JP2005012896A - 水力発電所の負荷制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数台の水車によって駆動される複数台の発電機を備えた水力発電所において、発電機の運転台数を変更した場合における発電所としてのトータル出力変動を小さく抑えることができる水力発電所の負荷制御装置を提供する。
【解決手段】複数台の水車によって駆動される複数台の発電機を備えた水力発電所の負荷制御装置であって、負荷制限機構の負荷制限開度を検出する負荷制限開度検出手段と、ガイドベーンの開度を検出するガイドベーン開度検出手段と、負荷制限開度検出手段およびガイドベーン開度検出手段からの検出信号および複数台の発電機の停止操作信号に基づいて複数台の発電機の負荷配分を制御する制御手段とを具備している。制御手段は、所定の発電機の停止操作信号を入力し所定の発電機における負荷制限開度とガイドベーン開度が一致した時点で他の発電機の負荷配分制御を実行する。
【選択図】 図３
【解決手段】複数台の水車によって駆動される複数台の発電機を備えた水力発電所の負荷制御装置であって、負荷制限機構の負荷制限開度を検出する負荷制限開度検出手段と、ガイドベーンの開度を検出するガイドベーン開度検出手段と、負荷制限開度検出手段およびガイドベーン開度検出手段からの検出信号および複数台の発電機の停止操作信号に基づいて複数台の発電機の負荷配分を制御する制御手段とを具備している。制御手段は、所定の発電機の停止操作信号を入力し所定の発電機における負荷制限開度とガイドベーン開度が一致した時点で他の発電機の負荷配分制御を実行する。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数台の水車によってそれぞれ駆動される複数台の発電機を備えた水力発電所の負荷制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力の需要は時々刻々変化しており、この需要の変化に対応するため電力会社の中央給電指令所では各発電所毎に出力配分を演算し、この演算結果を出力指令信号として各発電所または水力制御所に送る。各発電所または水力制御所は、中央給電指令所からの出力指令信号に基づいて、当該発電所の複数台の発電機の各号機に対する負荷配分を演算し、各発電機の出力を制御している。特に、需要変動が著しい夏期期間には、急な負荷増大に対して発電機を迅速に追従させる必要があるため、複数台の発電機を中間負荷程度で運転しているが、系統全体のＡＦＣ容量を確保するために中央給電指令所からの出力指令値を一定にした状態で、発電機の運転台数を変更する運用が行われている。
【０００３】
しかるに、出力指令値を一定にした状態で発電機の運転台数を変更すると、発電所のトータル出力が一時的に変動することがある。特に、発電機の運転台数を減らした場合に出力変動が大きく現れる。この出力変動の原因は、運転台数を減らすために１台の発電機を停止させ他の発電機の負荷を増加する制御を行う際に、運転を停止する発電機の停止を判断する条件に起因する。発電機の停止を判断する条件として従来は、発電機の停止を発電機と主母線とを接続する電路に配設された並列用遮断器の開路（解列）によって判断する方式と、停止する発電機の停止操作が行われたとき判断する方式が実施されている。
【０００４】
並列用遮断器の開路（解列）によって発電機の停止を判断する方式を用いて他の発電機の負荷配分制御を実施すると、発電機の停止過程において発電所としてのトータル出力が出力指令値より大きく減少するという問題がある。即ち、並列用遮断器は、発電機を駆動する水車に流入する水量を調節するガイドベーンの開度が無負荷開度（出力＝０ＭＷとなる開度で、１０％程度）になり出力が零（０ＭＷ）になった状態で開路（解列）するようになっている。しかしながら、停止する発電機は停止操作が行われるとガイドベーンが徐々に閉じられて出力が徐々に減少するが、上記のように並列用遮断器が開路（解列）するまでは停止する発電機が停止したと判断しないため、他の発電機の負荷配分制御は実行されない。従って、停止する発電機の停止過程においては、発電所としてのトータル出力が出力指令値より大きく減少する。
【０００５】
一方、停止する発電機の停止操作が行われた時点で発電機の停止を判断する方式を用いて他の発電機の負荷配分制御を実施すると、発電機の停止過程において発電所としてのトータル出力が出力指令値より大きく増加するという問題がある。即ち、停止する発電機の停止操作が行われた時点で他の発電機の負荷配分制御を実施すると、停止する発電機は停止操作が行われガイドベーンが徐々に閉じられて無負荷開度なるまでは出力しているので、発電機の停止過程において発電所としてのトータル出力が出力指令値より大きく増加する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上記両方式における負荷配分制御を実施した場合のトータル出力の変動について、図５および図６を参照して説明する。
中央給電指令所からの指令は、３台の水力発電機の運転を２台にして出力を６００ＭＷに維持するものとする。図５において横軸は時間を表しており、中央給電指令所からの指令、３台の発電機（１Ｇ、２Ｇ、３Ｇ）の中の第１の発電機（１Ｇ）の停止操作時、ガイドベーン負荷変動に対応して制御する調速機の上限を制限する負荷制限機構の開度（ＬＬ）とガイドベーンの開度（ＧＶ）が一致（＝）する時点、第１の発電機（１Ｇ）の並列用遮断器の開路（解列）時が時系列的に示されている。そして、図５には第１の発電機（１Ｇ）の並列用遮断器の開路（解列）によって第２の発電機（２Ｇ）および第３の発電機（３Ｇ）の負荷配分制御を実施する（１）方式と、第１の発電機（１Ｇ）を停止操作によって第２の発電機（２Ｇ）および第３の発電機（３Ｇ）の負荷配分制御を実施する（２）方式の負荷配分時と当該発電所のトータル出力の変動が示されている。なお、この例においては第２の発電機２Ｇの調速機は、ガイドベーンの開度（ＧＶ）を０から１００％へ作動する場合には２．１ＭＷ／秒になるように制御され、負荷制限開度（ＬＬ）を１００から０％へ作動する場合には７ＭＷ／秒になるように制御される。一方、第１の発電機１Ｇと第３の発電機３Ｇの調速機は、ガイドベーンの開度（ＧＶ）を０から１００％へ作動する場合には３．３ＭＷ／秒になるように制御され、負荷制限開度（ＬＬ）が１００から０％への作動が７ＭＷ／秒になるように制御される。
【０００７】
上記（１）方式および（２）方式とも負荷配分が行われるまでは、第１の発電機（１Ｇ）と第２の発電機（２Ｇ）および第３の発電機（３Ｇ）はともに２００ＭＷ出力するように制御されている。
（１）方式は、第１の発電機（１Ｇ）の並列用遮断器の解列によって第１の発電機（１Ｇ）の負荷配分を零（０）にし、第２の発電機（２Ｇ）と第３の発電機（３Ｇ）の負荷配分を３００ＭＷに変更する。しかるに、第１の発電機（１Ｇ）は停止操作が行われると、ガイドベーン開度（ＧＶ）を制御する調速機の上限を制限する負荷制限機構は負荷制限開度（ＬＬ）を０％に作動するように制御される。そして、負荷制限開度（ＬＬ）がガイドベーン開度（ＧＶ）と一致（＝）とする時点からガイドベーンが徐々に閉じられて出力が徐々に減少する。一方、第２の水力発電機（２Ｇ）と第３の水力発電機（３Ｇ）のガイドベーンは、第１の水力発電機（１Ｇ）の並列用遮断器が解列された時点から３００ＭＷの出力になるように徐々に開かれていく。この結果、発電所としてのトータル出力は、図５において１点鎖線で示すように負荷制限機構の負荷制限開度（ＬＬ）がガイドベーン開度（ＧＶ）と一致（＝）する時点から徐々減少し、第１の水力発電機（１Ｇ）の並列用遮断器が解列して第２の水力発電機（２Ｇ）と第３の水力発電機（３Ｇ）の負荷配分が開始される時点では４００ＭＷに減少して、出力指令値（６００ＭＷ）に対して２００ＭＷも落ち込んでしまう。即ち、上記（１）方式によると、トータル出力の変動は２００ＭＷとなる。上述した第１の発電機（１Ｇ）、第２の水力発電機（２Ｇ）、第３の水力発電機（３Ｇ）およびトータル出力の変動を数値で示すと、図６の（ａ）に示すようになる。
【０００８】
一方、（２）方式は、第１の発電機（１Ｇ）の停止操作が行われた時点で、第１の発電機（１Ｇ）の負荷制限機構が負荷制限開度（ＬＬ）を０％にするように制御されるとともに、第２の発電機（２Ｇ）と第３の発電機（３Ｇ）のガイドベーンが３００ＭＷの出力になるように徐々に開かれていく。このように（２）方式によると、第１の発電機（１Ｇ）が停止してその出力が零（０）になる前から第２の発電機（２Ｇ）と第３の発電機（３Ｇ）のガイドベーンが３００ＭＷの出力になるように徐々に開かれていく。この結果、発電所としてのトータル出力は、図５において２点鎖線で示すように第１の水力発電機（１Ｇ）の停止操作が行われ負荷制限機構の負荷制限開度（ＬＬ）がガイドベーンの開度（ＧＶ）と一致（＝）する時点までは増加し、出力指令値（６００ＭＷ）に対してかなり増加する。上述した第１の発電機（１Ｇ）、第２の水力発電機（２Ｇ）、第３の水力発電機（３Ｇ）およびトータル出力の変動を数値で示すと、図６の（ｂ）に示すようになる。（２）方式によると図６の（ｂ）に示すように、第１の発電機（１Ｇ）の停止操作が行われてから１４．３秒後にトータル出力が６７７．２ＭＷとなり、出力指令値（６００ＭＷ）に対して７７．２ＭＷ変動していることが判る。（２）方式においては、出力指令値（６００ＭＷ）に対する出力変動が上記（１）方式の出力変動より小さくなるが、電力系統の安定運用の面から出力変動の更なる抑制が要望される。
【０００９】
本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その主たる技術課題は、複数台の水車によってそれぞれ駆動される複数台の発電機を備えた水力発電所において、発電機の運転台数を変更した場合における発電所としてのトータル出力変動を小さく抑えることができる水力発電所の負荷制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記技術的課題を解決するために、流入する水の水量を調節するガイドベーンをそれぞれ備えた複数台の水車と、該複数台の水車によってそれぞれ駆動される複数台の発電機と、該ガイドベーンを負荷変動に対応して制御する調速機と、該調速機の上限を制限する負荷制限機構と、を具備する水力発電所の負荷制御装置であって、
該負荷制限機構の負荷制限開度を検出する負荷制限開度検出手段と、該ガイドベーンの開度を検出するガイドベーン開度検出手段と、該負荷制限開度検出手段および該ガイドベーン開度検出手段からの検出信号および該複数台の発電機の停止操作信号に基づいて該複数台の発電機の負荷配分を制御する制御手段と、を具備し、
該制御手段は、所定の発電機の停止操作信号を入力し該所定の発電機における該負荷制限開度と該ガイドベーン開度が一致した時点で他の発電機の負荷配分制御を実行する、
ことを特徴とする水力発電所の負荷制御装置が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従って構成された水力発電所の負荷制御装置の好適実施形態を図示している添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【００１２】
図１には、３台の水力発電機即ち第１の発電機１Ｇ、第２の発電機２Ｇ、第３の発電機３Ｇを備えた水路式水力発電所の負荷制御装置の概略構成図が示されている。第１の発電機１Ｇ、第２の発電機２Ｇ、第３の発電機３Ｇは、それぞれ水車４ａ、４ｂ、４ｃによって駆動される。
水路式水力発電は、川の上流に設けられた取水堰堤５で水を取り入れ、導水路６を用いて適当な落差が得られる場所に設けられた水槽７まで水を導き、この水槽７に貯留された水を水圧鉄管８ａ、８ｂ、８ｃを通して水車４ａ、４ｂ、４ｃに導入する。水車４ａ、４ｂ、４ｃに導入される水は、水車４ａ、４ｂ、４ｃのそれぞれ入口に配設されたガイドベーン４１ａ、４１ｂ、４１ｃによって水量調節され、ランナー４２ａ、４２ｂ、４２ｃの羽根に沿って流れて吐き出される。このランナー４２ａ、４２ｂ、４２ｃから吐き出されるときの水の反動でランナー４２ａ、４２ｂ、４２ｃが回転する。
【００１３】
上記ガイドベーン４１ａ、４１ｂ、４１ｃは、それぞれ調速機９ａ、９ｂ、９ｃによって作動せしめられる。この調速機９ａ、９ｂ、９ｃは負荷変動や周波数変動に対応してガイドベーン４１ａ、４１ｂ、４１ｃを制御するもので、従来周知の構成でよく、ガイドベーン４１ａ、４１ｂ、４１ｃを駆動するサーボモータや該サーボモータに導入する圧油を制御する配圧弁および該配圧弁を制御するコンバータ等備えている。なお、調速機９ａ、９ｂ、９ｃは、後述する制御手段によってその作動が制御される。この調速機９ａ、９ｂ、９ｃには、その上限を制限するする負荷制限機構９１ａ（Ｌ１）、９１ｂ（Ｌ２）、９１ｃ（Ｌ２）を備えている。この負荷制限機構９１ａ（Ｌ１）、９１ｂ（Ｌ２）、９１ｃ（Ｌ２）にはそれぞれ負荷制限機構の制限位置即ち負荷制限開度（ＬＬ）を検出する負荷制限開度検出手段９２ａ、９２ｂ、９２ｃが設けられており、この負荷制限開度検出手段９２ａ、９２ｂ、９２ｃは検出信号ＬＬ１、ＬＬ２、ＬＬ３を後述する制御手段に送る。また、図示の実施形態における水力発電所の負荷制御装置は上記ガイドベーン４１ａ、４１ｂ、４１ｃの開度（ＧＶ）を検出するガイドベーン開度検出手段４３ａ、４３ｂ、４３ｃを備えており、このガイドベーン開度検出手段４３ａ、４３ｂ、４３ｃは検出信号ＧＶ１、ＧＶ２、ＧＶ３を後述する制御手段に送る。
【００１４】
上記第１の発電機１Ｇ、第２の発電機２Ｇ、第３の発電機３Ｇによって発電された電力は、電路１０ａ、１０ｂ、１０ｃおよびこれらの電路と接続された主母線１１を通して送電線に送られる。電路１０ａ、１０ｂ、１０ｃには、それぞれ並列用遮断器１２ａ（ＣＢ１）、１２ｂ（ＣＢ２）、１２ｃ（ＣＢ３）が配設されている。この並列用遮断器１２ａ（ＣＢ１）、１２ｂ（ＣＢ２）、１２ｃ（ＣＢ３）にはそれぞれ遮断器の解列を検出するための遮断器解列検出手段１３ａ、１３ｂ、１３ｃが設けられており、遮断器解列検出手段１３ａ、１３ｂ、１３ｃは検出信号を後述する制御手段に送る。また、図示の実施形態における水力発電所の負荷制御装置は上記第１の発電機１Ｇ、第２の発電機２Ｇ、第３の発電機３Ｇの回転速度（ＲＮ）を検出する回転速度検出手段１４ａ、１４ｂ、１４ｃを備えており、この回転速度検出手段１４ａ、１４ｂ、１４ｃは検出信号ＲＮ１、ＲＮ２、ＲＮ３を後述する制御手段に送る。
【００１５】
図示の実施形態における水力発電所の負荷制御装置は、図２に示すコンピュータからなる制御手段１５を具備している。制御手段１５は制御プログラムに従って所定の演算を実行する中央処理装置（ＣＰＵ）、制御プログラム等を格納するリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、演算結果等を格納するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および入出力インターフェース等を備えている。この制御手段１５には、上記負荷制限開度検出手段９２ａ、９２ｂ、９２ｃ、ガイドベーン開度検出手段４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、遮断器解列検出手段１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、回転速度検出手段１４ａ、１４ｂ、１４ｃから検出信号が入力されるとともに、水力発電機１Ｇ、２Ｇ、３Ｇの停止操作を行う作動停止手段１６ａ（ＳＴ１）、１６ｂ（ＳＴ２）、１６ｃ（ＳＴ３）および中央給電指令所からの出力指令値（ＯＰ）、発電機の運転台数指令（ＯＭ）等が入力される。そして、制御手段１５からは、上記調速機９ａ、９ｂ、９ｃおよび負荷制限機構９１ａ、９１ｂ、９１ｃ等に制御信号を出力する。
【００１６】
図示の実施形態における水力発電所の負荷制御装置は、以上のように構成されており、以下その作動について説明する。
なお、中央給電指令所から３台の発電機の運転を２台にして出力を所定の出力指令値（例えば、６００ＭＷ）に維持する指令がなされたものとし、この場合の負荷配分制御につて図３に示すフローチャートを参照して説明する。
制御手段１５は、先ずステップＳ１において作動停止手段１６ａ（ＳＴ１）が停止操作（ＯＮ）、即ち第１の発電機１Ｇの停止操作が行われたか否かをチェックする。ステップＳ１において作動停止手段１６ａ（ＳＴ１）が停止操作（ＯＮ）されたならば，制御手段１５はステップＳ２に進んで負荷制限機構９１ａ（Ｌ１）を閉作動、即ち負荷制限開度（ＬＬ）が０％になるように作動する。負荷制限機構９１ａ（Ｌ１）を閉作動したならば、制御手段１５はステップＳ３に進んで負荷制限開度検出手段９２ａとガイドベーン開度検出手段４３ａからの検出信号に基づいて負荷制限開度（ＬＬ１）がガイドベーン開度（ＧＶ１）と一致（＝）したか否かをチェックする。ステップＳ３において負荷制限開度（ＬＬ１）がガイドベーン開度（ＧＶ１）と一致（＝）したならば、制御手段１５はステップＳ４に進んで第２の発電機２Ｇと第３の発電機３Ｇの負荷配分制御を実行する。この負荷配分制御は、第２の発電機２Ｇと第３の発電機３Ｇを駆動する水車４ｂと４ｃの調速機９ｂと９ｃを制御してガイドベーン４１ｂと４１ｃを徐々に負荷配分に対応した開度（ＧＶ）になるように作動する。
【００１７】
ここで、第１の発電機１Ｇの停止操作が行われてからの第１の発電機１Ｇの出力の推移と、ステップＳ４における負荷配分制御に基づく第２の発電機２Ｇと第３の発電機３Ｇの出力の推移について、図４に示す負荷配分表を参照して説明する。図４には、中央給電指令所からの出力指令値が６００ＭＷの場合において、第１の発電機１Ｇの停止操作が行われてからの経過時間に対する第１の発電機１Ｇ、第２の発電機２Ｇ、第３の発電機３Ｇの出力およびトータル出力の推移が示されている。なお、第２の発電機２Ｇの調速機９ｂは、負荷制限開度（ＬＬ）が０から１００％への作動が２１ＭＷ／秒になるように制御され、負荷制限開度（ＬＬ）が１００から０％への作動が７ＭＷ／秒になるように制御される。一方、第１の発電機１Ｇと第３の発電機３Ｇの調速機９ａと９ｃは、負荷制限開度（ＬＬ）が０から１００％への作動が３３ＭＷ／秒になるように制御され、負荷制限開度（ＬＬ）が１００から０％への作動が７ＭＷ／秒になるように制御される。
【００１８】
図４から判るように、第１の発電機１Ｇの停止操作が行われてから１４．３秒後に負荷制限開度（ＬＬ１）がガイドベーン開度（ＧＶ１）と一致（＝）する。ここまでは第１の発電機１Ｇ、第２の発電機２Ｇ、第３の発電機３Ｇとも２００ＭＷの出力を維持している。負荷制限開度（ＬＬ１）がガイドベーン開度（ＧＶ１）と一致（＝）すると第１の発電機１Ｇの出力は徐々に減少し、第１の発電機１Ｇの停止操作が行われてから４２．９秒後に出力が零（０）となる。一方、第２の発電機２Ｇと第３の発電機３Ｇは、負荷制限開度（ＬＬ１）がガイドベーン開度（ＧＶ１）と一致（＝）したら出力は徐々に増加し、第２の発電機２Ｇは第１の発電機１Ｇの停止操作が行われてから６０秒後に出力が３００ＭＷとなり、第３の発電機３Ｇは第１の発電機１Ｇの停止操作が行われてから４５秒後に出力が３００ＭＷとなる。この結果、第１の発電機１Ｇ、第２の発電機２Ｇ、第３の発電機３Ｇのトータル出力は、上記負荷制限開度（ＬＬ１）がガイドベーン開度（ＧＶ１）と一致（＝）したら出力は徐々に減少し、第１の発電機１Ｇの停止操作が行われてから４２．９秒後に５４４．４ＭＷで最少となる。その後トータル出力は徐々に増加して第１の発電機１Ｇの停止操作が行われてから４２．９秒後に６００ＭＷとなる。このように、図示の実施形態においてはトータル出力が最大に落ち込んだ時点でも出力指令値が６００ＭＷに対して５５．６ＭＷの変動に抑えることができる。このような第１の発電機１Ｇ、第２の発電機２Ｇ、第３の発電機３Ｇの負荷制御に基づくトータル出力が図５において実線で示されており、上記従来の（１）方式および（２）方式と比較して出力変動が少ないことが判る。
【００１９】
図３のフローチャートに戻って説明を続けると、上記ステップＳ３において負荷制限開度（ＬＬ１）がガイドベーン開度（ＧＶ１）と一致（＝）しなければ、制御手段１５はステップＳ５に進んで遮断器解列検出手段１３ａからの検出信号に基づいて並列用遮断器１２ａが開路即ち解列したか否かをチェックする。並列用遮断器１２ａが開路即ち解列していなければ、制御手段１５はステップＳ６に進んで回転速度検出手段１４ａからの検出信号に基づいて第１の発電機１Ｇの回転速度（ＲＮ１）が零（０）になったか否かをチェックする。第１の発電機１Ｇの回転速度（ＲＮ１）が零（０）になっていなければ、制御手段１５は上記ステップＳ２に戻ってステップＳ２乃至ステップＳ６を繰り返し実行する。上記ステップＳ５において並列用遮断器１２ａが開路即ち解列した場合または上記ステップＳ６において第１の発電機１Ｇの回転速度（ＲＮ１）が零（０）になった場合には、制御手段１５は上記ステップＳ４に進んで第２の発電機２Ｇと第３の発電機３Ｇの負荷配分制御を実行する。このように、ステップＳ５およびステップＳ６を実行することにより、負荷制限開度検出手段９２ａおよびガイドベーン開度検出手段４３ａが故障した場合でも並列用遮断器１２ａが開路即ち解列または第１の発電機１Ｇの回転速度（ＲＮ１）の零（０）を検出することにより、第２の発電機２Ｇと第３の発電機３Ｇの負荷配分制御を実行することができる。
【００２０】
次に、上記ステップＳ１において作動停止手段１６ａ（ＳＴ１）が停止操作（ＯＮ）されていない場合について説明する。
ステップＳ１において作動停止手段１６ａ（ＳＴ１）が停止操作（ＯＮ）されていない場合は、ステップＳ７に進んで作動停止手段１６ｂ（ＳＴ２）が停止操作（ＯＮ）、即ち第２の発電機２Ｇの停止操作が行われたか否かをチェックする。ステップＳ７において作動停止手段１６ｂ（ＳＴ２）が停止操作（ＯＮ）されたならば，制御手段１５はステップＳ８に進んで負荷制限機構９１ｂ（Ｌ２）を閉作動、即ち負荷制限開度（ＬＬ）が０％になるように作動する。負荷制限機構９１ｂ（Ｌ２）を閉作動したならば、制御手段１５はステップＳ９に進んで負荷制限開度検出手段９２ｂとガイドベーン開度検出手段４３ｂからの検出信号に基づいて負荷制限開度（ＬＬ２）がガイドベーン開度（ＧＶ２）と一致（＝）したか否かをチェックする。ステップＳ９において負荷制限開度（ＬＬ２）がガイドベーン開度（ＧＶ２）と一致（＝）したならば、制御手段１５はステップＳ１０に進んで第１の発電機１Ｇと第３の発電機３Ｇの負荷配分制御を実行する。この負荷配分制御は、第１の発電機１Ｇと第３の発電機３Ｇを駆動する水車４ａと４ｃの調速機９ａと９ｃを制御してガイドベーン４１ａと４１ｃを徐々に負荷に対応した開度（ＧＶ）になるように作動する。なお、ステップＳ１０における第１の発電機１Ｇと第３の発電機３Ｇの負荷配分制御は、上記ステップＳ４の負荷配分制御と同様に行われる。
【００２１】
上記ステップＳ９において負荷制限開度（ＬＬ２）がガイドベーン開度（ＧＶ２）と一致（＝）しなければ、制御手段１５はステップＳ１１に進んで遮断器解列検出手段１３ｂからの検出信号に基づいて並列用遮断器１２ｂが開路即ち解列したか否かをチェックする。並列用遮断器１２ｂが開路即ち解列していなければ、制御手段１５はステップＳ１２に進んで回転速度検出手段１４ｂからの検出信号に基づいて第２の発電機２Ｇの回転速度（ＲＮ２）が零（０）になったか否かをチェックする。第２の発電機２Ｇの回転速度（ＲＮ２）が零（０）になっていなければ、制御手段１５は上記ステップＳ８に戻ってステップＳ８乃至ステップＳ１２を繰り返し実行する。上記ステップＳ１１において並列用遮断器１２ｂが開路即ち解列した場合または上記ステップＳ１２において第２の発電機２Ｇの回転速度（ＲＮ２）が零（０）になった場合には、制御手段１５は上記ステップＳ１０に進んで第１の発電機１Ｇと第３の発電機３Ｇの負荷配分制御を実行する。このように、ステップＳ１１およびステップＳ１２を実行することにより、負荷制限開度検出手段９２ｂおよびガイドベーン開度検出手段４３ｂが故障した場合でも並列用遮断器１２ｂが開路即ち解列または第２の発電機２Ｇの回転速度（ＲＮ２）の零（０）を検出することにより、第１の発電機１Ｇと第３の発電機３Ｇの負荷配分制御を実行することができる。
【００２２】
次に、上記ステップＳ７において作動停止手段１６ｂ（ＳＴ２）が停止操作（ＯＮ）されていない場合について説明する。
ステップＳ７において作動停止手段１６ｂ（ＳＴ２）が停止操作（ＯＮ）されていない場合は、ステップＳ１３に進んで作動停止手段１６ｃ（ＳＴ３）が停止操作（ＯＮ）、即ち第３の発電機３Ｇの停止操作が行われたか否かをチェックする。ステップＳ１３において作動停止手段１６ｃ（ＳＴ３）が停止操作（ＯＮ）されたならば，制御手段１５はステップＳ１４に進んで負荷制限機構９１ｃ（Ｌ３）を閉作動、即ち負荷制限開度（ＬＬ）が０％になるように作動する。負荷制限機構９１ｃ（Ｌ３）を閉作動したならば、制御手段１５はステップＳ１５に進んで負荷制限開度検出手段９２ｃとガイドベーン開度検出手段４３ｃからの検出信号に基づいて負荷制限開度（ＬＬ３）がガイドベーン開度（ＧＶ３）と一致（＝）したは否かをチェックする。ステップＳ１５において負荷制限開度（ＬＬ３）がガイドベーン開度（ＧＶ３）と一致（＝）したならば、制御手段１５はステップＳ１６に進んで第１の発電機１Ｇと第２の発電機２Ｇの負荷配分制御を実行する。この負荷配分制御は、第１の発電機１Ｇと第２の発電機２Ｇを駆動する水車４ａと４ｂの調速機９ａと９ｂを制御してガイドベーン４１ａと４１ｂを徐々に負荷に対応した開度（ＧＶ）になるように作動する。なお、ステップＳ１６における第１の発電機１Ｇと第３の発電機３Ｇの負荷配分制御は、上記ステップＳ４の負荷配分制御と同様に行われる。
【００２３】
上記ステップＳ１５において負荷制限開度（ＬＬ３）がガイドベーン開度（ＧＶ３）と一致（＝）しなければ、制御手段１５はステップＳ１７に進んで遮断器解列検出手段１３ｃからの検出信号に基づいて並列用遮断器１２ｃが開路即ち解列したか否かをチェックする。並列用遮断器１２ｃが開路即ち解列していなければ、制御手段１５はステップＳ１８に進んで回転速度検出手段１４ｃからの検出信号に基づいて第３の発電機３Ｇの回転速度（ＲＮ３）が零（０）になったか否かをチェックする。第３の発電機３Ｇの回転速度（ＲＮ３）が零（０）になっていなければ、制御手段１５は上記ステップＳ１４に戻ってステップＳ１４乃至ステップＳ１８を繰り返し実行する。上記ステップＳ１７において並列用遮断器１２ｃが開路即ち解列した場合または上記ステップＳ１８において第３の発電機３Ｇの回転速度（ＲＮ３）が零（０）になった場合には、制御手段１５は上記ステップＳ１６に進んで第１の発電機１Ｇと第２の発電機２Ｇの負荷配分制御を実行する。このように、ステップＳ１７およびステップＳ１８を実行することにより、負荷制限開度検出手段９２ｃおよびガイドベーン開度検出手段４３ｃが故障した場合でも並列用遮断器１２ｃが開路即ち解列または第３の発電機３Ｇの回転速度（ＲＮ３）の零（０）を検出することにより、第１の発電機１Ｇと第２の発電機２Ｇの負荷配分制御を実行することができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明による水力発電所の負荷制御装置は以上のように構成されており、複数台の水車によってそれぞれ駆動される複数台の発電機を備え水力発電所において、所定の発電機の停止操作信号を入力し該所定の発電機における負荷制限開度とガイドベーン開度が一致した時点で他の発電機の負荷配分制御を実行するようにしたので、発電機の運転台数を変更した場合における発電所としてのトータル出力変動を小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って構成された水力発電所の負荷制御装置の概略構成図。
【図２】図１に示す負荷制御装置を構成する制御手段のブロック構成図。
【図３】図２に示す制御手段の動作手順を示すフローチャート。
【図４】本発明に従って構成された水力発電所の負荷制御装置によって負荷配分制御された負荷配分表。
【図５】従来の負荷制御と本発明による負荷配分制御を示すタイムチャート。
【図６】従来の負荷制御によって負荷配分制御された負荷配分表。
【符号の説明】
１Ｇ：第１の発電機
２Ｇ：第２の発電機
３Ｇ：第３の発電機
４ａ、４ｂ、４ｃ：水車
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ：ガイドベーン
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ：ランナー
５：取水堰堤
６：導水路
７：水槽
８ａ、８ｂ、８ｃ：水圧鉄管
９ａ、９ｂ、９ｃ：調速機
９１ａ（Ｌ１）、９１ｂ（Ｌ２）、９１ｃ（Ｌ２）：負荷制限機構
９２ａ、９２ｂ、９２ｃ：負荷制限開度検出手段
４３ａ、４３ｂ、４３ｃ：ガイドベーン開度検出手段
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ：電路
１１：主母線
１２ａ（ＣＢ１）、１２ｂ（ＣＢ２）、１２ｃ（ＣＢ３）：並列用遮断器
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ：遮断器解列検出手段
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ：回転速度検出手段
１５：制御手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数台の水車によってそれぞれ駆動される複数台の発電機を備えた水力発電所の負荷制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力の需要は時々刻々変化しており、この需要の変化に対応するため電力会社の中央給電指令所では各発電所毎に出力配分を演算し、この演算結果を出力指令信号として各発電所または水力制御所に送る。各発電所または水力制御所は、中央給電指令所からの出力指令信号に基づいて、当該発電所の複数台の発電機の各号機に対する負荷配分を演算し、各発電機の出力を制御している。特に、需要変動が著しい夏期期間には、急な負荷増大に対して発電機を迅速に追従させる必要があるため、複数台の発電機を中間負荷程度で運転しているが、系統全体のＡＦＣ容量を確保するために中央給電指令所からの出力指令値を一定にした状態で、発電機の運転台数を変更する運用が行われている。
【０００３】
しかるに、出力指令値を一定にした状態で発電機の運転台数を変更すると、発電所のトータル出力が一時的に変動することがある。特に、発電機の運転台数を減らした場合に出力変動が大きく現れる。この出力変動の原因は、運転台数を減らすために１台の発電機を停止させ他の発電機の負荷を増加する制御を行う際に、運転を停止する発電機の停止を判断する条件に起因する。発電機の停止を判断する条件として従来は、発電機の停止を発電機と主母線とを接続する電路に配設された並列用遮断器の開路（解列）によって判断する方式と、停止する発電機の停止操作が行われたとき判断する方式が実施されている。
【０００４】
並列用遮断器の開路（解列）によって発電機の停止を判断する方式を用いて他の発電機の負荷配分制御を実施すると、発電機の停止過程において発電所としてのトータル出力が出力指令値より大きく減少するという問題がある。即ち、並列用遮断器は、発電機を駆動する水車に流入する水量を調節するガイドベーンの開度が無負荷開度（出力＝０ＭＷとなる開度で、１０％程度）になり出力が零（０ＭＷ）になった状態で開路（解列）するようになっている。しかしながら、停止する発電機は停止操作が行われるとガイドベーンが徐々に閉じられて出力が徐々に減少するが、上記のように並列用遮断器が開路（解列）するまでは停止する発電機が停止したと判断しないため、他の発電機の負荷配分制御は実行されない。従って、停止する発電機の停止過程においては、発電所としてのトータル出力が出力指令値より大きく減少する。
【０００５】
一方、停止する発電機の停止操作が行われた時点で発電機の停止を判断する方式を用いて他の発電機の負荷配分制御を実施すると、発電機の停止過程において発電所としてのトータル出力が出力指令値より大きく増加するという問題がある。即ち、停止する発電機の停止操作が行われた時点で他の発電機の負荷配分制御を実施すると、停止する発電機は停止操作が行われガイドベーンが徐々に閉じられて無負荷開度なるまでは出力しているので、発電機の停止過程において発電所としてのトータル出力が出力指令値より大きく増加する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、上記両方式における負荷配分制御を実施した場合のトータル出力の変動について、図５および図６を参照して説明する。
中央給電指令所からの指令は、３台の水力発電機の運転を２台にして出力を６００ＭＷに維持するものとする。図５において横軸は時間を表しており、中央給電指令所からの指令、３台の発電機（１Ｇ、２Ｇ、３Ｇ）の中の第１の発電機（１Ｇ）の停止操作時、ガイドベーン負荷変動に対応して制御する調速機の上限を制限する負荷制限機構の開度（ＬＬ）とガイドベーンの開度（ＧＶ）が一致（＝）する時点、第１の発電機（１Ｇ）の並列用遮断器の開路（解列）時が時系列的に示されている。そして、図５には第１の発電機（１Ｇ）の並列用遮断器の開路（解列）によって第２の発電機（２Ｇ）および第３の発電機（３Ｇ）の負荷配分制御を実施する（１）方式と、第１の発電機（１Ｇ）を停止操作によって第２の発電機（２Ｇ）および第３の発電機（３Ｇ）の負荷配分制御を実施する（２）方式の負荷配分時と当該発電所のトータル出力の変動が示されている。なお、この例においては第２の発電機２Ｇの調速機は、ガイドベーンの開度（ＧＶ）を０から１００％へ作動する場合には２．１ＭＷ／秒になるように制御され、負荷制限開度（ＬＬ）を１００から０％へ作動する場合には７ＭＷ／秒になるように制御される。一方、第１の発電機１Ｇと第３の発電機３Ｇの調速機は、ガイドベーンの開度（ＧＶ）を０から１００％へ作動する場合には３．３ＭＷ／秒になるように制御され、負荷制限開度（ＬＬ）が１００から０％への作動が７ＭＷ／秒になるように制御される。
【０００７】
上記（１）方式および（２）方式とも負荷配分が行われるまでは、第１の発電機（１Ｇ）と第２の発電機（２Ｇ）および第３の発電機（３Ｇ）はともに２００ＭＷ出力するように制御されている。
（１）方式は、第１の発電機（１Ｇ）の並列用遮断器の解列によって第１の発電機（１Ｇ）の負荷配分を零（０）にし、第２の発電機（２Ｇ）と第３の発電機（３Ｇ）の負荷配分を３００ＭＷに変更する。しかるに、第１の発電機（１Ｇ）は停止操作が行われると、ガイドベーン開度（ＧＶ）を制御する調速機の上限を制限する負荷制限機構は負荷制限開度（ＬＬ）を０％に作動するように制御される。そして、負荷制限開度（ＬＬ）がガイドベーン開度（ＧＶ）と一致（＝）とする時点からガイドベーンが徐々に閉じられて出力が徐々に減少する。一方、第２の水力発電機（２Ｇ）と第３の水力発電機（３Ｇ）のガイドベーンは、第１の水力発電機（１Ｇ）の並列用遮断器が解列された時点から３００ＭＷの出力になるように徐々に開かれていく。この結果、発電所としてのトータル出力は、図５において１点鎖線で示すように負荷制限機構の負荷制限開度（ＬＬ）がガイドベーン開度（ＧＶ）と一致（＝）する時点から徐々減少し、第１の水力発電機（１Ｇ）の並列用遮断器が解列して第２の水力発電機（２Ｇ）と第３の水力発電機（３Ｇ）の負荷配分が開始される時点では４００ＭＷに減少して、出力指令値（６００ＭＷ）に対して２００ＭＷも落ち込んでしまう。即ち、上記（１）方式によると、トータル出力の変動は２００ＭＷとなる。上述した第１の発電機（１Ｇ）、第２の水力発電機（２Ｇ）、第３の水力発電機（３Ｇ）およびトータル出力の変動を数値で示すと、図６の（ａ）に示すようになる。
【０００８】
一方、（２）方式は、第１の発電機（１Ｇ）の停止操作が行われた時点で、第１の発電機（１Ｇ）の負荷制限機構が負荷制限開度（ＬＬ）を０％にするように制御されるとともに、第２の発電機（２Ｇ）と第３の発電機（３Ｇ）のガイドベーンが３００ＭＷの出力になるように徐々に開かれていく。このように（２）方式によると、第１の発電機（１Ｇ）が停止してその出力が零（０）になる前から第２の発電機（２Ｇ）と第３の発電機（３Ｇ）のガイドベーンが３００ＭＷの出力になるように徐々に開かれていく。この結果、発電所としてのトータル出力は、図５において２点鎖線で示すように第１の水力発電機（１Ｇ）の停止操作が行われ負荷制限機構の負荷制限開度（ＬＬ）がガイドベーンの開度（ＧＶ）と一致（＝）する時点までは増加し、出力指令値（６００ＭＷ）に対してかなり増加する。上述した第１の発電機（１Ｇ）、第２の水力発電機（２Ｇ）、第３の水力発電機（３Ｇ）およびトータル出力の変動を数値で示すと、図６の（ｂ）に示すようになる。（２）方式によると図６の（ｂ）に示すように、第１の発電機（１Ｇ）の停止操作が行われてから１４．３秒後にトータル出力が６７７．２ＭＷとなり、出力指令値（６００ＭＷ）に対して７７．２ＭＷ変動していることが判る。（２）方式においては、出力指令値（６００ＭＷ）に対する出力変動が上記（１）方式の出力変動より小さくなるが、電力系統の安定運用の面から出力変動の更なる抑制が要望される。
【０００９】
本発明は上記事実に鑑みてなされたもので、その主たる技術課題は、複数台の水車によってそれぞれ駆動される複数台の発電機を備えた水力発電所において、発電機の運転台数を変更した場合における発電所としてのトータル出力変動を小さく抑えることができる水力発電所の負荷制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記技術的課題を解決するために、流入する水の水量を調節するガイドベーンをそれぞれ備えた複数台の水車と、該複数台の水車によってそれぞれ駆動される複数台の発電機と、該ガイドベーンを負荷変動に対応して制御する調速機と、該調速機の上限を制限する負荷制限機構と、を具備する水力発電所の負荷制御装置であって、
該負荷制限機構の負荷制限開度を検出する負荷制限開度検出手段と、該ガイドベーンの開度を検出するガイドベーン開度検出手段と、該負荷制限開度検出手段および該ガイドベーン開度検出手段からの検出信号および該複数台の発電機の停止操作信号に基づいて該複数台の発電機の負荷配分を制御する制御手段と、を具備し、
該制御手段は、所定の発電機の停止操作信号を入力し該所定の発電機における該負荷制限開度と該ガイドベーン開度が一致した時点で他の発電機の負荷配分制御を実行する、
ことを特徴とする水力発電所の負荷制御装置が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従って構成された水力発電所の負荷制御装置の好適実施形態を図示している添付図面を参照して、更に詳細に説明する。
【００１２】
図１には、３台の水力発電機即ち第１の発電機１Ｇ、第２の発電機２Ｇ、第３の発電機３Ｇを備えた水路式水力発電所の負荷制御装置の概略構成図が示されている。第１の発電機１Ｇ、第２の発電機２Ｇ、第３の発電機３Ｇは、それぞれ水車４ａ、４ｂ、４ｃによって駆動される。
水路式水力発電は、川の上流に設けられた取水堰堤５で水を取り入れ、導水路６を用いて適当な落差が得られる場所に設けられた水槽７まで水を導き、この水槽７に貯留された水を水圧鉄管８ａ、８ｂ、８ｃを通して水車４ａ、４ｂ、４ｃに導入する。水車４ａ、４ｂ、４ｃに導入される水は、水車４ａ、４ｂ、４ｃのそれぞれ入口に配設されたガイドベーン４１ａ、４１ｂ、４１ｃによって水量調節され、ランナー４２ａ、４２ｂ、４２ｃの羽根に沿って流れて吐き出される。このランナー４２ａ、４２ｂ、４２ｃから吐き出されるときの水の反動でランナー４２ａ、４２ｂ、４２ｃが回転する。
【００１３】
上記ガイドベーン４１ａ、４１ｂ、４１ｃは、それぞれ調速機９ａ、９ｂ、９ｃによって作動せしめられる。この調速機９ａ、９ｂ、９ｃは負荷変動や周波数変動に対応してガイドベーン４１ａ、４１ｂ、４１ｃを制御するもので、従来周知の構成でよく、ガイドベーン４１ａ、４１ｂ、４１ｃを駆動するサーボモータや該サーボモータに導入する圧油を制御する配圧弁および該配圧弁を制御するコンバータ等備えている。なお、調速機９ａ、９ｂ、９ｃは、後述する制御手段によってその作動が制御される。この調速機９ａ、９ｂ、９ｃには、その上限を制限するする負荷制限機構９１ａ（Ｌ１）、９１ｂ（Ｌ２）、９１ｃ（Ｌ２）を備えている。この負荷制限機構９１ａ（Ｌ１）、９１ｂ（Ｌ２）、９１ｃ（Ｌ２）にはそれぞれ負荷制限機構の制限位置即ち負荷制限開度（ＬＬ）を検出する負荷制限開度検出手段９２ａ、９２ｂ、９２ｃが設けられており、この負荷制限開度検出手段９２ａ、９２ｂ、９２ｃは検出信号ＬＬ１、ＬＬ２、ＬＬ３を後述する制御手段に送る。また、図示の実施形態における水力発電所の負荷制御装置は上記ガイドベーン４１ａ、４１ｂ、４１ｃの開度（ＧＶ）を検出するガイドベーン開度検出手段４３ａ、４３ｂ、４３ｃを備えており、このガイドベーン開度検出手段４３ａ、４３ｂ、４３ｃは検出信号ＧＶ１、ＧＶ２、ＧＶ３を後述する制御手段に送る。
【００１４】
上記第１の発電機１Ｇ、第２の発電機２Ｇ、第３の発電機３Ｇによって発電された電力は、電路１０ａ、１０ｂ、１０ｃおよびこれらの電路と接続された主母線１１を通して送電線に送られる。電路１０ａ、１０ｂ、１０ｃには、それぞれ並列用遮断器１２ａ（ＣＢ１）、１２ｂ（ＣＢ２）、１２ｃ（ＣＢ３）が配設されている。この並列用遮断器１２ａ（ＣＢ１）、１２ｂ（ＣＢ２）、１２ｃ（ＣＢ３）にはそれぞれ遮断器の解列を検出するための遮断器解列検出手段１３ａ、１３ｂ、１３ｃが設けられており、遮断器解列検出手段１３ａ、１３ｂ、１３ｃは検出信号を後述する制御手段に送る。また、図示の実施形態における水力発電所の負荷制御装置は上記第１の発電機１Ｇ、第２の発電機２Ｇ、第３の発電機３Ｇの回転速度（ＲＮ）を検出する回転速度検出手段１４ａ、１４ｂ、１４ｃを備えており、この回転速度検出手段１４ａ、１４ｂ、１４ｃは検出信号ＲＮ１、ＲＮ２、ＲＮ３を後述する制御手段に送る。
【００１５】
図示の実施形態における水力発電所の負荷制御装置は、図２に示すコンピュータからなる制御手段１５を具備している。制御手段１５は制御プログラムに従って所定の演算を実行する中央処理装置（ＣＰＵ）、制御プログラム等を格納するリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、演算結果等を格納するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および入出力インターフェース等を備えている。この制御手段１５には、上記負荷制限開度検出手段９２ａ、９２ｂ、９２ｃ、ガイドベーン開度検出手段４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、遮断器解列検出手段１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、回転速度検出手段１４ａ、１４ｂ、１４ｃから検出信号が入力されるとともに、水力発電機１Ｇ、２Ｇ、３Ｇの停止操作を行う作動停止手段１６ａ（ＳＴ１）、１６ｂ（ＳＴ２）、１６ｃ（ＳＴ３）および中央給電指令所からの出力指令値（ＯＰ）、発電機の運転台数指令（ＯＭ）等が入力される。そして、制御手段１５からは、上記調速機９ａ、９ｂ、９ｃおよび負荷制限機構９１ａ、９１ｂ、９１ｃ等に制御信号を出力する。
【００１６】
図示の実施形態における水力発電所の負荷制御装置は、以上のように構成されており、以下その作動について説明する。
なお、中央給電指令所から３台の発電機の運転を２台にして出力を所定の出力指令値（例えば、６００ＭＷ）に維持する指令がなされたものとし、この場合の負荷配分制御につて図３に示すフローチャートを参照して説明する。
制御手段１５は、先ずステップＳ１において作動停止手段１６ａ（ＳＴ１）が停止操作（ＯＮ）、即ち第１の発電機１Ｇの停止操作が行われたか否かをチェックする。ステップＳ１において作動停止手段１６ａ（ＳＴ１）が停止操作（ＯＮ）されたならば，制御手段１５はステップＳ２に進んで負荷制限機構９１ａ（Ｌ１）を閉作動、即ち負荷制限開度（ＬＬ）が０％になるように作動する。負荷制限機構９１ａ（Ｌ１）を閉作動したならば、制御手段１５はステップＳ３に進んで負荷制限開度検出手段９２ａとガイドベーン開度検出手段４３ａからの検出信号に基づいて負荷制限開度（ＬＬ１）がガイドベーン開度（ＧＶ１）と一致（＝）したか否かをチェックする。ステップＳ３において負荷制限開度（ＬＬ１）がガイドベーン開度（ＧＶ１）と一致（＝）したならば、制御手段１５はステップＳ４に進んで第２の発電機２Ｇと第３の発電機３Ｇの負荷配分制御を実行する。この負荷配分制御は、第２の発電機２Ｇと第３の発電機３Ｇを駆動する水車４ｂと４ｃの調速機９ｂと９ｃを制御してガイドベーン４１ｂと４１ｃを徐々に負荷配分に対応した開度（ＧＶ）になるように作動する。
【００１７】
ここで、第１の発電機１Ｇの停止操作が行われてからの第１の発電機１Ｇの出力の推移と、ステップＳ４における負荷配分制御に基づく第２の発電機２Ｇと第３の発電機３Ｇの出力の推移について、図４に示す負荷配分表を参照して説明する。図４には、中央給電指令所からの出力指令値が６００ＭＷの場合において、第１の発電機１Ｇの停止操作が行われてからの経過時間に対する第１の発電機１Ｇ、第２の発電機２Ｇ、第３の発電機３Ｇの出力およびトータル出力の推移が示されている。なお、第２の発電機２Ｇの調速機９ｂは、負荷制限開度（ＬＬ）が０から１００％への作動が２１ＭＷ／秒になるように制御され、負荷制限開度（ＬＬ）が１００から０％への作動が７ＭＷ／秒になるように制御される。一方、第１の発電機１Ｇと第３の発電機３Ｇの調速機９ａと９ｃは、負荷制限開度（ＬＬ）が０から１００％への作動が３３ＭＷ／秒になるように制御され、負荷制限開度（ＬＬ）が１００から０％への作動が７ＭＷ／秒になるように制御される。
【００１８】
図４から判るように、第１の発電機１Ｇの停止操作が行われてから１４．３秒後に負荷制限開度（ＬＬ１）がガイドベーン開度（ＧＶ１）と一致（＝）する。ここまでは第１の発電機１Ｇ、第２の発電機２Ｇ、第３の発電機３Ｇとも２００ＭＷの出力を維持している。負荷制限開度（ＬＬ１）がガイドベーン開度（ＧＶ１）と一致（＝）すると第１の発電機１Ｇの出力は徐々に減少し、第１の発電機１Ｇの停止操作が行われてから４２．９秒後に出力が零（０）となる。一方、第２の発電機２Ｇと第３の発電機３Ｇは、負荷制限開度（ＬＬ１）がガイドベーン開度（ＧＶ１）と一致（＝）したら出力は徐々に増加し、第２の発電機２Ｇは第１の発電機１Ｇの停止操作が行われてから６０秒後に出力が３００ＭＷとなり、第３の発電機３Ｇは第１の発電機１Ｇの停止操作が行われてから４５秒後に出力が３００ＭＷとなる。この結果、第１の発電機１Ｇ、第２の発電機２Ｇ、第３の発電機３Ｇのトータル出力は、上記負荷制限開度（ＬＬ１）がガイドベーン開度（ＧＶ１）と一致（＝）したら出力は徐々に減少し、第１の発電機１Ｇの停止操作が行われてから４２．９秒後に５４４．４ＭＷで最少となる。その後トータル出力は徐々に増加して第１の発電機１Ｇの停止操作が行われてから４２．９秒後に６００ＭＷとなる。このように、図示の実施形態においてはトータル出力が最大に落ち込んだ時点でも出力指令値が６００ＭＷに対して５５．６ＭＷの変動に抑えることができる。このような第１の発電機１Ｇ、第２の発電機２Ｇ、第３の発電機３Ｇの負荷制御に基づくトータル出力が図５において実線で示されており、上記従来の（１）方式および（２）方式と比較して出力変動が少ないことが判る。
【００１９】
図３のフローチャートに戻って説明を続けると、上記ステップＳ３において負荷制限開度（ＬＬ１）がガイドベーン開度（ＧＶ１）と一致（＝）しなければ、制御手段１５はステップＳ５に進んで遮断器解列検出手段１３ａからの検出信号に基づいて並列用遮断器１２ａが開路即ち解列したか否かをチェックする。並列用遮断器１２ａが開路即ち解列していなければ、制御手段１５はステップＳ６に進んで回転速度検出手段１４ａからの検出信号に基づいて第１の発電機１Ｇの回転速度（ＲＮ１）が零（０）になったか否かをチェックする。第１の発電機１Ｇの回転速度（ＲＮ１）が零（０）になっていなければ、制御手段１５は上記ステップＳ２に戻ってステップＳ２乃至ステップＳ６を繰り返し実行する。上記ステップＳ５において並列用遮断器１２ａが開路即ち解列した場合または上記ステップＳ６において第１の発電機１Ｇの回転速度（ＲＮ１）が零（０）になった場合には、制御手段１５は上記ステップＳ４に進んで第２の発電機２Ｇと第３の発電機３Ｇの負荷配分制御を実行する。このように、ステップＳ５およびステップＳ６を実行することにより、負荷制限開度検出手段９２ａおよびガイドベーン開度検出手段４３ａが故障した場合でも並列用遮断器１２ａが開路即ち解列または第１の発電機１Ｇの回転速度（ＲＮ１）の零（０）を検出することにより、第２の発電機２Ｇと第３の発電機３Ｇの負荷配分制御を実行することができる。
【００２０】
次に、上記ステップＳ１において作動停止手段１６ａ（ＳＴ１）が停止操作（ＯＮ）されていない場合について説明する。
ステップＳ１において作動停止手段１６ａ（ＳＴ１）が停止操作（ＯＮ）されていない場合は、ステップＳ７に進んで作動停止手段１６ｂ（ＳＴ２）が停止操作（ＯＮ）、即ち第２の発電機２Ｇの停止操作が行われたか否かをチェックする。ステップＳ７において作動停止手段１６ｂ（ＳＴ２）が停止操作（ＯＮ）されたならば，制御手段１５はステップＳ８に進んで負荷制限機構９１ｂ（Ｌ２）を閉作動、即ち負荷制限開度（ＬＬ）が０％になるように作動する。負荷制限機構９１ｂ（Ｌ２）を閉作動したならば、制御手段１５はステップＳ９に進んで負荷制限開度検出手段９２ｂとガイドベーン開度検出手段４３ｂからの検出信号に基づいて負荷制限開度（ＬＬ２）がガイドベーン開度（ＧＶ２）と一致（＝）したか否かをチェックする。ステップＳ９において負荷制限開度（ＬＬ２）がガイドベーン開度（ＧＶ２）と一致（＝）したならば、制御手段１５はステップＳ１０に進んで第１の発電機１Ｇと第３の発電機３Ｇの負荷配分制御を実行する。この負荷配分制御は、第１の発電機１Ｇと第３の発電機３Ｇを駆動する水車４ａと４ｃの調速機９ａと９ｃを制御してガイドベーン４１ａと４１ｃを徐々に負荷に対応した開度（ＧＶ）になるように作動する。なお、ステップＳ１０における第１の発電機１Ｇと第３の発電機３Ｇの負荷配分制御は、上記ステップＳ４の負荷配分制御と同様に行われる。
【００２１】
上記ステップＳ９において負荷制限開度（ＬＬ２）がガイドベーン開度（ＧＶ２）と一致（＝）しなければ、制御手段１５はステップＳ１１に進んで遮断器解列検出手段１３ｂからの検出信号に基づいて並列用遮断器１２ｂが開路即ち解列したか否かをチェックする。並列用遮断器１２ｂが開路即ち解列していなければ、制御手段１５はステップＳ１２に進んで回転速度検出手段１４ｂからの検出信号に基づいて第２の発電機２Ｇの回転速度（ＲＮ２）が零（０）になったか否かをチェックする。第２の発電機２Ｇの回転速度（ＲＮ２）が零（０）になっていなければ、制御手段１５は上記ステップＳ８に戻ってステップＳ８乃至ステップＳ１２を繰り返し実行する。上記ステップＳ１１において並列用遮断器１２ｂが開路即ち解列した場合または上記ステップＳ１２において第２の発電機２Ｇの回転速度（ＲＮ２）が零（０）になった場合には、制御手段１５は上記ステップＳ１０に進んで第１の発電機１Ｇと第３の発電機３Ｇの負荷配分制御を実行する。このように、ステップＳ１１およびステップＳ１２を実行することにより、負荷制限開度検出手段９２ｂおよびガイドベーン開度検出手段４３ｂが故障した場合でも並列用遮断器１２ｂが開路即ち解列または第２の発電機２Ｇの回転速度（ＲＮ２）の零（０）を検出することにより、第１の発電機１Ｇと第３の発電機３Ｇの負荷配分制御を実行することができる。
【００２２】
次に、上記ステップＳ７において作動停止手段１６ｂ（ＳＴ２）が停止操作（ＯＮ）されていない場合について説明する。
ステップＳ７において作動停止手段１６ｂ（ＳＴ２）が停止操作（ＯＮ）されていない場合は、ステップＳ１３に進んで作動停止手段１６ｃ（ＳＴ３）が停止操作（ＯＮ）、即ち第３の発電機３Ｇの停止操作が行われたか否かをチェックする。ステップＳ１３において作動停止手段１６ｃ（ＳＴ３）が停止操作（ＯＮ）されたならば，制御手段１５はステップＳ１４に進んで負荷制限機構９１ｃ（Ｌ３）を閉作動、即ち負荷制限開度（ＬＬ）が０％になるように作動する。負荷制限機構９１ｃ（Ｌ３）を閉作動したならば、制御手段１５はステップＳ１５に進んで負荷制限開度検出手段９２ｃとガイドベーン開度検出手段４３ｃからの検出信号に基づいて負荷制限開度（ＬＬ３）がガイドベーン開度（ＧＶ３）と一致（＝）したは否かをチェックする。ステップＳ１５において負荷制限開度（ＬＬ３）がガイドベーン開度（ＧＶ３）と一致（＝）したならば、制御手段１５はステップＳ１６に進んで第１の発電機１Ｇと第２の発電機２Ｇの負荷配分制御を実行する。この負荷配分制御は、第１の発電機１Ｇと第２の発電機２Ｇを駆動する水車４ａと４ｂの調速機９ａと９ｂを制御してガイドベーン４１ａと４１ｂを徐々に負荷に対応した開度（ＧＶ）になるように作動する。なお、ステップＳ１６における第１の発電機１Ｇと第３の発電機３Ｇの負荷配分制御は、上記ステップＳ４の負荷配分制御と同様に行われる。
【００２３】
上記ステップＳ１５において負荷制限開度（ＬＬ３）がガイドベーン開度（ＧＶ３）と一致（＝）しなければ、制御手段１５はステップＳ１７に進んで遮断器解列検出手段１３ｃからの検出信号に基づいて並列用遮断器１２ｃが開路即ち解列したか否かをチェックする。並列用遮断器１２ｃが開路即ち解列していなければ、制御手段１５はステップＳ１８に進んで回転速度検出手段１４ｃからの検出信号に基づいて第３の発電機３Ｇの回転速度（ＲＮ３）が零（０）になったか否かをチェックする。第３の発電機３Ｇの回転速度（ＲＮ３）が零（０）になっていなければ、制御手段１５は上記ステップＳ１４に戻ってステップＳ１４乃至ステップＳ１８を繰り返し実行する。上記ステップＳ１７において並列用遮断器１２ｃが開路即ち解列した場合または上記ステップＳ１８において第３の発電機３Ｇの回転速度（ＲＮ３）が零（０）になった場合には、制御手段１５は上記ステップＳ１６に進んで第１の発電機１Ｇと第２の発電機２Ｇの負荷配分制御を実行する。このように、ステップＳ１７およびステップＳ１８を実行することにより、負荷制限開度検出手段９２ｃおよびガイドベーン開度検出手段４３ｃが故障した場合でも並列用遮断器１２ｃが開路即ち解列または第３の発電機３Ｇの回転速度（ＲＮ３）の零（０）を検出することにより、第１の発電機１Ｇと第２の発電機２Ｇの負荷配分制御を実行することができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明による水力発電所の負荷制御装置は以上のように構成されており、複数台の水車によってそれぞれ駆動される複数台の発電機を備え水力発電所において、所定の発電機の停止操作信号を入力し該所定の発電機における負荷制限開度とガイドベーン開度が一致した時点で他の発電機の負荷配分制御を実行するようにしたので、発電機の運転台数を変更した場合における発電所としてのトータル出力変動を小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って構成された水力発電所の負荷制御装置の概略構成図。
【図２】図１に示す負荷制御装置を構成する制御手段のブロック構成図。
【図３】図２に示す制御手段の動作手順を示すフローチャート。
【図４】本発明に従って構成された水力発電所の負荷制御装置によって負荷配分制御された負荷配分表。
【図５】従来の負荷制御と本発明による負荷配分制御を示すタイムチャート。
【図６】従来の負荷制御によって負荷配分制御された負荷配分表。
【符号の説明】
１Ｇ：第１の発電機
２Ｇ：第２の発電機
３Ｇ：第３の発電機
４ａ、４ｂ、４ｃ：水車
４１ａ、４１ｂ、４１ｃ：ガイドベーン
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ：ランナー
５：取水堰堤
６：導水路
７：水槽
８ａ、８ｂ、８ｃ：水圧鉄管
９ａ、９ｂ、９ｃ：調速機
９１ａ（Ｌ１）、９１ｂ（Ｌ２）、９１ｃ（Ｌ２）：負荷制限機構
９２ａ、９２ｂ、９２ｃ：負荷制限開度検出手段
４３ａ、４３ｂ、４３ｃ：ガイドベーン開度検出手段
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ：電路
１１：主母線
１２ａ（ＣＢ１）、１２ｂ（ＣＢ２）、１２ｃ（ＣＢ３）：並列用遮断器
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ：遮断器解列検出手段
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ：回転速度検出手段
１５：制御手段
Claims (1)
- 流入する水の水量を調節するガイドベーンをそれぞれ備えた複数台の水車と、該複数台の水車によってそれぞれ駆動される複数台の発電機と、該ガイドベーンを負荷変動に対応して制御する調速機と、該調速機の上限を制限する負荷制限機構と、を具備する水力発電所の負荷制御装置であって、
該負荷制限機構の負荷制限開度を検出する負荷制限開度検出手段と、該ガイドベーンの開度を検出するガイドベーン開度検出手段と、該負荷制限開度検出手段および該ガイドベーン開度検出手段からの検出信号および該複数台の発電機の停止操作信号に基づいて該複数台の発電機の負荷配分を制御する制御手段と、を具備し、
該制御手段は、所定の発電機の停止操作信号を入力し該所定の発電機における該負荷制限開度と該ガイドベーン開度が一致した時点で他の発電機の負荷配分制御を実行する、
ことを特徴とする水力発電所の負荷制御装置。
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| JP2017051038A (ja) * | 2015-09-04 | 2017-03-09 | 株式会社安川電機 | 電力変換装置、発電システムおよび発電制御方法 |
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