JPH09317623A - 水車またはポンプ水車の特性の解析方法およびその方法を実施する発電プラント模擬装置 - Google Patents

水車またはポンプ水車の特性の解析方法およびその方法を実施する発電プラント模擬装置

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JPH09317623A
JPH09317623A JP14333696A JP14333696A JPH09317623A JP H09317623 A JPH09317623 A JP H09317623A JP 14333696 A JP14333696 A JP 14333696A JP 14333696 A JP14333696 A JP 14333696A JP H09317623 A JPH09317623 A JP H09317623A
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turbine
coefficient
flow
flow coefficient
power plant
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JP14333696A
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English (en)
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Yasunori Sannomiya
▲やす▼典 三宮
Kenji Mori
健志 森
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 完全特性曲線４から任意の流量係数を算出す
るためには多くの時間を費やしていたため、発電プラン
トのシミュレーションを実際の発電プラントの動作時間
に合わせて実行させることは不可能であるなどの課題が
あった。 【解決手段】 特性曲線上の２つの実験値を結ぶ線分の
周速度係数により流量係数を算出し、この算出された２
箇所の流量係数を比例配分により算出し、２つの特性曲
線間で囲まれた領域に位置するポイントの流量係数を比
例配分により算出し、１解析刻み時間前の周速度係数と
流量係数で表されるポイントと、３つの領域で求めたポ
イントとの距離が最小となるときの値を今回の流量係数
の値とするものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、水車およびポン
プ水車の完全特性曲線から算出する任意の流量係数の計
算時間を短縮することができるとともに、種々の構造を
形成する水力発電プラントの水車、水路系の解析も可能
とする発電プラント模擬装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１０は従来の発電プラント模擬装置の
一部を示す構成図、図１１は水車およびポンプ水車の完
全特性曲線を示すグラフ図である。図において、１は補
間法により水車およびポンプ水車の完全特性曲線４の近
似式を算出する近似式算出手段、２は近似式算出手段１
で算出された近似式を用いて、完全特性曲線上の流量係
数を算出する第１流量係数算出手段、３は第１流量係数
算出手段２で算出された２箇所の流量係数を比例配分に
より算出する第２流量係数算出手段、４は水車の周速度
係数に対する流量係数が水車のガイドベーン開度毎に求
められた完全特性曲線であり、横軸が水車の周速度係
数、縦軸が流量係数のグラフ上に描かれたものである。
【０００３】次に動作について説明する。図１２は水車
およびポンプ水車の完全特性曲線の一部を示すグラフ
図、図１３は従来の発電プラント模擬装置の流量係数を
求める手順を示すフローチャートである。複数台の水車
発電機を有する、例えば揚水発電プラントでは、水車発
電機の運転変動が水路を経由して相互に影響を与えるた
め、水車の特性を把握する必要がある。水車およびポン
プ水車の完全特性曲線４において、必要とする流量係数
の値が完全特性曲線４と完全特性曲線４との間に位置す
る場合には、補間法によって算出する方法が一般的に行
われている。すなわち、図１３において、必要とする流
量係数値Ａが完全特性曲線５と完全特性曲線６との間に
位置し、周速度係数の値が完全特性曲線５上の実験値Ｂ
および実験値Ｃと、完全特性曲線６上の実験値Ｄおよび
実験値Ｅとの間に位置する場合、まず、近似式算出手段
１により、実験値Ｂ、実験値Ｃおよびその近傍のいくつ
かの実験値を用いて完全特性曲線５の近似式を補間法に
より算出する（ステップＳＴ１）。次に、第１流量係数
算出手段２により、算出された近似式を用いて完全特性
曲線５上の流量係数値Ｆを算出する（ステップＳＴ
２）。
【０００４】同様に、近似式算出手段１により、実験値
Ｄ、実験値Ｅおよびその近傍のいくつかの実験値を用い
て完全特性曲線６の近似式を算出する（ステップＳＴ
３）。次に、第１流量係数算出手段２により、算出され
た近似式を用いて完全特性曲線６上の流量係数値Ｇを算
出する（ステップＳＴ４）。次に、第２流量係数算出手
段３により、流量係数値Ｆおよび流量係数値Ｇからガイ
ドベーン開度の比例配分により流量係数値Ａを算出する
（ステップＳＴ５）。このように、完全特性曲線の近似
式を補間法により算出する場合には、等間隔分点の場
合、不等間隔分点の場合、多変数関数の場合に応じて計
算する必要があるため、計算ステップ数が多かった。
【０００５】ここで、水車またはポンプ水車の回転速度
またはトルクの制御は、通常、水車に流入する水量を、
ガイドベーンと呼ばれる水口調節機構を開閉することに
より行われる。水車の回転速度、ガイドベーンの開度等
を入力し、水車の回転速度、トルク、出力をガイドベー
ンを開閉することによって制御する装置をガバナ制御装
置（調速機）と称する。また、水車またはポンプ水車の
制御特性、またはプラントの運転状態の変化にともなっ
て発生する管路中の水流の挙動、水圧の変化等を詳細に
解析する場合、水車の詳細特性とガバナ制御装置中の制
御要素を結合させて計算することが必要となる。
【０００６】従来のガバナ制御要素を組み込むことを目
的とした水車またはポンプ水車の特性の計算方法には、
例えば、荒木・桑原著「水車の速度制御に及ぼす水圧鉄
管の影響とその対策」（日立評論 ｖｏｌ．５４，ｎ
ｏ．８）、あるいは、荒木・桑原著「水力発電所の水路
系を考慮した主機トータルシステムの解析」（日立評論
ｖｏｌ．５６，ｎｏ．１２）等に示される計算方法があ
る。また、従来の非線形特性を補間する方法としては、
例えば、機械工学便覧Ａ２−６３頁、第１２章中に記述
がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の水車またはポン
プ水車の特性の解析方法およびその方法を実施する発電
プラント模擬装置は以上のように構成されているので、
ルンゲクッタ法により微分方程式を解く手法であるた
め、計算ステップ数が多く、特性を解析するには多くの
時間を費やしていた。また、補間法により完全特性曲線
５と完全特性曲線６の近似式を求める手法においても、
計算ステップ数が多く、水車およびポンプ水車の特性値
を計算するには多くの時間を費やすなどの課題があっ
た。
【０００８】また、発電機およびその励磁装置等の制御
装置、系統等を接続して発電プラントのトータルのシミ
ュレーションは、計算ステップ数が多く、特性を解析す
るには多くの時間を費やしていたため、その発電プラン
トのシミュレーションを実際の発電プラントの動作時間
に合わせて実行させることは不可能であるなどの課題が
あった。
【０００９】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、水車およびポンプ水車の特性値を
求める計算時間を短縮化する水車またはポンプ水車の特
性の解析方法およびその方法を実施する発電プラント模
擬装置を得ることを目的とする。
【００１０】また、この発明は水車またはポンプ水車お
よび発電機または発電電動機を含む水力発電プラントま
たは揚水発電プラントの運転中の総合特性のシミュレー
ションを、実際の発電プラントの動作時間にて実行させ
ることができる水車またはポンプ水車の特性の解析方法
およびその方法を実施する発電プラント模擬装置を得る
ことを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明に係
る水車またはポンプ水車の特性の解析方法は、水車およ
びポンプ水車の完全特性曲線の略直線部分での流量係数
および完全特性曲線の略Ｓ字となっている部分での流量
係数を算出するようにしたものである。
【００１２】請求項２記載の発明に係る発電プラント模
擬装置は、直線部算出手段により水車およびポンプ水車
の完全特性曲線の略直線部分での流量係数を算出し、曲
線部算出手段により完全特性曲線の略Ｓ字となっている
部分での流量係数を算出するようにしたものである。
【００１３】請求項３記載の発明に係る水車またはポン
プ水車の特性の解析方法は、完全特性曲線上の２つの実
験値を結ぶ線分の周速度係数により流量係数を算出し、
この算出により求められた２箇所の流量係数を比例配分
により算出するようにしたものである。
【００１４】請求項４記載の発明に係る発電プラント模
擬装置は、直線部算出手段において、比例配分流量係数
算出手段により完全特性曲線上の２つの実験値を結ぶ線
分の周速度係数により流量係数を算出し、流量係数算出
手段により比例配分流量係数算出手段で算出された２箇
所の流量係数を比例配分により算出するようにしたもの
である。
【００１５】請求項５記載の発明に係る水車またはポン
プ水車の特性の解析方法は、水車およびポンプ水車の完
全特性曲線の曲線部分での流量係数の算出方法におい
て、２つの完全特性曲線間で囲まれた領域に位置するポ
イントの流量係数を比例配分により算出し、１解析刻み
時間前の周速度係数と流量係数で表されるポイントと３
つの領域で求めたポイントとの距離が最小となるときの
値を今回の流量係数の値とするようにしたものである。
【００１６】請求項６記載の発明に係る発電プラント模
擬装置は、曲線部算出手段において、領域流量係数算出
手段により２つの完全特性曲線間で囲まれた領域に位置
するポイントの流量係数を比例配分により算出し、最小
距離流量係数算出手段により１解析刻み時間前の周速度
係数と流量係数で表されるポイントと、３つの領域で求
めたポイントとの距離が最小となるときの値を今回の流
量係数の値とするようにしたものである。
【００１７】請求項７記載の発明に係る水車またはポン
プ水車の特性の解析方法は、完全特性曲線の略直線部分
での流量係数の算出方法において、完全特性曲線上の２
つの実験値を結ぶ線分の周速度係数により流量係数を算
出し、この算出により求められた２箇所の流量係数を比
例配分により算出し、完全特性曲線の曲線部分での流量
係数の算出方法において、２つの完全特性曲線間で囲ま
れた領域に位置するポイントの流量係数を比例配分によ
り算出し、１解析刻み時間前の周速度係数と流量係数で
表されるポイントと３つの領域で求めたポイントとの距
離が最小となるときの値を今回の流量係数の値とするよ
うにしたものである。
【００１８】請求項８記載の発明に係る発電プラント模
擬装置は、比例配分流量係数算出手段により完全特性曲
線上の２つの実験値を結ぶ線分の周速度係数により流量
係数を算出し、流量係数算出手段により比例配分流量係
数算出手段で算出された２箇所の流量係数を比例配分に
より算出し、領域流量係数算出手段により２つの完全特
性曲線間で囲まれた領域に位置するポイントの流量係数
を比例配分により算出し、最小距離流量係数算出手段に
より１解析刻み時間前の周速度係数と流量係数で表され
るポイントと、３つの領域で求めたポイントとの距離が
最小となるときの値を今回の流量係数の値とするように
したものである。
【００１９】請求項９記載の発明に係る水車またはポン
プ水車の特性の解析方法は、ガバナ制御系を流動モデル
式に付加し、発電プラントの運転中における、水車また
はポンプ水車の回転速度、水口開度、通過流量、トルク
の解析を実際の発電プラントの動作時間に基づいて実行
させるようにしたものである。
【００２０】請求項１０記載の発明に係る水車またはポ
ンプ水車の特性の解析方法は、ガバナ制御系を流動モデ
ル式に付加し、発電プラントの運転中における、水車ま
たはポンプ水車の回転速度、水口開度、通過流量、トル
クおよび水路系の水圧、発電機を含む電力系統の電圧、
有効電力、無効電力の解析を実際の発電プラントの動作
時間に基づいて実行させるようにしたものである。
【００２１】請求項１１記載の発明に係る水車またはポ
ンプ水車の特性の解析方法は、流動モデル式の電力系統
を２系統にしたものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による発
電プラント模擬装置を示す構成図であり、図において、
１１は水車およびポンプ水車の完全特性曲線において、
略Ｓ字となっている部分以外の略直線部分での流量係数
を算出する直線部算出手段、１２は完全特性曲線４上の
２つの実験値を結ぶ線分の周速度係数により流量係数を
算出する比例配分流量係数算出手段（直線部算出手
段）、１３は比例配分流量係数算出手段１２で算出され
た２箇所の流量係数を比例配分により算出する流量係数
算出手段（直線部算出手段）、１４は水車およびポンプ
水車の完全特性曲線４において、略Ｓ字となっている部
分での流量係数を算出する曲線部算出手段、１５は２つ
の完全特性曲線間で囲まれた領域に位置するポイントの
流量係数を比例配分により算出する領域流量係数算出手
段（曲線部算出手段）、１６は１解析刻み時間前の周速
度係数と流量係数で表されるポイントと、３つの領域で
求めたポイントとの距離が最小となるときの値を今回の
流量係数の値とする最小距離流量係数算出手段（曲線部
算出手段）である。
【００２３】複数台の水車発電機を有する、例えば揚水
発電プラントにおいて、発電プラントの模擬を行う場合
には水車の特性を把握する必要があるため、水車の基礎
式を下記のような手順により導出する。ガイドベーン開
度、回転数、有効水頭が与えられ、流量および発生トル
クを計算する。与えられる有効水頭ｈWWおよび回転数ω
より、周速度係数Ｋv1は式（１）で求められる。
【００２４】 Ｋv1＝Ｄω／２｛√（２ｇｈWW）｝ ・・・（１）
【００２５】周速度係数Ｋv1および与えられるガイドベ
ーン開度βより完全特性曲線４のデータから流量係数Ｑ
11およびトルク係数Ｍ11が求められ、式（２）および式
（３）で流量ｗおよび発生トルクＭT が求められる。
【００２６】 ｗ＝Ｑ11Ｄ2 √（ＨWW） ・・・（２）
【００２７】 ＭT ＝Ｍ11Ｄ3 ＨWW ・・・（３） Ｄ：ランナー直径
【００２８】ここで、上記式（２）において、流量係数
Ｑ11は周速度係数Ｋv1とガイドベーン開度βとから導出
された完全特性曲線から計算により求められるが、この
計算の手順を下記に示す。
【００２９】次に動作について説明する。図２は水車お
よびポンプ水車の完全特性曲線の直線部分を示すグラフ
図、図３はこの発明の実施の形態１による発電プラント
模擬装置の流量係数を求める手順を示すフローチャート
である。まず、水車およびポンプ水車の完全特性曲線４
において、略Ｓ字となっている部分以外の完全特性曲線
２１（直線部分）および完全特性曲線２２（直線部分）
での流量係数を算出する。必要とする流量係数値１７が
完全特性曲線２１と完全特性曲線２２との間に位置し、
周速度係数の値が完全特性曲線２１上の実験値Ｈおよび
実験値Ｉと、完全特性曲線２２上の実験値Ｋおよび実験
値Ｌとの間に位置する場合、まず、直線部算出手段１１
の比例配分流量係数算出手段１２により、完全特性曲線
２１上の実験値Ｈと実験値Ｉとを結ぶ線分の周速度係数
による比例配分により、この完全特性曲線２１のガイド
ベーン開度のときの流量係数Ｊを計算する（ステップＳ
Ｔ１１）。
【００３０】同じく、直線部算出手段１１の比例配分流
量係数算出手段１２により、完全特性曲線２２上の実験
値Ｋと実験値Ｌとを結ぶ線分の周速度係数による比例配
分により、この完全特性曲線２１のガイドベーン開度の
ときの流量係数Ｍを計算する（ステップＳＴ１２）。そ
して、流量係数算出手段によりステップＳＴ１１および
ステップＳＴ１２で求めた流量係数Ｊおよび流量係数Ｍ
から、ガイドベーン開度の比例配分により求める流量係
数値１７を計算する（ステップＳＴ１３）。
【００３１】図４は水車およびポンプ水車の完全特性曲
線の曲線部分を示すグラフ図、図５はこの発明の実施の
形態１による発電プラント模擬装置の流量係数を求める
手順を示すフローチャートである。次に、水車およびポ
ンプ水車の完全特性曲線４において、略Ｓ字となってい
る部分の完全特性曲線３１（曲線部分）および完全特性
曲線３２（曲線部分）での流量係数を算出する。ここ
で、必要とする流量係数値が完全特性曲線３１と完全特
性曲線３２との間に位置する場合、完全特性曲線３１と
完全特性曲線３２との極値をそれぞれ結んだ線分３３お
よび線分３４とし、この線分３３および線分３４で分割
された領域をそれぞれ領域Ｎ、領域Ｐおよび領域Ｑとす
る。まず、必要とする流量係数値が領域Ｎに存在すると
し、周速度係数およびガイドベーン開度の比例配分によ
り流量係数の値を求める（ステップＳＴ２１）。
【００３２】同様に、必要とする流量係数値が領域Ｐに
存在するとし、周速度係数およびガイドベーン開度の比
例配分により流量係数の値を求める（ステップＳＴ２
２）とともに、必要とする流量係数値が領域Ｑに存在す
るとし、周速度係数およびガイドベーン開度の比例配分
により流量係数の値を求める（ステップＳＴ２３）。そ
して、１解析刻み時間前の周速度係数と流量係数で表さ
れるポイントと、３つの領域Ｎ、領域Ｐおよび領域Ｑで
求めたポイントとの距離が最小となるときの値を今回の
流量係数の値とする（ステップＳＴ２４）。この場合、
補間法と比べて略Ｓ字となっている部分の計算を別途行
わなければならないが、全体的な計算ステップは少な
く、時間が短縮されている。
【００３３】水車またはポンプ水車の特性の解析方法で
は、水車またはポンプ水車の、回転速度、ガイドベーン
開度、通過流量、トルクおよび管路中の任意点の水圧を
出力できる。一方、ガバナ制御系は、水車またはポンプ
水車の回転速度、ガイドベーン開度をフィードバック量
として入力し、ガイドベーンに開閉指令を与えることに
よって、水車またはポンプ水車の通過流量を変化させ、
最終的には水車またはポンプ水車の回転速度およびトル
クを制御する機能を有している。また、ガバナ制御装置
中の制御要素は、比例、積分、微分、リミッタ、折れ線
関数、四則演算等の平易なマクロにて表現できるので、
水車またはポンプ水車の完全特性計算とガバナ制御系は
容易にリンクすることができる。したがって、本発明で
は上記にて説明したとおり、水車またはポンプ水車の特
性計算時間が短縮されたので、水車またはポンプ水車に
ガバナ制御系を接続して、水力発電プラントまたは揚水
発電プラントのあらゆる運転状態における、水車または
ポンプ水車の特性を実時間にて解析することが可能とな
った。
【００３４】図６はこの発明の実施の形態１による発電
プラント模擬装置においてシミュレーションのモデルと
しての水路系に水車を付加した水力発電プラントを示す
構成図であり、図において、４１は発電プラントの水路
系、４２は上部貯水池、４３は発電プラントの水路系４
１を構成する配管、４４はサージタンク、４５は水車お
よびポンプ水車（以下、水車という）４６および水車軸
に直結される発電機、４７はガイドベーンであり、水車
４６の負荷トルクを急激に減少させた場合、水車４６の
回転速度は上昇するため、ガバナ制御装置（ガバナ制御
系）４８の作用により、ガイドベーン４７の開度は初斯
開度から全閉まで閉鎖し、その結果、水の流速が急激に
減少し、水撃効果が生じる。４８はガイドベーン４７を
制御するガバナ制御装置、４９は発電機４５の軸端に設
置されたガバナ制御装置４８のための回転速度検出装
置、５０は放水路である。
【００３５】次に動作について説明する。図７はこの発
明の実施の形態１による発電プラント模擬装置の模擬手
順を示すフローチャートである。まず、発電プラント模
擬装置は水路系の流量、圧力等の初期値（ステップＳＴ
３１）、水車４６の回転速度、ガイドベーン４７の開度
等の初期値（ステップＳＴ３２）および、ガバナ制御系
の初期値（ステップＳＴ３３）を読み込む。次に、ガイ
ドベーン４７の開度を読み込み（ステップＳＴ３４）、
回転速度検出装置４９により水車回転速度を読み込み
（ステップＳＴ３５）、水車４６の特性（ステップＳＴ
３６）を計算する。そして、ステップＳＴ３６結果によ
る、水車４６の回転速度、ガイドベーン４７の開度の値
を、ガバナ制御系にフィードバック量として入力し、ガ
バナ制御系での演算結果（ステップＳＴ３８）による出
力指令によりガイドベーン４７を開閉する。そして、こ
のステップＳＴ３４からステップＳＴ３８の計算を解析
刻み時間毎に解析終了時間まで繰り返すことにより、水
車４６の特性諸量の解析を行う。
【００３６】図３の発電プラント模擬装置の流量係数を
求める方法は、上記フローチャート中のステップＳＴ３
６の水車特性の計算に適用されるが、この手順に基づい
てシミュレーションした結果、ガバナ制御系の効果によ
り、水車４６のガイドベーン４７を閉じ始めた際の水撃
効果により生じる圧力波が、上流側に伝搬し、しかも、
圧力波の伝搬速度に従って下流側から順次圧力が上昇を
始めている様子が解析できた。また、圧力波の周期が、
水車４６から上部貯水池４２までの距離の４倍の値を圧
力波の伝搬速度で割った時間と一致した。
【００３７】上記の例は、発電方向専用の水力発電プラ
ントの場合であるが、管路中の水流を逆転させてポンプ
運転を行うことも可能な、揚水発電プラントの場合は、
放水路５０は下部貯水池となり、水車４６はポンプ水車
となり、また、発電機４５は、発電電動機となる。揚水
発電プラントの場合も同様に、発電運転時と揚水（ポン
プ）運転時のいずれにおいても、プラントの運転中のポ
ンプ水車の特性の解析が実時間にて可能である。なお、
ガイドベーン４７の開度を任意の開度から任意の開度に
変化させた場合も、上記同様、定性的、定量的に解析で
きることは言うまでもない。
【００３８】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、従来の補間法を使用する計算方法に比べて、水車お
よびポンプ水車の特性値を求める計算時間を短縮化でき
るなどの効果が得られる。また、ガバナ制御系を付加し
た水路系４１及び水車４６の運転中のシミュレーション
を実際の発電プラントの動作時間にて実行させることが
できるなどの効果が得られる。
【００３９】実施の形態２．図８は図６の水力発電プラ
ントに発電機の電気的モデルを付加した水力発電プラン
トを示す構成図であり、図において実施の形態１のもの
と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略
する。実施の形態１では、水路系４１に水車４６を１台
設置する水力発電プラントにおいて、水車完全特性とガ
バナ制御系を結合して、プラント運転中の水車の特性解
析が実際の発電プラントの動作時間にて実行させること
ができるものについて示した。
【００４０】一方、この実施の形態２では、図８に示す
ように、水車軸に直結される発電機４５の電気モデル、
発電機４５の磁界を制御する自動電圧調整装置５１と励
磁装置５２（発電機４５の励磁量を変化させることによ
り、その電圧または無効電力を制御する）、主変圧器５
３および電力系統５４を、水車４６の完全特性とガバナ
制御系のモデルに結合することにより、発電プラントの
運転中の水車４６の回転速度、ガイドベーン４７の開
度、通過流量、トルクおよび水路系４１中の水圧の他
に、発電機４５または電力系統５４の電圧、電流、有効
電力、無効電力など、運転中の発電プラントの諸量の解
析が、同時に実際の発電プラントの動作時間にて実行さ
せることができるなどの効果が得られる。
【００４１】なお、上記の例は、実施の形態１と同様、
発電専用水力プラントの場合の他、揚水発電プラントの
場合においても適用可能であることは言うまでもない。
【００４２】実施の形態３．図９は図６の水力発電プラ
ントに発電機の電気的モデルを２モデル付加した水力発
電プラントを示す構成図であり、図において、実施の形
態１および実施の形態２のものと同一符号は同一または
相当部分を示すので説明を省略する。実施の形態２で
は、水路系４１中に発電機の電気的モデルを１モデル付
加したものを示したが、図９に示すように上部貯水池４
２から放水路５０に至る配管４３中に２台以上の水車４
６及び各々の水車軸に直結する発電機４５を設置する水
力発電プラントに対しても、各水車４６および発電機４
５別に解析が可能である。
【００４３】また、放水路５０が下部貯水池に、水車４
６がポンプ水車に、発電機４５が発電電動機に、各々置
き替えられる揚水発電プラントにおいても、発電運転
時、揚水運転時のいずれにおいても、各ポンプ水車４
６、発電電動機別に解析が可能であることは言うまでも
ない。この場合においても水車モデルを付加した水路系
モデルの解析を行うことができるとともに、従来の補間
法を使用する計算方法に比べて、水車４６およびポンプ
水車の特性値を求める計算時間を短縮化できるなどの効
果が得られる。
【００４４】
【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明によ
れば、水車およびポンプ水車の完全特性曲線の略直線部
分での流量係数および完全特性曲線の略Ｓ字となってい
る部分での流量係数を算出するように構成したので、水
車およびポンプ水車の特性値を求める計算時間を短縮化
することができる効果がある。
【００４５】請求項２記載の発明によれば、直線部算出
手段により水車およびポンプ水車の完全特性曲線の略直
線部分での流量係数を算出し、曲線部算出手段により完
全特性曲線の略Ｓ字となっている部分での流量係数を算
出するように構成したので、水車およびポンプ水車の特
性値を求める計算時間を短縮化することができる効果が
ある。
【００４６】請求項３記載の発明によれば、完全特性曲
線上の２つの実験値を結ぶ線分の周速度係数により流量
係数を算出し、この算出により求められた２箇所の流量
係数を比例配分により算出するように構成したので、水
車およびポンプ水車の特性値を求める計算時間を短縮化
することができる効果がある。
【００４７】請求項４記載の発明によれば、直線部算出
手段において、比例配分流量係数算出手段により完全特
性曲線上の２つの実験値を結ぶ線分の周速度係数により
流量係数を算出し、流量係数算出手段により比例配分流
量係数算出手段で算出された２箇所の流量係数を比例配
分により算出するように構成したので、水車およびポン
プ水車の特性値を求める計算時間を短縮化することがで
きる効果がある。
【００４８】請求項５記載の発明によれば、水車および
ポンプ水車の完全特性曲線の曲線部分での流量係数の算
出方法において、２つの完全特性曲線間で囲まれた領域
に位置するポイントの流量係数を比例配分により算出
し、１解析刻み時間前の周速度係数と流量係数で表され
るポイントと３つの領域で求めたポイントとの距離が最
小となるときの値を今回の流量係数の値とするように構
成したので、水車およびポンプ水車の特性値を求める計
算時間を短縮化することができる効果がある。
【００４９】請求項６記載の発明によれば、曲線部算出
手段において、領域流量係数算出手段により２つの完全
特性曲線間で囲まれた領域に位置するポイントの流量係
数を比例配分により算出し、最小距離流量係数算出手段
により１解析刻み時間前の周速度係数と流量係数で表さ
れるポイントと、３つの領域で求めたポイントとの距離
が最小となるときの値を今回の流量係数の値とするよう
に構成したので、水車およびポンプ水車の特性値を求め
る計算時間を短縮化することができる効果がある。
【００５０】請求項７記載の発明によれば、完全特性曲
線の略直線部分での流量係数の算出方法において、完全
特性曲線上の２つの実験値を結ぶ線分の周速度係数によ
り流量係数を算出し、この算出により求められた２箇所
の流量係数を比例配分により算出し、完全特性曲線の曲
線部分での流量係数の算出方法において、２つの完全特
性曲線間で囲まれた領域に位置するポイントの流量係数
を比例配分により算出し、１解析刻み時間前の周速度係
数と流量係数で表されるポイントと３つの領域で求めた
ポイントとの距離が最小となるときの値を今回の流量係
数の値とするように構成したので、水車およびポンプ水
車の特性値を求める計算時間を短縮化することができる
効果がある。
【００５１】請求項８記載の発明によれば、比例配分流
量係数算出手段により完全特性曲線上の２つの実験値を
結ぶ線分の周速度係数により流量係数を算出し、流量係
数算出手段により比例配分流量係数算出手段で算出され
た２箇所の流量係数を比例配分により算出し、領域流量
係数算出手段により２つの完全特性曲線間で囲まれた領
域に位置するポイントの流量係数を比例配分により算出
し、最小距離流量係数算出手段により１解析刻み時間前
の周速度係数と流量係数で表されるポイントと、３つの
領域で求めたポイントとの距離が最小となるときの値を
今回の流量係数の値とするように構成したので、水車お
よびポンプ水車の特性値を求める計算時間を短縮化する
ことができる効果がある。
【００５２】請求項９記載の発明によれば、ガバナ制御
系を流動モデル式に付加し、発電プラントの運転中にお
ける、水車またはポンプ水車の回転速度、水口開度、通
過流量、トルクの解析を実際の発電プラントの動作時間
に基づいて実行させるように構成したので、運転中の発
電プラントの諸量の解析が、実際の発電プラントの動作
時間にて実行させることができる効果がある。
【００５３】請求項１０記載の発明によれば、ガバナ制
御系を流動モデル式に付加し、発電プラントの運転中に
おける、水車またはポンプ水車の回転速度、水口開度、
通過流量、トルクおよび水路系の水圧、発電機を含む電
力系統の電圧、有効電力、無効電力の解析を実際の発電
プラントの動作時間に基づいて実行させるように構成し
たので、運転中の発電プラントの諸量の解析が、実際の
発電プラントの動作時間にて実行させることができる効
果がある。
【００５４】請求項１１記載の発明によれば、流動モデ
ル式の電力系統を２系統に構成したので、配管中に２台
以上の水車及び各々の水車軸に直結する発電機を設置す
る水力発電プラントに対しても、実際の発電プラントの
動作時間にて実行させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による発電プラント
模擬装置を示す構成図である。
【図２】 水車およびポンプ水車の完全特性曲線の直線
部分を示すグラフ図である。
【図３】 この発明の実施の形態１による発電プラント
模擬装置の流量係数を求める手順を示すフローチャート
である。
【図４】 水車およびポンプ水車の完全特性曲線の曲線
部分を示すグラフ図である。
【図５】 この発明の実施の形態１による発電プラント
模擬装置の流量係数を求める手順を示すフローチャート
である。
【図６】 この発明の実施の形態１による発電プラント
模擬装置においてシミュレーションのモデルとしての水
路系に水車を付加した水力発電プラントを示す構成図で
ある。
【図７】 この発明の実施の形態１による発電プラント
模擬装置の模擬手順を示すフローチャートである。
【図８】 図６の水力発電プラントに発電機の電気的モ
デルを付加した水力発電プラントを示す構成図である。
【図９】 図６の水力発電プラントに発電機の電気的モ
デルを２モデル付加した水力発電プラントを示す構成図
である。
【図１０】 従来の発電プラント模擬装置の一部を示す
構成図である。
【図１１】 水車およびポンプ水車の完全特性曲線を示
すグラフ図である。
【図１２】 水車およびポンプ水車の完全特性曲線の一
部を示すグラフ図である。
【図１３】 従来の発電プラント模擬装置の流量係数を
求める手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
４，２１，２２，３１，３２ 完全特性曲線、１１ 直
線部算出手段、１２比例配分流量係数算出手段（直線部
算出手段）、１３ 流量係数算出手段（直線部算出手
段）、１４ 曲線部算出手段、１５ 領域流量係数算出
手段（曲線部算出手段）、１６ 最小距離流量係数算出
手段（曲線部算出手段）、３３，３４線分、４１ 水路
系、４５ 発電機、４６ 水車およびポンプ水車、４８
ガバナ制御装置（ガバナ制御系）、５４ 電力系統。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 発電プラントの水路系の流量、および水
    圧等の初期値を入力し、上記各種の情報を水撃波を考慮
    した流動モデル式に基づいて解析し、上記水路系におけ
    る水圧および流量等の各種情報を求める発電プラントに
    おける水車またはポンプ水車の特性の解析方法におい
    て、水車およびポンプ水車の完全特性曲線の略直線部分
    での流量係数および上記完全特性曲線の略Ｓ字となって
    いる部分での流量係数を算出することを特徴とする水車
    またはポンプ水車の特性の解析方法。
  2. 【請求項２】 発電プラントの水路系の流量、および水
    圧等の初期値を入力し、上記各種の情報を水撃波を考慮
    した流動モデル式に基づいて解析し、上記水路系におけ
    る水圧および流量等の各種情報を求める発電プラント模
    擬装置において、水車およびポンプ水車の完全特性曲線
    の略直線部分での流量係数を算出する直線部算出手段
    と、上記完全特性曲線の略Ｓ字となっている部分での流
    量係数を算出する曲線部算出手段とを備えたことを特徴
    とする発電プラント模擬装置。
  3. 【請求項３】 水車およびポンプ水車の完全特性曲線の
    略直線部分での流量係数の算出方法は、上記完全特性曲
    線上の２つの実験値を結ぶ線分の周速度係数により流量
    係数を算出し、この算出により求められた２箇所の流量
    係数を比例配分により算出することを特徴とする請求項
    １記載の発電プラントにおける水車またはポンプ水車の
    特性の解析方法。
  4. 【請求項４】 直線部算出手段は、完全特性曲線上の２
    つの実験値を結ぶ線分の周速度係数により流量係数を算
    出する比例配分流量係数算出手段と、この比例配分流量
    係数算出手段で算出された２箇所の流量係数を比例配分
    により算出する流量係数算出手段とを備えたことを特徴
    とする請求項２記載の発電プラント模擬装置。
  5. 【請求項５】 水車およびポンプ水車の完全特性曲線の
    曲線部分での流量係数の算出方法は、２つの完全特性曲
    線間で囲まれた領域に位置するポイントの流量係数を比
    例配分により算出し、１解析刻み時間前の周速度係数と
    流量係数で表されるポイントと３つの領域で求めたポイ
    ントとの距離が最小となるときの値を今回の流量係数の
    値とすることを特徴とする請求項１記載の発電プラント
    における水車またはポンプ水車の特性の解析方法。
  6. 【請求項６】 曲線部算出手段は、２つの完全特性曲線
    間で囲まれた領域に位置するポイントの流量係数を比例
    配分により算出する領域流量係数算出手段と、１解析刻
    み時間前の周速度係数と流量係数で表されるポイント
    と、３つの領域で求めたポイントとの距離が最小となる
    ときの値を今回の流量係数の値とする最小距離流量係数
    算出手段とを備えたことを特徴とする請求項２記載の発
    電プラント模擬装置。
  7. 【請求項７】 発電プラントの水路系の流量、および水
    圧等の初期値を入力し、上記各種の情報を水撃波を考慮
    した流動モデル式に基づいて解析し、上記水路系におけ
    る水圧および流量等の各種情報を求める発電プラントに
    おける水車またはポンプ水車の特性の解析方法におい
    て、完全特性曲線の略直線部分での流量係数の算出方法
    では、上記完全特性曲線上の２つの実験値を結ぶ線分の
    周速度係数により流量係数を算出し、この算出により求
    められた２箇所の流量係数を比例配分により算出し、上
    記完全特性曲線の曲線部分での流量係数の算出方法で
    は、２つの完全特性曲線間で囲まれた領域に位置するポ
    イントの流量係数を比例配分により算出し、１解析刻み
    時間前の周速度係数と流量係数で表されるポイントと３
    つの領域で求めたポイントとの距離が最小となるときの
    値を今回の流量係数の値とすることを特徴とする発電プ
    ラントにおける水車またはポンプ水車の特性の解析方
    法。
  8. 【請求項８】 発電プラントの水路系の流量、および水
    圧等の初期値を入力し、上記各種の情報を水撃波を考慮
    した流動モデル式に基づいて解析し、上記水路系におけ
    る水圧および流量等の各種情報を求める発電プラント模
    擬装置において、完全特性曲線上の２つの実験値を結ぶ
    線分の周速度係数により流量係数を算出する比例配分流
    量係数算出手段と、この比例配分流量係数算出手段で算
    出された２箇所の流量係数を比例配分により算出する流
    量係数算出手段と、２つの完全特性曲線間で囲まれた領
    域に位置するポイントの流量係数を比例配分により算出
    する領域流量係数算出手段と、１解析刻み時間前の周速
    度係数と流量係数で表されるポイントと、３つの領域で
    求めたポイントとの距離が最小となるときの値を今回の
    流量係数の値とする最小距離流量係数算出手段とを備え
    たことを特徴とする発電プラント模擬装置。
  9. 【請求項９】 ガバナ制御系を流動モデル式に付加し、
    発電プラントの運転中における、水車またはポンプ水車
    の回転速度、水口開度、通過流量、トルクの解析を実際
    の発電プラントの動作時間に基づいて実行させることを
    特徴とする請求項７記載の水車またはポンプ水車の特性
    の解析方法。
  10. 【請求項１０】 ガバナ制御系を流動モデル式に付加
    し、発電プラントの運転中における、水車またはポンプ
    水車の回転速度、水口開度、通過流量、トルクおよび水
    路系の水圧、発電機を含む電力系統の電圧、有効電力、
    無効電力の解析を実際の発電プラントの動作時間に基づ
    いて実行させることを特徴とする請求項７記載の水車ま
    たはポンプ水車の特性の解析方法。
  11. 【請求項１１】 流動モデル式の電力系統を２系統にし
    たことを特徴とする請求項１０記載の水車またはポンプ
    水車の特性の解析方法。
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