JPH11201015A

JPH11201015A - 水車またはポンプ水車の調速制御方法および装置

Info

Publication number: JPH11201015A
Application number: JP10000224A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Sannomiya; 靖典三宮
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-01-05
Filing date: 1998-01-05
Publication date: 1999-07-27

Abstract

(57)【要約】【課題】起動時間を増大させることなく回転速度のオ
ーバーシュートをなくし、かつ、水路系に過大な擾乱撹
乱を引き起こさないような水車またはポンプ水車の調速
制御方法および装置を得る。【解決手段】設定出力指令値と検出値の偏差値をＰＩ
Ｄ演算部３０で演算し、この演算結果に基づいてガイド
ベーン開度指令値を出力する水車またはポンプ水車の調
速制御方法において、水車またはポンプ水車の起動時
に、水車またはポンプ水車の回転速度が定格回転速度よ
り小さい、予め設定された回転速度に到達するまで、Ｐ
ＩＤ演算部３０の積分演算部３００の積分値を所定値に
保持し、設定された回転速度に到達した時点で上記所定
値の保持を解除するとともに、ＰＩＤ演算部３０の積分
演算部３００に、ガイドベーン開度を抑える方向の負の
信号を一定時間加えるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は水力発電所におけ
る水車またはポンプ水車の調速制御方法および装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は従来の水車およびポンプ水車の
調速制御装置の構成図である。図１１において、１０は
速度増減指令部であり、配電盤等からの自動調整、運転
員操作等に基づく速度増減指令値Ｆを調速制御装置２０
に出力する。２０は、加算器２１、弁開度値Ｙを増幅
し、垂下率値ＹＥを出力する垂下率演算部２２、リセッ
ト指令部２７、およびＰＩＤ演算部３０より構成される
調速制御装置（ガバナ）である。そして、調速制御装置
２０の直接の制御対象は、ポンプ水車５０のガイドベー
ン４１（例えば、固定翼のフランシス水車のガイドベー
ン）であり、その結果としてポンプ水車５０の流量Ｑお
よび出力トルクＴＬを制御する。リセット指令部２７
は、比較部２７Ａとリセット部２７Ｂとにより構成され
る。なお、調速制御装置２０は、速度増減指令部１０を
有する装置と一体構成されることもある。また、速度増
減指令部１０、加算部２１、垂下率演算部２２、リセッ
ト指令部２７、およびＰＩＤ演算部３０は、マイクロプ
ロセッサによるソフトウェアまたは演算増幅器によるア
ナログ回路により実現される。ＰＩＤ演算部３０は、比
例演算（Ｐ）部３１、積分演算（Ｉ）部３００、微分演
算（Ｄ）部３３、および加算器３５により構成される。
また、積分演算（Ｉ）部３００は、積分演算（Ｉ）要素
３２と補正部である加算部３４により構成される。

【０００３】２４は切換部である。水車またはポンプ水
車が停止から起動する際は、ある設定された切換回転速
度ｎ１（通常、定格の７５乃至９０％）未満の回転速度
で昇速中の際は、切換部２４は負荷制限部８０の出力を
選択し、ガイドベーン開度は一定開度（水車起動開度）
に保持される。（この状態を負荷制限モードと称す
る）。負荷制限部８０は、負荷制限位置設定部８１と、
この負荷制限位置設定部８１の出力である負荷制限位置
設定値８２から、ガイドベーン開度Ｙを減算する減算部
８３とから構成されている。

【０００４】水車またはポンプ水車の回転速度が切換回
転速度ｎ１に上昇到達すると、切換部２４はＰＩＤ出力
（加算部３５の出力）と負荷制限部８０の出力のいずれ
か小値９２の方に切り替わる。９１はＰＩＤ出力（加算
部３５の出力）と負荷制限部８０のいずれか小さい方の
値を選択する小値選択部であり、小値選択部９１の出力
が小値９２である。水車またはポンプ水車の回転速度が
切換回転速度ｎ１を超えると、最終的には小値選択部９
１および切換部２４によりＰＩＤ出力がアクチュエータ
４０に印加される。（この状態をガバナーフリーモード
と称する）。

【０００５】４０は調速制御装置２０からガイドベーン
開度指令値ＧＣを受け、この指令値ＧＣに応じてガイド
ベーン４１を駆動するガバナ機械系であるアクチュエー
タである。５０はポンプ水車であり、弁開度値Ｙとフィ
ードバック量である回転速度ｎと有効落差Ｈｅとにより
図１１中のグラフ、すなわち図３、図４に示すような特
性に基づいて、定常時における弁開度値Ｙに対応する流
量Ｑおよび出力トルクＴＬが決定される。図３、図４に
おいて、Ｋｗは周速度係数、ｋは定数、ｎは回転速度、
Ｈｅは有効落差である。そして、これらの特性は、知ら
れているものであり、予めモデルや実機などを用いて実
験的または数字的手法により作成しておく。

【０００６】６０はサージタンク６１、損失水頭６２、
水車下流側圧力６３およびこれらを加算する加算器６４
により構成される水路系である。

【０００７】さらに図２を参照して、６５は上ダム、６
６は水圧鉄管、６７はドラフト、６８は下ダムである。
そして、ポンプ水車５０を通過する流量Ｑにより、サー
ジタンク６１の水位ＨＳが決まり、その水位ＨＳから水
車下流圧力ＰＧと損失水頭ＨＥ（流量Ｑの関数）との２
項を引き去った差が有効落差Ｈｅとなる。また、発電電
動機７０とポンプ水車５０とには、慣性モーメントＧＤ
²があり、与えられた水車トルクＴＬと発生電力Ｗとの
差、系統周波数条件等により、発電電動機７０、水車５
０の軸系は加減速され、回転速度ｎが決まる。７０は発
電電動機であり、回転速度ｎを調速制御装置２０および
ポンプ水車５０にフィードバックする。

【０００８】次に動作を説明する。水車またはポンプ水
車を停止状態から起動させるためには、軸受け等の接触
部の静止摩擦トルクに打ち勝つため、ガイドベーンを無
負荷状態で水車またはポンプ水車を定格回転速度ｎ０に
維持するための開度（無負荷開度）よりも大きい値の起
動開度に設定し、無負荷開度時よりも多量の水量を流
す。この制御は負荷制限位置設定部８１の設定値８２を
ガイドベーン起動開度相当値に設定し、設定値８２に対
しガイドベーン実開度Ｙを減算部８３の出力が零になる
ように追従制御させ、結果的にガイドベーン実開度Ｙが
起動開度にホールドされる。この負荷制限モードは水車
またはポンプ水車が切換回転速度ｎ１（通常定格の７５
乃至９０％）に達するまで維持される。

【０００９】切換回転速度ｎ１に到達すると、ガイドベ
ーン実開度Ｙが無負荷開度より大きい起動開度にホール
ドされたままの状態では、水車またはポンプ水車の回転
速度は定格回転速度ｎ０をオーバーするため、切換部２
４の入力選択を小値選択部９１の出力側に切換操作す
る。小値選択部９１はガバナＰＩＤ出力（回転速度を入
力したフィードバック制御ループの出力、加算部３５の
出力）と負荷制限部８０の出力のいずれか小値を出力値
９２として出力する。また、切換回転速度ｎ１は、各プ
ラント、水車の仕様によって異なるが、通常定格回転速
度ｎ０の７５乃至９０％の範囲に設定される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記のような、切換回
転速度ｎ１までガイドベーンを起動開度にホールドする
制御方式は、水車またはポンプ水車の起動時の回転速度
上昇率を大きくすることができ、プラントの起動時間の
短縮に効果がある。しかしその弊害として、以下に示す
問題点があった。

【００１１】すなわち、切換回転速度ｎ１に達した際、
それまで起動開度を保持されていたガイドベーンが無負
荷開度まで閉操作されれば、水車またはポンプ水車の回
転速度は定格回転速度ｎ０を超える（オーバーシュート
する）ことなく定格回転速度ｎ０にスムーズに整定され
ることになるわけである。ところが、水車またはポンプ
水車の回転速度が、切換回転速度ｎ１に達した際、水車
またはポンプ水車の回転速度ｎは速度増減指令部１０の
設定値Ｆより低いため、比例演算（Ｐ）部３１の出力は
正、また積分演算（Ｉ）部３００には正の値が時々刻々
積算される。これらの現象はいずれもガバナＰＩＤ出力
（加算部３５の出力）を正、即ちガイドベーン開方向に
制御するため、小値選択部９１の出力は負荷制限位置設
定部８１の設定値８２とガイドベーン実開度Ｙの減算部
８３による差がより大きくなる値として出力されてい
た。このため、ガイドベーンが閉方向操作を開始するポ
イントは、水車またはポンプ水車の回転速度がオーバー
シュートし、加算部３５の出力が負に反転した時点とな
る。従って、上記に示す「切換回転速度ｎ１に達した際
にガイドベーンが起動開度から無負荷開度まで閉操作さ
れれば、水車またはポンプ水車の回転速度はオーバーシ
ュートすることなく定格回転速度ｎ０にスムーズに整定
される」ごとき制御は実現困難であった。この様相を図
１２に示す。

【００１２】従来、水車またはポンプ水車の回転速度が
定格回転速度ｎ０になるまで、積分演算（Ｉ）部３００
の値を零リセットする方法が提案されている。この方法
では、回転速度が定格回転速度ｎ０に達した際、積分演
算（Ｉ）は零、比例演算（Ｐ）部３１の出力は正から負
に反転するが、アクチュエータ４０の機械的な遅れによ
り依然として回転速度が定格回転速度以上にオーバーシ
ュートする現象は完全には除去不可能であった。この様
相を図１３に示す。

【００１３】また、図１３に示す制御特性は、図１２に
示したものと比較して水車またはポンプ水車の起動時に
おいて、水車またはポンプ水車の回転速度のオーバーシ
ュートは小さくなるという効果があるが、そのために定
格回転速度ｎ０を超えた時点での閉方向の制御量が大き
く、水路系に過大な擾乱を引き起こし、図１１に示すサ
ージタンク６１の水位変動が大きくなるという欠点があ
った。

【００１４】この発明は上述のような問題点を解決する
ためになされたものであり、水車またはポンプ水車の起
動時において、水車またはポンプ水車の回転速度が定格
回転速度ｎ０より小さい、予め設定された切換回転速度
ｎ１において、ＰＩＤ演算部の積分演算部の積分値を回
転速度が上昇する方向と反対方向に制御することによ
り、起動時間を増大させることなく回転速度のオーバー
シュートをなくし、かつ、水路系に過大な擾乱、撹乱を
引き起こさないような水車またはポンプ水車の調速制御
方法および装置を得ることを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る水車また
はポンプ水車の調速制御方法は、設定出力指令値と検出
値の偏差値をＰＩＤ演算部で演算し、この演算結果に基
づいてガイドベーン開度指令値を出力するものにおい
て、水車またはポンプ水車の起動時に、水車またはポン
プ水車の回転速度が定格回転速度より小さい、予め設定
された回転速度に到達するまで、ＰＩＤ演算部の積分演
算部の積分値を所定値に保持し、設定された回転速度に
到達した時点で上記所定値の保持を解除するとともに、
ＰＩＤ演算部の積分演算部に、ガイドベーン開度を抑え
る方向の負の信号を一定時間加えるようにしたものであ
る。

【００１６】また、上記方法において、水車またはポン
プ水車の起動時に、水車またはポンプ水車の回転速度が
定格回転速度より小さい、予め設定された回転速度に到
達するまで、ＰＩＤ演算部の積分演算部の積分値をゼロ
にリセットするようにしたものである。

【００１７】また、水車またはポンプ水車の起動時に、
水車またはポンプ水車の回転速度が定格回転速度より小
さい、予め設定された回転速度になるまで、ＰＩＤ演算
部の積分演算部の積分値をゼロでない一定値にホールド
するようにしたものである。

【００１８】また、設定出力指令値と検出値の偏差値を
ＰＩＤ演算部で演算し、この演算結果に基づいてガイド
ベーン開度指令値を出力するものにおいて、水車または
ポンプ水車の起動時に、水車またはポンプ水車の回転速
度が定格回転速度より小さい、予め設定された回転速度
になるまで、ＰＩＤ演算部の積分演算部の積分値を、当
該水車またはポンプ水車のガイドベーンの起動開度に相
当する値にホールドし、設定された回転速度に到達した
時点で、ＰＩＤ演算部の積分演算部の積分値を、当該水
車またはポンプ水車のガイドベーンの無負荷時開度に相
当する値に変化させるようにしたものである。

【００１９】また、設定出力指令値と検出値の偏差値を
ＰＩＤ演算部で演算し、この演算結果に基づいてガイド
ベーン開度指令値を出力するものにおいて、水車または
ポンプ水車の起動時に、水車またはポンプ水車の回転速
度が定格回転速度より小さい、予め設定された回転速度
になるまで、ＰＩＤ演算部の積分演算部の積分値を所定
値に保持し、設定された回転速度に到達した時点で上記
所定値の保持を解除するとともに、上記設定出力指令値
と検出値の偏差値の微分処理出力を積分演算部に入力す
るようにしたものである。

【００２０】また、この発明に係る水車またはポンプ水
車の調速制御装置は、設定出力指令値と検出値の偏差値
をＰＩＤ演算部で演算し、この演算結果に基づいてガイ
ドベーン開度指令値を出力するものにおいて、設定出力
指令値と検出値の偏差値に基づいてＰＩＤ演算を行うＰ
ＩＤ演算部、水車またはポンプ水車の起動時に、水車ま
たはポンプ水車の回転速度が定格回転速度より小さい、
予め設定された回転速度になるまでのガイドベーン開度
を設定する負荷制限位置設定部、水車またはポンプ水車
の回転速度に応じて上記ＰＩＤ演算部の出力と負荷制限
位置設定部の出力のいずれかを選択してガイドベーンの
制御指令信号とする選択手段、水車またはポンプ水車の
起動時に、水車またはポンプ水車の回転速度が定格回転
速度より小さい、予め設定された回転速度に到達するま
で、ＰＩＤ演算部の積分演算部の積分値をゼロまたはゼ
ロでない所定値に保持する保持手段、および水車または
ポンプ水車の起動時に、水車またはポンプ水車の回転速
度が定格回転速度より小さい、予め設定された回転速度
に到達した時点で、上記ＰＩＤ演算部の積分演算部に、
ガイドベーン開度を抑える方向の負の信号を一定時間加
える関数発生部を備えたものである。

【００２１】また、設定出力指令値と検出値の偏差値を
ＰＩＤ演算部で演算し、この演算結果に基づいてガイド
ベーン開度指令値を出力する水車またはポンプ水車の調
速制御装置において、設定出力指令値と検出値の偏差値
に基づいてＰＩＤ演算を行うＰＩＤ演算部、水車または
ポンプ水車の起動時に、水車またはポンプ水車の回転速
度が定格回転速度より小さい、予め設定された回転速度
に到達するまで、ＰＩＤ演算部の積分演算部の積分値を
当該水車またはポンプ水車のガイドベーン起動開始に相
当する値に保持する保持手段、および水車またはポンプ
水車の回転速度が定格回転速度より小さい、予め設定さ
れた回転速度に到達した時点で、定められた制御方式に
より積分値を当該水車またはポンプ水車の無負時のガイ
ドベーン開度に変化させる関数発生部を備えたものであ
る。

【００２２】また、設定出力指令値と検出値の偏差値を
ＰＩＤ演算部で演算し、この演算結果に基づいてガイド
ベーン開度指令値を出力する水車またはポンプ水車の調
速制御装置において、設定出力指令値と検出値の偏差値
に基づいてＰＩＤ演算を行うＰＩＤ演算部、水車または
ポンプ水車の起動時に、水車またはポンプ水車の回転速
度が定格回転速度より小さい、予め設定された回転速度
になるまでのガイドベーン開度を設定する負荷制限位置
設定部、水車またはポンプ水車の回転速度に応じて上記
ＰＩＤ演算部の出力と負荷制限位置設定部の出力のいず
れかを選択してガイドベーンの制御指令信号とする選択
手段、水車またはポンプ水車の起動時に、水車またはポ
ンプ水車の回転速度が定格回転速度より小さい、予め設
定された回転速度に到達するまで、ＰＩＤ演算部の積分
演算部の積分値をゼロまたはゼロでない所定値に保持す
る保持手段、および水車またはポンプ水車の起動時に、
水車またはポンプ水車の回転速度が定格回転速度より小
さい、予め設定された回転速度に到達した時点で、上記
設定出力指令値と検出値の偏差値の微分処理出力を積分
演算部に入力する微分演算部を備えたものである。

【００２３】

【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１を図について説明する。図１はこの発明の
実施の形態１に係るポンプ水車の調速制御装置の発電制
御時のブロック構成図、図２は水力発電所の概念図であ
る。図３は横軸が周速度係数Ｋｗ、縦軸が流量Ｑである
ポンプ水車の流量特性を示す図、図４は横軸が周速度係
数Ｋｗ、縦軸がトルクＴＬであるポンプ水車のトルク特
性を示す図である。図３、図４は図１中に描かれている
ポンプ水車５０の特性を詳細に示したものであり、定格
値とは、ポンプ水車５０が定常運転をしているときの状
態を表す。

【００２４】図１、図２において、１０は速度増減指令
部であり、配電盤等からの自動調整機能、運転員操作等
に基づく速度増減指令値Ｆを調速制御装置２０に出力す
る。２０は、加算部２１、弁開度値Ｙを増幅し、垂下率
値ＹＥを出力する垂下率演算部２２、リセット指令部２
７、およびＰＩＤ演算部３０により構成される調速制御
装置（ガバナ）である。この調速制御装置２０は、速度
増減指令部１０を有する装置と一体構成されることもあ
る。そして調速制御装置２０の直接の制御対象は、ポン
プ水車５０のガイドベーン４１（例えば固定翼のフラン
シス水車のガイドベーン）であり、その結果としてポン
プ水車５０の流量Ｑおよび出力トルクＴＬを制御する。
リセット指令部２７は、比較部２７Ａとリセット部２７
Ｂとにより構成されている。上記速度増減指令部１０、
加算部２１、垂下率演算部２２、リセット指令部２７お
よびＰＩＤ演算部３０は、マイクロプロセッサによるソ
フトウェアまたは演算増幅器によるアナログ回路により
実現される。ＰＩＤ演算部３０は、比例演算（Ｐ）部３
１、積分演算（Ｉ）部３００、微分演算（Ｄ）部３３、
および加算部３５により構成される。また、積分演算
（Ｉ）部３００は、積分演算（Ｉ）要素３２と補正部で
ある加算部３４により構成される。

【００２５】２４は切換部である。水車またはポンプ水
車が停止から起動する際は、ある設定された回転速度ｎ
１（通常定格の７５乃至９０％）未満の回転速度で昇速
中の際は、切換部２４は負荷制限部８０の出力を選択
し、ガイドベーン開度は一定開度（水車起動開度）に保
持される（この状態を負荷制限モードと称する）。負荷
制限部８０は、負荷制限位置設定部８１と、負荷制限位
置設定部８１の出力である負荷制限位置設定値８２から
ガイドベーン開度Ｙを減算する減算部８３とから構成さ
れている。水車またはポンプ水車の回転速度が切換回転
速度ｎ１に上昇到達すると、切換部２４はＰＩＤ出力
（加算部３５の出力）と負荷制限部８０の出力のいずれ
か小値９２の方に切り替わる。９１はＰＩＤ出力と負荷
制限部８０の出力のいずれか小さい方の値を選択する小
値選択部であり、この小値選択部９１の出力が９２であ
る。水車またはポンプ水車の回転速度が切換回転速度ｎ
１を超えると、最終的には小値選択部９１および切換部
２４によりＰＩＤ出力がアクチュエータ４０に印加され
る。（この状態をガバナフリーモードと称する）。

【００２６】４０は調速制御装置２０からガイドベーン
開度指令値ＧＣを受け、この指令値ＧＣに応じてガイド
ベーン４１を駆動するガバナ機械系であるアクチュエー
タである。５０はポンプ水車であり、弁開度値Ｙとフィ
ードバック量である回転速度ｎと有効落差Ｈｅとによ
り、図１中のグラフ、即ち図３、図４に示すような特性
に基づいて、定常時における弁開度値Ｙに対応する流量
Ｑおよび出力トルクＴＬが決定される。図３、図４にお
いて、Ｋｗは周速度係数、ｋは定数、ｎは回転速度、Ｈ
ｅは有効落差である。これらの特性は知られているもの
であり、予めモデルや実機等を用いて実験的または数学
的手法により作成しておく。

【００２７】６０はサージタンク６１、損失水頭６２、
水車下流圧力６３、およびその加算器６４により構成さ
れる水路系である。６５は上ダム、６６は水圧鉄管、６
７はドラフト、６８は下ダムである。そして、ポンプ水
車５０を通過する流量Ｑにより、サージタンク６１の水
位Ｈｓが決まり、この水位Ｈｓから水車下流圧力ＰＧと
損失水頭ＨＥ（流量Ｑの関数）との２項を引き去った差
が有効落差Ｈｅとなる。また、発電電動機７０とポンプ
水車５０とには、慣性モーメントＧＤ²があり、与えら
れた水車トルクＴＬと発生電力Ｗとの差、系統周波数条
件等により、発電電動機７０、水車５０の軸系は加減速
され回転速度ｎが決まる。

【００２８】９３は積分演算（Ｉ）要素３２の入力に負
の入力値を加算する加算器、９４は設定された回転速度
ｎ１に到達した時点後一定時間、負の値を出力する関数
発生器である。

【００２９】次に動作を説明する。水車またはポンプ水
車を停止状態から起動させるためには、軸受け等の接触
部の静止摩擦トルクに打ち勝つため、ガイドベーンを、
無負荷状態で水車またはポンプ水車を定格回転速度に維
持するための開度（無負荷開度）よりも大きい値の起動
開度に設定し、無負荷開度時よりも多量の水量を流す。
この制御は、負荷制限位置設定部８１の負荷制限位置設
定値８２を、ガイドベーン起動開度相当値に設定し、負
荷制限位置設定値８２に対しガイドベーン実開度Ｙを、
減算部８３の出力が零になるように追従制御させ、結果
的にガイドベーン実開度Ｙが起動開度にホールドされ
る。この負荷制限モードは水車またはポンプ水車が切換
回転速度ｎ１（通常定格の７５乃至９０％）に達するま
で維持される。

【００３０】切換回転速度ｎ１に到達すると、ガイドベ
ーン実開度Ｙが無負荷開度より大きい起動開度にホール
ドされたままの状態では、水車またはポンプ水車の回転
速度は定格ｎ０をオーバーするため、切換部２４の入力
選択を小値選択部９１の出力側に切換操作する。小値選
択部９１はガバナＰＩＤ出力（回転速度を入力したフィ
ードバック制御ループの出力、加算部３５の出力）と負
荷制限部８０の出力のいずれか小値を出力値９２として
出力する。また、切換回転速度ｎ１は、各プラント、水
車の仕様によって異なるが、通常定格回転速度ｎ０の７
５乃至９０％の範囲に設定される。本発明においては、
設定された切換回転速度ｎ１に到達した時点後一定時
間、積分演算（Ｉ）要素３２の入力に関数発生器９４の
出力である負の値を加算することにより、積分演算
（Ｉ）要素３２の値を負とするように作用させる。

【００３１】このように積分演算（Ｉ）要素へ負の値を
入力する回路を付加したことにより、図５に示すごと
く、水車またはポンプ水車の起動時間が増大することな
く、回転速度のオーバーシュート量をなくすことがで
き、また、水路系に過大な擾乱を引き起こさせないよう
な水車またはポンプ水車の調速制御方法および装置を得
ることができる。なお、アクチュエータ４０は油圧式の
場合について説明したが、電動式のガイドベーン操作機
構であってもよい。このことは、以下に説明する実施の
形態においても同様である。

【００３２】実施の形態２．以下、この発明の実施の形
態２について説明する。実施の形態１においては、予め
設定された切換回転速度ｎ１に至るまでは積分演算
（Ｉ）要素３２の値はゼロにリセットされていたが、本
実施の形態では、上記の回転数領域において一定値にホ
ールドさせておく。そして切換回転速度ｎ１に至った時
点で当該ホールド値を、添加指令値を与えることにより
減算させるものとする。

【００３３】図６は実施の形態２に係る装置のブロック
構成図である。図１のリセット指令部２７が積分ホール
ド指令部３７となる。積分ホールド指令部３７の内、３
７Ａの比較部１は水車またはポンプ水車の回転速度ｎが
切換回転数ｎ１に達したことを判別するために設けられ
ており、ホールド部３７Ｂは回転速度ｎ＜ｎ１のとき積
分演算（Ｉ）要素３２をホールドする一定値を与える。
なお、実施の形態２における効果は実施の形態１の場合
の図５と同様である。その他の構成は実施の形態１と同
様であるのでその説明を省略する。

【００３４】実施の形態３．以下、実施の形態３を説明
する。実施の形態１においては、あらかじめ設定された
切換回転速度ｎ１に至るまでは積分演算（Ｉ）要素３２
の値は零にリセットされていた。また、実施の形態２に
おいては、切換回転速度ｎ１に至るまでは積分演算
（Ｉ）要素３２の値は一定値にホールドされていた。こ
の実施の形態３においては、切換回転速度ｎ１に至るま
では積分演算（Ｉ）要素３２の値を水車またはポンプ水
車の起動時のガイドベーン開度に設定しておく。また、
切換回転速度ｎ１に至った時点で、当該水車またはポン
プ水車の無負荷時のガイドベーン開度に変化させること
とする。これは本ＰＩＤ方式が定常安定時には積分演算
（Ｉ）要素３２とガイドベーン開度フィードバック量が
等しい関係になることを利用したものである。

【００３５】図７は実施の形態３に係る装置のブロック
構成図である。図１のリセット指令部２７が積分ホール
ド指令部３７となる。積分ホールド指令部３７のうち、
３７Ａの比較部１は、水車またはポンプ水車の回転速度
ｎが切換回転速度ｎ１に達したことを判別するために設
けられており、ホールド部３７Ｂは回転速度ｎ＜ｎ１の
とき、積分演算（Ｉ）要素３２をガイドベーン起動開度
にホールドする。ｎ＞ｎ１の時、関数部９５により積分
演算（Ｉ）要素３２はガイドベーン無負荷開度になるよ
う制御される。また、本実施の形態３においては、水車
またはポンプ水車の起動時における回転速度が切換回転
速度ｎ１以下、すなわちｎ＜ｎ１の領域での制御は、比
例演算（Ｐ）部３１、微分演算（Ｄ）部３３を零にリセ
ットし、ガイドベーン起動開度相当値にホールドされた
積分演算（Ｉ）要素３２に実際のガイドベーン開度Ｙを
追従させる方式によるため、図１における切換部２４が
省略でき、システム構成がシンプルになるというメリッ
トがある。なお、実施の形態３における効果を図８に示
す。その他の構成は実施の形態１と同様であるので、そ
の説明を省略する。

【００３６】実施の形態４．以下、この発明の実施の形
態４を説明する。実施の形態１においては、予め設定さ
れた切換回転速度ｎ１に至るまでは積分演算（Ｉ）要素
３２の値はゼロにリセットされていた。また、実施の形
態２においては、切換回転速度ｎ１に至るまでは積分演
算（Ｉ）要素３２の値は一定値にホールドされていた。
実施の形態３においては、切換回転速度ｎ１以下におい
て、ガイドベーン起動開度相当にホールドされていた積
分演算（Ｉ）要素３２の値を切換回転速度ｎ１到達にお
いてガイドベーン無負荷開度に変化させることとした。
この実施の形態４においては、切換回転速度ｎ１に至る
までは積分演算（Ｉ）要素３２の値をリセット（ゼロ）
またはある定められた値にホールドしておき、切換回転
速度ｎ１に至った時点で入力偏差値の微分処理出力を積
分演算（Ｉ）要素３２に入力することとする。

【００３７】図９は実施の形態４に係る装置のブロック
構成図である。９６は切換回転速度ｎ１到達後、回転速
度が定格付近に安定するまで作用する微分演算部であ
り、比較部３７Ａの切換回転速度ｎ１到達の確認により
演算を開始する。なお、実施の形態４における効果を図
１０に示す。その他の構成は実施の形態１と同一である
のでその説明を省略する。

【００３８】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、水車ま
たはポンプ水車の起動時に調速制御装置中の積分演算要
素に正方向の値の加算されることを防止する対策をとっ
たため、起動時間が増大することなく水車またはポンプ
水車の定格回転速度ｎ０からのオーバーシュートを発生
させず、かつ水路系の過大な擾乱を防止できる調速制御
方法および装置を提供できる。

【００３９】また、ガイドベーン起動開度相当値にホー
ルドされた積分演算（Ｉ）要素に実際のガイドベーン開
度Ｙを追従させる方式を採用することにより切換部が省
略でき、システム構成を簡単にすることができる。

【００４０】また、積分演算部の積分値を設計検討によ
り定められる一定値にホールドしておくことにより、水
車またはポンプ水車回転速度の定格速度までの到着を、
オーバーシュートなく、よりスムーズに行なうことがで
きる。

【００４１】また、積分の値を、偏差ΔＧＯＶの微分演
算部の出力で調整しているため、水車またはポンプ水車
回転速度の定格速度までの到達を、オーバシュートな
く、よりスムーズに行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１に係る水車またはポ
ンプ水車の調速装置を示すブロック構成図である。

【図２】この発明の実施の形態１に係る水力発電所の
概念図である。

【図３】この発明に実施の形態１に係るポンプ水車の
流量特性図である。

【図４】この発明の実施の形態１に係るポンプ水車の
トルク特性図である。

【図５】この発明の実施の形態１および実施の形態２
に係る水車またはポンプ水車の起動時の回転速度、ガイ
ドベーン開度の特性図である。

【図６】この発明の実施の形態２に係る水車またはポ
ンプ水車の調速制御装置を示すブロック構成図である。

【図７】この発明の実施の形態３に係る水車またはポ
ンプ水車の調速制御装置を示すブロック構成図である。

【図８】この発明の実施の形態３に係る水車またはポ
ンプ水車の起動時の回転速度、ガイドベーン開度の特性
図である。

【図９】この発明の実施の形態４に係る水車またはポ
ンプ水車の調速制御装置を示すブロック構成図である。

【図１０】この発明の実施の形態４に係る水車または
ポンプ水車の起動時の回転速度、ガイドベーン開度の特
性図である。

【図１１】従来の水車またはポンプ水車の調速制御装
置を示すブロック構成図である。

【図１２】従来の水車またはポンプ水車の起動時の回
転速度、ガイドベーン開度の特性図である。

【図１３】従来の水車またはポンプ水車の起動時の回
転速度、ガイドベーン開度の特性図である。

【符号の説明】

１０速度増減指令部、２０調速制御装置、２１加
算部、２２垂下率演算部、２４切換部、２７リセ
ット指令部、２７Ａ比較部、２７Ｂリセット部、２
８比較部、３０ＰＩＤ演算部、３１比例演算部、
３２積分演算要素、３３微分演算部、３４加算
部、３５加算部、３７積分ホールド指令部、３７Ａ
比較部、３７Ｂホールド部、３００積分演算部、
４０アクチュエータ、４１ガイドベーン、５０ポ
ンプ水車、６０水路系、６１サージタンク、６２
損失水頭、６３水車下流側圧力、６４加算、７０
発電電動機、８０負荷制限部、８１負荷制限位置設
定部、８２負荷制限位置設定値、８３減算部、９１
小値選択部、９２小値選択部出力、９３加算部、
９４関数部、９５関数部、９６微分演算部、Ｆ
設定周波数指令値、ΔＧＯＶ偏差値、ｎ回転速度、
ｎ０定格回転速度、ｎ１切換回転速度、ＧＣガイ
ドベーン開度指令値、ＧＨトリガ指令、Ｙガイドベ
ーン開度値、ＹＥ垂下率値、ＨＳサージタンク水
位、ＨＥ損失水頭、Ｈｅ有効落差、ＰＧ水車下流
圧力。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】設定出力指令値と検出値の偏差値をＰＩ
Ｄ演算部で演算し、この演算結果に基づいてガイドベー
ン開度指令値を出力する水車またはポンプ水車の調速制
御方法において、水車またはポンプ水車の起動時に、水
車またはポンプ水車の回転速度が定格回転速度より小さ
い、予め設定された回転速度に到達するまで、ＰＩＤ演
算部の積分演算部の積分値を所定値に保持し、設定され
た回転速度に到達した時点で上記所定値の保持を解除す
るとともに、ＰＩＤ演算部の積分演算部に、ガイドベー
ン開度を抑える方向の負の信号を一定時間加えるように
したことを特徴とする水車およびポンプ水車の調速制御
方法。
【請求項２】水車またはポンプ水車の起動時に、水車
またはポンプ水車の回転速度が定格回転速度より小さ
い、予め設定された回転速度に到達するまで、ＰＩＤ演
算部の積分演算部の積分値をゼロにリセットするように
したことを特徴とする請求項１記載の水車およびポンプ
水車の調速制御方法。
【請求項３】水車またはポンプ水車の起動時に、水車
またはポンプ水車の回転速度が定格回転速度より小さ
い、予め設定された回転速度になるまで、ＰＩＤ演算部
の積分演算部の積分値をゼロでない一定値にホールドす
るようにしたことを特徴とする請求項１記載の水車およ
びポンプ水車の調速制御方法。
【請求項４】設定出力指令値と検出値の偏差値をＰＩ
Ｄ演算部で演算し、この演算結果に基づいてガイドベー
ン開度指令値を出力する水車またはポンプ水車の調速制
御方法において、水車またはポンプ水車の起動時に、水
車またはポンプ水車の回転速度が定格回転速度より小さ
い、予め設定された回転速度になるまで、ＰＩＤ演算部
の積分演算部の積分値を、当該水車またはポンプ水車の
ガイドベーンの起動開度に相当する値にホールドし、設
定された回転速度に到達した時点で、ＰＩＤ演算部の積
分演算部の積分値を、当該水車またはポンプ水車のガイ
ドベーンの無負荷時開度に相当する値に変化させるよう
にしたことを特徴とする水車およびポンプ水車の調速制
御方法。
【請求項５】設定出力指令値と検出値の偏差値をＰＩ
Ｄ演算部で演算し、この演算結果に基づいてガイドベー
ン開度指令値を出力する水車またはポンプ水車の調速制
御方法において、水車またはポンプ水車の起動時に、水
車またはポンプ水車の回転速度が定格回転速度より小さ
い、予め設定された回転速度になるまで、ＰＩＤ演算部
の積分演算部の積分値を所定値に保持し、設定された回
転速度に到達した時点で上記所定値の保持を解除すると
ともに、上記設定出力指令値と検出値の偏差値の微分処
理出力を積分演算部に入力するようにしたことを特徴と
する水車およびポンプ水車の調速制御方法。
【請求項６】設定出力指令値と検出値の偏差値をＰＩ
Ｄ演算部で演算し、この演算結果に基づいてガイドベー
ン開度指令値を出力する水車またはポンプ水車の調速制
御装置において、設定出力指令値と検出値の偏差値に基
づいてＰＩＤ演算を行うＰＩＤ演算部、水車またはポン
プ水車の起動時に、水車またはポンプ水車の回転速度が
定格回転速度より小さい、予め設定された回転速度にな
るまでのガイドベーン開度を設定する負荷制限位置設定
部、水車またはポンプ水車の回転速度に応じて上記ＰＩ
Ｄ演算部の出力と負荷制限位置設定部の出力のいずれか
を選択してガイドベーンの制御指令信号とする選択手
段、水車またはポンプ水車の起動時に、水車またはポン
プ水車の回転速度が定格回転速度より小さい、予め設定
された回転速度に到達するまで、ＰＩＤ演算部の積分演
算部の積分値をゼロまたはゼロでない所定値に保持する
保持手段、および水車またはポンプ水車の起動時に、水
車またはポンプ水車の回転速度が定格回転速度より小さ
い、予め設定された回転速度に到達した時点で、上記Ｐ
ＩＤ演算部の積分演算部に、ガイドベーン開度を抑える
方向の負の信号を一定時間加える関数発生部を備えたこ
とを特徴とする水車またはポンプ水車の調速装置。
【請求項７】設定出力指令値と検出値の偏差値をＰＩ
Ｄ演算部で演算し、この演算結果に基づいてガイドベー
ン開度指令値を出力する水車またはポンプ水車の調速制
御装置において、設定出力指令値と検出値の偏差値に基
づいてＰＩＤ演算を行うＰＩＤ演算部、水車またはポン
プ水車の起動時に、水車またはポンプ水車の回転速度が
定格回転速度より小さい、予め設定された回転速度に到
達するまで、ＰＩＤ演算部の積分演算部の積分値を当該
水車またはポンプ水車のガイドベーン起動開始に相当す
る値に保持する保持手段、および水車またはポンプ水車
の回転速度が定格回転速度より小さい、予め設定された
回転速度に到達した時点で、定められた制御方式により
積分値を当該水車またはポンプ水車の無負時のガイドベ
ーン開度に変化させる関数発生部を備えたことを特徴と
する水車およびポンプ水車の調速制御装置。
【請求項８】設定出力指令値と検出値の偏差値をＰＩ
Ｄ演算部で演算し、この演算結果に基づいてガイドベー
ン開度指令値を出力する水車またはポンプ水車の調速制
御装置において、設定出力指令値と検出値の偏差値に基
づいてＰＩＤ演算を行うＰＩＤ演算部、水車またはポン
プ水車の起動時に、水車またはポンプ水車の回転速度が
定格回転速度より小さい、予め設定された回転速度にな
るまでのガイドベーン開度を設定する負荷制限位置設定
部、水車またはポンプ水車の回転速度に応じて上記ＰＩ
Ｄ演算部の出力と負荷制限位置設定部の出力のいずれか
を選択してガイドベーンの制御指令信号とする選択手
段、水車またはポンプ水車の起動時に、水車またはポン
プ水車の回転速度が定格回転速度より小さい、予め設定
された回転速度に到達するまで、ＰＩＤ演算部の積分演
算部の積分値をゼロまたはゼロでない所定値に保持する
保持手段、および水車またはポンプ水車の起動時に、水
車またはポンプ水車の回転速度が定格回転速度より小さ
い、予め設定された回転速度に到達した時点で、上記設
定出力指令値と検出値の偏差値の微分処理出力を積分演
算部に入力する微分演算部を備えたことを特徴とする水
車およびポンプ水車の調速制御装置。