(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動周波数調整信号に対してＡＬＲ関数を用いて水力発電所の自動周波数運転を行う水力発電所の自動周波数調整運転装置において、
上記ＡＬＲ関数は、水車出力の上げ又は下げ信号を入力として、所定の周期と変動幅を持つ三角波又は正弦波あるいはランプ形入力波を出力する関数からなり、上記水車出力の増加又は減少指令として一定の周期と増減幅で入力される自動周波数調整信号に対して、上記自動周波数調整信号を上記周期を有する周期関数として出力するが、上記増減幅を常に一定割合で出力するのではなく、流量変化幅の中間位置で一定時間その出力を保留する形状を有する関数で構成されることを特徴とする水力発電所の自動周波数調整運転装置。
【請求項２】
上記ＡＬＲ関数は、星芒関数または変形三角波関数のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の水力発電所の自動周波数調整運転装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動周波数調整（以下ＡＦＣという）信号に対してＡＬＲ関数を用いて水力発電所のＡＦＣ運転を行う水力発電所のＡＦＣ運転装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水力発電所の水車ガバナにＡＦＣ運転として水車出力の増加又は減少が要求されたとき、ＡＬＲ関数は周期性の三角関数又は周期的でないランプ関数の入力をガバナに伝え、その入力値に比例した水車出力を得る。この動作中、水車流量はガバナの動きにほぼ比例するが、急激な流量変化は水路系のサージタンクの水位を大きく変化させ、水圧部に悪影響を与えると共に、水車出力の遅れ、および追従性に悪影響を及ぼすことから、ガバナへの入力速度は穏やかになるよう設定されている。
【０００３】
図３は従来の水力発電所のＡＦＣ運転装置を示すブロック図である。
図３において、１はＡＦＣ入力部であり、この入力部１には、上げまたは下げ信号が入力される。２はＡＦＣ入力部１に接続されたＡＬＲ関数演算部であり、このＡＬＲ関数演算部２は前述のＡＦＣ入力部１と後述する発電機の実電力とを加減算する加減算器２ａ、この加減算器２ａに接続されて、加減算器２ａの出力値に基づき偏差εを設定する偏差設定器２ｂ、この偏差設定器２ｂに接続され、偏差設定器２ｂの出力偏差εに基づいてパルス量を出力するパルス量演算部２ｃとを備えている。
【０００４】
また、３はＡＬＲ関数演算部２に接続され、ＡＬＲ出力と後述する発電機回転速度ｎに基づいて水車又はポンプ水車４に調整信号（ガイドベーン開度）を出力するデジタルガバナである。水車又はポンプ水車４は、デジタルガバナ３のガイドベーン開度、後述する有効落差ＨＥ、及び発電機回転速度ｎに基づいて流量又はトルク量を変更し、水位系５に流量Ｑを出力する。
【０００５】
水位系５は流量Ｑに基づいてサージタンク（図示しない）の水位Ｈｓを検出するサージタンク水位検出部、流量Ｑに基づいて損失水頭を検出する損失水頭検出部７、水位系下流の水位を検出する下流水位検出部８、これらサージタンク水位検出部６、損失水頭検出部７、下流水位検出部８の出力値を加減算し、有効落差ＨＥとして出力する加減算器９を備えている。
また、水車またはポンプ水車４は発電機１０に水車出力を与える。
【０００６】
以上の構成において、従来の水力発電所のＡＦＣ運転装置の動作を以下に説明する。
ＡＦＣ入力部１に上げ、または下げ信号が入力されると、ＡＬＲ関数演算部２は定められた周期と変動幅をもつ三角波（または正弦波）またはランプ形入力波をデジタルガバナ３に出力する。すなわち、ＡＬＲ関数演算部２はＡＦＣ入力と発電機１０の実電力と偏差εの大きさに比例したパルス量を関数として発生してデジタルガバナ３に出力する。
【０００７】
デジタルガバナ３はＡＬＲ関数演算部２の出力に比例してガイドベーン開度を水車またはポンプ水車４に出力する。水車又はポンプ水車４はガイドベーン開度、発電機回転速度ｎ、有効落差ＨＥを入力として、流量Ｑを水路系５に、水車出力を発電機１０に出力する。
【０００８】
水車又はポンプ水車の出力は発電機１０を介して回転速度ｎと実電力を生じ、回転速度ｎは水車又はポンプ水車４に、実電力はＡＬＲ関数演算部２にフィードバックされる。
【０００９】
水車流量Ｑはサージタンクの水位Ｈｓを変化させ、水位系下流の水位と損失水頭との差により有効落差ＨＥを変化させる。
【００１０】
以上の動作において、従来の水力発電所のＡＦＣ運転装置では、ＡＦＣ入力信号に比例したガイドベーン開度、水車出力、及び実電力を得るが、流量変化はサージタンク水位Ｈｓを介して水車出力及び実電力に逆に（逆比例の関係で）作用する。
したがって、流量変化が大きくならないようにＡＬＲ関数出力を穏やかに変化させる必要がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
以上に説明したように、従来の水力発電所のＡＦＣ運転装置においては、サージタンクの水位変化は流量の変化幅と変化速度（又は周期）に負うが、流量の変化幅は入力されるＡＦＣ信号により定められており、多くの場合、三角関数またはランプ関数が用いられていた。一方、流量の変化速度はサージタンクの共振点を避けた負荷要求の許す穏やかな速度を用いていた。しかしながら、ＡＦＣ運転中のサージタンクの水位変化を小さくすることは、サージタンクの経済性を低下させ、水車出力の遅れを大きくするという問題点があった。
【００１２】
そこで、この発明は、サージタンクの経済性を向上させると共に水車出力の遅れも小さくすることができる水力発電所のＡＦＣ運転装置を得ることを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した従来の問題点を解決するため、第１の発明は、自動周波数調整信号に対してＡＬＲ関数を用いて水力発電所の自動周波数運転を行う水力発電所の自動周波数調整運転装置において、上記ＡＬＲ関数は、水車出力の上げ又は下げ信号を入力として、所定の周期と変動幅を持つ三角波又は正弦波あるいはランプ形入力波を出力する関数からなり、水車出力の増加又は減少指令として一定の周期と増減幅で入力される自動周波数調整信号に対して、上記自動周波数調整信号を上記周期を有する周期関数として出力するが、上記増減幅を常に一定割合で出力するのではなく、流量変化幅の中間位置で一定時間その出力を保留する形状を有する関数で構成されるようにしたものである。
【００１４】
サージタンクの流量と水位の関係から、サージタンクの水位を最小にする流量変化は一定周期のもとに、水位変化の最大時に流量変化を固定（零）にすることである。すなわち、予め決められた流量変化幅の中間で流量変化が一時零となるようにガイドベーンストロークを制御すれば良い。
従って、このような構成によれば、サージタンクの水位変動を抑制し、従来より水位変動が小さくなる。よって、サージタンクの経済性が向上する。また、サージタンクの水位を最小にすることは、サージタンクの水位変動と水車出力（実電力）が逆比例の関係にあるため水車出力（実電力）の追従性が増すこととなる。なお、水位変化を最小とし、かつ水車出力の遅れも小さくするＡＦＣの周期はサージタンク共振周期の１．５倍程度が望ましい。
【００１５】
また、第２の発明においては、上記ＡＬＲ関数を星芒関数または変形三角波関数により構成するようにしたものである。
【００１６】
このような関数はいずれも変動幅の中間において折れ線があり、この効果によりサージタンクの水位変動を抑制することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態を図面に従って説明する。
図１は実施の形態１を示すブロック図である。
図１において、図３と同一符号は図３に説明した対象と同一かまたは相当物を示し、ここでの説明を省略する。２０はＡＦＣ入力部１に接続されたＡＬＲ関数演算部である。この関数演算部２０はＡＦＣ入力部１の出力から発電機回転速度ｎを減算して偏差εを出力する加減算器２０ａ、この加減算器２０ａの出力に基づいて最大変動幅を設定する変動幅設定部２０ｂ、この変動幅設定部２０ｂで定められた最大変動幅を有するＡＬＲ関数によりＡＬＲ出力を定めるＡＬＲ関数出力部２０ｃを備える。
【００１８】
このＡＬＲ関数には、図２（ａ）に示されるような星芒形関数が使用されている。この星芒形関数は図２（ｂ）に示されるような時間領域（ｔ領域）とラプラス領域（Ｓ領域）を有する。
【００１９】
なお、このＡＬＲ関数として、図２（ｃ）に示されるような変形三角波関数を用いるようにしても良い。この変形三角波関数は図２（ｄ）に示されるような時間領域（ｔ領域）とラプラス領域（Ｓ領域）を有する。
【００２０】
これらの関数は共に、水車出力の増加又は減少指令として一定の周期と増減幅で入力されるＡＦＣ信号に対して、ＡＦＣ信号を周期関数として出力するが、増減幅を常に一定割合で出力するのではなく、流量変化幅の中間位置で一定時間その出力を保留する形状を有する関数で構成されていて、このような関数であれば、この発明は、上述の星芒形関数や変形三角波関数に限定されることはない。
【００２１】
以下に、この発明の実施形態の動作について説明する。
ＡＬＲ関数としての星芒形関数又は変形三角波関数、あるいはこれら以外の関数であっても、水車出力の増加又は減少指令として一定の周期と増減幅で入力されるＡＦＣ信号に対して、ＡＦＣ信号を周期関数として出力するが、増減幅を常に一定割合で出力するのではなく、流量変化幅の中間位置で一定時間その出力を保留する形状を有する関数であって、ＡＬＲ関数として使用される関数には、予め設定された周期と変動幅が記憶されており、ＡＦＣ信号が入力されると、決められたモードがデジタルガバナ３にフィードフォワードとして入力される。
【００２２】
これら関数は、図２内の破線枠で示すように、変動幅の中間で折れ線部分が設けられる形状を成しているため、この作用でサージタンクの水位変動を抑制し、従来より水位変動が小さく抑えられ、サージタンクの経済性が向上する。また、サージタンクの水位を最小にすることはサージタンクの水位変動と水車出力（実電力）が逆比例関係にあるため、水車出力（実電力）の追従性を増すこととなる。
なお、サージタンクの水位変動を抑制することにより水車の水圧部の反復応力が緩和される。また、水位変化を最小とし、かつ水車出力の遅れも小さくするＡＦＣの周期はサージタンク共振周期の１．５倍程度が望ましい。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、第１の発明は、自動周波数調整信号に対してＡＬＲ関数を用いて水力発電所の自動周波数運転を行う水力発電所の自動周波数調整運転装置において、上記ＡＬＲ関数は、水車出力の上げ又は下げ信号を入力として、所定の周期と変動幅を持つ三角波又は正弦波あるいはランプ形入力波を出力する関数からなり、水車出力の増加又は減少指令として一定の周期と増減幅で入力される自動周波数調整信号に対して、上記自動周波数調整信号を上記周期を有する周期関数として出力するが、上記増減幅を常に一定割合で出力するのではなく、流量変化幅の中間位置で一定時間その出力を保留する形状を有する関数で構成されるようにしたため、また、第２の発明においては、上記ＡＬＲ関数を星芒関数または変形三角波関数により構成するようにしたため、サージタンクの水位変動を抑制し、従来より水位変動を小さく抑えることができ、もって、サージタンクの経済性が向上する。また、水車出力（実電力）の追従性が増し、遅れが小さくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１を示すブロック図である。
【図２】  実施の形態１で使用されるＡＬＲ関数を示す図である。
【図３】  従来の水力発電所のＡＦＣ運転装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  ＡＦＣ入力部、３  デジタルガバナ、４  水車又はポンプ水車、５  水路系、６  サージタンク水位検出部、７  損失水頭検出部、８  下流水位検出部、９  加減算器、１０  発電機、２０  ＡＬＲ関数演算部、２０ａ  加減算器、２０ｂ  変動幅設定部、２０ｃ  ＡＬＲ関数出力部。
【図１】
0003753283.tif 000002
【図２】
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【図３】
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