JPH08312520A - 水車発電機制御方法及び装置 - Google Patents

水車発電機制御方法及び装置

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JPH08312520A
JPH08312520A JP7114302A JP11430295A JPH08312520A JP H08312520 A JPH08312520 A JP H08312520A JP 7114302 A JP7114302 A JP 7114302A JP 11430295 A JP11430295 A JP 11430295A JP H08312520 A JPH08312520 A JP H08312520A
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JP
Japan
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flow rate
generator
head
turbine
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Pending
Application number
JP7114302A
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English (en)
Inventor
Takeshi Toyama
山 毅 遠
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Toshiba Engineering Corp
Original Assignee
Toshiba Engineering Corp
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Publication date
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy

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  • Hydraulic Turbines (AREA)
  • Control Of Water Turbines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 発電機が定格速度に達するまでの時間を短縮
し、発電機の系統への並列を迅速に行なえるようにす
る。 【構成】 運転スイッチ25がオンとなった時点では、
接点23,26がオン、接点27,29がオフとなって
いる。落差/流量変換器21は現在の落差に応じた流量
信号を出力し、起動流量設定器22はこれを積分した信
号を接点26を介して加算器28に送る。加算器28に
は検出流量も送られるようになっており、設定流量と検
出流量との偏差がガイドベーン開度指令となる。そし
て、所定時間が経過すると、接点26がオフ、接点27
がオンに切換わり、起動後流量設定器24が変換器21
からの出力を積分した信号が接点27を介して加算器2
8に送られる。自動揃速装置10からの信号により微調
段階に入ったことがわかると、設定器24は出力を絞
る。遮断器6がオンして発電機が系統に並列されると、
接点23がオフ、接点29がオンして手動設定に切り換
わる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は水車発電機制御方法及び
装置に関するものであり、より詳しくは、水車に流入す
る流水流量を制御することにより発電機の速度制御を行
う技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図3は、フランシス水車又は斜流水車に
取付けられた流水流量制御用弁体としてのガイドベーン
の開度制御装置の構成を示すブロック図である。図3に
おいて、比較器1は、半固定化された速度基準を入力す
ると共に、水車回転数のフィードバック信号を入力し、
これらの偏差をリミッタ2に出力する。リミッタ2は、
負荷制限設定器3の設定に基いて、起動時のガイドベー
ンの開度及び下限開度を定めるものである。負荷制限設
定器3には、図示を省略してある流量調整装置からの信
号が入力されるようになっている。この流量調整装置
は、負荷状態とは関係なく、1日に何トン以上放水しな
ければならない、という様なダム管理上の要請により設
置されているものである。リミッタ2からの信号は、P
I特性(比例・積分特性)を有する増幅器4に出力され
る。そして、この増幅器4の出力信号がガイドベーンの
開度指令値となる。
【0003】水車発電プラントにおいて、水車を起動し
て水車発電機を系統に並列しようとする場合、まず、上
記した図3の装置によりガイドベーンの開度制御を行な
い、水車の回転数を定格回転数付近まで上昇させる。そ
して、自動同期装置を用いて、系統側と発電機側との間
で周波数、電圧及び位相を一致させ、電力動揺を生じさ
せない状態にして発電機を系統に並列させている。この
ような方式を調速機制御方式と呼んでいる。
【0004】図4は上記の自動同期装置の構成を示すブ
ロック図である。図4において、発電機5は遮断器6を
介して系統母線7との接続又は切り離しが行なわれるよ
うになっている。そして、自動同期検出装置8、自動電
圧平衡装置9及び自動揃速装置10は、計器用変圧器1
1を介して系統母線7側に接続され、また、計器用変圧
器12を介して発電機側母線13に接続されている。
【0005】自動揃速装置10は、発電機5の周波数を
系統周波数に合致させるためのもので、両者の周波数差
を検出し、その差信号を速度調整信号として調速機(図
示せず)で水車速度を制御して発電機周波数を調整する
ものである。自動電圧平衡装置9は、系統母線7の電圧
及び発電機5の電圧を入力し、その差信号(電圧調整信
号)がゼロになるように自動電圧調整器を調整し発電機
電圧を制御するものである。自動同期検出装置8は、系
統母線7の電圧と発電機7の電圧との位相差を検出し、
位相差の大きいときには遮断器6の投入指令を阻止し、
位相差が減少して並列に支障の無い範囲になれば、位相
差と遮断器6の投入時間を見越して遮断器6に投入指令
を出し、系統に動揺を与えること無く発電機5を系統母
線7に接続するものである。
【0006】図5は、ガイドベーンの開度と発電機5の
速度との間の対応関係を示す特性図である。この図にお
いて、時刻t1 に起動指令が発せられると、それまで全
閉状態となっていたガイドベーンが開き始める。そし
て、時刻t1 より少し遅れた時点から発電機が回転を開
始する。
【0007】ガイドベーンの開度は、時刻t1 からt2
までは直線的に増加し、その後は所定の開度が維持さ
れ、さらに、その後に水車回転数の検出に基くフィード
バック制御が行なわれる。このフィードバック制御によ
り、時刻t3 で水車発電機はほぼ定格速度に達して安定
し、その後、上記の自動同期装置により、発電機が系統
へ並列される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
水車発電機の回転数検出に基くフィードバック制御で
は、発電機の慣性モーメントGD2 の値により回転数の
オーバーシュートの程度が大きく異なり、また、起動時
の励磁損(実際には、定格速度の80〜90%程度に達
した時点で励磁電流を流す。)によるアンダーシュート
も生じることになる。さらに、発電機の回転数が定格速
度であるときのガイドベーン開度も、流水の落差の違い
により異なる。
【0009】このようなことから、従来の調整機制御方
式では、発電機速度が定格速度に達するまでの時間(図
5における時刻t1 〜t3 の間の時間T1 )が大きくな
り、発電機を迅速に系統へ並列させることができなかっ
た。
【0010】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、起動の際に発電機が定格速度に達するまでの時間
を短縮し、発電機の系統への並列を迅速に行うことが可
能な水車発電機制御方法及び装置を提供することを目的
としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、請求項1記載の発明は、水車に取付けら
れた流水流量制御用弁体の開度制御を行うことにより発
電機の速度制御を行ない、並列条件の成立を検出した後
に、この発電機を系統に並列させる水車発電機制御方法
において、流水の落差と流量との間の対応関係を予め把
握しておき、前記水車発電機の起動及び運転を行う際
は、現在の落差から、起動時に必要な流量、及び起動後
の無負荷時に必要な流量を求め、これらの流量に基いて
前記弁体の開度制御を行ない、さらに、並列後は、手動
により前記弁体の開度制御を行うこと、を特徴とするも
のである。
【0012】請求項2記載の発明は、水車に取付けられ
た流水流量制御用弁体の開度制御を行うことにより発電
機の速度制御を行ない、並列条件の成立を検出した後
に、この発電機を系統に並列させる水車発電機制御装置
において、前記流水の落差を入力し、この落差に応じた
流量信号を出力する落差/流量変換器と、起動指令を入
力した場合に、前記落差/流量変換器からの流量信号に
基く弁開度制御信号を所定時間だけ出力する起動流量設
定器と、前記所定時間経過後から前記発電機が系統へ並
列されるまでの間は前記落差/流量変換器からの流量信
号に基く弁開度制御信号を出力し、前記発電機が系統へ
並列された後は手動設定に基く弁開度制御信号を出力す
る起動後流量設定器と、を備えたことを特徴とするもの
である。
【0013】
【作用】水車に流入する流水の位置エネルギーは流水の
落差に応じて異なるので、水車を回転させるための流水
の流量も落差に応じて異なるものとなる。したがって、
この落差と流量との間の対応関係を予め把握しておけ
ば、現在の落差から、起動時に必要な流量及び起動後の
無負荷時に必要な流量を求めることができる。
【0014】そして、この求めた流量に基いて流水流量
制御用弁体の開度制御を行えば、発電機の慣性モーメン
トに起因するオーバーシュートや励磁損に起因するアン
ダーシュートなどを考慮することなく、より直接的な開
度制御を行うことが可能となる。
【0015】したがって、発電機が定格速度に達するま
での時間を短縮することができる。そして、発電機が系
統へ並列された後は、落差によらず負荷状態に応じて開
度を決定する必要があるので、手動により弁体の開度制
御を行う。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例を図に基き説明する。
図1は、本実施例に用いられる装置の要部構成を示すブ
ロック図である。図1において、落差/流量変換器21
は、落差と流量との対応関係が記載されたテーブルを内
部に有しており、このテーブルを用いて現在の落差に対
応する流量についての信号を出力するようになってい
る。
【0017】落差/流量変換器21から出力される流量
信号は、起動流量設定器22に送られると共に、接点2
3を介して起動後流量設定器24に送られるようになっ
ている。なお、起動流量設定器22及び起動後流量設定
器24には運転スイッチ25が接続されている。起動流
量設定器22及び起動後流量設定器24は積分器により
形成されており、落差/流量変換器21の出力を積分す
るものであるが、この積分値はガイドベーン開度制御信
号として、それぞれ接点26,27を介して、加算器2
8に送られる。そして、この加算器28には、ガイドベ
ーン付近に取付けられている流量検出器からの流量検出
信号が入力されるようになっており、加算器28からの
信号がガイドベーン開度指令として、図示を省略してあ
るガイドベーン制御装置に出力されるようになってい
る。
【0018】起動後流量設定器24には、接点23と連
動する接点29を介して手動設定器30が接続されてい
る。これらの接点23,29は、図4における遮断器6
の遮断動作の検出に基き動作するものである。また、起
動後流量設定器24には、図4における自動揃速装置1
0からの信号が入力されるようになっている。
【0019】次に、図1の動作を図2のタイムチャート
を参照しつつ説明する。まず、時刻t1 にオペレータが
運転スイッチ25の接点をオンにして起動を開始する。
このとき、接点23,26はオン、接点27,29はオ
フとなっている。したがって、加算器28には、起動流
量設定器22のみの出力信号が入力される。これによ
り、ガイドベーンが開き始め、時刻t1 をやや経過した
時点で発電機速度が立上がる。
【0020】時刻t1 から時間T2 が経過し、時刻t4
になった時点で接点26がオンからオフ、接点27がオ
フからオンに切り換わる。したがって、加算器28に
は、今度は起動後流量設定器24のみの出力信号が入力
される。
【0021】時刻t4 以後に発電機速度は急速に立上が
るが、時刻t5 に自動揃速装置10(図4)からの信号
により微調段階に入ったことを知ると、起動後流量設定
器24はその出力を絞るようにする。これにより、発電
機速度が定格速度に達すると、図4における遮断器6が
時刻t6 でオンとなり、発電機5が系統に並列される。
【0022】遮断器6がオンになったことが検出される
と、接点23がオンからオフに、接点29がオフからオ
ンに切り換わる。これにより、起動後流量設定器24
は、手動設定器30からの入力に基き信号を出力する。
すなわち、手動運転に切り換わる。
【0023】上記のように、図1の構成では、流水の落
差と流量との対応関係を利用し、設定流量に基いてガイ
ドベーンの開度を制御しているので(図2におけるガイ
ドベーン開度の特性は設定流量にほぼ追従してい
る。)、従来の調速機方式の制御よりもより直接的な制
御となり、発電機速度が定格速度付近まで到達する時間
を大きく短縮することができる。例えば、図5における
時間T1 が8分程度であったとすると、これに相当する
図2の時間T3 を5分程度に短縮することができる。
【0024】また、既述したように、従来装置ではダム
管理上の要請から流量調整装置を設置する必要があった
が、本発明では流量そのものに基いてガイドベーンの開
度を制御しているので、このようなものを設置する必要
はなくなる。
【0025】なお、上記実施例では、流水流量制御用弁
体がフランシス水車又は斜流水車におけるガイドベーン
である場合について説明したが、この弁体はペルトン水
車におけるニードルバルブ及びデフレクタであってもよ
い。
【0026】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、流水の
落差と流量との対応関係を利用し、流量設定に基いて直
接的な弁体の開度制御を行う構成としたので、発電機が
定格速度に達するまでの時間を短縮し、発電機の系統へ
の並列を迅速に行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る装置の要部構成を示すブ
ロック図。
【図2】図1の動作を説明するための特性図。
【図3】従来例に係るガイドベーン開度制御装置の構成
を示すブロック図。
【図4】図1又は図3の装置に用いられる自動同期装置
の構成を示すブロック図。
【図5】図3の動作を説明するための特性図。
【符号の説明】
21 落差/流量変換器 22 起動流量設定器 24 起動後流量設定器 30 手動設定器

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】水車に取付けられた流水流量制御用弁体の
    開度制御を行うことにより発電機の速度制御を行ない、
    並列条件の成立を検出した後に、この発電機を系統に並
    列させる水車発電機制御方法において、 流水の落差と流量との間の対応関係を予め把握してお
    き、 前記水車発電機の起動及び運転を行う際は、現在の落差
    から、起動時に必要な流量、及び起動後の無負荷時に必
    要な流量を求め、これらの流量に基いて前記弁体の開度
    制御を行ない、 さらに、並列後は、手動により前記弁体の開度制御を行
    うこと、 を特徴とする水車発電機制御方法。
  2. 【請求項2】水車に取付けられた流水流量制御用弁体の
    開度制御を行うことにより発電機の速度制御を行ない、
    並列条件の成立を検出した後に、この発電機を系統に並
    列させる水車発電機制御装置において、 前記流水の落差を入力し、この落差に応じた流量信号を
    出力する落差/流量変換器と、 起動指令を入力した場合に、前記落差/流量変換器から
    の流量信号に基く弁開度制御信号を所定時間だけ出力す
    る起動流量設定器と、 前記所定時間経過後から前記発電機が系統へ並列される
    までの間は前記落差/流量変換器からの流量信号に基く
    弁開度制御信号を出力し、前記発電機が系統へ並列され
    た後は手動設定に基く弁開度制御信号を出力する起動後
    流量設定器と、 を備えたことを特徴とする水車発電機制御装置。
JP7114302A 1995-05-12 1995-05-12 水車発電機制御方法及び装置 Pending JPH08312520A (ja)

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