水泵水輪機及其控制方法和使其停止的方法

2023-09-23 04:50:40

專利名稱：水泵水輪機及其控制方法和使其停止的方法
技術領域：
本發明涉及使用一轉子的水泵水輪及其控制方法和使其停止的方法，通過改變轉子的旋轉方向使轉子作為水泵和水輪機而進行工作。
一般地，一水泵水輪機、尤其是高壓頭的水泵水輪機的轉子是如此設計的，以致於可實現足夠離心的泵作用，從而可在泵運轉期間得到較高的壓頭。
但是，這種設計對水泵水輪機的水輪機工作產生了不良的影響。例如尤其當所謂的S特性出現時，要完全避免這種影響是很困難的。
人們認為，在上遊側和下遊側水道、水泵水輪機的安裝上升高度等的民用設計中，S特性尤其是高壓頭水泵水輪機的難關。因此，提出各種各樣的建議來控制這種S特性。例如，日本未審查的專利公開S53-143842(1988)提出了這樣一種方法暫時打開水泵水輪機的導向葉片，同時水泵水輪機的運轉點在負荷衰減之後沿著S特性的流量減少方向移動，並且在水泵水輪機的運轉點沿著S特性的流量增加方向移動時或者當流量幾乎變成0時，很快關閉導向葉片，如附

圖1所示一樣。
但是，這個建議被設計來把旋轉速度(該旋轉速度在負荷衰減之後增加)直接減少到預定的旋轉速度或者其附近，而該預定的旋轉速度由控制器設置來決定。為此，暫時打開的導向葉片與負荷衰減之後的突然關閉一樣快地被關閉，而不是使用所謂的彎曲的方式，在導向葉片的開度Y比Ya小時，該方式改變了從「最快」速度到「慢」速度的導向葉片的關閉速度的限制。在S特性控制裝置失敗的情況下，這是非常危險的。此外，這種建議假設，當流量開始增加(從減少結束開始)或者當流量幾乎變成0時，暫時打開的導向葉片開始關閉。但是，在水泵水輪機的瞬態時精確(以較高的解析度)而又及時地探測流量是非常困難的。即使探測到高解析度流量，但是也很難突然使導向葉片反向工作，從而可以容易地推知導向葉片打開得太多。尤其是，即使在S特性上的運轉點結束了沿著流量減少方向的移動並且開始沿著流量增加的方向進行移動時，仍可持續使導向葉片工作，此時S特性的影響將更大。
從上面進行判斷，可以推出，在若干水泵水輪機共用同一輸水管的情況下，或者尤其是，不僅通過它自己的運轉狀態而且還通過其它水泵水輪機的相互錘擊使水泵水輪機的流量進行各種變化時，根據日本未審查的專利公開S53-143842(1988)的方法不能確保穩定性能。
本發明的目的是提供一種穩定的水泵水輪機，它可以抑制負荷衰減時的水錘現象和來自S特性的其它瞬時影響，而這些是傳統水泵水輪機所不能解決的。
本發明的特徵在於水泵水輪機解決了上面的問題。本發明的特徵還在於控制控制器，從而在負荷衰減之後增加轉子的目標旋轉速度，而該負荷衰減關閉了由發電機、發電機馬達所產生的動力。
本發明的特徵還在於提供控制器，該控制器設計來探測轉子的旋轉速度並且控制排量調節器如導向葉片，從而使轉子的預定旋轉速度恆定；並且控制該控制器，從而使得只在緊接負荷衰減之後的瞬態時的目標旋轉速度基本上比關閉由發動機馬達所產生的動力的、在產生負荷衰減的情況下的穩定狀態狀態下的目標旋轉速度大。
本發明的特徵還在於形成一種系統，從而增加和校正緊接在負荷衰減之後的瞬態時的控制器的預定旋轉速度。
此外，本發明的特徵在於形成一種系統，從而緊接在負荷衰減之後旋轉速度增加時，增加和校正控制器的預設旋轉速度。
此外，本發明的特徵在於形成一種系統，從而緊接在負荷衰減之後旋轉速度增加時，增加和校正目標旋轉速度，從而在旋轉速度開始下降之後逐漸地釋放(或者減少)校正控制，並且在穩定狀態時基本上全部釋放校正控制。
此外，本發明的特徵在於形成一種系統，從而在增加速度曲線稍下方並且沿著增加速度曲線增加預定的旋轉速度，同時緊接在負荷衰減之後旋轉速度增加。
本發明的水泵水輪機的控制器包括關閉速度限制器，該限制器根據排量調節器的開度來限制排量調節器的關閉速度。如果關閉速度限制器設計成在排量調節器的開度比第一預定值大時把排量調節器的關閉速度限制到相對較大的第二預定值或者更小，並且在排量調節器的開度小於第一預定值之後，把排量調節器的關閉速度限制到相對較小的第三預定值或者更小，那麼通過控制器，校正控制一定不能阻止排量調節器的自然關閉作用，直到至少在緊接負荷衰減之後排量調節器的開度大於第一預定值為止。
在負荷衰減之後，當排量調節器的開度大於第一預定值時，本發明關閉排量調節器，並且不管控制器所產生的關閉命令，一旦在排量調節器的關閉速度轉移到小於第三預定值時，就暫時打開排量調節器。
本發明的特徵還在於負荷衰減之後，當旋轉速度停止增加並開始減少時，通過校正控制來暫時打開排量調節器。(在該點上的旋轉速度值稱為第一尖峰值)。
在本發明中，負荷衰減之後，當旋轉速度開始下降到這個尖峰的上方時，藉助於校正控制使排量調節器的開度暫時形成得更大，因此旋轉速度停止減少，並且在比控制器所產生的穩定狀態時的正常目標值還高的值處開始增加。(在該點上的旋轉速度值稱為第一底部值。)換句話說，在本發明中，負荷衰減之後，當旋轉速度開始下降到第一尖峰的上方時，藉助於校正控制使排量調節器的開度暫時形成得更大。這種暫時開度工作持續到彎曲點，在該彎曲點處，旋轉速度曲線從凸形曲線變成了凹形曲線。其結果是，在比控制器所產生的穩定狀態時的正常目標值還高得多的這個值處，旋轉速度停止下降並且開始上升。(在這個點上的旋轉速度值稱為第一底部值)。
本發明的特徵在於負荷衰減之後，在旋轉速度到達第一尖峰值之前，通過校正控制起動排量調節器的暫時打開工作，從而使該工作持續到彎曲點上，而在第一尖峰之後，在該彎曲點處，旋轉速度曲線從凸形曲線變成了凹形曲線，因此使旋轉速度停止減少並且在比控制器所產生的穩定狀態時的正常目標值高得多的值處重新開始增加。(在該點處的旋轉速度值稱為第一底部值)。
在第一尖峰值之後，旋轉速度再一次增加，然後停止增加，並且再一次減少。(在該點處的旋轉速度值稱為第二尖峰值。)本發明的特徵在於設置校正控制釋放速度，從而第二尖峰值可以小於第一尖峰值。
在第二尖峰值之後，旋轉速度再一次減少，然後停止減少，並且再一次增加。(在該點處的旋轉速度值稱為第二底部值。)本發明的特徵在於設置校正控制釋放速度，從而第二底部值可以小於第一底部值。
本發明的特徵還在於校正控制該控制器，從而實際上根據緊接在負荷衰減之後的旋轉速度的增加來增加目標旋轉速度，並且在第一尖峰之後旋轉速度開始下降時，逐漸釋放校正控制(或者減少旋轉速度)，而且在穩定狀態時基本上全部釋放校正控制。
本發明的水泵水輪機的控制器包括用來探測旋轉速度的裝置；用來設置目標旋轉速度的裝置；計算裝置，它用來輸入來自目標旋轉速度設置裝置的目標速度信號和來自旋轉速度探測裝置的實際速度信號之間的差值的信號(它稱為速度差值信號)，並且把打開命令信號輸出到排量調節器中；及用來放大來自計算裝置的信號，並且控制排量調節器的裝置。該控制器還包括用來輸入一速度信號並輸出一個基本上對輸入給控制器的目標速度命令信號進行校正的信號裝置(它稱為校正器)。
本發明的特徵在於包括一個只有當旋轉速度超過第四預定值時才通過旋轉速度信號的第一計算元件；一個第二計算元件，該第二計算元件接受從第一計算元件中輸出的一信號並且輸出一個信號(目標信號)，當所接受到的信號以相對較快地響應所接受到的信號增加時，該信號(目標信號)增加，並且當所接受到的信號以相對較慢地響應所接受到的信號而開始減少時，該信號(目標信號)慢慢減少；一個校正器，該校正器接受來自第二計算元件的信號(目標信號)並且把信號輸出到控制器中，從而基本上校正目標速度命令信號。
本發明的特徵在於第四預定值比最大旋轉速度大得多，而在發電機連接到其中的電力系統的正常工作中可以得到該最大旋轉速度。
在本發明中，第二計算元件在從第一計算元件所輸出的信號正在增加時產生相對較短時間常數的第一級滯後響應，和／或在從第一計算元件所輸出的信號正在減少時產生相對較長時間常數的第一級滯後響應。
在本發明中，第二計算元件在從第一計算元件所輸出的信號正在增加時產生相對較短時間常數的第一級滯後響應，和／或在從第一計算元件所輸出的信號正在減少時產生時間常數(該時間常數比該信號開始減少之前的信號的時間常數大)的衰減響應。
在控制器的計算裝置屬於PID計算型(P表示比例、I表示積分和D表示微分)的情況下，本發明的特徵還在於在所有的P、I和D工作之前加入校正信號。
此外，在控制器的計算裝置屬於PID計算型(P表示比例、I表示積分和D表示微分)的情況下，本發明的特徵在於加入只在P和I工作時產生作用的校正信號。
此外，本發明的特徵在於調整校正信號大小，因此，儘管來自控制器的關閉命令信號比緊接在負荷衰減之後的旋轉速度增加的停止要早，但是排量調節器的暫時打開可以開始。
此外，本發明的水泵水輪機包括一第一控制器，該控制器監控發電模式中的轉子的旋轉速度，並且控制排量調節器，從而在任何穩定狀態時把轉子的旋轉速度設置成預定值；及一第二控制器，該控制器在發電機的負荷衰減時，取代第一控制器用來控制排量調節器。本發明的特徵在於，至少剛好在負荷衰減之後，把第二控制器的目標旋轉速度設置成比瞬態時的第一控制器的目標旋轉速度高很多。
本發明的特徵在於抑制負荷衰減時的反向水流，而該負荷衰減切斷了由發電機所產生的電力。
本發明的特徵在於，在負荷衰減之後的瞬態時，轉子的旋轉速度不會象傳統控制器一樣快地下降到由控制器預定的值，而該負荷衰減切斷了由發電機所產生的電力。
本發明的特徵在於，在負荷衰減時，轉子的旋轉速度不會下降到由控制器預定的值，而該負荷衰減關閉了由發電機所產生的電力。
本發明的特徵在於，在負荷衰減之後的瞬態時，抑制反向水流，而該負荷衰減關閉了由發電機所產生的電力。
本發明的水泵水輪機的特徵在於，在負荷衰減時，抑制反向水流，而該負荷衰減關閉了由發電機所產生的電力。
本發明的水泵水輪機的特徵在於，在這樣的短時間內，轉子的旋轉速度不會下降到由控制器預定的值，從而在負荷衰減之後或者類似情況下，使旋轉速度增加到第一尖峰值。
此外，本發明的特徵在於，提供校正控制裝置，剛好在發電模式的負荷衰減之後，在旋轉速度快速增加之後，當旋轉速度開始下降到尖峰時，通過排量調節器上的控制器，該控制裝置中斷了控制，從而暫時使排量調節器打開，同時控制器關閉控制處於進行中；並且調整校正控制，從而暫時增加旋轉速度，因此至少在全負荷衰減時，旋轉速度不會直接從尖峰值下降到由控制器所預定的值或者其附近。
本發明的特徵還在於，在旋轉速度開始增加的最新時間時停止校正控制，並且使控制返回到控制器從而調整排量調節器。
當負荷衰減之後的旋轉速度開始減少時，暫時打開排量調節器的校正控制開始，並且持續到旋轉速度曲線從凸形曲線變化到凹形曲線的點(彎曲點)處。
接下來，在負荷衰減之後，剛好在旋轉速度開始減少之前，暫時打開排量調節器的校正控制開始，並且持續到在旋轉速度減少階段中旋轉速度曲線從凸形曲線變化到凹形曲線的點(彎曲點)處。
在本發明中，在旋轉速度點上，校正控制使全負荷衰減之後的旋轉速度停止第一次減少，並且代之而起的是從這裡開始增加該旋轉速度，該旋轉速度點位於額定旋轉速度(或者控制器的正常目標旋轉速度)和尖峰旋轉速度值之間的差值的1／3的上方。
此外，在本發明中，在全負荷衰減之後的旋轉速度下降到由控制器所預設的值(控制器的正常目標旋轉速度)之前，校正控制使旋轉速度的減少、停止和增加的設置重複許多次。
本發明的控制器包括關閉速度限制器，該限制器根據排量調節器的開度限制關閉排量調節器的速度。在這樣的情況下當排量調節器的開度是第一預定值或者大於第一預定值時，關閉速度限制器設計來把排量調節器的關閉速度限制到相對較高的第二預定值或者更小，或者，當排量調節器的開度是第一預定值或者小於第一預定值時，關閉速度限制器設計來把排量調節器的關閉速度限制到相對較小的第三預定值或者更小，只要排量調節器的開度大於第一預定值，則校正控制失去作用。
在負荷衰減之後，旋轉速度第一次減少，然後在一點(第一底部速度值)處通過校正控制變成增加，並且然後在另一點處(第二尖峰速度值)變成減少。校正控制進行調整從而使第二尖峰值小於第一尖峰值。
接下來，在第二尖峰值之後，旋轉速度減少，然後逐漸停止減少，並且在一點處(第二底部速度值)變成增加。校正控制進行調整從而使第二底部值小於第一底部值。
本發明的水泵水輪機的控制器包括用於探測旋轉速度的裝置；用於設置目標旋轉速度的裝置；用於至少輸入來自目標旋轉速度設置裝置的目標速度命令信號和來自旋轉速度探測裝置的實際速度信號之間的差值的信號(該信號稱為速度差值信號)，並且把開度命令信號輸出到排量調節器中的計算裝置；和一個放大來自計算裝置的信號並且控制排量調節器的裝置。該控制器還包括至少輸入旋轉速度信號的裝置(它稱為校正控制裝置)和基本上校正來自計算裝置的信號的裝置。
該校正控制裝置還包括一個只有當旋轉速度超過第四預定值時才允許旋轉速度信號通過的第一計算元件；一個第二計算元件，該第二計算元件接受從第一計算元件輸出的一信號，並且輸出一信號(目標信號)，在所接受到的信號增加的同時，該信號(目標信號)以相對較快地響應所接受到的信號快速增加，並且當接受到的信號開始減少時，該信號(目標信號)以相對較慢地響應所接受到的信號慢慢減少；一個比較目標信號和從第一計算元件中輸出的信號，並且輸出結果(差)的比較器；一個限制從比較器中輸出信號的正成分的第一限制元件；一個不完全微分從第一限制元件輸出來的信號的微分元件；及一個阻止從微分元件所輸出的信號的負成分，並且以預定值限制信號的正成分的第二限制元件。
在本發明中，第四預定值比最大旋轉速度大得多，而該最大旋轉速度可以在發電機連接到其中的電力系統的正常工作中得到。
本發明的特徵還在於，提供一第二計算元件，該第二計算元件在從第一計算元件輸出的信號正在增加時產生相對較短時間常數的第一級滯後響應，或者在信號開始減少之前，在從第一計算元件輸出的信號重新減少時，產生比信號的還長的時間常數的衰減響應。
本發明的特徵還在於，提供校正控制，該校正控制設計成根據旋轉速度的實際過渡期來決定信號輸出正時，並且在開始和重新設置之間保持輸出值不變。
此外本發明的校正控制設計成只工作在旋轉速度大於第五預定值時，而該第五預定值比穩定狀態時的目標值大，且在其它狀態時不起作用。
在緊急情況下，為了使處於發電模式中的水泵水輪機運轉立即停止，因此至少在緊急停止過程的初始時，通過控制器和校正控制這兩者的工作，本發明的水泵水輪機完全關閉排量調節器，並且使水泵水輪機的旋轉停止。
此外，在緊急情況下，為了使處於發電模式中的水泵水輪機運轉立即停止，因此在緊急停止過程的初始時，通過控制器和校正控制這兩者的工作，本發明的水泵水輪機首先減少S特性的不良影響，完全關閉排量調節器，並且使水泵水輪機的旋轉停止。
為了解決上述問題，本發明使排量調節器多次重複關閉和打開工作，從而使水停止流過轉子。
在本發明中，負荷衰減之後，在排量調節器的重複關閉和打開工作時，一步一步地進行排量調節器的關閉。
此外，在負荷衰減時的第一尖峰之後，在轉子的旋轉速度的減少比例變得最大之前，使排量調節器至少暫時打開一次。控制控制器，從而在負荷衰減之後的瞬態時抑制水的反流。
同樣地，在負荷衰減時的第一尖峰之後，在轉子的旋轉速度的減少比例變得最大之前，使排量調節器至少暫時打開一次。控制控制器，從而使轉子的旋轉速度的減少比例比增加比例小得多。
此外，同樣地，在負荷衰減時的第一尖峰之後，在轉子的旋轉速度的減少比例變得最大之前，使排量調節器至少暫時打開一次。控制控制器，從而消除水輪機的上遊側處的第二水錘尖峰，而根據傳統控制器，剛好在負荷衰減時轉子的旋轉速度開始減少之後，可以觀察到該水錘尖峰。
校正信號發生器被設置來把校正值供給到控制器中，從而在負荷衰減之後使轉子的旋轉速度的減少比例比旋轉速度的增加比例小得多。
校正信號發生器被設置來把校正值供給到控制器中，從而消除水輪機的上遊側的第二水錘尖峰，而在負荷衰減之後，緊接在轉子的旋轉速度開始減少之後，可以觀察到該第二水錘尖峰。
校正信號產生器被設置來把校正值供給到控制器中，從而消除水輪機的上遊側的第二水錘尖峰，而在負荷衰減之後，緊接在轉子的旋轉速度開始減少之後，可以觀察到該第二水錘尖峰。
此外，在負荷衰減時的第一尖峰之後，在轉子的旋轉速度的減少比例變得最大之前，使排量調節器至少暫時打開一次。控制控制器，從而調整校正控制，因此在旋轉速度的第一尖峰的周圍，上遊管子內的最大水壓被限制成接近不變。
一校正信號產生器被設置來把校正值供給到控制器中，從而校正控制器的輸出信號。在負荷衰減時，校正信號產生器輸出校正值，從而使轉子的旋轉速度的減少比例比旋轉速度的增加比例小得多。
一校正信號產生器被設置來把校正值供給到控制器中，從而校正控制器的輸出信號。校正信號產生器校正控制器的信號，從而消除了水輪機的上遊側內的第二水錘尖峰，而在負荷衰減之後，緊接在轉子的旋轉速度開始減少之後，可以觀察到該第二水錘尖峰。
一校正信號產生器被設置來把校正值供給到控制器中，從而校正控制器的輸出信號。校正信號產生器校正控制器的輸出信號，從而消除了水輪機的上遊側內的第二水錘尖峰，而在負荷衰減之後，緊接在轉子的旋轉速度開始減少之後，可以觀察到該第二水錘尖峰。
圖1表示傳統控制的示意圖。
圖2是具有3個水泵水輪機的整個動力設備的示意圖。
圖3表示解釋S特性的兩個圖。
圖4是由S特性所引起的正反饋作用的流程圖。
圖5是由S特性所引起的正反饋作用的流程圖。
圖6是解釋導向葉片的關閉模式和水錘之間關係的圖。
圖7是解釋相互水錘幹擾的圖。
圖8是解釋相互水錘幹擾的圖。
圖9是解釋相互水錘幹擾的圖。
圖10是根據傳統控制解釋負荷衰減時水泵水輪機的瞬時現象的一個典型示圖。
圖11是根據傳統控制解釋負荷衰減時水泵水輪機的單位排量對單位速度軌跡的圖。
圖12是本發明控制器的示意性方塊圖。
圖13是解釋速度控制的14是解釋速度控制的圖。
圖15是解釋導向葉片的關閉速度的局限性的圖。
圖16是解釋導向葉片的打開速度的局限性的圖。
圖17是校正限制電路的示意性方塊圖。
圖18是解釋校正限制電路工作的圖。
圖19是整個控制器的工作圖。
圖20是PID控制裝置的工作圖。
圖21是本發明的第二實施例的控制器的示意性方塊圖。
圖22是本發明的整個系統的工作圖。
圖23是解釋根據圖22的單位排量對單位速度軌跡的圖。
圖24是本發明的第三實施例的控制器的示意性方塊圖。
圖25是本發明的第三實施例的校正限制電路的詳細方塊圖。
圖26是本發明的第三實施例的校正限制電路的工作圖。
圖27是本發明的第三實施例的校正限制電路的工作圖。
圖28是本發明的第三實施例的校正限制電路的工作圖。
圖29是本發明的第三實施例的校正限制電路的工作圖。
圖30是本發明的第三實施例的校正限制電路的工作圖。
圖31是本發明的第三實施例的校正限制電路的工作圖。
圖32是本發明的第三實施例的整個系統的工作圖。
圖33是本發明的第三實施例的、負荷衰減時的時間響應圖。
圖34是解釋本發明的第三實施例的水泵水輪機的單位排量對單位速度軌跡的圖。
下面參照附圖來解釋本發明的一些實施例。
參照附圖2來解釋本發明的水泵水輪機的整個形狀。把儲存在上部容器101中的水導入到輸水管102中，然後藉助於輸水管103α-103γ分別分流到水泵水輪機14α-14γ中。
從輸水管103α-103γ進入到水泵水輪機14α-14γ的轉子114α-114γ中的水量由導向閥113α-113γ來控制，而這些導向閥各自由控制器110α-110γ來控制。使水慢下來的力使轉子114α-114γ旋轉，這些轉子的動力被傳遞到動力發生器111α-111γ中。由發生器111α-111γ所產生的電力供給到動力系統中。
通過水泵水輪機14α-14γ的水由水道104α-104γ導入到緩衝罐105中，從而進行減震。然後，通過水道106把水導入到下部的容器107中。在具有很多剩餘未用的電力的情況下如在晚上，水泵水輪機14α-14γ被反向旋轉，從而把水從下部容器向上泵到上部容器中。就這而言，該系統現在已準備好為下一次發電，從而為緊急需要電的時候作好準備。
下面解釋使用並聯的三個水泵水輪機的例子。具有S特性的水泵水輪機的上遊側、下遊側即兩側被連接起來，如圖15所示一樣。
S特性下面將解釋這種設備的特定S特性。
一般地，水泵水輪機的排出特性用一組特性曲線來表示，而特性曲線表示每單位壓頭的旋轉圈數(N1=N／H1／2)和每單位壓頭的排量(Q1=N／H1／2)之間的關係，使用導向葉片的開度作為特徵數據。另一方面，水泵水輪機的扭矩特性用一組特性曲線來表示，而特性曲線表示每單位壓頭的旋轉圈數(N1=N／H1／2)和每單位壓頭的扭矩(T1=T／H)之間的關係，使用導向葉片的開度作為特徵數據。這兩種特性曲線通常稱之為完美的特性。
在水輪機工作的範圍內，排量特性曲線具有一第一區域和一第二區域。在第一區域內，當N1值增加時，Q1值減小；在第二區域內，當N1值減少時，Q1值減少。為更容易理解，第二區域在本說明書中稱為S特性區域。
此外，在S特性區域內的水泵水輪機的特性在下文中稱為S特性。就S特性區域內的水輪機的工作而言，當每單位壓頭的旋轉圈數(N1)減少時，每單位壓頭的扭矩(T1)也減少了。
在第一區域內完成以水輪機模式進行的正常水泵水輪機工作。然而，由於負荷衰減使得每單位壓頭的旋轉圈數(N1)突然增加時，該水泵水輪機的工作就處於S特性區域內。
當水泵水輪機的工作開始於S特性區域內的一點時，水泵水輪機的運轉點沿著S特性區域內的曲線從一端移到另一端。最初，每單位壓頭的排量(Q1)和每單位壓頭的旋轉圈數(N1)減少。然後，水泵水輪機的運轉點沿著S特性區域內的曲線擺回(象擺錘)。自然地，每單位壓頭的排量(Q1)和每單位壓頭的旋轉圈數(N1)這兩者增加。在S特性區域內的這種往復運動無窮地繼續下去，除非導向葉片被關閉為止。同時，每單位壓頭的扭矩(T1)還在減少和增加之間擺動。這種擺動現象落在這樣的區域內，在該區域內，當N1值增加時，Q1值(或者T1值)增加。但是，特性Q1到N1是垂直的水泵水輪機也具有這種現象。這是因為，當比降δQ1／δN1或者δT1／δN1變大(變陡)時，控制器的速度控制系統變得不穩定。該S特性不僅含有這樣的區域在該區域內，當N1值增加時，Q1值(或者T1值)增加，而且還含有這樣的區域在該區域內，即使當比降δQ1／δN1(或者δT1／δN1)比0還小時，比降δQ1／N1(或者δT1／δN1)變大(變陡)。因此，不需要說明，本發明還可應用到具有這種陡比降的水泵水輪機中。
在水輪機工作區域內具有S特性的水泵水輪機的特性示出在圖3(A)和圖3(B)中。圖3(A)的水泵水輪機特性表明了每單位壓頭的旋轉圈數(N1)和每單位壓頭的排量(Q1)之間的關係，使用導向葉片開度作為參數。同樣地，圖3(B)的水泵水輪機特性表明了每單位壓頭的旋轉圈數(N1)和每單位壓頭的扭矩(T1)之間的關係，使用導向葉片開度作為參數。
在上面的描述中，符號N、Q、H和T各自表示旋轉的圈數、排量、有效壓頭和水泵水輪機的扭矩。
當導向葉片的開度相對較大並且被預定時，可得到特性曲線1和1』。當導向葉片的開度較小時，可得到特性曲線2和2』。當導向葉片的開度很小時，可得到特性曲線3和3』。
在特性曲線1的線段a-d-h中，當N1值減小時，Q1值減小。該線段在本說明書中被稱為S特性區域。同樣地，線段b-e-i被稱為特性曲線2的S特性區域，線段c-f-j被稱為特性曲線3的S特性區域。如初看去的一樣，特性曲線1的線段a-d-h比線段b-e-i長，線段b-e-i比線段c-f-j長。這意味著，當導向葉片的開度變得更小時，S特性的線段變得更短。
在與圖3(A)一樣的圖3(B)中，線段a』-d-h』、b』-e』-i』和c』-f』-j』是特性曲線1』、2』和3』的S特性區域。
圖3(B)與圖3(A)緊密相關。例如，圖3(A)的曲線3上的點x(該點滿足Q1=Q1x和N1=N1x)與圖3(B)的曲線3』上的點x』相對應。點x』滿足T1=T1r和N1=N1r(=N1x)。同樣地，圖3(A)上的點a，b，c，d，e，f，h，i和j分別與圖3(B)上的點a』，b』，c』，d』，e』，f』，h』，i』，和j』相對應。
曲線nr是無負荷的排量曲線。曲線nr和曲線1、2和3的交點α、β和γ與直線T1=0和曲線1』、2』和3』的交點α』、β』和γ』相對應。
下面將參照特性曲線1和1』來解釋水泵水輪機的水輪機工作(用來產生動力)。如上所述，當導向葉片的開度相對較大時，可得到特性曲線1與特性曲線1』相對應的特性。常常地，水泵水輪機的水輪機工作於特性曲線1的上方，這就是說，工作於S特性區域的線段a-d-h上方的曲線上。但是，例如，當水泵水輪機上的負荷突然減少時，水泵水輪機的旋轉圈數(N)急劇增大，N1值也急劇增大。水泵水輪機開始在S特性區域進行運轉。當運轉點進入S特性區域時，水泵水輪機的旋轉圈數(N)減少並且N1值和Q1值減少。因此，水泵排量(Q)減少了。圖4詳細地解釋了這一點。相反，當排量Q減少時，水泵水輪機的進入口和出口之間的壓頭(H值)增加。一旦N1值減少，那麼排量Q減少。排量Q的減少引起了水泵水輪機的有效壓頭H增加。另外，有效壓頭H的增加使得N1減少，而N1的減少使得Q1減少。在這種方法中，一旦水泵水輪機開始運轉在S特性區域中，那麼隨著速度從點a增加到點b(從而減少了S特性區域的Q1值)，Q1和N1減少。無需說明，變小的力如輸水管的磨擦及類似情況壓抑了Q的減少過程。無論如何，除了它們處於正的反饋電路之外，隨著速度的增加，Q1和N1容易減少。
當水泵水輪機的運轉點到達S特性區域內的點h(離開點a)時，上面現象逐漸減少並處於負的反饋電路中。該運轉點開始從點h稍後處向上移動(從而增加Q1)到S特性區域內的點a上。以與正反饋電路中一樣的方式產生運轉點的這種反向移動。圖5解釋了這種擺回。
如上所述，當水泵水輪機的導向葉片在負載減少之後保持打開時，水泵水輪機的運轉點在與導向葉片相對應的S特性曲線上擺動。因此，根據水泵水輪機特性進行工作在一些情況下是有害的並且危險。因為水泵水輪機的排量反覆地增加和減少，強烈的水錘反覆地產生於水電站的輸水管中。
當S特性區域變得較短時，工作在S特性區域期間所形成的這種不良影響減少了。例如，在水泵水輪機沿著含有線段b-e-i(該線段隨著導向葉片的開度減少而變得更短)的特性曲線2進行運轉情況下，可以減少這種影響。
在S特性區域內的水泵水輪機工作還反向影響水泵水輪機的扭矩。如圖3(B)所示一樣，當N1值在S特性區域內減少時，T1值減少。這裡，注意到，圖3(A)所示的特性曲線1上的點a和h各自與圖3(B)所示的特性曲線1』上的點a』和h』相對應。
假設有效壓頭H不變，減少T1意味著減少水泵水輪機的扭矩T。此外，下面這些是顯而易見的減少水泵水輪機的扭矩T可以引起水泵水輪機的旋轉圈數N的減少。當水泵水輪機的旋轉圈數N減少時，N1和T1順序地減少了。在實際工作中，如上所述，當有效壓頭增加時，這種減少隨著速度的增加而進行。因此，水泵水輪機的運轉點沿著特性曲線1』從點a』移動到點h』上，同時沿著特性曲線1移向較小的Q1值。這種移動與正反饋電路相同。在S特性區域內反向地進行這種移動時，運轉點從特性曲線1上的點h』移回到點a』上。從上面可以看出這些是顯而易見的扭矩波動是不可接受的。
負荷衰減之後水泵水輪機的運轉點沿著S特性曲線向下移動時，很快地關閉導向葉片是危險的。這是因為促使N1減少的這種作用發揮影響了。
共同水錘(mutual hammer)的幹擾在水輪機模式中，S特性的影響可以藉助下面方法來抑制例如當導向葉片的開度小於80％時，設置上部葉片的關閉速率，或者，在導向葉片的開度是80％或者更大時，把值設置得比上部葉片關閉速率還小。負荷衰減時，恰好在運轉點進入S特性區域之前，葉片關閉速率由「快」變成「慢」。這裡在關閉特性曲線中形成了彎曲。參照圖6，讓我們假設，例如，當導向葉片的開度差不多是100％時，形成負荷衰減(在時間t0處)。最初，導向葉片關閉得相對較快。當導向葉片的開度到達開度值Ya時，可以選擇較小的關閉速率範圍。
因此，當運轉點進入到S特性區域(在該區域內，在最大值上方處水泵水輪機的速度開始減少並且移向較小排量)時，葉片關閉速率被限制成相對較慢的速率。N1的過度正反饋現象的抑制加速減少了，因此可以防止過度的水錘尖峰。
圖6表示葉片關閉模式和水錘尖峰之間的關係，尤其地，在負荷衰減時，上部容器側的輸水管壓力Hp的升高依賴於根據導向葉片關閉而進行的葉片關閉速率的轉換。換句話，當增加導向葉片的開度Ya(在該開度時，葉片關閉速率從「快」轉換到「慢」)時，上部容器側上的第一尖峰輸水管水壓Hpx下降到Hpx1，但是第二尖峰輸水管水壓Hpy上升到Hpy1。下部容器側的輸水管水壓Hd的波形剛好象波型Hp的顛倒圖像(儘管它不能在圖6中看到)，並且第二尖峰的減少量Hy1比Hdy小。換句話說，當梯度被限制成較小值時，第一尖峰值Hpx下降，而第二尖峰值Hpy上升。最典型的例子是這樣的情況在彎曲點下方，快速關閉速率變得等於慢速關閉速率。
因此，只依賴於導向葉片關閉模式的彎曲來確定葉片關閉模式，因此上部容器側的輸水管水壓的尖峰值Hpx(該值出現在緊接負荷衰減之後的快速葉片關閉期間)接近等於上部容器側的尖峰輸水管水壓值Hpy(在速度開始減少之後，該值出現在S特性曲線的旁邊)。實際上，這一點是通過調整彎曲開度Ya、快速葉片關閉速度範圍(當Y＞Ya時)及慢速葉片關閉速度範圍(當Y＜Ya時)來實現的。
本發明的發明人認識到只依賴葉片關閉模式的彎曲是不夠的。例如，在這樣的情況下具有S特性的若干水泵水輪機被聯接在上遊側、下遊側或者在兩側上，如圖2所示，那麼這些是公知的相互水錘幹擾將會使上遊側的水壓產生不正常上升，或者使下遊側水壓產生不正常下降。假設水泵水輪機具有相同的技術要求，那麼就有各種問題。其中的一個問題是，負荷連續衰減時(這種衰減一個接一個地減少水泵水輪機的負荷)的最大上遊側水壓比自動負荷衰減時的最大上遊側水壓高。另一個問題是，負荷連續衰減時(這種衰減一個接一個地減少水泵水輪機的負荷)的最小下遊側水壓比自動負荷衰減時的最小下遊側水壓低，並且分開的水柱是在極端的情況下產生的。更糟的是，使情況變得更壞的條件如時差難以預先知道，因為這些不正常的錘擊現象與沿著S特性的軌跡的精確正時密切相關。圖7、8和9是解釋在連續負荷衰減時為什麼這些條件難以預先知道的圖。這些附圖假設三個水泵水輪機一起被連接到一個上遊側輸水管上和一個下遊側輸水管上。在這個例子中，水泵水輪機#1在20秒的時間點處被全負荷衰減。在全負荷衰減後的Td1秒之後，水泵水輪機#2被全負荷衰減。在第二個全負荷衰減後的Td2秒之後，水泵水輪機#3被全負荷衰減。其結果是，在負荷衰減後的33．6秒或者13．6秒的時間點處，水泵水輪機#1的下遊側水壓下降很快。
這種相互水錘幹擾產生了突變的尖峰脈衝形下遊側水壓降。儘管如此，為了抑制水泵水輪機的下遊側輸水管處的水柱分離，水泵水輪機一定得安裝得儘可能的低，並且確保在下部容器上方具有足夠的水位差。一般地，這就增加了安裝水泵水輪機要挖的土的數量，並且增加了施工費用。
在這種情況下，它不是如此明顯，以致由於相互幹擾所引起的不正常水錘出現上遊側，因為當每個水泵水輪機全負荷衰減(參見圖10)時，葉片關閉模式設置成使葉片關閉期間的上遊輸水管水壓尖峰Hpx比上遊輸水管水壓尖峰Hpy(該尖峰出現在旋轉速度開始減少之後的S特性旁邊)高。換句話說，這種情況假設，Hpx設置成全部比Hpy高，並且使所設計的上遊水壓全部形成得較高，因此減少了上遊結構／施工費用。當然，Hpx必須更小，從而減少上遊側結構費用。為此，一定得消除上遊側輸水管內的相互水錘幹擾。即使通過使用圖10的葉片關閉模式來消除由於上遊側輸水管內的相互水錘幹擾而引起的不正常壓力上升時，但是由於下遊側輸水管內的相互幹擾所引起的尖峰脈衝仍然存在。(參見圖7、圖8和圖9。)S特性的影響和水錘抑制的原理在詳細解釋控制電路之前，為了容易理解，下面將解釋控制原理。
儘管這裡對它們作了解釋，但是在控制電路中省去了一些部分。但是，它們可以裝在控制電路的軟體中，使用者可以選擇使用。
緊接著在水泵水輪機上的負荷減少時，發電輸出變成0，但是在水輪機輸出變成0之前有時間延遲，而該時間延遲期間，轉數增加。當然，這種輸出差所引起的剩餘能量藉助於慣性作用而暫時儲存在轉子中，這是本發明的意圖。剛好在開始減少之後使旋轉速度直接減少到額定旋轉速度或者其附近意味著立即釋放所儲存的能量。突然從轉子中釋放慣性能量是一種問題，因為存在一些東西來接受這種突然從轉子中釋放的能量。它就是水泵水輪機的上遊側和下遊側處的長水柱。這種突然的能量釋放將使水柱大大減速，並且進一步產生水泵工作流量。負荷衰減之後的目標水排量是無負荷排量。理想地，希望從負荷衰減之前的輸出當量的排量平滑地移動到無負荷排量上。但是，實際排量暫時直接到水泵區域中。不用說，水柱的這種不正常加速產生了反作用力。即，能量釋放產生了過量的水輪機工作流量，該工作流量遠遠超出了來自水泵工作流量的無負荷排量。這個時候，轉子藉助於慣性作用接受水柱能量，因此旋轉速度又增加了。在這種方法中，這種過量剩餘能量在轉子的慣性作用和水柱之間變動，並且引起水泵水輪機排量過度變動。這在水泵水輪機的上遊側和下遊側的輸水管處形成了劇烈的水錘尖峰。圖11表示與圖10所示一樣的、在負荷衰減時水泵水輪機的運轉點移動的一個例子。控制旋轉速度的控制器需要負荷衰減之後的旋轉速度第一次突然減少，而問題產生於該負荷衰減。對控制器而言，這是必然要求。換句話說，對具有S特性的水泵水輪機而言，根據排量控制和錘擊控制來判斷，它是不旋轉的，從而在負荷衰減時只根據控制器的要求來控制。因此，最重要的事情是施加校正控制，從而暫時使由控制器來認知的目標旋轉速度基本上比處於穩態時的目標值大，並且在負荷衰減之後使第一次速度減少直接達到額定旋轉速度或者其附近。
實際上，負荷衰減之後馬上使控制器的速度設置暫時增加從而進行校正時，控制器假定在速度充分減少之前得到所期望旋轉速度，控制器開始打開關閉的導向葉片。
在負荷衰減之後，剛剛在旋轉速度增加之後，急忙增加控制器的速度設置從而進行校正，然後開始減少，這些都太晚了。因此，建議根據旋轉速度的增加而增加控制器的速度設置，同時緊接在負荷衰減之後增加旋轉速度。當旋轉速度平滑增加時，可以平滑地增加速度設置。
在這樣做之後，一定要儘可能快地取消上面目標速度校正。否則，在負荷衰減之後，可以使速度減少降慢。因此，在速度開始減少之後需要逐漸地取消(減少)校正控制，並且在穩定狀態時基本上完全取消。
在緊接在負荷衰減(該負荷衰減位於衝入S特性區域內的運轉點之前)之後的第一速度增加中，應該儘可能快地關閉導向葉片，直到上遊側和下遊側的錘擊允許為止。在運轉點衝入S特性區域之前，這使得沿S特性運行的距離儘可能小。因此，這裡，只要它不阻塞第一葉片關閉，需要在負荷衰減之後的第一速度增加期間抑制增加速度設置。換句話說，建議使運轉點跟著在它們之間具有預設距離的速度增加曲線的下方，並且沿著該曲線運行。
換句話說，調整校正控制，因此在負荷衰減之後，在排量控制裝置或者導向葉片的開度降落到小於第一預定值之前，控制器所需要的排量控制裝置的關閉工作可以不被阻塞。
更加詳細地說，在負荷衰減之後，在排量控制裝置的開度降落到小於第一預定值之前，應該使校正控制可以暫時打開排量控制，而與來自控制器的連續關閉命令信號無關，且排量控制裝置的關閉速率小於第三預定值。
在負荷衰減時第一速度上升停止於一點(該點被稱為第一速度尖峰)並且運轉點開始沿著S特性曲線向著較小排量下降之後，校正控制應該被調整來暫時打開排量控制裝置。這可以消除S特性的振動。
其結果是，在第一速度減少時，在比在穩定狀態時由控制器給定的正常目標速度值(該值稱為第一底部值)還高得多的點處，旋轉速度停止減少並且開始增加。其結果是，第一速度減少限制了由水泵水輪機的上遊側輸水管和下遊側輸水管內的水柱接受的能量。
儘管它依賴於水泵水輪機的特性，但是水泵水輪機的運轉點沿著S特性曲線向著較小排量移動的時期相當於彎曲點或者彎曲點附近，而在該彎曲點或者彎曲點附近，速度曲線從「減小」(一個尖峰)變成「增加」(一個底部)。相應地，該排量控制裝置因校正控制而進行的暫時打開應從負荷衰減之後的旋轉速度開始在第一尖峰的上方減少的一個時間點最晚持續到在速度曲線從「尖峰」變到「底部」的一時間點。
更加有效的是，在旋轉速度到達第一尖峰之前的一會兒，校正控制應該開始。(這沒有時間延遲)換句話說，下面是有效的在速度到達第一尖峰並且使它繼續到達彎曲點(在該彎曲點處速度減少曲線從「尖峰」變成「底部」)之前的一會兒，校正控制開始使排量控制裝置暫時打開。因此，在比正常目標速度值高得多的點處，旋轉速度停止減少並且開始增加，而該目標速度值(該值被稱為第一底部值)在穩定狀態時由控制器來給定。還是在這種情況下，第一速度尖峰幾乎保持不變。對於具有S特性的水泵水輪機而言，在排量控制裝置或者導向葉片的當前開度時，第一速度尖峰依賴於水泵水輪機的S特性的開始點(N1)。N1的變化幾乎不受導向葉片開度的影響。
當然，需要時可以進行校正控制，但是在使用之後應該儘可能快地取消這種校正控制。否則，負荷衰減後的旋轉速度永遠不會返回到控制器所需要的預定值了。在這種情況下，旋轉速度開始增加，再一次通過第一底部，然後停止增加，並且再一次在一點處(該點稱為第二尖峰)開始減少。取消校正控制的速率被設置得便於使第二尖峰低於第一尖峰。
在第二尖峰之後，旋轉速度開始再一次減少，然後停止減少，並且在一點處(該點稱為第二底部)開始再一次增加。同樣地，取消校正控制的速率設置得便於使第二底部低於第一底部。
在同樣意義上，當旋轉速度在負荷衰減之後增加時，控制器被進行校正控制，從而使目標速度基本增加。校正控制在速度再一次開始減少之後被逐步取消(減少)，並且在穩定狀態時基本上完全被取消。
對於具有控制器的傳統水泵水輪機而言，該控制器包括探測旋轉速度的裝置、設置目標旋轉速度的裝置、計算裝置，該計算裝置輸入來自旋轉速度探測裝置的目標速度命令信號和來自旋轉速度探測裝置的實際速度信號之間的差值的信號(該信號稱為速度差值信號)，並且把開度命令信號輸出到排量調節器中，和一個放大來自計算裝置的信號並且控制排量控制裝置(排量調節器)的裝置，當該控制器還包括輸入一速度信號並且把用來基本上校正所述目標速度命令信號的一輸出信號輸出到控制器中的裝置(校正器)時，可以採用本發明。
下面將解釋所述校正控制裝置的實施例。所提出的校正控制裝置包括一第一計算元件，當旋轉速度通過第四預定值時，該元件只通過旋轉速度信號；及一第二計算元件，該元件接受從所述第一計算元件輸出的信號，並且輸出一信號(目標信號)，在所接受到的信號增加的同時，該輸出信號以相對較快地響應所接受到的信號而增加，並且當接受到的信號開始減少時，該輸出信號以相對較慢地響應所接受到的信號而慢慢減少，並且校正控制裝置把所述第二計算元件的輸出或者所述目標信號供給到所述控制器，從而基本上校正所述目標速度命令信號。
在發電機連接到電力系統中的同時，在水泵水輪機的正常工作期間，所述校正控制裝置應該保持不工作。相應地，所述第四預定值一定設置得比在正常工作中，在發電機連接到電力系統中時產生的最大速度高得多。
所述第二計算元件的優選實施例在從所述第一計算元件輸出的信號正在增加時產生相對較短時間常數的第一級滯後響應，或者在從所述第一計算元件輸出的信號正在減少時產生相對較長時間常數的第一級滯後響應。
所述第二計算元件的另一個優選實施例在從所述第一計算元件所輸出的信號正在增加時產生相對較短時間常數的第一級滯後響應，或者一旦速度開始減少，就產生相對較長時間常數的衰減響應，在減少之前作為開始點，該衰減響應沿著具有輸出的衰減曲線進行衰減。
下面將解釋把所述校正控制信號施加到所述控制器上的一些具體方法。其中的一個方法是在控制器的計算裝置屬於PID計算型的情況下，在所有的P、I和D(P表示比例、I表示積分及D表示微分)工作之前施加所述校正信號。
另一個方法是在控制器的計算裝置屬於PID計算型的情況下(P表示比例、I表示積分及D表示微分)，把所述校正信號施加到控制器上，從而只具有P和I工作時的效果。
此外，通過使所述校正控制裝置開始暫時打開所述排量控制裝置(與來自所述控制器的連續關閉命令信號無關)的時間點比緊接在負荷衰減之後的旋轉速度停止增加的時間點早一些，從而消除了校正控制的延遲。
還可通過設置一第二控制器來使本發明獲得相同的效果，該第二控制器構成得用來在負荷衰減之後取代所述第一控制器控制該排量控制裝置，使所述控制器的目標速度大大高於緊接一負荷衰減之後臨時狀態下所述第一控制器的目標速度來得到本發明的相同效果，該排量控制裝置切斷所述發電機所產生的動力。
在負荷衰減後的速度減少的同時，校正控制應該施加到從控制器輸出的命令信號中，從而暫時打開關閉的導向葉片並且減緩或者阻止由於S特性所引起的N1減少。因此，這抑制了排量的過度減少或者過度調節。
當旋轉速度開始反向增加時，控制器上輸出來打開導向葉片的校正控制應該停止。這是因為，隨著在這個時期內運轉點沿著S特性曲線向著較高排量移動，導向葉片的開度變得更大，S特性的影響被加強了。
此外，當速度減少曲線沿著S特性曲線向著更小的排量減少到彎曲點並且在該點反向向上移動到較大排量時，通過所輸出的控制器的校正控制使所述排量控制裝置暫時打開應該繼續下去，直到運轉點到達彎曲點(在該點處，速度曲線從「尖峰」變成「底部」)為止。
更加有效的，在旋轉速度開始減少之前的一會兒而不是在旋轉速度開始減少之後，通過控制器的輸出控制使所述排量控制裝置開始暫時打開。(這樣沒有時間延遲)也就在這種情況下，第一速度尖峰幾乎保持不變。
對於具有S特性的水泵水輪機而言，在排量控制裝置或者導向葉片的目前開度下，該第一速度尖峰依賴於水泵水輪機的S特性的開始點(N1)。N1的變化幾乎不受導向葉片開度的影響。
接下來，如果所述校正控制效果太小，那麼負荷衰減之後的第一排量減少變得太大，並且允許水反向流動。通過實驗，本發明的發明人已經知道，第一排量減少應該是大約2／3的第一速度減少(ΔN)或者更少。
也就是說，所述校正控制應該設置為標準值，以致第一速度減少量可以是額定的旋轉速度(或者控制器的正常目標速度)加上大約1／3的ΔN。
校正控制只使一種速度從減少變化到增加是優選的，從而把全負荷衰減之後的旋轉速度調整為由控制器預定的值上(或者控制器的正常目標速度)。但是，在一些情況下，由於轉子的慣性作用所儲存的能量逐漸釋放出來，因此所述校正控制最好使後續速度反覆變化。
在本發明中，所述控制器應該包括一個根據排量調節器的開度限制關閉排量控制裝置的速度的關閉速度限制器。如果當排量調節器的開度是第一預定值或者高於第一預定值時，關閉速度限制器設計成把排量控制裝置的關閉速度限制到相對較高的第二預定值上或者小於該第二預定值，或者，當排量調節器的開度是第一預定值或者低於第一預定值時，把排量調節器的關閉速度限制到相對較小的第三預定值上或者小於第三預定值，換句話說，如果所述速度限制器具有彎曲功能的話，即使所述校正控制失敗了，但因該彎曲功能產生的保護仍可得到保證。在這個意義上，在所述排量控制裝置的開度超過了所述第一預定值時，控制器輸出的校正控制應該是不起作用的。
在負荷衰減之後，通過校正控制，旋轉速度首先減少，並在一點處(第一底部速度值)轉變成增加，然後在另一點(第二尖峰速度值)轉變成減少。所述校正控制應該調整成使所述第二尖峰低於所述尖峰值(或者第一尖峰值)，並且逐漸地釋放儲存在轉子的慣性作用中的能量。
接下來，在第二尖峰值之後，旋轉速度減少，然後逐漸停止減少，並且在一點處(第二底部速度值)轉變成增加。同樣地，校正控制應該調整成使第二底部值小於第一底部值。
旋轉速度的工況是最優選的，從而觀察負荷衰減時的水泵水輪機的臨時現象，尤其是S特性區域內的水泵水輪機的工況。它不僅反映了現象，而且顯示了光滑、穩定和無噪聲的曲線。因此，所述控制器輸出校正控制裝置應該是這樣設置，以致於至少輸入旋轉速度信號，並且校正所述控制器的所述計算元件的輸出，從而打開排量控制裝置。
在發電機連接到發電系統上且速度變化非常小時，在水泵水輪機的正常工作中不需要所述校正控制。因此，只有當旋轉速度是第四預定值或者更大時，信號才應該輸入到所述控制器輸出校正控制裝置中。由於本發明的效果是為了逐漸減少負荷衰減之後的旋轉速度，因此建議根據負荷衰減的情況為相應的負荷衰減選擇速度減少模式(模式曲線)，並且與速度減少模式相比控制實際旋轉速度。所述控制器輸出校正控制裝置的第二計算元件產生了這種速度減少模式(模式曲線)。通常，如果只根據實際旋轉速度和速度減少模式之間的差形成所述校正控制，那麼實際控制正時將延遲。為了防止這一缺陷，需要進行微分。為產生校正信號，進行不完全微分非常方便，因為穩定狀態的不完全微分總是0。考慮到這些，可以設計出控制器輸出信號校正控制裝置。實際上，本發明的水泵水輪機的校正控制裝置包括一第一計算元件，只有在旋轉速度超過第四預定值時，該計算元件允許旋轉速度信號通過；一第二計算元件，該計算元件接受從第一計算元件輸出的信號並且輸出一信號(目標信號)，該信號(目標信號)在所接受到的信號正在增加時，以相對較快地響應所接受到的信號而增加很快，並且當接受到的信號開始減少時，以相對較慢地響應所接受到的信號慢慢減少；一比較器，該比較器比較目標信號和從第一計算元件中輸出的信號，並且輸出一結果(差值)；一個限制從比較器中輸出來的信號的正成分的第一限制元件；一個對從第一限制元件中輸出來的信號進行不完全地微分的微分元件；及一個阻塞從微分元件中輸出的信號的負成分且以預定值限制信號的正成分的第二限制元件。
當控制器輸出校正控制裝置被設置成只工作在負荷衰減時，需要使所述第四預定值充分比產生於正常工作期間的最大值還高，同時所述發電機連接到電力系統中。
在從第一計算元件所輸出的信號正在增加(因為需要沿著速度增加曲線進行快速移動)時，所述第二計算元件被形成來產生相對較短時間常數的第一級滯後響應，或者形成一相對較長的時間常數的響應，從而在旋轉速度開始再一次減少之後，逐漸減少旋轉速度。
請注意到，當所述控制器輸出校正控制裝置和所述控制器這兩者同時工作時，會產生有害的幹擾。為了防止這種幹擾並且主要使具有控制器輸出校正控制的控制器控制最小化，控制器輸出校正控制裝置的輸出應該被控制成具有梯形波形，或者被控制成變化得如此慢以致於不能阻塞控制器工作。
當所述控制器輸出校正控制裝置工作主要用來增加旋轉速度時，在一些情況下，校正控制的工作與控制器的旋轉速度的恢復相反。綜合考慮的結果是，有時會發生旋轉速度不會到達預定值。為了防止這個，應該限制被校正控制過的旋轉速度。這就是為什麼只有當旋轉速度處於比穩定狀態時的目標值更高的第五預定值時或者更大時，使所述控制器輸出校正控制裝置工作的原因。
在緊急情況下在發電模式時突然停止水泵水輪機運轉，需要打開電路開關來保護電裝置如發電機。但是，所述排出控制裝置一定不能很快關閉，而要用控制器控制。如果所述排量控制裝置很快關閉，那麼使得本發明的S特性控制沒有用處，從而失去了本發明的極好效果。因此，需要保持控制器和所述校正控制裝置兩者工作在緊急停止過程的早期階段，該早期階段至少伴隨著速度升高並且需要工作在S特性區域內，以便抑制S特性的影響、執行正常緊急工作(即充分關閉所述排量控制裝置)並停止水泵水輪機的運轉。
控制電路12是水泵水輪機的控制器的示意性方塊圖。這種方塊圖具有一速度探測器1，它用來探測水泵水輪機100的旋轉速度N；一速度探測信號Xn；一速度控制裝置2，它用來設置標準旋轉速度；一個來自速度控制裝置2的設定值X0；一加法器3；一個來自速度控制速度設定元件的恢復信號Xσ；一個從加法器3中輸出的信號Xε；一個來自校正控制電路200的校正控制信號X200。通過用校正控制信號X200來校正Xε所得到的信號X20A供給剛好在該信號下方的PID工作電路中。一比例元件4a(P元件)用在正常發電模式中，在該模式中發電機連接到較大的動力系統中。一比例元件4b(P元件)用於負荷衰減之後的無負荷工作中。該比例元件4a的放大係數KPa比比例元件4b的放大係數KPb大。
一積分元件5a(I元件)用在正常的發電模式中。一積分元件5b(I元件)用於負荷衰減之後的無負荷工作中。該積分元件5a的放大係數Kia比積分元件5b的放大係數Kib大。接觸點19a和19b直接或者間接地探測發電機的電路開關的關／開狀態(發電機不能在圖12看到)。當電路開關打開時，接觸點19a和19b同時擺動從而打開下部接觸點和關閉上部接觸點。在每側19a或者19b上的兩個接觸點要求使P和I元件同時切換。
微分元件6(D元件)輸出一信號Zd。接觸點19b輸出來自比例元件的一信號Zp和來自積分元件的一信號Zi。
加法器7加入這些信號。信號Z是比例元件的輸出Zp、積分元件的輸出Zi和微分元件的輸出Zp的總和。信號Z是葉片開度命令信號。實際葉片開度用信號Y來表示。加法器8、限制器9和油壓伺服馬達10構成了一種油壓放大器。它構成了作為輸送功能的、具有限制器的第一級滯後元件，並且把葉片開度信號Z放大到葉片開度Y中，該葉片開度Y具有一行程和一個足夠強大的工作力，從而直接使作為排量控制裝置工作的導向葉片進行工作。信號Yε1表示葉片開度命令信號Z和實際葉片開度Y之間的差值。限制器9含有θR，而θR把葉片開度比限制到θR·Cy；把葉片關閉速度限制到θ1。Cy的θL。考慮到所述葉片開度和關閉速度限制，信號Yε2通過限制差值信號Yε1來得到。理想的葉片開度設置Ya從輸出控制裝置13輸出到加法器11中。如果實際葉片開度Y比Ya小(或者Y＜Ya)，那麼打開信號σ(Ya-Y)連續地供給到PID工作元件中，直到差值Ya-Y變成0為止。最後，實際葉片開度Y等於葉片開度設置信號Ya，並且打開信號σ(Ya-Y)停止。速度控制速率設置塊12設定上述係數σ。換句話說，係數σ是放大係數，該放大係數決定葉片開度Y的變化與速度探測信號Xn的變化之比值。總之，根據動力系統的相關設備的作用或者分擔的負荷比例來確定它。一旦它被確定，那麼它永遠不改變。水泵水輪機的控制器還包括具有輸水管系統的水輪機14的元件。相關設備的負荷電力L供給到發電機中，而該發電機直接連接到水輪機的軸上。從電力系統中供給負荷電力RL。信號Pg是負荷電力L和RL的結合或者發電機的負荷。從電力系統中給出負荷特性17b。水輪機100的自控制能力塊17a是機械損失總和的特性塊，這些機械損失根據速度的增加、效率的減少等等而增加。相應地，信號RT表示了由於自控能力伴隨著旋轉速度的改變而引起的水輪機輸出損失。因此，當從水輪機看去時，RT和Pg可以被認為是一種負荷。換句話說，它們的總和可以被假設是消耗水輪機的輸出Pt的負荷L∑=Pg+RT的總和。信號(Pt-L∑)被供給到轉子的慣性作用部分16上，並且轉子的慣性作用部分16的輸出變成旋轉速度N。在負荷衰減之後，信號P變得等於信號L。
接下來，參照圖13和圖14來解釋速度控制裝置2、輸出控制裝置13和速度控制速率設置塊12的作用，假設無負荷葉片開度是0．2(pu)。實線向著圖13的右邊向下延伸，該實線表示剛好在動力設備連接到電力系統之前的導向葉片開度。換句話說，這種實線和額定速度N(同步速度)線的交點表示導向葉片的開度。目前無負荷葉片開度是0．2。在水輪機開始之前，該實線設置得較低，例如，該線設置在圖13的虛線上。如在該圖中所看到的一樣，在圖13的實線下方，速度控制裝置2平行地上下移動實線。當交點(無負荷葉片開度02)上下垂直移動時，出現了名稱「速度控制裝置」。接下來參照圖14解釋在動力設備連接到電力系統之後的交點的情況。最初，實線和額定速度線的交點是Y=1．0。這表明了「運轉在100％的負荷」，該線在圖13中用虛線表示。在這種方法中，藉助於平行地向左或者向右移動實線，輸出控制裝置13控制導向葉片的開度。當動力設備連接到無限制電力系統中，旋轉速度基本上定位在1．0處。當線N=1．0上的交點根據實線的水平移動而左右移動時，得出了名稱「速度控制裝置」。在穩定狀態時，水泵水輪機工作在點(N=0．1，Y=1．0)上，如圖14的實線所示一樣。假設動力系統的頻率增加3％，並且額定速度N移動到1．03處。葉片開度Y到達0．2處。同樣地，假設動力系統的頻率增加1．5％，那麼葉片開度Y設置成0．6。在這種方法中，速度控制速率設置塊12在頻率變化寬度和葉片開度寬度之間成正比關係。當速度控制速率設置塊12的放大係數增加時，圖14的實線向著右邊更加急劇減少。與頻率變化寬度相一致的葉片開度的放大係數減少了。因此，如果產生了負荷衰減，同時水泵水輪機運轉在額定速度(N=1．0)和全負荷(100％)(在圖14的實線上)，那麼控制器進行工作從而最後把旋轉速度N設置成1．03(通過所控制的速度增加量使之比額定值高)。
圖15是表示水泵水輪機的葉片關閉速度範圍的典型例子。
傳統地，水泵水輪機的旋轉速度被限制，因此，如果葉片開度Y比葉片開度Ya大，該線的斜率就不比θ1a大，或者如果葉片開度Y比葉片開度Ya小，該線的斜率就不比θ1b(θ1b比θ1a小)大。換句話說，圖24所示元件9的θL設置成正切(θ1a)／Cy，如果葉片開度Y比葉片開度Ya大，那麼該正切tan(θ1a)／Cy相對較大，或者如果葉片開度Y比葉片開度Ya小，該正切tan(θ1a)／Cy相對較小。另一方面，如在葉片關閉工作一樣，當葉片開度工作不受S特性影響時，元件9的θL設置成θ2，該θ2滿足｜θ1a｜＞｜θ2｜＞｜θ1b｜，而與葉片開度無關。
圖17表示本發明控制器的校正控制電路200的示意性方塊圖。校正控制電路接受Xn速度探測信號並輸出X200。校正控制電路200具有加法器209和積分器210。在負荷衰減開始時，積分器210具有初始值1．0，該初始值1．0等於額定旋轉速度。加法器209的輸出X209是Xn的不完全微分。可以通過X209來區別dN／dt是正的(增加速度)還是負的(減少速度)。
當X209是正的時開關電路211輸出1．0，當X209是負的時輸出0。電路201用作一個只通過比該值Xc1大的Xn的被動元件。值Xc1應該比等於額定速度的Xn=0．1大，並且在發電機連接到電力系統中的正常工作中不能得到該值，而只有在衰減負荷時可以得到該值。例如，所設置的值Xc1是1．04到1．05。當開關211的輸出X211是正的時，繼電器元件203輸出來自加法器202的信號X202，當開關211的輸出X211是負的時，輸出為0。積分器204接受從繼電器元件203中輸出的信號X203。就這些而言，信號X204對信號X201的響應是時間常數1／Kc1(放大係數1)的第一級滯後響應，同時旋轉速度增加，或者在該值上保持不變(它剛好在速度開始減少之前)，同時速度減少。時間常數1／KC1比時間常數1／Kc3小得多(後面將作解釋)。加法器205從信號204中去掉信號207(後面將作解釋)，並且產生信號X205。當開關211的輸出211是負的時，斷電器元件206輸出來自加法器205中的信號X206，或者當開關211的輸出211是正的時，輸出為0。積分器207接受來自斷電器元件206中的信號X206。
就這些而言，信號X205對信號X204的響應是不完全微分，該不完全微分按指數律地慢慢減少信號X204，同時速度減少。它的時間常數是1／KC3，並且放大係數是1。另一方面，當信號X204的值增加時，同時速度增加並且剛好在速度開始增加之前信號X207保持為一個值，信號205的值增加。換句話說，當速度增加時，信號X205的值增加，並且當速度開始減少時，它按指數律地慢慢減少。這等效於負荷衰減時的速度變化模式曲線。
參照附圖，下面將解釋校正控制電路200的工作。在圖18中，曲線X201表示通過使速度探測信號Xn通過被動元件(1．04到1．05)所得到的信號X201的情況。放大係數Kc4與信號201的第一級滯後信號(1／Kc1的時間常數)的積作為校正信號X200而輸出。相應地，校正信號X200的變化接近與信號X201相同，直到時間點X201為止。因此，實際轉數Xn增加，直到時間點201A為止，並且校正控制信號X200以第一級時間滯後的方式而增加。
然後，實際轉數Xn減少到時間點X202A。在這個時期內，信號X204保持藉助於繼電器元件203(虛線部分)所設置的時間點X201A的值。含有積分器207的不完全微分電路接受信號X204、產生相對較長的時間常數(1／KC3的時間常數)的不完全微分響應和產生是信號X204的減少信號的信號X207。該信號作為校正控制信號X200輸出。換句話說，逐漸從時間點X201A的值減少的值作為時間點X201A和X202A之間的校正控制信號X200而輸出。
接下來，參照圖12、圖19和圖21來解釋考慮到具有校正控制信號X200的葉片開度信號Z的情況。來自加法器3的信號Xε和校正控制信號X200加到輸入信號X20A(或者X20B)中。對這種輸入信號X20A進行PID處理(或者對輸入信號X20B進行PI處理)，並且其結果作為葉片開度指令Z輸出。
圖21是圖12的實施例的改進後的控制電路的示意性方塊圖。微分元件6(D元件)輸入Xε。PI工作電路的輸入X20B通過校正具有校正控制信號X200的信號Xε來得到。即，校正控制電路只對比例元件(P元件)和積分元件(I元件)直接具有影響。其它電路結構與圖12的一樣。這裡省去它們的細節。
圖22表示水泵水輪機的時間響應，該水泵水輪機在負荷衰減時採用了圖21和圖17所示的上述實施例。圖22表示水輪機的葉片開度Y、旋轉速度N、排量Q、進水壓力Hp和負荷衰減時水輪機的出水壓力Hp的過渡時期。
當校正控制工作在導向葉片上進行從而打開它們時，同時旋轉速度減少時，在第一次速度減少階段不會發生旋轉速度垂直降到由控制器所預定的值上(額定速度加上速度控制速度)。同樣地，水排量也向著無負荷排量平滑減少，而沒有暫時的反流(水泵運轉流動)。圖23表示在負荷衰減時水泵水輪機的運轉點如何工作在N1-VS-Q1完整特性上。從這種移動(軌跡)來看，容易理解專門由S特性所引起的振動(它使排量在無負荷運轉前後擺動)被大大地抑制了。與圖17的曲線圖相比，其效果更加顯而易見。圖18和圖19表示圖17的葉片校正控制電路的每個元件的情況，圖17分離出圖22和圖23的響應曲線。圖20表示處於這種狀態時的PID控制器的每個工作元件的輸出。
就這而言，最後的葉片開度指令的情況用圖19的曲線圖Z來表示。無需說明，本發明可以應用到採用了傳統同步機器的泵送動力系統中。
但是，應當清楚地明白，上面實施例只是起著易於理解的作用而不是用來限制本發明的範圍。
從上面的描述可知本發明的效果是顯而易見的。即如圖22所示一樣，在負荷衰減時排量可以光滑地集中到無負荷排量上，而不會有任何過度排量波動。為此，上遊側水壓增加量、尤其是第二尖峰Hpy形成得很小或者在極端情況下幾乎消除了。儘管存在傳統控制的局限性在任何條件下，第一尖峰Hpx一定得比第二尖峰Hpy小，但是這種效果可以大大地減少第一尖峰Hpx。其結果是，可以大大地減少上遊側輸水管和水泵水輪機本身內的設計水壓。同樣地，可以大大地減少由於S特性所引起的下遊側輸水管的水壓降範圍。尤其地，可以消除由水泵水輪機的相互幹擾所引起的不正常尖峰脈衝，而這些不正常尖峰脈衝共同作用於下遊側輸水管中。就這個而言，水泵水輪機可以安裝得比下部容器的上述高度還高，從而減少了要挖的土量(在地下動力站的情況下)。
此外，本發明的效果可以大大地減少由於S特性所引起的反常排量波動的範圍。這可以大大地減少作用在水泵水輪機上的暫時水推力波動，這可以導致止推軸的合理化設計。傳統地，為了抑制共同作用在上遊側輸水管或者下遊側輸水管內的、水泵水輪機的反常錘擊幹擾，因此限制水泵水輪機的工作。本發明的效果可以使水泵水輪機擺脫這些局限性，並且允許水泵水輪機在沒有限制的情況下進行運轉。
此外，在負荷衰減時，本發明的效果可以抑制不良的排量波動，而這可以減少振動和噪聲，並且進一步提高水泵水輪機的使用壽命。上述的所有效果有利於泵送動力設備的結構費用的減少，這是顯而易見的。此外，只是通過把校正控制電路加入到水泵水輪機的控制器中來實現本發明。尤其地，對於可以從外部裝載運轉程序的微型計算機型的控制器而言，只是通過修改運轉程序來實現本發明。
在負荷衰減時，本發明可以減少上遊側水壓的升高，這減少了上遊側輸水管和水泵水輪機內的設計水壓，因此減少了氣密設計的費用。此外，在負荷衰減時，本發明的效果可以減少下遊側水壓降的大小時，水泵水輪機可以安裝在較淺的位置上，這可以減少要挖的土量(在地下動力站的情況下)並減少由此而產生的結構費用。
此外，本發明的效果可以抑制共同作用在上遊側或者下遊側輸水管中的、水泵水輪機之中的不良相互水錘幹擾。因此，消除了水泵水輪機的傳統工作局限性。
在負荷衰減時，本發明的效果可以抑制排量波動，這使得止推金屬的設計合理，而該止推金屬可以消除在瞬態時水推力。
在負荷衰減時，本發明的效果使得水泵水輪機的工作穩定。參照附圖，下面將解釋本發明的第三實施例。圖24是本發明第三實施例的水泵水輪機的控制器的示意性方塊圖。這個方塊圖具有速度探測器1，它用來探測水泵水輪機100的旋轉速度N；速度探測信號Xn；速度控制裝置302，它用來設置標準旋轉速度；來自速度控制裝置302的設定值X0；加法器303；來自速度控制速度設置元件的恢復信號Xσ；從加法器303中輸出的信號Xε；和來自校正控制電路500的校正控制信號X500。這種校正控制信號校正了控制器的PID工作電路的輸出Z1，並且最後變成控制器的輸出。比例元件304a(P元件)用在正常的發電模式中，在該模式中，發電機連接到較大的動力系統中。比例元件304b(P元件)用於負荷衰減之後的無負荷工作中。比例元件304a的放大係數KPa比比例元件304b的放大係數KPb的大。積分元件305a(I元件)用於正常的發電模式中。積分元件305b(I元件)用在負荷衰減之後的無負荷工作中。積分元件305a放大係數Kia比積分元件305b的放大係數Kib大。接觸點319a和319b直接或者間接地探測發電機的電路開關的開／關狀態(它在圖24中不能看見)。當電路開關打開時，接觸點319a和319b同時擺動，從而打開下部接觸點並且關閉上部接觸點。需要每側319a或者319b上的兩個接觸點同時撥動P和I元件。
微分元件6(D元件)輸出信號Zd。接觸點319b輸出來自比例元件的信號Zp和來自積分元件的信號Zi。這些信號通過加法器7輸入。在校正控制和比例元件的輸出Zp、積分元件的輸出Zi和微分元件的輸出Zd的總和之前，信號Z1是葉片開度命令信號。在校正控制用信號Y來表示之後，實際的葉片開度通過放大葉片開度命令信號Z2來得到。
加法器308、限制器309和油壓伺服馬達310構成了一種油壓放大器。它包括作為轉移功能元件的、具有限制器的第一級滯後元件，並且把葉片開度信號Z2放大到葉片開度Y中，而該葉片開度Y具有一個衝程，並且工作力足夠強大從而可以直接使作為排量控制裝置而工作的導向葉片工作。信號Yε1表示了葉片開度命令信號Z2和實際葉片開度Y之間的差值。限制器309具有θR和θL，該θR把葉片打開速度限制到θR．Cy，而θL把葉片關閉速度限制到θL．Cy。通過限制考慮了所述葉片打開和關閉速度限制的差值信號Yε1來得到信號Yε2。
理想的葉片開度設置信號Ya從輸出控制裝置13輸出到加法器11中。如果實際葉片開度Y比Ya小(即Y＜Ya)，那麼打開信號σ(Ya-Y)連續地供給到PID工作元件中，直到差值Ya-Y變成0為止。最後，實際葉片開度Y等於葉片開度設置信號Ya，並且開度信號σ(Ya-Y)停止。速度控制速率設置塊312設置上述係數σ。換句話說，係數σ是決定葉片開度Y的變化和速度探測信號Xn的變化的比的放大係數。總之，考慮到動力系統上的相關設備的作用或者共有負荷比來決定它。一旦它被決定，那麼它將永不改變。水泵水輪機的控制器還包括具有輸水管系統的水輪機314的一些元件。相關設備的負荷電力L供給到發動機馬達上，而該發電機直接連接到水輪機的軸上。從電力系統中供給負荷電力RL。信號Pg是負荷電力L和RL的結合或者是發電機的負荷。從電力系統中產生負荷特性317b。水輪機14的自控能力塊317a是總計根據速度增加、效率減少等等而增加的機器損失的特性塊。相應地，信號RT表示由於伴隨有旋轉速度變化的自控能力而引起的水輪機輸出損失。因此，當從水輪機看去時，RT和Pg可以被認為是一種負荷。換句話說，它們的總和可以被假設成消耗水輪機的輸出Pt的負荷總和L∑=Pg+RT。信號(Pt-L∑)被供給到轉子的慣性作用部分316中，而轉子的慣性作用部分316的輸出變成了旋轉速度N。在負荷衰減之後，信號P變成與信號L相等了。
接下來，這裡省略了速度控制裝置302、輸出控制裝置312和速度控制速率設置塊312的作用，因為它們與圖13和圖14的第一實施例的這些相同。同樣地，這裡將不解釋水泵水輪機的葉片關閉速度和葉片打開速度的局限性，因為它們與圖15和圖16的第一實施例的這些相同。
圖25表示圖24的控制器中的校正控制裝置500的實施例的示意性方塊圖。
校正控制電路接受Xn速度探測信號和輸出Y500。校正控制電路500具有加法器509和積分器510。在負荷衰減開始時，積分器510具有等於額定旋轉速度的1．0的初始值。加法器509的輸出X509是Xn的不完全微分。通過X509可以知道dN／dt是正的(增加速度)還是負的(減少速度)。
當X509是正的時，開關電路511輸出1．0，當X509是負的時，輸出0。電路501作為只通過Xn的被動元件而工作，而該Xn比預定值Xc1大。值Xc1應該比等於額定速度的Xn=0．1大並且不會在正常工作中得到，而在正常工作時發電機連接到電力系統中，值Xc1隻有在負荷衰減時可以得到。例如，要設置的值Xc1是1．04到1．05。加法器502把信號X504加入到信號X501中。當開關511的輸出X511是正的時，繼電器元件503輸出來自加法器502的信號X502，或者當開關511的輸出X511是負的時，輸出是0。積分器504接受從繼電器元件503中輸出的信號X503。就這些而言，信號X504對信號X501的響應是時間常數1／KC1(和放大係數1)的第一級滯後響應，同時旋轉速度增加或者保持在一個值(該值剛好處於速度開始減少之前)上不變，同時速度減少。
電路205是加法器。當開關511的輸出X511是負的時，繼電器元件506輸出來自加法器505的信號X505，當開關511的輸出X511是正的時，輸出0。積分器507接受來自繼電器元件506的信號X506。就這些而言，信號X505對信號X504的響應是不完全微分，而該不完全微分按指數律地慢慢減少了信號X504，同時速度減少。它的時間常數是1／KC3，並且放大係數是1。另一方面，當信號X504的值增加時，同時速度增加並且信號X507保持在剛好位於速度開始增加之前的一個值時，信號505的值增加。換句話說，當速度增加時，信號X505的值增加，當速度開始減少時，信號X505按指數律地慢慢減少。這等於負荷衰減時的速度變化模式曲線。
比較器508比較信號X505(模式曲線)和信號X501(實際速度曲線)。如果信號I小於-Kc5並且超過+Kc4，那麼飽和元件512使信號X508飽和。加法器513、比例元件514和積分元件515構成了時間常數1／(KC6、KC7)和放大係數KC6的不完全微分電路。換句話說，如果負荷衰減時的速度變化模式曲線和實際速度曲線之間的差值超過了預定值，那麼就產生了信號X514。第一級滯後元件516接受這個信號X514，截去它的頂端，並且把它作為信號X516來輸出。飽和元件517接受第一級滯後元件516的輸出X516，並且在信號X516的值小於0時，使信號X516停止，或者在信號X516的值是KC10或者更大時，把信號限制在KX10上。形成「在信號X516的值小於0時使信號X516停止」，是因為負荷衰減時的葉片開度校正只在信號的正側上有效。實驗表明，本發明的發明人已經知道，正側上的葉片開度校正應該儘可能的最小化，並且應該儘可能多地使用控制器的正常控制來避免不良幹擾。
因此，飽和元件還使信號的正側飽和。當值Xn比值XC2大時(Xn＞Xc2)，開關電路518輸出1，或者當值Xn比值XC2小(Xn＜Xc2)時，開關電路518輸出0。電路519是一種繼電器，只有當開關518的輸出是1(Xn＞Xc2)時，該繼電器提取信號X517並且校正葉片開度，當Xn＜Xc2時，提取0並且停止葉片開度的校正。葉片開度校正控制進行工作只是打開導向葉片。但是，在一些情況下，控制器關閉葉片被延遲，因此，延遲了速度減少。設置開關518和繼電器519來防止這種延遲。
圖33表示採用了圖24和圖25的控制器的水泵水輪機的時間響應。圖33中的符號Y、N、Q、Hp和Hd以那種順序分別表示葉片開度、旋轉速度、排量、水輪機進水壓和水輪機的出水壓。在速度減少期間，導向葉片被校正控制成打開。即使在負荷衰減之後的第一次速度減少時，旋轉速度不會直接下降到由控制器所設定的速度值(即額定速度和速度控制速度的總和)。同時，該排量向著無負荷排量光滑地減少，而沒有暫時反流(水泵運轉流)。圖34表示水泵水輪機的運轉點如何工作在負荷衰減時的N1-VS-Q1全特性上。從這種移動(軌跡)中容易理解，大大地抑制了S特性所特有的振動(該振動使得排量在無負荷工作前後擺動)。圖26到圖31表示圖25的葉片校正控制電路的每個元件的情況，而圖25分出相應的圖33和圖34。圖32表示在這種狀態時PID控制器的每個工作元件的輸出。換句話說，最後的葉片開度命令信號是圖31的每個工作元件的輸出和校正控制信號Y500的總和。
在緊急停止的情況下，由於速度充分升高而引起的在S特性區域內的工作收斂之後，控制器很快地關閉具有無條件地設置成-θL或者更小的Yε1的導向葉片，而這個在圖24中不能看出來。
「由於速度充分升高而引起的在S特性區域內的工作之後」基本上被認為旋轉速度小於預定值或者葉片開度小於預定值。
在每個上述實施例中，調整導向葉片從而光滑地打開快速關閉的導向葉片是優選的，從而藉助於由於速度升高和葉片開度效果所引起的水壓增加效果來減少上遊側輸水管水壓(該水壓在緊接負荷衰減之後的快速葉片關閉期間升高)，因此把速度保持在接近相同的速度值上。這種方法可以是一個減少上遊側輸水管水壓的最合理的方法。
有兩種方法使導向葉片(這些導向葉片在負荷衰減之後的速度升高期間處於關閉狀態)停止關閉並且在最佳時間開始打開一種方法是增加控制器的目標旋轉速度，另一種方法是減少PID工作塊的積分或者比例放大係數。每個上述實施例可以單獨使用這些方法或者結合使用這些方法。
權利要求
1．一種水泵水輪機，包括一個連接到發電機上的轉子；一個調整通過所述轉子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉子的旋轉速度，並且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉子的預定旋轉速度；其特徵於在關閉電力系統的所述發電機的負荷衰減時，控制所述控制器，從而使負荷衰減後的所述轉子的目標速度值比負荷衰減前的目標值大。
2．一種水泵水輪機，包括一個轉子；一個將所述轉子的力矩傳遞到一發電機上的軸；一個調整通過所述轉子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉子的旋轉速度，並且控制所述水排量控制裝置，從而把所述轉子的旋轉速度設置成穩定狀態條件下的預定值；其特徵於在關閉電力系統的所述發電機的負荷衰減時，控制所述控制器，從而只使緊接負荷衰減後的瞬態時的所述轉子的目標速度值比穩定狀態時的目標值大。
3．如權利要求2所述的水泵水輪機，其特徵在於控制所述控制器，從而在緊接負荷衰減之後的瞬態時增加所述控制器的預定速度。
4．如權利要求2所述的水泵水輪機，其特徵在於控制所述控制器，從而在緊接負荷衰減之後速度增加時，增加所述控制器的預定速度。
5．如權利要求2所述的水泵水輪機，其特徵在於所述水泵水輪機校正控制所述控制器，從而緊接負荷衰減之後速度增加時，基本上增加目標速度值，在該速度變成減少之後逐漸取消所述校正控制，並且當速度處於穩定狀態時基本上完全取消所述校正控制。
6．如權利要求4所述的水泵水輪機，其特徵在於在速度增加曲線稍下方並且沿著該速度增加曲線增加預定的速度值，同時緊接在負荷衰減之後使速度增加。
7．如權利要求5所述的水泵水輪機，其特徵在於根據所述水排量控制裝置的開度，所述控制器限制所述水排量控制裝置的關閉速度，把所述水排量控制裝置的所述關閉速度限制到相對較大的第二預定值或者更小，同時所述水排量控制裝置的所述開度處於第一預定值或者大於第一預定值，並且在所述水排量控制裝置的所述開度小於所述第一預定值之後，把所述關閉速度限制到相對較小的第三預定值或者更小，其中所述校正控制不會妨礙所述控制器的正常作用，從而至少關閉所述排量控制裝置，直到所述排量控制裝置的開度到達所述第一預定值或者小於第一預定值為止。
8．如權利要求7所述的水泵水輪機，其特徵在於在負荷衰減之後的所述排量控制裝置關閉到所述第一預定值或者小於第一預定值之後，所述校正控制裝置暫時打開所述排量控制裝置，並且所述排量控制裝置的速度變成了所述第三預定值或者小於第三預定值。
9．如權利要求2所述的水泵水輪機，其特徵在於緊接負荷衰減之後，當速度增加時，所述控制器進行校正控制，從而基本上增加目標速度值，在第一尖峰上方速度變成減少之後，逐漸取消所述校正控制，並且當速度處於穩定狀態時基本上完全取消所述校正控制。
10．如權利要求2所述的水泵水輪機，其特徵在於包括探測旋轉速度的裝置；設置目標旋轉速度的裝置；計算裝置，該計算裝置輸入來自目標旋轉速度設置裝置的目標速度命令信號和來自旋轉速度探測裝置的實際速度信號之間的差值的信號(它稱為速度差值信號)，並且把打開命令信號輸出到所述排量控制裝置中；放大裝置，根據所述計算裝置的輸出，該放大裝置使所述排量控制裝置進行工作；及校正控制裝置，該校正裝置輸入一速度信號和輸出一信號，從而基本上校正所述目標速度命令信號。
11．如權利要求10所述的水泵水輪機，其特徵在於還包括一個當旋轉速度超過預定值時通過／發生一旋轉速度信號的第一計算元件；一個第二計算元件，該第二計算元件接受從所述第一計算元件中輸出的信號並且輸出一信號，在所接受到的信號以相對較快地響應所接受到的信號而增加時，該信號增加，並且當所接受到的信號以相對較慢地響應所接受到的信號而開始減少時，該信號慢慢減少；及所述校正器，根據所述第二計算元件的輸出，校正所述目標速度命令信號。
12．如權利要求11所述的水泵水輪機，其特徵在於所述預定速度值設置得比最大速度值大，該最大速度值產生於所述水泵水輪機的正常工作中，而在該水泵水輪機中，所述發電機連接到電力系統中。
13．如權利要求11所述的水泵水輪機，其特徵在於在從第一計算元件所輸出的信號正在增加時，所述第二計算元件產生相對較短時間常數的第一級滯後響應，或者在從第一計算元件所輸出的信號正在減少時產生相對較長時間常數的第一級滯後響應。
14．如權利要求10所述的水泵水輪機，其特徵在於在從第一計算元件所輸出的信號正在增加時，所述第二計算元件產生相對較短時間常數的第一級滯後響應，或者在速度開始減少之後，產生一響應，相對於該速度開始減少之前的輸出，該響應沿著相對較長時間常數的衰減曲線減少。
15．如權利要求10所述的水泵水輪機，其特徵在於在所有的P、I和D工作之前，PID計算型(P表示比例、I表示積分和D表示微分)的所述計算裝置加入所述校正信號。
16．如權利要求10所述的水泵水輪機，其特徵在於PID計算型(P表示比例、I表示積分和D表示微分)的所述計算裝置加入所述校正信號從而只在P和I工作時產生作用。
17．如權利要求8所述的水泵水輪機，其特徵在於調整所述校正信號，因此，排量控制裝置的暫時打開可以開始得比停止緊接在負荷衰減之後的旋轉速度增加要早。
18．一種水泵水輪機，包括一個轉子；一個把所述轉子的扭矩傳遞到發電機上的軸；及一個控制通過所述轉子的水量並且通過改變所述轉子的旋轉方向可以工作在泵送和發電模式這兩者上的排量控制裝置；其特徵在於所述水泵水輪機還包括一第一控制器，該控制器探測處於發電模式中的所述轉子的旋轉速度，並且控制排量控制裝置，從而把轉子的旋轉速度設置成穩定狀態條件下的預定值；及一第二控制器，在關閉電力系統的發電機的負荷衰減時，該第二控制器取代所述第一控制器控制排量控制裝置，其中，至少剛好在負荷衰減之後，所述第二控制器的目標旋轉速度大大高於瞬態時所述第一控制器的目標旋轉速度。
19．一種水泵水輪機，包括一個連接到發電機上的轉子；一個調整通過所述轉子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉子的旋轉速度，並且控制所述排量控制裝置，從而把所述轉子的旋轉速度設置成預定值；其特徵於控制通過所述轉子的水量，因此在關閉電力系統的所述發電機的負荷衰減時，不會發生逆行水。
20．如權利要求19所述的水泵水輪機，其特徵在於控制通過所述轉子的水量，因此，在負荷衰減之後或者類似情況下，所述旋轉速度不會在這麼短的時間內下降到由所述控制器預定的速度，從而使旋轉速度增加到第一尖峰值。
21．一種水泵水輪機，包括一個連接到發電機上的轉子；一個調整通過所述轉子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器控制通過所述轉子的水量；及控制器，它探測所述轉子的旋轉速度，並且控制所述排量控制裝置，從而把所述轉子的旋轉速度設置成預定值；其特徵於控制通過所述轉子的水量，因此在關閉電力系統的所述發電機的負荷衰減時，所述轉子的旋轉速度不會在這麼短的時間內下降到由所述控制器預定的速度，從而在所述負荷衰減之後或者類似情況下使旋轉速度上升到第一尖峰值。
22．一種水泵水輪機，包括一個連接到發電機上的轉子；一個調整通過所述轉子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉子的旋轉速度，且控制所述排量控制裝置，從而把所述轉子的旋轉速度設置成預定值；其特徵於所述水泵水輪機還包括一個用來打開所述排量控制裝置的校正控制裝置，同時在發電模式時，緊接在負荷衰減之後，該速度減少到尖峰的上方，該排量控制裝置通過所述控制器控制關閉。
23．如權利要求22所述的水泵水輪機，其特徵在於當速度變成增加時，所述校正控制裝置的打開工作停止，並且所述控制器開始基本上控制所述排量控制裝置。
24．如權利要求22所述的水泵水輪機，其特徵在於在負荷衰減之後，當旋轉速度變成減少時，暫時打開排量控制裝置的所述校正控制啟動，且持續到旋轉速度曲線從凸形曲線變化到凹形曲線的點(彎曲點)。
25．如權利要求22所述的水泵水輪機，其特徵在於在負荷衰減之後，剛好在旋轉速度變成減少之前，打開排量控制裝置的所述校正控制啟動，且持續到旋轉速度曲線從凸形曲線變化到凹形曲線的彎曲點。
26．如權利要求22所述的水泵水輪機，其特徵在於在額定旋轉速度和尖峰旋轉速度之間的差值的1／3的上方的旋轉速度點處，在全負荷衰減之後所述校正控制使第一速度減少停止，並且從此使該旋轉速度增加。
27．如權利要求23所述的水泵水輪機，其特徵在於在全負荷衰減之後的旋轉速度到達由控制器所預設的值之前，所述校正控制重複旋轉速度的減少、停止和增加的設置許多次。
28．如權利要求22所述的水泵水輪機，其特徵在於所述控制器包括一關閉速度限制器，當所述排量控制裝置的開度處於第一預定值時或者大於第一預定值時，該限制器根據所述排量控制裝置的開度把關閉所述排量控制裝置的速度限制到相對較高的第二預定值或者小於第二預定值，或者，在所述排量控制裝置的開度處於第一預定值或者小於第一預定值時，該關閉速度限制器把關閉所述排量控制裝置的速度限制到相對較小的第三預定值或者小於第三預定值；其中在所述排量控制裝置的開度處於所述第一預定值或者大於第一預定值時所述校正控制失去作用。
29．如權利要求23所述的水泵水輪機，其特徵在於包括一校正控制裝置，在負荷衰減時，在旋轉速度的第一尖峰之後，在減速階段，第一次減少旋轉速度的該校正控制裝置，使速度停止在第一底部處，並使速度轉而增加；使速度停止在第二底部處，並使速度轉而減少；其中校正控制進行調整從而使所述第二尖峰值小於所述第一尖峰值。
30．如權利要求22所述的水泵水輪機，其特徵在於所述校正控制進行調整，從而至少使負荷衰減之後正在減少的速度暫時變成增加至少一次，故旋轉速度不會從所述尖峰值直接減少到由所述控制器所預定的值。
31．如權利要求22所述的水泵水輪機，其特徵在於包括探測旋轉速度的裝置；設置目標旋轉速度的裝置；計算裝置，該計算裝置輸入來自所述目標旋轉速度設置裝置的目標速度命令信號和來自所述旋轉速度探測裝置的實際速度信號之間的差值的信號，並且把開度命令信號輸出到所述排量控制裝置中；放大裝置，根據所述計算裝置的輸出，該放大裝置使所述排量控制裝置進行工作；及校正控制裝置，該校正控制裝置至少輸入一速度信號並根據所述計算裝置的所述輸出執行校正控制。
32．如權利要求31所述的水泵水輪機，其特徵在於包括所述校正控制裝置；其中校正控制裝置還包括一第一計算元件，只有當旋轉速度超過預定值時，該第一計算元件輸出旋轉速度信號；第二計算元件，該第二計算元件接受從第一計算元件輸出的信號，並且輸出目標信號，在所接受到的信號增加的同時，該目標信號以相對較快地響應所接受到的信號快速增加，並且當接受到的信號開始減少時，該目標信號以相對較慢地響應所接受到的信號慢慢減少；一個比較目標信號和從第一計算元件中輸出的信號且輸出一結果(差值)的比較器；一個限制從該比較器中所輸出的信號的正成分的第一限制元件；一個不完全微分從第一限制元件所輸出來的信號的微分元件；及一個阻止從微分元件所輸出的信號的負成分且以預定值限制信號的正成分的第二限制元件。
33．如權利要求32所述的水泵水輪機，其特徵在於所述預定速度值設置得比最大速度大，而該最大速度產生在所述發電機連接到電力系統中的所述水泵水輪機的正常工作中。
34．如權利要求32所述的水泵水輪機，其特徵在於在從所述第一計算元件所輸出的信號正在增加時，所述第二計算元件產生相對較短時間常數的第一級滯後響應，或者在速度開始減少之後，產生一響應，相對於速度開始減少之前的輸出，該響應沿著相對較長時間常數的減少曲線而減少。
35．如權利要求32所述的水泵水輪機，其特徵在於在開始和重新設置之間的單個工作循環中，所述第二計算元件的輸出接近常數。
36．一種在緊急情況下使工作在發電模式中的水泵水輪機立即停止的方法，其特徵在於所述方法包括這樣一些步驟，至少使控制器和校正控制裝置這兩者保持工作在緊急停止過程的初始時，完全關閉所述排量控制裝置，並且使水泵水輪機停止旋轉。
37．一種在緊急情況下使工作在發電模式中的水泵水輪機立即停止的方法，其特徵在於所述方法包括這樣一些步驟，至少使控制器和校正控制裝置這兩者保持工作在緊急停止過程的初始時，減少S特性的不良影響，完全關閉所述排量控制裝置，並且使水泵水輪機停止旋轉。
38．一種水泵水輪機，包括一個連接到發電機上的轉子；一個調整通過所述轉子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉子的旋轉速度，並且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉子的預定旋轉速度；其特徵在於，在負荷衰減之後的瞬態時，關閉和打開所述排量控制裝置的一系列工作重複許多次。
39．如權利要求38所述的水泵水輪機，其特徵在於每次在所述排量控制裝置的開度形成得比較小時，執行關閉和打開所述排量控制裝置的一系列工作。
40．一種水泵水輪機，包括一個連接到發電機上的轉子；一個調整通過所述轉子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉子的旋轉速度，並且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉子的預定旋轉速度；其特徵在於，控制所述控制器，從而在關閉電力系統的所述發電機的負荷衰減之後減少所述排量減少速度。
41．一種控制水泵水輪機的方法，其特徵在於，所述方法包括這些步驟通過排量控制裝置控制通過連接到發電機上的轉子的水量，探測所述轉子的旋轉速度；通過控制器控制所述排量控制裝置，從而把所述轉子的旋轉速度設置成預定值，並且在關閉電力系統的所述發電機的負荷衰減之後減少降低排量的速度。
42．一種水泵水輪機，包括一個連接到發電機上的轉子；一個調整通過所述轉子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉子的旋轉速度，並且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉子的預定旋轉速度；其特徵在於，控制所述控制器，從而在關閉電力系統的所述發電機的負荷衰減之後減少旋轉速度的減少速度。
43．一種水泵水輪機，包括一個連接到發電機上的轉子；一個調整通過所述轉子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉子的旋轉速度，並且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉子的預定旋轉速度；其特徵在於，控制所述控制器，從而在關閉電力系統的所述發電機的負荷衰減時的所述速度減少步驟中，使目標旋轉速度比實際旋轉速度高。
44．一種水泵水輪機，包括一個連接到發電機上的轉子；一個調整通過所述轉子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉子的旋轉速度，並且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉子的預定旋轉速度；其特徵在於，控制所述控制器，從而在關閉電力系統的所述發電機的負荷衰減時，所述旋轉圈數減少時，使目標旋轉圈數設置得比實際旋轉圈數大。
45．一種水泵水輪機，包括一個連接到發電機上的轉子；一個調整通過所述轉子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉子的旋轉速度，並且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉子的預定旋轉速度；其特徵在於，控制所述控制器，從而在關閉電力系統的所述發電機的負荷衰減時，當所述旋轉速度達到第一尖峰或者尖峰附近時，至少使所述排量控制裝置的開度運動靠近凸形曲線。
46．一種水泵水輪機，包括一個連接到發電機上的轉子；一個調整通過所述轉子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉子的旋轉速度，並且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉子的預定旋轉速度；其特徵在於，控制所述控制器，從而在關閉電力系統的所述發電機的負荷衰減時，在所述旋轉速度的凸形曲線或者它附近上，至少使所述排量減少速度較小。
47．一種水泵水輪機，包括一個連接到發電機上的轉子；一個調整通過所述轉子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉子的旋轉速度，並且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉子的預定旋轉速度；其特徵在於，控制所述控制器，從而通過在所述轉子的旋轉速度達到一點或者它的附近時至少暫時打開所述排量控制裝置一次，在負荷衰減之後，抑制瞬時的反向流動，而在該點或者它附近處，在關閉電力系統的所述發電機的負荷衰減之後，速度減少量增加到第一尖峰之上。
48．一種水泵水輪機，包括一個連接到發電機上的轉子；一個調整通過所述轉子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉子的旋轉速度，並且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉子的預定旋轉速度；其特徵在於，控制所述控制器，從而通過在所述轉子的旋轉速度達到一點或者它的附近時至少暫時打開所述排量控制裝置一次，在負荷衰減之後，使所述轉子的速度減少量比速度升高量小，而在該點或者它附近處，在關閉電力系統的所述發電機的負荷衰減之後，速度減少量增加到第一尖峰之上。
49．一種水泵水輪機，包括一個連接到發電機上的轉子；一個調整通過所述轉子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉子的旋轉速度，並且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉子的預定旋轉速度；其特徵在於，控制所述控制器，從而通過在所述轉子的旋轉速度達到一點或者它的附近時至少暫時打開所述排量控制裝置一次，消除產生於緊接在所述轉子的旋轉速度變成減少之後的第二上遊水錘尖峰，而在該點或者它附近處，在關閉電力系統的所述發電機的負荷衰減之後，速度減少量增加到第一尖峰之上。
50．一種水泵水輪機，包括一個連接到發電機上的轉子；一個調整通過所述轉子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉子的旋轉速度，並且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉子的預定旋轉速度；其特徵在於，所述控制器還包括把校正值供給到所述控制器中的校正信號發生器，並且所述校正信號發生器把校正值供給到所述控制器中，因此在負荷衰減之後使所述轉子的速度減少量比速度增加量小得多。
51．一種水泵水輪機，包括一個連接到發電機上的轉子；一個調整通過所述轉子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉子的旋轉速度，並且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉子的預定旋轉速度；其特徵在於，所述控制器還包括把校正值供給到所述控制器中的校正信號發生器，並且所述校正信號發生器把校正值供給到所述控制器中，從而在關閉電力系統的所述發電機的負荷衰減之後，消除產生於緊接在所述轉子的旋轉速度變成減少之後的第二上遊水錘尖峰。
52．一種水泵水輪機，包括一個連接到發電機上的轉子；一個調整通過所述轉子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉子的旋轉速度，並且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉子的預定旋轉速度；其特徵在於，所述控制器還包括把校正值供給到所述控制器中的校正信號發生器，並且所述校正信號發生器把校正值供給到所述控制器中，從而在關閉電力系統的所述發電機的負荷衰減時，消除產生於緊接在所述轉子的旋轉速度變成減少之後的第二上遊水錘尖峰。
53．一種水泵水輪機，包括一個連接到發電機上的轉子；一個調整通過所述轉子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉子的旋轉速度，並且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉子的預定旋轉速度；其特徵在於，控制所述控制器，因此，通過在所述轉子的旋轉速度達到一點或者它的附近時至少暫時打開所述排量控制裝置一次，使出現在第一速度尖峰附近的最大上遊輸水管壓力被限制到接近常值上，而在該點或者它附近處，在關閉電力系統的所述發電機的負荷衰減之後，速度減少量增加到第一尖峰之上。
54．一種水泵水輪機，包括一個連接到發電機上的轉子；一個調整通過所述轉子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉子的旋轉速度，並且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉子的預定旋轉速度；其特徵在於，所述控制器還包括輸出值從而校正從所述控制器中輸出的信號的校正信號發生器，並且所述校正信號發生器輸出校正值從而在負荷衰減之後使速度減少量比速度增加量小得多。
55．一種水泵水輪機，包括一個連接到發電機上的轉子；一個調整通過所述轉子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉子的旋轉速度，並且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉子的預定旋轉速度；其特徵在於，所述控制器還包括輸出一值從而校正從所述控制器中輸出的信號的校正信號發生器，並且所述校正信號發生器輸出校正值，從而在關閉電力系統的所述發電機的負荷衰減時，消除產生於緊接在所述轉子的旋轉速度變成減少之後的第二上遊水錘尖峰。
56．一種水泵水輪機，包括一個連接到發電機上的轉子；一個調整通過所述轉子的水量的水排量控制裝置；及一個控制器，該控制器探測所述轉子的旋轉速度，並且控制所述水排量控制裝置，從而得到所述轉子的預定旋轉速度；其特徵在於，所述控制器還包括輸出一值從而校正從所述控制器中輸出的信號的校正信號發生器，並且所述校正信號發生器輸出校正值，從而在關閉電力系統的所述發電機的負荷衰減時，消除產生於緊接在所述轉子的旋轉速度變成減少之後的第二上遊水錘尖峰。
全文摘要
本發明的目的是提供一種在負荷衰減時抑制不良的水錘和其它瞬時現象的水泵水輪機。為此,本發明進行校正控制從而暫時打開排量控制裝置,而與通過控制器關閉排量控制裝置是否處於進行之中無關。這種校正控制可以抑制負荷衰減時的突然排量變化。
文檔編號F03B3/10GK1295189SQ0013662
公開日2001年5月16日 申請日期2000年10月27日 優先權日1999年10月29日
發明者桑原尚夫, 片山慶, 中川博人, 萩原春樹 申請人:株式會社日立製作所, 關西電力株式會社