JPH036753B2

JPH036753B2 -

Info

Publication number: JPH036753B2
Application number: JP56051663A
Authority: JP
Inventors: Susumu Sumikura
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1981-04-08
Filing date: 1981-04-08
Publication date: 1991-01-30
Also published as: JPS57166900A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は水力発電所の出力制御装置に係り、詳
しくは調整池式水力発電所における水車発電機を
給電指令に基づき調整池水位を考慮しながら出力
調整するための制御装置に関する。

一般に調整池式水力発電所は、第１図に示すよ
うに構成され、発電所上流の水は、制水門１から
導水路２を経由して一旦調整池３に貯えられる。
調整池３に貯えられた水は、圧力鉄管４を介して
水車５に供給され、水車５を回転したのち、下池
６へと放水される。この水車５に直結された発電
機７の出力を調整するため、出力制御装置
（ALR）８が設けられ、その出力でモータ９を制
御し、ガイドベーン駆動機構１０を介してガイド
ベーン１１の開度を調節している。尚、図におけ
るQ₁は調整池３への流入量、Q₂は調整池３から
の流出量即ち水車流量、Ｈは調整池３の水位、
P_Oは給電指令、P_Aは発電機７の実出力である。

このような水力発電所においては、第２図に示
す如く、調整池３の水位Ｈが低設定値H_lと高設
定値H_hとの間の領域ZON−Ｎにあるときは、給
電指令P_O通りに発電機出力P_Aを制御する一方、
水位Ｈが低設定値H_lより低い領域ZON−Ｌ或い
は高設定値H_hより高い領域ZON−Ｈにある時
は、給電指令P_O通りに発電機出力P_Aがならなく
ても良く、あくまでも、水位Ｈが下限値H_ll以下
になつたり、上限値H_hh以上になつたりしないよ
う水位管理優先の制御をする必要がある。

そこで、従来は、出力制御装置８を第３図に示
す如く構成し、水位管理を行いながら発電機の出
力を制御していた。

即ち、図における１２は不感帯回路、１３は比
例器、１４，１５は加算器、１６はモータ駆動回
路で、水位Ｈが領域ZON−Ｎにある時は、不感
帯回路１２によりゲインＫを有する比例器１３の
入力H₁に零となり、比例器１３の出力H₂も零と
なる。従つて、加算器１４の出力即ち発電機出力
目標値P₁は給電指令P_Oに等しくなる。加算器１
５の出力ΔPは、発電機出力目標値P₁と発電機７
の実出力P_Aとの差なので、このΔPがモータ駆動
回路１６に加わり、モータ９が駆動され、第１図
のガイドベーン駆動機構１０によりガイドベーン
１１の開度が調整され、これにより、発電機７の
実出力P_Aは供給指令P_O通りに制御される。

一方、水位ＨがZON−Ｈ或いはZON−Ｌに入
つた場合には、不感帯回路１２より正値或いは負
値の信号H₁が発生し、比例器１３の出力H₂は
H₁・Ｋの正値或いは負値となる。従つて、発電
機出力目標値P₁は給電指令P_Oに比例器１３の出
力H₂即ち調整池３の水位Ｈの水位補正分H₂を加
えた値となり、これにより、発電機７の出力P_A
は上限値H_hh或いは下限値H_llを逸脱することなく
制御される。

しかしながら、上記従来構成においては、以下
に述べる如き問題点があつた。

即ち、比例器１３のゲインＫには、調整池３の
水面面積と、水車５の定格流量とにより決まる上
限値があり、そのゲインＫををあまり大きくする
と水位Ｈが上下変動を繰り返し、水位変動が発散
することになる。また、逆にゲインＫを小さくす
ると、水位補正機能が十分に発揮できなくなる。

一方、給電指令P_Oは、普通、上流よりの流入
量Q₁までは考慮していないので、極端な場合に
は、流量換算率で水車５の定格流量を100％とす
ると、100％の流量差が給電指令P_Oと流入量Q₁間
に生じる場合があり、そのような場合に以下に述
べたような問題が生じる。

例えば、今、水位Ｈが高設定値H_hにあり、給
電指令P_O、実出力P_A共０％即ち流量Q₂が無負荷
流量で安定に運転している状態から、流入量Q₁
のみが０％から100％に増えたとする。すると、
水位Ｈは徐々に上昇し、不感帯回路１２の出力
Ｈ、比例器１３の出力H₂即ち水位補正分H₂が０
％より徐々に増加し、発電機出力目標値P₁を増
加して実出力P_Aを増加させる。最終的には、流
量Q₁、Q₂、発電機出力目標値P₁、実出力P_A全て
100％となつた時点で安定する。このときの水位
Ｈは、比例器１３のゲインをＫ（％／ｍ）とする
と、高設定値H_hより100（％）／Ｋ（％／ｍ）だけ上昇
していることになる。

従つて、調整池３の水Ｈの上限値H_hhを高設定
値H_hとの差100／Ｋ（ｍ）に設定しなければならないが、上限値H_hhは土木上決められる値なので、
結局、高設定値H_hをH_h＜｛H_hh−100／Ｋ｝となるように設定しなければならない。この場合、ゲイン
Ｋの値は調整池３の水面面積が小さい程、また、
水車５の定格流量が大きい程小さく設定しなけれ
ば、安定に運転できないので、高設定値H_hは下
げざるを得なくなる。同様に低設定値H_lは、H_l
＞｛H_ll＋100／Ｋ｝となるように、上げざるを得なくなる。

この結果、前記従来構成による出力制御装置８
の場合には、調整池３の水位領域ZON−Ｎが狭
くなり、給電指令P_O通りに実出力P_Aを制御でき
る時間帯が短かくなり、流入量Q₁を給電指令P_O
との僅かな誤差或いは時間的なずれによつて、調
整池水位Ｈが領域ZON−Ｎを逸脱し、給電指令
P_O通りの実出力P_Aが得られなくなる欠点があつ
た。また、高設定値H_hを下げることにより、有
効落差が小さくなり、水車５の効率が低下する欠
点もあつた。

本発明は調整池水面面積が小さく、また、水車
定格流量が大きい場合でも、給電指令通り運転可
能な水位領域を拡げて給電指令通りの安定した運
転ができる水力発電所の出力制御装置を提供する
ことを目的とする。

この目的を達成するため、本発明は、調整池水
位Ｈが高設定値H_hを上まわつた場合は、給電指
令と調整池への流入量を出力指令に変換した値の
うち高い方の値に水位補正を加えて発電機出力目
標値とする一方、水位Ｈが低設定値H_lを下まわ
つた場合は給電指令と流入量のうち小さい方の値
に水位補正を加えて発電機出力目標値とすること
により、高設定値H_hと低設定値H_lの領域ZON−
Ｎを大きく設定できるようにしたことを特徴とす
る。

以下、本発明を図面を参照して説明する。

第４図は本発明の一実施例に係る出力制御装置
８の構成図を示したものである。

図中、第１図乃至第３図と同一符号は同一又は
相当部分を示し、更に、１７は調整池３への流入
量Q₁を測定する測定器であり、１８はその値を
発電機出力相当のMW単位換算値P_iに換算する
MW換算器である。勿論、P_iはMW単位にこだわ
る必要はなく、上流よりの流量Q₁のままでも良
いし、また、制水門１の開度、あるいは、上流発
電所の実出力、ガイドベーン開度、流量等であつ
ても良い。

１９は、給電指令P_Oと流入量Q₁のMW換算値
P_iとの小さい方をP_Lとして出力する低値選択回路
（LVG）、２０は、給電指令P_OとMW換算値P_iと
の大きい方をP_Hとして出力する高値選択回路
（HVG）である。

２１は、調整池２の水位Ｈを入力して、水位Ｈ
が低設定値H_lより低い時、接点２１Ａ−１，２
１Ａ−２を閉、接点２１Ｂを開とし、水位Ｈが
H_l＋α以上となつた時、接点２１Ａ−１，２１
Ａ−２を開、接点２１Ｂを閉とするヒステリシス
分αを有する比較器である。

２２は、調整池２の水位Ｈを入力して、水位Ｈ
が高設定値H_hより高い時、接点２２Ａ−１，２
２Ａ−２を閉、接点22Bを開とし、水位ＨがH_h
−β以下となつた時、接点２２Ａ−１，２２Ａ−
２を開、接点２２Ｂを閉とするヒステリシス分β
を有する比較器である。

２３は、定設定値H_lを基準にして、接点２１
Ａ−２が閉のとき、入力する水位Ｈに応じた信号
H₁を出力する比例器、２４は、高設定値H_hを基
準にして接点２２Ａ−２が閉のとき、入力する水
位Ｈに応じた信号H₁を出力する比例器である。

加算器１４への一つの入力であるP_O′は、比較
器２１，２２が動作していない時は給電指令P_O
に等しく、比較器２１が動作した時は、低値選択
回路１９の出力P_Lとなり、比較器２２が動作し
た時は高値選択回路２０の出力P_Hとなる。

次に、以上のように構成される本実施例の動作
を第５図にタイムチヤートを参照して説明する。

尚、調整池３の水位Ｈが高設定値H_h以上にな
つた場合と低設定値H_l以下になつた場合とでは、
基準値P_O′に高値選択回路２０の出力P_Hが与えら
れ、比較器１３の入力H₁に比例器２４の出力が
与えられるか、基準値P_O′に低値選択回路１９の
出力P_Lが与えられ、比例器１３の入力H₁に比例
器２３の出力が与えられるかの違いのみなので、
以下の記載では、調整池３の水位Ｈが高設定値
H_h以上となつた場合について説明する。また、
第５図におけるＴは時間であり、給電指令P_O、
流入量Q₁のMW換算値P_i、発電機出力目標値P₁
の基準値P_O′、調整池３の水位Ｈの水位補正分
H₂、発電機６の実出力P_Aは統一を計るため、全
て％表現とし同一時間軸に描いてある。

今、時刻T₀において、水位Ｈが高設定値H_hよ
り僅か低い値にて水位Ｈ、発電機７の実出力P_A
が０％にて安定に運転を継続していたものとする
と、比較器２１，２２共動作していないので、基
準値P_O′、給電指令P_O、流入量Q₁のMW換算値
P_i、水位補正分H₂は全て０％となつている。

この状態で、時刻T₀からT₁にかけて、流入量
Q₁がMW換算値で０％から50％に増加したとす
ると、流入量Q₁が水車流量Q₂より多くなり、時
刻T₂にて、水位Ｈが高設定値H_h以上となる。こ
の結果、比較器２２が動作して、接点２２Ａ−
１，２２Ａ−２を閉、２２Ｂを開にする。従つ
て、基準値P_O′は０％の給電指令P_Oから高値選択
回路２０の出力P_H即ち流入量Q₁のMW換算値P_i
に切替わるので、発電機出力目標値P₁は流入量
Q₁のMW換算値P_iと水位補正分H₂の和となり、
実出力P_Aは時刻T₂からT₃にかけて第５図に示す
如く増加する。

第５図において、時刻T₃における水位Ｈ、実
出力P_Aは共に安定になつている状態を表わして
いるが、ここで、実出力P_AがMW換算値P_iより多
少多目となつているのは、測定誤差により実際の
流入量Q₁がそのMW換算値P_iより多目になつてい
るためである。従つて、実際の流入量Q₁とMW
換算値P_iとが全く等しいとするならば、時刻T₃
における実出力P_AはMW換算値P_iに全く等しく、
水位Ｈも高設定値H_hに落ち着く。

また、このときの水位Ｈと高設定値H_hとの差
H₂／Ｋは、測定誤差により決まり、測定誤差が小さければ、その差も非常に小さくなる。

従つて、高設定値H_hを上限値H_hh近くに設定す
ることが可能となり、領域ZON−Ｎを広くとる
ことができる。

次に、時刻T₄で、給電指令P_Oがステツプ状に
０％から75％に増加したとする。すると、給電指
令P_Oの方が流入量Q₁のMW換算値P_iより大きく
なり、高値選択回路２０の出力P_Hは給電指令P_O
となる。この時点では、比較的２２はまだ動作を
継続しているので、基準値P_O′は給電指令P_Oと等
しくなり、発電機出力目標値P₁は｛75％＋水位
補正分H₂｝となる。これにより、発電機７の実
出力P_Aも時刻T₄以後増加する。

一方、実際の流入量Q₁は約50％のままである
ので、やがで水位Ｈが下がり、時刻T₅にて高設
定値H_hとなり、実出力P_Aは75％となる。その後、
時刻T₆にて比較器２２が動作を復帰し、接点２
２Ａ−１，２２Ａ−２が開、接点２２Ｂが閉とな
り、基準値P_O′は高値選択回路２０の出力P_Hに代
つて、給電指令P_Oになる。しかし、給電指令P_O
は75％なので、時刻T₅の時の発電機出力目標値
P₁の値75％と何ら変らず、発電機７の実出力P_A
は75％のままの一定状態を保つ。

水位Ｈは、時刻T₇にて初めて低設定値H_l以下
となり、時刻T₇以後は第５図の時刻T₂から時刻
T₃までの動作と同様に、低設定値H_l近辺に安定
化されることになる。即ち、水位Ｈが低設定値
H_l以下となると、比較器２１が動作して、接点
２１Ａ−１，２１Ａ−２が閉、接点２１Ｂが開
し、基準値P_O′は低値選択回路１９の出力P_L即ち
給電指令P_Oと流入量O₁のMW換算値P_iとの低い
方であるMW換算値P_iに等しくなる。従つて、実
出力P_Aも流入量Q₁のMW換算値P_iにほぼ等しく
なり、第５図の例では、実出力P_Aは時刻T₇のし
ばらく後に50％近辺となる。実際の流入量Q₁と
流入量Q₁のMW換算値P_iとが全く等しければ、実
出力P_Aは流入量Q₁のMW換算値P_iと等しく、水
位Ｈは低設定値H_lと等しくなる。

このように、本実施例によれば、調整池３の水
位Ｈが高設定値H_hあるいは低設定値H_lに達した
とき、発電機７の出力制御は、実際の流入量Q₁
と、流入量Q₁のMW換算値P_iとの誤差分のみに基
づく水位補正分H₂を加えて修正制御すれば良い
ので、水位補正のための比例器１３のゲインＫを
小さくすることができる。このことは、高設定値
H_hを高く、低設定値H_lを低く決めることができ
るので、領域ZON−Ｎを広くとれることになる。

この結果、給電指令P_O通りに実出力P_Aに制御
できる時間帯を長くでき、給電運用上、非常に好
ましい結果が得られる。また、高設定値H_hを高
くとれるので、水車５の交率も向上する。

更に、上流よりの流入量Q₁に相当するMW換
算値P_iを使用しているので、調整池２の水位Ｈが
急激に高設定値H_hを越えようとしたり、低設定
値H_l以下になろうとした時にも、事前に水車５
の流量Q₂を変化させて調整池３の水位Ｈの変化
を制御することができるので、水位Ｈが上限値
H_hh、下限値H_llに達することを防ぐことができ
る。

尚、上記実施例における比較器２１，２２の動
作及び復帰に限時タイマーを設けても良く、その
ようにすれば、無用な開閉動作を防ぐことができ
るようになる。また、比較器２１，２２の動作及
び復帰に、高設定値H_h、低設定値H_l付近におけ
る水位Ｈの変化率を加味しても良く、そのように
すれば、設定値を逸脱する水位変化量を非常に小
さくすることができる。

以上のように、本発明によれば、調整池におけ
る高設定値を高く、低設定値を低くでき、給電運
用領域を広くとることができる。この結果、給電
指令通りに発電機の実出力を制御できる時間帯が
長くなり、計画通りの給電運用ができるようにな
る。また、水が調整池より溢流したり、圧力鉄管
へ空気を吸い込んだりすることがなくなり、土
木、水車発電機保護上の安全性が高まる。更に
は、高設定値が高くなることから、水車の効率が
向上する等の優れた作用効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な調整池式水力発電所の構成
図、第２図はその調整池の水位管理図、第３図は
従来の出力制御装置の構成図、第４図は本発明の
一実施例を示す出力制御装置の構成図、第５図は
本発明の一実施例の動作を説明するためのタイム
チヤートである。１……制水門、２……導水路、３……調整池、
４……圧力鉄管、５……水車、６……下池、７…
…発電機、８……出力制御装置、９……モータ、
１０……ガイドベーン駆動機構、１１……ガイド
ベーン、１２……不感帯回路、１３……比例器、
１４，１５……加算器、１６……モータ駆動回
路、１７……測定器、１８……MW換算器、１９
……低値選択回路、２０……高値選択回路、２
１，２２……比較器、２１Ａ−１，２１Ａ−２…
…比較器２１のａ接点、２１Ｂ……比較器２１の
ｂ接点、２２Ａ−１，２２Ａ−２……比較器２２
のａ接点、２２Ｂ……比較器２２のｂ接点、２
３，２４……比例器。

Claims

【特許請求の範囲】

１給電指令と調整池水位とに応じて水車発電機
の出力を制御する水力発電所の出力制御装置にお
いて、上記調整池への流入量を測定し出力指令に
変換する手段と、上記調整池水位が高設定値と低
設定値との間にあるときは上記給電指令を発電機
出力目標値とする手段と、上記調整池水位が高設
定値より高い場合は上記給電指令と上記出力指令
との大きい方の値に上記調整池水位の高設定値か
らの水位補正分を加えた値を発電機出力目標値と
する手段と、上記調整池水位が低設定値より低い
場合は上記給電指令と上記出力指令との小さい方
の値に上記調整池水位の低設定値からの水位補正
分を加えた値を発電機出力目標値とする手段とを
備え、上記水車発電機の出力を上記発電機出力目
標値に制御することを特徴とする水力発電所の出
力制御装置。