JPS6032036B2 - 発電所の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は揚水発電所の制御装置に係り、上池から下池に
至る水路に２以上の発電所とともに発電所間の水路に中
間池を配設して夫々の発電所を同時に運転する制御装置
に関する。

〔発明の背景〕

従来、上池と下池とを配設し上池から下池に至る水路に
複数の発電所を設置する発電システムとして揚水発電所
がある。

特に高落差の揚水発電所では、材料強度、士木工事等の
製作上の制約が大きいため、これらの制約を緩和する目
的で上池と下池との間にある水路に小容量の中間池を設
置するとともに、揚水発電所を上段と下段の２段に配設
し、これらの発電所をカスケード運転するいわゆる連続
揚水発電システムが提案されている。第１図にはこの連
続揚水発電システムが示されている。第１図において、
上池１と下池２との間には中間池３が設置され、上池１
から中間池３に至る水路４及び中間池３から下池２に至
る水路５には上段水車６、下段没水車７が配設されてい
る。

この連続揚水路発電システムにおいて、中間池３の容量
を小さくすると、中間池３の建設費は安くなるが、運転
中水車６，７の出力変更時等の水量の増大によって中間
他３は溢水、低水位等の異常水位が生ずる危険があった
。この異常水位が生じる理由は次の通りである。

出力変更指令に応ずるための各水車６，７の出力変更は
通常各水車６，７黍に設かられたガイドベーンガィドベ
ーン開度を調整して行なわれている。このガイドべ−ン
開度と水車出力との関係は第２Ａ図に示す特性により示
され、またガイドべ−ン開度と水車流量との関係は第２
Ｂ図に示す特性により示されている。これらの各特性図
からわかるように、同じガイドベーン開度でも水車出力
や水車流量が有効落差ｈ（ｈ＝ｈ，，ｈ２，ｈ３）によ
って大きく影響されて変化し、各水車６，７の水車流量
特性を有効落差ｈに無関係に一致させることは不可能で
ある。このことは、給電指令所から出力変更指令信号が
送られて来たとき、上段水車６，下段水車７の各ガイド
ベーンの開度を等しく操作しても上段及び下段の水車流
量が一致しないために、中間池３の水位が変動し、著し
い場合には中間池３には溢水または低水位等の異常水位
が生じるおそれがあることを意味している。このような
異常水位の発生を防止するため、従来では中間池３の水
位の変動を検出し、その水位変動に応じて下流側発電所
の取水量、すなわち下段水車７の流量を増減調節するこ
とにより中間他３の水位を一定に制御する方式が探られ
ていた。

しかしながら、上記従来の方式は、出力変更指令に対す
る負荷分担が半固定状態であり、上段水車６と下段水車
７の相互間の分担調整を行なうことができないという不
具合を有している。すなわち、上記方式は出力変更指令
が与えられると、まず、予め決められた上段水車６に対
する取水量に対応するガイドベーン関度信号が与えられ
、その取水量の変化に対応する中間池３の水位変動に基
づき下段水車７を制御するものであり、上段水車６に対
する出力変更指令に基づくガイドべ−ン関度を一方的に
決め、余剰放水を下段水車７の取水で補うものである。
また、一般に中間池３の貯水量は小さく、したがって出
力変更指令に基づく中間池３の水位変動は比較的大きい
。そのため、この変動量に基づいて下段水車７の取水量
を制御する上記従来の方式のままではわずかな水位変動
でもこれに応じてひんぱんに流量を増減してしまい制御
が過敏になるおそれがある。また、別の方法によれば、
中間池３の水位変動に基づいて制御するのではなく、一
方の水車（例えば、６）の流量の変化と他方の水車（例
えば、７）の流量の変化を検出し、両流量変化の差を零
にするようフィードバック制御して中間池３の水位を一
定にするようにしたものがある（特関昭４９一１３３８
２ｙ号公報）。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、出力変更指令に伴う中間池水位の変動
を一定に制御する場合に、複数ある水車に対する負荷の
分担を自由に変更することとができるとともに、目標水
位近傍での水位変動による過敏な制御を防止して円滑な
制御が可能な制御装瞳を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記目的を達成するために、本発明によれば、上池と下
池との間に介在させた水路に中間池を配設し、上池と中
間池とを結ぶ前記水路に上段ガイドベーンおよび上段水
車を配設し、中間池と下池とを結ぶ前記水路に下段ガイ
ドベーンおよび下段水車を配設し、前記上段および下段
水車を同時に運転する発電所の前記中間池の水位を水位
測定器により測定し、この測定値に基づいて前記中間池
水位を予め定められた目標水位に一定に制御する制御装
置において、前記発電所の出力変更指令を上段ガイドべ
−ンおよび下段ガイドベーンのそれぞれに対応するガイ
ドベーン開度信号に変換して前記上段ガイドべ−ンおよ
び下段ガイドベーンに供給する第１の変換器および第２
の変換器と、前記水位測定器からの水位測定値と前記目
標水位値とを比較してそれらの偏差を求める第１の加算
器、この第１の加算器から得られる水位偏差値を入力と
して前記中間池水位が前記目標水位を基準とする微少変
動幅内ではべーン関度信号を出力せずかつ中間池水位が
前記微少変動幅を脱したときその水位変動値に応じたべ
ーン開度信号を出力する第３の変換器、この第３の変換
器からのべーン開度信号が与えられたとき前記第１また
は第２の変換器からのガイドベーン閥度信号の供給を停
止するスイッチ、このスイッチを介して供給される第１
または第２の変換器からのガイドベーン関度信号を記憶
する更新可能な記憶装置、および、この記憶装置の出力
と前記第３の変換器の出力との加算値をガイドベーン開
度信号として出力する第２の加算器を有する中間池水位
制御器と、を備え、前記第１の変換器と上段ガイドベー
ンとの間、または前記第２の変換器と下段ガイドベーン
との間のいずれか一方に前記中間池水位制御器を設けて
当該中間池水位制御器が設けられた側のガイドベーンを
制御するフィードバック制御系を構成するとともに、他
方の間を直結して当該直結された側のガイドベーンを前
記発電所の出力変更指令に従って制御する制御系を構成
したことを特徴とするものである。

このように、出力変更指令をガイドベーン関度信号に変
換して夫々のガイドベーンに供給する第１，第２の変換
器を備えたことにより、各水車への負荷分担を自由に変
更することが可能となり、さらに、第３の変換器を備え
たことにより中間他の微少水位変動ではガイドベーンを
制御しないので過敏な制御を行なうことがなく円滑な制
御が可能となる。

〔発明の実施例〕

つぎに、本発明を図面に示した実施例に基づき詳細に説
明する。

第３図は本発明に係る発電所の制御装置の好適な実施例
を示している。

第３図において、上池１と下池２との間には中間池３が
設置され、上池１から中間池３に至る水路４には上段水
車６が配設され、中間池３から下池２に至る水路５には
下段水車７が配置されている。上段水車６の前段に位置
する水路４はガイドベーン８が配設され、下段水車７の
前段に位置する水路５にはガイドベーン９が配設されて
いる。従って、各水車６，７に与えられる水量はガイド
べ−ン８，９の開度を調整することによって決定され、
ガイドベーン８，９の関度調整によって出力変更指令に
応ずることができるようになっている。そして、ガイド
ベーン９に出力変更指令に応じてガイドベーン関度を調
整して中間他３の水位を制御する制御装置１０が付設さ
れている。制御装置１０は第１及び第２の変換器１０１
，１０２、スイッチ１０３、記憶装置１０４、第１及び
第２の加算器１０５，１０６、水位測定器ＩＱ７、第３
の変換器１０８、駆動装置１０９、電圧変換器１１０か
ら構成されている。

この制御装置１０‘こおいて、第１の変換器１０１はガ
イドベーン８に接続され、第２の変換器１０２はスイッ
チ１０３、記憶装置１０４および第２の加算器１０６を
介してガイドベーン９に接続されている。

各第１，第２の変換器１０１，１０２は共に出力変更指
令をガイドベーン関度信号に変換する出力変更指令−ガ
イドベーン開度信号変換器で構成され、第１変換器１０
１からのガイドベーン開度信号はガイドベーン８に、第
２変換器１０２からのガイドベーン開度信号はスイッチ
１０３、記憶装置１０４および第２の加算器１０６を介
してガイドベーン９に与えられる。したがって、各変換
器１０１，１０２の変換量を変更することにより、各ガ
イドベーン８，９に対する開度調整量を変えることがで
き、その結果、各水車６，７に対する負荷の分担を任意
に変更できる。スイッチ１０３は接点１０３Ａと引き外
しコイル１０３Ｂとから構成され、引き外しコイル１０
３Ｂの励磁によって接点１０３Ａがオフ（開く）する様
になっている。従って、記憶装置１０４にはスイッチ１
０３の接点１０３Ａがオン（閉）しているとき常に第２
の変換器１０２から出力されるガイドベーン開度信号が
入力される。記憶装置１０４は第２の加算器１０６に接
続され、この第２の加算器１０６はガイドベーン９に接
続されている。第２の加算器１０６は前記記憶装置１０
４の出力信号と、後述する電圧変換器１１０からの出力
が入力され、該入力を加算して前記ガイドベーン９に入
力する。中間池３には水位測定器１０７が設けられてお
りこの水位測定器１０７は中間池３の水位変動によって
上下動する浮子機構１１１と、この浮子機構１１１に応
動して出力するポテンショメータ１１２とから構成され
ている。

このポテンショメータ１ １２から出力される水位測定
値日と予め設定された水位目標値Ｈｏは第１の加算器１
０５に入力され、該加算器１０５において両入力を加
算してその水位偏差△日を求めて出力する。この変差値
信号△則ま次の第３の変換器１０８に出力される。第１
の加算器１０５の出力端は第３の変換器１０８に接続さ
れ、この第３の変換器１０８の出力端は駆動装置１０９
及び電圧変換器１１０に接続されている。

第３の変換器１０８は中間他３の目標水位Ｈｏを基準と
する水位の微少変動幅に対応する所定の不感帯幅Ｄ，を
持っており、第１の加算器１０５から出力される水位偏
差△日がＤ，より大であるときガイドベーン開度信号△
Ｈ′を発生し、ポテンショメータの出力（すなわち、中
間池３の水位）日の変動に対し、過敏に動作しないよう
にするものである。

駆動回路１０９は第３の変換器１０８の出力△Ｈ′によ
って作動し、この出力によって引き外しコイル１０３８
が作動される。−方、前記出力△日は電圧変換器１１０
で増幅されて第２の加算器１０６に入力される。つぎに
作用を説明する。

今、中間池３の水位日が目標値比の近傍にあつて、第２
の加算器１０５からの偏差値△日が第３の変換器１０８
の不惑帯Ｄ，より小さい運転状態にあるときは、第３の
変換器１０８が出力を発生しないためスイッチ１０３は
開状態にある。

この状態において、給電指令所からの出力変更指令が来
ると、夫々のガイドベーン８，９の開度は各第１，第２
の変換器１０１，１０２の出力によって制御される。こ
のとき、第２の加算器１０６は電圧変換器１１０の出力
が入力されないために記憶装置１０４からの入力のみを
出力する。記憶装置ＩＤ４は第２の変換器１０２からの
出力変更指令を順次記憶しその入力値の変更に応じて記
憶内容を更新して出力する。この世力変更指令により各
ガイドベーン８，９は同時に関度制御されるが、水車６
，７の水車流量が一致しない場合、中間池３の水位日‘
ま変動することとなる。この変動する水位は水位測定器
１０７によって測定され、その測定値川ま第１の加算器
ＩＤ５に入力される。そして、中間池水位日と目標値比
とは第１の加算器１０５によって比較され、その水位偏
差△日が第３の変換器１０８の不感帯幅Ｄ，を超えると
、第３の変換器１０８は出力△Ｈ′を生じる。

この出力△Ｈ′によって駆動装置１０９が作動し、引き
外しコイル１０３Ｂは励磁されて接点１０３Ａは開路さ
れる。この様にスイッチ１０３がオフした状態では第１
の変換器１０２からの出力変更指令が記憶装置１０４に
入力されず、この結果、ガイドベーン９にはこのときか
ら出力変更指令による関度制御が停止されることとなる
。このため、記憶装置１０４はスイッチ１０３がオフす
る直前に入力された変換器１０２の出力を記憶してその
値を一定に出力する。一方、第３の変換器１０８の出力
△Ｈ′は電圧変換器１１０で増幅されて加算器１０６に
入力され、第２の加算器１０６はこの入力を前記記憶装
置１０４の出力に加算してガイドベーン９に供給する。

従って、ガイドベーン９はスイッチ１０３のオフした時
点から中間池水位日に基づくフィードバック開度制御が
なされる。今、中間池３の水位日が上昇して目標値瓜を
越え、（第３の変換器）１０８の出力△Ｈ′が生じた場
合、水位上昇による第３の変換器１０８の出力△Ｈ′は
正符号となるため、第２の加算器１０６の出力は記憶装
置１１０の出力に更に電圧変換器１１０の出力が加えら
れて増大し、ガイドベーソ９が拡開される。

この結果、下段水車７の流量が増大し中間池３の水位の
異常上昇が防止され得る。また、中間池３の異常な水位
低下の場合、水位上昇と同様の動作がなされる。

特に、水位上昇の場合と異なる点は第３の変換器１０８
の出力△Ｈ′が負符号となり、加算器９の出力が更に低
下し、下段水車７の流量が減少する方向に制御される点
にある。このように、中間池３の水位変動が不感帯幅Ｄ
，内にあるときは、上段ガイドベーン８および下段ガイ
ドベーン９は第１の変換器１０１および第２の変換器１
０２により与えられる出力変更指令に基づくべーン関度
信号により制御される。

しかし、中間池３の水位変動が不感帯幅Ｄ，を脱したと
きには、上段ガイドベーン８は依然として出力変更指令
に基づくガイドベーン関度信号に従って制御されるが、
下段ガイドべ−ン９は水位測定器１０７→第１の加算器
１０５→第３の変換器１０８→第２の加算器１０６を経
由する制御系によって与えられるガイドベーン関度信号
と、水位変動が不感帯幅Ｄ，を脱したときの記憶装置１
０４からのガイドべ−ン開度信号との加算値によりフィ
ードバック制御されるのである。以上説明した様に、第
３の変換器１０８の不感帯幅Ｄ，、電圧変換器１ １０
の利得を適当な値に設定することによって中間池３の水
位が多少変動しても過敏な制御を抑制するので安定に制
御され得る。

以上は中間他３の水位上昇について述べたが、水位低下
の場合も同様に制御され得る。

なお、前記した実施例においては偏差△Ｈ信号を下段水
車７のガイドベーン９の調整に用いる場合について説明
したが、該偏差信号を上段水車６のガイドベーン８の調
整に用いるようにしてもよく同機の効果が得られる。

また、前記した各実施例は中間池３が１つの場合につい
て説明したが、本発明は多数の中間池を有する多段連続
揚水発電所等の発電所に実施してもよく夫々の中間池に
ついて水位を測定して水位偏差△Ｈ信号を求め夫々のガ
イドべ−ンの開度を調整することも可能である。

〔発明の効果〕

以上述べた如く、本発明によれば、連続揚水発電所にお
いて、出力変更指令に伴う中間池の水位変動に応じて水
車の出力を制御することにより中間池水位を一定にする
場合に、各水車に対する負荷の分担を自由に変更するこ
とができるとともに、中間池水位の変動に過敏に応答す
ることなく円滑な制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は連続揚水発電所の説明図、第２Ａ図及び第２Ｂ
図は水車の流量及びその出力特性を示す説明図、第３図
は本発明の発電所の制御装置の実施例を示すブロック図
である。 １・・・・・・上池、２・・・・・・下池、３・・・・
・・中間池、４・・・・・・水路、５・・・・・・水路
、６・・・・・・上段水車。 第１図第２Ａ図 第２６図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 上池と下池との間に介在させた水路に中間池を配設
   し、上池と中間池とを結ぶ前記水路に上段ガイドベーン
   および上段水車を配設し、中間池と下池とを結ぶ前記水
   路に下段ガイドベーンおよび下段水車を配設し、前記上
   段および下段水車を同時に運転する発電所の前記中間池
   の水位を水位測定器により測定し、この測定値に基づい
   て前記中間池水位を予め定められた目標水位に一定に制
   御する制御装置において、 前記発電所の出力変更指令
   を上段ガイドベーンおよび下段ガイドベーンのそれぞれ
   に対応するガイドベーン開度信号に変換して前記上段ガ
   イドベーンおよび下段ガイドベーンに供給する第１の変
   換器および第２の変換器と、 前記水位測定器からの水
   位測定値と前記目標水位値とを比較してそれらの偏差を
   求める第１の加算器、この第１の加算器かち得られる水
   位偏差値を入力として前記中間池水位が前記目標水位を
   基準とする微少変動幅内ではベーン開度信号を出力せず
   かつ中間池水位が前記微少変動幅を脱したときその水位
   変動値に応じたベーン開度信号を出力する第３の変換器
   、この第３の変換器からのベーン開度信号が与えられた
   とき前記第１または第２の変換器からのガイドベーン開
   度信号の供給を停止するスイツチ、このスイツチを介し
   て供給される第１または第２の変換器からのガイドベー
   ン開度信号を記憶する更新可能な記憶装置、およびこの
   記憶装置の出力と前記第３の変換器の出力との加算値を
   ガイドベーン開度信号として出力する第２の加算器を有
   する中間池水位制御器と、を備え、前記第１の変換器と
   上段ガイドベーンとの間、または前記第２の変換器と下
   段ガイドベーンとの間のいずれか一方に前記中間池水位
   制御器を設けて当該中間池水位制御器が設けられた側の
   ガイドベーンを制御するフイードバツク制御系を構成す
   るとともに、他方の間を直結して当該直結された側のガ
   イドベーンを前記発電所の出力変更指令に従つて制御す
   る制御系を構成したことを特徴とする発電所の制御装置
   。