JPS63147974A - 分岐水路揚水発電所の制御方法 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は揚水発電所の運転制御法に係わり、特に１本の
水圧鉄管から分岐する複数の分岐水路にそれぞれポンプ
水車またはポンプおよび水車を接続し、またこれらのポ
ンプ水車またはポンプおよび水車から出る分岐放水路管
が合流して１本の放水路管となっている分岐水路揚水発
電所の制御方法に関する。

（従来の技術） 揚水発電所は電力系統の需給状態に応じて発電運転また
は揚水運転を行い、系統電力の需給バランスを保つこと
を目的として建設されている。

第４図はその運転制御装置の概略構成を示すもので、発
電電動機１はポンプ水車２に連結され、その出力はポン
プ水車２のガイドベーン３の開閉操作により制御される
。

この場合、電力入出力設定装置４から指令信号が出され
ると、その信号はガバナ演算装置５に入力され、適正な
ガイドベーン開度の指令値が出力される。また実際のガ
イドベーン開度はガイドベーン開度検出器６により検出
され、この状態値と前記指令値とを比較部７で比較して
偏差を求める。

増幅器８はこの偏差が零になるように積分動作する。サ
ーボモータ（図示せず）はこの増幅器８により動作し、
サーボモータと連動するガイドベーン３が前記偏差に相
当する分だけ開閉制御される。

電力系統の需給バランスの必要から揚水発電所に出力指
令が出された場合、ポンプ水車あるいは水車は水車発電
運転を行なうが、このときはガイドベーン開度を変化さ
せることにより容易に出力調整を行なうことができる。

一方、揚水発電所に入力指令が出された場合、ポンプ水
車あるいはポンプはポンプ揚水運転を行なうが、このと
きはガイドベーン開度を変化させてもポンプ水車または
ポンプ本来の水力特性により入力がほとんど変化せず、
電力系統の要求する入力に正確に応することができない
。

これを解決する目的から、複数のポンプ水車あるいはポ
ンプおよび水車を有する揚水発電所では、１台あるいは
複数台のポンプ水車あるいはポンプをポンプ揚水運転さ
せ、それらの合計入力と系統の要求する入力との差を、
残りのポンプ水車あるいは水車を水車発電運転させて発
生した出力で相殺させ、発電所全体の入力値として系統
入力に合致させるという操作を行なうことが考えられて
いる（特開昭６１−１２９４７８号「揚水発電所の揚水
量制御方法」）。

慢数のポンプ水車あるいはポンプおよび水車を有する揚
水発電所では、土木構築費を低減させるため上池からポ
ンプ水車あるいはポンプおよび水車の近くまで１本の水
圧鉄管とし、その下端から分岐する分岐水路にポンプ水
車あるいはポンプおよび水車を接続し、また、ポンプ水
車あるいはポンプおよび水車の出口側の分岐放水路を１
本にまとめ、−条の放水路として下池に連結するように
した分岐水路揚水発電所が用いられている。

このように１本の水圧鉄管および放水路管が各々分岐し
て複数台のポンプ水車あるいはポンプおよび水車を接続
されている分岐水路揚水発電所において、ポンプ水車あ
るいはポンプの一部をポンプ揚水運転させ、残りのポン
プ水車あるいは水車を水車発電運転させる場合、電力系
統の入力要求によって、前記ポンプ揚水運転による揚水
量が前記水車発電運転による水車流量とほぼ同一となる
場合がある。

この場合、前述のように１本の水圧鉄管および放水路管
が各々分岐して複数台のポンプ水車あるいはポンプおよ
び水車を接続されているため、ポンプ揚水運転により揚
水された水は水圧鉄管から上池には流れず分岐管を通じ
て水車運転されているポンプ水車あるいは水車に流れ、
またその水は放水路管から下池には流れず、再び放水路
の分岐管を通じてポンプ揚水運転されているポンプ水車
またはポンプに流れる。

（発明が解決しようとする問題点） このように揚水量と水車流量がほぼ同一になると、同一
の水がポンプ揚水運転しているポンプ水車あるいはポン
プと水車発電運転しているポンプ水車あるいは水車の間
を閉じた管路で流れるため、水と管路系との摩擦損失に
より水の温度が高温となり、これにより運転中の水力機
械や管路が熱膨張して破損する恐れがある。

また、水が高温になると水力機械内において飽和水蒸気
圧が高くなり、水力機械内でキャビテーションを発生し
やすくなり、大きな振動および騒音を引き起こし、前述
と同様に水力機械の破損を招く恐れがある。

そこで本発明の目的は、一部の水力機械をポンプ揚水運
転させ、残りの水力機械を水車発電運転させる場合、円
滑かつ安定した定常運転を行なう制御方法を提供するこ
とにある。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 本発明の分岐水路揚水発電所の制御方法は、水路が上池
より１本の水圧鉄管で導かれ、途中で複数の分岐水路に
分岐し、各分岐水路にそれぞれポンプ水車または水車お
よびポンプを接続され、前記の複数のポンプ水車または
水車およびポンプに連なる分岐放水路管が途中で合流し
て１本の放水路管となり下池に導かれているポンプ揚水
発電所において、一方のポンプ水車またはポンプがポン
プ揚水運転を行い、それと同時に他方のポンプ水車また
は水車が水車発電運転を並行して行なう場合、前記ポン
プ揚水運転機が系統から受電する電力と前記水車発電運
転機が系統に給電する電力との入出力相対差を検出する
共に、分岐路部における温度状態値を検出し、この温度
状態値が予め定められた許容値以内にあるときは前記入
出力相対差が予め定められた目標値内になるように前記
入出力差に応じて前記水車発電運転機のガイドベーン開
度を制御し、一方、前記温度状態値が許容値を上まわる
ものであるときは、前記水車発電運転機の水車流量と前
記ポンプ揚水運転機の揚水流量の差が開くように制御す
ることを特徴とするものである。

（作　用） 上述のように構成した本発明方法においては、水圧鉄管
側あるいは放水路側にある分岐管に１つ以上の温度検出
装置を設けて温度を検出し、また同時に発電所から電力
系統への入出力を検出する入出力検出装置を設け、これ
らの検出値を信号に変える信号変換装置を介して比較演
算装置に接続し、状態値と設定値との比較演算を行なう
。また、温度比較演算装置は入出力比較演算装置と接続
され、情報の比較を行なう。比較演算装置からの出力信
号は各々ガイドベーン制御装置に送られ、適正なガイド
ベーン開度が演算され、その信号は図示しないサーボモ
ータに送られ、ガイドベーンを適正開度まで動作させる
。

（実施例） 以下本発明の実施例を第１図および第２図を参照し、１
本の水圧鉄管および放水路から２本に分岐する水路を備
える揚水発電所を例にとって説明する。

第２図は分岐水路揚水発電所の模式図で、上池１０には
１本の水圧鉄管１１が接続され、この水圧鉄管は分岐部
を介して分岐管１２および分岐管１３に分かれ、各分岐
管にはポンプ水車１４゜１５が接続されている。各ポン
プ水車には伝達軸１６．１７を介して発電電動機１８．
１９が連結されている。また各ポンプ水車１４．１５に
は水口開度を可変する回動可能なガイドベーン（第２図
中には図示せず）が配列されている。

各ポンプ水車の吐出管側に連なる分岐管２０゜２１の一
端は合流部を介して１本の放水路管２２に合流し、下池
２３に接続されている。

水圧鉄管１１側の分岐管１２には温度検出装置２４が取
付けられ、また、電力系統２５と発電電動機１８．１９
とを接続するローカルライン２６゜２７には電力系統２
５側からの受電あるいは電力系統への給電すなわち電力
の入力および出力を検出する電力入出力検出装置２８．
２９が設けられている。

ガイドベーンの水口開度を制御する装置群は第１図に示
すように、温度検出装置２４および電力入出力検出装置
２８．２９の測定値を信号に変換する信号変換装置３０
，３１、これらの信号変換装置からの信号と予め設定さ
れた許容値とを比較し、その結果からガイドベーンの開
閉指定を出力する温度比較演算装置３２および電力入出
力比較演算装置３３、これらの比較演算装置から出力さ
れた信号によってガイドベーン３６．３７の開度を演算
するＰＩＤ演算器、増幅器、ガバナー、サーボモータ等
よりなるガイドベーン制御装置３４゜３５から構成され
ている。

上述した構成の分岐水路揚水発電所において、電力系統
２５の要求等から揚水運転を開始する場合、まず１台の
ポンプ水車１５を揚水起動してポンプ揚水運転を行なう
と共に、残りのポンプ水車１４を水車起動して水車発電
運転を行なう。

このような状態でポンプ水車１４．１５を安定した運転
を行なうため第１図のブロック図で示すような制御を行
なう。

即ち、分岐管１２に設けられた温度検出装置２４により
水温あるいは管壁温度を検出すると共に、電力系統２５
への電力入出力を電力入出力検出装置２８．２９により
検出し、これらの出力を信号変換装置３０．３１により
後述の信号処理装置で処理できるような信号に変換する
。これらの変換された信号は各々温度比較演算装置３２
および電力入出力比較演算装置３３に入力される。

温度比較演算装置３２に入力された温度状態値は予め設
計上の理由等から設定された許容値と比較され、その値
が許容値以内にある場合、例えばポンプ揚水運転してい
るポンプ水車１５による揚水流量が水車発電運転してい
るポンプ水車１４の水車流量より多く、分岐管１３、分
岐管１２、ポンプ水車１４、分岐管２０、分岐管２１、
ポンプ水車１５という閉水路で循環する流量以外に下池
２３から温度の低い水が放水路管２２を通じて吸い上げ
られ、水圧鉄管１１を通って上池１０に揚水される水が
あり、常に前述の閉水路に温度の低い水が入り水温が上
昇しないような時には、温度比較演算装置３２から電力
入出力比較演算装置３３へ制御指令を出す。

この指令を受けた電力入出力比較演算装置３３は検出さ
れた電力入出力相対値と電力系統２５から要求された目
標値との比較を行い、目標値内になるようにその差の分
に応じた信号を水車発電運転しているポンプ水車１４の
ガイドベーン制御装置３５へ人力し、目標値内になるよ
うにガイドベーン３７を動作させる。

それに対し、前述の温度比較演算装置３２に入力された
温度状態値が予め設定された許容値を越えている場合、
例えばポンプ揚水運転しているポンプ水車１５による揚
水流量が水車発電運転しているポンプ水車１４の水車流
量とがほぼ同一となり、前述の閉水路のみで水が循環し
、下池２４から上池９に揚水される流量がほとんどなく
、温度の低い水が入ってこない状態になり、水の管摩擦
損失により水温が上昇するような時には、温度比較演算
装置３２は電力入出力比較演算装置３３への制御指令を
打ち切り、制御を温度比較演算装置３２に移す。

温度比較演算装置３２では温度状態値と許容値との差を
求め、その差を零にするようにガイドベーン３６を開方
向に動作させる制御信号を水車発電運転しているポンプ
水車１４のガイドベーン制御装置３４へ入力し、水車流
量を多くする。

この制御をすることにより、揚水流量と水車流量の均衡
が破れ、前述の閉水路内のみの循環以外に上池１０から
下池２３へ流れる流れができて閉水路内に上池１０の低
温水が流入するようになり、温度を下げることができる
。

また、前述と逆に、温度の状態値が許容値を上まわるも
のであるとき、温度比較演算装置３２で温度状態値と許
容値との差を求め、その差を零にするように水車運転し
ているポンプ水車１４のガイドベーン制御装置３４に入
力し、水車流量を少なくするようにしてもよい。この制
御をすることにより、前述と同様に揚水流量と水車流量
との均衡が破れ、閉水路内のみの循環以外に下池２３か
ら上池１０への流れができ、閉水路内に下池２３の低温
水が流入するようになり温度が下げられる。

以上の運転方法により、分岐管内の水温あるいは管壁部
が許容値を上まわった場合、許容値以内になるように制
御されるため、管路内の水が高温になるのを防ぎ、ポン
プ水車あるいはポンプおよび水車等の水力機械や管路の
熱膨張による破壊を防ぐことができる。また、前記水力
機械内において飽和水蒸気圧が上がることによるキャビ
テーションの発生も抑制することができ、振動や騒音を
防ぐことができる。

また、温度状態値が前記許容値内にある場合には電力入
出力相対差を目標許容内になるように運転制御するため
、分岐水路揚水発電所を常に安定した条件で運転するこ
とができる。

（他の実施例） 第３図は本発明による他の実施例を示すブロック図であ
る。温度検出装置２４から温度状態値が検出され、その
信号はサンプリング信号変換装置４０へ入力される。こ
の装置は温度状態値を連続的に信号に変換するのではな
く、ある時間間隔毎に状態値を信号に変換するサンプリ
ング方式を採用している。そしてこの離散的信号は温度
比較演算装置３２に入力され、その状態値が予め設定さ
れた許容値と比較される。

なお、上記以外の構成、作用は前述の場合と同様である
。効果においても前述の実施例とほぼ同様であるが、そ
れに比べ温度比較間隔が長くなるため、分岐揚水発電所
の運転をより安定に制御することができる。

なお、以上の説明ではポンプ水車と発電電動機を使用し
た例につき述べたが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、ポンプ水車に替えてポンプと水車を用い、また
発電電動機に替えて発電機と電動機を用いてもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、１本の管路に複数台のポンプ水車また
はポンプおよび水車が接続された分岐水路揚水発電所に
おいて、一方のポンプ水車あるいはポンプがポンプ揚水
運転をを行い、残りの全部または一部のポンプ水車ある
いは水車が水車運転を同時に並行して行なっても、閉ル
ープ内循環水による温度上昇は防止されるので、水力機
械や管路の破損等の危険もなく、安定した運転を実施す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による運転制御構成を示すブロック図、
第２図は本発明を適用する分岐水路揚水発電所の構成を
示す模式図、第３図は本発明の他の実施例を示すブロッ
ク図、第４図は従来の運転制御の一例を示すブロック図
である。 １・・・発電電動機、２，１４．１５・・・ポンプ水車
、９．２５・・・電力系統、１０・・・上池、１１・・
・水圧鉄管、１２．１３，２０．２１・・・分岐管、１
６゜１７・・・伝達軸、２２・・・放水路管、２３・・
・下池、２４・・・温度検出装置、２６．２７・・・ロ
ーカルライン、２８．２９・・・電力入出力検出装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水路が上池より１本の水圧鉄管で導かれ、途中で複
   数の分岐水路に分岐し、各分岐水路にそれぞれポンプ水
   車または水車およびポンプを接続し、前記の複数のポン
   プ水車または水車およびポンプに連なる分岐放水路管が
   途中で合流して１本の放水路管となり下池に導かれてい
   る発電所において、一方のポンプ水車またはポンプがポ
   ンプ揚水運転を行い、それと同時に他方のポンプ水車ま
   たは水車が水車発電運転を並行して行なう場合、前記ポ
   ンプ揚水運転機が系統から受電する電力と前記水車発電
   運転機が系統に給電する電力との入出力相対差を検出す
   る共に、分岐路部の温度状態値を検出し、この温度状態
   値が予め定められた許容値以内にあるときは前記入出力
   相対差が予め定められた目標値内になるように前記入出
   力差に応じて前記水車発電運転機のガイドベーン開度を
   制御し、一方、前記温度状態値が許容値を上まわるもの
   であるときは、前記水車発電運転機の水車流量と前記ポ
   ンプ揚水運転機の揚水流量の差が開くように制御するこ
   とを特徴とする分岐水路揚水発電所の制御方法。 ２、温度状態値が許容値以内にあるときは入出力相対差
   が目標値内になるように前記入出力差に応じて水車発電
   運転機のガイドベーン開度を制御し、一方、前記温度状
   態値が前記許容値を上まわるものであるときは前記許容
   値以内になるように前記水車発電運転機のガイドベーン
   開度を大きい方向に変え、前記水車発電運転機の水車流
   量が前記ポンプ揚水運転機の揚水流量を上まわるよう制
   御することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の分
   岐水路揚水発電所の制御方法。 ３、温度状態値が許容値以内にあるときは入出力相対差
   が目標値内になるように前記入出力差に応じて水車発電
   運転機のガイドベーン開度を制御し、一方、前記温度状
   態値が前記許容値を上まわるものであるときは前記許容
   値以内になるように前記水車発電運転機のガイドベーン
   開度を小さい方向に変え、前記水車発電運転機の水車流
   量が前記ポンプ揚水運転機の揚水流量を下まわるよう制
   御することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の分
   岐水路揚水発電所の制御方法。