記ソフトウェアセンサにより推定された前記サージタンク水位変動とその変化率の推定値を基に加算値を生成して出力するプロセスと、前記調速制御器より出力される前記制御出力と前記フィードフォワードにより加算するプロセスにより加算される前記出力指令値と前記多変数制御器より出力される前記加算値とを加算器により加算し、この加算結果を前記調速機アクチュエータへの制御出力とするプロセスとを有することを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、水流のサージングを効果的に抑制できるとともに、発電機出力指令値に対する発電機出力の追従特性に優れた調速制御方法を提供することができる。
【００２７】
さらに、第７の発明の水力発電所の調速制御方法は、出力指令装置にて周波数偏差補償量を加算して発電機の出力指令値を設定するプロセスと、発電所にて、前記出力指令装置より出力された周波数偏差補償された出力指令値と発電機の出力値とに基づき制御偏差出力器にて調速機の制御偏差信号を生成するプロセスと、前記制御偏差出力器より出力された制御偏差信号と発電機の回転速度信号とに基づき、調速制御器にて調速機アクチュエータへの制御出力を演算するプロセスとを有する水力発電所の調速制御方法において、前記出力指令装置によって設定された周波数偏差補償量の加算前の出力指令値を前記調速制御器の制御出力にフィードフォワードにより加算するプロセスと、ソフトウェアセンサにより、水路に設置した圧力センサおよび／または流量センサの検出値及び前記制御偏差出力器より出力された前記制御偏差信号に基づいて前記水路のモデルを用いてサージングタンク水位変動とその変化率を推定するプロセスと、前記水路のサージングが所望の減衰を示すように前記水路の２次形式評価に基づく最適化手法、Ｈ２制御理論に基づく最適化手法またはＨ∞制御理論に基づく最適化手法により設計された多変数制御器により、前記ソフトウェアセンサにより推定された前記サージタンク水位変動とその変化率の推定値を基に加算値を生成して出力するプロセスと、前記調速制御器より出力される前記制御出力と前記フィードフォワードにより加算するプロセスにより加算される前記出力指令値と前記多変数制御器より出力される前記加算値とを加算器により加算し、この加算結果を前記調速機アクチュエータへの制御出力とするプロセスとを有することを特徴とする。
【００２８】
この発明によれば、周波数偏差補償の影響を受けることなく安定した状態で発電機出力の追従特性を改善することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００３０】
図１に、本発明に対して参考とされる実施形態である水力発電所調速制御装置の構成を示す。
【００３１】
同図において、制御偏差出力器３は、出力指令装置２から出力された発電機出力指令値と発電機出力値Ｐとから調速機制御装置４に対する制御偏差信号を生成する加算器３１を備える。また、出力指令装置２から出力された発電機出力指令値は、調速機制御装置４にフィードフォワード信号ＦＦとして送られるようになっている。
【００３２】
調速機制御装置４は、制御偏差出力器３より出力された制御偏差信号と水車発電機７の回転速度信号ＤＷとを加算器４０にて加算した信号から調速機アクチュエータ５への制御出力信号を生成するＰＩＤ制御器からなる調速制御器４１と、この調速制御器４１により生成された制御出力信号と制御偏差出力器３から伝達された発電機出力指令値のフィードフォワード信号ＦＦとを加算する加算器４２を備える。加算器４２の加算結果は調速機制御装置４の制御出力として調速機アクチュエータ５に出力される。
【００３３】
調速機アクチュエータ５は、この調速機制御装置４の制御出力に従って水車流量を調整するガイドベーン６を開閉する。このガイドベーン６の開閉による水車流量の調整により水車発電機７の水車に発生するトルクが変化し、水車発電機７の出力制御および水車の調速制御が行われるようになっている。
【００３４】
次に、この実施形態の水力発電所調速制御装置の動作を説明する。
【００３５】
図１において、制御偏差出力器３では、出力指令装置２から出力された電機出力指令値と発電機出力Ｐとの差分から調速機制御装置４に対する制御偏差信号が生成され、この制御偏差信号が調速機制御装置４に伝達される。
【００３６】
調速機制御装置４では、制御偏差信号と水車発電機７の回転速度信号ＤＷとから調速機アクチュエータ５への制御出力信号が生成されるわけであるが、ここで、制御出力信号には出力指令装置２で生成された発電機出力指令値のフィードフォワード信号ＦＦが加算器４２で加算され、その加算結果が調速機アクチュエータ５へ出力される。すなわち、発電機出力指令値の変化をフィードフォワードにより調速機制御装置４の制御出力に反映させることによって、発電機出力指令値に対する発電機出力の追従特性を向上させている。
【００３７】
フィードフォワード信号ＦＦの伝送路にはフィルタ４３が介在している。このフィルタ４３には、たとえば、水路のサージングを励起しないようにする水路サージング帯域の信号を遮断する帯域遮断フィルタ、定常値信号を除去するフィルタ、発電機出力指令値の変化の立ち上がりを緩やかにして、発電機出力の逆応答を緩和するローパスフィルタなどが用いられる。もちろん、これらのフィルタは複数組み合わせて使用してよい。
【００３８】
以上のように、本実施形態によれば、発電機出力指令値の変化をフィードフォワードにより調速機制御装置４の制御出力に反映させることによって、制御偏差出力器３、調速機制御装置４、調速機アクチュエータ５、および発電機出力値Ｐのフィードバックで構成される閉ループシステムの特性を変えることなく、発電機出力指令値に対する発電機出力の追従特性を改善することができる。
【００３９】
さらに、発電機出力指令値のフィードフォワード信号ＦＦは、制御偏差出力器３から調速機制御装置４への、遅れ特性（伝達特性）３２を含んだ制御偏差信号伝送系を通ることなく調速機制御装置４に伝達されるので、この点からも発電機出力指令値に対する発電機出力の追従特性を向上させることができる。
【００４０】
また、本実施形態においては、発電機出力指令値のフィードフォワード信号ＦＦからフィルタ４３で水路サージング帯域の信号を除去することによって、サージングを低減することができ、発電機出力指令値に対する発電機出力の追従特性を向上させることができる。
【００４１】
さらに、本実施形態においては、フィードフォワード伝送路に介挿されるフィルタ４３の選択によって、発電機出力指令値のフィードフォワード信号ＦＦから定常値信号を除去することができるとともに、同様にフィルタ４３の選択によって、発電機出力指令値の変化の立ち上がりを緩やかして発電機出力指令値に対する発電機出力の逆応答を緩和することができるため、追従特性の改善による弊害を防ぐことができる。
【００４２】
また、本実施形態の水力発電所調速制御装置は、既存の制御システムへの新たな要素・機能の追加だけで、発電機出力指令値に対する発電機出力の追従特性を改善することが可能であるという利点を有する。
【００４３】
なお、本実施形態では、調速制御器４１より出力された制御出力信号と発電機出力指令値のフィードフォワード信号ＦＦとを加算したものを調速機制御装置４の制御出力として調速機アクチュエータ５に出力するように構成したが、図２に示すように、調速制御器４１の入力信号に発電機出力指令値のフィードフォワード信号ＦＦを加算することによっても同様の機能を実現できる。
【００４４】
次に、本発明に対して参考とされる実施形態について説明する。
【００４５】
図３は本発明に対して参考とされる実施形態である水力発電所調速制御装置の構成を示す図である。同図に示すように、この水力発電所調速制御装置は、出力指令装置２に、周波数偏差補償前の発電所出力指令値を各発電所に配分する第２の出力指令値配分処理部２４を備える。この第２の出力指令値配分処理部２４によって配分された周波数偏差未補償の発電所出力指令値は調速制御器４１の制御出力にフィードフォワード信号ＦＦとして加算される。あるいは、調速制御器４１の入力信号に加算される。
【００４６】
本実施形態の水力発電所調速制御装置によれば、周波数偏差補償の影響を受けることなく安定した状態で発電機出力の追従特性を改善することができる。
【００４７】
次に、本発明に係る実施形態について説明する。
【００４８】
図４は本発明に係る実施形態である水力発電所調速制御装置の構成を示す図である。同図に示すように、この水力発電所調速制御装置の調速機制御装置４には、水路のモデルを用いてサージタンク水位変動とその変化率を推定するソフトウェアセンサ４４と、多変数制御器４５とが設けられている。多変数制御器４５は、水位変動値の２乗積分を含む２次形式評価関数を最小化するように設計された最適レギュレータ、あるいはＨ２制御理論もしくはＨ∞制御理論に基づく最適化の手法を用いて設計されたものである。
【００４９】
ソフトウェアセンサ４４には、制御偏差とともに、水路に設置された圧力センサおよび／または流量センサの計測信号ＳＮが入力される。これによりサージング現象の可観測性が向上し、ソフトウェアセンサ４４による水路のサージング現象の推定精度が向上する。
【００５０】
多変数制御器４５は、水流のサージングが所望の減衰を示すよう上記最適化法により設計されたもので、ソフトウェアセンサ４４により得られたサージタンク水位変動とその変化率の推定結果から、調速制御器４１の出力である調速機アクチュエータ５に対する制御出力への最適な加算値を生成する。
【００５１】
以上のアドバンスト制御を調速制御器４１に付加することによりサージタンクの水位変動の抑制を図ることができる。
【００５２】
なお、本実施形態においても、発電機出力指令値が調速制御器４１の制御出力に加算されるので、万が一調速制御器４１および多変数制御器４５により望ましい追従特性が得られなくても、発電機出力指令値を調速制御器４１の出力に加算して出力追従性を改善することができる。
【００５３】
多変数制御器４５の設計に水位変動値の２乗積分を含む２次形式評価関数を最小化する手法を用いる場合、多変数制御器４５は以下のように構成される。
はじめに式(1) 、(2)の形式で制御対象を記述する。
【００５４】
x(t) = Ax(t) + Bu(t)                …(1)
y(t) = Cx(t)                        …(2)
ここで、x(t) は制御対象の状態変数であり、その状態の１つにサージタンク水位変化が含まれている。u(t) は制御器からの制御信号であり、y(t) は制御偏差信号および圧力センサ測定信号である。
【００５５】
ソフトウェアセンサ４４は次式で構成される。圧力センサ測定信号を用いてソフトウェアセンサの性能を保持する。
【数１】
0003913487.tif 000002
【００５６】
一方、式(1) の状態方程式に対し式(4) の２次形式評価関数を用いて、最適な制御入力を得る制御器を求める。このとき多変数制御器４５の制御信号u(t) は式(5) で得られる。正定行列S は式(6) の方程式から得られる。
【数２】
0003913487.tif 000003
【００５７】
次に、本発明に対して参考とされる実施形態について説明する。
【００５８】
図５は本発明に対して参考とされる実施形態である水力発電所調速制御装置の構成を示す図である。
【００５９】
同図に示すように、この水力発電所調速制御装置の調速機制御装置４には、水路のモデルを用いてサージタンク水位変動とその変化率を推定するソフトウェアセンサ４４と、多変数制御器４７とが設けられている。
【００６０】
ここで、多変数制御器４７は、出力指令装置２の出力指令値が所望の追従性を示しかつ水流のサージングが所望の減衰を示すように、水位変動値の２乗積分を含む２次形式評価関数を最小化するように設計された最適レギュレータ、あるいはＨ２制御理論もしくはＨ∞制御理論に基づく最適化の手法により設計されたものであり、ソフトウェアセンサ４４により得られたサージタンク水位変動とその変化率の推定結果から、調速機アクチュエータ５への最適な制御出力を生成する。
【００６１】
これにより、発電機出力指令値に対する発電機出力の追従特性に優れた水力発電所調速制御装置を従来のＰＩＤ制御器を用いずに実現することができる。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、水流のサージングを効果的に抑制できるとともに、発電機出力指令値に対する発電機出力の追従特性に優れた水力発電所調速制御装置および調速制御方法を提供することができる。
【００６３】
また、本発明によれば、周波数偏差補償の影響を受けることなく安定して発電機出力の追従特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に対して参考とされる実施形態である水力発電所調速制御装置の構成を示す図である。
【図２】本発明に対して参考とされる実施形態である水力発電所調速制御装置の変形例を示す図である。
【図３】本発明に対して参考とされる実施形態である水力発電所調速制御装置の構成を示す図である。
【図４】本発明に係る実施形態である水力発電所調速制御装置の構成を示す図である。
【図５】本発明に対して参考とされる実施形態である水力発電所調速制御装置の構成を示す図である。
【図６】従来の水力発電所調速制御装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１・・・・給電指令所 ２・・・・出力指令装置 ３・・・・制御偏差出力器 ４・・・・調速機制御装置 ５・・・・調速機アクチュエータ ６・・・・ガイドベーン７・・・・水車発電機 ２０・・・・指令値処理部 ２１・・・・周波数偏差補償演算部 ２２・・・・加算器 ２３・・・・出力指令値配分処理部 ２４・・・・出力指令値配分処理部 ３１・・・・演算部 ３２・・・・遅れ特性 ４０・・・・加算器４１・・・・調速制御器 ４２・・・・加算器 ４３・・・・フィルタ ４４・・・・ソフトウェアセンサ ４５，４７・・・・多変数制御器 ＤＷ・・・・発電機の回転速度信号 ＦＦ・・・・発電機出力指令値のフィードフォワード信号 Ｐ・・・・発電機出力 ＳＮ・・・・計測信号。
【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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