JP5084549B2 - 流込発電所における取水制御システム - Google Patents

Description

本発明は、流込発電所における取水制御システムに関し、特に、流込発電所においてダム側の取水ゲートの開度制御の補完を行うのに好適な取水制御システムに関する。

従来、流込発電所における取水制御システムにおいては、図５に示すように、ダム１側では、取水ゲート制御装置１０が、ダム１の水位を測定するためのダム水位計１１から入力されるダム水位計出力信号Ｌ_Dと導水路２の水位を測定するための導水路水位計１２から入力される導水路水位計出力信号Ｌ_Wとに基づいて取水ゲート４の開度制御量を算出して、算出した開度制御量を示す取水ゲート開度制御信号Ｃ_Gを取水ゲート４の駆動装置に出力することにより、ダム導水路水位対取水ゲート開度制御をしながら許可取水水量範囲でダム１から導水路２を介して発電所水槽３に取水するようにしている。
また、流込発電所側では、発電機制御装置２０が、発電所水槽３の水位（以下、「水槽水位」と称する。）を測定するための水槽水位計２１から入力される水槽水位計出力信号Ｌ_Tと第１乃至第Ｎの発電機５₁〜５_Nから入力される第１乃至第Ｎの発電機５₁〜５_Nの発電機出力を示す発電機出力信号Ｐ₁〜Ｐ_Nとに基づいて第１乃至第Ｎの発電機５₁〜５_Nの発電機出力制御量を算出して、算出した第１乃至第Ｎの発電機５₁〜５_Nの発電機出力制御量を示す第１乃至第Ｎの発電機出力制御信号Ｃ_P1〜Ｃ_PNを第１乃至第Ｎの発電機５₁〜５_Nに出力することにより、発電機出力対水槽水位制御をしている。

なお、下記の特許文献１には、流量および流量変化率などを水理計算手段によって算出し、指標計算手段によって流量および流量変化率のいずれかから一定時間におけるダムの水位変化量に換算した値である流量指標を算出し、ファジィ推論手段によって流量指標を用いてゲート制御のためのファジィ推論を行い、ファジィ推論手段の出力に基づいて制御演算手段および制御出力部を介してゲート機側盤を制御することにより、ダムの規模にかかわらず同一のメンバシップ関数を適用することができるようにしてメンバシップ関数のチューニング効率を向上させることができるとともに、ファジィ制御において判断した状況や制御の理由などの人間に対する伝達を理解しやすくすることができるようにしたダムのゲート制御装置が開示されている。
また、下記の特許文献２には、ダム式発電所における出力調整制御を行うために、設定流量に対する実流量を比較演算して発電機の出力を制御する流量調整制御と、設定水位に対し実ダム水位を比較演算し、流量調整制御の流量を実ダム水位により自動的に更新し、ダム水位を設定した水位に保ちながらダム水位に従った発電機出力になるよう制御する水位調整制御とを組み合わせることにより、ダムの水位を一定に保ちながら水車発電機を安定に運転することができるようにしたダム式発電所における負荷調整制御方式が開示されている。
特開平５−１１８０２１号公報 特開平７−３０５３３０号公報

しかしながら、従来の流込発電所における取水制御システムでは、上述したようにダム導水路水位対取水ゲート開度制御と発電機出力対水槽水位制御とが単独（個別）に行われており、両者を補完するような手段が講じられていないために、たとえばダム水位計１１の不良や不具合が生じた場合には第１乃至第Ｎの発電機５₁〜５_Nの発電機出力に応じた水槽水位（発電所水槽３の水位）を保つことが難しいという問題があった。
また、豊水期や出水時にはたとえば導水路２の開渠部から導水路２に雨水などが侵入したりしてダム１から発電所水槽３に水が到着するまでに流量超過を生じることにより、第１乃至第Ｎの発電機５₁〜５_Nを継続してフル運転しているにもかかわらず水槽水位（発電所水槽３の水位）がオーバー（越流）することがあるという問題があった。

本発明の目的は、発電機の運転状況に基づいてダム側の取水ゲートの開度制御を補完することができる流込発電所における取水制御システムを提供することにある。

本発明の流込発電所における取水制御システムは、ダム（１）から導水路（２）を介して発電所水槽（３）に取水し複数の発電機（５₁〜５_N）を用いて発電を行う流込発電所において該ダム側の取水ゲート（４）の開度制御を行うための取水制御システムであって、前記ダムの水位と前記導水路の水位とにのみ基づいて前記取水ゲートの開度制御を行うための取水ゲート制御装置（１０）と、前記複数の発電機の発電機出力と前記発電所水槽の水位とにのみ基づいて前記取水ゲートの開度を決定し、該決定した開度となるように前記取水ゲート制御装置に前記取水ゲートの開度制御を行わせるための取水制御補完装置（３０；４０）とを具備することを特徴とする。
ここで、前記取水制御補完装置（３０）が、前記複数の発電機の発電機出力に基づいて該複数の発電機の運転状況を監視するとともに前記発電所水槽の水位を監視するための運転状況・水槽水位監視部（３１）と、「前記複数の発電機の発電機出力が所定の水位変動影響防止時間の間同じであるにもかかわらず前記発電所水槽の水位が変動した」と前記運転状況・水槽水位監視部が判定すると、前記発電所水槽の水位を元の水位に戻すための前記取水ゲートの開度制御量を算定し、該算定した開度制御量だけ前記取水ゲートを上昇または下降したのち所定の開度固定時間だけ該取水ゲートの開度を固定するように前記取水ゲート制御装置に指示するための開度制御量算出部（３２）とを備えてよい。
前記開度制御量算出部が、少なくとも所定の最小制御間隔時間を空けて前記取水ゲート制御装置へ次回の指示を行うようにしてもよい。
また、前記取水制御補完装置（４０）が、前記複数の発電機の発電機出力に基づいて該複数の発電機の運転状況を監視するとともに前記発電所水槽の水位オーバーを監視するための運転状況・水槽水位オーバー監視部（４１）と、「所定の水位変動影響防止時間の間継続して前記複数の発電機をフル運転しているにもかかわらず前記発電所水槽の水位がオーバーし続けている」と前記運転状況・水槽水位オーバー監視部が判定すると、前記取水ゲートを所定の水槽水位オーバー時開度制御量だけ下降したのち所定の開度固定時間だけ該取水ゲートの開度を固定するように前記取水ゲート制御装置に指示するための取水制御部（４２）とを備えてもよい。
前記取水制御部が、少なくとも所定の最小制御間隔時間を空けて前記取水ゲート制御装置へ次回の指示を行うようにしてもよい。

本発明の流込発電所における取水制御システムは、以下に示す効果を奏する。
（１）複数の発電機の発電機出力および発電所水槽の水位に基づいてダム側の取水ゲートの開度を決定し、決定した開度となるように取水ゲート制御装置に取水ゲートの開度制御を行わせることにより、発電機の運転状況に基づいてダム側の取水ゲートの開度制御を補完することができる。
（２）発電機の運転状況に基づいてダム側の取水ゲートの開度制御を補完することができるので、ダム水位計の不良や不具合が生じた場合でも発電機出力に応じた発電所水槽の水位を保つことができる。

上記目的を、複数の発電機の発電機出力および発電所水槽の水位に基づいてダム側の取水ゲートの開度を決定し、決定した開度となるように取水ゲート制御装置に取水ゲートの開度制御を行わせることにより実現した。

以下、本発明の流込発電所における取水制御システムの実施例について図面を参照して説明する。
まず、本発明の第１の実施例による流込発電所における取水制御システムについて、図１および図２を参照して説明する。

本実施例による流込発電所における取水制御システムは、図１に示すように、発電機制御装置２０から入力される監視信号Ｓ_Cに基づいて「所定の水位変動影響防止時間の間継続して発電機出力を変えずに第１乃至第Ｎの発電機５₁〜５_Nを運転しているにもかかわらず水槽水位が変動した」と判定した場合に、水槽水位を元の水位（発電機出力に応じた水位）に戻すための取水ゲート４の開度制御量を算定し、算定した開度制御量だけ取水ゲート４を上昇または下降したのち所定の開度固定時間だけ取水ゲート４の開度を固定するように指示する取水ゲート開度制御指示信号Ｓ_Gを取水ゲート制御装置１０に出力する取水制御補完装置３０を具備する点で、図５に示した従来の取水制御システムと異なる。

取水制御補完装置３０は、図２に示すように、運転状況・水槽水位監視部３１と、開度制御量算出部３２と、タイマー３３とを備える。

運転状況・水槽水位監視部３１は、発電機制御装置２０から入力される監視信号Ｓ_Cに基づいて第１乃至第Ｎの発電機５₁〜５_Nの運転状況および水槽水位（発電所水槽３の水位）を監視して、「第１乃至第Ｎの発電機５₁〜５_Nの発電機出力が水位変動影響防止時間（たとえば、１〜５分）の間同じであるにもかかわらず水槽水位が変動した」と判定すると、開度制御量算出部起動信号Ｂを開度制御量算出部３２に出力する。
ただし、運転状況・水槽水位監視部３１は、タイマー３３から入力されるタイマー出力信号Ｔ_OUTがハイレベルになっていることを条件に開度制御量算出部起動信号Ｂを開度制御量算出部３２に出力する。
ここで、水位変動影響防止時間は、波などによる水槽水位の変動により取水ゲート４の開度が取水制御補完装置３０によって制御されることを防止するために設定される。したがって、水槽水位の変動を考慮する必要がない場合には水位変動影響防止時間を設定しなくてもよい。
また、監視信号Ｓ_Cには水槽水位計２１から発電機制御装置２０に入力される水槽水位計出力信号Ｌ_Tと第１乃至第Ｎの発電機５₁〜５_Nから発電機制御装置２０に入力される第１乃至第Ｎの発電機５₁〜５_Nの発電機出力を示す発電機出力信号Ｐ₁〜Ｐ_Nとが含まれており、運転状況・水槽水位監視部３１は、発電機出力信号Ｐ₁〜Ｐ_Nに基づいて第１乃至第Ｎの発電機５₁〜５_Nの発電機出力を監視し、水槽水位計出力信号Ｌ_Tに基づいて水槽水位を監視する。

開度制御量算出部３２は、運転状況・水槽水位監視部３１から開度制御量算出部起動信号Ｂが入力されると、発電機制御装置２０から入力される監視信号Ｓ_Cに含まれている水槽水位計出力信号Ｌ_Tに基づいて水槽水位を元の水位に戻すための取水ゲート４の開度制御量を算定し、算定した開度制御量だけ取水ゲート４を上昇または下降したのち開度固定時間（たとえば、ダム１から発電所水槽３までの着水時間の１／２）だけ取水ゲート４の開度を固定するように指示する取水ゲート開度制御指示信号Ｓ_Gを取水ゲート制御装置１０に出力するとともに、リセット信号Ｒをタイマー３３に出力する。
ここで、開度固定時間は、取水ゲート４の開度制御を安定して行うために設定される。

タイマー３３は、開度制御量算出部３２からリセット信号Ｒが入力されたのち所定の最小制御間隔時間（たとえば、ダム１から発電所水槽３までの着水時間から着水時間の２倍程度の時間）だけ経過するとハイレベルのタイマー出力信号Ｔ_OUTを運転状況・水槽水位監視部３１に出力し続ける。
ここで、最小制御間隔時間は、取水制御補完装置３０によって取水ゲート４の開度を制御したのちにダム１から導水路２を介して発電所水槽３まで水が送られて水槽水位が安定するまでの間に取水制御補完装置３０による取水ゲート４の開度制御が行われないように、開度制御量算出部３２が少なくとも所定の最小制御間隔時間を空けて取水ゲート制御装置１０へ次回の指示を行うようにするために設定される。

取水ゲート制御装置１０は、取水制御補完装置３０から取水ゲート開度制御指示信号Ｓ_Gが入力されると、入力された取水ゲート開度制御指示信号Ｓ_Gに従って取水ゲート４の開度を制御する。
これにより、第１乃至第Ｎの発電機５₁〜５_Nの運転状況に基づいて取水ゲート４の開度制御の補完を行うことができるので、第１乃至第Ｎの発電機５₁〜５_Nの発電機出力に応じた水槽水位（発電所水槽３の水位）を保つことができる。

次に、本発明の第２の実施例による流込発電所における取水制御システムについて、図３および図４を参照して説明する。
本実施例による流込発電所における取水制御システムは、図３に示すように、発電機制御装置２０から入力される監視信号Ｓ_Cに基づいて「所定の水位変動影響防止時間の間継続して第１乃至第Ｎの発電機５₁〜５_Nをフル運転（最大発電機出力で運転）しているにもかかわらず水槽水位オーバーが続いている」と判定した場合に、取水ゲート４を所定の水槽水位オーバー時開度制御量だけ下降したのち所定の開度固定時間だけ取水ゲート４の開度を固定するように指示する取水ゲート開度制御指示信号Ｓ_Gを取水ゲート制御装置１０に出力する取水制御補完装置４０を具備する点で、上述した第１の実施例による取水制御システムと異なる。

取水制御補完装置４０は、図４に示すように、運転状況・水槽水位オーバー監視部４１と、取水制御部４２と、タイマー４３とを備える。

運転状況・水槽水位オーバー監視部４１は、発電機制御装置２０から入力される監視信号Ｓ_Cに基づいて第１乃至第Ｎの発電機５₁〜５_Nの運転状況および発電所水槽３の水位オーバーを監視して、「水位変動影響防止時間（たとえば、１〜５分）の間継続して第１乃至第Ｎの発電機５₁〜５_Nをフル運転しているにもかかわらず発電所水槽３の水位がオーバーし続けている」と判定すると、取水制御部起動信号Ｂ’を取水制御部４２に出力する。
ただし、運転状況・水槽水位オーバー監視部４１は、タイマー４３から入力されるタイマー出力信号Ｔ_OUTがハイレベルになっていることを条件に取水制御部起動信号Ｂ’を取水制御部４２に出力する。
ここで、水位変動影響防止時間は、波などによる水槽水位の変動により取水ゲート４の開度が取水制御補完装置４０によって制御されることを防止するために設定される。したがって、水槽水位の変動を考慮する必要がない場合には水位変動影響防止時間を設定しなくてもよい。
また、監視信号Ｓ_Cには水槽水位計２１から発電機制御装置２０に入力される水槽水位計出力信号Ｌ_Tと第１乃至第Ｎの発電機５₁〜５_Nから発電機制御装置２０に入力される第１乃至第Ｎの発電機５₁〜５_Nの発電機出力を示す発電機出力信号Ｐ₁〜Ｐ_Nとが含まれており、運転状況・水槽水位監視部４１は、発電機出力信号Ｐ₁〜Ｐ_Nに基づいて第１乃至第Ｎの発電機５₁〜５_Nがフル運転されているかを監視し、水槽水位計出力信号Ｌ_Tに基づいて発電所水槽３の水位がオーバーしているかを監視する。

取水制御部４２は、運転状況・水槽水位オーバー監視部４１から取水制御部起動信号Ｂ’が入力されると、取水ゲート４を水槽水位オーバー時開度制御量（たとえば、５％または数十センチメートル）だけ下降したのち開度固定時間（たとえば、ダム１から発電所水槽３までの着水時間の１／２）だけ取水ゲート４の開度を固定するように指示する取水ゲート開度制御指示信号Ｓ_Gを取水ゲート制御装置１０に出力するとともに、リセット信号Ｒをタイマー４３に出力する。
ここで、開度固定時間は、取水ゲート４の開度制御を安定して行うために設定される。

タイマー４３は、取水制御部４２からリセット信号Ｒが入力されたのち所定の最小制御間隔時間（たとえば、ダム１から発電所水槽３までの着水時間から着水時間の２倍程度の時間）だけ経過するとハイレベルのタイマー出力信号Ｔ_OUTを運転状況・水槽水位オーバー監視部４１に出力し続ける。
ここで、最小制御間隔時間は、取水制御補完装置４０によって取水ゲート４の開度を制御したのちにダム１から導水路２を介して発電所水槽３までに水が送られて水槽水位が安定するまでの間に取水制御補完装置４０による取水ゲート４の開度制御が行われないように、取水制御部４２が少なくとも所定の最小制御間隔時間を空けて取水ゲート制御装置１０へ次回の指示を行うようにするために設定される。

取水ゲート制御装置１０は、取水制御補完装置４０から取水ゲート開度制御指示信号Ｓ_Gが入力されると、入力された取水ゲート開度制御指示信号Ｓ_Gに従って取水ゲート４の開度を制御する。
これにより、第１乃至第Ｎの発電機５₁〜５_Nの運転状況に基づいて取水ゲート４の開度制御の補完を行うことができるので、第１乃至第Ｎの発電機５₁〜５_Nを継続してフル運転した場合でも水槽水位（発電所水槽３の水位）がオーバーすることを防止することができる。

以上の説明では、取水制御部４２は取水ゲート４を水槽水位オーバー時開度制御量だけ下降したのち開度固定時間だけ取水ゲート４の開度を固定するように指示する取水ゲート開度制御指示信号Ｓ_Gを取水ゲート制御装置１０に出力したが、発電機制御装置２０から入力される監視信号Ｓ_Cに含まれている水槽水位計出力信号Ｌ_Tに基づいて水槽水位を元の水槽水位に戻すための取水ゲート４の開度制御量を算定し、算定した開度制御量だけ取水ゲート４を下降したのち開度固定時間だけ取水ゲート４の開度を固定するように指示する取水ゲート開度制御指示信号Ｓ_Gを出力してもよい。

なお、流込発電所における取水制御システムは、図１に示した取水制御補完装置３０の機能と図２に示した取水制御補完装置４０の機能との両方を備えた取水制御補完装置を具備するようにしてもよい。

本発明の第１の実施例による流込発電所における取水制御システムの構成を示す図である。 図１に示した取水制御補完装置３０の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施例による流込発電所における取水制御システムの構成を示す図である。 図３に示した取水制御補完装置４０の構成を示すブロック図である。 従来の流込発電所における取水制御システムの構成を示す図である。

符号の説明

１ ダム
２ 導水路
３ 発電所水槽
４ 取水ゲート
５₁〜５_N 第１乃至第Ｎの発電機
６ スクリーン
１０ 取水ゲート制御装置
１１ ダム水位計
１２ 導水路水位計
２０ 発電機制御装置
２１ 水槽水位計
３０，４０ 取水制御補完装置
３１ 運転状況・水槽水位監視部
３２ 開度制御量算出部
３３，４３ タイマー
４１ 運転状況・水槽水位オーバー監視部
４２ 取水制御部
Ｌ_D ダム水位計出力信号
Ｌ_W 導水路水位計出力信号
Ｌ_T 水槽水位計出力信号
Ｐ₁〜Ｐ_N 発電機出力信号
Ｃ_G 取水ゲート開度制御信号
Ｃ_P1〜Ｃ_PN 第１乃至第Ｎの発電機出力制御信号
Ｓ_C 監視信号
Ｓ_G 取水ゲート開度制御指示信号
Ｂ 開度制御量算出部起動信号
Ｂ’ 取水制御部起動信号
Ｒ リセット信号
Ｔ_OUT タイマー出力信号

Claims (5)

1. ダム（１）から導水路（２）を介して発電所水槽（３）に取水し複数の発電機（５₁〜５_N）を用いて発電を行う流込発電所において該ダム側の取水ゲート（４）の開度制御を行うための取水制御システムであって、
   前記ダムの水位と前記導水路の水位とにのみ基づいて前記取水ゲートの開度制御を行うための取水ゲート制御装置（１０）と、
   前記複数の発電機の発電機出力と前記発電所水槽の水位とにのみ基づいて前記取水ゲートの開度を決定し、該決定した開度となるように前記取水ゲート制御装置に前記取水ゲートの開度制御を行わせるための取水制御補完装置（３０；４０）と、
   を具備することを特徴とする、流込発電所における取水制御システム。
2. 前記取水制御補完装置（３０）が、
   前記複数の発電機の発電機出力に基づいて該複数の発電機の運転状況を監視するとともに前記発電所水槽の水位を監視するための運転状況・水槽水位監視部（３１）と、
   「前記複数の発電機の発電機出力が所定の水位変動影響防止時間の間同じであるにもかかわらず前記発電所水槽の水位が変動した」と前記運転状況・水槽水位監視部が判定すると、前記発電所水槽の水位を元の水位に戻すための前記取水ゲートの開度制御量を算定し、該算定した開度制御量だけ前記取水ゲートを上昇または下降したのち所定の開度固定時間だけ該取水ゲートの開度を固定するように前記取水ゲート制御装置に指示するための開度制御量算出部（３２）と、
   を備えることを特徴とする、請求項１記載の流込発電所における取水制御システム。
3. 前記開度制御量算出部が、少なくとも所定の最小制御間隔時間を空けて前記取水ゲート制御装置へ次回の指示を行うことを特徴とする、請求項２記載の流込発電所における取水制御システム。
4. 前記取水制御補完装置（４０）が、
   前記複数の発電機の発電機出力に基づいて該複数の発電機の運転状況を監視するとともに前記発電所水槽の水位オーバーを監視するための運転状況・水槽水位オーバー監視部（４１）と、
   「所定の水位変動影響防止時間の間継続して前記複数の発電機をフル運転しているにもかかわらず前記発電所水槽の水位がオーバーし続けている」と前記運転状況・水槽水位オーバー監視部が判定すると、前記取水ゲートを所定の水槽水位オーバー時開度制御量だけ下降したのち所定の開度固定時間だけ該取水ゲートの開度を固定するように前記取水ゲート制御装置に指示するための取水制御部（４２）と、
   を備えることを特徴とする、請求項１記載の流込発電所における取水制御システム。
5. 前記取水制御部が、少なくとも所定の最小制御間隔時間を空けて前記取水ゲート制御装置へ次回の指示を行うことを特徴とする、請求項４記載の流込発電所における取水制御システム。