JP2008199714A - 水力発電所の運転制御装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発電所へのトータル出力目標値に応じ可能な限りトータル実出力を確保しながら、軽故障の発生した号機の主機状態の悪化を出来るだけ低減するように複数の主機を制御して、軽故障の影響の軽減及び悪影響の拡大防止を図り、優れた信頼性・安定性・経済性を実現させる水力発電所の運転制御装置及びその方法を提供する。
【解決手段】軽故障発生中の出力指令値算出処理部１００は、軽故障が発生した際の当該号機の出力指令値を算出する部分であり、その出力指令値は軽故障の項目に応じて、出力の減少、現状維持、増加のいずれかにあらかじめ設定されている。運転台数算出部１０２は、並列運転中の号機の中で、各運転号機の運転状況を確認して運転台数を算出することにより軽故障の発生を判別することが可能な部分となっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、水力発電所の運転制御技術に係り、特に、主機停止となる重故障以外の故障である軽故障が発生した際の対処に関するものである。

一般に、複数の主機を有する水力発電所では、給電所より発電所一括の目標値であるトータル出力指令値を給電所より受け取り、各主機を運転する運用としている事が多い。その際、トータル出力指令値を運転号機に配分する運転制御技術としては、運転中の主機が同容量であれば、各運転号機に均等にトータル出力指令値を配分する方式（例えば特許文献１参照）や、運転号機のトータル効率を高く保つようにした高効率特性に応じて各運転号機にトータル出力指令値を配分する方式がある。

なお、同じ発電所で異なる容量の主機であれば、各々の運転号機の容量比に応じてトータル出力指令値を配分する場合もある。また、給電所より受け取るトータル出力指令値を配分の基準とするではなく、取水口のゲートからの流入量に応じて最もトータル効率の高い組合せの出力で複数の主機を運転する方式の装置（例えば特許文献２参照）を用いている場合もある。

一方、主機の運転順序を自動的に判断して各号機の運転／停止を処理するも行われている。この場合、どの号機を運転するかを判断する従来技術としては、各号機の運転積算時間が出来るだけ差異が無いようにするといった判断を行うもの（例えば特許文献３参照）や、主機の容量の違う複数の主機の運転停止を出来るだけ高効率となるように判断するもの（例えば特許文献４参照）が知られている。

ここで、水力発電所の運転制御装置の従来例として、特許文献１に記載された従来技術を、図１２を参照して具体的に説明する。図１２に示した構成例では、同容量の３台の主機を有する発電所４において、制御所または給電所５に設置された遠方監視制御装置６から、テレコン親局７、テレコン子局８及び共通自動制御装置９を介して、各号機の自動制御装置１、２、３に対して始動／停止指令を出力すると共に、当該発電所４のトータル出力指令値をテレコン親局７、テレコン子局８を介して共通自動制御装置９へ出力するようになっている。なお、各号機の自動制御装置１、２、３にはそれぞれ、ＡＬＲ機能部３１、３２、３３、ガバナレギュレータ１ｂ、２ｂ、３ｂ、補機制御装置１ｃ、２ｃ、３ｃが付設されている。

図１２の構成例では、主機の運転／停止は遠方監視制御装置６からの指令に応じて行い、有効電力の制御はトータル出力指令値を共通自動制御装置９の各号機出力指令値算出処理にて各号機の出力指令値に配分し、各号機の自動制御装置１、２、３へ出力するようになっている。この配分機能は主機容量が同等の場合は運転台数に応じた均等配分が一般的である。このような例に関して図１３を用いてさらに詳しく説明する。

図１３の例では、トータル出力指令値Ｘを各号機出力指令値算出処理部１０に入力し、各号機の運転状態の信号１１、１２、１３を確認して、運転中の号機に均等にトータル出力指令値を分配し、各号機の出力指令値２１、２２、２３を算出する。これら各号機の出力指令値２１、２２、２３は各々の号機のＡＬＲ機能部３１、３２、３３へ入力されて各々の号機の実出力を調整する。なお、ＡＬＲ機能とは、指令値に実値を追従される典型的なフィードバック制御を果たすものである。また、出力指令値を配分する機能を用いない号機については現状維持を行い、トータル出力指令値Ｘから当該号機の実出力を減算し、その減算結果を残りの号機へ配分するなどの処理を実施するが、この構成例では記載を省略する。

続いて、各号機出力指令値算出処理部１０の具体的な構成例を、図１４に示す。各号機出力指令値算出処理部１０には、記憶部１０１、運転台数算出部１０２、出力指令値算出部１０３が設けられている。このうち、記憶部１０１は、設定信号ｘによりテレコン子局８経由で入力されるトータル出力指令値Ｘを出力指令値算出部１０３に用いる実トータル出力指令値Ｘ_０として記憶する部分である。また、運転台数算出部１０２は、各号機の運転条件（自動配分機能使用中、並列中など）１１、１２、１３を取り込み、これを用いて各号機の出力指令値２１、２２、２３を配分する対象となる運転台数Ｎを算出するようになっている。

出力指令値算出部１０３は、記憶部１０１にて記憶した実トータル出力指令値Ｘ_０を、運転台数算出部１０２にて算出した運転台数Ｎで除算することにより１台当たりの出力指令値Ｙを算出する。この１台当たりの出力指令値Ｙを配分対象号機への出力指令値２１、２２、２３として各号機のＡＬＲ機能部３１、３２、３３へ出力する。なお、運転中の号機の均等運転ではなく運転中の号機のトータル効率を高くする組み合わせで出力指令値を配分するような従来例もある。

一方、制御所または給電所５の遠方監視制御装置６から各号機の運転／停止を行なわない場合は、トータル出力指令値Ｘに応じて定められた順序で運転・停止号機を自動的に選択して始動／停止指令を出力すると共に、トータル出力指令値Ｘを運転中の主機に応じて自動的に算出することがある。この例については図１５を参照して説明する。なお、トータル出力指令値Ｘの読み込み・記憶処理は図１４の記憶部１０１と同様とする。実装置では実トータル出力指令値Ｘ_０を用いる場合も多いが、以下の説明はトータル出力指令値Ｘを用いて説明する。

図１５の例では、発電所４において共通自動制御装置９には始動停止指令出力および各号機出力指令値算出処理部１６と、運転順序選択手段１７が設けられている。また、各号機の自動制御装置１、２、３にはそれぞれＡＬＲ機能部３１、３２、３３と自動制御手段５１、５２、５３が設置されている。

始動停止指令出力および各号機出力指令値算出処理部１６では、入力したトータル出力指令値Ｘに応じて運転台数を決定し、運転順序選択手段１７から入力した運転順序信号１８に応じて運転/停止対象号機に主機の始動／停止指令４１、４２、４３を出力するとともに、運転号機の各々の出力指令値２１、２２、２３を算出して各号機毎のＡＬＲ機能部３１、３２、３３へ出力する。

各号機のＡＬＲ機能部３１、３２、３３は各号機の出力指令値２１、２２、２３と実出力３１ａ、３２ａ、３３ａを比較して出力増または減の制御信号３１ｂ、３２ｂ、３３ｂを各々の自動制御手段５１、５２、５３経由でガバナレギュレータ２ａ、２ｂ、２ｃへ出力して、実出力を出力指令値へ追従させる。

なお、出力指令値算出方法としては、上記に記載した均等配分の他にも、特許文献３のように発電所トータルの高効率を考慮した方法がある。また、主機容量が異なる複数の主機を有する発電所における運転号機の選択を自動的に行う運転号機の選択装置を備えたものもある。さらに、水路系の構成のため、制御所からのトータル出力指令値を用いずに流量指令値を用いたり、取水口からの流入量を用いたりして主機の運転台数および各号機の使用流量を制御する装置（例えば、特許文献２参照）もある。

特開平４―２８１３３０号公報 特許２７５８２３７号公報 特開平４―３０３１８０号公報 特許３６０４４１６号公報

ところで、上記の水力発電所の運転制御技術はいずれも、主機が健全状態であることを前提として出力指令値の配分や、主機の運転／制御を行なっており、主機が何らかの異常で重故障のいずれかの項目を検出すると、主機トリップとなり、これらの主機は運転停止制御の対象外号機となる。しかしながら、重故障に至らず、それ以外の軽故障が発生した場合は、運転停止制御の対象外とはならない。そのため健全号機と同じ状態での運転停止制御を行なっている。

このように従来の運転制御技術では、軽故障が発生している号機も健全号機と同様に出力制御や運転を継続している。したがって、軽故障が継続する事で重故障に移行して主機停止となるおそれや、重故障には至らないが主機状態が悪化することで長期的な寿命への影響が出てオーバーホール間隔の短縮や主機の早期更新となるなどの不具合があった。しかも、複数の号機を有する発電所の粗相号的な運用では、運転員の対応・コミュニケーションが重要であるが、手動操作によってタイムリーにこれを実施するのは難しく、軽故障の発生した号機に関して柔軟且つ迅速に対応することが望まれていた。

本発明は、以上の課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、発電所へのトータル出力目標値に応じ、可能な限りトータル実出力を確保しながら、軽故障の発生した号機の主機状態の悪化を出来るだけ低減するように複数の主機を制御して、軽故障の影響の軽減及び悪影響の拡大防止を図り、優れた信頼性・安定性・経済性を実現させる水力発電所の運転制御装置及びその方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、複数の主機を有する水力発電所で並列運転中の号機に対し出力指令値を配分する水力発電所の運転制御装置において、次のような構成上の特徴を有している。すなわち、並列運転中の号機の中で、主機停止となる重故障以外の故障である軽故障が発生した際、この軽故障が発生した号機への軽故障時出力指令値を算出する軽故障時出力指令値算出手段を備え、トータル出力指令値から、前記軽故障時出力指令値算出手段にて算出した前記軽故障時出力指令値を減算して、その減算結果を軽故障の発生していない並列運転号機で配分するようにしたことを特徴とするものである。

また、本発明は、複数の主機を有する水力発電所でトータル出力指令値に応じて運転可能な号機について、運転号機、停止号機を自動的に選択する運転順序選択手段を備えた水力発電所の運転制御装置において、前記運転順序選択手段は、運転可能な号機の中で、主機停止となる重故障以外の故障である軽故障が発生した際、軽故障の発生した号機の運転を出来るだけ少なくするように運転順序を入れ替えるように構成したことを特徴としている。

本発明の水力発電所の運転制御装置及びその方法によれば、軽故障時出力指令値算出手段において、軽故障の内容に応じて軽故障が発生した号機への軽故障時出力指令値を算出することで、あるいは、運転順序選択手段において、軽故障発生中の号機の運転を出来るだけ少なくするように運転順序を自動的に選択することで、トータルな実出力を確保しつつ、軽故障の影響の軽減及びその悪影響の拡大防止を図ることができ、オーバーホール間隔の短縮や主機の早期更新を防止すると共に、運転員の作業簡素化を実現し、信頼性・安定性・経済性が大幅に向上する。

発明を実施するための最良な形態

以下、本発明の代表的な実施形態について、図１〜図１１を参照して具体的に説明する。なお、本発明は水力発電所の運転制御装置及びその方法に係るものであり、図１２〜図１５に示した従来技術と同一の部材に関しては、同一符号を付して説明は省略する。また、本発明は、軽故障が発生した際の運転制御技術に係るが、軽故障とは主機停止となる重故障以外の故障を全て含むものであり、代表的な項目として、コイル温度上昇、水車軸振動、軸受温度上昇、トルク脈動、発電機鉄心振動などがある。

（１）第１の実施形態
［構成］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る水力発電所の運転制御装置の内、各号機の出力指令値算出処理機能の構成例を示したものである。この実施形態の特徴は、図１４に記載した従来の構成に改良を加えたものであり、軽故障発生中の各号機出力指令値算出処理部１００を追加し、各号機の軽故障信号を入力条件として追加した点に特徴がある。

軽故障発生中の各号機出力指令値算出処理部１００は、軽故障が発生した際の当該号機の出力指令値を算出する部分であり、その出力指令値は軽故障の項目に応じて、出力の減少、現状維持、増加のいずれかにあらかじめ設定されている。各号機出力指令値算出処理部１００では、各号機の軽故障信号１１ａ、１２ａ、１３ａを確認し、信号がＯＮしている号機があれば、発生した要素を軽故障信号の中に含まれる詳細情報（図示しない）で確認するようになっている。

また、運転台数算出部１０２は、並列運転中の号機の中で、各運転号機の運転状況を確認して運転台数を算出することにより軽故障の発生を判別することが可能な部分となっている。すなわち、並列運転中の号機のいずれにも軽故障が発生していない場合は、通常と同様に運転台数Ｎにより1台あたりの出力指令値Ｙを算出して対象号機への出力指令値２１、２２、２３とする。そして、各号機用のＡＬＲ機能部３１、３２、３３が、この各号機の出力指令値２１、２２、２３に応じて各号機の実出力を追従する。これによりトータル出力指令値Ｘに応じたトータル実出力が実現される。

図１に従って、本実施形態に係る各号機出力指令値算出処理部１０の構成について詳述する。本実施形態では、図１に図示しない遠方制御装置(以下テレコンと呼ぶ)からのトータル出力指令値Ｘをそれに付属する設定信号ｘがＯＮしていることを条件に記憶部１０１で記憶し、これを本実施形態で使用する実トータル出力指令値Ｘ_０とする。

１号機を自動配分処理の対象とする場合にＯＮする１号自動配分条件１１Ｘと１号並列条件１１ＹがともにＯＮしているとき、ＡＮＤ処理１２１で１号機自動配分処理参加条件１１１ａをＯＮする。この１号自動配分条件１１Ｘと１号並列条件１１Ｙを含む信号を１号運転条件１１と呼ぶ。２号機、３号機についても１号機と同様に各々の自動配分条件１２Ｘ、１３Ｘと並列条件１２Ｙ、１３Ｙを、ＡＮＤ処理１２２、１２３で処理し、各号機の自動配分処理参加条件１１２ａ、１１３ａをＯＮする。なお、２号自動配分条件１２Ｘと２号並列条件１２Ｙを含む信号を２号運転条件１２と呼び、３号自動配分条件１３Ｘと３号並列条件１３Ｙを含む信号を３号運転条件１３と呼ぶ。

運転台数算出部１０２では、各号機の自動配分処理参加条件１１１ａ、１１２ａ、１１１３ａのＯＮしている信号数を運転台数Ｎとして出力する。なお、図示しないが、演算処理のエラーを防止するために運転台数Ｎは全台が停止の場合でも１未満にならないようにする場合もある。また、主機容量が異なる場合は、単純な運転台数でなく、主機容量比でトータル出力指令値Ｘを按分して算出する場合もある。ここでは最も基本的な同容量機を前提として記載している。

出力指令値算出部１０３では、実トータル出力指令値Ｘ_０を運転台数Ｎで割り、1台当たりの出力指令値Ｙを算出する。1号機自動配分処理参加条件１１１ａがＯＮしている場合は、この１台当たりの出力指令値Ｙを１号用出力指令値Ｙ１とする。２号機、３号機についてもこれと同様に各々の自動配分処理参加条件１１２ａ、１１３ａがＯＮしている場合は、この１台当たりの出力指令値Ｙを各々の出力指令値Ｙ２、Ｙ３とする。前記図１４に示した従来例ではこれをそのまま各号機の出力指令値２１、２２、２３としていたが、本実施形態では軽故障の発生を確認する以下の処理を実施している。

前述したように、軽故障発生中の各号機出力指令値算出処理部１００では、各号機の軽故障信号１１ａ、１２ａ、１３ａを確認し、信号がＯＮしている号機があれば、発生した要素を軽故障信号の中に含まれる詳細情報（図示しない）で確認する。この時、出力指令値算出処理部１００の確認した要素によって、最優先処理としてその号機の出力指令値を決定する。

その後、この決定した出力指令値を実トータル出力指令値Ｘ_０から減算した結果を残りの運転号機に均等配分して全台の出力指令値を算出する。すなわち、各号機の自動配分処理参加条件１１１ａ、１１２ａ、１１３ａと各号機の軽故障信号１１ａ、１２ａ、１３ａを取り込み、軽故障が発生している場合は、軽故障発生号機を考慮した上で、その号機の出力指令値を決定し、健全号機の出力指令値も算出し、その結果を各号機用の出力指令値Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３として出力している。

例として、３台運転中の場合に、１号機で現状維持が望ましい軽故障が発生した場合を以下に示す。まず、１号機で発生した軽故障の内容が、現状維持が望ましい場合には、１号機の実出力を１号機用出力指令値Ｚ１にセットする。次に他号機出力指令値を算出する。すなわち、残り２台が同容量機である場合、均等配分するための算出式は次の通りである。
１台当たりの出力指令値＝（実トータル出力指令値Ｘ_０−１号機出力指令値Ｚ１）／２
＝２号機出力指令値Ｚ２
＝３号機出力指令値Ｚ３
＝上記計算結果の１台当たりの出力指令値

また１号機〜３号機のいずれかに軽故障が発生していることをＯＲ処理１１４で判断し、軽故障が発生していれば軽故障発生中信号１１４ａをＯＮする。この軽故障発生中信号１１４ａがＯＮしていれば、通常の各号機の出力指令値Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３を用いず、軽故障発生中の各号機の出力指令値Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３を用いて各号機のＡＬＲに使用する各号機の出力指令値２１、２２、２３とする。ＡＬＲ機能部３１、３２、３３では、各々の出力指令値２１、２２、２３に合わせて、各号機の実出力（有効電力）を追従させるように図示しないガバナレギュレータへ出力増または出力減用の制御信号を出力する。

図２のフローチャートは、軽故障発生中の各号機出力指令値算出処理部１００を加えた場合の出力指令値算出処理部１０の処理概要を示している。ここではまず、運転台数算出部１０２が各運転号機の運転状況を確認して運転台数を算出し（Ｓ２１）、運転中の号機で軽故障の発生した場合は（Ｓ２２のＹＥＳ）、軽故障発生中の各号機の出力指令値算出処理部１００にて軽故障の内容に応じて軽故障が発生した号機の出力指令値を算出し、トータル出力から軽故障の発生している号機の出力指令値を減算した結果を用いて軽故障が発生していない号機の出力指令値を算出する（Ｓ２３）。

なお、運転中の号機で軽故障の発生していない場合は（Ｓ２２のＮＯ）、出力指令値算出部１０３は、記憶部１０１にて記憶した実トータル出力指令値Ｘ_０を均等に配分する（Ｓ２４）。この結果を各号機の出力指令値として決定し、この出力指令値を出力指令値算出処理部１００から出力する（Ｓ２５）。結果としては運転台数算出部１０２にて算出した運転台数Ｎで除算することにより各号機の１台当たりの出力指令値Ｙを算出し、各号機の出力指令値とすることになる。また、図２のフローチャートでは記載を省略したが、各号機の出力指令値Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３を決定する際に、その号機の運用最小出力を下限、定格出力を上限として制限を加えた結果を各号機の出力指令値としてもよい。

［出力減少処理］
次に、軽故障発生中の出力指令値算出処理の具体的な処理例について、図３〜図５のフローチャートを用いて説明する。図３のフローチャートでは、実出力を低減することで、発生中の軽故障が復帰または拡大防止できるコイル温度上昇などの軽故障が発生し出力指令値を減少させる場合の、軽故障発生中の各号機出力指令値算出処理部１００の処理を示している。

このような処理で、発生した軽故障の項目が出力減少を実施すべき要素がない場合は（Ｓ３１のＮＯ）、運転号機で実トータル出力指令値Ｘ_０を均等配分して１台当たりの出力指令値Ｙを算出する（Ｓ３４）。一方、発生した軽故障の項目がコイル温度上昇など出力減少を実施すべき要素であった場合は（Ｓ３１のＹＥＳ）、軽故障発生中の号機の出力指令値を予め定めた減少値とする（Ｓ３２）。

この値を実トータル出力指令値Ｘ_０から減算して、残りの運転号機で均等配分する（Ｓ３３）。残りの運転号機の合計出力指令値＋軽故障発生中の号機の出力指令値の合計が実トータル出力指令値Ｘ_０と同じになれば（Ｓ３５のＹＥＳ）、その結果を各々の号機の出力指令値２１、２２、２３として出力する（Ｓ３７）。

しかし、残りの運転号機を定格出力で運転してもトータル実出力が実トータル出力指令値Ｘ_０に達しない場合は（Ｓ３５のＮＯ）、軽故障発生中の号機の出力指令値を不足する分、増やして（Ｓ３６）、最終的な各号機の出力指令値２１、２２、２３を決定する（Ｓ３７）。以上のような処理を行うことで、実トータル出力指令値Ｘ_０を出来るだけ確保しながら運転状態を軽故障状態から離脱させることや悪影響の拡大防止へ移行させることが可能となる。

［出力維持処理］
図４のフローチャートでは、現状維持とすることで異常の拡大防止ができる水車軸振動や軸受温度上昇などの軽故障が発生しできるだけ出力指令値を現状維持させる場合の軽故障発生中の各号機出力指令値算出処理部１００の処理を示している。

この処理で、発生した軽故障の項目が出力維持を実施すべき要素がない場合は（Ｓ４１のＮＯ）、運転号機で実トータル出力指令値Ｘ_０を均等配分して１台当たりの出力指令値Ｙを算出する（Ｓ４４）。一方、発生した軽故障の項目が現状維持を実施すべき要素であった場合は（Ｓ４１のＹＥＳ）、軽故障発生中の号機の出力指令値をその号機の実出力値とする（Ｓ４２）。

この値を実トータル出力指令値Ｘ_０から減算して、残りの運転号機で均等配分する（Ｓ４３）。残りの運転号機の合計出力指令値＋軽故障発生中の号機の出力指令値の合計が実トータル出力指令値Ｘ_０と同じになれば（Ｓ４５のＹＥＳ）、その結果を各々の号機の出力指令値２１、２２、２３として出力する。

しかし、残りの運転号機で運転してもトータル実出力が実トータル出力指令値Ｘ_０にならない場合は（Ｓ４５のＮＯ）、その差分を軽故障発生中の号機の出力指令値に加算して（Ｓ４６）、最終的な各号機の出力指令値２１、２２、２３を決定する（Ｓ４７）。このような処理を行うことで、実トータル出力指令値Ｘ_０を確保しながら出来るだけ軽故障発生号機の運転状態を維持することで悪影響化の拡大を防止することが可能となる。

［出力増加処理］
ところで、発電機出力の脈動などの異常が発生する原因としては水車のホワールによるトルク脈動などがある。このホワールは運転状態を変化させる事で低減できる。また、発電機鉄心振動などの異常が発生している場合は、出力増することでこの振動が低減する場合がある。これらは一般的な監視項目では無いが、ここでは、これらの異常を監視して軽故障と扱いとする。

上記のような場合は、軽故障発生中の出力指令値の算出処理として、これらを検出したら出力指令値を増加することで異常の軽減および悪影響の拡大を防止することが可能である。このような要素の異常が軽故障として発生したら、出力指令値で増加させる場合の軽故障発生中の各号機の出力指令値算出処理部１００では、図５のフローチャートに示すような処理を行う。

図５の処理では、発生した軽故障の項目が出力増加を実施すべき要素がない場合は（Ｓ５１のＮＯ）、運転号機で実トータル出力指令値Ｘ_０を均等配分して１台当たりの出力指令値Ｙを算出する（Ｓ５４）。一方、発生した軽故障の項目が出力増加を実施すべき要素であった場合、軽故障発生中の号機の出力指令値を現状の実出力より予め定めた値増加してその号機の出力指令値とする（Ｓ５２）。

この出力指令値を実トータル出力指令値Ｘ_０から減算して残りの運転号機で均等配分する（Ｓ５３）。残りの運転号機の合計出力指令値＋軽故障発生中の号機の出力指令値の合計が実トータル出力指令値Ｘ_０と同じになれば（Ｓ５５のＹＥＳ）、その結果を各々の号機の出力指令値２１、２２、２３として出力する。

しかし、残りの運転号機で運転してもトータル実出力が実トータル出力指令値Ｘ_０にならない場合は、その差分（ほとんどの場合はマイナス値）を軽故障発生中の号機の出力指令値に加算して最終的な各号機の出力指令値２１、２２、２３を決定する。これを行うことで、実トータル出力指令値Ｘ_０を確保しながら出来るだけ運転状態を軽故障状態から離脱させることや悪影響の拡大防止へ移行させることが可能となる。

［作用効果］
以上のような本実施形態では、軽故障発生中の各号機出力指令値算出処理部１００を備えることにより、軽故障の内容に応じて軽故障が発生した号機への軽故障時出力指令値を、減少、現状維持、増加と、柔軟に変化させ、軽故障状態の軽減及びその悪影響の拡大防止を図ることができる。なお、軽故障発生内容に応じて出力減、現状維持、出力増を任意に組み合わせることも可能である。

このような本実施形態によれば、軽故障の継続による重故障への移行を回避でき、主機停止へ至らず、継続的な運転が可能となる。また、主機状態の悪化を防ぐことで寿命を延ばすことができるので、オーバーホール間隔を長くすることも可能となる。したがって、優れた信頼性・安定性を確保することができ、しかも主機の更新時期を延長化させることで経済性の向上に寄与することができる。

［第１の実施形態の変形例］
上記図１に示した実施形態では、運転中の主機が同容量であることを前提として、各運転号機による均等配分処理を実施しているが、このような配分処理を行う代わりに、発電所トータルの効率を高く保つための高効率特性に応じて、配分処理を実施することも可能である。

すなわち、図６に示すように、第１の実施形態の変形例では、高効率特性による各号機の出力指令値算出部１１３を備えると共に、軽故障発生中の各号機出力指令値算出処理部１００ａを有している。軽故障発生中の各号機出力指令値算出処理部１００ａでは、軽故障発生時の出力指令値減算結果を、軽故障の発生していない正常運転号機の高効率特性に応じて配分するようになっている。

このような実施形態では、記憶した実トータル出力指令値Ｘ_０と各号機の運転条件１１、１２、１３を用いて、運転号機の出力の組み合わせによりトータル効率を高く保つために予め定めた高効率特性により各号機の出力指令値Ｙ１、Ｙ２、Ｙ３を算出する。通常は出力指令値算出部１１３にて高効率特性を用いるが、軽故障が発生した場合は、軽故障発生中の各号機出力指令値算出処理部１００ａにて算出する各号機の出力指令値を用いる。

以下、具体的な処理例として、図７のフローチャートでは、実出力を低減することで、発生中の軽故障が復帰または拡大防止できるコイル温度上昇などの軽故障が発生した場合に出力指令値を減少させる場合の、軽故障発生中の各号機出力指令値算出処理部１００ａの処理を示している。

このような処理で、発生した軽故障の項目が出力減少を実施すべき要素がない場合は（Ｓ６１のＮＯ）、実トータル出力指令値Ｘ_０を運転号機の高効率で配分して１台当たりの出力指令値Ｙを算出する（Ｓ６４）。一方、発生した軽故障の項目がコイル温度上昇など出力減少を実施すべき要素であった場合は（Ｓ６１のＹＥＳ）、軽故障発生中の号機の出力指令値を予め定めた減少値とする（Ｓ６２）。

この値を実トータル出力指令値Ｘ_０から減算して、残りの運転号機で、運転号機の高効率特性で配分して、各号機の出力指令値を算出する（Ｓ６３）。残りの運転号機の合計出力指令値＋軽故障発生中の号機の出力指令値の合計が実トータル出力指令値Ｘ_０と同じになれば（Ｓ６５のＹＥＳ）、その結果を各々の号機の出力指令値２１、２２、２３として出力する（Ｓ６７）。

しかし、残りの運転号機を定格出力で運転してもトータル実出力が実トータル出力指令値Ｘ_０に達しない場合は（Ｓ６５のＮＯ）、実トータル出力指令値Ｘ_０と各号機の出力指令地の差を軽故障発生中の号機の出力指令値に加算し（Ｓ６６）、最終的な各号機の出力指令値２１、２２、２３を決定する（Ｓ６７）。

このような処理を行う実施形態によれば、実トータル出力指令値Ｘ_０を確保し、発電所トータルの高効率を維持しながら出来るだけ運転状態を軽故障状態から離脱させることや悪影響の拡大防止へ移行させることが可能となる。これにより、軽故障の発生している号機の重故障への移行や主機状態の悪化を防止しつつ発電所トータルの実出力をトータル出力指令値に追従させ、しかも発電所のトータル効率を高く保つことができる。この結果、運転の制約を少なくして、軽故障発生中の主機運転を要因としたオーバーホール間隔の短縮や早期主機更新などを確実に防止でき、経済的に有利である。

なお、上記実施形態において、前記第１の実施形態における図４及び図５のフローチャートに示した処理と同じく、軽故障発生中の出力指令値算出処理として、水車軸振動や軸受温度上昇などの軽故障が発生中に出力指令値を現状維持とする処理や、トルク脈動や発電機鉄心振動などの軽故障が発生中に出力指令値を増加させる処理を、行うことも可能である。

（２）第２の実施形態
［構成］
次に、図８〜図１０を用いて、本発明の第２の実施形態に係る水力発電所の運転制御装置について説明する。図８は、第２の実施形態の構成図であって、トータル出力指令値により自動的に運転／停止号機を選択する運転順序選択手段１７ａを備えている。これは、図１５に記載した従来の構成の内の運転順序選択手段７を軽故障発生時の運転順序選択手段１７ａに変えて運転順序信号１８を算出するようにしたものである。なお、トータル出力指令値Ｘの読み込み・記憶処理は図１４の記憶部１０１と同様とする。実装置では実トータル出力指令値Ｘ_０を用いる場合も多いが、以下の説明はトータル出力指令値Ｘを用いて説明する。

運転順序選択手段１７ａは、運転可能な号機のいずれにも軽故障が発生していない場合は、通常と同様に予め定めた運転順序で運転／停止を行うように運転順序信号１８を決定する。しかし、各号機の軽故障信号１１ａ、１２ａ、１３ａのいずれかが検出されている場合は、発生している軽故障の内容により運転順序を自動的に変更して出来るだけ軽故障の発生した号機の運転を行わないようにする。

また、第２の実施形態では、始動停止指令出力および各号機出力指令値算出処理部１６ａを備えている。この構成例について、図９に示す。始動停止指令出力および各号機出力指令値算出処理部１６ａは、始動／停止指令作成処理部６１ａと各号機出力指令値算出処理部６２とからなり、運転順序選択手段１７ａからの運転順序信号１８とトータル出力指令値Ｘ、各号機の運転条件１１、１２、１３で運転する号機を自動的に選択し、始動／停止指令４１、４２、４３を出力する。各号機出力指令値算出処理部６２は、前記第１実施形態のそれ（出力指令値算出処理部１００）と同様の構成を有している。

［出力減少処理］
次に、軽故障発生時の具体的に処理例について、図１０のフローチャートを用いて説明する。図１０のフローチャートでは、コイル温度上昇など実出力を低減することで、発生中の軽故障が復帰または拡大防止できる要素の軽故障が発生した場合に運転順序を自動的に変更させる場合の運転順序選択手段７ａの処理を示している。

このような処理で、コイル温度上昇など、入力された軽故障の項目が出力減少を実施すべき要素であった場合は（Ｓ７１のＹＥＳ）、軽故障の継続状況を監視する（Ｓ７２）。監視を開始してから一定時間が経過した場合（Ｓ７３のＹＥＳ）、運転順序選択手段７ａは軽故障発生中の号機の運転順序を他の号機よりも遅くして（Ｓ７４）、運転順序を決定する（Ｓ７５）。この決定した運転順序を運転順序信号８として始動停止指令出力および各号機出力指令値算出処理部１６ａへ出力する。なお、各号機出力指令値算出処理部６２の処理に関しては、図３に示した処理と同様である。

以上の処理において、軽故障の項目として、コイル温度上昇など、入力された軽故障の項目が出力減少を実施すべき要素に限らず、それ以外に、水車軸振動や軸受温度上昇など出力指令値を現状維持とする軽故障や、トルク脈動や発電機鉄心振動など出力指令値を増加させる軽故障が、一定時間継続した場合であっても、上記の処理と同様に、軽故障発生中の号機の運転順序を他の号機より遅くして運転順序を決定するようにしてもよい。

［作用効果］
以上のような本実施形態によれば、前記第１の実施形態の作用効果に加えて、次のような作用効果がある。すなわち、軽故障を発生した号機に関しては、軽故障の状態がある程度継続している場合、出来るだけ運転しないように運転順序を選択することで軽故障状態からの離脱や悪影響の拡大防止へ移行させることが可能となる。これにより、軽故障の継続による重故障への移行を防止でき、主機の長寿命化の貢献できる。また、軽故障を含めた発電所の相互調整で重要な要素である運転員の対応・コミュニケーションを簡素化でき、作業効率が向上する。

（３）他の実施形態
なお、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、第２の実施形態において、各号機出力指令値算出処理部６２を省いて運転順序選択手段を単独で採用するようにしてもよい。また、上記の実施形態におけるシステム構成はいずれも、発電所４の共通自動制御装置９を有する構成にて実施しているが、図１１に示すように、発電所４に共通自動制御装置９が無い場合には、制御所または給電所５の遠方監視制御装置６にて実施するようにしても良い。

本発明の第１の実施形態の構成図。 第１の実施形態のフローチャート。 第１の実施形態において出力減少処理のフローチャート。 第１の実施形態において出力維持処理のフローチャート。 第１の実施形態において出力増加処理のフローチャート。 第１の実施形態の変形例の構成図。 第１の実施形態の変形例において出力減少処理のフローチャート。 本発明の第２の実施形態の構成図。 第２の実施形態の要部構成図。 第２の実施形態において出力減少処理のフローチャート。 本発明の他の実施形態の構成図。 一般的な水力発電所の運転制御装置の構成図。 一般的な水力発電所の運転制御装置の構成図。 一般的な水力発電所の運転制御装置の構成図（均等配分処理の例）。 一般的な水力発電所の運転制御装置の構成図（運転順序選択処理の例）。

符号の説明

１…１号自動制御装置
２…２号自動制御装置
３…３号自動制御装置
４…発電所
５…制御所または給電所
６…遠方監視制御装置
７…テレコン親局
８…テレコン子局
９…共通自動制御装置
１１ａ、１２ａ、１３ａ…各号機の軽故障信号
１６、１６ａ…始動停止指令出力および各号機出力指令値算出処理部
１７、１７ａ…運転順序選択手段
３１、３２、３３…ＡＬＲ機能部
６２、１００、１００ａ…軽故障発生中の各号機出力指令値算出処理部
１０１…記憶部
１０２…運転台数算出部
１０３…出力指令値算出部
Ｘ…トータル出力指令値
Ｘ_０…実トータル出力指令値
Ｙ…１台当たりの出力指令値
Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３…各号機用の出力指令値

Claims (12)

1. 複数の主機を有する水力発電所で並列運転中の号機に対し出力指令値を配分する水力発電所の運転制御装置において、
   並列運転中の号機の中で、主機停止となる重故障以外の故障である軽故障が発生した際、この軽故障が発生した号機のための軽故障時出力指令値を算出する軽故障時出力指令値算出手段を備え、
   全ての号機によるトータル出力指令値から、前記軽故障時出力指令値算出手段にて算出した前記軽故障時出力指令値を減算して、その結果を軽故障の発生していない並列運転号機で配分するようにしたことを特徴とする水力発電所の運転制御装置。
2. 前記軽故障時出力指令値算出手段にて算出した前記軽故障時出力指令値を減算して、その結果を軽故障の発生していない並列運転号機で配分する場合、軽故障の発生していない並列運転号機で均等に配分するようにしたことを特徴とする請求項１記載の水力発電所の運転制御装置。
3. 前記軽故障時出力指令値算出手段にて算出した前記軽故障時出力指令値を減算して、その結果を軽故障の発生していない並列運転号機で配分する場合、軽故障の発生していない並列運転号機の高効率特性に応じて配分するようにしたことを特徴とする請求項１記載の水力発電所の運転制御装置。
4. 前記軽故障時出力指令値算出手段は、軽故障の発生した号機の出力に関して、減少、現状維持又は増加、若しくはそれらを任意に組合せて軽故障時出力指令値を算出するように構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の水力発電所の運転制御装置。
5. 複数の主機を有する水力発電所で運転可能な号機に対する出力指令値に応じて運転停止号機を自動的に選択する運転順序選択手段を備えた水力発電所の運転制御装置において、
   前記運転順序選択手段は、運転可能な号機の中で、主機停止となる重故障以外の故障である軽故障が発生した際、軽故障の発生した号機の運転を出来るだけ少なくするように運転順序を入れ替えるように構成したことを特徴とする水力発電所の運転制御装置。
6. 前記運転順序選択手段は、出力を減少する項目及び出力を維持する項目の少なくとも一方の軽故障が一定時間継続した場合に、軽故障の発生した号機の運転を出来るだけ少なくするように運転順序を入れ替えるようにしたことを特徴とする請求項５記載の水力発電所の運転制御装置。
7. 発電所に設置された共通自動制御装置にて出力指令値配分や運転順序処理のような運転制御を行うようにしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の水力発電所の運転制御装置。
8. 制御所または給電所に設置された遠方監視制御装置にて出力指令値配分や運転順序処理のような運転制御を行うようにしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の水力発電所の運転制御装置。
9. 前記軽故障内容判別手段は、軽故障の発生条件として少なくとも、コイル温度上昇、水車軸振動、軸受温度上昇、発電機出力脈動を判別するように構成し、
   前記軽故障時出力指令値算出手段は、前記軽故障内容判別手段にて判別した軽故障の発生条件がコイル温度上昇であれば軽故障が発生した号機の出力が減少するように、水車軸振動又は軸受温度上昇であれば軽故障が発生した号機の出力が現状維持となるように、発電機出力脈動又は発電機鉄心振動であれば軽故障が発生した号機の出力が増加するように、それぞれ軽故障時出力指令値を算出するように構成したことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の水力発電所の運転制御装置。
10. 軽故障の内容を判別する軽故障内容判別手段を備え、
    前記軽故障時出力指令値算出手段は、前記軽故障内容判別手段にて判別した軽故障の内容に応じて軽故障が発生した号機への軽故障時出力指令値を算出するようになっていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の水力発電所の運転制御装置。
11. 複数の主機のある水力発電所で並列運転中の台数に応じて出力指令値を配分する配分ステップを含んだ水力発電所の運転制御方法において、
    並列運転中の号機の中で、主機停止となる重故障以外の故障である軽故障が発生した際、この軽故障が発生した号機への軽故障時出力指令値を算出する軽故障時出力指令値算出ステップを含み、
    前記配分ステップでは、全ての号機によるトータル出力指令値から、前記軽故障時出力指令値算出ステップにて算出した前記軽故障時出力指令値を減算して、その結果を軽故障の発生していない並列運転号機で配分することを特徴とする水力発電所の運転制御方法。
12. 複数の主機を有する水力発電所で運転停止号機を自動的に選択する運転順序選択ステップを含んだ水力発電所の運転制御装置において、
    前記運転順序選択ステップでは、運転可能な号機の中で、主機停止となる重故障以外の故障である軽故障が発生した際、軽故障の発生した号機の運転を出来るだけ少なくするように運転順序を入れ替えるようにして運転順序を選択することを特徴とする水力発電所の運転制御方法。

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