(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力指令値及びポンプ水車の有効落差に基いて最適な回転数指令値を算出する回転数最適関数と、
前記回転数指令値から前記ポンプ水車の実回転数を差し引いて回転数偏差を出力する減算器と、
前記回転数偏差に基いて回転数制御信号を生成する回転数制御器と、
前記電力指令値及び前記ポンプ水車の有効落差に基いて最適なガイドベーン開度指令値を算出するガイドベーン開度最適関数と、
過渡変化時の初期段階に、前記ガイドベーン開度指令値に所定の値を足し合せてガイドベーン制御信号を生成し、前記ガイドベーン開度指令値及び前記ポンプ水車の実回転数、または前記ガイドベーン開度指令値及び発電電動機の出力電力の変化の方向が逆のときには、前記ガイドベーン開度指令値に所定の値を足し合せてガイドベーン制御信号を生成する足合手段と、
前記回転数制御信号及び前記ガイドベーン制御信号を加算してサーボ制御系へ出力する加算器と
を備えたことを特徴とする可変速揚水発電システムの制御装置。
【請求項２】
前記ポンプ水車の有効落差の変化率が所定の設定値以上のときには、前記足合手段の出力に前記有効落差の変化率を足し合せてガイドベーン制御信号を生成する第２の足合手段
をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の可変速揚水発電システムの制御装置。
【請求項３】
過渡変化時の初期段階に、前記ガイドベーン開度指令値を遅らせる遅延手段をさらに備え、
前記足合手段は、前記遅らせたガイドベーン開度指令値に所定の値を足し合せる
ことを特徴とする請求項１記載の可変速揚水発電システムの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ガイドベーンの動作を早め、過渡変化時の初期段階での回転数、出力電力の反転を防止、抑制する可変速揚水発電システムの制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の可変速揚水発電システムの制御装置について図面を参照しながら説明する。図１０は、例えば特開昭６１−９８１９７号公報に示された従来の可変速揚水発電システムの制御装置の構成を示す図である。
【０００３】
図１０において、５１は指令値算出器、５２は減算要素、５３は回転数制御器、５４は加算要素である。
【０００４】
つぎに、従来の可変速揚水発電システムの制御装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【０００５】
図１０に示すように、出力電力は応答の早い励磁制御系で、回転数は応答の遅いサーボ制御系で制御される。
【０００６】
電力系統に接続され、２次励磁付の誘導発電機を所定の回転数で運転する可変速揚水発電システムにおいて、外部から与えられる電力指令値をもとに算出した回転数指令値及びガバナ弁開度指令値を設定する機能を備え、発電機の実回転数及び上記回転数指令値をもとに、前記ガバナ弁開度指令値を調整すると共に、その運転状態における発電機出力及び電力指令値をもとに、励磁回路の制御情報の位相角を制御する。
【０００７】
しかしながら、従来の可変速揚水発電システムの制御装置では、回転数、または出力電力、あるいはそれらの両方が過渡変化時の初期段階に反転現象が起こる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来の可変速揚水発電システムの制御装置では、ガイドベーンの開閉速度が遅いため、過渡変化の初期に回転数が反転するという問題点があった。
【０００９】
この発明は、前述した問題点を解決するためになされたもので、反転現象を防止、抑制することができ、追従性のよい応答を実現することができる可変速揚水発電システムの制御装置を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る可変速揚水発電システムの制御装置は、電力指令値及びポンプ水車の有効落差に基いて最適な回転数指令値を算出する回転数最適関数と、前記回転数指令値から前記ポンプ水車の実回転数を差し引いて回転数偏差を出力する減算器と、前記回転数偏差に基いて回転数制御信号を生成する回転数制御器と、前記電力指令値及び前記ポンプ水車の有効落差に基いて最適なガイドベーン開度指令値を算出するガイドベーン開度最適関数と、過渡変化時の初期段階に、前記ガイドベーン開度指令値に所定の値を足し合せてガイドベーン制御信号を生成し、前記ガイドベーン開度指令値及び前記ポンプ水車の実回転数、または前記ガイドベーン開度指令値及び発電電動機の出力電力の変化の方向が逆のときには、前記ガイドベーン開度指令値に所定の値を足し合せてガイドベーン制御信号を生成する足合手段と、前記回転数制御信号及び前記ガイドベーン制御信号を加算してサーボ制御系へ出力する加算器とを備えたものである。
【００１３】
この発明の請求項２に係る可変速揚水発電システムの制御装置は、前記ポンプ水車の有効落差の変化率が所定の設定値以上のときには、前記ガイドベーン開度指令値に前記有効落差の変化率を足し合せる第２の足合手段をさらに備えたものである。
【００１４】
この発明の請求項３に係る可変速揚水発電システムの制御装置は、過渡変化時の初期段階に、前記ガイドベーン開度指令値を遅らせる遅延手段をさらに備え、前記足合手段は、前記遅らせたガイドベーン開度指令値に所定の値を足し合せるものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
まず、可変速揚水発電プラントについて図面を参照しながら説明する。図１は、可変速揚水発電プラントの構成を示す図である。
【００１６】
図１において、１は上部貯水池、２は上部サージタンク、３はポンプ水車−発電電動機、４は下部サージタンク、５は下部貯水池である。
【００１７】
本発明は発電運転時の制御装置に関するものなので、発電運転時の動作についてのみ説明する。
【００１８】
ポンプ水車−発電電動機３は、水車、及び発電機として動作し、上部貯水池１から下部貯水池５に水が流れることにより、ポンプ水車にポンプ水車入力となる回転エネルギが与えられる。
【００１９】
エネルギの損失などを無視すると、このポンプ水車入力は、発電電動機にポンプ水車軸出力となって伝えられ、発電電動機により出力電力に変換される。
【００２０】
発電方向の場合、ポンプ水車入力−有効電力（発電電動機出力）がポンプ水車−発電電動機３の加減速エネルギになる。つまり、この差が正のときは加速エネルギとなり、ポンプ水車−発電電動機３は、加速されて回転数が増加する。
【００２１】
この差が負のときには減速エネルギとなり、ポンプ水車−発電電動機３は、減速されて回転数は減少する。
【００２２】
有効電力は、電気系である二次励磁装置により瞬時に制御されるのに対し、ポンプ水車入力は機械系であるガイドベーン制御系（サーボ制御系）で制御されるため、有効電力の増減制御を行う場合、有効電力に比べてポンプ水車入力の応答が遅れる。
【００２３】
そのため、電力、回転数のどちらを励磁制御系、どちらをサーボ制御系で制御するのかにもよるが、出力電力、または回転数、またはその両方の反転現象が起こる。
【００２４】
ポンプ水車入力は、水の比重量×ポンプ水車流量×有効落差で与えられる。水の比重量をほぼ一定と見なすと、有効落差は摩擦損失等で多少の違いはあるものの定常状態になれば変化前と変化後でそれほど大きくは変わらないため、ポンプ水車流量を早く制御することにより、ポンプ水車入力を早く増減させることができる。
【００２５】
ポンプ水車流量は、ガイドベーン開度にほぼ比例し、ガイドベーンの開閉により制御される。そこで、有効電力を増加させるにはガイドベーンを開き、有効電力を減少させるにはガイドベーンを閉じる制御を行う。
【００２６】
しかし、有効電力を増加させる場合、過渡状態ではガイドベーンを開くと有効落差は減少するため、ポンプ水車流量の変化率と有効落差の変化率により、ポンプ水車入力を増加させるつもりがかえって減少させるという現象が起こる可能性がある。
【００２７】
また、有効電力を減少させる場合、過渡状態ではガイドベーンを閉じると有効落差は増加するため、ポンプ水車流量の変化率と有効落差の変化率により、ポンプ水車入力を減少させるつもりがかえって増加させるという現象が起こる可能性がある。
【００２８】
そこで、有効電力、回転数の反転現象を防止、抑制する方法として、以下の２つが考えられる。
【００２９】
（１）ガイドベーンを早く動作させ、有効落差にかかわらず、ポンプ水車流量を早く増減させる。
【００３０】
（２）変化の初期段階でのガイドベーンの動作を遅らせ、変化の初期段階での有効落差の増減をできるだけ抑える。
【００３１】
参考例１．
この参考例１は、上記（１）の方法により出力電力、または回転数、またはその両方の反転現象を防止、抑制しようとしたものである。
【００３２】
この発明の参考例１に係る可変速揚水発電システムの制御装置について図面を参照しながら説明する。図２は、この発明の参考例１に係る可変速揚水発電システムの制御装置の構成を示す図である。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００３３】
図２において、６は回転数最適関数、７はガイドベーン開度最適関数、８は減算器、９は回転数制御器、１０は微分器、１１は加算器、１２は加算器である。なお、足合手段は、例えば微分器１０、及び加算器１１から構成される。
【００３４】
つぎに、この参考例１に係る可変速揚水発電システムの制御装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００３５】
例えば、出力電力増となるような電力指令値が入力された場合で、この制御装置の動作を説明する。この制御装置の場合、励磁制御系で出力電力が増加するように制御される。
【００３６】
また、出力電力増となるような電力指令値の場合、ガイドベーン開度最適関数７からの出力であるガイドベーン開度指令値は、ガイドベーンが開く方向の指令値となり、回転数最適関数６からの出力である回転数指令値も回転数が増加する方向の指令値となる。
【００３７】
回転数は、回転数指令値からポンプ水車の実回転数を差し引いた回転数偏差をもとに回転数制御器９で回転数制御信号が作られ、ガイドベーン制御信号と足し合わされ、サーボ制御系でガイドベーンを制御することにより制御される。
【００３８】
この場合、励磁制御系で出力電力、サーボ制御系で回転数が制御されるため、回転数が変化の初期段階で反転現象が生じる。
【００３９】
本参考例１では、制御装置の一例として、励磁制御系で出力電力、サーボ制御系で回転数が制御される場合の制御装置を示しているが、励磁制御系で回転数、サーボ制御系で出力電力を制御する制御装置でもよいし、回転数偏差、出力電力偏差の大きさに応じて制御信号を励磁制御系、サーボ制御系に割り振るような制御装置でもよい。
【００４０】
この参考例１では、上述の（１）の方法で出力電力、または回転数、またはその両方の反転現象を防止、抑制するため、ガイドベーン開度最適関数７からの出力であるガイドベーン開度最適関数の微分値をガイドベーン開度指令値に足し合わせるようにした。
【００４１】
電力指令値が増加する場合には、ガイドベーン開度指令値はガイドベーンが開く方向の指令になるが、このガイドベーン開度指令値を微分器１０で微分した値は正の値となるため、これをガイドベーン開度指令値に足し合わせることにより見かけ上ガイドベーン開度指令値が増えたことになり、ガイドベーンが早く開くため、ポンプ水車入力が早く増加し、出力電力、または回転数、またはその両方の反転現象を防止、抑制することができる。
【００４２】
逆に、電力指令値が減少する場合には、ガイドベーン開度指令値はガイドベーンが閉じる方向の指令になるが、このガイドベーン開度指令値を微分器１０で微分した値は負の値となるため、これをガイドベーン開度指令値に足し合わせることにより見かけ上ガイドベーン開度指令値が減ったことになり、ガイドベーンが早く閉じるため、ポンプ水車入力が早く減少し、出力電力、または回転数、またはその両方の反転現象を防止、抑制することができる。
【００４３】
本参考例１では、ガイドベーン開度指令値を微分したものをガイドベーン開度指令値に足し合わせるようにしたが、ガイドベーンの開閉方向の判断器を設け、ガイドベーンが開く方向に変化する場合は一定値をガイドベーン開度指令値に足し合わせるようにし、ガイドベーンが閉じる方向に変化する場合は一定値をガイドベーン開度指令値から差し引くようにしても良い。
【００４４】
また、電力指令値を微分したものをガイドベーン開度に足し合わせるようにしても良い。
【００４５】
また、回転数指令値を微分したものをガイドベーン開度指令値に足し合わせるようにしても良い。
【００４６】
また、電力指令値と出力電力との差である電力偏差をガイドベーン開度指令値に足し合わせるようにしても良い。
【００４７】
また、ガイドベーン開度指令値と実ガイドベーン開度との差であるガイドベーン開度偏差をガイドベーン開度指令値に足し合わせるようにしても良い。
【００４８】
さらに、回転数指令値と実回転数との差である回転数偏差をガイドベーン開度指令値に足し合わせるようにしても良い。
【００４９】
また、足し合わせるのをガイドベーン開度指令値ではなく、回転数最適関数６からの出力である回転数指令値でもよいし、減算器８からの出力である回転数偏差でもよいし、回転数制御器９の出力である回転数制御信号でも良い。つまり、出力電力が増加する場合にはサーボ制御系に与えられる制御信号が増加し、出力電力が減少する場合にはサーボ制御系に与えられる制御信号が減少するようになるのであれば、どの位置に足し合わされても良い。
【００５０】
また、各信号を足し合わせる前に、比例要素による処理を施しても良いし、比例要素＋積分要素による処理をほどしても良いし、比例要素＋積分要素＋微分要素による処理を施しても良い。
【００５１】
すなわち、この参考例１は、一次巻線が電力系統に接続され、二次巻線が交流励磁される発電電動機と、この発電電動機の二次巻線側と直結し、ガイドベーンによる流量調節によりその軸出力が制御されるポンプ水車とからなる可変速揚水発電システムの、電力指令値とポンプ水車の有効落差より算出される最適な回転数指令値と、電力指令値と有効落差より算出される最適なガイドベーン開度指令値と、電力指令値とにより制御される制御装置において、過渡変化時の初期段階に回転数、または出力電力、またはその両方が逆方向に変化する反転現象を防止し、指令値への追従性を良くするため、所定の値をガイドベーン開度指令値に足し合わせるようにしたことを特徴とする可変速揚水発電システムの制御装置である。
【００５２】
ガイドベーン開度指令値、回転数指令値が増加方向に変化する過渡変化時には、所定の値をガイドベーン開度指令値に足し合わせることによりガイドベーンが早く開き、ポンプ水車流量が早く増加することにより、ポンプ水車軸出力を早く増加させることができる。
【００５３】
また、ガイドベーン開度指令値、回転数指令値が減少方向に変化する過渡変化時には、所定の値をガイドベーン開度指令値から差し引くことによりガイドベーンが早く閉じ、ポンプ水車流量が早く減少することにより、ポンプ水車軸出力を早く減少させることができるため、過渡変化時の初期段階での回転数、または出力電力、またはその両方の反転現象を防止、または抑制できる。
【００５４】
実施の形態１．
この実施の形態１では、上記（１）の方法により出力電力、または回転数、またはその両方の反転現象を防止、抑制しようとしたものである。
【００５５】
この発明の実施の形態１に係る可変速揚水発電システムの制御装置について図面を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態２に係る可変速揚水発電システムの制御装置の構成を示す図である。
【００５６】
図３において、１３は乗算器、１４、１５及び１６は微分器、１７及び１８は除算器、１９及び２０はｔａｎ−１関数、２１は関数１、２２は関数２、２３は減算器、２４は関数３、２５は乗算器、２６は加算器、２７は比例要素である。なお、回転数最適関数６〜加算器１２は、上記参考例１と同じである。また、足合手段は、例えば微分器１０、及び加算器１１、並びに乗算器１３〜比例要素２７から構成される。
【００５７】
つぎに、この実施の形態１に係る可変速揚水発電システムの制御装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００５８】
ガイドベーン開度指令値と出力電力、及びガイドベーン開度指令値と回転数の変化の方向を判断する部分のブロックの説明をする。
【００５９】
ポンプ水車の実回転数を微分器１５で微分した値と、ガイドベーン開度指令値を微分器１４で微分した値の関係を図４に表す。
【００６０】
図４に示すように、第２象限、第４象限でガイドベーン開度指令値と実回転数の変化方向が逆になる。つまり、ポンプ水車の実回転数を微分器１５で微分した値を、ガイドベーン開度指令値を微分器１４で微分した値で割ったものにｔａｎ-1関数１９による処理を施した値でいうと、９０°〜１８０°、及び２７０°〜３６０°のときにガイドベーン開度指令値と実回転数の変化方向が逆になる。
【００６１】
同様に、発電電動機出力電力を微分器１６で微分した値を、ガイドベーン開度指令値を微分器１４で微分した値で割ったものにｔａｎ-1関数２０による処理を施した値でいうと、９０°〜１８０°、及び２７０°〜３６０°のときにガイドベーン開度指令値と出力電力の変化方向が逆になる。
【００６２】
そこで、関数１（２１）、及び関数２（２２）を例えば図５のようにし、関数３（２４）を図６のようにすると、加算器２６からの出力は、ガイドベーン開度指令値と出力電力、またはガイドベーン開度指令値と回転数の変化の方向が逆、つまり電力指令値と出力電力、または電力指令値と回転数の変化の方向が逆のとき０を越えて１以下の値になり、その他のときは０となる。
【００６３】
この加算器２６からの出力に比例要素２７でゲインを掛け合わせたものを、ガイドベーン開度指令値を微分器１０により微分した値に掛け合わせ、その乗算器１３からの出力をガイドベーン開度指令値に足し合わせることにより、回転数、または出力電力、またはその両方が逆方向に変化しようとしているときにガイドベーンの動作が早くなり、ポンプ水車流量が早く変化し、回転数、または出力電力、またはその両方の反転現象が防止、抑制することができる。
【００６４】
本実施の形態１では、比例要素２７からの出力をガイドベーン開度指令値を微分したものに掛け合わせるようにしたが、ガイドベーンの開閉方向の判断器を設け、ガイドベーンが開く方向に変化する場合は正となり、ガイドベーンが閉じる方向に変化する場合は負となるような一定値に掛け合わせるようにしても良いし、電力指令値を微分したものに掛け合わせるようにしても良いし、回転数指令値を微分したものに掛け合わせるようにしても良いし、電力指令値と出力電力との差である電力偏差に掛け合わせるようにしても良いし、ガイドベーン開度指令値と実ガイドベーン開度との差であるガイドベーン開度偏差に掛け合わせるようにしても良いし、回転数指令値と実回転数との差である回転数偏差に掛け合わせるようにしてもよい。
【００６５】
また、掛け合わせた値を足し合わせるのをガイドベーン開度指令値ではなく、回転数最適関数６からの出力である回転数指令値でもよいし、減算器８からの出力である回転数偏差でもよいし、回転数制御器９の出力である回転数制御信号でも良い。また、掛け合わせた値を足し合わせる前に、比例要素による処理を施しても良いし、比例要素＋積分要素による処理をほどしても良いし、比例要素＋積分要素＋微分要素による処理を施しても良い。
【００６６】
また、本実施の形態１では、制御装置の一例として、励磁制御系で出力電力、サーボ制御系で回転数が制御される場合の制御装置を示しているが、励磁制御系で回転数、サーボ制御系で出力電力を制御する制御装置でもよいし、回転数偏差、出力電力偏差の大きさに応じて制御信号を励磁制御系、サーボ制御系に割り振るような制御装置でもよい。
【００６７】
すなわち、この実施の形態１は、上記参考例１の可変速揚水発電システムの制御装置において、ガイドベーン開度指令値と出力電力、またはガイドベーン開度指令値と回転数の変化の方向が逆のときに、所定の値をガイドベーン開度指令値に足し合わせるようにしたことを特徴とするものである。基本的には上記参考例１と同様の効果が得られるが、回転数、出力電力が逆方向に変化するときのみにガイドベーンの動作を早めるため、さらにガイドベーンの無駄な動作を省くことができるという効果も期待できる。
【００６８】
参考例２．
この参考例２では、上記（２）の方法により出力電力、または回転数、またはその両方の反転現象を防止、抑制しようとしたものである。
【００６９】
この発明の参考例２に係る可変速揚水発電システムの制御装置について図面を参照しながら説明する。図７は、この発明の参考例２に係る可変速揚水発電システムの制御装置の構成を示す図である。
【００７０】
図７において、２８は一次遅れ関数（遅延手段）である。なお、回転数最適関数６〜回転数制御器９、及び加算器１２は、上記参考例１と同じである。
【００７１】
つぎに、この参考例２に係る可変速揚水発電システムの制御装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００７２】
ガイドベーンが早く動作すればするほど有効落差も大きく変化することになり、出力電力を増加する方向の電力指令値が与えられても、ポンプ水車入力の初期段階での反転量が大きく、なかなか増加しない。逆に、出力電力を減少する方向の電力指令値が与えられても、ポンプ水車入力の初期段階での反転量が大きく、なかなか減少しない。
【００７３】
そこで、ガイドベーン開度最適関数７からの出力であるガイドベーン開度指令値を一次遅れ関数２８を介することにより、変化の初期段階でのガイドベーン開度指令値の変化が遅くなり、有効落差の変化量も抑えられるため、初期段階でのポンプ水車入力の反転量が抑えられ、出力電力、または回転数、またはその両方の反転現象を防止、抑制することができる。
【００７４】
本参考例２では、制御装置の一例として、励磁制御系で出力電力、サーボ制御系で回転数が制御される場合の制御装置を示しているが、励磁制御系で回転数、サーボ制御系で出力電力を制御する制御装置でもよいし、回転数偏差、出力電力偏差の大きさに応じて制御信号を励磁制御系、サーボ制御系に割り振るような制御装置でもよい。
【００７５】
すなわち、この参考例２は、一次巻線が電力系統に接続され、二次巻線が交流励磁される発電電動機と、この発電電動機の二次巻線側と直結し、ガイドベーンによる流量調節によりその軸出力が制御されるポンプ水車とからなる可変速揚水発電システムの、電力指令値とポンプ水車の有効落差より算出される最適な回転数指令値と、電力指令値と有効落差より算出される最適なガイドベーン開度指令値と、電力指令値とにより制御される制御装置において、過渡変化時の初期段階に回転数、または出力電力、またはその両方が逆方向に変化する反転現象を防止し、指令値への追従性を良くするため、ガイドベーン開度指令値を遅らせることにより、変化の初期段階でのガイドベーンの動作を遅らせたものである。
【００７６】
ガイドベーン開度指令値、回転数指令値が変化する過渡変化時に、ガイドベーン開度指令値が遅れることにより変化の初期段階でのガイドベーンの動作が遅れ、過渡変化時の初期段階での有効落差の増減が抑制されることにより水から与えられるポンプ水車入力の初期段階での反転が抑制されるため、過渡変化時の初期段階での回転数、または出力電力、またはその両方の反転現象を防止、または抑制できる。
【００７７】
実施の形態２．
この実施の形態２では、基本的には上記（１）の方法により出力電力、または回転数、またはその両方の反転現象を防止、抑制しようとするもので、補正として上記（２）の方法を追加したものである。
【００７８】
この発明の実施の形態２に係る可変速揚水発電システムの制御装置について図面を参照しながら説明する。図８は、この発明の実施の形態２に係る可変速揚水発電システムの制御装置の構成を示す図である。
【００７９】
図８において、２９は減算器、３０は加算器、３１は微分器、３２は最小値を計算する関数、３３は減算器、３４は微分器、３５及び３６はセレクタ、３７は加算器、３８及び３９は比較器、４０は最大値を計算する関数、４１は減算器、４２は微分器、４３及び４４はセレクタ、４５及び４６は比較器である。なお、回転数最適関数６〜加算器１２は、上記参考例１と同じである。また、第２の足合手段は、例えば減算器２９〜比較器４６から構成される。
【００８０】
つぎに、この実施の形態２に係る可変速揚水発電システムの制御装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００８１】
ポンプ水車の有効落差を微分器３１により微分することにより変化率を求める。その値が正のときは出力電力が減少する方向の電力指令値になっており、ガイドベーンの閉じる速度が早いと有効落差の増加する変化率が大きくなり、反転現象が起こるため、ガイドベーンの閉じる速度をなまらせることにより、反転現象を防止、抑制する。
【００８２】
つまり、最大値を計算する関数４０により、設定値を超えた値（有効落差の変化率−設定値）を微分器４２により微分し、それをガイドベーン開度指令値に足し合わせることにより、ガイドベーンの閉じる速度を遅らせ、有効落差の増加する変化率をなまらせ、反転現象を防止、抑制する。
【００８３】
比較器４５は、有効落差の変化率が設定値以上になると「１」、設定値を下回ると「０」を出力するもので、セレクタ４３は、「１」が入力されると有効落差の変化率が設定値以上になったということで微分器４２からの出力が選択され、「０」が入力されると設定値を下回っているということで０が選択される。
【００８４】
比較器４６は、電力偏差が設定値以下になると「１」が出力され、設定値を越えると「０」が出力される。セレクタ４４は、「１」が入力されるとセレクタ４３からの出力が選択され、「０」が入力されると０が選択される。これは、電力偏差が設定値以下、つまり出力電力が大きく変化中にガイドベーン開度指令値に有効落差の変化率−設定値の微分値（微分器４２からの出力）を足し合わせるようにするものである。
【００８５】
有効落差を微分器３１により微分した値である変化率が負のときは出力電力が増加する方向の電力指令値になっており、ガイドベーンの開く速度が早いと有効落差の減少する変化率が大きくなり、反転現象が起こるため、ガイドベーンの開く速度をなまらせることにより、反転現象を防止、抑制する。
【００８６】
つまり、最小値を計算する関数３２により、設定値を下回った値（有効落差の変化率−設定値）を微分器３４により微分し、それをガイドベーン開度指令値に足し合わせることにより、ガイドベーンの開く速度を遅らせ、有効落差の減少する変化率をなまらせ、反転現象を防止、抑制する。
【００８７】
比較器３８は、有効落差の変化率が設定値以下になると「１」、設定値を越えると「０」を出力するもので、セレクタ３５は、「１」が入力されると有効落差の変化率が設定値以下になったということで微分器３４からの出力が選択され、「０」が入力されると設定値を越えているということで０が選択される。
【００８８】
比較器３９は、電力偏差が設定値以上になると「１」が出力され、設定値を下回ると「０」が出力される。セレクタ３６は、「１」が入力されるとセレクタ３５からの出力が選択され、「０」が入力されると０が選択される。これは、電力偏差が設定値以上、つまり出力電力が大きく変化中にガイドベーン開度指令値に有効落差の変化率−設定値の微分値（微分器３４からの出力）を足し合わせるようにするものである。
【００８９】
以上の挙動により、出力電力、または回転数、またはその両方の反転現象を防止、抑制することができる。
【００９０】
なお、この実施の形態２は、上記参考例１で説明したものに適用したものであるが、上記実施の形態１で説明したものに適用した場合も同様の効果が得られる。
【００９１】
すなわち、この実施の形態２は、上記参考例１及び実施の形態１の可変速揚水発電システムの制御装置において、過渡変化時の初期段階での有効落差の増減を抑制するため、有効落差の変化率が設定値以上になると、その有効落差の変化率をガイドベーン開度指令値に足し合わせるようにしたものである。
【００９２】
ガイドベーン開度指令値、回転数指令値が増加方向に変化する過渡変化時には、所定の値をガイドベーン開度指令値に足し合わせることによりガイドベーンが早く開き、ポンプ水車流量が早く増加するとともに、ガイドベーンの動作が早すぎると有効落差の減少方向の変化率が大きくなるため、有効落差の変化率が設定値以上になるとその変化率をガイドベーン開度指令値に足し合わせてガイドベーンの動作を鈍らせ、有効落差の減少方向の変化率を抑えることにより、ポンプ水車入力の初期段階での反転現象が抑制でき、ポンプ水車軸出力を早く増加させることができる。また、ガイドベーン開度指令値、回転数指令値が減少方向に変化する過渡変化時には、同様にポンプ水車軸出力を早く減少させることができるため、過渡変化時の初期段階での回転数、または出力電力、またはその両方の反転現象を防止、または抑制できる。
【００９３】
実施の形態３．
この実施の形態３では、基本的には上記（１）、（２）の両方により出力電力、または回転数、またはその両方の反転現象を防止、抑制しようとするものである。
【００９４】
この発明の実施の形態３に係る可変速揚水発電システムの制御装置について図面を参照しながら説明する。図９は、この発明の実施の形態３に係る可変速揚水発電システムの制御装置の構成を示す図である。
【００９５】
図９において、４７は一次遅れ関数（遅延手段）である。なお、回転数最適関数６〜加算器１２は、上記参考例１と同じである。
【００９６】
つぎに、この実施の形態３に係る可変速揚水発電システムの制御装置の動作について図面を参照しながら説明する。
【００９７】
一次遅れ関数４７によりガイドベーン開度最適関数７からの出力であるガイドベーン開度指令値の初期段階での変化が遅れるため、初期段階での有効落差の変化がなまり、初期段階での反転現象は防止、抑制できる。
【００９８】
その後は、ガイドベーン開度最適関数７からの出力であるガイドベーン開度最適関数の微分値がガイドベーン開度指令値に足し合わされるので、ガイドベーンの動作が早まり、ポンプ水車流量の変化が早まることにより、ポンプ水車入力の変化が早まり、指令値に対する追従性の良い応答になる。
【００９９】
なお、この実施の形態３は、上記参考例１で説明したものに適用したものであるが、上記実施の形態１で説明したものに適用した場合も同様の効果が得られる。
【０１００】
すなわち、この実施の形態３は、上記参考例１及び実施の形態１の可変速揚水発電システムの制御装置において、ガイドベーン開度指令値を遅らせることにより、過渡変化時の初期段階でのガイドベーンの動作を遅らせ、その後ガイドベーンの動作を早めるようにしたものである。
【０１０１】
ガイドベーン開度指令値、回転数指令値が増加方向に変化する過渡変化時には、初期段階ではガイドベーン開度指令値が遅れることによりガイドベーンの動作が遅れ、その後回転数、出力電力が逆方向に変化するときのみにガイドベーンの動作が早まるため、過渡変化時の初期段階では水から与えられるポンプ水車入力の初期段階での反転が抑制され、その後ポンプ水車入力が早く増加し、過渡変化時の初期段階での回転数、または出力電力、またはその両方の反転現象を防止、または抑制でき、その後の指令値に対する追従性も良くなる。また、ガイドベーン開度指令値、回転数指令値が減少方向に変化する過渡変化時には、同様に過渡変化時の初期段階では水から与えられるポンプ水車入力の初期段階での反転が抑制され、その後ポンプ水車軸入力が早く減少し、過渡変化時の初期段階での回転数、または出力電力、またはその両方の反転現象を防止、または抑制できる。
【０１０３】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係る可変速揚水発電システムの制御装置は、以上説明したとおり、電力指令値及びポンプ水車の有効落差に基いて最適な回転数指令値を算出する回転数最適関数と、前記回転数指令値から前記ポンプ水車の実回転数を差し引いて回転数偏差を出力する減算器と、前記回転数偏差に基いて回転数制御信号を生成する回転数制御器と、前記電力指令値及び前記ポンプ水車の有効落差に基いて最適なガイドベーン開度指令値を算出するガイドベーン開度最適関数と、過渡変化時の初期段階に、前記ガイドベーン開度指令値に所定の値を足し合せてガイドベーン制御信号を生成し、前記ガイドベーン開度指令値及び前記ポンプ水車の実回転数、または前記ガイドベーン開度指令値及び発電電動機の出力電力の変化の方向が逆のときには、前記ガイドベーン開度指令値に所定の値を足し合せてガイドベーン制御信号を生成する足合手段と、前記回転数制御信号及び前記ガイドベーン制御信号を加算してサーボ制御系へ出力する加算器とを備えたるので、回転数、出力電力が逆方向に変化するときのみにガイドベーンの動作を早め、さらにガイドベーンの無駄な動作を省くことができるという効果を奏する。
【０１０５】
この発明の請求項２に係る可変速揚水発電システムの制御装置は、以上説明したとおり、前記ポンプ水車の有効落差の変化率が所定の設定値以上のときには、前記ガイドベーン開度指令値に前記有効落差の変化率を足し合せる第２の足合手段をさらに備えたので、過渡変化時の初期段階での回転数、または出力電力、またはその両方の反転現象を防止、または抑制できるという効果を奏する。
【０１０６】
この発明の請求項３に係る可変速揚水発電システムの制御装置は、以上説明したとおり、過渡変化時の初期段階に、前記ガイドベーン開度指令値を遅らせる遅延手段をさらに備え、前記足合手段は、前記遅らせたガイドベーン開度指令値に所定の値を足し合せるので、過渡変化時の初期段階での回転数、または出力電力、またはその両方の反転現象を防止、または抑制でき、その後の指令値に対する追従性も良くなるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の各実施の形態及び各参考例に係る可変速揚水発電プラントの構成を示す図である。
【図２】  この発明の参考例１に係る可変速揚水発電システムの制御装置の構成を示す図である。
【図３】  この発明の実施の形態１に係る可変速揚水発電システムの制御装置の構成を示す図である。
【図４】  この発明の実施の形態１に係る可変速揚水発電システムの制御装置の動作を示す図である。
【図５】  この発明の実施の形態１に係る可変速揚水発電システムの制御装置の動作を示す図である。
【図６】  この発明の実施の形態１に係る可変速揚水発電システムの制御装置の動作を示す図である。
【図７】  この発明の参考例２に係る可変速揚水発電システムの制御装置の構成を示す図である。
【図８】  この発明の実施の形態２に係る可変速揚水発電システムの制御装置の構成を示す図である。
【図９】  この発明の実施の形態３に係る可変速揚水発電システムの制御装置の構成を示す図である。
【図１０】  従来の可変速揚水発電システムの制御装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１  上部貯水池、２  上部サージタンク、３  ポンプ水車−発電電動機、４  下部サージタンク、５  下部貯水池、６  回転数最適関数、７  ガイドベーン開度最適関数、８  減算器、９  回転数制御器、１０  微分器、１１  加算器、１２  加算器、１３  乗算器、２８  一次遅れ関数、２９  減算器、３０  加算器、４７  一次遅れ関数。
【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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