(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷設定器（６５Ｒ）で設定する負荷設定値の上限値を吊り上げ分だけ低い値に制限し、この負荷設定に対する水車速度と速度調定率による速度制御演算によってガイドベーン開度指令を得、このガイドベーン開度指令を上限負荷設定器（７７Ｅ）により制限してガイドベーン開度制御系の開度指令とする水車発電機の油圧ガバナ制御方式であって、
負荷設定器（６５Ｒ）で負荷設定し、かつガバナ自動制御時に、前記ガイドベーン開度制御系の開度指令に一定の吊り上げ量（α）を加算する吊り上げ量設定器を備えたことを特徴とする水車発電機の油圧ガバナ制御方式。
【請求項２】
前記ガイドベーン開度制御系の開度指令の下限値は、前記吊り上げ量（α）を加算するときに該吊り上げ量（α）分だけ自動的に下げる手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の水車発電機の油圧ガバナ制御方式。
【請求項３】
前記吊り上げ量（α）は、
α＝実際の吊り上げ量／ガイドベーン開度制御系の比例演算部のゲイン
から求めることを特徴とする請求項１または２に記載の水車発電機の油圧ガバナ制御方式。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水車発電機のガバナ制御方式に係り、特に油圧ガバナにおけるガイドベーン開度制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
水力発電制御は、水車の調速制御、発電機の励磁制御や電圧制御や力率制御などの制御をしたり、ガバナフリー運転や負荷制限運転や定出力運転などを行なう。なお、負荷制限運転とは、ガイドベーン開度を一定に保つことで出力を一定にする。
【０００３】
水力発電所の制御装置の構成例を、図２を参照して説明する。なお、制御装置については調速制御系についてのみを示す。発電機ＡＧは、水車ＷＴにより回転させられて電力を発生し、一方、変圧器Ｔｒで抜き出してサイリスタ制御部Ｔｈにより得た励磁電流を、励磁機ＥＸに供給して発電機ＡＧの励磁をしている。また、ガイドベーン機構Ｇが作動することにより、水車ＷＴのガイドベーン開度が調整される。水車ＷＴ（発電機ＡＧ）の回転数は回転数センサＳRにより検出され、ガイドベーン開度はガイドベーン開度センサＳGにより検出される。
【０００４】
制御装置１００では、負荷（速度）設定器６５Ｒにより設定負荷（設定速度）Ａ1が設定される。設定負荷Ａ1の値は、定格値を１００［％］としたパーセント値として設定される。また、回転速度検出器１０１は、回転数センサＳRの検出データを基に、水車ＷＴ（発電機ＡＧ）の回転速度を示す回転速度Ｎ［％］を求める。更に、ガイドベーン開度検出器１０２は、ガイドベーン開度センサＳGの検出データを基に、ガイドベーンの開度を示すガイドベーン開度Ａ2を求める。このガイドベーン開度Ａ2は、０〜１００［％］のパーセント値で表される。
【０００５】
スケール変換器１０３は、ガイドベーン開度Ａ2の値が１０〜９０［％］であるときに、値を０〜１００［％］に対応させてスケール変換した変換ガイドベーン開度Ａ3［％］を出力する。調定率設定器１０４は、変換ガイドベーン開度Ａ3の値が０〜１００［％］であるときに、値を０〜３［％］に対応させた速度調定率Ａ4を出力する。
【０００６】
減算器１０５は、設定負荷（設定速度）Ａ1から、回転速度Ｎ及び速度調定率Ａ4を減算して速度偏差Ａ5を求めて出力する。
【０００７】
なお、減算器１０５にて速度調定率Ａ4の減算をするのは、次の理由による。即ち、交流発電機を他の発電機と並行運転する場合には、負荷が増加した際に各発電機の回転速度がある程度低下するようにしておく必要がある。そこで、負荷が大きくガイドベーン開度Ａ2が大きいときには速度調定率Ａ4が大きくなり、この場合には、速度偏差Ａ5が小さくなって、ガイドベーンをやや閉じて回転速度をやや低下させるようにする。
【０００８】
リミッタ付きの比例演算器１０６は、速度偏差Ａ5を比例演算して比例速度偏差Ａ6を出力する。なお、比例速度偏差Ａ6の値は、あらかじめ設定された上限値を越えないように制限されている。微分器１０７は、回転速度Ｎを微分演算して微分速度ΔＮを出力する。減算器１０８は、比例速度偏差Ａ6から微分速度ΔＮを減算して、比例微分速度偏差Ａ7を出力する。したがって、回転速度Ｎが急増した場合には、微分速度ΔＮが大きくなり、比例微分速度偏差Ａ7が小さくなり、後述する設定ガイドベーン開度Ａ8が小さくなり、回転速度の急増を抑えるようにガイドベーンが閉まっていく。
【０００９】
リミッタ付きの比例積分減算器１０９は、比例微分速度偏差Ａ7を比例積分演算して設定ガイドベーン開度Ａ8［％］を出力する。なお、設定ガイドベーン開度Ａ8の値は、上限負荷設定器７７Ｅにより設定した上限値を越えないよう、リミット処理されて制限されている。
【００１０】
減算器１１０は、設定ガイドベーン開度Ａ8からガイドベーン開度Ａ2を減算して指令ガイドベーン開度Ａ9を出力する。ガイドベーン機構Ｇは、指令ガイドベーン開度Ａ9で指令された開度となるようにガイドベーンの開度調整をする。このようにガイドベーン開度制御をすることにより、ガイドベーン開度Ａ2が設定ガイドベーン開度Ａ8に近づいていき、最終的にはガイドベーン開度Ａ2が設定ガイドベーン開度Ａ8に等しくなる。
【００１１】
負荷制限運転時には、設定ガイドベーン開度Ａ8の値は、上限負荷設定器７７Ｅで設定（制限）した値となる。このため、負荷設定器６５Ｒで設定した設定負荷Ａ1の値が仮に定格値（１００％）であるとすると、上限負荷設定器７７Ｅにより設定する上限値を増加させてもガイドベーンは開いていかない。そこで、負荷制限運転を行うときには、負荷設定器６５Ｒで設定する設定負荷Ａ1の値を、定格値よりも大きい上限値（１０８％）に吊り上げている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３５３１３１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図３は、図２における水車発電機の油圧ガバナのガイドベーン開度制御系の機能ブロックを示し、ディジタル制御で行う場合である。ガイドベーン開度演算部１０が発生する開度指令値とガイドベーン開度検出値との偏差をリミッタ付比例演算部１１で比例演算し、これをＤ／Ａ変換器１２でアナログ量に変換してガイドベーン駆動部（油圧アクチェータ）１３の開度制御量を調整する。ガイド駆動部１３は開度制御量に応じて水車（ＷＴ）１４のガイドベーンの開度機構を駆動し、開度を増減する。このガイドベーンの開度は開度検出器１５で検出し、開度指令値との突合せにフィードバックされる。１６は現在のガイドベーン開度指令値および開度検出値の両方をメータ表示する計測表示メータであり、手動操作時に操作員による目視操作を可能にする。
【００１３】
このようなガイドベーン開度制御系で制御される油圧ガバナの場合、Ａ点の開度制御量が「０」となるとガイドベーンが閉じる方向になるように構成されている。したがって、ガイドベーン開度を一定に保つためには、Ａ点に絶えず一定の制御量（＋）を出力する必要がある。Ａ点に制御量（＋）指令を出力するためには、Ｂ点に一定の偏差（＋）が得られる必要がある。
【００１４】
ここで、ガイドベーン開度演算部１０は、負荷設定に応じて開度指令を０〜１００％で増減させるが、開度指令（負荷指令）が１００％（上限値）でも実際の開度は、前記のように、吊り上げ分だけ低い開度となるため、場合によっては全負荷をとれない可能性があった。
【００１５】
また、計測表示メータ１６では開度指令が赤針、開度検出が黒針で構成されているが、開度指令と実際の開度検出値との間にずれが発生し、吊り上げ量によっては針の位置が大きくずれることもあり、手動操作時に操作員に戸惑いを与えるおそれがあった。
【００１６】
本発明の目的は、負荷設定器（６５Ｒ）で設定する負荷設定値の上限値を吊り上げ分だけ低い値に制限してガイドベーン開度指令とする場合にも全負荷までのガイドベーン開度制御ができる水車発電機の油圧ガバナ制御方式を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、前記の課題を解決するため、開度指令値に吊り上げ量の加算回路を設け、開度指令の下限値は「０」から吊り上げ量の分だけ下げるようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【００１８】
（１）負荷設定器（６５Ｒ）で設定する負荷設定値の上限値を吊り上げ分だけ低い値に制限し、この負荷設定に対する水車速度と速度調定率による速度制御演算によってガイドベーン開度指令を得、このガイドベーン開度指令を上限負荷設定器（７７Ｅ）により制限してガイドベーン開度制御系の開度指令とする水車発電機の油圧ガバナ制御方式であって、
負荷設定器（６５Ｒ）で負荷設定し、かつガバナ自動制御時に、前記ガイドベーン開度制御系の開度指令に一定の吊り上げ量（α）を加算する吊り上げ量設定器を備えたことを特徴とする。
【００１９】
（２）前記ガイドベーン開度制御系の開度指令の下限値は、前記吊り上げ量（α）を加算するときに該吊り上げ量（α）分だけ自動的に下げる手段を備えたことを特徴とする。
【００２０】
（３）前記吊り上げ量（α）は、
α＝実際の吊り上げ量／ガイドベーン開度制御系の比例演算部のゲイン
から求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
以上のとおり、本発明によれば、開度指令値に吊り上げ量の加算回路を設けため、負荷設定器（６５Ｒ）で設定する負荷設定値の上限値を吊り上げ分だけ低い値に制限してガイドベーン開度指令とする場合にも全負荷までのガイドベーン開度制御ができる。また、ガイドベーン開度指令と開度検出値が常に一致し、計測表示メータの赤針・黒針の差がなくなり、手動操作時に操作員に戸惑いを与えることはない。
【００２２】
また、開度指令の下限値は「０」から吊り上げ量の分だけ下げるようにしたため、全負荷遮断等でも確実に全閉まで制御が可能となる。さらに、ガバナの手動操作時は吊り上げ量が「０」に戻され、低速度での手動操作も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１は、本発明の実施形態を示す油圧ガバナのガイドベーン開度制御系の機能ブロックであり、図３と同等の部分は同一符号で示す。
【００２４】
本実施形態では、図１に示すように、吊り上げ量設定器１７と、この設定器１７による設定値を開度指令に加算する加算器１８を追加した構成とする。
【００２５】
吊り上げ量設定器１７は、発電機の起動時または手動操作時には吊り上げ量を「０」に設定し、図２に示す負荷（速度）設定器６５Ｒで負荷設定（ＯＮ）し、かつガバナ自動制御時（手動操作でない時）に吊り上げ量を「α」に切り替え設定する。
【００２６】
すなわち、ガイドベーン開度演算部１０は、開度指令（負荷指令）が１００％でも実際の開度は、前記のように、吊り上げ分低い開度となるが、１００％の開度指令に吊り上げ量「α」を加算することで、開度指令と開度検出を常に一致させ、全負荷をとれるようにする。吊り上げ量「α」は次の式で求めることができる。なお、吊り上げ量「α」はガバナ制御系や負荷状況に応じて任意に変更可能としておくのが好ましい。
【００２７】
α＝実際の吊り上げ量／比例演算部１１のゲイン
ここで、負荷遮断等が発生した場合、開度指令の下限が「０」では実際のガイドベーンは開度指令に吊り上げ量「α」が加算されて全閉とならない可能性があるため、ガイドベーン開度演算部１０の発生する開度指令の下限値を「０」から「−α」に変更する。この下限値は、設定器１７の出力切り替え時に自動で設定する。つまり、開度指令＝０では「α」分の開度指令が出力され、ガイドベーン駆動部１３にはガイドベーンを開く方向の制御量（＋）が入力されるのを防止する。
【００２８】
したがって、本実施形態によれば、開度指令に吊り上げ量「α」を加算することにより全負荷までの制御が可能となる。また、開度指令と実際の開度検出値との間にずれがなくなり、計測表示メータの赤針・黒針の差をなくした表示を得ることができる。また、開度指令の下限値を「−α」とするため、全負荷遮断等でも確実に全閉まで制御が可能となる。さらに、ガバナの手動操作時は吊り上げ量が「０」に戻され、低速度での手動操作も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態を示す油圧ガバナのガイドベーン開度制御系の機能ブロック。
【図２】水力発電所の制御装置の構成例。
【図３】従来の油圧ガバナのガイドベーン開度制御系の機能ブロック。
【符号の説明】
【００３０】
１０  ガイドベーン開度演算部
１１  リミッタ付比例演算部
１２  Ｄ／Ａ変換器
１３  ガイドベーン駆動部
１４  水車（ＷＴ）
１５  ガイドベーン開度検出器
１６  計測表示メータ
１７  吊り上げ量設定器
１８  加算器
【図１】
0005012398.tif 000002
【図２】
0005012398.tif 000003
【図３】
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