JP5191308B2 - 水系発電出力算出装置および水系発電出力算出プログラム - Google Patents

Description

この発明は、流れ込み式水力発電を含む水系発電の発電量を算出する水系発電出力算出装置および水系発電出力算出プログラムに関する。

水系発電における停電計画を作成する場合や、電力系統運用を検討する場合などには、送電線の容量などを検討する上で、水系発電全体の発電量（発電出力）を算出する必要がある。つまり、各発電所における発電量を算出し、その算出結果に基づいて水系発電全体の発電量を算出する。このような算出において、流れ込み式水力発電を含む場合には、上流の発電所の使用水量、つまり出力が変動することで、下流の発電所の出力も変動するため、上流の発電所における使用水量、発電量によって全体の発電量が大きく左右される。また、下流の発電所では、支流からの水も流れ込む場合があり、そのような場合には、支流からの水量を考慮して発電量を算出する必要がある。

一方、多くの制約条件や複雑な諸条件の下においても、より柔軟に適切な発電運用計画を作成可能にする、という発電運用計画作成支援装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この装置は、基準日量に基づいて、設定された運用計画作成条件下で運用データを求め、運用データが満足すべきものでない場合には、過去の実績データを検索し、抽出した実績データに基づいて運用データを計算する。さらに、運用データが満足すべきものでない場合には、表示装置に表示された発電放流量カーブおよびダム水位カーブの一方をドラッグアンドドロップにより修正し、他方のカーブを自動修正する。これにより、運用計画作成条件として与えきれない複雑な諸条件をも考慮した適切な発電運用計画を柔軟に作成できる、というものである。
特開２００６−０３９８３８号公報

ところで、上記のような発電量の算出は、従来人による手計算によって行っていた。このため、時間と労力を要するばかりでなく、適正な算出が行われないおそれがあった。特に、流れ込み式水力発電を含む場合には、上記のように算出が複雑で、しかも、支流からの水量をどのくらいに設定して発電量を算出するかは、算出する人によって異なり、適正な結果を得るには豊富な知識と経験が必要であった。つまり、算出する人の経験などによって算出結果にバラツキが生じ、適正な発電量を算出することができない場合があった。

また、上記特許文献１に記載された装置では、複雑な諸条件をも考慮した適切な発電運用計画を作成することが可能ではあるが、運用データが満足すべきか否かを判断しなければならず、また、装置の構成が複雑である。さらに、流れ込み式水力発電を含む場合に、支流からの水量をどのくらいにすべきかなどについて支援するものではなく、上記のような発電量を適正に算出することができない。

そこでこの発明は、流れ込み式水力発電を含む水系発電の発電量を容易かつ適正に算出することを可能にする水系発電出力算出装置および水系発電出力算出プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、キーボード等の入力手段と、液晶ディスプレイ等の表示手段と、上流の発電所から下流の発電所に水が流れる水系発電における各発電所に流れ込む水の流れを示す水流系統を記憶する水流系統記憶手段と、支流から発電所に流れ込む水量を、渇水時の水量、平水時の水量、豊水時の水量、断水時の水量のような、支流の干満状態と関連付けて記憶する支流量記憶手段と、前記表示手段に支流の各干満状態の表示を行い、前記水流系統記憶手段に記憶された水流系統と、前記表示の後で前記入力手段から入力された干満状態により前記支流量記憶手段から取得した支流からの水量とに基づいて、各発電所の発電量を算出する発電量算出手段と、を備えることを特徴とする水系発電出力算出装置である。

この発明によれば、水が発電所間をどのようにして流れるかを示す水流系統が水流系統記憶手段に記憶され、支流から発電所に流れ込む水量が、支流の干満状態と関連付けて支流量記憶手段に記憶される。そして、発電量算出手段によって、水流系統による発電所間の水の流れと、干満状態による支流からの水量とに基づいて各発電所における発電量が算出される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の水系発電出力算出装置において、前記水流系統記憶手段には、水が上流の発電所から下流の発電所に流れるのに要する時間が発電所間時間として記憶され、前記発電量算出手段は、前記水流系統記憶手段に記憶された発電所間時間に基づいて、各発電所の発電量を時系列に算出する、ことを特徴とする。

この発明によれば、各発電所の発電量が時系列に、つまり、各発電所においていつ(何時に)どのくらいの発電量が出力されるかが、算出される。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の水系発電出力算出装置において、前記発電所間の接続状態を示す電力系統を記憶する電力系統記憶手段と、前記発電量算出手段によって算出された各発電所の発電量と前記電力系統記憶手段に記憶された電力系統とに基づいて、発電所間の電力潮流を算出する潮流算出手段と、を備えることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、キーボード等の入力手段と液晶ディスプレイ等の表示手段とを備えているコンピュータの水系発電出力算出プログラムであって、前記コンピュータを、上流の発電所から下流の発電所に水が流れる水系発電における各発電所に流れ込む水の流れを示す水流系統を記憶する水流系統記憶手段と、支流から発電所に流れ込む水量を、渇水時の水量、平水時の水量、豊水時の水量、断水時の水量のような、支流の干満状態と関連付けて記憶する支流量記憶手段と、前記表示手段に支流の各干満状態の表示を行い、前記水流系統記憶手段に記憶された水流系統と、前記表示の後で前記入力手段から入力された干満状態により前記支流量記憶手段から取得した支流からの水量とに基づいて、各発電所の発電量を算出する発電量算出手段、として機能させるための水系発電出力算出プログラムである。

請求項１および４に記載の発明によれば、発電所間における水の流れと、発電所に流れ込む支流からの水量とに基づいて、各発電所における発電量が算出される。つまり、上流の発電所の使用水量が変動することによる下流の発電所の出力変動や、下流の発電所に支流から流れ込む水量を考慮して、発電量が算出されるため、各発電所における発電量、さらには水系発電全体の発電量を適正に算出することが可能となる。しかも、支流からの水量に関連する情報である支流の干満状態を入力などするだけで、容易に算出することが可能となる。また、請求項１および４に記載の発明によれば、水系発電出力算出装置またはコンピュータだけを用い、支流の干満状態を入力するだけで、干満状態に合った適正な発電量を容易に算出することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、各発電所の発電量が時系列に算出されるため、いつ、どの発電所で、どのくらいの発電が出力されるか、さらには、水系発電全体の発電量が、いつ、どのくらいになるのかが把握できる。この結果、停電計画や電力系統運用の検討などを容易かつ適正に行うことが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、算出された発電量と発電所間の電力系統とに基づいて、発電所間の電力潮流が算出されるため、上流の発電所の使用水量による出力変動や、支流から流れ込む水量を考慮した電力潮流を、適正かつ容易に把握することが可能となる。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

図１は、この発明の実施の形態に係る水系発電出力算出装置１を示す概略構成ブロック図である。この水系発電出力算出装置１は、流れ込み式水力発電を含む水系発電の発電量を算出する装置であり、主として、入力装置２と、表示装置３と、水系データベース（水流系統記憶手段）４と、支流データベース（支流量記憶手段）５と、電力データベース（電力系統記憶手段）６と、中央処理装置７とを備えている。

入力装置２は、後述する水系や使用水量などを入力する装置であり、キーボードやマウスなどで構成される。表示装置３は、後述する水流系統や電力系統、算出結果などを表示する装置であり、液晶ディスプレイなどで構成される。

水系データベース４は、主として、水流系統および発電所間時間を記憶する記憶装置である。ここで、水流系統とは、上流の発電所から下流の発電所に水が流れる水系発電における各発電所に流れ込む水の流れを示す系統であり、発電所間時間とは、水が上流の発電所から下流の発電所に流れるのに要する時間を示す。具体的には、ひとつの川の水系ごとに水流系統を記憶し、例えば、図２に示すような水流系統が記憶されている。

この水流系統では、ＡＡダムからの水がＡＡ１発電所に流れ、このＡＡ１発電所から流出した（排出された）水がＡＡ２発電所に流入する。このとき、支流であるＡＣ川からの水もＡＡ２発電所に流入する。ここで、支流とは、ＡＡダム（源流）から下流の発電所に流れる流れ（本流）ではなく、別のルートから下流の発電所に流れる流れを意味する。続いて、ＡＡ２発電所から流出した水がＡＢ調整池に流入し、支流であるＡＤ川およびＡＥ川からの水もＡＢ調整池に流入する。さらに、ＡＡ３発電所から流出した水が支流としてＡＢ調整池に流入する。次に、ＡＢ調整池からの水がＡＡ４発電所に流れ、ＡＡ４発電所から流出した水がＡＡ５発電所に流入する。このとき、支流であるＡＦ川およびＡＧ川からの水もＡＡ５発電所に流入し、ＡＡ５発電所側に流れる水の一部がＡＨ川に放流される。一方、ＢＢダムからの水がＢＢ１発電所に流れ、ＢＢ１発電所から流出した水がＢＢ２発電所に流入するものである。

また、発電所間時間として、水が各発電所間を流れるのに要する時間が記憶されている。例えば、ＡＡ１発電所からＡＡ２発電所に至る時間が３０分、ＡＡ４発電所からＡＡ５発電所に至る時間が１時間３０分、などと記憶されている。さらに、ダムからの水が直下流の発電所に流れるのに要する時間が記憶されている。例えば、ＡＡダムからＡＡ１発電所に至る時間が３０分、などと記憶されている。

支流データベース５は、支流から発電所に流れ込む水量を、この水量に関連する情報である関連情報と関連付けて記憶する記憶装置である。ここで、関連情報とは、支流からの水量が変化するパラメータを意味し、この実施の形態では、支流の干満状態となっている。具体的には、図３に示すように、支流を識別する支流コードごとに、干満状態が渇水時における水量（図では「１トン」）、干満状態が平水時における水量（図では「１．６トン」）、干満状態が豊水時における水量（図では「２．３トン」）、干満状態が断水時における水量（図では「０トン」）が記憶されている。ここで、このような干満状態と水量のデータは、入力装置２から支流データベース５に入力、記憶してもよいし、各支流の流量、水位などを計測、監視するシステムと本装置１とを接続し、このシステムからのデータ受信によって入力、記憶してもよい。

電力データベース６は、発電所間の接続状態を示す電力系統を記憶する記憶装置である。具体的には、図４に示すように、発電所間を接続する送電線の配設状態や遮断器の配置位置などが、電力系統として記憶されている。

中央処理装置７は、入力装置２、表示装置３および各データベース４〜６を管理、制御するとともに、発電量タスク（発電量算出手段）７１と潮流タスク（潮流算出手段）７２を備えている。発電量タスク７１は、水系データベース４に記憶された水流系統と、関連情報に基づいて支流データベース５から取得した支流からの水量とに基づいて、各発電所の発電量を算出するプログラムであり、図５に示すフローチャートに基づいている。

まず、発電量タスク７１が起動されると、算出対象の水系を選択する初期画面を表示装置３に表示し（ステップＳ１）、水系が選択、入力されると（ステップＳ２）、該当する水系の水流系統を水系データベース４から取得し、その水流系統と入力エリアを表示装置３に表示する（ステップＳ３）。具体的には、図６に示すように、上記の水流系統に、入力すべき位置に使用水量入力ポイントＰ１、Ｐ２および、選択すべき位置に取水量選択ポイントＰ３〜Ｐ１１を付加した画面を表示装置３に表示する。

ここで、使用水量入力ポイントＰ１、Ｐ２には、該当する発電所で使用する水量を任意に入力できるようになっている。また、取水量選択ポイントＰ３〜Ｐ１１を選択（クリック）すると、図７に示すように、支流データベース５に記憶された当該支流の干満状態ごとの水量が表示され、干満状態または水量を選択することで、取水量を入力できるようになっている。また、入力エリアとして、バルブ開時刻を入力するエリアが表示され、このエリアにダムのバルブを開ける時刻を任意に入力できるようになっている。ここで、バルブ開時刻の入力は、後述するステップＳ８の前までに行えばよく、ステップＳ１の直後に行ってもよい。

次に、使用水量、取水量およびバルブ開時刻が入力されると（ステップＳ４）、所定の発電所における使用水量および調整池における流入水量を算出し、表示装置３に表示する（ステップＳ５）。すなわち、上記の入力に基づいて算出されるべき発電所および調整池における使用水量、流入水量を算出して、その結果を表示する。具体的には、上記の水系の場合、ＡＡ２発電所の使用水量Ｐ２１、ＡＢ調整池への流入水量Ｐ２２を次のようにして算出する。ここで、使用水量および取水量として、ステップＳ４でＰ１＝１．０、Ｐ３＝０．７、Ｐ４＝０．２７、Ｐ５＝０．２、Ｐ６＝０．８が入力されたとする。
Ｐ２１＝Ｐ１＋Ｐ３＝１．７
Ｐ２２＝Ｐ２１＋Ｐ４＋Ｐ５＋Ｐ６＝２．９７
そして、この算出結果をＡＡ２発電所およびＡＢ調整池の近傍に、それぞれ表示する（図６参照）。

続いて、さらに入力すべき使用水量、取水量があるか否かを判断する（ステップＳ６）。すなわち、ステップＳ５で算出した使用水量および流入水量に基づいて入力すべき発電所の使用水量などが存在するか否かを判断する。そして、入力すべき使用水量があると判断すると、ステップＳ４に戻り、その入力を待つ。例えば、上記の水系では、ＡＡ４発電所以降の使用水量などを入力すべきと判断し、使用水量などが入力されると（ステップＳ４）、上記と同様にして所定の発電所における使用水量および調整池における流入水量を算出し、表示装置３に表示する（ステップＳ５）。

上記の水系の場合、ＡＡ５発電所の使用水量Ｐ２３を次のようにして算出する。ここで、使用水量および取水量として、ステップＳ４でＰ２＝２．５、Ｐ７＝０．５、Ｐ８＝０．３、Ｐ９＝０．７が入力されたとする。また、Ｐ９は、ＡＡ５発電所側に流れる水の一部がＡＨ川に放流される水量を示し、Ｐ２３に対してマイナス量となる。
Ｐ２３＝Ｐ２＋Ｐ７＋Ｐ８−Ｐ９＝２．６
そして、この算出結果をＡＡ５発電所の近傍に表示する（図６参照）。

一方、すべての入力が完了した場合（ステップＳ６で「Ｎ」の場合）には、各発電所における発電量などを算出する（ステップＳ７）。すなわち、上記のようにして入力、算出された使用水量、取水量（水量）と、各発電所における単位水量あたりの発電量とに基づいて、各発電所の発電量を算出する。さらに、各発電所における発電量の合計値を算出する。上記の水系では、ＡＡ５発電所を含まない全発電所の合計を「小計」とし、ＡＡ５発電所を含む全発電所の合計を「総計」として算出する。なお、単位水量あたりの発電量に基づいて発電量を算出しているが、水量に基づくその他の算出方法で発電量を算出してもよいことは勿論である。

続いて、以上のようにして算出した各発電所における発電量などを、時系列に表示装置３に表示する（ステップＳ８）。すなわち、図８に示すように、入力されたバルブ開時刻を基準として、水系データベース４に記憶された発電所間時間に基づいて、各発電所で発電が開始される時刻（発電開始時刻）を算出し、各発電所と対応付けて表示する。また、ステップＳ４で入力した使用水量およびステップＳ５で算出した使用水量を各発電所と対応付けて表示し、さらに、ステップＳ７で算出した発電量を各発電所と対応付けて表示する。同時に、上記の「小計」および「総計」を表示する。このようにして、各発電所における発電量を時系列に算出、表示するものである。ここで、図８の例では、ＢＢ１発電所の発電量Ｐ１０として「１．０」、ＢＢ２発電所の発電量Ｐ１１として「０．４」が入力さ、また、バルブ開時刻として「６時」が入力された場合を示している。

潮流タスク７２は、発電量タスク７１によって算出された各発電所の発電量と電力データベース６に記憶された電力系統とに基づいて、発電所間の電力潮流を算出するプログラムである。具体的には、発電量タスク７１で算出された各発電所の発電量がパラメータとされ、各発電量と電力系統とに基づいて、直流法またはニュートンラフソン法によって各発電所への送電量を算出する。そして、図９に示すように、算出した送電量を該当する送電線の近傍に表示した電力系統図を、表示装置３に表示するものである。

次に、このような構成の水系発電出力算出装置１の作用などについて説明する。まず、ある水系の各発電所の発電量やその合計を知りたい場合には、入力装置２で発電量タスク７１を起動し、上記のようにして対象の水系や使用水量、取水量などを入力装置２から入力する。これにより、上記のようにして、各発電所における発電量が時系列に算出されるとともに、この水系における合計の発電量が算出され、その結果が表示装置３に表示される。続いて、このような発電量が各発電所で出力された場合の電力潮流を知りたい場合には、入力装置２で潮流タスク７２を起動する。これにより、発電量タスク７１で算出された各発電所の発電量がパラメータ渡しされ、上記のようにして各発電所への送電量が算出され、その算出結果が表示装置３に表示されるものである。

以上のように、この水系発電出力算出装置１によれば、発電所間における水の流れと、発電所に流れ込む支流からの水量とに基づいて、各発電所における発電量が算出される。つまり、上流の発電所の使用水量が変動することによる下流の発電所の出力変動や、下流の発電所に支流から流れ込む水量を考慮して、発電量が算出されるため、各発電所における発電量、さらには水系全体の発電量を適正に算出することが可能となる。しかも、支流の干満状態を選択するだけで、干満状態に合った適正な発電量を容易に算出することが可能となる。つまり、専門的、あるいは高度な知識や経験などを要しなくても、季節や天候などに応じた支流の干満状態を入力するだけで、適正な発電量を容易に算出することが可能となる。

また、各発電所の発電量が時系列に算出されるため、いつ、どの発電所で、どのくらいの発電が出力されるか、さらには、水系全体の発電量が、いつ、どのくらいになるのかを容易に把握できる。例えば上記の水系（図８参照）では、６時にダムのバルブを開けると、９時３０分に水系全体の発電量（総計）が８．３ＭＷに達することがわかる。この結果、電力系統運用の検討などを容易かつ適正に行うことが可能となる。さらに、算出された発電量に基づいて各発電所間の電力潮流が算出されるため、電力潮流を適正かつ容易に把握することが可能となる。

以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、関連情報を支流の干満状態としているが、季節や月、天候などを関連情報としてもよい。例えば、各月の平均の支流水量を月ごとに支流データベース５に記憶し、月を入力することで支流水量を取得したり、あるいはタスク起動時の月の支流水量を自動取得して、発電量を算出するようにしてもよい。また、干満状態を入力装置２から選択するのではなく、支流の干満状態を計測、監視する装置から計測データを取得して、支流からの水量を割り出す（算出する）ようにしてもよい。さらに、手動で発電量タスク７１と潮流タスク７２を起動しているが、発電量タスク７１の後に自動的に潮流タスク７２を起動するようにしてもよい。また、最下流の発電所（ＡＡ５発電所）で発電が開始されるべき時刻を入力することで、上流の発電所での発電開始時刻やバルブ開時刻を割り出す（逆算する）ようにしてもよい。

ところで、汎用のコンピュータに次のような水系発電出力算出プログラムをインストールすることで、汎用のコンピュータで各発電所における発電量を容易かつ適正に算出することが可能となる。すなわち、コンピュータを、上記のような水系データベース４と支流データベース５と発電量タスク７１として機能させるための水系発電出力算出プログラムとする。さらに、この水系発電出力算出プログラムを、コンピュータを上記のような電力データベース６と潮流タスク７２として機能させるプログラムにすることで、各発電所間の電力潮流を適正かつ容易に把握することが可能となる。

この発明の実施の形態に係る水系発電出力算出装置を示す概略構成ブロック図である。 図１の装置の水系データベースに記憶された水流系統の一例を示す図である。 図１の装置の支流データベースに記憶されたデータの一例を示す図である。 図１の装置の電力データベースに記憶された電力系統の一例を示す図である。 図１の装置の発電量タスクのフローチャートである。 図５の発電量タスクでの表示画面の一例を示す図である。 図５の発電量タスクにおける支流からの取水量の入力方法を示す図である。 図５の発電量タスクにおいて発電量の算出結果などを示す画面の一例を示す図である。 図１の装置の潮流タスクによる算出結果を示す画面の一例を示す図である。

符号の説明

１ 水系発電出力算出装置
２ 入力装置（入力手段）
３ 表示装置（表示手段）
４ 水系データベース（水流系統記憶手段）
５ 支流データベース（支流量記憶手段）
６ 電力データベース（電力系統記憶手段）
７ 中央処理装置
７１ 発電量タスク（発電量算出手段）
７２ 潮流タスク（潮流算出手段）

Claims (4)

1. キーボード等の入力手段と、
   液晶ディスプレイ等の表示手段と、
   上流の発電所から下流の発電所に水が流れる水系発電における各発電所に流れ込む水の流れを示す水流系統を記憶する水流系統記憶手段と、
   支流から発電所に流れ込む水量を、渇水時の水量、平水時の水量、豊水時の水量、断水時の水量のような、支流の干満状態と関連付けて記憶する支流量記憶手段と、
   前記表示手段に支流の各干満状態の表示を行い、前記水流系統記憶手段に記憶された水流系統と、前記表示の後で前記入力手段から入力された干満状態により前記支流量記憶手段から取得した支流からの水量とに基づいて、各発電所の発電量を算出する発電量算出手段と、
   を備えることを特徴とする水系発電出力算出装置。
2. 前記水流系統記憶手段には、水が上流の発電所から下流の発電所に流れるのに要する時間が発電所間時間として記憶され、
   前記発電量算出手段は、前記水流系統記憶手段に記憶された発電所間時間に基づいて、各発電所の発電量を時系列に算出する、ことを特徴とする請求項１に記載の水系発電出力算出装置。
3. 前記発電所間の接続状態を示す電力系統を記憶する電力系統記憶手段と、
   前記発電量算出手段によって算出された各発電所の発電量と前記電力系統記憶手段に記憶された電力系統とに基づいて、発電所間の電力潮流を算出する潮流算出手段と、を備えることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項に記載の水系発電出力算出装置。
4. キーボード等の入力手段と液晶ディスプレイ等の表示手段とを備えているコンピュータの水系発電出力算出プログラムであって、
   前記コンピュータを、
   上流の発電所から下流の発電所に水が流れる水系発電における各発電所に流れ込む水の流れを示す水流系統を記憶する水流系統記憶手段と、
   支流から発電所に流れ込む水量を、渇水時の水量、平水時の水量、豊水時の水量、断水時の水量のような、支流の干満状態と関連付けて記憶する支流量記憶手段と、
   前記表示手段に支流の各干満状態の表示を行い、前記水流系統記憶手段に記憶された水流系統と、前記表示の後で前記入力手段から入力された干満状態により前記支流量記憶手段から取得した支流からの水量とに基づいて、各発電所の発電量を算出する発電量算出手段、
   として機能させるための水系発電出力算出プログラム。

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