JPH01163475A - 可変速揚水プラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は変速速揚水（発電）プラントに係り、特に上又
は下流側管路を他の水力機械と共有し、かつポンプ運転
領域でハンプ特性（逆流特性）を有するポンプ又゛はポ
ンプ水車を備えた可変速揚水（発電）プラントに好適な
制御方法を提供する。

〔従来の技術〕

ポンプ水車では一般に高揚程側で第５図の点線部の如き
ハンプ特性（部分的にｄＨ／ｄＱ＞Ｏとなる特性）が出
ることは避けられないと考えられている。この部分での
運転は不安定で振動騒音が伴うばかりではなく、同じ揚
程の下で流量Ｑが３価関数で現れるため、流量Ｑが突然
急変し飛ぶ現象も現れ、異常水撃現象を伴うことがある
。このハンプ特性の凹み程度は第６図の如く案内羽根開
度によって異るが明確な凹み特性が発生しなくともラン
ナ内の流れが不安定になることによって大なり小なり同
様の問題が発生する。この原因は流量が少い時には水流
が第３図、第４図のように半径方向に偏り、逆流が発生
するためであるとされている。またこの様な状態では流
れは羽根面から剥離し、いわゆる失速状態になるからで
ある。

ところで、特願昭６１−２６６９４では可変速揚水装置
の負荷を増加させる時、ポンプ水車の運転点が過渡的に
上述のハンプ特性に落ち込まないようにまず駆動装置の
出力を上げ回転速度を上げ、その後に案内羽根を上げる
べきであるとしている。

尚負荷を減少させる時については案内羽根の閉の動作と
回転速度の下げ動作を同時に行うものの案内羽根閉めの
方が回転速度の下げより早く終る案を開示している。但
し乍らポンプ水車の上又は下流管路を他の水力機械と共
有している場合には（即ち複数の水力機械が同一管路か
ら分岐して設置されている場合には）他のいずれかの水
力機械がその運転状態を変え、流量を変えた場合、この
水力機械に水撃が発生しこれが該共有管路を介して今考
えているポンプ水車にも伝わるので必ずやその影響がで
る。

特に揚程Ｈを上側に振られた場合は該可変速揚水装置単
独ではいかに完璧に制御できるようになっていたとして
もハンプ特性落ち込みが起りうる可能性が生ずる。

更に特開昭６１−１４９５８３号ではポンプ起動時即ち
ポンプ水車（ポンプ）を締切状態から所望の負荷での本
格的可変速揚水運転に移行させる時１次第に開放する案
内羽根の開度に見合って階段状に回転速度指令を上げて
いき最終的に該所望負荷での適正回転速度と適正案内羽
根開度を達成するポンプ起動方法が開示されている。

但しこの公知例では本格的可変速揚水運転に入ってから
の制御方法については一切触れていない。

更に特願昭６０−１４９１８号では上池水位と下池水位
の水位差が所定値以上になったら、このオーバーシュー
ト分に応じて回転速度を上げ補正するという方法が開示
されている。但し本発明が対象としているような共有管
路内の水撃による当のポンプ水車の全揚程の一時的上昇
によるハンプ特性（逆流特性）落ち込みには全く無防備
である。

上述の如〈従来のハンプ特性回避制御方法はあくまでも
単独の可変速揚水システム内でのあるべき制御ルールに
ついて一部を開示しているに過ぎない。

即ち本発明が対象とするような共有管路内の水撃による
ハンプ特性落ち込み、対策は全く開示されていない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は前述の従来技術の欠点を排除゛し、管路を共有
する他の水力機械から水撃の影響を受けても、運転点が
ハンプ特性に異常接近しないようにする簡単で確実な可
変速揚水発電プラントの制御方法を提供することである
。

〔問題点を解決するための手段〕

管路を共有する他の水力機械の運転状態の変化、特にポ
ンプモードでの起動や入力急増操作時、該共有管路内の
水撃により当の可変速揚水プラントの全揚程（ポンプ出
口水圧と入口水圧の差）が−時上昇することに注目し、
該水力機械の起動や入力急増操作に先立って、又は同時
に当の可変速揚水発電プラントのポンプ水車の回転速度
Ｎを一時的に上げ補正する。

そして該水力機械による共有管路内の水撃干渉の危険が
去った後該Ｎ補正制御を除外し、Ｎを元の適正値制御に
戻す。

〔作用〕 共有管路からの水撃によって全揚程が上がり、運転点が
ハンプ特性に近すこうとしても、これに先立ってか、又
は同時にＮの上げ補正を行い、ハンプ特性自身を遠ざけ
るので、運転点がハンプ特性に落ち込むことを確実に回
避できる。

もう少く詳しく説明すると下記となる。

第６図はある一定の回転速度の下で測った各案内羽根開
度におけるＱ対Ｈ関係グラフを一緒に書いたもので、こ
の回転速度の下では最適調整は点線の包絡線である。

第７図の２本の線は第６図の包絡線と同様に求めた回転
速度Ｎ１及びＮｚの下での最適設定曲線を示す。尚Ｎ　
１＞　Ｎ　ｚ。

即ちこの最適設定曲線は回転速度を上げると右上方に移
動すると考えてよい。

上池と下池の水位差が同一の時、流量Ｑの増加と共に全
揚程Ｈは上昇するがこれをこの水位差における負荷曲線
と呼ぶ（第７図参照）。

第７図から明らかな如く回転速度を上げると同じガイド
ベーン開度の下でもハンプ特性開始点ＨＸが上昇するの
で共有管路内の水撃の影響を受け全揚程Ｈが一時上昇し
てもハンプ特性落ち込みを回避できる。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例である第１図につき説明する。

第１図は本発明による制御回路図で（尚、電力制御の為
の交流励磁回路についての詳細は本発明に直接関係しな
いので図示していない。）外部からの電力指令Ｐｏとそ
の時のポンプの上下貯水槽の単純な水位差即ち総落差Ｈ
Ｇを入力としてその時の適正回転速度Ｎａを演算する回
転速度関数発生器１２からの出力信号Ｎａと実際の回転
速度Ｎを比較する加算器１８と１６電力制御補正信号発
生器、７電力制御器、３電力変換器、２電動機。

慣性モーメントＧＤ２よりなる制御ループを負帰還回路
に構成する。尚ＧＤ２は電動機とポンプが有する慣性モ
ーメントの作用を示すためのブロックで特別の装置があ
る訳ではない。又ＮａとＮの偏差をゼロにするために電
力制御補正信号発生器１６には積分要素が含まれる。電
力制御補正信号発生器１６の出力である補正信号εは電
力指令Ｐｏと加算されこの合成信号ＰＯ＋Ｅと実際の電
動機出力ＰＭが比較される。

電力制御器７．電力変換器３２発電電動機２及び実際の
電動機出力ＰＭの復元回路よりなる電力制御ループは負
帰還回路に構成され電力制御器７には（Ｐｏ＋ｔ）とＰ
Ｍの偏差をゼロにするため積分要素が含まれる。負゛荷
指令Ｐｏ　とＨａを入力としてその時の適正案内羽根開
度Ｙ　ＯＰＴを演算する案内羽根開度関数発生器１３と
その出力信号Ｙａと実際の案内羽根開度Ｙを比較する比
較器２１と９案内羽根制御器、実際の案内羽根開度Ｙの
復元より成る制御ループを負帰還回路に構成し、案内羽
根制御器９に含まれる積分要素によりＹａとＹの偏差が
ゼロとなるように案内羽根が制御される。

かくして前記回転速度制御回路によりＮ　＝Ｎ　ａ。

前記電力制御回路によりＰＭ：ＰＯ＋ε、前記案内羽根
制御回路によりＹ　”　Ｙ　ａとすることができる。

ここでポンプが要求する入力ｐｐと実際の電動機への入
力ＰＭの偏差は電動機及びポンプの慣性モーメント（Ｇ
Ｄ”）に入力される。ところで慣性モーメントは一種の
積分要素と見なせる。

又前述（７）通！Ｊ１６，７，３，２．ＧＤ”　と実際
のＮの復元より成る回転速度制御回路は負帰還回路に構
成されているのでＰＭとｐｐの偏差がゼロとなるように
制御される。即ちＰＭ　＝Ｐｐ　、また前記関数発生器
の誤差を無視すればＹ　ａ　＝Ｐ　ｏ相当であるのでＰ
ｐは元々Ｐａ相当に、即ちｐｐ＝ＰＯに制御されている
筈である。以上綿めるとＰｏ　＝Ｐｐ　＝ＰＭ＝Ｐｏ＋
ｉとなり、電力補正信号Ｅは最終的にはゼロにされる。

以上より外部からの電力指令Ｐｏに応じて実際の入力Ｐ
Ｍを制御することができる。

第１図の実施例に対する上記説明をグラフに示したのが
第９図である。

時点ｔ。で駆動出力指令ＰＯがステップ状に立上げられ
た場合の応答を示す。

まず電動機出力ＰＭは僅かの遅れをもってグラフｇの如
く立上がる。

又案内羽根開度関数発生器の出力Ｙａや回転速度関数発
生器の出力Ｎａは関数発生器が個有に持っている時定数
や、特別に与えた追加時定数によって各々グラフｂ、ｃ
の如く応答する。

グラフｂのＹａに対する実際の案内羽根開度Ｙの応答は
ｄの様になる。尚Ｙの応答に直線部分があるのは案内羽
根が案内羽根サーボモーターの開速度制限（これは案内
羽根用配圧弁のストローク制限等で与える）によって制
限を受けている場合を示す。

ポンプの回転速度Ｎはグラフｇの電動機出力ＰＭとグラ
フｅのポンプ入力Ｐｐの差によって加速されグラフｆの
様に上昇し最終的にＮ　”　Ｎ　ａに達した時点で上昇
が止む。

尚そのポンプ人力Ｐｐは案内羽根開度Ｙの上昇と回転速
度Ｎの上昇の両方による増分が加算されグラフｅの如く
増大する。

グラフｆでは回転速度Ｎの動きはゆっくり乍ら安定であ
るがこれは１６の電力補正信号発信器に充分なダンピン
グ作用を与えたためである。

これは例えば１６電力補正信号発信器を比例要素と積分
要素の並列回路で構成し、それらのゲインを適切に選ぶ
ことによって達成できる。

尚以上は管路を共有する他号機から急激な水撃が伝わっ
てこない通常の場合の説明であるが本発明のポイントと
なるこういう場合の運転点の修正機能は次の様に与えら
れる。

上又は下流側管路を共有する他号機が揚水モードで起動
したり、入力急増操作される場合は、予め当の可変速揚
水発電プラントの回転速度を所定値ΔＮａだけ上げ補正
する補正信号を加算器１８に印加する。

このΔＮａはもちろん該他号機のガイドベーン操作量に
応じて変化させることもできる。又、該他号機の運転状
態を急変操作している時に同時にΔＮａ補正制御を生か
すようにしてもよい。

そして、該他号機の急操作が終了し共有管路内の水撃も
静まれば、該ΔＮａ補正信号はゼロに戻す。

上述のΔＮａ補正制御を行った時の該可変速揚水発電プ
ラントの応答の様子を纏めて示したのが第１０図である
。

この場合は第８図とは異り、電動機出力指令Ｐａは動い
ていないのでＹｏｐｔ　＋　Ｙ共に不変である。

第２図は上記第１図の制御回路により巻線形誘導機２を
可変速電動機として用いた場合の装置構成を示す一例で
ある。図中同一番号は同一品を示す。巻線形誘導機２の
１次側が電力系統１に接続されて２次側が電力変換器３
に接続され誘導機２の入力は、電力変換器３による交流
励磁電流の位相や電圧制御により制御される。実際の入
力ＰＭは電力検出器６により検出され比較器２０へ又実
際の回転速度Ｎは回転速度検出器５により検出され比較
器１８へ各々入力される。

第９図は、第１図の制御回路による別の実施例を示す装
置構成図で可変速電動機として同期機１０を用い、系統
１と同期機１０との間に電力変換器１７を用いた場合で
ある。この電力変換器への位相指令との突合せのため位
相検出器１１を設けている。

〔発明の効果〕

本発明の効果は前述より明らかな如く、管路を共有する
他号機からの水撃を受けてもハンプ特性落ち込みを確実
に回避し、可変速揚水発電システムの安定で確実な運転
を保証する。

ポンプ水車プラントにあっては上又は下流管路を複数台
のポンプ水車が共有する設計は経済性追求上むしろ普通
で、この種プラントに安心して適用できる可変速揚水発
電システムを提供できる効果は小さくない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明可変速揚水システムの一実施例を示す制
御回路図、第２図は本発明を巻線形誘導電動機を使った
可変速揚水システムに適用した場合の例、第３図、第４
図はハンプ特性の説明図、第５図はハンプ特性を示すＨ
−Ｑグラフ、第６図は案内羽根開度とハンプ特性の関係
グラフ、第７図は回転速度とハンプ特性の関係を示すグ
ラフ、第８図は第１図の本発明の詳細な説明するための
グラフ、第９図は本発明を使った別のタイプの可変速揚
水システムの倒閣、第１０図は第８図と同様第１図の本
発明の詳細な説明するためのグラフである。 第５ｒＸＪ ケ 櫓７ｋｉ 第６図 ｉ鴻程Ｈ 第３昭

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、上流又は下流側管路を他の水力機械と共有し、ポン
   プ運転領域においてハンプ特性（逆流特性）を有するポ
   ンプ水車と、電力系統からは同一周波数の交流電源の供
   給を受け乍ら該ポンプ水車はその時その時の運転状態に
   適合した回転速度で駆動するように構成された周波数変
   換器付揚水駆動装置を有する可変速揚水発電プラントの
   揚水モード運転に関し、上流又は下流側管路を共有する
   他の水力機械の運転状態を急変させる場合は該可変速揚
   水発電プラントの回転速度を一時的に補正制御し、他の
   水力機械の運転状態急変に伴う共有管路内の水撃が静ま
   つてから該一時補正制御を解除するようにした可変速揚
   水発電プラントの制御方法。 ２、上流又は下流側管路を共有する他の水力機械が揚水
   モードで起動又は入力急増する時、これに先立つて該可
   変速揚水発電プラントの回転速度を上げる補正制御を行
   うようにした第１項の可変速揚水発電プラントの制御方
   法。 ３、上流又は下流側管路を共有する他の水力機械が揚水
   モードで起動又は入力急増する時、同時に該可変速揚水
   発電プラントの回転速度を上げる補正制御を行うように
   した第１項の可変速揚水発電プラントの制御方法。