JPS60237511A - ダム式水力発電所の自動運転制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、タ′ム式水力発電所、特に多目的ダム等の水
量調節等を主目的とした中小規模のダムに設置される水
力発電所の自動運転制御装置に関するう 〔発明の背景〕 ダム式水力発電所にその規模によって、原子力発電所や
火力発電所とともに日負荷変化に追従して運転が行われ
る比較的大規模な電力系統安定用に用いられるものと、
電力系統には直接の関わり合いはなく、多目的ダム等の
ダムの貯水量の調節のための放流を利用して電力の供給
を行う比較的中小規模のものと大別される。本発明は後
者の中小規模のダム式水力発電所に用いられるものであ
る。このような発電所が設置されるダムにおいては、降
雨量等との関係で、第９図に示すようなダム水位の年間
運用計画が決められており、この水位に従って発電所の
運用が行われる。

従来の運転方式としては、第１０図に示すように、制御
所１００に運転員を配置し、ピンボード等によるプログ
ラム設定器１０１により運転パターンを決め、この設定
器１０１からの主機の起動指令、停止指令、出力指令等
を遠方監視制御装置１０２を介して被制御所である発電
所１０３に伝送して制御するとともに、電力変換器１０
４からのフィードバック電力値によりインタラプタ１０
５を介して負荷制御するという方式が採られている。

このような運転方式をプログラム・コントロール運転と
いう。プログラム・コントロール運転をする場合には毎
日の運転スケジュールを設定する必要があるわけである
が、そのスケジュールの設定はダム水位、ダムへの流入
推定、気象条件予測等、種々の要素に基づきその都度運
転員が判断して行われる。

このように、従来のこの種の発電所においては、尚該発
電所の運転パターンを運転員がその都度設定するもので
あるが、複雑な要素を判断する必要があることから設定
作業が煩雑であシ、運転パターンの設定を自動化したい
という要請がある。

そのために、ダムの運用のために設定されている大型の
計算機を利用することが考えられるが、かかる計算機は
専らダム運用、例えばダムの制水ゲートの制御やデータ
処理等を行うための木のであって、発電所およびその付
属機器を制御対象とする発電所の運転制御装置とは使用
目的、演算速度、運用管理等が全く異なるものであるか
ら流用は困難である。

〔発明の目的〕

本発明は、中小規模のダム式水力発電所において、ダム
の貯水の運用との協調を図りつつ、当該発電所の運転を
完全自動化しうる自動運転制御装置を提供することを目
的とする。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明による自動運転制御
装置は、現在のダム水位と水車の流出量からダムへの流
込量をめ、所定水位から目標水位までに要する日数によ
シ放流すべきダム貯水量の日割放出量をめ、この日割放
出量と前記流込量と比較して水車の運転により放流すべ
き日間使用水量をめ、この日間使用水量を電力需要パタ
ーンに合せて放流することによシ発電するようにした点
に特徴を有する。

〔発明の実施例〕

次に、本発明によるダム式水位発電所の自動運転制御装
置の実施例を図面に基づいて説明する。

まず、本発明による自動運転制御の原理を説明する。本
発明による自動運転制御はダムの水位を一定あるいは所
定の水位に調節する場合に、ダムから放水される水を用
いて発電することを前提とするものであり、ダムへの流
込量の大小によシ放出流量が変化するものであるから当
然に発電量は放出流量に左右される。ダムへの流込量は
天候、すなわち降雨量の影響を受けるので、流込量の変
化を考慮して補正するようにする。

このような前提において、いま、第２図に示すように現
在の水位ＨＡから目標水位Ｈｍまで所定目標日数Ｄ（例
えば、１０日）を経てダム水位を下げる場合を考える。

この場合に、現在水位Ｈムから目標水位Ｈａまでに相当
するダム貯水量を下流側に放流するわけであるが、その
放水を利用して最も効率よく発電しようとするものであ
る。そこで、理論的には第２図に示すように制御開始点
Ｄｏから目標臼Ｄ！ｏｆで一定の放出量で放水すれば目
標臼Ｄ　１　ｏには現在水位Ｈムから目標水位Ｈａに調
節することができる。しかし、実際には目標日数りの間
には天候の変化があル、ダムへの流込量が変動するので
、きめ細かな制御をする必要がある。仁のようなことか
ら、本実施例においては現在水位Ｈムから目標水位Ｈ５
までを目標日数りにより日割シとし、その日割した毎日
当シの日間目標水位１（ａ　ｏ　−Ｈａｘ　ｏを第３図
に示すようにさらに２４時間分について、１時間当りの
時間目標水位Ｈｈ６−Ｈｈ　２４ごとに制御するように
したものである。

このように、日割した毎日当シの日間目標水位を設定し
て制御するようにしたことによシ、翌日の運転パターン
の設定に際して前日の実績、すなわち仕上シ水位を考慮
して行うので、目標日数が多い場合でも誤差の累積を防
止することができる、次に、第１図に本発明による自動
運転制御装置の概要構成を示す。第１図において、符号
１はダム２に貯水された水の水位を測定するダム水位測
定器を示しており、そのダム水位測定値情報Ｓ■はダム
流通量算出手段３に入力される。一方、発電所４の水車
５には流量測定器６が設置されており、その流量測定値
情報ＳＱはダム流通量算出手段３に入力される。

ダム流通量算出手段３は、ダム水位測定値情報ＳＲと流
量測定値情報８Ｑに基づいてダム２内へ・　の流込量Ｑ
Ｉｍを算出するものである。このような算出手段を用い
るのはダム２への水の流入経路が不明かつ複雑であり、
実際に検出するのは困難だからである。ダム流通量算出
手段３によって算出されたダム流通量算出値情報ＱＩｍ
は使用水量算出手段７に入力される。

一方、第２図に示す目標水位情報Ｈ８およびその目標水
位達成のために要する目標日数情報りは遠方監視制御装
置の通信システム８を介して制御所側に設置されたコン
ソール９から日間目標水位算出手段１０に伝送される。

日間目標水位算出手段１０は、現在ダム水位情報８ｍ　
（内容はＨム）、目標水位情報Ｈ１１および目標日数情
報りに基づいて毎日の目標水位、すなわち日間目標水位
Ｈ６を算出するものである請求められた日間目標水位Ｈ
ａは、 でめられる。この日間目標水位算出値情報Ｈａは使用水
量算出手段７に入力される。

使用水量算出手段７は、日間目標水位情報Ｈ４およびダ
ム流通量算出値情報ＱＩｍに基づいて、水車の運転によ
シ放流すべき日間使用水量Ｑｅｓｔｔｌ−算出するもの
である請求められた日間使用水量算出値情報Ｑ０１は運
転パターン設定手段１１に入力される。

運転パターン設定手段１１は、コンソール９から与えら
れる基本運転パターン情報Ｓ、Ｏ（第７図）を記憶して
おき、使用水量算出値情報Ｑ　＠　ｗ　ｔに基づいて適
宜所望の運転パターン情報Ｓ、！を基本運転パターン情
報Ｓ、ｏに基づいて設定し、制御指令手段１２に与える
。ところで、タ゛ム２内への流入量の変動は１日の中で
も生じうろことを考慮しなくてはならない。そこで、一
旦設定した運転パターンでも変更する必要がある。この
場合、第３図に示すように、運転パターン設定時の流込
量Ｑｎｌとし、流込量の増加に伴う運転パターン変更時
の流込量をＱｎｔとすると、運転パターンをＳ、１から
８．２のように変更する。すなわち、増加した流込量も
２に見合った分だけ運転時間の延長（Ｔｏ　）の補正を
行うのである。この補正は補正手段１３により行われ、
水位情報ＳＲから流込量Ｑ　Ｄ　１＋Ｑｎ２の変換テー
ブルを有しているものとする。

制御指令手段１２は与えられた運転パターン情報ＳＰ＋
（または５ｐｚＪに従って発電所４の水車５の制御に必
要な制御信号Ｓ、を水車５に与えるものである。

次に、以上の自動運転制御装置をマイクロコンピュータ
を用いて構成した例について説明する。

まず、制御の基本となるターム流入量の算出手段３とし
て機能する演算プログラムのフローチャートを第４図に
示す。ここでの演算処理は、水位測定器１により得た現
在のダム水位情報８ｖＩ’に入力しく処理Ｓ２　）、前
回の測定水位（処理Ｓｓ　）から変化水量をめ（処理Ｓ
４　）、別途求めた水車の使用水量の算出値（処理Ｓｇ
　）から総合的な変化水量を算出しく処理Ｓ７　）、ダ
ム２への流込量Ｑｎを記憶手段（図示せず）にファイル
するものである。以下に各処理の内容を詳述する。

変化水量の算出（処理８４　）はダム全体の貯水容量情
報が格納されたテーブル（図示せず）をもとに、現在ダ
ム水位測定情報Ｓｉから該当する区間貯水量（１０ｍ単
位）をめ、前回の測定水位と現在の測定水位の水位変化
量との積にて行う。

ことに、区間貯水量というのは、一般にダムの池の内壁
部がすりばち状になっているため、水位当りの水の量は
一定でないことがら＋’ｌｒ定水位ピッチごとの水の容
量を予めめておいた貯水量のことである、経時判定（処
理８ｓ　）は一定流量制御を行っているため、演算処理
を例えば５分間隔とし、この５分ごとに水車の用いる瞬
時鉄管流量をその都度加算していって、１時間毎の水車
の瞬時鉄管流量の平均値をめ、これより１時間に使った
使用水量を算出するためのものである（処理ＳＳ　）。

なお、５分間隔および１時間は特に規定されたものでは
なく、実際のダムの容量より水位変化を確実に検出でき
る値とするのが一般的である。これらの演算結果を互に
加算（あるいは減算）することにより、実際のトータル
変化水量の算出値をめ（処理Ｓ７　）、ダムの流入量と
して所定のテーブルヘファイルする（処理８ｇ　）。以
上述べた演算は常時行い、特に次に述べる運転パターン
の決定（第５図）に際してはよりデータを真値とするた
めさらに数時間の平均化（処理８１２）して用いるのが
好ましい。

次に、運転パターンの設定処理フロー−ｙ−ヤードの例
を第５図に示す。ここでは常時演算を行っているターム
流入量算出（第４図）を基にして、制御所から与えられ
た目標水位ＨＡ１目標日数Ｄ（処理８９　）から毎日の
目標水位Ｈ４をめ（処理８１ｏ）、テーブルに記憶して
おくとともに、翌日の目標水位からダム区間貯水量を算
出しく処理Ｓ口）、この値とダムへの平均流入量ＱＤ、
（処理８ｘｔ）からトータル使用水量を算出する（処理
５１３）。

次に落差に対応した水車の最高効率となる流量Ｑ、とダ
ムのトータル使用水量から水車の運転可能時間をめるた
め、第６図に示すように落差Ｈをパラメータとした効率
、流量、出力の相関データ（予めめられている）より水
車が最大効率となる流量Ｑ、の選択を行う（処理５１４
Ｊ。

ここで、以上によりめた運転可能時間を１日２４時間の
どの時間帯で運転するかを第７図を用いて説明する。、
第７図は運転時間帯パターンの代表例を示したものであ
り、基本運転パターン情報８、ｏとして運転パターン設
定に用いられる。一般に、系統運用上電力が必要となる
運転時聞達は、はぼ決っておシ、特に中小水力発電所の
ように電力系統の周波数調整にあまり寄与しない発電所
においては、比較的容易に運転時間帯全パターン化する
ことができる。

したがって、第５図の処理ブロック（８ｒｓ）において
は運転可能時間よシ第７図に示すパターンを選択するの
みで容易に可能である。ここで水車の最高効率で運転し
た場合、運転可能時間が２４時間以上となる場合は、流
量を増加しく一般に最大値を選択）パターンの再選択を
行うものであるもし上記最大流量においても２４時間以
上の運転となる場合は、もともと該当発電所の運転のみ
ではダム水位の調整不可能な気象状況であり、翌日以降
の運転パターンの補正にゆだねるものである。

次に、これらの処理Ｓｓ　ｏ　−８）　ｔについて具体
例を示す。与えられた目標日数り、ｌ：［、毎日の目標
水位Ｈａ（（決定するが（処理Ｓ＋ｏＪ、一般的には前
記にて述べた区間貯水量のダム水位による変化は通常の
ダム運用水位区間ではさほど大きくないため、等間隔と
してさしつかえない。次に、この毎日の目標水位Ｈａを
用いて、その日の仕上り水位と翌日の目標水位から、前
記処理Ｓ４の項で述べたダム貯水容量テーブルより該当
区間の貯水量を引き出しく処理５１１）、この値にダム
への平均流入量からめた１日当りの予測流入量を加算（
あるいは減算）することにより、１日の水車の運転で使
用すべきトータルの使用水量の算出を行う（処理５１３
）っまた、水車の効率が最もよくなるように水車の使用
流量を決定するには、第６図に示す相関データよりめる
が、実際の水車ガイドベーンの制御にあたっては、流量
目標値あるいはその流量に相当する負荷制限器開度とし
てもさしつかえない。この水車流量（毎秒）とトータル
使用水量から１日の運転可能時間がまるが、実際には第
７図から選択されたパターンにて、運転時間帯を規定し
、水車の起動、負荷制御、停止をくり返すものである。

一般には、これらの運転パターンを制御所へ送り、運転
員はこのパターン表示によシ従来のプロコンと同様の運
用を可能ならしめるものである。

第５図の７０−テヤートでめた運転パターンにて、自動
パターン運転を行うが、現実にはダムへの流入量は気象
条件の変化によシいつ何時変わるか不明であシ、これに
いかに追従するかが目標水位に対する仕上り水位の誤差
を小さくするポイントとなる。ここでは運転パターンを
予め制御所に知らせておき、この運転パターンに従った
主機の自動起動、停止および負荷調整が基本となる。

したがって、ダムへの流入量変化のたびに運転パターン
を変更したのでは発電所の運用面よシ好ましくないケー
スが多い。ところがダムの水位はダムの流入量および流
出量の偏差の積分値にて変化するため、運転パターンの
変更は第８図のフローチャートに示す如く行うものであ
る。

すなわち、ダムの流入量変化分が現在の水車運転の使用
水量よシ、単位時間（３０分あるいは］時間）に達した
ときに、現在の運転パターンを延長あるいは短縮し、基
本となる最初に決めた運転パターンを出来るだけ守るよ
うに配慮したものである（第３図参照λ。

ここで、この運転パターンを変更する判定をする基とな
る単位時間社訓御所より偏差値として与えられる数値（
処理８１８）を用いることが運用上好ましいが、もちろ
ん固定としてもさしつかえない。

次に各処理８１９〜８２７の具体例を示す。まず、第８
図でめた１時間毎のダムの流入量をその都度、規定され
た偏差値内であるか否かを判定しく処理５１９）、以内
であれば今までの運転パターンで継続するが、偏差値を
越えているときは、まず延長の場合その時刻よシ先２４
時まで停止時間があるか否かを検索し、短縮の場合はそ
の時刻より先２４時まで運転時間があるか否かを検索し
く処理ＳＺｔ八所へのパターン延長または短縮が可能な
場合は運転パターン変更用テーブルにパターンを再設定
（処理８２ｍ）シ、制御所へ修正後の運転パターン金送
シ、運転員の確認を取り運転パターン変更の最終決定を
行うものである。一般に運転パターン変更可能な場合は
、翌日の運転パターンも今日の変更前運転パターンとほ
ぼ同じ運転時間と考えられる（区間貯水量によシ多少変
わる）ため、細かく水車の起動、停止を行う必要はなく
、３０分あるいは１時間程度の単位で運転パターンの変
更を行えば、これにより生ずる仕上り水位の誤差は翌日
の運転パターンにて容易に修正可能である。

以上の実施例では、水位をＨａからＨａまで下げる場合
の例について説明したが、水位を上昇させる場合につい
ても同様であり、水車に与える水量を増加させるか減少
さぜるかの違いである。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明は水の有効活用および中小水
力発電所に要求されている無人化、運転保守の省力化の
面よシ有効な解決手段であり、従来複雑な判断等による
ダム式水力発電所の運転制御を自動化することができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による自動運転制御装置の実施例を示す
ブロック図、第２図は現在ダム水位から目標水位までの
水位の変更状態を示す説明図、第３図は日間目標水位の
変更状態を示す説明図、第４図はダム流込量の算出フロ
ーチャート、第５図は運転パターンの設定処理のフロー
チャート、第６図は落差をパラメータとした効率、流量
、出力の相関データを示す説明図、第７図は運転時間帯
パターンの例を示す説明図、第８図は流込量の変化に伴
う運転パターン変更飽理のフローチャート、第９図はダ
ムの年間運用水位の例を示す説明図、第１０図は従来の
運転制御装置の例を示すブロック図である。 １・・・ダム水位測定器、２・・・ダム、３・・・ダム
流込量算出手段、４・・・発電所、５・・・水車、６・
・・流量測定器、７・・・日間使用水量算出手段、８・
・・遠方監視制御装置、９・・・コンソール、１０・・
・日間目標水位算出手段、１１・・・運転パターン設定
手段、１２・・・制御指令手段、８Ｂ・・・現在ダム水
位測定値情報、Ｓｏ・・・流量測定値情報、Ｓｃ・・・
制御信号。 代理人　弁理士　鵜沼辰之

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、現在のダム水位を測定するダム水位測定器と、水車
   の流水量を測定する流量測定装置と、前記ダム水位測定
   器からのダム水位測定値情報および流量測定装置からの
   流量測定値情報に基づいてダムへの流込量を算出するダ
   ム流込量算出手段と、予め設定された目標水位情報およ
   び当該目標水位の達成に必要な目標日数情報に基づいて
   前記目標日数の毎日当りの日間目標水位を算出する日間
   目標水位算出手段と、前記ダム流過量算出値情報および
   日間目標水位算出値情報に基づいて水車の運転により放
   流すべき日間使用水量を算出する日間使用水量算出出段
   と、この日間使用水量算出値情報に基づき毎日の運転パ
   ターンを日間電力需要パターンに合わせて設定する運転
   パターン設定手段と、設定された運転パターンに応じて
   水車の運転を制御する制御手段と、全備えたことを特徴
   とするダム式水力発電所の自動運転制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の制御装置において、運
   転パターン設定手段は設定された運転パターンをダム水
   位測定値情報に基づき現在のダム水位変化に応じて変更
   する補正手段ヲ有することを特徴とするダム式水力発電
   所の自動運転制御装置。