JPS5849645B2 - 取水門扉制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、流れ込み式発電所の出力制御を取水量の制
御により行う取水門扉制御装置に関する。

流れ込み式発電所は第１図に示されるように河川又は貯
水池１と導水路２との中間に取水門扉３を設け、その取
水門扉３の開度をゲートドライフモータ４で変化させる
ことにより取水量を制御するとともに、発電所に近い場
所に設けられた貯水槽５の水位一定制御を行うことによ
り取水量にみあった流量を水車６に流して発電するよう
に構成されている。

なオ−、河川又は貯水池１からの取水に土砂が混入して
導水路２にた１り水路の導水量が小さくなるのを防止す
るために導水路２の上流に沈砂池７が一般に設けられる
。

前記貯水槽５ぱ導水路２と水車６の流量の不平衡分を吸
収するため設けられてはいるが、一般に貯水容量は小さ
く、導水路２の流量と水車６の流量との間に差がある状
態は数秒〜数十秒の短時間しか許されない。

従って流れ込式発電所の出力は取水門扉によって制御さ
れる導水路流量、すなわち取水量により決められること
になる。

ここで河川又は貯水池１の水位をｈ０、取水門扉出口の
水位をｈ２、導水路入口水位をｈ３、貯水槽水位をｈ４
とし、取水量をＱ１、導水路２０入口にむける流量を
Ｑ２、取水門扉開口面積をＳとすると、よく知られてい
るように、 （但しＫ１，Ｋ２は定数）がなりたつ。

水車６の流量制御は貯水槽５の水位一定運転により行な
われているとすれば％ ｈ４ は一定と見なせるので
、必要な発電所出力に相当する流量Ｑ２Ｒから所要のｈ
３Ｒを（２）式により逆算して求め、導水路入口水位ｈ
３ をｈ３Ｒに一致させるように取水門扉３により制御
すれば、導水路２の流量が安定したとき必要な発電所出
力が得られる。

従来は、以上の原理に基き、第２図に示す取水門扉制御
装置により取水門扉を制御していた。

この図において、発電所出力設定器１１はポテンショメ
ータにより構成され、関数発生器１２に発電所出力目標
ＰＲを出す。

関数発生器１２は貯水槽水位ｈ４ と水車効率から決１
る出カ一流量の関係と（２）式から求１る出力と導入路
入口水位ｈ３ との関係を実現し、発電所出力目標ＰＲ
を受けて導水路入口水位の目標値ｈ３Ｒ 加算器１
３に出力する。

？水路２０入口には、水位検出器１４が設けられており
、この水位検出器１４は実際の導水路入口水位ｈ３を前
記加算器１３に出力する。

加算器１３は、導水路入口水位の目標値ｈと実際の水位
を示す出力ｈ３ との差ｄｈを増幅器１５で増幅して取
水門扉開度指令珈を加算器１６に出す。

一方、取水門扉３に連動して開度に比例した位置を検出
する開度検出器１７が設けられており、この出力である
取水門扉開度Ｄも加算器１６に加えられる。

加算器１６は開度指令ＤＲと開度Ｄとの差（ＤＲ−Ｄ）
をコントローラ１８に入力する。

このコントローラ１８の出力で取水門扉３に設けられた
ゲートドライブモータ４を駆動して取水門扉３の開閉を
行なっている。

ところで、沈砂池７等の関係で、取水門扉３と導水路２
との間の距離が長いと、取水門扉３の開度を変化させて
から導水路２の入口水位に変化が現われる迄に時間がか
かるため、コ／トローラ１８の感度を下げて取水門扉３
の開閉をゆっくり行なわないと、導水路入口水位を安定
に制御できない。

このため、第３図の制御特性図の通り、時刻ｔ１ で発
電所出力を変更すべく出力設定器１１を変化させて、そ
の結果開度指令ＤＲが変化しても、取水門扉の開度Ｄは
ゆっくりと変化する。

従って導水路入口水位ｈ３が所望の値に到達するのに長
時間を要する。

オた河川あるいは貯水池１の水位ｈ１ が変化する場合
、ｈ１の変化に応じて取水量が変化し、導水路入口水位
ｈ３ も変化するが、取水門扉３の開閉操作が低速でし
かなされないため、急激なｈ１の変化には応じきれず、
ｈ１変化により発電所出力ん変化するという不都合があ
った。

この発明は、上記の欠点を除去し、河川又は貯水池水位
の変化に迅速に応動できる取水門扉制御装置を提供しよ
うとするものである。

以下、この発明の実施例を図首に従って説明する。

第４図にむいて、出力設定器１１、関数発生器１２、加
算器１３、導水路入口水位検出器１４、取水門扉開度検
出器１７の構成は第２図の場合と同様であり、コントロ
ーラ１８Ａは、高感度（高速）に設定されたものを用い
る。

そしてリミッタ１９、積分器２０、河川又は貯水池１の
水位ｈ１に連動して動いてその水位ｈ１ を示す水位検
出器？１、関数発生器２２、加算器２３が新たに追加さ
れる。

出力設定器１１０発電出力設定値ＰＲは関数発生器１２
により導水路入口水位の目標ｈ３Ｈに変換されて加算器
１３に加えられるとともに導水路入口水位検出器１４の
出力である実際の水位ｈ３も加算器１３に加えられる。

加算器１３は両者の差（ｈ３Ｒ−ｈ３）をリミッタ１９
に加える。

このリミツタ１９は過渡的に出る水位偏差（ｈ３Ｒ一ｈ
３ ）により積分器２０が無駄な積分をするのを防止す
るために積分器２０の前段に設けられている。

積分器２０はりツタ１９の出力を積分して加算器２３に
出力ＤＣ を加える。

ただし、積分器２００時定数は大きく設定され、コント
ローラ１８Ａを高感度にしても安定度を保つようになっ
ている。

一方、水位検出器２１は河川又は貯水池１の水位ｈ１
を関数発生器２２に加える。

関数発生器２２は水位ｈ１ とともに出力設定値ＰＲを
も受け、これらと（１）式をもとに第１図のＱ１−Ｑ２
となるような予測開度Ｄ。

を加算器２３に出力する。加算器２３には取水門扉開度
検出器１７からの開度Ｄも加えられる。

そして加算器２３はそれら出力より（ Ｄｏ ＋ Ｄｃ
Ｄ ）なる偏差を求めてコントローラ１８Ａに出す
。

次に実施例の動作を説明する。

今、出力指令ＰＲい河川又は貯水池の水位ｈ１、導水路
入口水位ｈ３い関数発生器２２の出力Ｄ。

１、積分器２０の出力Ｄ。

１、取水門扉開度Ｄ１で安定している時（Ｄｏ１＋Ｄｃ
ｔ Ｄ１＝０ が満足されている時）、時刻ｔ１で出
力指令ＰＲがＰＲＩからＰＲ２に変更された場合につい
て説明する。

１ず要求発電量に応じてポテンショメータである設定器
１１の設定値をＰＲ２相当位置にまで変化させる。

このため関数発生器２２の出力はＤ。

１からＤ。２に変化し、コントローラｉ８Ａの入力にＤ
。

Ｉ ＤＱ２の差が生じるのでコントローラ１８Ａによ
り取水門扉３の開度はＤ１ からＤ２に変化する。

ただし、Ｄ１−Ｄ２””Ｄｏ１ＤＯ２であり、コントロ
ーラ１８Ａは高感度であるので取水門扉開度ば速やかに
変化する。

一方、関数発生器１２の出力ｈ３Ｒも時刻ｔ，に変化し
、ｈ３Ｒ ｈ３は零でなくなるので、積分器２０の出力
ＤＣはゆっくり変化するが、時刻ｔ１に生じた取水門扉
３の開度変化の影響が導水路入口水位ｈ３ に現われる
迄に生ずるＤ。

の変化量ば、りツタ１９のりット値により関数発生器２
２の予測誤差と同程度に抑制されるので問題はない。

取水門扉３の開度がＤ２に変化した結果、導水路入口水
位ｈ３が目標値ｈ３Ｒとずれている場合は、偏差ｈ３Ｒ
ｈ３が長時間零でなくなり、この偏差が積分器２０
にて積分されてＤ。

が変化し、コントローラ１８Ａが応動するレベルに達す
ると取水門扉は修正方向に変化する。

なお、前記関数発生器２２の出力変化に対し、取水門扉
を変化させる制御は、取水門扉の変化が直ちに現われる
のでコントローラ１８Ａの感度を上げていても不安定な
制御にならないことはいう迄もない。

従って、第５図の制御特性図に示すように、発電量変更
要求が時刻ｔ１で出されると、関数発生器２２の出力Ｄ
ｏはただちに変化してコントローラ１８Ａを作動させる
から、取水門扉３の開度調節もすみやかに行われる結果
、導水路入口水位ｈ３もすみやかに制御される。

上記実施例に釦いて用いる関数発生器２２の具体的構成
の一例を第６図に示す。

この図において、演算増幅器３１の入力側には、入力抵
抗Ｒ１ ｐ Ｒ２ ｓＲ３を介して各々取水門扉開口面
積Ｓに相当する負電圧一Ｖ（Ｓ）、取水門扉後水位ｈ２
に相当するように分圧器３２で分圧された負電圧一■（
ｈ２）、河川又は貯水池水位ｈ１ に相当する正電圧
ｖ（ｈ１）が加えられ、演算増幅器３１の入力出間には
フィードバックインピーダンスとして２乗関数回路網３
３が接続されている。

演算増幅器３１の出力電圧Ｖ１ は、従って、 となる主うに抵抗値を定め、しかもｈ１ に相当する
電圧Ｖ （ ｈ，）を正極性で、ｈ２ ， ＰＲ に
相当する電圧■（ｈ２），■（ＰＲ）を負極性で入力す
れば、演算増幅器３６の出力は負極性で取水門扉開口面
積に相当する電圧−Ｖ（Ｓ）となることが判る。

このーＶ（Ｓ）は関数発生器３７に加えられ、この関数
発生器３７は取水門扉開口面積Ｓから取水門扉予測開度
Ｄ。

を得る。この関数発生器３７の特性は取水門扉３の形状
から容易に定めることができる。

以上述べたように、本発明によれば、発電所出力を設定
する出力設定器と、とは設定値から導水路入口水位目標
値を得る装置と、この装置の出力信号と実際の導水路入
口水位を示す値との偏差を積分する装置等とで主制御ル
ープを構或して、導水路入口水位が要求される発電量に
対応する水位になるように取水門扉を制御すると共に、
河川又は貯水池の水位に応じた信号を出力する水位検出
器と、上記出力設定器の出力及び上記水位検出器の出力
から取水門扉開度予測信号を得る装置と、上記積分装置
の出力及び上記取水門扉開度予測信号の和により取水門
扉開度を制御する装置とでフイードフォワード制御ルー
プを構戒して、要求される発電量と河川又は貯水池の水
位とから予測開度を求め取水門扉の開度制御を行い、導
水路入口水位の変化が遅れることによる上記主制御ルー
プの応答の悪さを補うようにしている。

このように主制御ループとフィードワード制御ループと
で取水量の制御を行っているので、発電要求量が変化し
た場合、制御の遅れがなく追従でき、１た貯水池への流
入量が変化しても、自動的に取水門扉開度が制御される
ので発電量が変化することはない。

さらに予測開度は簡単な演算で求めることができるので
、演算装置は簡単なもので実現でき、ひいてはフイード
フォワード制御ループの構造が簡略化される。

従って、本発明を適用すると、水路系の制約を最小限に
して要求量に応じた発電が可能となるため、需給バラン
ス上から発電量を決めて運転する系統運用上好都合な水
力発電所の制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は流れ込み式発電所の概略図、第２図は従来の取
水門扉制御装置のブロック図、第３図はその制御特性図
、第４図は本発明に係る取水門扉制御装置の実施例を示
すブロック図、第５図はその制御特性図、第６図は実施
例にて用いる関数発生器の具体的構成の１例を示す回路
図である。 １・・・河川又は貯水池、２・・・導水路、３・・・取
水門扉、１１・・・発電所出力設定器、１２．２２・・
・関数発生器、１４．２１・・・水位検出器、１７・・
・開度検出器、１８Ａ・・・コントローラ、２０・・・
積分器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 発電所出力を設定する出力設定器と、河川又は貯水
   池の水位に応じた信号を出力する水位検出器と、上記出
   力設定器の出力及び上記水位検出器の出力から上記出力
   設定器の出力に必要な取水量を得るための取水門扉の予
   測開度を演算して取水門扉開度予測信号を出力する装置
   と、上記設定値から導水路入口水位目標値を得る装置と
   、この装置の出力信号と実際の導水路入口水位を示す値
   との偏差を積分する装置と、この積分装置の出力及び上
   記取水門扉開度予測信号の和と実際の取水門扉開度を示
   す値との偏差により取水門扉開度を制御する装置とから
   なる取水門扉制御装置。