JP6025945B1 - 水量優先制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】水車に最大効率を与える水量を上回る過大な水量が水車に供給されたときに、水車が流水を通過させるのに必要な回転数に至らずに水があふれ出す等、上流の導水施設に支障を与えるような事態が想定される。このような事態を回避するための水車の制御方法を提供する。【解決手段】最大効率を発生させる回転数が供給水量を通過させることができる回転数を上回る範囲に存在した場合はその回転数を選ぶとともに、供給水量を通過させることができる回転数を下回る範囲に最大効率を発生させる水車の回転数が存在する場合は、水車の回転数を最大効率を発生させる回転数よりも大きい範囲であっても供給水量を通過させることができる回転数にコントロールする。【選択図】図１
Description
水車を効率よく運転しながら通過させることができる水量を上回る過大な水量が水車に供給された場合における水力発電のコントロール手段として、水車に供給される水の量を制御上の優先的要素として位置付けた上で、水車の回転抵抗を電気的に変化させる方法や水車に連結された増速装置の増速比を変化させる方法等により水車の回転数を制御するようにした水量優先制御方法に関する。
水力発電においては、使用する水車の形式によって回転数は様々であり、発電機を適切な回転数で運用するために、水車と発電機の間に回転数を変えるための変速機が設置されているのが通常である。そしてこのような変速機の変速比は、発電機の機種や水車の種類によって、個々に決定されている。
一方、発電を行う際には供給される水量を調節弁や堰等により調節したり、発電機の回転に対する抵抗を調節するなどして、最も高い効率が得られるように水車の回転数が調節されるが、それはエネルギーの源である水をできる限り無駄なく有効利用しようとする水力発電における最も重要かつ根本的な設計思想の表われである。
一方、発電を行う際には供給される水量を調節弁や堰等により調節したり、発電機の回転に対する抵抗を調節するなどして、最も高い効率が得られるように水車の回転数が調節されるが、それはエネルギーの源である水をできる限り無駄なく有効利用しようとする水力発電における最も重要かつ根本的な設計思想の表われである。
しかるに、近年は様々な水力発電形式が登場し、中には水車を通過する水量をコントロールできないケースも出現している。そうした場合、水量のコントロールを前提とした旧来の設計思想に基づく制御方法を採用すると、水車に最大効率を与える水量を上回る過大な水量が水車に供給されたときに、水車が流水を通過させるのに必要な回転数に至らずに水があふれ出す等、上流の導水施設に支障を与えるような事態が想定される。
それぞれの水車には、水量に応じた最大効率の得られる回転数が存在し、その水量と回転数の間には固有の相関関係が存在する。そして水力発電を実施する際には、その相関関係に基づき水量や回転数が適切に決定されるようにコントロールがなされているのが通常である。しかるに、水量が外的要因により一方的に決定されるような現場においては、水車の回転数が、その水量が通過するのに必要な回転数に一義的に調整され、その時には必ずしも最大効率が発生するとは限らない。近年は、そうした水の通過が最優先されるケースも出現している。
同一条件のもとでは、供給される水量とそれを通過させることができる水車の回転数はほぼ比例関係にあり、水の通過が優先される水車において、最大効率を発生させる水車の回転数が供給水量を通過させることができる回転数を上回った場合、上流側で水があふれ出す等の導水施設に支障を与えるようなことはない。しかるに、最大効率を発生させる水車の回転数が、水を通過させることができる回転数を下回った場合、導水施設に支障を与えないために水車の回転数を最大効率を発生させる回転数よりも大きくコントロールすることが必要になり、その際には効率の低下を許容せざるを得ないのである。
そのため本発明は、水車を効率よく運転しながら通過させることができる水量を上回る過大な水量が水車に供給された場合における水車の回転数のコントロール手段として、水車に供給される水の量を制御上の優先的要素として位置付けた上で、水車の回転抵抗を電気的に変化させる方法や水車に連結された増速装置の増速比を変化させる方法等により水車の回転数を制御するようにした水量優先制御方法を提供することを目的とする。
この発明の水量優先制御方法は、発電用水車において、水量に基く制御を優先するため、最大効率を発生させる回転数が供給水量を通過させることができる回転数を上回る範囲に存在した場合はその回転数を選ぶとともに、
供給水量を通過させることができる回転数を下回る範囲に最大効率を発生させる水車の回転数が存在する場合は、水があふれ出す等の導水施設における支障の発生を防ぐために水車の回転数を最大効率を発生させる回転数よりも大きい範囲であっても供給水量を通過させることができる回転数にコントロールし、かつ最大効率を発生させる回転数に近づけるよう変速させることを特徴とするものである。
本発明はこのように、水車を通過する水量が制御できない場合において、これまでの制御方法とは異なり、水の供給量を最も優先的な要素として水車の回転数をコントロールし、発電時における安全性を確保する制御方法を提供する。
供給水量を通過させることができる回転数を下回る範囲に最大効率を発生させる水車の回転数が存在する場合は、水があふれ出す等の導水施設における支障の発生を防ぐために水車の回転数を最大効率を発生させる回転数よりも大きい範囲であっても供給水量を通過させることができる回転数にコントロールし、かつ最大効率を発生させる回転数に近づけるよう変速させることを特徴とするものである。
本発明はこのように、水車を通過する水量が制御できない場合において、これまでの制御方法とは異なり、水の供給量を最も優先的な要素として水車の回転数をコントロールし、発電時における安全性を確保する制御方法を提供する。
この発明の水量優先制御方法において、前記水車の回転数をコントロールする手段は、水車の回転抵抗を電気的に変化させることにより、導水施設に支障を与えることを防ぐために水車の回転数を最大効率を発生させる回転数よりも大きい回転数にコントロールし、かつ最大効率を発生させる回転数に近づけるよう変速させることをも特徴とするものである。
この発明の水量優先制御方法において、前記水車の回転数をコントロールする手段は、水車に連結された増速装置の増速比を多段変速ギア等により変化させることにより、導水施設に支障を与えることを防ぐために水車の回転数を最大効率を発生させる回転数よりも大きい回転数にコントロールし、かつ最大効率を発生させる回転数に近づけるよう変速させることをも特徴とするものである。
この発明は以上のように構成したので、水の通過が優先される水車において最大効率を発生させる水車の回転数が供給水量を通過させることができる回転数を上回った場合には、上流側で水があふれ出す等の導水施設に支障を与えることを避けつつ、最大効率を発生させる回転数を選ぶことができる。
しかるに、最大効率を発生させる水車の回転数が、水を通過させることができる回転数を下回った場合には、導水施設に支障を与えることを防ぐために水車の回転数を最大効率を発生させる回転数よりも大きくコントロールして上流側で水があふれ出す等の導水施設に支障を与えることを防ぐことができる。もちろん、その際には効率の低下は許容せざるを得ないのである。
本発明は、以上のようにして、水の通過が優先される水車において安全性を確保することができる水量優先制御方法を提供することを可能としたものである。
しかるに、最大効率を発生させる水車の回転数が、水を通過させることができる回転数を下回った場合には、導水施設に支障を与えることを防ぐために水車の回転数を最大効率を発生させる回転数よりも大きくコントロールして上流側で水があふれ出す等の導水施設に支障を与えることを防ぐことができる。もちろん、その際には効率の低下は許容せざるを得ないのである。
本発明は、以上のようにして、水の通過が優先される水車において安全性を確保することができる水量優先制御方法を提供することを可能としたものである。
以下この発明の水量優先制御方法の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
水量により水車の回転数を制御する第１実施例として、回転抵抗を変化させる方法について説明する。
すなわち、図１は回転抵抗を変化させる方法であり、回転数と水量の関係において、図１（イ）は最大効率を発生する回転数と水量の相関関係を表すラインである。また、（ロ）は供給される水量を通過させるために必要な回転数を表している。
水車は、（ロ）のラインよりも上の領域においては、回転数を自由に選択できるものの、（ロ）のラインを下回る領域では供給された水の全量が水車を通過できないため、水車の上流で水があふれ出す等の導水施設に支障を与えてしまう。
したがって、水車の回転数を回転抵抗の変化によりコントロールする際、（ロ）よりも上の領域では、最大効率を発生する回転数（イ）にコントロールし、（ロ）との交点Ａ（流量ａ）より流量が大きい領域では、（ロ）のラインにシフトするように回転数をコントロールするのである。
すなわち、図１は回転抵抗を変化させる方法であり、回転数と水量の関係において、図１（イ）は最大効率を発生する回転数と水量の相関関係を表すラインである。また、（ロ）は供給される水量を通過させるために必要な回転数を表している。
水車は、（ロ）のラインよりも上の領域においては、回転数を自由に選択できるものの、（ロ）のラインを下回る領域では供給された水の全量が水車を通過できないため、水車の上流で水があふれ出す等の導水施設に支障を与えてしまう。
したがって、水車の回転数を回転抵抗の変化によりコントロールする際、（ロ）よりも上の領域では、最大効率を発生する回転数（イ）にコントロールし、（ロ）との交点Ａ（流量ａ）より流量が大きい領域では、（ロ）のラインにシフトするように回転数をコントロールするのである。
上述した水量優先制御方法において、（イ）と（ロ）の交点の水量よりも水量の多い領域では、水量をパラメーターとして水車の回転抵抗を電気的に変化させることにより、水があふれ出す等の導水施設に支障を与えることを防ぐために水車の回転数を最大効率を発生させる回転数よりも大きい回転数にコントロールすることができる。
なお、トルクコンバータ等の無段階の変速機を用いた場合も、前記第１実施例のラインを実現することが可能となる。
なお、トルクコンバータ等の無段階の変速機を用いた場合も、前記第１実施例のラインを実現することが可能となる。
水量により水車の回転数を制御する第２実施例として、多段変速ギアの切り替えにより変速機の変速比を変化させる方法について説明する。
すなわち、水量全域に対して旧来の方法により最大効率で運転する制御方法（ライン（イ））を採用するが、前記実施例１と同様に、水車はライン（ロ）を下回ると供給された水の全量が水車を通過できないため、ライン（ロ）との交点Ｂ より流量の大きい領域においては、変速機の変速比を切り換えてライン（ハ）にシフトさせるのである。
なお、図２は２段変速の例であり、本方法によれば基本的な制御方法は旧来のものをそのまま使用することができ、新たに電気的な制御方法を開発する必要がなく、機械や構造を変更にすることよって、ｂ１・ｂ２の水量を感知した時にそれぞれ変速比を切り換えて、（ハ）のラインにシフトできるようにしたものである。
すなわち、水量全域に対して旧来の方法により最大効率で運転する制御方法（ライン（イ））を採用するが、前記実施例１と同様に、水車はライン（ロ）を下回ると供給された水の全量が水車を通過できないため、ライン（ロ）との交点Ｂ より流量の大きい領域においては、変速機の変速比を切り換えてライン（ハ）にシフトさせるのである。
なお、図２は２段変速の例であり、本方法によれば基本的な制御方法は旧来のものをそのまま使用することができ、新たに電気的な制御方法を開発する必要がなく、機械や構造を変更にすることよって、ｂ１・ｂ２の水量を感知した時にそれぞれ変速比を切り換えて、（ハ）のラインにシフトできるようにしたものである。
この発明の水量優先制御方法は、水車を効率よく運転しながら通過させることができる水量を上回る過大な水量が水車に供給されることがある種々の水車に利用することができる。
すなわち、小水力発電用の水車のみならず、水車を利用する様々な用途において適用することができる。
すなわち、小水力発電用の水車のみならず、水車を利用する様々な用途において適用することができる。
（イ）最大効率を発生する回転数と水量の相関関係を表すライン
（ロ）供給される水量を通過させるために必要な回転数
（ハ）変速機の変速比を切り換えたライン
ａ・ｂ１・ｂ２ 所定位置の水量
（ロ）供給される水量を通過させるために必要な回転数
（ハ）変速機の変速比を切り換えたライン
ａ・ｂ１・ｂ２ 所定位置の水量
Claims (3)
- 発電用水車において、水量に基く制御を優先するため、最大効率を発生させる回転数が供給水量を通過させることができる回転数を上回る範囲に存在した場合はその回転数を選ぶとともに、
供給水量を通過させることができる回転数を下回る範囲に最大効率を発生させる水車の回転数が存在する場合は、導水施設に支障を与えることを防ぐために水車の回転数を最大効率を発生させる回転数よりも大きい範囲であっても、供給水量を通過させることができる回転数にコントロールし、かつ最大効率を発生させる回転数に近づけるよう変速させるようにしたことを特徴とする水量優先制御方法。 - 前記水車の回転数をコントロールする手段は、水車の回転抵抗を電気的に変化させることにより、導水施設に支障を与えることを防ぐために水車の回転数を最大効率を発生させる回転数よりも大きい範囲であっても供給水量を通過させることができる回転数にコントロールし、かつ最大効率を発生させる回転数に近づけるよう変速させることを特徴とする請求項1に記載の水量優先制御方法。
- 前記水車の回転数をコントロールする手段は、水車に連結された増速装置の増速比を変化させることにより、導水施設に支障を与えることを防ぐために水車の回転数を最大効率を発生させる回転数よりも大きい範囲であっても供給水量を通過させることができる回転数にコントロールし、かつ最大効率を発生させる回転数に近づけるよう変速させることを特徴とする請求項１に記載の水量優先制御方法。
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| JP2002295358A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-09 | Toshiba Corp | 水力発電装置 |
| JP2005320883A (ja) * | 2004-05-07 | 2005-11-17 | Electric Power Dev Co Ltd | 農業用水路等の落差工に設置する水力発電装置 |
| JP2005351246A (ja) * | 2004-06-14 | 2005-12-22 | Torishima Pump Mfg Co Ltd | 発電ゲート |
| WO2012006647A2 (de) * | 2010-07-14 | 2012-01-19 | Maschinenfabrik Kba-Mödling Aktiengesellschaft | Wasserkraft-staudruckmaschine |
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