JPH046011B2 - - Google Patents

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JPH046011B2
JPH046011B2 JP56187749A JP18774981A JPH046011B2 JP H046011 B2 JPH046011 B2 JP H046011B2 JP 56187749 A JP56187749 A JP 56187749A JP 18774981 A JP18774981 A JP 18774981A JP H046011 B2 JPH046011 B2 JP H046011B2
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JP
Japan
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opening
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servo motor
calculator
signal
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Application number
JP56187749A
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English (en)
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JPS5890217A (ja
Inventor
Juichi Watarai
Tetsuo Saito
Masahiro Sawazato
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP56187749A priority Critical patent/JPS5890217A/ja
Publication of JPS5890217A publication Critical patent/JPS5890217A/ja
Publication of JPH046011B2 publication Critical patent/JPH046011B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P23/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by a control method other than vector control
    • H02P23/16Controlling the angular speed of one shaft
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20Hydro energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Water Turbines (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)
  • Control Of Velocity Or Acceleration (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、水力発電所において水車の速度お
よび出力を調整する比例・積分・微分演算形電器
式調速機に関するものである。
従来、この種の比例・積分・微分演算形電器式
調速機として、第1図に示す構成からなるものが
知られている。すなわち、第1図において参照符
号10は速度設定器、12は速度検出器、14は
PID演算器を示す。速度検出器12は、水車発電
機16の回転数を電気信号に変換して検出するも
のであり、前記速度設定器10の出力信号と速度
検出器12との減算を行つて、速度偏差信号Δf
を得る。このようにして得られた速度偏差信号
Δfは、速度垂下率演算器18の出力信号Δpとの
偏差信号をPID演算器14に入力され、このPID
減算器14においてPID演算を行い、適正なサー
ボモータ開度指令値を出力する。なお、このPID
演算器14の出力信号は、開度調節器20、アク
チユエータ22およびサーボモータ24を介して
水理系26を制御し、水車発電機16の出力を適
正に制御する。この場合、サーボモータ24によ
り水理系の開閉調整を行う際のサーボモータ開度
は、開度検出器28で検出し、この開度検出器2
8で得られたサーボモータ開度実際値と前記PID
演算器14で得られるサーボモータ開度指令値と
の偏差信号ΔSを開度調節器20に入力する。従
つて、開度調節器20では、前記偏差信号ΔSに
比例した開度調節信号ΔS′を出力して、アクチユ
エータ22を制御する。アクチユエータ22は、
前記開度調節信号ΔS′を機械的偏位に変換してサ
ーボモータ24の開閉操作を行う。そして、この
サーボモータ24の開閉動作により、水理系26
および水車発電機16を介してその出力実周波数
が上昇または下降する。また、前記開度検出器2
8で得られるサーボモータ開度実際値は、負荷設
定器30の設定信号との偏差信号を速度垂下率演
算器18に入力し、この速度垂下率演算器18で
速度垂下率信号Δpを演算により求める。
しかるに、前記速度偏差信号Δfおよび速度垂
下率信号Δpは、サーボモータ24の開閉操作に
より水理系26および水車発電機16を介してそ
の出力実周波数が上昇または下降することによつ
て、次第に減少するよう調整される。従つて、こ
のように構成された電気式調速機は、前記信号
Δf,Δpが所定値以内となるまで制御動作を行う。
なお、前記電気式調速機において、PID演算器
14は、第2図a〜cに示すような回路構成から
なるものが好適に使用できる。すなわち、第2図
aに示すものは、比例演算器32と積分演算器3
4と微分演算器36とを並列接続し、各演算器の
出力を加算するように構成したものである。ま
た、第2図bに示すものは、微分演算器36と積
分演算器34と復原用微分演算器38とからな
り、入力信号を微分演算器36により微分演算し
た出力と前記入力信号と加算し、これを積分演算
器34へ入力する際に積分演算器34の出力を復
原用微分演算器38を介して得られた微分演算出
力との偏差を求めて積分演算するよう構成したも
のである。さらに、第2図cに示すものは、微分
演算器36と比例・積分演算器40とからなり、
入力信号を微分演算器36により微分演算した出
力と前記入力信号とを加算し、これを比例・積分
演算器40で比例・積分演算するよう構成したも
のである。
前述した制御動作を行う電気式調速機におい
て、アクチユエータ22は、実際上第3図に示す
ように、理想特性(特性線)に対し非線形特性
(特性線)があるため、等価的にPID演算器1
4の出力とサーボモータ24の開度検出器28に
より検出されたサーボモータ開度実際値との偏差
信号ΔSによりサーボモータ24の積分時定数が
変化する。従つて、前記偏差信号ΔSの少い場合
(第3図のV3−0−V1の範囲)、例えば無負荷運
転中に僅かの周波数変動が発生した場合におい
て、速度偏差信号Δfを所定値にすべくPID演算器
14が制御動作を行うが、サーボモータ24の積
分時定数が等価的に長いため、PID演算器14の
出力に追従しきれなくなる。このため、サーボモ
ータ24が当初の開度に達した時点ではPID演算
器14が必要以上の積分動作を行つているので、
サーボモータ24はさらに開き(あるいは閉じ)
その結果周波数が上昇(あるいは低下)し過ぎる
ので、これを解消すべくPID演算器14の出力
(特性曲線)およびサーボモータ24の出力
(特性曲線)は、第4図に示すように数回のア
ンダーシユートおよびオーバーシユートを繰り返
す。
従来、このようなPID演算器14およびサーボ
モータ24の出力特性を改善すべく、例えば開度
調節器20のゲインを高めて等価的にサーボモー
タ24の積分時定数を短くし、PID演算器14の
出力に対する追従性を高めることが行われてい
た。しかしながら、この場合、開度調節器20の
ゲインを高め過ぎると、定格出力の数十%程度の
負荷変動が発生した場合、偏差信号ΔSが僅かに
増すと、制御信号ΔS′は直ちに第3図に示すV2
上(またはV4以下)の出力となり、サーボモー
タ24は飽和速度で移動し、偏差信号ΔSが零に
近づいた段階で非常に緩やかな速度で移動するい
わゆるバングーバング制御系と等価になる。すな
わち、このようにして得られる制御特性は、第5
図に示すように、PID演算器14の出力(特性曲
線)に対しサーボモータ24の出力(特性曲線
)は、初期の遅れをカバーすべく当初飽和速度
となり、次いで偏差出力ΔSが小さくなると緩や
かになり、さらに偏差出力ΔSが大きくなつた時
点で飽和速度となり、これらの状態を繰り返えす
ことにより、サーボモータ24は段階的にPID演
算器14の出力に追従することになる。
前述したように、従来の電気式調速機は、開度
調節器20のゲインを高めると無負荷運転時等の
安定は良くなるが、中外乱に対する過渡制御状態
に不具合を生じ、一方開度調節器20のゲインを
低めると過渡制御状態は問題ないが、最終安定に
不具合を生じるという難点がある。
そこで、本発明者等は、前述した従来の電気式
調速機の問題点を全て克服すべく種々の検討を重
ねた結果、PID演算器の出力信号に基づいてサー
ボモータの開度調節信号を得る開度調節ループに
おいて、非線形特性を有する制御対象のアクチユ
エータに対し、開度調節器のゲインを前記アクチ
ユエータの非線形特性を補償するような非線形特
性とすることにより、アクチユエータの速応性お
よび安定性を高めることができ、前記問題点を解
消し得ることを突き止めた。
従つて、本発明の目的は、調節器の演算結果に
サーボモータを追従させるよう構成した開度調節
ループにおいて、制御対象の非線形特性を補償す
ることにより、速応性と安定性を高めることがで
きる電気式調速機を提供するにある。
前記の目的を達成するため、本発明において
は、速度設定器の設定出力と水車発電機の検出出
力との偏差信号を入力してPID演算を行い、得ら
れた演算出力に基づいて開度調節器およびアクチ
ユエータを介して水理系の開閉操作を行うサーボ
モータを追従制御する開度調節ループを有する電
気式調速機において、 前記開度調節器は、線形ゲイン特性を有する開
度調整器()と、出力補正手段を具備し前記開
度調節器()の出力を補正する信号を出力する
非線形ゲイン特性を有する開度調節器()と、
を備えた増幅器であつて、この増幅器と前記アク
チユエータとの総合ゲイン特性に線形性を付与す
るべく、前記アクチユエータの非線形特性を補償
する非線形ゲイン特性を備えたものである、こと
を特徴とする。
前記電気式調速機において、開度調節ループ
は、サーボモータの開度を検出する開度検出器を
備え、PID演算出力と前記開度検出器の出力との
偏差信号を開度調節器に入力するように構成すれ
ば好適である。
次に、本発明に係る電気式調速機の実施例につ
き、添付図面を参照しながら以下詳細に説明す
る。
第6図は、本発明に係る電気式調速機の一実施
例を示す回路図である。なお、説明の便宜上、第
1図に示す従来の電気式調速機の回路と同一の構
成部分については、同一の参照符号を付して詳細
な説明は省略する。
すなわち、本実施例回路においては、従来の開
度調節器20と並列に開度調節器42を接続
し、これら開度調節器,の出力を加算するよ
うに構成したことを特徴とするものである。その
他の構成は、第1図に示す回路と全く同一であ
る。
このように構成配置した開度調節器20と開
度調節器42との入力ΔS−出力ΔS′特性は、
第7図に示す通りである。すなわち、開度調節器
20は、PID演算器14の出力と開度検出器2
8により検出されたサーボモータ開度実際値との
偏差信号ΔSからなる入力信号に略比例した出力
特性(特性線)を有する。また、開度調節器
42は、出力補正手段としての出力リミツタ回路
を内蔵しており、前記偏差信号ΔSが少い範囲で
のみ比例出力特性(特性線)を有する。従つ
て、これら開度調節器,により得られる出力
信号ΔS′すなわちアクチユエータ22に与える制
御信号は、偏差信号ΔSの少い範囲においては高
ゲインであり、また偏差信号ΔSの大きい範囲に
おいては低ゲインで偏差信号ΔSを増幅した信号
(第7図の特性線参照)となる。
前述した本実施例回路のアクチユエータ22お
よびサーボモータ24を含む開度調節ループを簡
略化して表示すれば、第8図aに示すような回路
となる。この場合、アクチユエータ22は、先に
説明したように非線形特性(第3図の特性線参
照)がある。従つて、前述したように開度調節器
,の総合特性を非線形ゲイン特性(第7図の
特性線参照)の増幅器としたことから、このゲ
インを適正に設定することにより、第8図bに示
すように、アクチユエータ22の非線形特性は線
形特性に改善補償される。
前述したところから明らかなように、本発明に
よれば、アクチユエータ22が飽和領域に入らな
いような偏差信号ΔSに対して、開度調節器,
(20,42)とアクチユエータ22との総合
ゲインをK0とすれば、開度調節ループの総合特
性は、時定数がTM/K0の一次遅れとなり、第9
図に示すように、PID演算器14の出力(特性線
)がインデイシヤルに変化したとしても、サー
ボモータ24の出力(特性曲線XI)は円滑に追従
することができる。
以上、本発明の好適な実施例について説明した
が、本発明は前述した電気式調速機に限定される
ことなく、例えば非線形特性を有する制御対象に
対して、調節器の演算結果を追従させるループを
備える各種制御装置に広範に適用することがで
き、その他本発明の精神を逸脱しない範囲内にお
いて種々の設計変更をなし得ることは勿論であ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の電気式調速機のブロツク回路
図、第2図a〜cは第1図に示すPID演算器のそ
れぞれ異なる回路例を示すブロツク図、第3図は
第1図に示すアクチユエータの非線形特性線図、
第4図は第1図に示す開度調節ループの特性曲線
図、第5図は改善された開度調整ループの特性曲
線図、第6図は本発明に係る電気式調速機のブロ
ツク回路図、第7図は第6図に示す開度調節器の
入力−出力特性線図、第8図a,bは第6図に示
す回路の開度調節ループの特性をそれぞれ示す回
路図、第9図は第6図に示す回路の開度調節ルー
プの特性曲線図である。 10……速度設定器、12……速度検出器、1
4……PID演算器、16……水車発電機、18…
…速度垂下率演算器、20……開度調節器()、
22……アクチユエータ、24……サーボモー
タ、26……水理系、28……開度検出器、30
……負荷設定器、32……比例演算器、34……
積分演算器、36……微分演算器、38……復原
用微分演算器、40……比例・積分演算器、42
……開度調節器()、……PID演算器の出力
特性曲線、XI……サーボモータの出力特性曲線。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 速度設定器の設定出力と水車発電機の検出出
    力との偏差信号を入力してPID演算を行い、得ら
    れた演算出力に基づいて開度調節器およびアクチ
    ユエータを介して水理系の開閉操作を行うサーボ
    モータを追従制御する開度調節ループを有する電
    気式調速機において、 前記開度調節器は、線形ゲイン特性を有する開
    度調整器()と、出力補正手段を具備し前記開
    度調節器()の出力を補正する信号を出力する
    非線形ゲイン特性を有する開度調節器()と、
    を備えた増幅器であつて、この増幅器と前記アク
    チユエータとの総合ゲイン特性に線形性を付与す
    るべく、前記アクチユエータの非線形特性を補償
    する非線形ゲイン特性を備えたものである、 ことを特徴とする電気式調速機。 2 特許請求の範囲第1項記載の電気式調速機に
    おいて、開度調節ループは、サーボモータの開度
    を検出する開度検出器を備え、PID演算出力と前
    記開度検出器の出力との偏差信号を開度調節器に
    入力するように構成してなる電気式調速機。
JP56187749A 1981-11-25 1981-11-25 電気式調速機 Granted JPS5890217A (ja)

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JPS5890217A JPS5890217A (ja) 1983-05-28
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JPS5890217A (ja) 1983-05-28

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