JPH0640379U - 調整池式水力発電所の水車運転制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 調整池式水力発電所に於て、負荷のレ−シン
グ現象を早急に検出し、このレ−シング現象を抑制し消
滅させること。 【構成】 取水口制水ゲ−トを備えた調整池から水路を
介して流水が供給される水槽と、前記調整池水位を予定
水位に制御する制水ゲ−ト制御装置と、負荷調整を行う
ことにより前記水槽水位を予定水位に制御する水位調整
器とを備えた調整池式水力発電所に於て、前記水位調整
器による水位調整運転時に、負荷と前記水槽水位とが予
定以下の周期で略々同期的に変動した場合、予定時間だ
け前記水位調整器による負荷調整を補正する演算装置を
設けたことを特徴とする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、水路を備えた調整池式水力発電所に於ける水車運転制御装置の改良 に関し、特に、水槽水位変動と負荷変動とが予定以下の周期をもって略々同期的 に発生する負荷のレ−シング現象を、自動的に停止させることの出来る調整池式 水力発電所の水車運転制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

調整池式水力発電所には、小形ダムにより小容量の調整池を形成し、このダム から直接、圧力管を介して流水を発電所に導くものと、調整池から比較的長い水 路を介して流水を水槽に導き、更に、この水槽から圧力管を介して流水を発電所 に導くものとの２種類がある。本考案は主として、上記の中の後者に属し、比較 的長い水路を有する調整池式水力発電所に適用される。

【０００３】 一般に、水路を有し、調整池から水路への取水口に、取水口制水ゲ−ト（以下 制水ゲ−トと記す）を有する調整池式水力発電所に於ては、この制水ゲ−トを用 いて、発電流量制御，魚道の水位確保，その他の目的で、取水量を制御して調整 池水位を一定に制御する定水位制御が行われている。又、発電所側では、水路を 通して流水が供給される水槽水位に応じて、水位調整器により水車の使用流量を 調整して、水槽水位を一定に制御する水位調整運転を行っている。

【０００４】 図４は、本考案が適用される比較的長い水路を有する調整池式水力発電所の一 例を示す図で、図（ａ）は平面図、図（ｂ）は水路に沿う垂直断面図であり、同 一部分には同一符号を付している。

【０００５】 図４に於て、１０は調整池であり、河川１１をダム１２により塞止め貯水した 人工池である。１３は水路で、ダム１２の一端上部近傍より山腹１４を略々水平 に貫通した導水路（トンネル）である。その入口側には、調整池１０の貯水を取 水するための取水口を構成し、取水量を調整するための取水口制水ゲ−ト１５が 設けられ、導水路１３の末端（出口側）には、水槽１６が設置されている。

【０００６】 １７は発電所で、河川１１の水路１３が設けられる側の川岸に建設され、水槽 １６と発電所１７との間には、山腹１４に沿って圧力管１８が設置される。圧力 管１８は、水路１３を通して水槽１６に導かれた流水を、発電所１７内に設置し た図示しない水車に供給する様に構成される。この様にして水車に供給され、水 車に回転力を与えて仕事を終えた流水は、放水口１９より放水されて、河川１１ に戻される。

【０００７】 図５は、取水量を制御して調整池水位を一定に制御するための定水位制御に使 用する一般的な制水ゲ−ト制御装置の信号の入出力関係の概略を示すブロック図 であり、図４と同一部分には同一符号を付している。図５に於て、１０は調整池 で、１５は取水口制水ゲ−トである。２０は制水ゲ−ト制御装置であり、予め調 整池基準水位が設定されている。全体を一点鎖線で囲む２１は、調整池水位検出 器であり、この検出器２１により検出された調整池水位信号は、制水ゲ−ト制御 装置２０に入力される。制御装置２０は、入力された調整池水位が、予め設定さ れた調整池基準水位と一致する様に、制水ゲ−ト開閉用電動機２２に制御信号を 出力する。

【０００８】 即ち、調整池水位が予め設定された調整池基準水位より高い場合には、調整池 水位を下げるために、制水ゲ−ト１５を全開方向に制御して、水路１５への流入 水量が多くなる様にし、逆に、調整池水位が予め設定された調整池基準水位より 低い場合には、調整池水位を上げるために、制水ゲ−ト１５を全閉方向に制御し て、水路１５への流入水量が少くなる様にし、調整池水位をその基準水位に保持 する。

【０００９】 図６は、水路を通して流水が供給される水槽水位に応じ、水車の使用流量を制 御して水槽水位を一定に制御するための水位調整制御に使用する一般的な水位調 整器の信号の入出力関係の概略を示すブロック図であり、図４と同一部分には同 一符号を付している。図６に於て、１６は水槽であり、その水位は、全体を一点 鎖線で囲む水槽水位検出器３０により検出される。この検出器３０により検出さ れた水槽水位信号は、水位調整器３１に入力される。水位調整器３１には、予め 水槽１６の基準水位と水位垂下率とが設定されており、これらの値と入力された 水槽水位信号とから図示しない水車のガイドベ−ン開度が決定される。全体を一 点鎖線で囲む３２は負荷制限器であり、上記により決定された水車のガイドベ− ン開度に応じて負荷制限電動機３２ａが駆動され、水位調整器３１から電気調速 機３３に対して、負荷制限器３２のレタ−ン値（フィ−ドバック値）に一致する まで信号を出力する。斯くして電気調速機３３は水位調整器３１からの信号によ り、図示しないガイドベ−ン駆動装置に対してガイドベ−ン開閉信号３３ａを出 力し、ガイドベ−ンの開閉制御を行い水車の使用流量を調整する。

【００１０】 即ち、水槽水位が予め設定された水槽基準水位より高い場合には、水槽水位を 下げるために、水車のガイドベ−ンを全負荷（開）方向に制御して、水車の使用 流量が多くなる様にし、逆に、水槽水位が予め設定された水槽基準水位より低い 場合には、水槽水位を上げるために、水車のガイドベ−ンをを無負荷（閉）方向 に制御して、水車の使用流量が少くなる様にし、水槽水位をその基準水位に保持 する様に制御する。

【００１１】

【考案が解決しようとする課題】

ところが、水路を備えた調整池式水力発電所に於ては、調整池の取水口制水ゲ −トを「開・閉」制御し、水路への取水流量を調整すると、水槽の水位は、取水 流量の変化応じて変動し、上記の様に、水車の出力も同様に変動する。つまり、 水車の使用流量の変化（負荷変動）と水槽の水位変動とが同期状態になると、負 荷のレ−シング現象を抑制することは困難で、レ−シング現象は長時間継続する ことになり問題である。従って、本考案の目的は、調整池式水力発電所に於て、 負荷のレ−シング現象を早急に検出し、このレ−シング現象を抑制し消滅させる ことの出来る調整池式水力発電所の水車運転制御装置を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】

上記問題点を解決するため本考案による調整池式水力発電所の水車運転制御装 置は、取水口制水ゲ−トを備えた調整池から水路を介して流水が供給される水槽 と、前記調整池水位を予定水位に制御する制水ゲ−ト制御装置と、負荷調整を行 うことにより前記水槽水位を予定水位に制御する水位調整器とを備えた調整池式 水力発電所に於て、前記水位調整器による水位調整運転時に、負荷と前記水槽水 位とが予定以下の周期で略々同期的に変動した場合、予定時間だけ前記水位調整 器による負荷調整を補正する演算装置を設けたことを特徴とする。

【００１３】

【作用】

上記構成によれば、演算装置を設け、負荷と水槽水位とが予定以下の周期で略 々同期的に変化する様になると、早急にこれを検出し、水槽水位の変動に応じた 通常の水位調整運転は行わず、予定時間だけ水位調整器による負荷調整を補正す る様にし、水槽水位の変動にかかわらず水車の定負荷運転を行い、水槽水位が次 第に安定する様に制御するから、負荷のレ−シング現象は抑制され収束する。

【００１４】

【実施例】

以下、図面を参照して本考案を説明する。図１は、本考案の一実施例を示すブ ロック図である。図１に於て、１，２及び３は、夫々アナログ／ディジタル変換 器（以下Ａ／Ｄ変換器と記す）である。全体を一点鎖線で囲み符号４で示す装置 は水車運転制御装置であり、入出力装置４ａと演算装置４ｂ及び入出力装置４ｃ とから構成される。

【００１５】 水車運転制御装置４は、機能的には通常の水槽水位調整機能を有しており、水 位調整制御の基本デ−タである水槽水位信号（アナログ信号）が、Ａ／Ｄ変換器 １を介してディジタル信号に変換され、入出力装置４ａに入力される。同様に、 負荷のレタ−ン値（フィ−ドバック値）である負荷制限器の開度デ−タがＡ／Ｄ 変換器２を介して、更に実際の水車負荷である水車の出力デ−タがＡ／Ｄ変換器 ３を介して、夫々ディジタル信号に変換され、入出力装置４ａに入力される。入 出力装置４ａに入力された各ディタル信号は、その作用の詳細を後述する演算装 置４ｂに入力される。演算装置４ｂに於ては，上記の各入力デ−タ及び演算装置 ４ｂに予め設定されている水槽の基準水位，水位垂下率等に基いて演算が行なわ れ、水車の出力が算出され、更に算出水車出力に基く負荷調整指令信号が、入出 力装置４ｃを介して図示しない電気調速機に出力される。斯くして水車のガイド ベ−ンの開閉制御が行なわれ、水車の負荷調整が行なわれる。

【００１６】 以上は、水車運転制御装置４の通常の負荷調整（水槽水位調整）機能について の説明であるが、水車運転制御装置４は、本考案に係る負荷のレ−シング現象抑 制機能も備えている。以下、この負荷のレ−シング現象抑制機能について詳細に 説明する。

【００１７】 図２は、負荷のレ−シング現象を説明するための線図であり、（ａ）は、調整 池水位、（ｂ）は、水槽水位、（ｃ）は、水車出力を示す。図２に於て、調整池 水位（ａ）が図示の様に変動すると、水路の長さと流入水流速とによって決まる 比較的長い時間 ｔ１ 遅れて水槽水位（ｂ）も同様に変動し、水槽水位（ｂ） の変動に伴い、水車のガイドベ−ンの開閉制御速度によって決まる比較的短い時 間 ｔ２ 遅れて水車出力（ｃ）も変動する。つまり、調整池水位（ａ）の変動 に起因して水槽水位（ｂ）が変動し、水車出力（ｃ）の変動は、上記水槽水位の 変動を調整するための水車運転制御装置４の水位調整機能による負荷調整指令に 起因して発生する。

【００１８】 上記理由から、水槽水位（ｂ）の変動周期と水車出力（ｃ）の変動周期とは略 々一定した値となり、両変動周期は略々一致することになる。従って、水槽水位 の変動と水車出力の変動とは、実質的に同期して変動するものと見做すことがで き、これらの両変動が同期に近い状態（同期的）の下で発生すると、この変動は 収束すること無く長時間継続することになる。そして、水槽水位の変動周期は時 間 Ｔ１ｎ により、又、水車出力の変動周期は時間 Ｔ２ｎ により夫々検出 され、 Ｔ１ｎ と Ｔ２ｎ とは略々等しい時間となり、これらの時間が予定 値より短い場合、負荷のレ−シング現象として検出される。

【００１９】 図３は、本考案に係る水車運転制御装置４の制御態様（「水槽水位調整機能」 ＋「負荷のレ−シング現象抑制機能」）の−例を示すプログラムのフロ−チャ− トである。

【００２０】 図３に於て、水車運転中には、水槽水位検出器から常時、水槽水位検出デ−タ が入力され（ステップＡ）、水槽水位変動“有”条件（ステップＢ）が“ＮＯ” （不成立）であれば、通常の水位調整運転を継続する（ステップＣ）。

【００２１】 一方、水槽水位変動“有”条件（ステップＢ）がＹＥＳ（成立）すると、水槽 水位変動周期 Ｔ１ｎ を検出（ステップＤ）し、この検出周期 Ｔ１ｎ が予 め定められた時間 Ｔ１ｓ より“短”条件［Ｔ１ｎ＜Ｔ１ｓ］（ステップＥ） がＮＯであれば、通常の水位調整運転を継続する（ステップＣ）。

【００２２】 又、条件［Ｔ１ｎ＜Ｔ１ｓ］（ステップＥ）がＹＥＳであると、水車出力デ− タを入力（ステップＦ）し、この入力デ−タと旧水車出力デ−タと比較し、水車 出力変動“有”条件（ステップＧ）がＮＯであれば、通常の水位調整運転を継続 する（ステップＣ）。

【００２３】 水車出力変動“有”条件（ステップＧ）がＹＥＳであると、水車出力変動周期 Ｔ２ｎ を検出（ステップＨ）し、この検出周期 Ｔ２ｎ が、予め定められた 時間 Ｔ２ｓ より“短”条件［Ｔ２ｎ＜Ｔ２ｓ］（ステップＩ）がＮＯであれ ば、通常の水位調整運転を継続する（ステップＣ）。

【００２４】 又、条件［Ｔ２ｎ＜Ｔ２ｓ］（ステップＩ）がＹＥＳであると、負荷調整指令 を水車負荷（出力）が一定の値となる方向に補正（ステップＪ）するための演算 を行い、補正した負荷調整指令を負荷制限器に出力（ステップＫ）する。即ち、 水車負荷（出力）が、増加方向の期間には減少方向に、減少方向の期間には増加 方向に、負荷調整指令を補正し、この補正負荷調整指令を出力する。

【００２５】 斯くして、負荷制限器には補正された負荷調整指令（負荷制限開度デ−タ）が 入力（ステップＬ）され、入力された負荷制限開度デ−タにより、水車のガイド ベ−ンのフィ−ドバック制御による開閉制御が行われ、この制御は水車負荷が一 定値となるまで続けられる（ステップＭ）。

【００２６】 上記一連の制御は、水槽水位が安定（ステップＮ）し、水車出力も安定（ステ ップＯ）するまで繰返し継続して行われ、全てが安定したら補正負荷調整を解除 （ステップＰ）して、補正負荷調整制御は終了する。

【００２７】 尚、上記実施例に於ては、負荷のレ−シング現象検出に用いる時間 Ｔ１ｎ， Ｔ２ｎ は共に、水槽水位（ｂ），水車出力（ｃ）の変動周期の２倍の時間とし たが、夫々の変動周期自体とし得ることは言うまでもない。

【００２８】

【考案の効果】

以上、本考案について詳細に説明したが、本考案によれば、調整池式水力発電 所に於て、調整池の制水ゲ−トを開閉制御することによる水路への流入水量の調 整に起因する水槽水位の変動が生じても、負荷のレ−シング現象が長時間継続す るという不具合は解消され、円滑な水車運転が可能となる調整池式水力発電所の 水車運転制御装置を得ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示すブロック図。

【図２】負荷のレ−シング現象を説明するための線図。

【図３（ａ）】，

【図３（ｂ）】本考案の制御態様の−例を示すプログラ
ムのフロ−チャ−ト。

【図４】本考案が適用される比較的長い水路を有する調
整池式水力発電所の一例を示す図。

【図５】調整池の定水位制御に使用する一般的な制水ゲ
−ト制御装置の信号の入出力関係の概略を示すブロック
図。

【図６】水槽の水位調整制御に使用する一般的な水位調
整器の信号の入出力関係の概略を示すブロック図。

【符号説明】

４……水車運転制御装置、 ４ｂ…演算装置、 １０……調整池、 １３……水路、 １５……取水口制水ゲ−ト、 １６……水槽、 ２０……制水ゲ−ト制御装置、 ３０……水位調整器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 取水口制水ゲ−トを備えた調整池から水
   路を介して流水が供給される水槽と、前記調整池水位を
   予定水位に制御する制水ゲ−ト制御装置と、負荷調整を
   行うことにより前記水槽水位を予定水位に制御する水位
   調整器とを備えた調整池式水力発電所に於て、前記水位
   調整器による水位調整運転時に、負荷と前記水槽水位と
   が予定以下の周期で略々同期的に変化した場合、予定時
   間だけ前記水位調整器による負荷調整を補正する演算装
   置を設けたことを特徴とする調整池式水力発電所の水車
   運転制御装置。