DE69010648T2

DE69010648T2 - Regulierungsvorrichtung für einen wirksamen Betrieb von hydroelektrischen Kraftwerken.

Info

Publication number: DE69010648T2
Application number: DE69010648T
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Noguchi
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-12-21
Filing date: 1990-12-21
Publication date: 1994-12-01
Anticipated expiration: 2010-12-22
Also published as: JP2758237B2; EP0435182A2; EP0435182B1; DE69010648D1; EP0435182A3; JPH03195398A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Steuersysteme für dem Betrieb einer Mehrzahl von Stromerzeugungseinheiten bei hohem Wirkungsgrad gemäß dem ersten Teil von Anspruch 1 (US-A-4 467 216). Die Erfindung ist insbesondere auf Steuersysteme für Wasserkraftwerke gerichtet, welche effizient Stromerzeugungseinheiten betreiben können, indem sie die Korrelation zwischen der Menge und der Kapazität eines Speicherreservoirs und den Steuerelementen ausnutzen.
Bei Wasserkraftwerken, welche eine Zuflußmenge von der stromaufwärtigen Seite über ein Einlauftor und Turbinen von stromaufwärtigen Kraftwerken aufnehmen, kann das Einlaufwasser als Wasserwerkwasser und landwirtschaftliches Wasser verwendet werden das stromabwärts der Stromerzeugungseinheiten abgenommen wird, und eine einzige Stromerzeugungseinheit geringer Kapazität für Nutzwasser, wenn es nötig ist, die Abgabe aufrechtzuerhalten, um eine konstante Wassermenge für Stromerzeugungseinheiten zu gewährleisten. In diesem Fall sind eine Mehrzahl von Stromerzeugungseinheiten mit normaler Kapazität vorgesehen.
Die Stromerzeugungseinheiten mit normaler Kapazität werden dafür verwendet, um Strom zu erzeugen, wenn ein Normalbetrieb für eine relativ große Wassermenge vorliegt, und die Stromerzeugungseinheiten mit kleiner Kapazität werden im Winter und in Zeiten unnormaler Trockenheit verwendet, wenn es schwierig ist, die Abgabe einer konstanten Wassermenge zu gewährleisten.
Es ist möglich, die Stromerzeugungseinheiten mit normaler Kapazität auch dann zum Erzeugen von Strom zu verwenden, wenn eine kleine Wassermenge vorliegt, aber wenn ein Betrieb bei Schwachlast vorliegt, gibt es eine deutliche Verschlechterung des Wirkungsgrades, es gibt eine Erhöhung der Vibration und ein kontinuierlicher Betrieb ist nicht wünschenswert.
Fig. 2 zeigt ein Beispiel eines Wasserzulauf eines solchen Wasserkraftwerks.
Die Einströmmenge des Wassers von dem Wasserzulauf 1 wird durch ein Tor 2 eingestellt und es wird aufgenommen, so daß es in einen Kopftank oder Versorgungstank 4 über einen Wasserkanal 3 fließt. Das Wasser, das in dem Kopftank 4 gespeichert ist, wird an den Abgabeauslaß 8 abgegeben, nachdem es durch die Turbinen der ersten bis dritten Stromerzeugungseinheit 5, 6 und 7 gelaufen ist und für die Stromerzeugung verwendet wurde, und wird dann zu stromabwärtigen Wasserkraftwerken und zur direkten Nutzung geleitet.
Hierbei haben die erste und die zweite Stromerzeugungseinheit 5 und 6 eine reguläre Kapzität und die dritte Stromerzeugungseinheit 7 hat eine kleine Kapazität.
Im allgemeinen ist die Kapazität des Kopftanks 4 nicht groß und daher gibt es nur eine Antwortsteuerung (response control), bei der der Wasserstand in dem Kopftank 4 als die Grundlage für das Durchführen des Startens und Abstellens der Stromerzeugungseinheiten 5, 6 und 7 verwendet wird. Bei der Antwortsteuerung ist es jedoch schwierig, Start- und Anhaltemaßnahnen durchzuführen und einen stabilen Wasserstand aufrechtzuerhalten und daher war es die herkömmliche Praxis, eine Antwortsteuerung durchzuführen, in welcher die Bedingungen stromaufwärts inkorporiert waren. Fig.1 zeigt ein herkömmliches Steuersystem für diesen Zweck. Dieses System ist im wesentlichen aus einer Recheneinheit 9 und Steuereinheiten 21, 25 und 26 aufgebaut.
Das Toröfffnungsgrad-Meßgerät 10 dient der Detektion des Grads der Öffnung eines Tors 2, das bei dem Wasserzulauf 1 vorgesehen ist, und ist mit einem Kontakt 11, der einschaltet, wenn das Tor 2 sich im vollständig geschlossenen Zustand befindet, einem Kontakt 12, der einschaltet, wenn der Grad der Öffnung des Tors 2 größer als ein Nominalwert A&sub1; ist, der der maximalen Flußmenge der Stromerzeugungseinheit 7 entspricht, und einem Kontakt 13 versehen, der einschaltet, wenn der Grad der Öffnung des Tors 2 ein Nominalwert A&sub2; ist, der der maximalen Flußmenge einer der Stromerzeugungseinheiten 5 und 6 entspricht. Hier ist der Nominalwert A&sub2; größer als der Nominalwert A&sub1;.
Das Signal S&sub1; von dem Kontakt 11 wird invertiert und an einen der Eingangsanschlüsse der UND-Schaltung 14 angelegt, das Signal von dem Kontakt 12 wird invertiert und an den anderen Eingangsanschluß der UND-Schaltung 14 angelegt und es wird auch an einen der Eingangsanschlüsse des UND-Gatters 15 angelegt. Das Signal S&sub3; von dem Kontakt 13 wird invertiert und an den anderen Eingangsanschluß der UND-Schaltung 15 angelegt und in dem Zustand, in dem es nicht invertiert ist, wird es auch an einen Trigger-Eingangsanschluß des Zeitgebers 16 angelegt.
Das Ausgangssignal S&sub4; von der UND-Schaltung 14 wird an den Trigger-Eingangsanschluß eines Zeitgebers 17 angelegt und das Ausgangssignal S&sub5; von der UND-Schaltung 15 wird an den Trigger- Eingangsanschluß eines Zeitgebers 18 angelegt.
Wenn das Signal S&sub3; an den Trigger-Eingangsanschluß angelegt wird, gibt der Zeitgeber 16 das Signal S&sub6; nach dem Verstreichen einer bestimmten Zeitdauer von dem Zeitpunkt zu dem sich der Grad der Öffnung des Tors 2 ändert, bis zu der Zeit, bei der sich die Flußmenge zu dem Kopftank 4 ändert, ab. Dieses Ausgangssignal S&sub6; wird an die Eingangsanschlüsse der ODER-Schaltungen 19 und 20 angelegt.
Wenn das Signal S&sub4; an den Trigger-Eingangsanschluß angelegt wird, gibt der Zeitgeber 17 das Signal S&sub7; nach einer bestimmten Zeitdauer ab, welche der Summe der Ankunfts/Verringerurgszeit des Wassers und der Zeit entspricht, die erforderlich ist, um den Grad der Öffnung des Tors 2 von der vollständig geschlossenen Position bis zu dem Nominalwert A&sub1; zu verändern, und dieses Ausgangssignal S&sub7; wird an die Start/Anhalte-Verarbeitungseinrichtung der Steuereinheit 21 angelegt, um die Stromerzeugungseinheit 7 zu steuern.
Wenn das Signal S&sub5; an den Trigger-Eingangsanschluß angelegt wird, gibt der Zeitgeber 18 ein Signal S&sub8; nach dem Verstreichen einer bestimmten Zeit ab, welche der Summe der Ankunfts/Verringerungszeit des Wassers und der Zeit entspricht, welche erforderlich ist, um den Grad der Öffnung des Tors 2 von dem Nominalwert A&sub1; zu dem Nominalwert A&sub2; zu verändern, und dieses Ausgangssignal S&sub8; wird an einen der Eingangsanschlüsse der UND- Schaltung 22 und der UND-Schaltung 23 angelegt.
Der Kontakt 24 wird eingeschaltet, um ein Signal S&sub9; zu erzeugen und die Stromerzeugungseinheit 5 zu betreiben, wenn dieser Stromerzeugungseinheit 5 Betriebspriorität gegenüber dem Stromerzeugungseinheit 6 gegeben werden soll, und diesem Signal S&sub9; wird invertiert und an den anderen Eingangsanschluß der UND-Schaltung 22 angelegt.
Das Ausgangssignal S&sub1;&sub0; der UND-Schaltung 22 wird an den anderen Eingangsanschluß der ODER-Schaltung 20 angelegt und das Ausgangssignal S&sub1;&sub1; der UND-Schaltung 23 wird an den anderer Eingangsanschluß der ODER-Schaltung 19 angelegt.
Das Ausgangssignal S&sub1;&sub2; der ODER-Schaltung 19 wird an die Start/Anhalte-Steuereinrichtung 25a der Steuervorrichtung 25 angelegt, um die Stromerzeugungseinheit 5 zu steuern, und das Ausgangssignal S&sub1;&sub3; der ODER-Schaltung 20 wird an die Start/Anhalte-Steuereinrichtung 26a angelegt, um die Stromerzeugungseinheit 6 zu steuern.
Das Wasserstand-Meßgerät 27 dient zum Detektieren des Wasserstands des Kopftanks 4 und sein Detektionssignal S&sub1;&sub4; wird jeweils an die Wasserstandeinstellungs-Steuereinrichtungen 21b, 25b, 26b der Steuereinheiten 21, 25 und 26 angelegt. Weiterhin hat sich der Kontakt 28 einzuschalten, wenn das Auswahlsignal S&sub1;&sub4; kleiner als ein Nominalwert ist, und sein Signal S&sub1;&sub5; wird jeweils an die Start/Anhalte-Steuereinrichtungen 21a, 25a, 26a der Steuereinheiten 21, 25 und 26 angelegt. Der Kopftank-Wasserstand-Detektionsabschnitt 29 ist mit dem Wasserstand-Meßgerät 27 über einen Kontakt 28 verbunden.
Die Wasserstandeinstellungs-Steuereinrichtungen 21b, 25b und 26b beurteilen den Wasserstand des Kopftanks auf der Grundlage der Detektionssignale S&sub1;&sub3; und steuern die Abgabe der Stromerzeugungseinheiten 7, 5 und 6 und diese Steuersignale S&sub1;&sub6;, S&sub1;&sub7; und S&sub1;&sub8; regeln die Lastgrenzwerte der Fliehkraftregler 21c, 25c und 26c der Stromerzeugungseinheiten 7, 5 und 6.
Anhand der vorangehend beschriebenen Konfiguration wird der Betrieb beschrieben, wenn das Tor 2 von dem vollständig geschlossenen Zustand bis zum vollständig offenen Zustand geöffnet wird. In dem Zustand, in dem das Tor 2 vollständig geschlossen ist, schaltet der Kontakt 11 ein und die Kontakte 12 und 13 schalten ab und jeder der Kontakte 11, 12 und 13 ist ausgeschaltet, wenn das Tor beginnt, sich zu öffnen, de Kontakt 12 schaltet sich ein, wenn der Grad der Öffnung des Tors 2 ein Nominalwert A&sub1; oder mehr ist, und der Kontakt 11 schaltet sich ein und die Kontakte 12 und 13 schalten sich ein, wenn der Grad der Öffnung der Nominalwert A&sub2; oder mehr ist.
In dem Zustand, in dem das Tor 2 vollständig geschlossen ist, liefert das Signal S&sub1; entsprechend einen AN-Ausgang und die Signale S&sub2; und S&sub3; liefern einen AUS-Ausgang und daher sind die Signale S&sub4; und S&sub5;, welche von den UND-Schaltungen 14 und 15 abgegeben werden, AUS. Dadurch werden die Signale S&sub6;, S&sub7; und S&sub8; nicht von den Zeitgebern 16, 17 und 18 abgegeben und daher starten die Steuervorrichtungen 21, 25 und 26 nicht.
Wenn das Tor 2 sich zu öffnen beginnt, sind die Signale S&sub1;, S&sub2; und S&sub3; jeweils bis zu der Zeit AUS, zu der der Grad der Öffnung der Nominalwert A&sub1; wird, und dies bedingt, daß das Signal S&sub4; AN ist und daher wird dieses Signal an die Steuereinrichtung 21 an dem Punkt angelegt wenn eine für den Zeitgeber 17 festgesetzte Zeit seit dem Zeitpunkt, an dem das Signal S&sub4; auf einen AN-Ausgang angestiegen ist, verstrichen ist. Damit wird die Stromerzeugungseinheit 7 in Phase mit dem Zeitpunkt gestartet, zu dem das Tor 2 sich zu öffnen beginnt und das Wasser, das von dem Wassereinlaß 1 einströmt, den Kopftank 4 erreicht.
Wenn der Grad der Öffnung des Tors 2 sich von den Nominalwert A&sub1; zu dem Nominalwert A&sub2; verändert, ist das Signal S&sub1; ein AUS- Ausgang und die Signale S&sub2; und S&sub3; sind AN-Ausgänge, so daß das Signal S&sub5; zu einem AN-Ausgang gemacht wird und das Signal S&sub8; ein AN-Ausgang zu der Zeit wird, wenn eine festgesetzte Zeit des Zeitgebers 18 von dem Zeitpunkt an verstrichen ist, zu dem das Signal S&sub5; ein AN-Ausgang wurde und anstieg. Zu diesem Zeitpunkt, wenn der Kontakt 24 eingeschaltet ist und das Signal S&sub9; ein AN-Ausgang ist, befindet sich die UND-Schaltung 23 in einem Zustand, in dem sie betätigt werden kann, und daher ist das Signal S&sub1;&sub1; ein AN-Ausgang. Dementsprechend ist in diesem Fall das Signal S&sub1;&sub2; ein AN-Ausgang und wird an die Steuereinheit 25 angelegt. Dadurch wird die erste Stromerzeugungseinheit 5 gestartet.
Wenn der Grad der Öffnung des Tors 2 der Nominalwert A&sub2; oder größer als dieser ist, ist das Signal S&sub1; ein AUS-Ausgang und die Signale S&sub2; und S&sub3; sind AN-Ausgänge, so daß das Signal S&sub6; nach dem Verstreichen einer für den Zeitgeber 16 festgesetzten Zeit von dem Zeitpunkt des Ansteigens des Signals S&sub3; zu einem AN-Ausgang in AN übergeht. Dadurch sind die Signale S&sub1;&sub2; und S&sub1;&sub3; AN-Ausgänge und also wird die zweite Stromerzeugungseinheit 6 nach dem Starten der ersten Stromerzeugungseinheit 5 gestartet.
Dadurch werden die Stromerzeugungseinheiten 5, 6 und 7 in geeigneter Weise gemäß dem Grad der Öffnung des Tors 2 gesteuert. Nachdem der Ausgang der gestarteten Stromerzeugungseinheiten 5, 6 und 7 in das Netz aufgenommen wurde, führen die Wasserstandeinstellungs-Steuereinrichtungen 21b, 25b und 26b außerdem jeweils eine Laststeuerung der Fliehkraftregler 21c, 25c und 26c der Stromerzeugungseinheiten 7, 5 und 6 durch.
Weiterhin halten, wenn das Wasser auf einen geringeren Wert als den Nominalwert abfällt und der Kontakt 28 einschaltet und das Signal S&sub1;&sub5; ein AN-Ausgang wird, die Start/Anhalte-Steuereinrichtungen 21a, 25a und 26a der Steuereinheiten 21, 25 und 26 die Stromerzeugungseinheiten 7, 5 und 6 an.
Hierbei gibt es jedoch das folgende Problem bei einer solchen herkömmlichen Vorrichtung.
Erstens wird die Flußmenge von dem Tor 2 durch den Grad der Öffnung geregelt, wenn ein konstanter Wasserpegel vorhanden ist, und daher sind, wenn der Wasserstand am Wassereinlaß 1 sich ändert, die tatsächliche Flußmenge und die aufgrund des Grads der Öffnung des Tors erwartete Flußmenge nicht in Übereinstimmung und als Folge davon treten ein Überlauf und eine unnötige Änderung im Wasserstand des Kopftanks auf und es tritt die unerwünschte Konsequenz eines Leistungseinbruchs der Stromerzeugungseinheit aufgrund des Abfalls im Wasserstand auf.
Zweitens gibt es außerdem die unerwünschte Folge, daß der Betriebswirkungsgrad des Kraftwerks nicht sehr hoch ist.
Wenn zum Beispiel die Flußmenge von dem Wassereinlaß 1 zu Qi gemacht wird, die maximale Flußmenge der ersten und zweiten Stromerzeugungseinheit mit großer Kapazität zu Q1m, Q2m (= Q1m) gemacht wird und die maximale Durchflußmenge der dritten Stromerzeugungseinheit mit kleiner Kapazität zu Q3m gemacht wird, dann tritt der beste Wirkungsgrad auf, wenn
Q1m < Qi ≤ (Q1m + Q3m)
entweder eine der Stromerzeugungseinheiten 5 und 6 mit ihrer maximalen Durchflußmenge Q1m (Q2m) betrieben wird und die Stromerzeugungseinheit 7 mit der Durchflußmenge (Qi - Q1m) betrieben wird. In diesem Fall arbeiten jedoch bei der vorangehend beschriebenen herkömmlichen Vorrichtung die zwei Stromerzeugungseinheiten 5 und 6 jeweils bei ihrer Durchflußmenge (Qi/2) und daher verschlechtert sich der Stromerzeugungswirkungsgrad des gesamten Kraftwerks.
Schließlich wird, wenn nur die Stromerzeugungseinheit 7 arbeitet, weil eine kleine Durchflußmenge vorliegt, die Betriebslebensdauer der Stromerzeugungseinheiten 5 und 6 reduziert, weil ihr Betriebsfaktor erhöht wird, und der Arbeitswirkungsgrad der Stromerzeugungseinheiten 7 wird sich verringern und die unerwünschte Folge eines verringerten Gewinns auf die Investition herbeiführen.
US-4 476 716 offenbart ein Steuersystem für ein Wasserkraftwerk, welches mehrere Stromerzeugungseinheiten umfaßt, die mit Wasser von einer Strömungs-Wasserkraftquelle versorgt werden, das eine Einrichtung zum Detektieren des individuellen Flusses zu jeder Stromerzeugungseinheit, eine Flußsteuereinrichtung zum Unterbrechen des Flusses zu einzelnen Stromerzeugungseinheiten, eine Einrichtung zum Detektieren des Wirkungsgrades der Stromerzeugungseinheiten und eine logische Steuereinrichtung zum Unterbrechen des Flusses zu Stromerzeugungseinheiten, die unterhalb des nominalen Wirkungsgrades arbeiten, umfaßt.
Im Licht der vorangehend beschriebenen Probleme bei der herkömmlichen Vorrichtung hat die vorliegende Erfindung als Aufgabe das Schaffen einer Steuereinrichtung für ein Wasserkraftwerk, welches den Wirkungsgrad des gesamten Kraftwerks verbessern, den Betriebsfaktor jeder der Stromerzeugungseinheiten verbessern, die Lebensdauer der Geräte verlängern, die Ökonomie verbessern und einen stabilen Betrieb des Wasserstands in einem Kopftank realisieren kann. Diese Aufgabe wird durch ein Steuersystem nach Anspruch 1 gelöst.
Die vorliegende Erfindung ist mit einer Einlaßfluß-Berechnungseinrichtung zum Berechnen der Flußmenge zu dem Wasserspeicherreservoir und einer Flußverteilungseinrichtung versehen, um die Ergebnisse der Rechnung der Einlaßfluß-Berechnungseinrichtung zu verwenden, um den Fluß, der auf jede der Stromerzeugungseinheiten verteilt werden soll, so zu berechnen, daß die gesamte Abgabe maximiert wird.
Dementsprechend ist es möglich, die Flußmenge zu dem Wasserspeicherreservoir genau zu detektieren, und daher ist es möglich, Oszillationen des Wasserstandes und Überströmen in dem Kopftank zu kontrollieren und zur gleichen Zeit einen Leistungseinbruch zu vermeiden. Weiterhin sind alle Geräteteile in geeigneter Weise kombiniert und daher wird der Wirkungsgrad des Kraftwerks vorteilhafter und die Lebensdauer der Stromerzeugungseinheiten und anderer Geräte wird verlängert.
In den beigefügten Zeichnungen sind:
Fig. 1 ein Blockdiagramm, welches ein herkömmliches Betriebssteuersystem für eine Wasserkraftwerk-Stromerzeugungseinheit zeigt,
Fig. 2 eine skizzierte Ansicht eines allgemeinen Wassereinlaßsystems in einem Wasserkraftwerk,
Fig. 3 ein Blockdiagramm, welches ein Steuersystem für den Hochleistungsbetrieb einer Stromerzeugungseinheit für ein Wasserkraftwerk gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt
Fig. 4 ein Blockdiagramm einer Auswahl-Verarbeitungseinrichtung für einen Hochleistungsbetrieb in einem Steuersystem der ersten Ausführungsform,
Fig. 5 ein Flußdiagramm zum Beschreiben der Auswahl-Verarbeitungseinrichtung für den Hochleistungsbetrieb einer Stromerzeugungseinheit in einem Steuersystem der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
Fig. 6 ein Blockdiagramm einer Auswahl-Verarbeitungseinrichtung für einen Hochleistungsbetrieb einer Stromerzeugungseinheit in einem Steuersystem der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Das folgende ist eine detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
Fig. 3 zeigt eine Steuervorrichtung für ein Wasserkraftwerk gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Darüber hinaus wird diese Steuervorrichtung bei dem Wasserkraftwerk mit dem in Figur 2 gezeigten Wassersystem verwendet und Teile, welche dieselben sind oder ähnlichen Teilen in Fig. 1 und Fig. 2 entsprechen, sind mit denselben Ziffern bezeichnet.
Das Steuersystem der ersten Ausführungsform ist mit einem Wasserstand-Meßgerät 31, das bei dem Wassereinlaß 1 vorgesehen ist, einem Meßgerät für den Toröffnungsgrad 33, einer Flußcharakteristik-Berechnungseinheit 32, welche die Meßwerte dieser Instrumente 31 und 33 liefert, und einem Wasserstand-Meßgerät 27, das für den Kopftank 4 vorgesehen ist, in derselben Weise wie bei der herkömmlichen Ausführungsform versehen. Das Steuersystem setzt sich aus der Auswahl-Verarbeitungseinrichtung für einen Hochleistungsbetrieb 34, welche den Betrieb der Stromerzeugungseinheiten 5, 6 und 7 auf der Grundlage der Signale S&sub1;&sub4; und S&sub3;&sub3; steuert, die von dem Wasserstand-Meßgerät 27 und der Berechnungseinrichtung 32 abgegeben werden, so daß der Betrieb der Stromerzeugungseinheiten 5, 6 und 7 am effizientesten ist, den automatischen Steuereinrichtungen 35, 36 und 37, welche die Stromerzeugungseinheiten 5, 6 und 7 steuern, und den Sollwert-Berechnungseinrichtungen 38, 39 und 40 zusammen, welche zwischen den automatischen Steuereinrichtungen 35, 36 und 37 und der Verarbeitungseinrichtung 34 vorgesehen sind, um die Leistungs-Sollwerte der Stromerzeugungseinheiten 5, 6 und 7 zu berechnen. Weiterhin sind Abweichungs-Berechner 41, 42 und 43 zwischen den automatischen Steuereinrichtungen 35, 36 und 37 und der Verarbeitungseinrichtung 34 vorgesehen.
Wie in Figur 4 gezeigt ist, setzt sich die Auswahl-Verarbeitungseinrichtung aus Vergleichern 51, 52, 63, 64 und 65 einer Wasserstands-Korrektureinrichtung 53, einer Hochleistungsverteilungs-Berechnungsverarbeitungseinrichtung 54, Zeitgebern 55, 56 und 57, Schaltern 58, 60 und 66 und Addierern 59 und 61 zusammen, welche alle wie in der Zeichnung dargestellt verbunden sind.
Das folgende ist eine Beschreibung der Betriebsvorgänge für das Steuersystem einer ersten Ausführungsform mit der vorangehend beschriebenen Konfiguration mit Bezug auf Fig. 3 und Fig. 4.
Das Wasserstand-Meßgerät 31 dient der Detektion des Wasserstands bei dem Wassereinlaß 1 und das Detektionssignal S&sub3;&sub1; wird der Flußcharakteristik-Berechnungseinrichtung 32 zugeführt. Das Toröffnungsgrad-Meßgerät 33 dient dafür, um den Grad der Öffnung des Tors 2 zu detektieren, und die Detektionssignale S&sub3;&sub2; (Analogsignale) werden der Flußcharakteristik-Berechnungseinrichtung 32 zugeführt.
Die Flußcharakteristik-Berechnungseinrichtung 32 berechnet die Wassermenge Qa, welche durch das Tor fließt, auf der Grundlage von Gleichung (1) und dem Detektionssignal S&sub3;&sub1; und dem Detektionssignal S&sub3;&sub2; und die Ergebnisse der Berechnung werden der Auswahleinrichtung 34 für einen Hochleistungsbetrieb als Einlauf-Flußmengensignal S&sub3;&sub3; zugeführt.
Qa = f(Ha, Ga) (1)
Hierbei drückt Ha den Wasserstand des Wassereinlasses 1 aus und Ga drückt den Grad der Öffnung des Tors 2 aus. Auf diese Weise wird die Wassermenge Qa als Funktion des Wasserstands des Wassereinlasses und des Grads der Öffnung des Tors ausgedrückt.
Auf der Grundlage der Flußmengensignale S&sub3;&sub3;, die von der Flußcharakteristik-Berechnungseinrichtung 32 eingegeben werden, der Detektionssignale S&sub1;&sub4;, die von dem Wasserstand-Meßgerät 27 des Kopftanks 4 eingegeben werden, und den Fehlersignalen S&sub3;&sub4;, S&sub3;&sub5; und S&sub3;&sub6;, welche von den automatischen Steuereinrichtungen 35, 36 und 37 eingegeben werden, welche automatisch die Stromerzeugungseinheiten 5, 6 und 7 betreiben, berechnet die Auswahleinrichtung 34 für einen Hochleistungsbetrieb den Fluß, der auf die Stromerzeugungseinheiten 5, 6 und 7 verteilt werden soll und diese Berechnungsergebnisse werden jeweils als Flußmengen-Sollwertsignale S&sub3;&sub7;, S&sub3;&sub8; und S&sub3;&sub9; an die Berechnungseinrichtungen 38, 39 und 40 abgegeben.
Zusätzlich hierzu bildet die Auswahleinrichtung 34 für einen Hochleistungsbetrieb Start-Befehlssignale S&sub4;&sub0;, S&sub4;&sub1; und S&sub4;&sub2; für die Stromerzeugungseinheiten 5, 6 und 7 und gibt sie jeweils an die automatischen Steuereinrichtungen 35, 36 und 37 ab.
Auf der Grundlage der jeweiligen Flußsollwert-Signale S&sub3;&sub7;, S&sub3;&sub8; und S&sub3;&sub9; berechnen die Berechnungseinrichtungen 38, 39 und 40 die Leistungs-Sollwerte der Stromerzeugungseinheiten 5, 6 und 7 und diese Berechnungsergebnisse werden an die Abweichungs- Berechner 41, 42 und 43 als Leistungs-Sollwertsignale S&sub4;&sub3;, S&sub4;&sub4; und S&sub4;&sub5; angelegt.
Die IST-Ausgangs-Signale S&sub4;&sub6;, S&sub4;&sub7; und S&sub4;&sub8; der Stromerzeugungseinheiten 5, 6 und 7, welche von den automatischen Steuereinrichtungen 35, 36 und 37 abgegeben werden, werden an die Abweichungs-Rechner 41, 42 und 43 angelegt, welche die jeweiligen Abweichungen zwischen den IST-Ausgangs-Signalen S&sub4;&sub6;, S&sub4;&sub7; und S&sub4;&sub8; und den Leistungs-Sollwertsignalen S&sub4;&sub3;, S&sub4;&sub4; und S&sub4;&sub5; berechnen, und diese Berechnungsergebnisse werden als Ausgangs-Abweichungssignale S&sub4;&sub9;, S&sub5;&sub0; und S&sub5;&sub1; an die automatischen Steuereinrichtungen 35, 36 und 37 abgegeben.
Wenn die Start-Steuersignale S&sub4;&sub0;, S&sub4;&sub1; und S&sub4;&sub2; an die automatischen Steuereinrichtungen 35, 36 und 37 angelegt werden, beginnt der Betrieb der Stromerzeugungseinheiten 5, 6 und 7 und die Last der Stromerzeugungseinheiten 5, 6 und 7 wird so gesteuert, daß die Ausgangs-Abweichungssignale S&sub4;&sub9;, S&sub5;&sub0; und S&sub5;&sub1; gegen Null streben. Die Signale S&sub4;&sub9;, S&sub5;&sub0; und S&sub5;&sub1; erhält man durch das Abgeben von IST-Ausgangs-Signalen S&sub4;&sub6;, S&sub4;&sub7; und S&sub4;&sub8;, welche dem tatsächlichen Ausgang der Stromerzeugungseinheiten 5, 6 und 7 entsprechen, an die Abweichungs-Berechnungseinrichtungen 41, 42 und 43. Weiterhin werden dann, wenn eine Unregelmäßigkeit in den Stromerzeugungseinheiten 5, 6 und aufgetreten ist, die Fehlersignale S&sub3;&sub4;, S&sub3;&sub5; und S&sub3;&sub6; an die Auswahleinrichtung für einen Hochleistungsbetrieb 34 abgegeben.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer Auswahleinrichtung für einen Hochleistungsbetrieb 34.
Die Detektionssignale S&sub1;&sub4; des Wasserstand-Meßgeräts 27 werden an die Vergleicher 51 und 52 und an die Wasserstand-Korrektureinrichtung 53 angelegt. Der Vergleicher 51 stellt fest, daß das Detektionssignal S&sub1;&sub4; kleiner als der Referenzwert für eine untere Schwelle ist, welcher dem unteren Grenzwert für den Wasserstand des Kopftanks 4 entspricht, und diese Detektionssignale werden an die Hochleistungsverteilungs-Berechnungseinrichtung 54 als Startblockiersignale S&sub5;&sub5; angelegt. Der Vergleicher 52 stellt fest, daß die Detektionssignale S&sub1;&sub4; größer als der Referenzwert für die obere Schwelle sind, welche dem oberen Grenze des Wasserstands des Kopftanks 4 entspricht, und diese Detektionssignale S&sub5;&sub6; werden an die Zeitgeber 55, 56 und 57 angelegt.
Die Wasserstand-Korrektureinrichtung 53 korrigiert Änderungen in der Korrelation zwischen der Einlaßmenge und dem Wasserstand des Kopftanks, welche über die Jahre auftreten, und diese Korrektursignale S&sub5;&sub7; werden an einen der Eingangsanschlüsse, des Addierers 59 über den Kontakt 58a des Schalters 58 angelegt und sie werden ebenfalls an einen der Eingangsanschlüsse des Addierers 61 über den Kontakt 60a des Schalters 60 angelegt.
Auf der Grundlage der Einlaß-Flußmenge Qa von dem Wassereinlaß 1, welche den Flußmengensignalen S&sub3;&sub3; entspricht, berechnet die Hochleistungsverteilungs-Berechnungseinrichtung 54 die Flußmengen Q1, Q2 und Q3, welche den jeweiligen Stromerzeugungseinheiten zugewiesen werden, so daß die Gesamtsumme P des Ausgangs der Stromerzeugungseinheiten 5, 6 und 7 maximiert wird, und die Berechnungsergebnisse werden als Flußmengenverteilungssignale S&sub5;&sub8;, S&sub5;&sub9; und S&sub6;&sub0; abgegeben. Die Flußmengenverteilungssignale S&sub5;&sub8; werden an den Vergleicher 63 und an den anderen Eingangsanschluß des Addierers 59 über den Kontakt 58b des Schalters 58 angelegt. Die Flußmengenverteilungssignale S&sub5;&sub9; werden an den Vergleicher 64 und an den anderen Eingangsanschluß des Addierers 61 über den Kontakt 60b des Schalters 60 angelegt. Die Flußmengenverteilungssignale S&sub6;&sub0; werden an den Vergleicher 65 angelegt und sie werden ebenfalls als Flußmengen-Sollwertsignale S&sub3;&sub9; über den Kontakt 66a des Schalters 66 abgegeben.
Hier führt die Hochleistungsverteilungs-Berechnungseinrichtung 54 die Berechnung der folgenden Gleichungen (2) und (3) durch.
Qa = Q1 + Q2 + Q3 (2)
P = P1 + P2 + P3 (3)
Die Kombination der Flußmengen Q1, Q2 und Q3, welche die Gesamtsumme P maximiert, wird dann berechnet. Dann sind P1, P2 und P3 die jeweiligen Ausgänge der Stromerzeugungseinheiten 5, 6 und 7 und diese werden in der folgenden Weise durch die Gleichungen (4) bis (6) ausgedrückt.
P1 = K1 (Q1) (4)
P2 = K2 (Q2) (5)
P3 = K3 (Q3) (6)
Hierbei drückt Kn (Qn) die Flußmenge/Ausgang-Charakteristik der jeweiligen Stromerzeugungseinheit aus. Weiterhin setzt die Hochleistungsverteilungs-Berechnungseinrichtung 54 dann, wenn das Startblockiersignal S&sub5;&sub5; angelegt ist, den Wert für die Flußmengenverteilungssignale S&sub5;&sub8;, S&sub5;&sub9; und S&sub6;&sub0; auf Null. Weiterhin wird die vorangehend beschriebene Rechenverarbeitung ausgeführt, wenn die Fehlersignale S&sub3;&sub4;, S&sub3;&sub5; und S&sub3;&sub6; eingegeben werden und die entsprechenden Flußmengen Q1, Q2 und Q3 sind in dem Zustand, in dem sie vorab auf Null gesetzt worden sind.
Die Vergleicher 63, 64 und 65 dienen zum Feststellen, daß die entsprechenden Durchflußmengen-Verteilungssignale S&sub5;&sub8;, S&sub5;&sub9; und S&sub6;&sub0; oberhalb der Flußmengen bei verschwindender Last für die Stromerzeugungseinheiten 5, 6 und 7 liegen, und diese Detektionssignale S&sub6;&sub1;, S&sub6;&sub2; und S&sub6;&sub3; werden an den Trigger-Eingangsanschluß der Zeitgeber 55, 56 und 57 angelegt.
Die Zeitgeber 55, 56 und 57 sind so beschaffen, daß es kein unnötiges Starten/Anhalten während der Betätigung des Tors gibt und daß der Einfluß der Ankunft/Verringerung des Wassers beseitigt wird, und geben jeweils die Signale S&sub6;&sub4;, S&sub6;&sub5; und S&sub6;&sub6; ab, wenn die jeweils festgesetzten Zeiten ab dem Zeitpunkt verstrichen sind, bei dem die Detektionssignale S&sub6;&sub1;, S&sub6;&sub2; und S&sub6;&sub3; an den Trigger-Eingangsanschluß angelegt wurden. Weiterhin werden dann, wenn Signale S&sub5;&sub6; von dem Vergleicher 52 angelegt werden, die jeweiligen festgesetzten Zeiten auf die festgesetzte Zeit umgeschaltet, welche die Wasserankunftszeit verringert. Außerdem werden diese Detektionssignale S&sub6;&sub4;, S&sub6;&sub5; und S&sub6;&sub6; jeweils als Start-Befehlssignale S&sub4;&sub0;, S&sub4;&sub1; und S&sub4;&sub2; abgegeben und die Schalter 58, 60 und 66 werden eingeschaltet.
Der Addierer 59 dient dazu, um das Flußmengenverteilungssignal S&sub5;&sub8; und das Korrektursignal S&sub5;&sub7; zu addieren und die Ergebnisse der Addition werden als Flußmengen-Sollwertsignale S&sub3;&sub7; abgegeben. Weiterhin dient der Addierer 61 zum Addieren der Flußmengenverteilungssignale S&sub5;&sub9; und der Korrekturssignale S&sub5;&sub7; und die Ergebnisse der Addition werden als die Flußmengen-Sollwertsignale S&sub3;&sub8; abgegeben, während die Ausgangssignale des Schalters 66 als Flußmengen-Sollwertsignale S&sub3;&sub9; abgegeben werden.
Bei der vorangehend beschriebenen Konfiguration werden, begleitend zu der allmählichen Öffnung des Tors 2, Flußmengensignale S&sub3;&sub3; von der Flußcharakteristik-Berechnungseinrichtung 32, welche der Flußmenge Qa entsprechen, an die Auswahleinrichtung für einen Hochleistungsbetrieb 34 angelegt und die Hochleistungsverteilungs-Berechnungseinrichtung 54 berechnet, die vorangehend beschrieben wurde, die Einlaß-Flußmengen Q1, Q2 und Q3 welche auf die Stromerzeugungseinheiten 5, 6 und 7 verteilt werden sollen, und gibt entsprechende Flußmengen-Verteilungssignale S&sub5;&sub8;, S&sub5;&sub9; und S&sub6;&sub0; ab.
Wenn diese Flußmengenverteilungssignale S&sub5;&sub8;, S&sub5;&sub9; und S&sub6;&sub0; mit einem Wert oberhalb der Flußmenge der jeweiligen Stromerzeugungseinheit 5, 6 und 7 für verschwindende Last abgegeben werden, werden die Signale S&sub6;&sub1;, S&sub6;&sub2; und S&sub6;&sub3; von den Vergleichern 63, 64 und 65 abgegeben, um die Zeitgeber 55, 56 und 57 zu triggern.
Dadurch werden die Signale S&sub6;&sub4;, S&sub6;&sub5; und S&sub6;&sub6; von den Zeitgebern 55, 56 und 57 auf das Verstreichen der jeweiligen für die Zeitgeber 55, 56 und 57 festgesetzten Zeiten, nachdem die Signale S&sub6;&sub1;, S&sub6;&sub2; und S&sub6;&sub3; abgegeben wurden, hin abgegeben und dies setzt die Startverarbeitung für die automatischen Steuereinrichtungen 35, 36 und 37 in Gang, um die Stromerzeugungseinheiten 5, 6 und 7 zu starten.
Weiterhin werden dann, wenn die Signale S&sub6;&sub4;, S&sub6;&sub5; und S&sub6;&sub6; abgegeben werden, die Schalter 58, 60 und 66 eingeschaltet, so daß das Signal S&sub5;&sub8; und das Signal S&sub5;&sub7; in den Addierer 59 eingegeben werden, und die Additionsergebnisse werden an die Berechnungseinrichtung 38 als die Flußmengen-Sollwertsignale S&sub3;&sub7; abgegeben, das Signal S&sub5;&sub9; und das Signal S&sub5;&sub7; werden in den Addierer 61 eingegeben und das Additionsergebnis wird an die Berechnungseinrichtung 39 als das Flußmengen-Sollwertsignal S&sub3;&sub8; abgegeben und das Signal S&sub6;&sub0; wird an die Berechnungseinrichtung 40 als das Flußmengen-Sollwertsignal S&sub3;&sub9; abgegeben.
Dadurch werden die Leistungs-Sollwertsignale S&sub4;&sub3;, S&sub4;&sub4; und S&sub4;&sub5;, welche den Flußmengen-Sollwerten zu dieser Zeit entsprechen, von den Berechnungseinrichtungen 38, 39 und 40 abgegben und Ausgangsabweichungssignale S&sub4;&sub9;, S&sub5;&sub0; und S&sub5;&sub1;, welche der Abweichung zwischen diesen Leistungs-Sollwerten und der tatsächlichen Abgabe entsprechen, werden von den Abweichungs- Berechnern 41, 42 und 43 an die automatischen Steuereinrichtungen 35, 36 und 37 abgegeben. Dadurch werden die Stromerzeugungseinheiten 5, 6 und 7 so geregelt, daß ihr Ausgang der Sollwert wird und als Ergebnis die Gesamtsumme des Ausgangs des Wasserkraftwerks so geregelt wird, daß er maximal ist.
Fig. 5 ist ein Flußdiagramm, welches eine Skizze des vorangehend beschriebenen Betriebs zeigt. In der Figur werden der Wasserstand der Wassereinlasses 1 und der Öffnungsgrad des Tors 2 als die Grundlage für die Flußcharakteristik-Berechnungseinrichtung 32 verwendet, um die Einlaß-Flußmenge zu dem Kopftank 4 zu berechnen (Schritt ST1). Die Signale S&sub1;&sub4; von dem Wasserstand-Meßgerät 27, welches den Wasserstand des Kopftanks 4 feststellt, werden an die Flußcharakteristik-Berechnungseinrichtung 31 zusammen mit den Signalen S&sub3;&sub3; abgegeben (Schritt ST2).
In der Flußcharakteristik-Berechnungseinrichtung 32 findet eine praktisch simultane Verarbeitung der Operationen von Schritt ST3 bis ST13 statt; aus Gründen der Einfachheit der Beschreibung werden sie jedoch als aufeinanderfolgende Verarbeitungsoperationen beschrieben.
Auf der Grundlage der vorangehenden Gleichungen (2) bis (6) und unter Berücksichtigung des Ausgangs P1 bis P3 der ersten Stromerzeugungseinheit 5, der zweiten Stromerzeugungseinheit 6 und der Stromerzeugungseinheit 7 wird beurteilt, daß die berechnete Wassermenge Qa mit den nötigen Wassermengen Q1 bis Q3 korreliert.
Zum Beispiel wird eine Beurteilung durchgeführt, ob die berechnete Wassermenge Qa größer als die Gesamtsumme "Q1 + Q2 + Q3" aller nötigen Wassermengen Q1, Q2 und Q3 ist oder nicht (Schritt ST3). Wenn die Wassermenge Qa größer als die Gesamtsumme ist, dann ist festgestellt, daß die erste bis dritte Stromerzeugungseinheit effizient arbeiten (Schritt ST14) und ein kontinuierlicher Betrieb der Stromerzeugungseinheiten 5, 6 und 7 wird in dem Modus durchgeführt, der über jede der automatischen Steuereinrichtungen 35, 36 und 37 gewählt wird.
Wenn in dem Schritt ST3 entschieden wurde, daß die Wassermenge Qa nicht die Gesamtsumme "Q1 + Q2 + Q3" übersteigt, dann springt die Verarbeitung zu Schritt ST5 und eine Entscheidung wird durchgeführt, ob die Wassermenge Qa die Summe "Q1 + Q2" der Wassermengen Q1 und Q2 übersteigt, die für einen effizienten Betrieb der ersten und zweiten Stromerzeugungseinheit nötig sind, welche eine große Erzeugungskapazität haben. Wenn im Schritt ST5 entschieden wird, daß die Wassermenge Qa kleiner als die Gesamtsumme "Q1 + Q2 + Q3" und größer als die Summe "Q1 + Q2" der Wassermengen Q1 und Q2 ist, die für einen effizienten Betrieb der eine große Kapazität aufweisenden ersten und zweiten Stromerzeugungseinheit nötig sind, d.h., wenn
Q1 + Q2 ≤ Qa < Q1 + Q2 + Q3,
dann springt die Verarbeitung zu Schritt ST6 und eine Entscheidung wird gefällt, die Stromerzeugungseinheit 7 anzuhalten und nur einen effizienten gleichzeitigen Betrieb der Stromerzeugungseinheiten 5 und 6 durchzuführen.
Wenn im Schritt ST5 entschieden wird, daß "Qa < Q1 + Q2", dann springt die Verarbeitung zu dem Entscheidungsblock von Schritt ST7 und eine Entscheidung wird gefällt, ob ein gleichzeitiger effizienter Betrieb für eine der eine große Kapazität aufweisenenden Stromerzeugungseinheiten 5 und 6 und die eine kleine Kapazität aufweisende Stromerzeugungseinheit 7 möglich ist, d.h, ob "Q1 (oder Q2) + Q3 ≤ Qa". Wenn im Schritt ST7 "Q1 (oder Q2) + Q3 ≤ Qa" ist, dann wird (in Schritt ST8) eine Entscheidung für den gleichzeitigen effizienten Betrieb einer der eine große Kapazität aufweisenden Stromerzeugungseinheiten 5 und 6 und der eine kleine Kapazität aufweisenden Stromerzeugungseinheit 7 gefällt. Weiterhin springt, wenn in Schritt ST7 entschieden wird, daß "Qa < Q1 (Q2) + Q3" ist, die Verarbeitung zu Schritt ST9 und eine Entscheidung wird gefällt, ob "Q1 (Q2) ≤ Qa < Q1 (Q2) + Q3". Wenn entschieden wird, daß "Q1 (Q2) ≤ Qa" in ST9 ist, wird in Schritt 10 ein Befehl an die automatische Steuereinrichtung 35 oder 36 abgegeben, so daß es einen effizienten Betrieb einer der Stromerzeugungseinheiten 5 oder 6 gibt. Wie in dem vorangehend beschriebenen Schritt ST8 ist die Festlegung des Steuerbefehls in diesem Schritt ST10, eine aus der Mehrzahl von Stromerzeugungseinheiten mit Priorität zu betreiben, und daher schreitet der Betrieb bis zu den Schritten ST8 und ST10 fort und eine Entscheidung wird gefällt, welcher ein Prioritätsbetrieb in Schritt ST11 zugewiesen werden soll. Die detaillierte Konfiguration zur Durchführung dieser Prioritätssteuerung wird nachfolgend für die zweite Ausführungsform mit Bezug auf Fig. 6 beschrieben.
In dem vorangehend beschriebenen ST9 schreitet dann, wenn entschieden wird, daß "Qa < Q1 (oder Q2)", der Steuerprozeß zu Schritt 12 fort, wo eine Entscheidung gefällt wird, ob "Q3 ≤ Qa" ist oder nicht. Wenn in dem Schritt ST12 entschieden wird, daß "Q3 ≤ Qa", dann wird der Betrieb einer der eine große Kapazität aufweisenden Stromerzeugungseinheiten 5 und 6 gestoppt und der effiziente Betrieb wird nur unter Verwerdung der Stromerzeugungseinheit 7 mit kleiner Kapazität durchgeführt.
In dem vorangehend beschriebenen Schritt ST14 wird ein Befehl an jede der automatischen Steuereinrichtungen 35, 36 und 37 abgegeben, so daß die drei Stromerzeugungseinheiten 5, 6 und 7 alle so betrieben werden, daß der Gesamtwirkungsgrad für den gewählten Modus am größten ist, sei es im Fall von Schritt 4 oder im Fall der Schritte ST6, ST11 und ST13.
Wenn in Schritt ST12 entschieden wird, daß "Qa < Q3", schreitet der Betrieb zu Schritt ST15 fort und der Betrieb aller Stromerzeugungseinheiten 5, 6 und 7 wird gestoppt. In diesem Fall wird die Abgabe einer Grundversorgung ausgeführt, so daß die notwendige Wassermenge in den untergeordneten Einrichtungen stromabwärts gewährleistet wird.
Auf diese Weise werden in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Wasserstand des Wassereinlasses 1 und der Öffnungsgrad des Tors 2 als Grundlage für eine geeignete Berechnung der Flußmenge von dem Tor 2 verwendet und diese berechnete Flußmenge wird zwischen den Stromerzeugungseinheiten 5 und 6 einschließlich der eine kleine Kapazität aufweisenden Stromerzeugungseinheiten 7 so aufgeteilt, daß die Gesamtabgabe Pa des Kraftwerks maximiert wird, wodurch der Wirkungsgrad der Stromerzeugung erhöht wird. Zusätzlich ist es auch möglich, eine unnötige Änderung oder ein Übertreten des Wasserstands des Kopftanks 4 zu verhindern und daher das Auftreten eines Leistungseinbruchs der Stromerzeugungseinheiten aufgrund eines Abfalls in dem Wasserstand zu verhindern.
Jeder Stromerzeugungseinheit wird auch gleichförmig betrieben, so daß der Betriebsfaktor jeder der Stromerzeugungseinheiten gemittelt wird, und es ist daher möglich, die Geräteinvestition zu verbessern.
In Fig. 5, welche ein Flußdiagramm zum Beschreiben des Betriebs zeigt, wurde die Prioritätssteuerung der eine große Kapazität aufweisenden Stromerzeugungseinheiten 5 und 6 so beschrieben, daß sie in Schritt ST11 durchgeführt wird. Das folgende ist eine Beschreibung einer konkreten Konfiguration einer zweiten Ausführungsform, welche eine Prioritätssteuerung durchführt, mit Bezug auf Figur 6.
In Figur 6 sind Elemente der Konfiguration, welche dieselben wie Elemente der Konfiguration der Figur 4 sind oder diesen entsprechen, mit denselben Ziffern bezeichnet und die entsprechende Beschreibung hiervon wird weggelassen.
Die Konfiguration der Auswahleinrichtung 34 für einen Hochleistungsbetrieb in Figur 6 ist genau die gleiche wie die in der ersten Ausführungsform. Zusätzlich zu dem Signal S&sub3;&sub3; vor der Flußcharakteristik-Berechnungseinrichtung 32, den Rückkopplungssignalen S&sub3;&sub4;, S&sub3;&sub5; und S&sub3;&sub6; von den automatischen Steuereinrichtungen 35, 36 und 37 und dem Signal S&sub5;&sub5; von dem Vergleicher 51, ist die Hochleistungsverteilungs-Berechnungseinrichtung 54 auch so aufgebaut, daß das Prioritätsbetriebssignal S&sub7;&sub5; für die erste, eine große Kapazität aufweisende Stromerzeugungseinheit 5 und das Prioritätsbetriebssignal S&sub7;&sub6; für die zweite, eine große Kapazität aufweisende Stromerzeugungseinheit 6 von der Prioritätsbetrieb-Steuereinrichtung 70 zugeführt werden. Die Prioritätsbetrieb-Steuereinrichtung 70 setzt sich aus UND-Schaltungen 71 und 72, Integrationseinrichtungen 73 und 74, einem Zeitgeber 75 zusammen, welcher Zeitsignale S&sub6;&sub9; und S&sub7;&sub0;, welche in einem konstanten Zyklus invertiert werden, an die Integrationseinrichtungen 73 und 74 abgibt. Das Zeitsignal S&sub7;&sub0;, das von dem Zeitgeber 75 abgegeben wird, schaltet in einem langen Zyklus von einem halben Jahr bis einem Jahr um und daher wird dann, wenn es einen Prioritätsbetrieb für eine der Stromerzeugungseinheiten gibt, zum Beispiel entweder das Signal S&sub6;&sub9; oder das Signal S&sub7;&sub0; "hoch" gemacht und das andere Signal S&sub7;&sub0; oder S&sub6;&sub9; wird "niedrig" gemacht, so daß die erste Stromerzeugungseinheit 5 von Januar bis Juni betrieben wird und die zweite Stromerzeugungseinheit 6 von Juli bis Dezember betrieben wird.
Die UND-Schaltung 71 der Steuereinrichtung 70 hat ein invertiertes Signal für das Parallelbetriebssignal S&sub7;&sub1; der ersten Stromerzeugungseinheit 5 und das parallele Betriebssignal S&sub7;&sub2; für die zweite Stromerzeugungseinheit 6 als Eingang und gibt das Prioritätssignal S&sub7;&sub3; für die erste Stromerzeugungseinheit ab und die UND-Schaltung 72 hat ein invertiertes Signal für das Signal S&sub7;&sub1; und das Signal S&sub7;&sub2; als Eingang und gibt das Signal S&sub7;&sub4; ab. Die Integrationseinrichtung 73 hat das Signal S&sub7;&sub3; und das Zeitsignal S&sub6;&sub9; als Eingang und gibt ein Prioritäsbetriebssignal S&sub7;&sub5; an die Verarbeitungseinrichtung 54 ab, wenn das Prioritätssignal für die erste Stromerzeugungseinheit S&sub7;&sub3; eine signifikante "1" ist und wenn das Zeitsignal S&sub6;&sub9; ebenfalls eine signifikante "1" ist. Weiterhin wird das Signal S&sub7;&sub4;, das von der UND-Schaltung 72 abgegeben wird, der Integrationseinrichtung 74 zusammen mit dem Signal S&sub7;&sub0;, das von dem Zeitgeber 75 abgegeben wird, zugeführt und wenn das Signal S&sub7;&sub4; eine signifikante "1" und das Zeitsignal S&sub7;&sub0; ebenfalls eine signifikante "1" ist, wird die Prioritätsbenutzungszeit für die zweite Stromerzeugungseinheit 6 bei Bestimmung der zweiten Stromerzeugungseinheit 6 für Prioritätsbenutzung integriert,
Die Integrationseinrichtungen 73 und 74 geben abwechselnd Signale S&sub7;&sub5; und S&sub7;&sub6; und Signale S&sub7;&sub7; und Signale S&sub7;&sub8;, welche sich auf demselben Niveau befinden, an die andere Integrationseinrichtung 74 und 73 ab, und diese Signale S&sub7;&sub7; und S&sub7;&sub8; löschen jeweils die Prioritäts-Benutzungsrechte, wenn eine der Stromerzeugungseinheiten 5 oder 6 mit Priorität für die festgelegten Zeitabschnitte vor der durch den Zeitgeber 75 festgelegten Zeit verwendet wird.
Das Vorsehen einer Prioritätsbetrieb-Steuereinrichtung mit der vorangehend beschriebenen Konfiguration und Funktion, eines Steuersystems für einen Hochleistungsbetrieb für eine Stromerzeugungseinheit und gemäß einer zweiten Ausführungsform ermöglicht es, eine übermäßige Langzeitbenutzung einer der Stromerzeugungseinheiten zu verhindern, wenn eine Mehrzahl von Stromerzeugungseinheiten vorgesehen sind, welche für einen Einzelbetrieb mit einer vorrangigen Benutzung verwendet werden, und ermöglicht daher eine gleichförmige Benutzung über eine mittlere Zeit und ermöglicht es daher, daß die Lebensdauer der Geräte verlängert wird.
Weiterhin weisen die vorangehend beschriebene erste und zweite Ausführungsform ein Tor auf, das an einem stromaufwärts gelegenen Wassereinlaß vorgesehen ist; die vorliegende Erfindung ist jedoch auch dann anwendbar, wenn stromaufwärts ein Kraft werk vorhanden ist. Weiterhin sind in der vorangehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform drei Stromerzeugungseinheiten vorgesehen; es ist jedoch auch möglich, die vorliegende Erfindung in derselben Weise anzuwenden, wenn das Wasserkraftwerk mehr als diese Zahl an Stromerzeugungseinheiten aufweist. Weiterhin können der Startbefehl und der Anhaltebefehl getrennt detektiert und an eine automatische Steuereinrichtung abgegeben werden.

Claims

1. Steuersystem zum Betreiben einer Mehrzahl von Stromerzeugungseinheiten (5, 6, 7) in einem Wasserkraftwerk mit hohem Wirkungsgrad, wobei das Wasserkraftwerk weiterhin einen Kopftank zum Speichern von Einlaufwasser umfaßt, das von der stromaufwärtigen Seite über ein Tor (2) bei einer Wassereinlauföffnung zugeführt wird, gekennzeichnet durch:

eine Tankniveau-Detektionseinrichtung (27) zum Detektieren des Wasserstands des Kopftanks, eine Einlaufniveau-Detektionseinrichtung (31) zum Detektieren des Wasserstands bei der Wassereinlauföffnung und eine Öffnungsgrad-Detektionseinrichtung (33) zum Detektieren des Grades der Öffnung des Tors (2), eine Flußmengen-Berechnungseinrichtung (32) zum Berechnen der in den Kopftank (4) fließenden Wassermenge auf der Grundlage des detektierten Einlauf-Wasserstands und des detektierten Grads der Öffnung des Tors, welche die Ausgangssignale der Einlaufniveau-Detektionseinrichtung (31) und der Öffnungsgrad- Detektionseinrichtung (33) empfängt und welche ein Ausgangssignal abgibt, das das Ergebnis der Berechnung angibt, eine Verarbeitungseinrichtung (34), welche den Ausgang der Flußberechnungseinrichtung (32) und der Tankniveau-Detektionseinrichtung (27) empfängt und Flußmengen-Sollwertsignale abgibt, zum Bestimmen von Flußmengen-Sollwerten für jede Stromerzeugungseinheit auf der Grundlage des berechneten Wasserflusses in den Kopftank und des detektierten Wasserstands in dem Kopftank, wobei die Flußmengen-Sollwerte eine derartige Verteilung des Wasserflusses auf die einzelnen Stromerzeugungseinheiten darstellen, daß jede Stromerzeugungseinheit am effizientesten Leistung erzeugen kann und die gesamte Leistungserzeugungs-Abgabe maximiert wird,

mehrere Leistungssollwert-Berechnungseinrichtungen (38, 39, 40), welche die Flußmengen-Sollwertsignale empfangen, wobei jede Leistungssollwert-Berechnungseinrichtung (38, 39, 40) einer entsprechenden Stromerzeugungseinheit (5, 6, 7) zugeordnet ist, für das Berechnen der Leistung konzipiert ist, die am effizientesten von der entsprechenden Stromerzeugungseinheit (5, 6, 7) auf der Grundlage der Flußmengen-Sollwerte erzeugt wird, die durch die Betriebssteuereinrichtung (34) berechnet wurden, und als Ausgang ein Leistungssollwert-Signal liefert, mehrere Abweichungs-Berechnungseinrichtungen (41, 42, 43) zum Berechnen der Abweichung des Leistungssollwerts von dem tatsächlichen Abgabewert, welche jeweils einer entsprechenden Stromerzeugungseinheit (5, 6, 7) zugeordnet sind und als einen Eingang das Leistungssollwert-Signal der entsprechenden Leistungs-Berechnungseinrichtung (38, 39, 40) und als zweiten Eingang ein Ist-Abgabesignal von der entsprechenden Stromerzeugungseinheit (5, 6, 7) haben und Signale (S49, S50, S51), welche die Leistungsabweichung angeben, als Steuersignale für die entsprechende Stromerzeugungseinheit abgeben.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von automatischen Steuereinrichtungen (35, 36, 37), welche für jede Stromerzeugungseinheit aus der Mehrzahl von Stromerzeugungseinheiten (5, 6, 7) jeweils vorgesehen sind, um den Betrieb der entsprechenden Stromerzeugungseinheit (5, 6, 7) auf der Grundlage von Start-Befehlssignalen (S40, S41, S42) einzuleiten, die von der Verarbeitungseinrichtung (34) abgegeben werden, und um den Betrieb der entsprechenden Stromerzeugungseinheit (5, 6, 7) auf der Grundlage der Leistungsabweichungssignale (S49, S50, S51) zu beenden, die aus der Berechnung der Abweichungs-Berechnungseinrichtung (41, 42, 43) resultieren.

3. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzanl von automatischen Steuereinrichtungen (35, 36, 37) jeweils Fehlersignale (S34, S35, S36) an die Verarbeitungseinrichtung (34) abgeben und zurückkoppeln, wenn ein anomaler Zustand in einer der Stromerzeugungseinheiten (5, 6, 7) aufgetreten ist.

4. Steuersystem nach Anspruch 1, bei dem mindestens eine aus der Mehrzahl von Stromerzeugungseinheiten, die in dem Wasserkraftwerk vorgesehen sind, eine Stromerzeugungseinheit (7) mit geringer Leistungsfähigkeit ist, welche eine geringe Menge an Leistung erzeugt, die einer Wassermenge entspricht, welche das Abgeben einer konstanten Wassermenge gewährleistet, die einer Wassermenge für einen Bedarf eines stromabwärts gelegenen Kraftwerks zugeführt wird, und die restlichen Stromerzeugungseinheiten (5, 6) mit großer Leistungsfähigkeit eine große Menge an Leistung erzeugen, wenn die Menge des zugeführten Wassers ausreichend ist.

5. Steuersystem nach Anspruch 4, bei dem die Mehrzahl von Stromerzeugungseinheiten (5, 6) mit großer Leistungsfähigkeit eine erste Stromerzeugungseinheit (5) und eine zweite Stromerzeugungseinheit (6) umfaßt.

6. Steuersystem nach Anspruch 4, bei dem die Auswahl-Verarbeitungseinrichtung (34) umfaßt:

eine erste Vergleichseinrichtung (51), welche Detektionssignale eines Wasserstandsdetektors (27), der den Wasserstand des Kopftanks (4) detektiert, als Grundlage für das Vergleichen eines Referenzwertes für eine untere Schwelle, die eine untere Grenze des Wasserstands des Kopftanks (4) angibt, mit den Detektionssignalen (S&sub1;&sub4;) verwendet, einen zweiten Vergleicher (52), der einen Referenzwert für eine obere Schwelle, die einen oberen Wasserstand des Kopftanks (4) angibt, mit den Detektionssignalen (S&sub1;&sub4;) vergleicht, eine Wasserstands-Korrektureinrichtung (53), welche die Detektionssignale (S&sub1;&sub4;) korrigiert, indem das Ausmaß der Änderung addiert wird, wenn der Wasserstand des Kopftanks (4), der durch die Detektionssignale (S&sub1;&sub4;) angezeigt wird, sich über die Jahre zu einem Wasserstand verändert hat, der verschieden von dem ursprünglichen ist,

eine Verarbeitungseinrichtung zum Berechnen einer Wassermengenverteilung mit hohem Wirkungsgrad (54), in welche die Flußmengen-Signale, die von der Flußcharakteristik-Berechnungseinrichtung (34) geliefert werden und welche die Flußmenge von dem Wassereinlauf anzeigen, eine Mehrzahl von Fehlerdiagnosesignalen, die von der automatischen Steuereinrichtung geliefert werden, und Vergleichsergebnis-Signale dem ersten Vergleichers (51) eingegeben werden und welche Flußverteilungssignale für jede Stromerzeugungseinheit abgibt,

einen dritten, vierten und fünften Vergleicher (63, 64, 65), welche vergleichen, ob die Wassermengenverteilungs-Signale für die Stromerzeugungseinheiten größer als die Flußmengen für die Stromerzeugungseinheiten ohne Last sind oder nicht,

einen ersten, zweiten und dritten Zeitgeber (55, 56, 57), in welche die Detektionssignale, welche als Folge des Vergleichs durch den zweiten Vergleicher (52) anzeigen, daß der Wasserstand des Kopftanks einen oberen Schwellenwert übersteigt, und Wassermengenverteilungs-Signale für jede Stromerzeugungseinheit eingegeben werden, welche von dem dritten, vierten und fünften Vergleicher (63, 64, 65) abgegeben werden, und welche Startbefehls-Signale an jede automatische Steuereinrichting (35, 36, 37) jeder Stromerzeugungseinheit nach dem Verstreichen einer eingestellten Zeit abgeben,

einen ersten, zweiten und dritten Schalter (58, 60, 66), welche sich einschalten, wenn es eine Korrektur des Wasserstands auf der Grundlage der Wasserstandskorrektur-Signale von der Wasserstands-Korrektureinrichtung und der Flußmengenverteilungs-Signale für jede Stromerzeugungseinheit gibt, und einen ersten und einen zweiten Addierer (59, 61), welche die Flußmengen-Sollwertsignale an jede automatische Steuereinrichtung (35, 36) der ersten und zweiten Stromerzeugungseinheit (5, 6) abgeben, wenn die Schalter eingeschaltet sind.

7. Steuersystem nach Anspruch 1, welches weiterhin eine Vorrangsbetrieb-Steuereinrichtung (70) umfaßt, welche aufeinanderfolgend eine Stromerzeugungseinheit (5 oder 6), welche im Einzelbetrieb arbeitet, umschaltet, wenn eine bestimmte Zeit erreicht ist, so daß es keinen übermäßigen Betrieb einer bestimmten Stromerzeugungseinheit (5 oder 6) gibt, wenn ein Einzelbetrieb einer Stromerzeugungseinheit (5 oder 6) aus der Mehrzahl von Stromerzeugungseinheiten (5 oder 6) vorliegt.

8. Steuersystem nach Anspruch 7, bei dem die Vorrangsbetrieb- Steuereinrichtung (70) innerhalb eines Steuersystems für einen hocheffizienten Betrieb für ein Wasserkraftwerk vorgesehen ist, das zumindest mit einer Stromerzeugungseinheit (7) mit geringer Leistungsfähigkeit, welche eine kleine Menge an Leistung erzeugt, die einer Wassermenge entspricht, welche die Abgabe einer konstanten Wassermenge gewährleistet, und einer Mehrzahl von Stromerzeugungseinheiten (5, 6) mit großer Leistungsfähigkeit versehen ist.

9. Steuersystem nach Anspruch 8, bei dem die Mehrzahl vom Stromerzeugungseinheiten (5, 6) mit großer Leistungsfähigkeit eine erste Stromerzeugungseinheit (5) und eine zweite Stromerzeugungseinheit (6) umfaßt.

10. Steuersystem nach Anspruch 9, bei dem die Vorrangsbetrieb- Steuereinrichtung (70) umfaßt:

eine erste UND-Schaltung (71), in welche Parallelsignale einer ersten Stromerzeugungseinheit (5), welche anzeigen, daß es einen Parallelbetrieb einer ersten Stromerzeugungseinheit (5) gibt, invertierte Signale von Parallelsignalen einer zweiten Stromerzeugungseinheit (6), welche anzeigen, daß es einen Parallelbetrieb einer zweiten Stromerzeugungseinheit (6) gibt, eingegeben werden, und zu der Einzelbetriebs-Signale einer ersten Stromerzeugungseinheit (5) ausgegeben werden, wenn nur eine erste Stromerzeugungseinheit (5) arbeitet,

eine zweite UND-Schaltung (72), in welche Parallelsignale einer zweiten Stromerzeugungseinheit (6), welche anzeigen, daß es einen Parallelbetrieb einer zweiten Stromerzeugungseinheit (6) gibt, invertierte Signale von Parallelsignalen einei ersten Stromerzeugungseinheit (5) eingegeben werden, welche anzeigen, daß es einen Parallelbetrieb einer ersten Stromerzeugungseinheit (5) gibt, und zu der Einzelbetriebs-Signale einer zweiten Stromerzeugungseinheit (6) abgegeben werden, wenn nur eine zweite Stromerzeugungseinheit (6) arbeitet, einen Zeitgeber (75), welcher die Zeit bis zur Abgabe eines Umschaltsignals bei einen konstanten Zyklus von mindestens einen halben Jahr zählt,

eine erste Integrationseinrichtung (73), welche auf der Grundlage der Umschaltsignale von dem Zeitgeber (75) und der Einzelbetriebs-Signale der ersten Stromerzeugungseinheit (5) die Zeit integriert, während der die erste Stromerzeugungseinheit (5) sich im Einzelbetrieb befunden hat, und

eine zweite Integrationseinrichtung (74), welche auf der Grundlage der Umschaltsignale von dem Zeitgeber (75) und der Einzelbetriebs-Signale der zweiten Stromerzeugungseinheit die Zeit integriert, während der sich die zweite Stromerzeugungseinheit im Einzelbetrieb befunden hat.

11. Steuersystem nach Anspruch 10, bei dem die erste und zweite Integrationseinrichtung (73, 74) solchermaßen funktionieren, daß selbst dann, wenn die Zeit (75) des konstanten Zyklus, die durch den Zeitgeber gesetzt wird, noch nicht gezählt worden ist, die Eingabe von Löschsignalen, welche anzeigen, daß die Einzelbetriebszeit dieser Stromerzeugungseinheit die für das Umschalten erforderliche Zeit überschritten hat, eine Stromerzeugungseinheit auf die andere Seite schaltet und diese einen Einzelbetrieb haben soll.