JPH0350114B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は水力発電所における初期通水処理を行
う流量制御装置に関するものである。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

たとえば、水位調整装置により制御される水力
発電プラントでは、初期通水処理を行う流量制御
装置を備えたものがある。第１図はそのような水
力発電プラントを示したものである。上流の水は
河川又は導水路により貯水池１へ流れ込み、この
水は取水ゲート２、無圧隧道３を通つて水槽４へ
導かれる。そしてさらに水槽４の水はガイドベー
ン５を介して水車６を駆動し放水路８から河川又
は下池へ導かれる。その時、その水車６の駆動に
より発電機７は発電を行う。

この水力発電プラントの制御は、以下のように
して行われる。すなわち、水槽４の水位１０は水
位検出器で検出され、水位調整装置１１に入力さ
れる。一方、水位調整装置１１はガイドベーン開
度１４を帰還し、水槽水位１０が所定の水位を保
持するように、ガイドベーン操作指令１２をガイ
ドベーン５に出力する。これは流量制御装置１５
からの主機（水車、発電機）の起動指令１３を条
件に出力される。

一方、流量制御装置１５には、貯水池用の水位
検出器１７で検出された貯水池水位１８および指
令流量１６が入力され、これらに基づいて取水ゲ
ート２のゲート操作指令２２を出す。これによつ
て、操作用モータ１９が操作され、ゲート開度検
出器２０によりそのゲート開度２１が検出されて
流量制御装置１５に帰還される。このようにし
て、貯水池１からの水の流出量２３、水槽４への
水の流入量２４、水槽４からの水の流出量２５が
それぞれ制御される。

第２図は、ここで初期通水を行う際の指令流量
１６と実際に初期通水時に流す水の流量（初期通
水量）４０の関係を示す特性図である。a₀は初期
通水量４０の上限値を示している。指令流量１６
がa₀以下であれば、指令流量１６は初期通水量４
０と比例関係にあり、指令流量１６がa₀より大で
あれば、図から分かる様に初期通水量４０は初期
通水量の上限a₀で押さえられる。

いま指令流量１６が０からa₁（a₁＞０）へ変化
したとすると、流量制御装置１５は取水ゲート２
の操作用モータ１９へゲート操作指令２２を与え
る。このゲート操作指令２２によりゲート全閉の
状態から指令流量１６に応じたゲート開度まで取
水ゲート２が開き貯水池１からの水の流出量が指
令流量１６と同じになる。しかし、この時指令流
量１６となる様に取水ゲート２を制御するのには
次の事を考慮する必要がある。

１つは水槽４があまり大きくない水力プラント
の時の水槽水位１０の変化であり、もう１つは、
無圧隧道３により貯水池１と水槽４がつながれて
いるため取水ゲート２を通つた水が水槽４へ流れ
込むまでに所定の時間（着水時間）がかかること
である。これらを考慮する必要のあるプラントで
は次の様な運用が要求されてくる。水槽４はあま
り大きくないため水の流入量２４と流出量２５の
差が大きくなると水槽水位１０の変化が激しくな
りオーバーフローしたり水位低下により発電機停
止に到つたりする。そのため、以上の初期通水処
理を行う。ここでは水槽の容量が小さく、特に水
槽水位を安定に保つため、先に主機を起動させ水
調運転している状態で指令流量の制限を解除する
処理について述べる。ゲート全閉から指令流量１
６に応じたゲート開度まで取水ゲート２を開ける
場合は、まず取水ゲート２により貯水池１からの
水の流出量２３を一定値a₀以下とする。

そして、取水ゲート２を通過した水が水槽４に
到着する着水時間と流入した水のあおり等が減少
して水位調整装置１１に使用できる様に水槽水位
４が安定する時間を加味した初期通水時間に主機
の起動が合うよう予め起動待ち時間を決定する。
この主機の起動待ち時間は取水ゲート２が全閉の
状態から開き始めた瞬間を“０”としてその時か
ら主機の起動を開始するまでの待ち時間であり、
主機の起動待ち時間が経過すると流量制御装置１
５から水位調整装置１１へ主機の起動指令１３を
出力する。

そして、この主機の起動指令１３により主機を
起動し、水車を加速し同期併入する起動時間経過
後水位調整装置１１による水調運転を行う様にな
る。水調運転となると水位調整装置１１がガイド
ベーン５をガイドベーン操作指令１３により駆動
し水槽４への水の流入量２４と流出量２５が一定
となる様にする。この状態となると水槽４の水位
１０は安定する。

そこで、その後に流量制御装置１５が最終目標
である指令流量１６＝a₁となる様にゲート操作用
モータ１９を駆動する様にする。そうするとa₁−
a₀がある程度大きくても起動時間なしで水位調整
装置１５が水槽水位１０の変化に応じてガイドベ
ーン５を駆動するため水槽４への水の流入量２４
と流出量２５の差があまり大きくならずにすむ。
そのため、オーバーフロー等の問題も起こさずに
プラントを運用することが出来る。

以上の処理の中で、取水ゲート２が全閉の状態
で指令流量が０から０より大きい値になつたこと
を検出したとき所定時間制限する流量が初期通水
量、初期の着水時間＋水系の安定等の上述の所定
時間が初期通水時間である。なお、上述の説明で
は主機起動による水調運転の後に指令流量の制限
を解除する処理を述べているが、水槽の大きさ、
傾斜などにより水槽の水位変動に許容範囲があ
る。そのため、この許容範囲の時間内に主機が水
調運転を開始するようにこの時間から主機の起動
に要する起動時間前に起動指令を出力するよう設
定されており、初期通水検出からこの主機起動ま
での時間等が主機の起動待ち時間である。

つまり、初期通水時間の間指令流量を制限の加
えた初期通水量なるよう取水ゲートの開度を制御
し、発電所個々の水系特性に応じ初期通水時間の
許容範囲内で水調運転となる様に予め決められた
起動待ち時間後に起動指令を出力し主機を起動制
御するこれらの処理を一括して初期通水処理とい
う。

この初期通水処理を行う流量制御装置１５の構
成概略は第３図の様になつている。すなわち、指
令流量１６が０からある値へ変化し初期通水処理
が終了し貯水池１からの水の流出量２３が指令流
量１６となるまでの間に行われる演算等の処理内
容は以下のとおりである。

まず最初にゲート開度２１が全閉の状態で指令
流量１６が０より大きい値になつたことにより初
期通水検出器２８において初期通水状態を検出す
る。初期通水状態を検出すると初期通水検出器２
８は初期通水指令３４を出力する。この初期通水
指令３４により指令流量１６にリミツタ２９で制
限を加えた初期通水量４０とその時の貯水池水位
１８とにより演算器３０でゲート開度目標値３６
を算出する。そして、加減器３１によりこのゲー
ト開度目標値３６と実際のゲート開度目標値２１
との偏差を求め、３２の不感帯以上の偏差の場合
はゲート操作指令２２をゲート操作用モータ１９
に出力し、貯水池１からの水の流出量２３が初期
通水量４０になる様に取水ゲート２を制御する。
この初期通水状態は設定器２６に設定された初期
通水時間２７の間継続し、その時間を過ぎると初
期通水検出器２８が初期通水処理終了を検出して
初期通水指令３４を解除する。その解除により起
動指令作成器３５が水位調整装置１１へ主機の起
動指令１３を出力する。そして、この初期通水指
令３４の解除により指令流量１６が直接演算器３
０に入力されるためこれに相当する新しいゲート
開度目標値３６が算出され、それを目標として取
水ゲート２が制御され指令流量１６と同様の水が
貯水池１より流出する様になる。

ところで、この中に用いられている初期通水時
間は前述した様に着水時間と水系安定時間を加味
したものである。この着水時間は、その無圧隧道
の長さ、傾斜、形状、表面の状態や重力、流す流
量等によつて決まり、又、水系安定時間は主に水
槽４の形状、流れ込む流量、水槽水位等によつて
決まる。ここで、流量や水位を除いた各値は各プ
ラント毎には異なるがそのプラント自体では時間
経過があつてもほとんど変化しないものである。
そのため、通常はある流量の時の着水時間と水系
安定時間を加味して初期通水時間を決定してい
る。

そして、その時間を設定器２６に設定してい
る。しかし、こうするとその初期通水時間を決定
する為の流量を選定するのがむずかしい。その流
量以外の流量では着水時間等が異なり主機の起動
のタイミングが実際の着水時間に較べて早過ぎた
り遅過ぎたりして制御が不安定（ふらつき）であ
る。又、その様な制御の不安定さを防止しようと
すれば初期通水量は一定の流量だけという余裕の
無い制御を行わなければならないという様な欠点
がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は以上の様な初期通水量の違いに
より主機の起動の時間と実際の初期通水時間がズ
レるために起こる様な制御の不安定さや初期通水
量が制限される等の余裕の無い制御を行わなけれ
ばならないという従来の欠点を無くして初期通水
処理を行うのに適した流量制御装置を提供するこ
とにある。

〔発明の概要〕

本発明は着水時間等を変化させる状態量として
初期通水量を用い、その流量によりその時の初期
通水時間を算出する演算器を新たに加えて、その
演算器の結果を初期通水時間として使用すること
で従来見られた主機の起動のタイミングのズレが
なくなり安定な制御が行なえ、さらに初期通水量
も変化させることの出来る初期通水処理を行うの
に適した流量制御装置を提供する。

〔発明の実施例〕

本発明の流量制御装置の構成図を第４図に、
又、本発明に用いた初期通水時間を算出する演算
器の入出力特性の一例を第５図に示す。

第４図において、第３図のものと同一のものに
は同一符号を付し説明は省略する。５０は本発明
により新しく追加した初期通水時間算出用演算
器、５１は演算器５０により算出された初期通水
時間を示す。又、１５０は本発明の流量制御装置
である。尚、この演算器５０は初期通水量４０と
初期通水時間５１との関係を示す数式又は実デー
タによる特性カーブを記憶させる。そうすれば演
算器５０は第５図に示す様に初期通水量４０に応
じた初期通水時間５１を出力する。

以下第４図、第５図を用いて初期通水開始から
制御が終了（指令流量１６と同様の流量を取る）
までの間に行われる処理について説明する。ま
ず、始めに初期通水検出器２８により初期通水状
態を検出し初期通水指令３４を出力する。次に、
初期通水指令３４により指令流量１６にリミツタ
２９で制限を加えた流量（初期通水量４０）とそ
の時の貯水池水位１８により演算器３０でゲート
開度目標値３６を算出する。この時にリミツタ２
９による制限が上限値の制限を行う様に構成して
いるため、上限値以下の流量であれば任意の値を
指令流量１６として入力し初期通水を行うことが
出来る。また、その上限値が変更可能な構成とす
れば初期通水量を任意の値とすることが出来る。
但し、初期通水量の上限は各プラントの水系の安
定により決まるためそれ以上の流量で初期通水を
行うことは出来ない。

次に、ゲート開度目標値３６と実際のゲート開
度２１との偏差を加減器３１で求める。偏差が３
２の不感帯以上の場合はゲート操作指令２２をゲ
ート操作用モータ１９に出力する。この操作用モ
ータ１９により取水ゲート１２が駆動され貯水池
１からの水の流出量２３は初期通水量４０になる
様に制御される。この初期通水量４０によりその
時の初期通水時間５１を算出する。その算出には
第５図に示した様な演算器５０を用いる。

そして、この初期通水時間５１の間初期通水状
態を継続させ、その時間が過ぎると初期通水検出
器２８が初期通水処理終了を検出して初期通水指
令３４を解除する。この初期通水指令３４が解除
された事により、起動指令作成器３５が水位調整
装置１１へ主機の起動指令１３を出力し水位調整
装置１１によりガイドベーン５を制御して水槽４
からの水の流出量２５を水槽水位１０に応じ流す
様にする。同時に指令流量１６を直接演算器３０
に入力する。そして、指令流量１６に相当する新
しいゲート開度目標値３６を算出して、この新し
いゲート開度目標値３６を目標とした制御を行う
ことになる。

以上の様に本発明の流量制御装置は初期通水量
に応じた初期通水時間により初期通水を行い、主
機の起動指令を出力する様にした。これにより従
来見られた主機の起動と着水時間、水系安定時間
とのタイミングのズレがなくなり安定な制御を行
うことが出来る様になる。又、上記のタイミング
のズレを防止するために固定されていた初期通水
量を水系の制約条件内であれば自由に変えること
が出来る様になる。

前記した実施例では初期通水時間を算出するの
に初期通水量だけを用いたが、水系の安定を着水
時間と同等又はそれ以上に重要視するプラントに
おいては水槽水位と初期通水量とを用いて初期通
水時間を算出する。又、特定のプラントでその他
に初期通水時間に変化を与える状態量を有するも
のはそれを用いて初期通水時間を算出する。

〔発明の効果〕

以上の様に本発明よればその時の所定の状態量
により初期通水時間を算出して初期通水処理、主
機の起動指令を行うので安定した制御を行うこと
が出来る。又、初期通水量など制御上の制約を減
少させることが出来るので初期通水を行うのに好
適な流量制御装置を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は初期通水処理を行う流量制御装置を含
んだ水力発電プラントの構成図、第２図は指令流
量と初期通水量の関係図、第３図は従来の流量制
御装置の構成概略図、第４図は本発明の流量制御
装置の構成概略図、第５図は初期通水時間を算出
する演算器の入出力特性の一例を示した特性図で
ある。 １…貯水池、２…取水ゲート、３…無圧隧道、
４…水槽、５…ガイドベーン、６…水車、７…発
電機、８…放水路、９…水槽水位検出器、１０…
水槽水位、１１…水位調整装置、１２…ガイドベ
ーン操作指令、１３…主機の起動指令、１４…ガ
イドベーン開度、１５…従来の流量制御装置、１
６…指令流量、１７…貯水池水位検出器、１８…
貯水池水位、１９…ゲート操作用モータ、２０…
ゲート開度検出器、２１…ゲート開度、２２…ゲ
ート操作指令、２３…貯水池からの水の流出量、
２４…水槽への水の流入量、２５…水槽からの水
の流出量、２６…初期通水時間の設定器、２７…
初期通水時間、２８…初期通水検出器、２９…指
令流量のリミツタ、３０…ゲート開度目標値算出
用演算器、３１…偏差算出用加減器、３２…不感
帯、３３…モータゲート開度特性、３４…初期通
水指令、３５…起動指令作成器、３６…ゲート開
度目標値、４０…初期通水量、５０…初期通水時
間算出用演算器、５１…初期通水時間、１５０…
本発明の流量制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 水力発電プラントにおける初期通水処理によ
   る初期通水時間中の制限を加えた取口ゲートの開
   度制御および主機の起動制御を行う流量制御装置
   において、初期通水時に流す流量により初期通水
   時間を算出する演算部を有し、前記演算部の結果
   である前記初期通水時間を用いて前記初期通水処
   理を行うことを特徴とする流量制御装置。