JPS6375363A - 分岐水路揚水発電所のポンプ定常運転制御方法 - 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１本の水圧鉄管から分岐する複数本の分岐管に
それぞれポンプ水車等を設置した分岐水路揚水発電所に
おける水力機械の運転制御方法に関する。

（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あ
るいは揚水運転を行い、系統電力の需給バランスを保つ
ことを目的と（７て建設されているものであるから、電
力系統が要求する出力量または入力量に応じて運転する
ことが必要である。

第４図は従来の揚水発゛電所における運転制御方法を例
示するもので、発電電動機１はポンプ水車２に連結され
ており、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。

ポンプ水車２の回転速度は速度検出器４により検出され
、ガイドベーン３の開度は開度検出器５により検出され
る。速度検出器４によって検出された回転速度信号と出
力設定装置６からの出力信号はガバナー演算部７に入力
され、ガイドベーン３の開度指令値が出力される。この
開度指令値と、ガイドベーン開度検出器５で検出した実
際のガイドベーン３の開度とを比較部８で比較して、そ
れらの偏芹を出力させる。増幅器９はこの偏Ｚを零にす
べく積分動作してサーボモータ（図示せず）を駆動させ
、サーボモータと連動するガイドベーン３を」二記偏差
に相当する分だけ開閉制御させる。

即ち、電力系統１０の周波数が低下したら、これを回復
させるためにガイドベーン３の開度指令値を増大させて
ガイドベーンを開方向に操作し、ポンプ水車２の出力を
増大させるように作用する。

また、電力系統１０の周波数が１−昇したらガイドベー
ン３の開度指令値を減少させてガイドベーンを閉方向に
操作し、ポンプ水車２の出力を減少させるよう作用する
。

ところで、ポンプ水車等の水車発電運転時にはガイドベ
ーン開度を変化させることにより容易に出力調整を行え
るが、ポンプ運転時にはガイドベーン開度を変化させて
も、ポンプ水車等の本来の特性により、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じること
ができないという欠点があった。

これを解決する目的で、複数のポンプ水車等をｑする揚
水発電所では、１台あるいは複数台のポンプ水車性をポ
ンプ運転させ、それらの合計入力と系統が要求する人力
とのｌを、残りのポンプ水車等を発電運転させて発生さ
せた出力で相殺させ、発電所全体の人力値として系統人
力に合致させるという方法か発明された（特開昭８１−
１２９４７８号「揚水発電所の揚水量制御方法」）。

一方、揚水発電所では、上池と下池の水位差を検出し、
ポンプ揚水運転時の適正ガイドベーン開度の制御や水車
発電運転時の上限ガイドベーン開度、下限ガイドベーン
開度あるいは適正ガイドベーン開度の制御に利用するの
が一般的である。これらの水位差に応じた制御はポンプ
水車等の入口・出口間に作用する６効落差あるいは全揚
程が上池、下池の水位差とほぼ１対１の関係をなすこと
が前提となる。

１本の導水路、鉄管等の管路に１台の水力機械が接続さ
れている場合には、水力機械の有効落差は上池、ド池間
の水位差と１対１の関係にあるので、水位差を検出する
ことにより水力機械のガイドベーンを適正開度に制御し
たり、有効落差に応じたガイドベーン上限、下限開度を
設定することが可能であり、多用されている。

また、１〕池から導かれた１条管路が発電所近傍で分岐
し、複数台のポンプ水車等の水力機械に接続されている
場合でも、従来は共通の１条管路に接続された水力機械
は同じくポンプ揚水運転を行うか、あるいは同じく水車
発電運転を行うように制御されていたので、水位差と有
効落差の関係は事実上１対１の関係を保ち、上池・下池
間の水位差で水力機械を制御することができる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、前述のように１条管路から分岐する分岐
管に複数台のポンプ水車等の水力機械が接続されている
揚水発電所において、共通の１条管路に接続された水力
機械の一部をポンプ揚水運転させ、残りを水車発電運転
させる場合においては、水中のガイドベーンを有効落差
に対応する上限・下限値内の適正開度に保つための制御
を従来のような上池・ド池間の水位差で制御することが
できなくなる。

すなわち、ポンプ揚水運転機が揚水する下池から、上池
へ向う正の流量と、水車発電運転機を通過して１−池か
ら下池へ向かう負の流量が管路の１条管路では相殺され
、揚水徽と水車流級のアンバランス流はのみが１条管路
を流通することになり、管路の損失水頭がポンプ運転台
数と水車運転台数および水車運転号機の負荷によって大
幅に変化し、ポンプ水車等に作用する有効落差が上池、
下池間の水位差と無関係に変化してしまうためである。

従って、このような場合において水位差のみによるポン
プ水車等の制御を無理に行うと、適正開度を大幅にずれ
たポンプ揚水運転や水車の高効率運転点を離れた過大負
荷、過小負荷の水車発電運転となる危険性があり、大幅
な効率低下を招くばかりでなく、振動あるいは水圧変動
により水力機械に強度上の悪影響が及ぶことも懸念され
る。特に水圧鉄管あるいは分岐管の持つ固有振動数か水
力的加振周波数に一致する共振現象が生ずると、管路等
の破損の危険を伴うため水力機械の運転継続が不１１Ｊ
能になるという事態を招くことになる。

〔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ポンプ定常運転制御方法
は水路が−１−池から１本の水圧鉄管で導かれ、途中で
分岐してｉ隻数のポンプ水車等に接続されている分岐水
路揚水発電所において、一部のポンプ水車等を揚水運転
すると同時に他のポンプ水車等を発電運転する場合、ポ
ンプ揚水運転機が系統から受電する電力と、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
とともに、分岐管の温度、水圧変動あるいは振動の状態
値を検出して前記水車発電運転機のガイドベーン制御装
置に伝え、前記状態値が予め定めた許容値を上まわるも
のであるときはこの許容値以内になるよう前記状態値に
応じて前記水車発電運転機のガイドベーン開度の対応制
御を行い、前記状態値が前記許容値以内のものであると
きは前記入出力相対差が予め定めた目標値になるよう前
記入出力相対差に応じて前記水車ガイドベーン開度の対
応制御を行うことを特徴とする。

（作　用） 次に、上述のように構成した本発明の分岐水路揚水発電
所のポンプ定常運転制御方法の作用を水車発電運転機の
分岐管に温度センサー、圧力センサーあるいは振動セン
サーを設けた例につき説明する。　圧力センサーで測定
された水圧と、通常的に測定される上池・下池間の水位
差、すなわち水車に作用する理論−１〕の静落差との相
対差つまり水圧変動が正の値で、かつ比較演算装置に記
憶された許容値より大きければ、ガイドベーンを開操作
する指令がガイドベーン制御装置に伝達される。

−／ｉ、前記変動値が負の値で許容値を越えていれば、
ガイドベーンを閉操作する指令がガイドベーン制御装置
に伝達される。また温度、振動数または振幅という各状
態値も同様に比較演算装置に人力されてｒめ記憶された
許容値と比較され、許容値を越えていれば、ガイドベー
ンを開閉操作する信号がガイドベーン制御装置に出力さ
れ、ガイドベーンはサーボモータにより適正開度に開閉
操作される。

上述の各状態値が許容値以内である時は、上記比較演算
装置からの出力信号は、後述の入出力相対差検出装置の
比較演算装置に入力され、この入力信号の有無が入出力
相対差検出装置の比較演算装置からガイドベーン開度指
令値をガイドベーン制御装置に出力するか否かのスイッ
チングとなる。

人力検出装置により検出されたポンプ揚水運転機の人力
と、出力検出装置により検出された水虫発電運転機の出
力はそれぞれ信号変換装置を介して変換され、加え合せ
部で入出力相対差に１目当する信号が得られる。この信
号は比較演算装置にｒめ記憶、設定された目標値と比較
され、入力信号値が目標値を越えていれば、例えば人力
信号値が負の値、すなわちポンプ揚水運転機への電力系
統からの人力が水車発電運転機の出力より大きければ、
ガイドベーン開指令がガイドベーン制御装置に伝えられ
、ガイドベーンは出力増大方向の適正開度に開操作され
る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を第１図ないし第３図を参照して
説明する。

なお、以下の説明では、便宜上、１本の水圧鉄管から２
本の分岐管が分岐する水路を備えた揚水発電所を例にと
って説明する。

第３図は分岐水路系の模式図で、上池１１に１本の水圧
鉄管１２の上端が接続され、水圧鉄管１２は分岐部を介
して２本の分岐管１３ａ、１３ｂに分かれ、各々の分岐
管にはポンプ水車１４ａ１１４ｂか接続され、各ポンプ
水車には伝達軸を介して発電電動機１５ａ、１５ｂが連
結されている。

なお、各ポンプ水車１４ａ、１４ｂには水口開度を変え
られるガイドベーン（図示せず）が回動可能に支承配列
されている。ポンプ水車１４ａ。

１４ｂの吐出管側には各々分岐管１６ａ、１６ｂが接続
され、これらの分岐管は合流部を介して１本の放水路１
７に合流し、ド池１８に連通している。

各分岐管１３ａ、１３ｂには水圧検出装置１９ａ、１９
ｂおよび温度あるいは振幅を検出する検出装置２０ａ、
２０ｂが取付けられている。

電力系統２１と各発電電動機１５ａ、１５ｂを接続する
ローカルライン２２ａ、２２ｂには電力系統２１側から
の電気的負荷あるいは電力系統２１側への電気的負荷、
すなわち入力あるいは出力を検出する電力検出器２３ａ
、２３ｂが設けられている。また上池１１と下池１８に
はそれぞれ水位測定装置２４．２５が設けられている。

水位測定装置２４．２５の出力は第１図に示す落差検出
装置２６に導かれて落差信号となり、信号変換装置２７
に入力される。水圧検出装置１９ａ、１９ｂからの信号
は信号変換装置２８で信号変換された後、合わせ部２９
において信号変換装置２７からの信号に合算される。

温度あるいは振動検出装置２０ａ、２０ｂがらの信号は
信号変換装置３０を経た後、合わせ部２９からの信号と
共に比較演算装置３１に入力される。

一方、出力検出装置２３ａ、入力検出装置２３ｂからの
信号はそれぞれ信号変換装置３２．３３を経た後、合わ
せ部３４で合算され、比較演算装置３５に人力される。

これらの比較演算回路３１．３５は各人力信号の値とｒ
め設定された許容値とを比較し、許容値より人力値の方
が大きい場合にガイドベーン開閉指令を出力する。これ
らの比較演算装置からの出力は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３６ａ。

３６ｂに伝達され、各ポンプ水車等のガイドベーン３７
ａ、３７ｂの開度を制御する。

上述した構成の分岐水路揚水発電所において、電力系統
２１からの要求にもとずいて揚水運転を開始する場合、
まず１台のポンプ水車１４ｂを揚水起動してポンプ揚水
運転を行うとともに、残りのポンプ水＋、１４ａは水車
起動して水車発電運転を行う。このように１台はポンプ
揚水運転を、他の１台は水車発電運転を同時に並行して
行うと、揚水量と水車流量のアンバランス流量が１本の
水圧鉄管１２を通るので揚水量、水車流量あるいは双方
が理論流量から外れることがあり、分岐管１３ａ、１３
ｂでの揚水量、水中流量は運転状態により大きく左右さ
れる。

この場合、流量が増えれば流速も増大し、管路損失が増
える。この管路損失は大部分が熱エネルギーに変換され
、水温あるいは管路壁温が上昇する。また１−池水位測
定装置２４により上池水位を、下池水位測定装置２５に
より下池水位をそれぞれ検出し、その相対水位差として
求められた静落差と水圧検出装置１９ａ、１９ｂにより
測定した実際に作用している水圧との差すなわち水圧変
動が大きくなると、分岐管１３ａ、１３ｂの固有振動数
も水圧に応じて変動し、その振動数が水力的加振周波数
に近くなれば分岐管の振幅が増大し、前述の２つの振動
数（固有振動数と水力的加振周波数）が一致すれば、分
岐管１３ａ、１３ｂは共振現象を起こし分岐管１３ａ、
１３ｂの破損等の重大な事態を招くことになる。これは
分岐管１６ａ。

１６ｂに対しても同様である。また水圧検出装置１９ａ
により測定した水車運転機１４ａに作用している水圧が
静落差より大きい場合、水車運転機１４ａは過小負荷に
て運転されているためガイドベーンを開操作して水車運
転機１４ａの出力を増大させる必要がある。上記より、
水圧、□振動数、振幅、水温または分岐管壁温の各状態
値を１つまたは複数個検出して制御することにより、安
定な運転を継続させることが可能である。

即ち、上述の状態値により水車発電運転機１４ａのガイ
ドベーンを必要に応じて開閉制御する。

上池水位測定装置２４と下池水位測定装置２５とからな
る落差検出装置２６で検出された静落差と、水圧検出装
置１９ａとで検出された水圧との相対差は信号変換装Ｘ
２７．２８を介して合わせ部２９にて正負の符号を付け
られ、例えば水圧測定値が静落差より大きい場合を正と
すれば、正の信号が比較演算装置３１に入力され、予め
それに記憶させた許容値との比較が行なわれ、許容値を
越えていればガイドベーンの開操作指令がガイドベーン
制御装置３６ａに人力され、ガイドベーン３７ａはサー
ボモータ等により開操作される。

振幅が増大した場合は、測定した振動数とあらかじめ比
較演算装置３１に記憶させた水力的加振力周波数との比
較を行い、この加振周波数より７ＩＩ１１定値が小さけ
ればガイドベーン３７ａに閉操作指令を、また測定値の
方が大きければガイドベーン開操作指令をガイドベーン
制御装置３６ａに伝え、ガイドベーン３７ａは共振現象
を回避すべく適正開度に開閉される。

水温あるいは分岐管壁温が上昇した場合、すなわち、比
較演算装置３１に予め記憶させた許容値より検出温度に
相当する人力値が大きければ、水温あるいは分岐管壁温
をドげる方向すなわち流量を減少させるべくガイドベー
ンの閉指令がガイドベーン制御装置３６ａに人力され、
ガイドベーン３７ａは閉操作される。１：述と逆の場合
には、！−述と逆の方向にガイドベーンは開閉操作され
る。

前述の各状態値が許容値内である時は、比較演算装置３
１からの出力信号が他方の比較演算装置３５に人力され
、入出力相対差と目標値との比較を行い、目標値を越え
ている場合は目標値内に入るように水車運転機３６ａの
ガイドベーンを開閉操作する。すなわち、電力系統２１
の電力需給状況が変ったことを人力検出装置２３ｂおよ
び出力検出装置２３ａが検出すると合わせ部３４で正負
の符号を付した入出力相対差と許容値の比較がなされ、
比較演算装置３５から最適なガイドベーン開度の指令値
が出力されてガイドベーンが開閉操作され、水車発電運
転機の出力が調整され、電力＝給状況は緩和される。

以上の運転方法により、水力機械の振動、水温変動、水
温または分岐管壁温等の状態値が許容値を越える場合、
この状態値を許容値内に入れるよう水を運転機を制御し
、この状態値が許容値内のときは、入出力相対差を許容
値内に入れるよう制御するため分岐水路揚水発電所は常
に安定した条件ドで運転され、異常な振動等もなく分岐
水路揚水発電所の機能をいかんなく発揮できる。

第２図は本発明方法の他の実施例を示す制御ブロック図
である。温度あるいは振動の状態値は信号変換装置３０
を経た後、合わせ部４０において温度あるいは振幅設定
装置４１ａ、４１ｂの出力に加算され、また、合わせ部
２つの出力は合わせ部４２において水用変動設定装置４
３の出力に加算されて関数発生器４４に人力される。ま
た、合わせ部３４の出力は合わせ部４５において入出力
相対差設定装置４６からの信号を加算され、その相対差
に対応−する信号に正負の符号をつけて関数発生器４７
に人力するもので、関数発生器４４゜４７からは最適な
ガイドベーン開閉指令が出力され、ガイドベーンが開閉
操作される。なお、記述外の実施例の構成、作用、効果
は第１図の場合と同様である。

【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中等が
接続された分岐水路発電所において、一部のポンプ水中
等がポンプ揚水運転を行い、他のポンプ水車等が水車発
電運転を同時に並行して行っても、分岐管部の温度や水
圧変動あるいは振動の状態値が許容値内となるよう水車
発電運転機のガイドベーンを最適開度に開閉制御し、ま
た、上記状態値が許容値内の時は入出力相対差が許容値
内となるよう水車発電運転機のガイドベーンを最適開度
に制御するようにしたので、水力機械、管路自体の破損
等の危険もなく、また電力系統の動揺も少なく、安定し
た運転を実施することができる。

また、発電所Ｉｌｌ独にて電力系統の動揺を少なく抑え
ることができるため、電力系統の中央制御所の出力設定
装置の設定値を修正する必要もない。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図はそれぞれ本発明方法の実施例を示す制
御ブロック図、第３図は本発明ガ（適用される分岐水路
揚水発電所の構成例を示す模式図、第４図は従来あ制御
方法を示すブロック図である。 １１　・・・上池、１２　・１条管路、１３ａ、１３ｂ
。 １６ａ、１６ｂ・・・分岐管、１４ａ、１４ｂ−・・ポ
ンプ水車、１５ａ、１５ｂ・・・発電電動機、１７・・
・放水路、１８・・・下池、１９ａ、１９ｂ・・・水圧
検出装置、２０ａ、２０ｂ・・・温度および振幅検出装
置、２３ａ、２３ｂ・・・電力検出器、２４．２５・・
・水位測定装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水路が上池から１本の水圧鉄管で導かれ、途中で分
   岐して複数のポンプ水車または水車およびポンプ（以下
   、ポンプ水車等という。）に接続されている分岐水路揚
   水発電所において、一部のポンプ水車等を揚水運転する
   と同時に他のポンプ水車等を発電運転する場合、ポンプ
   揚水運転機が系統から受電する電力と、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とと
   もに、分岐管の温度、水圧変動あるいは振動の状態値を
   検出して前記水車発電運転機のガイドベーン制御装置に
   伝え、前記状態値が予め定めた許容値を上まわるもので
   あるときはこの許容値以内になるよう前記状態値に応じ
   て前記水車発電運転機のガイドベーン開度の対応制御を
   行い、前記状態値が前記許容値以内のものであるときは
   前記入出力相対差が予め定めた目標値になるよう前記入
   出力相対差に応じて前記水車ガイドベーン開度の対応制
   御を行うことを特徴とする分岐水路揚水発電所のポンプ
   定常運転制御方法。 ２、分岐管の温度、水圧変動あるいは振動の状態値が前
   記許容値を上まわるものであるときは前記許容値以内の
   ものになるよう前記状態値と前記許容値の相対差からな
   る制御信号を介して水車発電運転機のガイドベーン開度
   の対応制御を行い、前記状態値が前記許容値以内のもの
   であるときは入出力相対差が前記目標値になるよう前記
   入出力相対差と目標値の相対差からなる制御信号を介し
   て前記水車発電運転機のガイドベーン開度の対応制御を
   行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の分岐
   水路揚水発電所のポンプ定常運転制御方法。