JPH0370805B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ダム式水力発電所、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。

〔発明の背景〕

ダム式水力発電所にその規模によつて、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
位に従つ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１０４から
のフイードバツク電力値によりインタラプタ 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ユールを設定する必
要があるわけであるが、そのスケジユールの設定
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、当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り、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もので
あつて、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求め、所定水位から目標水
位までに要する日数により放流すべきダム貯水量
の日割放出量を求め、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
用水量を求め、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り発電するように
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り放
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H_Aから目標水位H_B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_Aから
目標水位H_B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
D₀から目標日D₁₀まで一定の放出量で放水すれば
目標日D₁₀には現在水位H_Aから目標水位H_Bに調
節することができる。しかし、実際には目標日数
Ｄの間には天候の変化があり、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。このようなことから、本実施例においては現
在水位H_Aから目標水位H_Bまでを目標日数Ｄによ
り日割りとし、その日割りした毎日当りの日間目
標水位H_d0〜H_d10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H_h0
〜H_h24ごとに制御するようにしたものである。

このように、日割した毎日当りの日間目標水位
を設定して制御するようにしたことにより、翌日
の運転パターンの設定に際して前日の実績、すな
わち仕上り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_Hは
ダム流込量算出手段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S_Qはダム流込量算出手段
３に入力される。

ダム流込量算出手段３は、ダム水位測定値情報
S_Hと流量測定値情報S_Qに基づいてダム２内への流
込量Q_io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。ダム流込量算出手段３によつて算出され
たダム流込量算出値情報Q_io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H_Bおよびそ
の目標水位達成のために要する目標日数情報Ｄ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S_H（内容は位H_A）、目標水位情報H_Bおよび目標
日数情報Ｄに基づいて毎日の目標水位、すなわち
日間目標水位H_dを算出するものである。求めら
れた日間目標水位H_dは、 H_d＝H_A−H_B／Ｄ で求められる。この日間目標水位算出値情報H_d
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H_d
およびダム流込量算出値情報Q_ioに基づいて、水
車の運転により放流すべき日間使用水量Q_putを算
出するものである。求められた日間使用水量算出
情報Q_put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_p0（第７図）
を記憶しておき、使用水量算出値情報Q_putに基づ
いて適宜所望の運転パターン情報S_p1を基本運転
パターン情報S_p0に基づいて設定し、制御指令手
段１２に与える。ところで、ダム２内への流入量
の変動は１日の中でも生じうることを考慮しなく
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Q_D1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Q_D2とすると、運転パターンをS_P1からS_P2
のように変更する。すなわち、増加した流込量
Q_D2に見合つた分だけ運転時間の延長（T_Q）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S_Hから流込量Q_D1，Q_D2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S_P1（またはS_P2）に従つて発電所４の水車５の
制御に必要な制御信号S_C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
ピユータを用いて構成した例について説明する。

まず、制御の基本となるダ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ヤー
トを第４図に示す。ここでの演算処理は、水位測
定吸器１により得た現在のダム水位情報S_Hを入力
し（処理S₂）、前回の測定水位（処理S₃）から変
化水量を求め（処理S₄）、別途求めた水車の使用
水量の算出値（処理S₆）から総合的な変化水量を
算出し（処理S₇）、ダム２への流込量Q_Dを記憶手
段（図示せず）にフア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S₄）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S_Hから該当する区間貯
水量（10cm単位）を求め、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。

ここに、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つているため、水位
当りの水の量は一定でないことから所定水位ピツ
チごとの水の容量を予め求めておいた貯水量のこ
とである。経時判定（処理S₅）は一定流量制御を
行つているため、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つて、１時間毎の水車の瞬時
鉄管流量の平均値を求め、これより１時間に使つ
た使用水量を算出するためのものである（処理
S₆）。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いに加算（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
算出値を求め（処理S₇）、ダムの流入量として所
定のテーブルへフアイルする（処理S₈）。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S₁₂）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チヤート
の例を第５図に示す。ここでは常時演算を行つて
いるダム流入量算出（第４図）を基にして、制御
所から与えられた目標水位H_A、目標日数Ｄ（処理
S₉）から毎日の目標水位H_dを求め（処理S₁₀）、
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（処理S₁₁）、この
値とダムへの平均流入量Q_Do（処理S₁₂）からトー
タル使用水量を算出する（処理S₁₃）。

次に落差に対応した水車の最高効率となる流量
Q_Hとダムのトータル使用水量から水車の運転可
能時間を求めるため、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（予め求められている）より水車が最大効率と
なる流量Q_Hの選択を行う（処理S₁₄）。

ここで、以上により求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
S_P0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間達は、
ほぼ決つており、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をパターン化
することができる。

したがつて、第５図の処理ブロツク（処理S₁₅）
においては運転可能時間より第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（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S₁₀〜S₁₇について具体例を
示す。与えられた目標日数Ｄより、毎日の目標水
位H_dを決定するが（処理S₁₀）、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H_d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（処理S₁₁）、この値にダムへの平均流入量
から求めた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
S₁₃）。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
データより求めるが、実際の水車ガイドベーンの
制御にあたつては、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求まるが、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り従
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図のフローチヤートで求めた運転パターン
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りいつ何時変わ
るか不明であり、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つた主機
の自動起動、停止および負荷調整が基本となる。
したがつて、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り好ま
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
チヤ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
転の使用水量より、単位時間（30分あるいは１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）。

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は制御所より偏差値として与
えられる数値（処理S₁₈）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S₁₉〜S₂₇の具体例を示す。まず、第
８図で求めた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
（処理S₁₉）、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り先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（処理
S₂₁）、所定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S₂₂）し、制御所へ修正後の運転パタ
ーンを送り、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（区間貯水量により多少変わる）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H_AからH_B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せるかの違いである。

〔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り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
例を示すブロツク図、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ヤート、第５図
は運転パターンの設定処理のフローチヤート、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処理のフローチヤー
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
ロツク図である。 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、S_H
……現在ダム水位測定値情報、S_Q……流量測定値
情報、S_C……制御信号。

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、前記ダム流込量算出値情
   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
   日間使用水量を算出手段と、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、を備えたことを特
   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を有することを
   特徴とするダム式水力発電所の自動運転制御装
   置。