JP2019213381A

JP2019213381A - 水力発電所の運転支援システム

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Publication number: JP2019213381A
Application number: JP2018108836A
Authority: JP
Inventors: 好敏賣豆紀; Yoshitoshi Mezuki
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2018-06-06
Filing date: 2018-06-06
Publication date: 2019-12-12
Anticipated expiration: 2038-06-06
Also published as: JP7079424B2

Abstract

【課題】計画通りの出力で水力発電所を運転するための支援を行うことができる水力発電所の運転支援システムを提供することを課題とする。【解決手段】本発明は、ダム付きの水力発電所の運転を支援するための水力発電所の運転支援システム１であって、水力発電所の制御を開始する制御開始時から制御終了時までの間に発電に使用できるダムの水量を予測し、該水量の水で発揮できる範囲内の水力発電所の目標出力値を導出し、該目標出力値に基づいて水力発電所の出力を制御する。【選択図】図３

Description

本発明は、水力発電所の運転を支援する水力発電所の運転支援システムに関する。

従来、水力発電所の運転を支援するためのシステムが種々提供されている。かかるシステムには、例えば、特許文献１に開示されているような、ダムへの水の流入量（他のダムからの水の流入量）を利用して水力発電所の運転時におけるダムの水位を予測し、この予測したダムの水位がダムの水位の上限以上又は下限以下となった場合に、ダムのゲートを制御する（すなわち、水の放流量を調整する）システムが知られている。

上記構成のシステムによれば、ダムの水位が上限又は下限に至ることを防止し、ダムから水が溢れたり、ダム内の水が枯渇したりすることを避けることができるとされている。

特開昭６１−９８１２８号公報

ところで、水力発電所では、出力の目標値（出力目標値）が予め定められており、実際の出力値がこの出力目標値に合うようにして運転が行われている。

しかしながら、上記従来のシステムは、ダムへの水の流入量に応じてダムからの水の放流量を調整（増減）させるように構成されているため、ダムから水力発電所に流れ込む水の量の変化に伴って、該水力発電所の出力も変化してしまうことがある。そのため、上記従来のシステムでは、水力発電所の出力が予め計画していた出力目標値から逸脱することがあった。

そこで、本発明は、かかる実情に鑑み、計画通りの出力で水力発電所を運転するための支援を行うことができる水力発電所の運転支援システムを提供することを課題とする。

本発明の水力発電所の運転支援システムは、
ダム付きの水力発電所の運転を支援するための水力発電所の運転支援システムであって、
水力発電所の制御を開始する制御開始時の水位の予測を開始する予測開始時から、該制御開始時までのダムへの水の流入量を予測する制御前流入量予測手段と、
前記予測開始時から前記制御開始時までの間における前記水力発電所による前記ダム内の水の使用予定量を導出する使用予定量導出手段と、
前記制御前流入量予測手段で予測した前記流入量と前記使用予定量導出手段で導出した前記使用量とに基づいて前記制御開始時のダムの水位を予測する開始時水位予測手段と、
該水位予測手段で予測した前記制御開始時のダムの水位と制御終了時のダムの水位の目標値である目標水位とから導出した差分水位に基づいて前記制御開始時から前記制御終了時までの間に水力発電所で使用可能なダムの水量である使用可能量を導出する使用可能量導出手段と、
前記制御開始時から前記制御終了時までの間において該使用可能量の水で発揮できる範囲内の水力発電所の出力目標値を導出する出力値導出手段と、
該出力値導出手段で導出した前記出力目標値に基づいて、前記制御開始時から前記制御終了時までの間における水力発電所の出力を制御する制御手段とを備える。

上記構成の水力発電所の運転支援システムによれば、水力発電所の制御を開始する前の段階で、制御開始時から制御終了時までの間に水力発電所で使用できるダムの水の量を使用可能量として得られ、さらに、制御開始時から制御終了時までの間において該使用可能量の水で発揮できる範囲内の水力発電所の目標出力値が得られる。

従って、制御開始時から制御終了時までの間に使える水量から導出した目標出力値に基づいて水力発電所の出力が制御されるため、水力発電所の出力が制御開始時前に定めた出力から外れてしまうことを抑えることができる。

また、本発明の水力発電所の運転支援システムは、
前記制御開始時から前記制御終了時までの間における前記ダムに流入する水の量を示す増加水量を予測する制御中流入量予測手段を備え、
前記使用可能量導出手段は、前記差分水量に前記増加水量を加算して得た水量を前記使用可能量とし、
前記出力値導出手段は、該使用可能量に基づいて出力目標値を導出する、ように構成されていてもよい。

上記構成の水力発電所の運転支援システムによれば、前記制御開始時から前記制御終了時までの間にダムに流入する水の量も水力発電所で使用できる水として把握できるため、目標出力値の設定幅が広がる。

また、本発明の水力発電所の運転支援システムにおいて、
前記増加水量には、上流に設置されているダムからの放水量が含まれる、ようにしてもよい。

かかる構成によれば、支援対象の水力発電所とは別の水力発電所の運転状況を考慮に入れた目標出力値が導出されるため、支援対象の水力発電所の出力が、該別の水力発電所の運転状況の影響を受けて変動することを抑えることができる。

以上のように、本発明の水力発電所の運転支援システムは、実際に使える水量を予測し、その予測領内で出力値を決めるため、計画通りの出力で水力発電所を運転するための支援を行うことができるという優れた効果を奏し得る。

図１は、複数のダムと水力発電所で構成される水系の概要図である。図２は、ダムと水力発電所の構成を説明するためのブロック図である。図３は、本発明の一実施形態に係る水力発電所の機能ブロック図である。図４は、ダムの水位の変化を示すグラフである。図５は、同実施形態に係る水力発電所の運転支援システムのフローチャートである。図６は、同実施形態に係る水力発電所の運転支援システムにおける、制御開始時のダムの水位を予測する処理のフローチャートである。図７は、同実施形態に係る水力発電所の運転支援システムにおける、水力発電所で使用できるダムの水量を予測する処理のフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態に係る水力発電所の運転支援システム（以下、運転支援システムと称する）について添付図面を参照しつつ説明を行う。

運転支援システムは、図１に示すように、ダムＤｍと、該ダムＤｍから放流された水を使用して発電を行う水力発電所Ｇｍとで構成される水力発電設備Ｐｍ（図２参照）に構築されている。

運転支援システムが構築されている水力発電設備Ｐｍの上流側には、別のダムＤｓと水力発電所Ｇｓとを一組にした水力発電設備Ｐｓ（図２参照）が、河川等の水路を介してつながっており、これにより、水系が構成されている。

なお、本実施形態では、運転支援システムが構築されている水力発電設備Ｐｍを第一の水力発電設備Ｐｍと称し、該第一の水力発電設備Ｐｍを構成するダムＤｍと水力発電所Ｇｍとをそれぞれ第一のダムＤｍ、第一の水力発電所Ｇｍと称する。

また、運転支援システムが構築されている水力発電設備Ｐｓとは別の水力発電設備Ｐｓを第二の水力発電設備Ｐｓと称し、該第二の水力発電設備Ｐｓを構成するダムＤｓと水力発電所Ｇｓとをそれぞれ第二のダムＤｓ、第二の水力発電所Ｇｓと称する。

図２に示すように、第一の水力発電設備Ｐｍと複数の第二の水力発電設備Ｐｓとは、無線又は有線によって相互に情報通信可能となるように接続されている。

そして、第一のダムＤｍには、貯留している水の放出量を制御するゲートＤｍ１が設けられている。

第一の水力発電所Ｇｍは、河川を介して上流側から流れ込む水を使用して発電を行う発電ユニットＧｍ１を備えている。発電ユニットＧｍ１は、水車や、該水車に接続された発電器等を含む構成である。

また、本実施形態に係る第一の水力発電所Ｇｍには、パソコン等の処理装置Ｍが設けられており、本実施形態に係る運転支援システムは、この処理装置Ｍに構築されている。

第二のダムＤｓにも、貯留している水の放出量を制御するゲート（図示しない）が設けられている。また、第二の水力発電所Ｇｓも、河川を介して上流側から流れ込む水を使用して発電を行う発電ユニットを備えており、この発電ユニットは、水車や、該水車に接続された発電器等を含む構成であればよい。

運転支援システムは、第一の水力発電所Ｇｍの出力を制御し始める制御開始時から第一の水力発電所Ｇｍの出力を制御し終える制御終了時までの間に、発電（第一の水力発電所Ｇｍでの発電）に使用できる第一のダムＤｍの水量を予測した後に、この水量で発揮できる範囲内の出力を導出し、該出力に基づいて第一の水力発電所Ｇｍの出力を制御するように構成されている。

より具体的に説明すると、本実施形態に係る運転支援システムは、図３に示すように、現在（第一の水力発電所Ｇｍの制御を開始する制御開始時の水位を予測し始める時点）の水位（以下、現在水位と称する）を導出する現在水位導出手段２と、第一の水力発電所Ｇｍの制御を開始する制御開始時の水位を予測する予測開始時から、該制御開始時までの第一のダムＤｍへの水の流入量（以下、制御前流入量と称する）を予測する制御前流入量予測手段３と、前記予測開始時から前記制御開始時までの間における第一の水力発電所Ｇｍによる第一のダムＤｍ内の水の使用量（以下、制御前使用量と称する）を導出する使用予定量導出手段４と、前記制御前流入量及び前記制御前使用量とに基づいて制御開始時の第一のダムＤｍの水位（以下、開始時水位と称する）を予測する開始時水位予測手段５と、第一の水力発電所Ｇｍの制御を終了する制御終了時の水位の目標値（以下、目標水位と称する）を導出する目標水位導出手段６と、制御開始時から第一の水力発電所Ｇｍの制御を終了する制御終了時までの間に第一のダムＤｍに流入する水の量（以下、増加水量）を予測する制御中流入量予測手段７と、開始時水位、目標水位、増加水量、のそれぞれに基づいて制御開始時から制御終了時までの間に第一の水力発電所Ｇｍで使用可能な第一のダムＤｍの水量（以下、使用可能量と称する）を予測する使用可能量予測手段８と、前記使用可能量の水で発揮できる範囲内の第一の水力発電所Ｇｍの出力値を導出する出力値導出手段９と、該出力値導出手段９で導出した目標出力値に基づいて、前記予測開始時から前記制御開始時までの間における第一の水力発電所Ｇｍの出力を制御する制御手段１０とを備えている。なお、図４には、予測開始時をＴ１、制御開始時をＴ２、制御終了時をＴ３で示し、制御開始時の水位をＬ１、制御終了時の水位をＬ２で示している。

現在水位導出手段２は、例えば、第一のダムＤｍから水位を示す水位情報を取得し、該水位情報に基づいて現在水位を導出するように構成されていればよい。

制御前流入量予測手段３は、第一のダムＤｍにつながる河川の水の流量（河川流量）と、河川の水の流量が時間とともに減少する割合を示す減少率（河川の水の流量が自然に減少する割合）とに基づいて制御前流入量を予測するように構成されている。

制御前流入量は、例えば、河川流量に減少率を乗算して導出すればよい。また、河川流量が単位時間あたりに河川を流れる水の量を表す場合は、導出した制御前流入量に対して制御前流入量に予測開始時から制御開始時までの時間をさらに乗算してもよい。

使用予定量導出手段４は、予測開始時から制御開始時の間における第一の水力発電所Ｇｍの出力と、該出力を発揮するために必要な必要水量と、を導出し、この必要水量を制御前使用水量とするように構成されている。

開始時水位予測手段５は、制御前流入量の水が流入することによる水位の上昇値を導出し、また、制御前使用量の水を放流することによる水位の減少値を導出するように構成されており、開始時水位Ｌ１、上昇値Ｉ１、減少値Ｄ１、とした場合、下式１により開始時水位Ｌ１を導出する。

目標水位導出手段６は、例えば、予め処理装置Ｍに記憶させておいた目標水位を、該処理装置Ｍから読み出すように構成されていればよい。なお、目標水位導出手段６は、予測開始時から使用可能量予測手段８が使用可能量を予測し始めるまでの間に目標水位を入力するように構成されていてもよい。

制御中流入量予測手段７は、制御開始時から制御終了時までの間における河川の流量と、制御開始時から制御終了時までの間に運転する第二の水力発電設備Ｐｓからの放水量と、を導出し、それぞれの流量に基づいて（本実施形態では加算して）増加水量とするように構成されている。

なお、河川の流量は、上述のように、河川の流量と、河川の水の流量が時間とともに減少する割合を示す減少率をとに基づいて（乗算して）増加水量を導出すればよい。

使用可能量予測手段８は、増加水量の水が流入することにより上昇する第一のダムＤｍの水位の上昇値を導出する。そして、目標水位をＬ２、上昇値をＬ３、第一のダムＤｍ内の単位水位当たりの水量をＸとした場合、下式２により使用可能量Ａを導出する。

出力値導出手段９は、上述のように、使用可能量で発揮できる範囲内で第一の水力発電所Ｇｍの出力値を導出するように構成されていればよいが、使用可能量で発揮できる上限の出力値を導出するように構成されていることが好ましい。このようにすれば、目標水位と制御終了時の実際の第一のダムＤｍの水位との間に生じるずれを抑えることができる。

本実施形態に係る運転支援システム１の構成は以上の通りである。続いて、本実施形態に係る運転支援システム１の動作を説明する。

本実施形態に係る運転支援システム１は、第一の水力発電所Ｇｍの運転支援を開始する制御開始時までの間に、該制御開始時から該制御終了時までの間において第一の水力発電所Ｇｍで使用できる水の量を予測し、この予測した水の量で生み出せる出力の範囲内の出力値を決定し、該出力値を満たすようにして第一の水力発電所Ｇｍを制御する。

より具体的に説明すると、運転支援システム１は、図５に示すように、制御開始時の第一のダムＤｍの水位の予測（Ｓ１）、制御終了時の第一のダムＤｍの水位（目標水位）の設定（Ｓ２）、制御開始時から制御終了時までの間に第一の水力発電所Ｇｍで使用できる第一のダムＤｍの水量の予測（Ｓ３）、第一の水力発電所Ｇｍの出力値の決定（Ｓ４）、該出力値に基づく第一の水力発電所Ｇｍの運転制御（Ｓ５）、の各処理が順番に実行される。

制御開始時の第一のダムＤｍの水位を予測する処理では、図６に示すように、現在水位導出手段２が現時点（予測開始時）の第一のダムＤｍの水位を導出し（Ｓ６）、制御前流入量予測手段３が予測開始時から制御開始時までの第一のダムＤｍへの水の流入量（制御前流入量）を予測する（Ｓ７）。

さらに、使用予定量導出手段４が、予測開始時から制御開始時までの間における第一の水力発電所Ｇｍによる第一のダムＤｍ内の水の使用量（制御前流入量）を導出する（Ｓ８）。そして、開始時水位予測手段５が、現在水位と、制御前流入量と、制御前使用量とに基づいて制御開始時の第一のダムＤｍの水位（開始時水位）を導出する（Ｓ９）。

（終了時水位の予測）
続いて、目標水位を設定する処理では、目標水位導出手段６が、制御終了時の水位を導出する（図５のＳ２）。

そして、制御開始時から制御終了時までの間に第一の水力発電所Ｇｍで使用できる第一のダムＤｍの水量を予測する処理では（図５のＳ３）、制御中流入量予測手段７が第一のダムＤｍの上流側につながる河川の流量を導出する（Ｓ９）。また、図７に示すように、制御開始時から制御終了時までの間に同じ水系の上流側で運転する水力発電施設がある場合（Ｓ１０でＹｅｓ）は、制御中流入量予測手段７が該水力発電施設から放水される水の量（制御中放水量）を導出する（Ｓ１１）。そして、制御中流入量予測手段７は、河川の流量と制御中放水量とに基づいて増加水量を導出する（Ｓ１２）。

そして、使用可能量導出手段が、開始時水位と、目標水位と、制御中放水量とに基づいて前記制御開始時から前記制御終了時までの間に第一の水力発電所Ｇｍで使用可能な水の量である使用可能量を導出する（Ｓ１３）。

さらに、出力値導出手段９が使用可能量に基づいて第一の水力発電所Ｇｍの出力値を導出（設定）し（図５のＳ４）、前記制御開始時から前記制御終了時までの間においては、制御手段１０がこの出力値に合わせて第一の水力発電所Ｇｍの出力を制御する（図５のＳ５）。

以上のように、本実施形態に係る運転支援システム１によれば、第一の水力発電所Ｇｍの制御を開始する前の段階で、制御開始時から制御終了時までの間に第一の水力発電所Ｇｍで使用できる第一のダムＤｍの水の量を使用可能量として得られ、さらに、制御開始時から制御終了時までの間において該使用可能量の水で発揮できる範囲内の第一の水力発電所Ｇｍの目標出力値が得られる。

従って、制御開始時から制御終了時までの間に使える水量から導出した目標出力値に基づいて第一の水力発電所Ｇｍの出力が制御されるため、第一の水力発電所Ｇｍの出力が制御開始時前に定めた出力から外れてしまうことを抑えることができる。このように、実際に使える水量を予測し、その予測領内で出力値を決めるため、計画通りの出力で第一の水力発電所Ｇｍを運転するための支援を行うことができるという優れた効果を奏し得る。

また、制御開始時から制御終了時までの間にダムに流入する水の量も水力発電所で使用できる水として把握できるため、目標出力値の設定幅が広がる。

さらに、支援対象の第一の水力発電所Ｇｍとは別の第二の水力発電所Ｇｓの運転状況を考慮に入れた目標出力値が導出されるため、支援対象の第一の水力発電所Ｇｍの出力が、該別の第二の水力発電所Ｇｓの運転状況の影響を受けて変動することを抑えることもできる。

なお、本発明の運転支援システムは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加え得ることは勿論である。

上記実施形態において特に言及しなかったが、制御前流入量予測手段３は、予測開始時から制御開始時までの間に運転する第二の発電設備Ｐｓがある場合は、該第二の発電設備Ｐｓから流入する水量を制御前流入量に加えるように構成されていてもよい。

また、上記実施形態において特に言及しなかったが、制御前流入量予測手段３は、予測開始時から制御開始時までの間の降水量を取得して制御前流入量に加えるようにしてもよい。なお、制御中流入量予測手段７も、制御開始時から制御終了時までの間の降水量を取得して増加水量に加えるようにしてもよい。

１…運転支援システム、２…現在水位導出手段、３…制御前流入量予測手段、４…使用予定量導出手段、５…開始時水位予測手段、６…目標水位導出手段、７…制御中流入量予測手段、８…使用可能量予測手段、９…出力値導出手段、１０…制御手段、Ｄｍ…ダム（第一のダム）、Ｄｍ１…ゲート、Ｄｓ…ダム（第二のダム）、Ｇｍ…水力発電所（第一の水力発電所）、Ｇｍ１…発電ユニット、Ｇｓ…水力発電所（第二の水力発電所）、Ｍ…処理装置、Ｐｍ…水力発電設備（第一の水力発電設備）、Ｐｓ…水力発電設備（第二の水力発電設備）

Claims

ダム付きの水力発電所の運転を支援するための水力発電所の運転支援システムであって、
水力発電所の制御を開始する制御開始時の水位の予測を開始する予測開始時から、該制御開始時までのダムへの水の流入量を予測する制御前流入量予測手段と、
前記予測開始時から前記制御開始時までの間における前記水力発電所による前記ダム内の水の使用予定量を導出する使用予定量導出手段と、
前記制御前流入量予測手段で予測した前記流入量と前記使用予定量導出手段で導出した前記使用量とに基づいて前記制御開始時のダムの水位を予測する開始時水位予測手段と、
該水位予測手段で予測した前記制御開始時のダムの水位と制御終了時のダムの水位の目標値である目標水位とから導出した差分水位に基づいて前記制御開始時から前記制御終了時までの間に水力発電所で使用可能なダムの水量である使用可能量を導出する使用可能量導出手段と、
前記制御開始時から前記制御終了時までの間において該使用可能量の水で発揮できる範囲内の水力発電所の出力目標値を導出する出力値導出手段と、
該出力値導出手段で導出した前記出力目標値に基づいて、前記制御開始時から前記制御終了時までの間における水力発電所の出力を制御する制御手段とを備える、
水力発電所の運転支援システム。
前記制御開始時から前記制御終了時までの間における前記ダムに流入する水の量を示す増加水量を予測する制御中流入量予測手段を備え、
前記使用可能量導出手段は、前記差分水量に前記増加水量を加算して得た水量を前記使用可能量とし、
前記出力値導出手段は、該使用可能量に基づいて出力目標値を導出する、
請求項１に記載の水力発電所の運転支援システム。
前記増加水量には、上流に設置されているダムからの放水量が含まれる、
請求項２に記載の水力発電所の運転支援システム。