JPS5828430B2 - スイシヤセイギヨソウチ - Google Patents

スイシヤセイギヨソウチ

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JPS5828430B2
JPS5828430B2 JP47053460A JP5346072A JPS5828430B2 JP S5828430 B2 JPS5828430 B2 JP S5828430B2 JP 47053460 A JP47053460 A JP 47053460A JP 5346072 A JP5346072 A JP 5346072A JP S5828430 B2 JPS5828430 B2 JP S5828430B2
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JP
Japan
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signal
speed
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water turbine
governor
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JP47053460A
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JPS498637A (ja
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尚夫 桑原
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • 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

  • Control Of Water Turbines (AREA)
  • Control Of Velocity Or Acceleration (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水力機械、主として水車発電機の制御装置に関
するものである。
水力発電ユニットは負荷変化に応じて周波数が過渡的に
変化し、この周波数変化を検出して調速機が直ちに水車
出力を調整して変化後の負荷に合わせようとするが、調
速機動作に対し水車出力は時間遅れを伴うと共に過渡時
に所望の出力とは逆の出力を示す。
この現象は水圧鉄管の水の慣性によるものであり、以下
図面を参照に説明する。
第1図より、1は水車、2は水圧鉄管であり、3の上部
貯水池と4の下部貯水池の間に水圧鉄管2を介して設置
されている。
5は水車のガイドベーン、6は入口弁であり、通常人口
弁6は全開の位置にある。
ここに水圧鉄管2の同径部分の長さをLi(m)、Li
部分の平均流速をV i (m/ S )水車1の有効
落差をHo(m)、重力加速変をg(m/ S”)とす
ると、上記影響はΣLiVi/H。
の大きさに関係する。
すなわちガイドベーン5を急に閉め始めたとすると水圧
鉄管2の水圧が急上昇し、あたかも落差HOがその分だ
け増加したかのように逆に水車1の出力Pが増加する。
勿論その後水車出力Pは漸次減少して最後にはガイドベ
ーン開晩相当の出力に落ち着く。
以下に更に詳述する。
水圧鉄管を剛性理論に基ずいて近世式で表わすとP/Y
−(1−Tw、D)/(]−+0.5TW、D)部分負
荷で運転中にはP/Y ”” (1−(3o 、Tw、
D )/ (1+0.5Go 、Tw、D)・・・・・
・・・・・・・・・・(1) ここに’rw−(ΣLiVi )/Ho、g上式におい
てPは水車出力(単位無次元、即ち1は定格出力を示す
)、Yはガイドベーン開度(単位無次元、即ち1は全開
を示す)。
Goは部分負荷(単位無次元、即ち1は全負荷を示す)
、Dはラプラスパラメータ、Twは時定数(sec )
である。
そして(1)式は水圧鉄管の剛性理論式として広く用い
られているものである。
(1)式より明らかなようにガイドベーン開度Y(調速
様出力)を第2図に示す如く変化させた場合、水車出力
はしばらくの間(時間t1及びt2)負方向に変化し、
その後正転して徐々に目標値aに近ずく。
即ち調速機動作に対して水車出力の応答が遅れるだけで
無く、過渡的に逆の出力を生ずるので制御性が著しく害
される。
第2図のイはガイドベーンが曲線状に開いた場合の水車
出力の応答を示し、口はガイドベーンをステップ状に開
いた場合の水車出力Pの応答を示す。
そこで従来は調速機のダンピングゲインや時定数を大き
くして応答速度を遅くすることによって対策としていた
以下に従来の調速機を第3図のブロック線図を参照にし
て訝明する。
図に於いてEcは用途に応じて負荷設定信号になったり
速度設定信号になるバイアス信号Nは速度信号、Fは調
速機の速度調定率を表わす信号Fσと調速機のダンピン
グを表わす信号Fδの加算信号であり、EはECとF及
びNとの偏差信号であり、調速機を動作させる信号とな
る。
また60.61゜62は信号の加算点である。
そして50は速度検出ゲインに2を表わすブラックボッ
クス、51は積分操作1/Dをする油圧サーボ増幅器を
表わすブラックボックスであり、入力信号Eは速度検出
ゲイン50、油圧サーボ増幅器51を経て出力信号とし
てサーボモータ開度信号Yをとる。
52は調速機の速度調定率σ、53は調速機のダンピン
グδ(Tn 、D )/(1+Tn 、 D)を表わす
ブラックボックスであり、サーボモータ開度信号Yは速
度調定率52及びダンピング53を経てそれぞれ調速様
入力にフィードバックされる。
54は水圧鉄管(1−Go 、Tw 、D )/ (1
+0.5Go 、Tw、D)を表わすブラックボックス
であり、この水圧鉄管54にサーボモータ開度信号Yが
入力信号として入り、出力信号は水車出力信号Pとなり
、そして62の加算点で水車出力信号Pと負荷りとの偏
差信号が55の水車の慣性効果1/Tm、Dを表わすブ
ラックボックスに入る。
そして水車の慣性効果55を経た信号は速度信号Nとし
て調速機の入力に帰環されるようになっている。
またここで、調速機のダンピング53を表わす伝達関数
においてTn 、D/ (1+Tn 、D )は微分形
であり、定常状態ではゲインを持たせずに過渡的な応答
性を改善するようにしたものである。
そして最近の火力発電プラントの増加に伴って水力発電
プラントはピーク負荷調速用としての役割が増大しつつ
あり、水車調速機の即応性が重要視されてきた。
そこで従来の調速機では系統と並列前には安定化をはか
る為に高いダンピングを与え、並列後には安定化しやす
いのでダンピングを除外する方法が取られていたが、系
統に連なっている多くの発電所で系統と並列後に同様に
ダンピングを除外していたならば、系統全体の安定性が
損なわれて系統全体の振動事故を起こすという可能性が
ある。
そこで制御系の安定性低下の原因となっている水圧鉄管
の影響とダンピングの関連性を訝明する。
第4図はり、M、HOVEYの発表したブラフで水圧鉄
管の時定数Tw、慣性の時定数Tm、ダンピングゲイン
δ、ダンピング時定数Tnに対するプラントの安定性を
示したものである。
ここでTmWR2No2X10−6/1.61HP但し
WR2は水車発電機の慣性(tb−ft2)、HPは定
格出力(PS)Ncは水車回転数である。
第4図より明らかのようにダンピングゲインδまたは時
定数Tnを大きくしてゆけば制御系は安定するが、一方
策5図に示すように調速様時定数Tgは次第に増大して
ゆく。
即ち応答速度は次第に遅くなる。系統との並列後のダン
ピング除外はこのような背景から生まれたものであるが
、前述したような系統全体の安定性の問題点がある。
鉄管の水圧が不安定要因ならばその対策として水圧鉄管
の内径を増して水の流速を下げるか或はサージタンクや
制圧機を設ける等の方法が考えられるが費用が極めて高
価となるばかりでなく装置も複雑となる。
本発明の目的とするところは水圧鉄管内の水の慣性効果
によるプラントの不安定現象を減少させる為に、水圧鉄
管の影響に見合う高ダンピングを減すること無く調速機
の応答速度を増加するようにしたことにある。
本発明の要旨とするところは水車の回転数を負荷変動に
拘わらず一定に保つ調速装置と、この調速装置に負荷設
定信号及び速度信号を入力する夫夫の回路と、水車の負
荷変動時数荷設定信号と負荷信号の少なくとも1つを微
分し、この微分した信号を前記調速装置に入力する上記
回路と並列に設けた微分回路とより構成し、負荷変動の
速さに応じた信号を加味することにより、負荷変動時に
調速機が遅れなくす早く応答するようにさせることであ
る。
変動する負荷の微分値を考慮するということは負荷が急
速に変動しつつあるか、ゆっくり変動しつつあるかを見
て、急速に変動しつつある時はさらに大きく変動するこ
とは必至として調速機もそのように予め大きく応答させ
先行制御を可能にする。
もちろん負荷の変動がゆるやかとなり安定化しつつある
時は信号も小さくして調速機が行き過ぎ制御をしないよ
うにする。
即ち微分は予測を町能にし、より高い次数の微分を考慮
すればそれだけ予測精寒も向上する。
又周波数応答で考えれば位相回復の作用をする。
そしてこの結果、過渡的な応答速度を改善させるだけで
はなく制御系全体の安定性も同時に改善することができ
る。
負荷設定信号の微分を考慮するについても同様の予測を
期待したものである。
しかしこの場合は負荷設定信号自体が今考えている調速
制御系に対し、−mの外乱となっているところから系の
安定性には関係しない。
次に本発明を第6図により説明する。
第6図のブロック線図において、50〜55゜60〜6
2は第3図に表わした従来例と同一である。
56は負荷検出器を表わすブラックボックスであり、負
荷りを検出して負荷信号Ewに変換する0 また負荷信号Ewは即応性改善アンプ57としてブラッ
クボックスに表わされている微分回路に梼びかれ、即応
性改善アンプ57の出力信号Ewcは調速様入力信号の
1つとして加算点60に導かれる。
即応性改善信号Ewcは第8図に示す如く入力信号とし
ての負荷設定信号EC或は負荷信号変化時に過渡的にの
み発生する信号であり、時間の経過につれて次第に減少
して零になる。
従って定常時には即応性改善信号Ewcは零である為、
第3図に示した従来例と同様になる。
すなわち伝達関数、KL、TL、D/(1+TL、D)
で表わされた微分回路よりなる即応性改善アンプ57は
微分形である為即応性改善アンプの入力信号EC及びE
wの変化時のみ過渡的に出力信号Ewcを発生すること
によって調速機の入力信号にのみ影響を与えるだけでシ
ステムの安定性に対しては伺ら影響を与えること無く前
もって設定した水圧鉄管の不安要因に対するダンピング
設定個は変化することなく、保持出来る。
すなわち定常状態はゲインを楢すること無く、過渡的応
答性改善の為にのみゲインを有するようにしたものであ
る。
第3図の従来例として示した調速機では加算点60に入
る調速様入力信号に対するサーボモータ開度信号Yの応
答は第9図の実線に示す如く非常に遅いが、他方本発明
として示した様に負荷設定或は負荷の変動時に過渡的に
のみ加算点60に入る調速様入力信号を充分大きくした
場合は第9図の点線で示した如くサーボモータ開度信号
Yの応答は速くなり、所望の速度が得られる。
次に本発明に基づいた実施例を第7図を参照して説明す
る。
水車101と発電機102は発電機軸103と一体であ
り、水車の回転速度は発電機軸103に設けられた速度
シグナル発振器104とマグネチックピックアップ10
5によりパルス信号に変換され、速度検出アンプ106
によってパルス信号を直流電圧に変換すると共に増幅さ
れ、速度信号Nとしてアンプ109の入力抵抗101に
伝えられる。
そしてこの速度信号Nはアンプ109により増幅されソ
レノイドコイル110に印力目される。
ソレノイドコイル110はアンプ。109の出力の増減
に従って磁界の強さを変化し、磁石111にこの磁力に
比例した変位を与える。
そして磁石111に連結されたパイロットプランジャー
112はこの変位に従って上下動され、パイロットスリ
ーブ113との間に相対変位を生じ、これによってサー
ボピストン118へ供給する圧油の油日を開閉する。
この為、圧油114は油道115或は116のどちらか
一方に湧びかれ、他方は排油されるので、サーボピスト
ン118は左右動して水車101のガイドベーン開度を
変化して水量を調節し、水車回転速度を一定に保つ様に
操作する。
またサーボピストン118の動きはサーボピストン11
8に直結のアーム119に設けられたポテンショメータ
スライド120と、ポテンショ抵抗121との変位によ
つサーボピストン118の開度に比例した電圧としてポ
テンショメータスライド120に伝えられる。
そしてこの電圧は速度調定率用ポテンショ125を経て
アンプ109の入力抵抗126に与えられると共に、コ
ンデンサー122及びポテンショ123よりなるダンピ
ング回路を経てアンプ109の入力抵抗124にも与え
られているが、これら両信号電圧は前述の入力抵抗10
7に与えられた速度信号電圧の補償信号として調速機に
フィードバックされる。
ここでポテンショ125及び入力抵抗126は第6図の
ブロック線図で52の速度調定率に相当するように設置
され、またコンデンサー122、ポテンショ123及び
入力抵抗124は53のダンピングに相当するように設
定される。
尚パイロットプランジャ112の変位に対するサーボピ
スストン118の応答は51に油圧サーボ増幅器1/D
として表わされている様に積分特性lこなっている。
速度シグナル発振器104から人力抵抗107に至る遠
吠検出部は50に速度検出ゲインに2として表わされる
そして点線で囲った部分が本発明に係わる部分であり、
第6図における負荷信号りと負荷設定信号Ecの加算点
63及び即応性改善アンプ57に相当する。
実施例においては負荷設定信号Ec及び発電機102か
らの負荷信号りを負荷検出器128で検出して直流電圧
に変換した負荷信号Ewとをそれぞれ抵抗129,13
0゜131及びアンプ132からなる加算器に入れ、そ
の出力信号を抵抗133,135、コンデンサ134、
アンプ136よりなる伝達関数KL。
TL、D/(1+TI、、D)を満足する微分回路を構
成する即応性改善アンプ57に湧ぴかれる。
この即応性改善アンプ57は入力となる信号Ec及びE
wが変化した場合に過渡的に応答して増幅した即応性改
善信号EWCを出力信号として調速様入力側のアンプ1
09の入力抵抗137に出すものであって、定常時には
出力信号を生じないようにしたものである。
また138は負荷設定の為の抵抗であり、負荷設定信号
ECは加算器132の入力抵抗130及び調速様入力端
のアンプ109の人力抵抗12γに湧ひかれている。
本発明によれば、水圧鉄管の慣性効果による安定性の為
の高ダンピングを保持したま\負荷変動速度Iこ応じた
信号を加味させることによって応答速度を速められる為
に、従来のように安定性を高める為の高ダンピングによ
って即応性が低下するという相反する安定性と即応性の
両者を解決出来るという効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
第1図は水車と水圧鉄管を示した概略図、第2図は水圧
鉄管が水車出力に及ばす影響を示した説明図、第3図は
従来の調速機制御系のブロック線図、第4図は調速機の
ダンピング設定値とシステムの安定性との関係図、第5
図は調速機のダンピング設定値と応答速度との関係図、
第6図は本発明に基づいた調速機制御系のブロック線図
、第7図は本発明を適用した実施例の簡略図、第8図は
微分特性の説明図、第9図は即応性説明図である。 符号の訝明、50・・・・・・遠吠検出ゲイン、51・
・・・・・油圧サーボ増幅器、52・・・・・・調速機
の遠吠調定率、53・・・・・・調速機のダンピング、
54・・・・・・水圧鉄管、55・・・・・・水車の慣
性効果、56・・・・・・負荷検出、57・・・・・・
即応性改善アンプ、60〜63・・・・・・信号加算点
、128・・・・・・負荷検出器、129〜131・・
・・・・抵抗、132・・・・・・アンプ、133・・
・・・・抵抗、134・・・・・・コンデンサー、13
5・・・・・・抵抗136・・・・・・アンプ、137
・・・・・・入力抵抗、138・・・・・・負荷設定抵
抗。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 水車の回転数を負荷変動に拘わらず一定に保つ調速
    装置と、この調速装置に負荷設定信号及び速度信号を入
    力する夫々の回路と、水車の負荷変動時数荷設定信号と
    負荷信号の少なくとも1つを微分し、この微分した信号
    を前記調速装置に入力する上記回路と並列に設けた微分
    回路とより構成し、負荷変動時に変動の速さに応じた信
    号を前記微分回路を介して調速装置の入力信号として加
    味させることを特徴とする水車制御装置。
JP47053460A 1972-05-31 1972-05-31 スイシヤセイギヨソウチ Expired JPS5828430B2 (ja)

Priority Applications (1)

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JP47053460A JPS5828430B2 (ja) 1972-05-31 1972-05-31 スイシヤセイギヨソウチ

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Publication Number Publication Date
JPS498637A JPS498637A (ja) 1974-01-25
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JPS591544A (ja) * 1982-06-26 1984-01-06 Mitsubishi Paper Mills Ltd 写真用熱可塑性樹脂組成物の製造法

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JPS498637A (ja) 1974-01-25

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