(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水車及び発電機を有する水車発電機を制御するための制御部を備える水車発電機の制御装置において、
水車発電機は、水車に流入する水の流量に対応する第１の効率曲線を示す第１の水車発電機と、第１の効率曲線とは異なる第２の効率曲線を示す第２の水車発電機とを備え、
第１の水車発電機における水の最大流量と第２の水車発電機における水の最大流量とが同一に設定されており、
制御部は、水の総流量に対して、第１の水車発電機の水の流量と第２の水車発電機の水の流量とを配分する流量配分テーブルに基づいて、第１の水車発電機及び第２の水車発電機の水の流量の制御を行うように構成され、
流量配分テーブルは、前記第１の効率曲線と前記第２の効率曲線とに基づいて設定されてなることを特徴とする水車発電機の制御装置。
【請求項２】
河川からの水を一時的に貯える上水槽からの水によって発電を行う流込式の水力発電システムに使用される水車発電機の制御装置であって、
前記上水槽には、その水位を検出するための水位検出器が設けられ、
前記制御部は、水位検出器によって検出される上水槽の水位の値が一定になるように調節すべく、前記流量配分テーブルに基づいて、第１の水車発電機の水の流量を一定に制御するとともに、第２の水車発電機の水の流量を調節するように構成されてなる請求項１に記載の水車発電機の制御装置。
【請求項３】
前記第１の水車発電機には、その発電電力を検出する電力検出器が接続され、第２の水車発電機には、その発電電力を検出する電力検出器が接続され、
前記制御部は、第１の水車発電機の発電電力に基づいて第１の水車発電機の水の流量を換算する換算テーブルを有する請求項１又は２に記載の水車発電機の制御装置。
【請求項４】
前記第１の水車発電機には、その発電電力を検出する電力検出器が接続され、第２の水車発電機には、その発電電力を検出する電力検出器が接続され、
前記制御部は、第２の水車発電機の発電電力に基づいて第２の水車発電機の水の流量を換算する換算テーブルを有する請求項１から３のいずれか１項に記載の水車発電機の制御装置。
【請求項５】
第１の水車発電機と、第２の水車発電機と、これらの水車発電機に接続されるとともにその発電電力を検出する電力検出器と、請求項１、３、４のいずれか１項に記載の水車発電機の制御装置と、を備えることを特徴とする水力発電システム。
【請求項６】
第１の水車発電機と、第２の水車発電機と、これらの水車発電機に接続されるとともにその発電電力を検出する電力検出器と、上水槽と、上水槽の水位を検出する水位検出器と、上水槽の水を下方に導く水圧管と、この水圧管に接続される請求項２に記載の水車発電機の制御装置とを備えることを特徴とする水力発電システム。
【請求項７】
水車及び発電機を有する水車発電機を制御するための制御部を備える水車発電機の制御方法において、
水車発電機は、水車に流入する水の流量に対応する第１の効率曲線を示す第１の水車発電機と、第１の効率曲線とは異なる第２の効率曲線を示す第２の水車発電機とを備え、
第１の水車発電機における水の最大流量と第２の水車発電機における水の最大流量とが同一に設定されており、
制御部は、水の総流量に対して、第１の水車発電機の水の流量と第２の水車発電機の水の流量とを配分する流量配分テーブルに基づいて第１の水車発電機及び第２の水車発電機の水の流量の制御を行い、
流量配分テーブルは、前記第１の効率曲線と前記第２の効率曲線とに基づいて設定されることを特徴とする水車発電機の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば水力発電システムで使用される水車発電機の制御装置及び制御方法、並びにこの制御装置を備える水力発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、従来の水力発電所（水力発電システム）には、ダム式や、河川の水を利用する流込式のものがある。これらは、ダムの放水口又は河川の水を溜める上水槽からの水を水車発電機の水車に導き、水車に接続される発電機を駆動させて所望の発電を行うものである。このような水力発電所では、複数（例えば２台）の水車発電機を使用して、使用可能な水の流量に応じた発電が行われる（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
例えば２台の水車発電機を使用して発電を行う場合において、水の流量が少ないときには、１台の水車発電機による発電が行われる。そして、１台の水車発電機の容量を超える水の流量で発電を行う場合には、２台の水車発電機の同時運転による発電に切り替えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−７５３９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、水車発電機の発電効率は、使用される水の流量によって変化する。これは、水の流量に対する効率曲線として表される。通常，複数の水車発電機は，この効率曲線が同じものが設置されており，1台または2台運転時の低負荷における低効率領域では水のエネルギーを効率よく電力に変換できない。より具体的には、水車発電機の効率特性上，低負荷領域では効率が低いので，1台での低負運転時と2台運転移行時(各機の低負荷時)は効率の低い点で負荷を分担することになり，特にこの低効率領域での運転割合が年間を通じて多い場合，年間発電電力量が伸びず水資源の有効活用がされないことになる。
【０００６】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、効率曲線の異なる複数の水車発電機を使用するとともに、最適な効率を選択して運転することが可能な水車発電機の制御装置及び制御方法、並びにこれらを用いた水力発電システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するためのものであって、水車及び発電機を有する水車発電機を制御するための制御部を備える水車発電機の制御装置において、水車発電機が、水車に流入する水の流量に対応する第１の効率曲線を示す第１の水車発電機と、第１の効率曲線とは異なる第２の効率曲線を示す第２の水車発電機とを備え、第１の水車発電機における水の最大流量と第２の水車発電機における水の最大流量とが同一に設定されており、制御部が、水の総流量に対して、第１の水車発電機の水の流量と第２の水車発電機の水の流量とを配分する流量配分テーブルに基づいて、第１の水車発電機及び第２の水車発電機の水の流量の制御を行うように構成され、流量配分テーブルが、前記第１の効率曲線と前記第２の効率曲線とに基づいて設定されてなることを特徴とする。
【０００８】
かかる構成によれば、流量配分テーブルに、予め最適な効率を実現する流量配分を定めておくことで、制御装置は、第１の水車発電機と第２の水車発電機とを常に最適な効率で運転制御することが可能になる。
【０００９】
また、本発明は、河川からの水を一時的に貯える上水槽からの水によって発電を行う流込式の水力発電システムに使用される水車発電機の制御装置であって、前記上水槽には、その水位を検出するための水位検出器が設けられ、前記制御部は、水位検出器によって検出される上水槽の水位の値が一定になるように調節すべく、前記流量配分テーブルに基づいて、第１の水車発電機の水の流量を一定に制御するとともに、第２の水車発電機の水の流量を調節するように構成されることが望ましい。
【００１０】
かかる構成によれば、いわゆる水調制御を行うことで、特に、流込式の水力発電システムにおいても、制御装置は、第１の水車発電機と第２の水車発電機とを常に最適な効率で運転制御することが可能になる。
【００１１】
また、本発明は、前記第１の水車発電機に、その発電電力を検出する電力検出器が接続され、第２の水車発電機には、その発電電力を検出する電力検出器が接続され、前記制御部が、第１の水車発電機の発電電力に基づいて第１の水車発電機の水の流量を換算する換算テーブルを有する構成を採用できる。
【００１２】
かかる構成によれば、第１の水車発電機に流量計等を設けることなく、この第１の水車発電機の水の流量を測定できるようになる。これによって、制御装置は、その制御を簡素化して効率の良い発電を実現できる。
【００１３】
また、本発明は、前記第１の水車発電機には、その発電電力を検出する電力検出器が接続され、第２の水車発電機には、その発電電力を検出する電力検出器が接続され、前記制御部は、第２の水車発電機の発電電力に基づいて第２の水車発電機の水の流量を換算する換算テーブルを有する構成を採用できる。
【００１４】
かかる構成によれば、第２の水車発電機に流量計等を設けることなく、この第２の水車発電機の水の流量を測定できるようになる。これによって制御装置は、その制御を簡素化して効率の良い発電を実現できる。
【００１５】
また、本発明にかかる水力発電システムは、第１の水車発電機と、第２の水車発電機と、これらの水車発電機に接続されるとともにその発電電力を検出する電力検出器と、上記いずれかの水車発電機の制御装置と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
かかる構成によれば、流量配分テーブルに、予め最適な効率を実現する流量配分を定めておくことで、水力発電システムは、第１の水車発電機と第２の水車発電機とを常に最適な効率で運転制御することが可能になる。
【００１７】
また、本発明に係る水力発電システムは、第１の水車発電機と、第２の水車発電機と、これらの水車発電機に接続されるとともにその発電電力を検出する電力検出器と、上水槽と、上水槽の水位を検出する水位検出器と、上水槽の水を下方に導く水圧管と、この水圧管に接続される流込式の発電システム用の前記水車発電機の制御装置とを有することを特徴とする。
【００１８】
かかる構成によれば、制御装置が、流量配分テーブルに、予め最適な効率を実現する流量配分を定めておくことで、水力発電システムは、第１の水車発電機と第２の水車発電機とを常に最適な効率で運転制御することが可能になる。
【００１９】
また、本発明は、水車及び発電機を有する水車発電機を制御するための制御部を備える水車発電機の制御方法において、水車発電機が、水車に流入する水の流量に対応する第１の効率曲線を示す第１の水車発電機と、第１の効率曲線とは異なる第２の効率曲線を示す第２の水車発電機とを備え、第１の水車発電機における水の最大流量と第２の水車発電機における水の最大流量とが同一に設定されており、制御部が、水の総流量に対して、第１の水車発電機の水の流量と第２の水車発電機の水の流量とを配分する流量配分テーブルに基づいて第１の水車発電機及び第２の水車発電機の水の流量の制御を行い、流量配分テーブルが、前記第１の効率曲線と前記第２の効率曲線とに基づいて設定されることを特徴とする。
【００２０】
かかる構成によれば、制御装置が、流量配分テーブルに、予め最適な効率を実現する流量配分を定めておくことで、第１の水車発電機と第２の水車発電機とを常に最適な効率で運転制御することが可能になる。
【発明の効果】
【００２１】
以上の如く、本発明によれば、効率曲線の異なる複数の水車発電機を使用して発電を行う場合に最適な効率を選択して水車発電機を運転することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による水力発電システムの概略構成図である。
【図２】水車の概略断面図である。
【図３】制御装置の概略構成図である。
【図４】水車発電機における水の流量に対する水車効率、総合効率、発電機効率、有効落差及び発電機出力との関係を示す図である。
【図５】水車発電機における水の流量に対する総合効率及び発電機出力の関係を示すグラフである。
【図６】水車発電機の出力、流量、総合効率の関係を示す図である。
【図７】（ａ）は、第１の水車発電機の出力、流量、総合効率の関係を示すグラフであり、（ｂ）は、第２の水車発電機の出力、流量、総合効率の関係を示すグラフである。
【図８】第１の水車発電機と第２の水車発電機の水の流量の配分を示す流量配分テーブルである。
【図９】本発明による水車発電機の制御方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら説明する。図１〜図７は、本発明に係る水車発電機の制御装置及び制御方法を使用する水力発電システム（水力発電所）の一実施形態を示す。なお、この実施形態では、流込式の水力発電システムを例示する。
【００２４】
図１に示すように、水力発電システム１は、河川の水を一時的に貯える上水槽２と、この上水槽２からの水を導く水圧管３に接続されるとともに水車及び発電機により構成される水車発電機４と、この水車発電機４を制御する制御装置５とによって主構成される。
【００２５】
上水槽２には、その水位を検出するための水位検出器６が設けられている。この水位検出器６は、制御装置５に接続されている。この水位検出器６は、発電により変動する上水槽２の水位の変化を検出して、これに係る信号を制御装置５に送信するためのものである。この水位検出器６と制御装置５との間には、水位検出器６から送信される水位に関する信号をアナログ信号に変換する変換器（以下「水位変換器」という）７が設けられている（図３参照）。この水位変換器７は、変換したアナログ信号を制御装置５に送信するように構成される。
【００２６】
水車発電機４は、その水の流用に対して所定の効率曲線（図５参照）を有する第１の水車発電機（１号発電機）４ａと、第２の水車発電機（２号発電機）４ｂの２台により構成される。各水車発電機４（４ａ，４ｂ）は、制御装置５に接続されている。各水車発電機４（４ａ，４ｂ）と制御装置５との間には、各水車発電機４（４ａ，４ｂ）の発電電力（発電機出力）を検出するための検出器（以下「電力検出器」という）８が設けられている。この電力検出器８は、図１に示すように、各水車発電機４（４ａ，４ｂ）の発電により生じた電圧を検出する計器用変圧器（電圧センサ）ＰＴと、同じく発電により生じた電流を検出する計器用変流器（電流センサ）ＣＴと、これらに接続される出力変換器８ａ，８ｂとを備える。出力変換器８ａ，８ｂは、計器用変圧器ＰＴによって検出された電圧に関する信号と、計器用変流器ＣＴによって検出された電流に係る信号に基づいて、各水車発電機４（４ａ，４ｂ）の発電電力（発電機出力）を演算し、その情報をアナログ信号として制御装置５に送信するように構成される。
【００２７】
水車発電機４の水車としては、例えば、フランシス水車が使用される。図２に示すように、このフランシス水車１０は、水を受けて回転するランナ（羽根車）１１と、ランナ１１への水の流量を調節するためのガイドベーン（流量調節部）１２と、これらを覆うケーシング１３等を備える。
【００２８】
このフランシス水車１０には発電機（図示せず）が直結され、ランナ１１の回転に応じて発電機が発電を行うようになっている。ガイドベーン１２は、例えば油圧式の駆動制御装置（図示せず）によって駆動されることで、その開度が調節され、これによってランナ１１への水の流量を調節できるように構成される。このガイドベーン１２と制御装置５との間には、ガイドベーン１２の開度に関する信号をアナログ信号に変換する変換器（以下「開度変換器」という）１４が設けられている。この開度変換器１４は、変換したアナログ信号を制御装置５に送信するように構成される。
【００２９】
図３に示すように、制御装置５は、水位変換器７、出力変換器８ａ，８ｂ、及び開度変換器１４からの信号が入力される入力部２１と、各種演算及び各種制御を行う制御部２２と、制御部２２から発せられる制御信号を各種機器に送信するための出力部２３と、所定のデータを記憶する記憶部２４とを備える。
【００３０】
入力部２１は、水位変換器７、出力変換器８ａ，８ｂ及び開度変換器１４から送信されるアナログ信号を受信するとともに、これをデジタル信号に変換して制御部２２に送信するように構成される。
【００３１】
制御部２２は、入力部２１から送信される水位変換器７からの情報及び開度変換器１４から送信される情報、及び出力変換器８ａ，８ｂから送信される情報に基づいて、各水車発電機４（４ａ，４ｂ）の運転の制御を行うことができる。制御部２２は、ＣＰＵ等の演算部を有しており、出力変換器８ａ，８ｂから送信される情報から各水車発電機４（４ａ，４ｂ）の水車に流入する水の流量を算出できる。
【００３２】
出力部２３は、制御部２２からの制御信号を、例えば各水車発電機４（４ａ，４ｂ）のガイドベーン１２の駆動制御装置等に送信する。
【００３３】
記憶部２４は、ハードディスク、ＲＡＭ、ＲＯＭその他の種々の記憶媒体を含む。この記憶部２４は、水車発電機４を制御するために必要な種々のデータを記憶している。例えば、記憶部２４は、水の流量に対する各水車発電機４（４ａ，４ｂ）の効率（効率曲線）に関するデータ、各水車発電機４（４ａ，４ｂ）の水の流量と発電電力（発電機出力）との関係を示すデータ、及び発電に使用する水の総流量（以下「使用水量」という）を第１の水車発電機４ａと第２の水車発電機４ｂとの配分するためのデータ等を記憶している。
【００３４】
図４は、各水車発電機４（４ａ，４ｂ）の水の流量Ｑ１，Ｑ２（ｍ3／ｓ）に対する水車効率ηｗｔ１，ηｗｔ２（％）、有効落差Ｈ１，Ｈ２、水車出力ＰＷｔ１，ＰＷｔ２（ＭＷ）、発電機効率ηｇ１，ηｇ２（％）、総合効率η１，η２、及び発電機出力Ｐｇ１，Ｐｇ２（ＭＷ）の関係を示す表（以下「第１基本テーブル」という）である。この第１基本テーブルは、第１の水車発電機４ａ、第２の水車発電機４ｂを個別に運転して、必要な値を計測し、又は設計値に基づいて演算を行うことによって作成される。例えば、総合効率ηは、η＝ηｗｔ×ηｇの計算式により求められ、発電機出力Ｐｇは、Ｐｇ＝９．８×Ｑ×ηの計算式により求められる。この第１基本テーブルは、制御装置５の記憶部２４に記憶されている。
【００３５】
なお、これらのデータは、所定の有効落差、最大使用水量２０．０ｍ3／ｓ、第１の水車発電機４ａの水の最大流量１０．０ｍ3／ｓ、第２の水車発電機４ｂの水の最大流量１０．０ｍ3／ｓ、認可出力１５５００ｋＷ、第１の水車発電機４ａの最大定格出力７９００ｋＷ、第２の水車発電機４ｂの最大定格出力７６００ｋＷの元で求められる。
【００３６】
また、第１の水車発電機４ａは、水の流量が３０％未満のとき、すなわち、第１の水車発電機４ａの水の流量が３．０ｍ3／ｓの場合に、その運転が行われないように設定されている。他方、第２の水車発電機４ｂは、水の流量が４０％未満のとき、すなわち、第２の水車発電機４ｂの水の流量が４．０ｍ3／ｓの場合に、その運転が行われないように設定されている。但し、各水車発電機４（４ａ，４ｂ）の性能を正確に把握するために、第１基本テーブルには、水の流量が３．０ｍ3／ｓ未満、４．０ｍ3／ｓ未満の場合における各水車発電機４（４ａ，４ｂ）のデータが含まれている。
【００３７】
図５は、第１基本テーブルのデータに基づいて作成されるグラフである。このように、制御装置５は、第１基本テーブルのデータから所定のデータを抽出して、グラフを作成することができる。また、制御装置５（制御部２２）は、第１基本テーブルのデータをグラフ化するとともに、水の流量に対する効率（水車効率）や水の流量に対する発電機出力の関係を演算によって近似式として求めることができ、これを近似曲線として作図することもできる。
【００３８】
より具体的には、図５には、第１の水車発電機４ａについて、水の流量（Ｑ１）に対する総合効率（η１）に関する近似曲線（以下「第１の効率曲線」という）や発電機出力（Ｐｇ１）に関する近似曲線が表示されている。また、図５には、第２の水車発電機４ｂについて、水の流量（Ｑ２）に対する総合効率（η２）に関する近似曲線（以下「第２の効率曲線」という）や発電機出力（Ｐｇ２）に関する近似曲線が表示されている。第１の効率曲線と第２の効率曲線は、完全に一致せずに異なっており、水の流量に対する最小効率や最大効率も異なる。
【００３９】
図６は、各水車発電機４（４ａ，４ｂ）の発電機出力Ｐｇ１，Ｐｇ２（ＭＷ）に対する水の流量Ｑ１，Ｑ２（ｍ3／ｓ）、及び総合効率η１，η２（％）の関係を示す表（以下「第２基本テーブル」という）である。この第２基本テーブルは、第１の水車発電機４ａ、第２の水車発電機４ｂを個別に運転して、必要な値を計測し、又は設計値に基づいて演算を行うことによって作成される。この第２基本テーブルは、制御装置５の記憶部２４に記憶されている。
【００４０】
図７は、第２基本テーブルのデータに基づいて作成されるグラフである。このように、制御装置５は、第２基本テーブルのデータから所定のデータを抽出して、グラフを作成することができる。また、制御装置５（制御部２２）は、第２基本テーブルのデータをグラフ化するとともに、発電機出力に対する水の流量及び効率の関係を演算によって近似式として求めることができ、これを近似曲線として作図することもできる。
【００４１】
より具体的には、図７（ａ）には、第１の水車発電機４ａについて、発電機出力（Ｐｇ１）に対する水の流量（Ｑ１）に関する近似曲線や総合効率（η１）の近似曲線が表示されている。また、図７（ｂ）には、第２の水車発電機４ｂについて、発電機出力（Ｐｇ２）に対する水の流量（Ｑ２）に関する近似曲線や総合効率（η２）の近似曲線が表示されている。
【００４２】
制御装置５の記憶部２４には、さらに、第１の水車発電機４ａ、第２の水車発電機４ｂを使用して発電を行う場合に、その効率が最適となるように、発電に使用される水の使用水量を、第１の水車発電機４ａの水の流量と、第２の水車発電機４ｂの水の流量とに最適に配分する配分表（以下「流量配分テーブル」という）が記憶されている。
【００４３】
流量配分テーブルは、図８に示すように、発電の際に使用される水の使用水量（Ｑ０）が１．０〜２０．０ｍ3／ｓまでの範囲で、１．０ｍ3／ｓ毎に区分され、各区分において、第１の水車発電機４ａと第２の水車発電機４ｂの水の最適な流量配分（Ｑ１，Ｑ２）が設定されている。なお、この区分は、１．０ｍ3／ｓ毎の区分に限らず、例えば、０．５ｍ3／ｓ毎というように、さらに細かく区分されてもよい。
【００４４】
また、この流量配分は、基本テーブルによって求められる第１の効率曲線及び第２の効率曲線を参照しながら、事前に第１の水車発電機４ａと第２の水車発電機４ｂの運転を行い、各流量の区分に応じた最適な値として決定される。このように事前に求めた最適な流量配分によって流量配分テーブルが作成されている。また、この流量配分テーブルには、使用水量の各区分において設定される流量配分によって、各水車発電機４（４ａ，４ｂ）で発電される発電機出力（Ｐｇ１，Ｐｇ２）も含まれている。
【００４５】
なお、流量配分テーブルにおいて、各水車発電機４（４ａ，４ｂ）の配分が「０．０」と表示されているのは、その水車発電機４が運転されないことを意味する。例えば、使用水量Ｑ０が２．０ｍ3／ｓ未満の場合には、第１の水車発電機４ａと第２の水車発電機４ｂの流量配分Ｑ１，Ｑ２は、いずれも「０．０」であるので、２台とも発電されない。また、例えば、使用水量Ｑ０が３．０ｍ3／ｓの場合には、第１の水車発電機４ａの流量配分Ｑ１が「３．０」であり、第２の水車発電機４ｂの流量配分Ｑ２は、「０．０」であるので、第１の水車発電機４ａのみで発電を行い、第２の水車発電機４ｂでは発電を行わない。
【００４６】
以下、水力発電機の制御方法について、図８，図９を参照しながら説明する。
【００４７】
水力発電システム１は、図８に示すように、流量配分テーブルに従って、使用水量（Ｑ０）が少ないとき（例えば２．０ｍ3／ｓ未満）には発電を行わない。また、水力発電システム１は、使用水量が３．０ｍ3／ｓ以上８．０ｍ3／ｓ未満の場合には、第１の水車発電機４ａのみで発電を行う。さらに、水力発電システム１は、使用水量が８．０ｍ3／ｓ以上１０．０ｍ3／ｓ未満の場合には、第２の水車発電機４ｂのみで発電を行う。さらに、この水力発電システム１は、使用水量が１０．０ｍ3／ｓ以上になると、第１の水車発電機４ａと第２の水車発電機４ｂの２台で発電を行う。
【００４８】
上記の流量配分テーブルを使用する本実施形態に係る水車発電機４の制御方法では、図９に示すように、制御部２２が、第１の水車発電機４ａによる発電を行うことができる使用水量であるかどうかを判断する（ステップ１）。例えば、使用水量が第１の水車発電機４ａの水の流量３０％（３．０ｍ3／ｓ）以上である場合（ステップ１においてＹｅｓ）には、制御部２２は、第１の水車発電機４ａを起動させる（ステップ２）。なお、この使用水量に達していない場合（ステップ１においてＮｏ）には、制御部２２は、このステップ１の判断を繰り返し行う。
【００４９】
さらに、制御部２２は、第１の水車発電機４ａのみによる発電において、いわゆる水調制御を行う（ステップ２）。水調制御とは、上水槽２の水位に関する情報を一定に維持すべく、この水位に関する情報を制御部２２が監視しつつ、常時水車発電機４の発電機出力を増減制御することにより、流入する水の量と発電機出力とをバランスさせて運転する制御をいう。より具体的には、制御部２２は、第１の水車発電機４ａのガイドベーン１２の駆動制御装置に、駆動制御信号を送信してガイドベーン１２の開度を調節するとともに、水位検出器６から送信される水位に関する情報を監視し、この水位が一定になるまで、ガイドベーン１２を駆動する。
【００５０】
制御部２２は、第１の水車発電機４ａの水調制御を行いながら、この第１の水車発電機４ａに発電させるとともに、使用水量の変化を監視する。さらに、制御部２２は、流量配分テーブルに従って、第２の水車発電機４ｂのみの運転を行うかどうかの判断を行う（ステップ３）。例えば、使用水量が８０％（８．０ｍ3／ｓ）以上になった場合（ステップ３においてＹｅｓ）には、第２の水車発電機４ｂを起動させるとともに、第１の水車発電機４ａを停止させる（ステップ４）。制御部２２は、使用水量が上記の値に到達していない場合（ステップ３においてＮｏ）には、第１の水車発電機４ａの水の流量が３０％（３．０ｍ3／ｓ）未満となっているかどうかを判断する（ステップ５）。制御部２２は、第１の水車発電機４ａの水の流量が３０％（３．０ｍ3／ｓ）未満になっている場合（ステップ５においてＹｅｓ）には、第１の水車発電機４ａを停止させる（ステップ６）とともに、ステップ１の判断を行う。また、制御部２２は、第１の水車発電機４ａの流量が３０％（３．０ｍ3／ｓ）以上である場合（ステップ５においてＮｏ）には、ステップ３に戻って、その判断を行う。
【００５１】
ステップ４において第２の水車発電機４ｂのみでの運転を制御する制御部２２は、さらに、前述の第１の水車発電機４ａにおける水調制御と同様に、この第２の水車発電機４ｂの水調制御を行う。
【００５２】
さらに、第２の水車発電機４ｂのみでの運転を制御する制御部２２は、この第２の水車発電機４ｂの水の流量が、例えば７５％（７．５ｍ3／ｓ）以下であるかどうかを判断する（ステップ７）。第２の水車発電機４ｂの水の流量が７５％（７．５ｍ3／ｓ）以下である場合（ステップ７においてＹｅｓ）には、制御部２２は、停止させていた第１の水車発電機４ａを起動するとともに、第２の水車発電機４ｂを停止させる（ステップ８）。この場合、制御部２２は、前述のステップ５の判断を行う。
【００５３】
第２の水車発電機４ｂの水の流量が７５％（７．５ｍ3／ｓ）以下でない場合（ステップ７においてＮｏ）には、制御部２２は、さらに、第２の水車発電機４ｂの水の流量が９５％（９．５ｍ3／ｓ）以上であるかどうかを判断する（ステップ９）。
【００５４】
第２の水車発電機４ｂの水の流量が９５％（９．５ｍ3／ｓ）以上である場合（ステップ９においてＹｅｓ）には、制御部２２は、第１の水車発電機４ａと第２の水車発電機４ｂの２台運転の制御を行う。また、第２の水車発電機４ｂの水の流量が９５％以上でない場合（ステップ９においてＮｏ）には、制御部２２は、ステップ７の判断を行う。
【００５５】
第１の水車発電機４ａと第２の水車発電機４ｂの２台の運転の場合において、流量配分テーブルで設定される最適な流量配分である使用水量１０．０ｍ3／ｓに対して、第１の水車発電機４ａの水の流量３．０ｍ3／ｓ、第２の水車発電機４ｂの水の流量７．０ｍ3／ｓの運転に移行することになる。しかしながら、この状態に到達するまでに時間がかかることから、制御部２２は、事前の初期配分として、使用水量９．５ｍ3／ｓ、第１の水車発電機４ａの水の流量３．０ｍ3／ｓ、第２の水車発電機４ｂの水の流量６．５ｍ3／ｓの流量配分に設定し、２台の水車発電機４ａ，４ｂによる発電を開始させる（ステップ１０）。このとき、制御部２２は、第１の水車発電機４ａを設定流量（３．０ｍ3／ｓ）で維持するとともに、第２の水車発電機４ｂを介して水調制御を行う。
【００５６】
その後、制御部２２は、流量配分テーブルに設定される最適な流量配分に応じて、第１の水車発電機４ａと第２の水車発電機４ｂの２台の運転制御を行う（ステップ１１）。この制御の際、例えば、第１の水車発電機４ａの水の流量を流量配分テーブルで設定される値に維持（固定）しながら、第２の水車発電機４ｂを介して水調制御を行うことが望ましい。
【００５７】
制御部２２は、このような２台の水車発電機４ａ，４ｂの制御を行いながら、第２の水車発電機４ｂの水の流量が９０％（９．０ｍ3／ｓ）以下であるかどうかの判断を行う（ステップ１２）。第２の水車発電機４ｂの水の流量が９０％（９．０ｍ3／ｓ）以下である場合（ステップ１２においてＹｅｓ）には、制御部２２は、第１の水車発電機４ａを停止させるとともに、第２の水車発電機４ｂのみの運転制御を行うとともに、この第２の水車発電機４ｂを介して水調制御を行う（ステップ１３）。さらに、制御部２２は、この制御を行うとともに、ステップ７の判断を行う。
【００５８】
第２の水車発電機４ｂの水の流量が９０％（９．０ｍ3／ｓ）以下でない場合（ステップ１２においてＮｏ）には、制御部２２は、ステップ１１の２台の水車発電機４ａ，４ｂの運転を、フィードバック制御にて引き続き行うことになる。
【００５９】
なお、上記のような発電を行うにあたり、制御部２２は、第２基本テーブル及びこの第２基本テーブルに基づいて求められる、発電機出力に対する各水車発電機４（４ａ，４ｂ）の水の流量の関係を示す近似式を利用することによって、各電力検出器８によって計測される各水車発電機４（４ａ，４ｂ）の発電機出力の値から、各水車発電機４（４ａ，４ｂ）の水の流量を求め、この流量に基づいて各水車発電機４（４ａ，４ｂ）の制御を行うことができる。すなわち、この第２基本テーブルは、各水車発電機４（４ａ，４ｂ）の発電機出力の値を、各水車発電機４（４ａ，４ｂ）の水の流量に換算する換算テーブルとして機能する。
【００６０】
以上説明した本発明に係る水車発電機４の制御装置５及び制御方法並びに水力発電システム１によれば、流量配分テーブルに、予め最適な効率を実現する流量配分を定めておくことで、制御装置５は、第１の水車発電機４ａと第２の水車発電機４ｂとを常に最適な効率で運転制御することが可能になる。これによって、この制御装置５を採用する水力発電システム１は、例えば年間の発電電力量を可及的に増大させることが可能になり、この点において特に有用なものとなる。
【００６１】
第２基本テーブルを上述のような換算テーブルとして利用することにより、制御装置５は、第１の水車発電機４ａに流量計等の機器を設けることなく、この第１の水車発電機４ａの水の流量を測定できるようになる。これにより、制御装置５は、その制御を簡素化して効率の良い発電を実現できる。
【００６２】
なお、本発明は上記の実施形態に限らず、種々の変更・変形が可能である。
【００６３】
例えば、上記の実施形態では、流込式の水力発電システム１を例示して説明したが、これに限らず、ダム式等の水力発電システムにも適用可能である。
【００６４】
また、上記の実施形態では、第１の水車発電機４ａと第２の水車発電機４ｂの２台を制御する制御装置５を例示したが、水車発電機の台数は２台に限定されず、３台以上の複数の水車発電機に対する制御が可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１…水力発電システム、２…上水槽、３…水圧管、４…水車発電機、４ａ…第１の水車発電機、４ｂ…第２の水車発電機、５…制御装置、６…水位検出器、７…水位変換器、８…電力検出器、８ａ，８ｂ…出力変換器、１０…フランシス水車、１１…ランナ、１２…ガイドベーン、１３…ケーシング、１４…開度変換器、２１…入力部、２２…制御部、２３…出力部、２４…記憶部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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