(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御所の計算機からの流量指令信号と予め記憶された取水口のゲート開度と流入量との関係を定める特性とに基づいて算出されたゲート開度目標値信号にゲート開度信号が追従するように取水口のゲート開度を制御する一方、このゲート開度制御された水が取水口から導水路を経て水槽へ流入し、この水槽から流出する水によってガイドーベンを介して水車に連結する水車発電機を回転させ発電出力させる水車発電機を制御する水車発電機の制御装置において、前記取水口に水位を検出する水位計の取水口水位検出信号と前記ゲート開度信号と予め記憶された取水口水位検出信号に対応したゲート開度と流入量特性とから取水口流入量信号を算出し、この信号に無駄時間を施すと共に、予め記憶された流量と実出力との特性とから運転可能出力値信号を算出して出力する運転可能出力値生成部と、
出力指令信号が増加方向のとき、前記運転可能出力値信号を上限制限値とすると共に、前記出力指令信号が減少方向のとき前記運転可能出力値信号を下限制限値として制限された前記出力指令信号を実使用指令値信号として出力する出力指令値制限処理部と、
実出力信号が前記実使用指令値信号に追従するように制御信号をガバナへ出力する制御部とを備えることを特徴とする水車発電機の制御装置。
【請求項２】
前記運転可能出力値生成部は、前記取水口水位検出信号と前記ゲート開度信号と予め記憶された取水口水位検出信号に対応したゲート開度と流入量との特性とから取水口流入量信号を算出する流量特性算出手段と、
前記取水口流入量信号に所定の無駄時間を施す処理をして水槽流入量信号を出力する無駄時間処理手段と、
前記水槽流入量信号と予め記憶された流量と実出力との特性とから運転可能出力値信号を出力する出力特性処理手段を設け、
前記出力指令値制限処理部は、増方向の出力指令信号を検出して増方向信号を出力する増方向検出手段と、
減方向のとき減方向信号を出力する減方向検出手段と、
前記増方向信号がＯＮのとき指令値増モード信号をＳＥＴし、減方向検出手段がＯＮのときＲＥＳＥＴするホールド手段と、
出力指令信号を運転可能出力値信号以下に制限する上限リミッタ手段と出力指令信号を運転可能値以上に制限する下限リミッタ手段と、
指令値増モード信号がＯＮのとき上限リミッタ手段からの信号を選択し、指令値増モード信号がＯＦＦのとき下限リミッタ手段の信号を選択するように切替え実使用指令値信号を出力する切替手段とを設け、
前記制御部は、実出力信号と実使用指令値信号との偏差信号を算出する偏差算出手段と、
前記偏差信号に対して所定巾の不感帯を設定する不感帯設定手段と、
この不感帯設定手段からの信号に所定のゲインを施して得られる前記制御信号を出力するゲイン設定手段とを設けることを特徴とする請求項１記載の水車発電機の制御装置。
【請求項３】
前記水槽に配置される水位計からの水位検出信号を取り込み、水位検出信号の変化率に応じて流量補正値信号を算出して出力する着水時流量増特性処理手段と、前記流量補正値信号を前記水槽流入量信号に加算して前記出力特性処理手段への入力信号とする加算手段とを備えることを特徴とする請求項２記載の水車発電機の制御装置。
【請求項４】
制御所の計算機からの流量指令信号と予め記憶された取水口のゲート開度と流入量との関係を定める特性とに基づいて算出されたゲート開度目標値信号にゲート開度信号が追従するように取水口のゲート開度を制御する一方、このゲート開度制御された水が取水口から導水路を経て水槽へ流入し、この水槽から流出する水によってガイドーベンを介して水車に連結する水車発電機を回転させ発電出力させる水車発電機を制御する水車発電機の制御装置において、前記取水口の水位を検出する水位計の取水口水位検出信号と前記ゲート開度信号と予め記憶された取水口水位検出信号に対応したゲート開度と流入量特性とから取水口流入量信号を算出し、この信号に無駄時間を施して水槽流入量信号を出力する水槽流入量算出部と、
流量指令値信号が増加方向のとき前記水槽流入量信号を上限制限値とすると共に、前記流量指令値信号が減少方向のとき、前記水槽流入量信号を下限制限値として制限された前記流量指令値信号を出力する流量指令値制限処理部と、
この流量指令値制限処理部からの出力信号と予め記憶された流量と実出力との特性とから実使用指令値信号を算出する出力特性処理部と、
実出力信号が前記実使用指令値信号に追従するように制御信号をガバナへ出力する制御部とを備えることを特徴とする水車発電機の制御装置 。
【請求項５】
前記水槽流入量算出部は、前記取水口水位検出信号と前記ゲート開度信号と予め記憶された取水口水位検出信号に対応したゲート開度と流入量と特性とから取水口流入量信号を算出する流量特性算出手段と、
前記取水口流入量信号に所定の無駄時間を施す処理をして水槽流入量信号を出力する無駄時間処理手段とを設け、
前記流量指令値制限処理部は、増加方向の流量指令値信号を検出して増方向信号を出力する増方向検出手段と、
減方向のとき減方向信号を出力する減方向検出手段と、
前記増方向信号がＯＮのとき指令値増モード信号をＳＥＴし、減方向検出手段がＯＮのときＲＥＳＥＴするホールド手段と、
流量指令値信号を水槽流入量信号以下に制限する上限リミッタ手段と、
流量指令値信号を水槽流入量信号以上に制限する下限リミッタ手段と、
指令値増モード信号がＯＮのとき上限リミッタ手段からの信号を選択し、指令値増モード信号がＯＦＦのとき下限リミッタ手段からの信号を選択するように切替えて出力する切替手段とを設け、
制御部は、実出力信号と実使用指令値信号との偏差信号を算出する偏差算出手段と、
前記偏差信号に対して所定巾の不感帯を設定する不感帯設定手段と、
この不感帯設定手段からの信号に所定のゲインを施して得られる前記制御信号を出力するゲイン設定手段とを設けることを特徴とする請求項４記載の水車発電機の制御装置。
【請求項６】
前記水槽に配置される水位計からの水位検出信号を取り込み、水位検出信号の変化率に応じて流量補正値信号を算出して出力する着水時流量増特性処理手段と、
前記流量補正値信号を前記水槽流入量信号に加算して前記流量指令値制限処理部への入力信号とする加算手段とを備えることを特徴とする請求項４または請求項５記載の水車発電機の制御装置。
【請求項７】
制御所の計算機からの流量指令信号と予め記憶された取水口のゲート開度と流入量との関係を定める特性とに基づいて算出されたゲート開度目標値信号にゲート開度信号が追従するように取水口のゲート開度を制御する一方、このゲート開度制御された水が取水口から導水路を経て水槽へ流入し、この水槽からガイドーベンを介して流入する水量に応じて複数有する発電機の台数と発電出力を制御する水車発電機の制御装置において、
前記ゲート開度信号と前記取水口の水位を検出する水位計の取水口水位検出信号と予め記憶された取水口水位検出信号に対応したゲート開度と流入量特性とから水槽流入量信号を算出して、この水槽流入量信号に基づいて運転すべき台数を決定する運転台数検出手段と、
この運転台数検出手段によって決定された台数と予め記憶された運転順序と運転状態とに従って運転を起動または停止する発電機を決定して起動または停止指令信号を出力する運転号機選択手段からなる応水制御部と、
この応水制御部によって算出された取水口流入量信号に無駄時間を施すと共に、予め記憶された流量と実出力との特性とから運転可能出力値信号を算出して出力する運転可能出力値生成部と、
出力指令信号が増加方向のとき前記運転可能出力値信号を上限制限値とすると共に、前記出力指令信号が減少方向のとき前記運転可能出力値信号を下限制限値として制限された出力指令信号を実使用指令値信号として出力する出力指令値制限処理部と、
前記実使用指令値信号とそれぞれの発電機の運転条件とに応じて、それぞれの発電機の出力指令値を定める出力配分処理部とからなる出力指令値作成部と、起動または停止指令信号に応じて各発電機を起動または停止させる制御をする各発電機に対応してそれぞれ設けられる自動制御部と、これら自動制御部に対応して設けられそれぞれ前記出力指令値作成部からのそれぞれの出力指令値に実出力信号が追従するようにガバナへ制御信号を出力する制御部とを備えることを特徴とする水車発電機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、取水口のゲートの開度調整によって取水口から採り入れられる流入量を流量指令に応じたものとして出力調整を行う水力発電機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、水力発電所の取水口からの流入量をゲートの開度調整により行う水力発電機の出力調整は、水槽の水位をある値に維持しつつ、水車へ流入量を確保するいわゆる、水調機能を有するものが主に採用されていた。ところが、水調では、水位変動が生じると、流入量が変化して水力発電機の出力も変動してしまうために、最近では取水口から水槽への流入タイミングに合わせた出力指令値に応じた制御も採用されるようになった。
【０００３】
図１７は、この種の水力発電機の制御系統図である。
【０００４】
図中、１は水源である取水口、２は取水口１の下流に位置する発電所であり、制御所３は取水口１の水位調整や発電所２を制御する。
導水路４は取水口１から発電所２へ水を流入させる水路で、下端に水槽（貯水池）５が設けられている。
水槽５は所定量の水を貯える大気開放された槽で、水圧管６から水車室１２に連絡している。
【０００５】
発電所２の上流に位置する取水口１には、水槽５への流入量を調整する取水口ゲート７、その取水口ゲート７を開閉操作するための駆動用モータ８、ゲート開度信号１０１を開度指令値に追従させるためのゲート制御装置９が設けられている。
【０００６】
このゲート制御装置９へは、図示しない伝送装置を介して制御所３に設置された計算機１０から発電所２で必要とする流量に応じた流量指令値信号１０２が出力される。ゲート制御装置９は、水位計１１からの取水口水位検出信号１０３と予め記憶した開度流量特性によりこの流量指令値信号１０２に応じたゲート開度目標値を算出し、ゲート開度信号１０１をその目標値に追従するように駆動用モータ８へ開閉制御信号１０４を出力する。これにより、取水口ゲート７を通過する流量Ｑｉが流量指令値信号１０２へ追従される。
【０００７】
この流量Ｑｉは、導水路４を経由して所定の時間（流下時間）後に水槽５へ到達する。そこで、制御所３の計算機１０は伝送装置を介して、流量指令値信号１０２をゲート制御装置９へ出力するのと同タイミングで、発電所２に設けた制御装置１５へ出力指令信号１０５を出力する。
【０００８】
制御装置１５では、出力指令信号１０５と発電機２０に設けられるトランスデューサ１６からの実出力信号１０６とが比較されて実出力信号１０６が出力指令信号１０５に追従するように制御信号１０７をガバナ１７へ出力する。ガバナ１７はサーボ系１８を介してガイドベーン１９を開閉させ水車２１を回転させて発電機２０から目標の実出力を取り出す。なお、１１２は取水口の各種情報、例えば、ゲート開度信号１０１、取水口水位検出信号１０３等を計算機１０へ伝送するラインを示している。
【０００９】
次に、制御装置１５の処理内容の一例を図１８を参照して説明する。
【００１０】
まず、出力指令信号１０５が制御装置１５へ入力されると、無駄時間処理手段２２で次の処理がされる。この無駄時間は水槽５までの流下時間により決定され、無駄時間処理手段２２では、一定時間（流下時間）前の出力指令信号１０５を現時点の出力信号１１０となるように処理される。この出力指令信号１０５は現在水槽５へ流入している水に対応するものであるが、この出力信号１１０と水槽５への流入量は１対１には対応しない。その理由は、出力指令信号１０５がステップ的に変化するのに対して実際の流量Ｑｉが一定速度で開閉する取水口ゲート７に応じて変化して直線的に変化しないためである。
【００１１】
上記理由により、制御装置１５では、その流入量の時間的変化に合わせて出力信号１１１を変化させる指令値変化特性手段２３を設ける。
【００１２】
すなわち、制御装置１５は、図１９の特性図に示すように、制御所３の計算機１０からの出力指令信号１０５を無駄時間処理手段２２へ入力して無駄時間を施して出力信号１１０を指令値変化特性手段２３へ出力する。指令値変化特性手段２３では、図示するように時間的な変化に合わせて変化処理を施して出力信号１１１を偏差算出手段２５へ入力させる。
【００１３】
続いて、指令値変化特性手段２３からの出力信号１１１は、制御部２４へ入力し、実出力信号１０６と偏差算出手段２５によって比較され、偏差信号が不感帯設定手段２６を介してゲイン設定手段２７によって所定のゲインが施されて得られる制御信号１０７がガバナ１７へ出力される。
【００１４】
これにより、指令値変化特性手段２３の出力信号１１１は、水槽５へ流入する流量相当の値となる。このように、近年、出力指令信号１０５と実出力信号１０６の偏差を取り偏差に応じた増減パルスを出力して閉ループ制御を行ういわゆるＡＬＲ制御が用いられる。
【００１５】
次に、主機である水力発電機が複数台ある場合について、図２０に示す水力発電機の制御系統図を参照して説明する。
【００１６】
この場合には、図１７と異なり制御装置３０が応水制御部３１と発電機２０に対応して設けられる水調部３２と自動制御部３３とからなる。
【００１７】
応水制御部３１は、計算機１０からのゲート開度信号１１３を取り込み運転台数を決定し必要な起動停止指令を各号機の自動制御部３３へ出力する。水調部３２は、いわゆる水調機能を有して水位検出信号１１４と並列している実出力信号１０６とから水槽５の流入量を安定に維持するように制御する。
【００１８】
自動制御部３３は各号機に対して必要なシーケンス制御を行い主機を起動並列または解列停止させる。
【００１９】
応水制御部３１は、図２１に示すように、運転台数検出手段３４によって取水口１のゲート開度信号１１３を用いて流入する流量を判断し運転すべき台数を検出する。そして、１台運転の場合は１台運転信号１１７ａ、２台運転の場合は２台運転信号１１７ｂ、３台運転の場合は３台運転信号１１７ｃを出力する。
【００２０】
運転号機選択手段３５では、予め定められた運転順序と運転信号１１７ａ，１１７ｂ，１１７ｃと各号機の運転状態信号１１６ａ，１１６ｂ，１１６ｃにより運転すべき号機へ起動指令１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃを出力する一方、運転すべきでない号機へ停止指令１１５ａ，１１５ｂ，１１５ｃを出力する。
【００２１】
運転台数検出手段３４は、図２２に示すように、比較器３６，３７，３８と比較器３９，４０，４１と論理積回路４２，４３と確認タイマ４４，４５，４６，４７，４８，４９とホールド回路５０，５１，５２等からなっている。
【００２２】
まず、比較器３６，３７，３８では、図２３に示すゲート開度と取水口流入量との特性を用いると、１台目の主機を起動させて継続運転が可能な流量（Ｑ１ｋ）を確保することができるゲート開度（１台目起動開度）、２台目の主機を起動させて２台継続運転が可能な流量（Ｑ２ｋ）を確保することができるゲート開度（２台目起動開度）、３台目の主機を起動させて全台継続運転が可能な流量（Ｑ３ｋ）を確保することができるゲート開度（３台目起動開度）のそれぞれと実際のゲート開度信号１１３とが比較され各起動開度以上のとき、それぞれに出力信号１２０，１２１，１２２が出力されるようになっている。
【００２３】
また、比較器３９，４０，４１では、１台の主機を停止させて２台継続運転しか可能でない流量（Ｑ３ｔ）となったことを確認するゲート開度（１台停止開度）、２台の主機を停止させて１台継続運転しか可能でない流量（Ｑ２ｔ）となったことを確認するゲート開度（２台停止開度）、全台の主機を停止させて継続運転が不可能な流量（Ｑ１ｔ）となったことを確認するゲート開度（全台停止開度）のそれぞれと実際のゲート開度信号１１３とが比較されて各停止開度以下のとき、それぞれ出力信号１２３，１２４，１２５が出力されるようになっている。
【００２４】
具体的に説明すると、通常運転では、図２３に示すゲート開度−取水口流入量特性のうち、取水口基準水位ＷＬｓｔｄの曲線が従来用いられ、比較器３６，３７，３８によってそれぞれ１台目の起動が１台目起動流量Ｑ１ｋに相当するゲート開度Ｇ１ｋｓ、２台目の起動が２台目起動流量Ｑ２ｋに相当するゲート開度Ｇ２ｋｓ、３台目の起動が３台目起動流量Ｑ３ｋに相当するゲート開度Ｇ３ｋｓに従って検出される。
【００２５】
また、図２３に示す取水口基準水位ＷＬｓｔｄの曲線に従って比較器３９，４０，４１によってそれぞれ１台停止が１台停止流量Ｑ３ｔに相当するゲート開度Ｇ３ｔｓ、２台停止が２台停止流量Ｑ２ｔに相当するゲート開度Ｇ２ｔｓ、全台停止が全台停止流量Ｑ１ｔに相当するゲート開度Ｇ１ｔｓで検出して行われる。
【００２６】
すなわち、図２２に示すゲート開度信号１１３が１台目起動開度（Ｇ１ｋｓ）以上で２台目起動開度（Ｇ２ｋｓ）以下の場合は比較器３６の出力１２０がＯＮし、比較器３７の出力１２１がＯＦＦする。このため論理積回路４２の出力１２６がＯＮし確認タイマ４４が動作を開始し設定時間後に、確認タイマ４４の出力１２８がＯＮしホールド回路５０の出力である１台運転信号１１７ａが出力される。
【００２７】
なお、確認タイマの設定時間は取水口から水槽５までの流下時間と主機の起動時間により決定する。
【００２８】
さらに、ゲート開度信号１１３が大きくなり、２台目起動開度（Ｇ２ｋｓ）以上で３台目起動開度（Ｇ３ｋｓ）以下の場合は比較器３７の出力１２１がＯＮし、比較器３８の出力がＯＦＦする。このため論理積回路４３の出力１２７がＯＮし、確認タイマ４６が動作を開始し設定時間後に、確認タイマ４６の出力１２９がＯＮしホールド回路５１の出力である２台運転信号１１７ｂが出力される。
【００２９】
さらに、ゲート開度信号１１３が大きくなり、３台目起動開度（Ｇ３ｋｓ）以上の場合は比較器３８の出力１２２がＯＮし、確認タイマ４８が動作を開始し設定時間後に、確認タイマ４８の出力１３１がＯＮしホールド回路５２の出力である３台運転信号１１７ｃが出力される。
【００３０】
これに対して、ゲート開度信号１１３が小さくなり、１台停止開度（Ｇ３ｔｓ）以下になると、比較器４１の出力１２５がＯＮし、確認タイマ４９が動作し一定時間後に、確認タイマ４９の出力１３２がＯＮしホールド回路５２の出力１１７ｃがＯＦＦする。同様にして２台停止開度（Ｇ２ｔｓ）、全台停止開度（Ｇ３ｔｓ）以下で各々比較器の信号１２４，１２３を検出し、ホールド回路５１，５２のリセットが行われる。
【００３１】
なお、１台運転信号１１７ａ、２台運転信号１１７ｂ、３台運転信号１１７ｃの内一つだけＯＮさせる場合もある。
【００３２】
起動指令を受けた自動制御部３３は所定のシーケンス制御を行い該当号機の起動を行い系統へ並入させる。
【００３３】
並入後、水調部３２が水位検出信号１１４と実出力信号１０６とを取り込み、水調機能により水車の使用流量を水槽水位が安定するように調整する。この水車の使用流量に応じて各号機の出力が決定される。
【００３４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の水力発電機の制御装置では、次のような問題があった。
【００３５】
まず、第一に、図１７および図１８で説明した制御装置１５では、実出力信号１０６が出力指令信号１０５に基づいて指令値変化特性手段２３によって作成された出力信号１１１に追従制御するようになっているが、この指令値変化特性手段２３は前述したように、例えば、取水口水位が一定時のゲート開度と取水口流入量の特性、すなわち、取水口基準水位のときの出力指令信号１０５に対して水槽５への実際の流入量を予め記憶して設定したものである。
【００３６】
従って、取水口１の水位が実際に取水口基準水位より大きければ、同じゲート開度でも水槽５の流入量Ｑｉも大幅に増加する。また、取水口１の水位が取水口基準水位より小さければ同じゲート開度でも水槽５の流入量Ｑｉも減少する。
【００３７】
このために実出力信号１０６を出力するための流入量Ｑｉが対応して供給されず、水槽５の水位変動が大きく安定に制御することが困難となるおそれがある。
【００３８】
また、第二に、ゲートの制御が途中で故障によって渋滞したようなとき等、要求される流入量Ｑｉが水槽５へ供給できない場合、オペレータの操作によって出力指令信号１０５の変更や手操作によって追従するように行われるが、これらの操作には遅れがある。
【００３９】
このために、水槽５への流入量Ｑｉと実際に水車で使用する流量との差が大きくなり、これに伴って水槽５の水位変動が大きくなって安定した実出力で運転継続が困難となるという問題がある。
【００４０】
第三には、図２０乃至図２２で説明した制御装置３０の応水制御部３１では、ゲート開度信号１１３に応じて起動台数を決定しているが、取水口の水位が大幅に変化すると、想定される流入量Ｑｉと実際の流入量Ｑｉとが異なって安定した制御ができないという問題がある。
【００４１】
例えば、ゲート開度と取水口流入量と運転台数との関係を示す図２４において、従来、取水口基準水位に基づく曲線ＷＬｓｔｄ（図示実線）を適用してゲート開度信号１１３に応じて運転台数を決定しており、実際の取水口１の水位が梅雨時や台風の大雨で急変して、今、取水口最高水位ＷＬｍａｘ（図示破線）とすれば、取水口基準水位ＷＬｓｔｄよりｔ１だけ速いタイミングで起動すべきである。
【００４２】
また、渇水期等や放流により、今、水位が急低下して取水口最低水位ＷＬｍｉｎ（図示二点鎖線）とすれば、取水口基準水位ＷＬｓｔｄより、本来よりｔ２だけ遅いタイミングで起動すべきである。
【００４３】
この起動のタイミングの遅早はゲート開度が高くなるほど顕著になる。また、停止については水位が低いほど速く停止すべきであるが運転が継続する。そこで、起動・停止の前後で使用する流量と水槽への流入量に差が出るため水槽５の水位が低下したり上昇したりの変動が発生する。
【００４４】
従って、取水口基準水位ＷＬｓｔｄに基づいてゲート開度信号１１３の大きさに応じて応水制御部３１で起動・停止を行えば、実際の流入量Ｑｉが想定される流入量Ｑｉと異なるために起動後、しばらくすると水槽５の水位が低下して起動後、間もなく発電機２０を停止させたり、停止後すぐに起動する場合も生じる。
【００４５】
このような、水槽５の水位変動が生じると、発電機２０の安定な運転が継続できず系統運用にも悪影響を与え、また、発電機２０の頻繁な起動・停止によって各機器への寿命にも影響を与える。
【００４６】
そこで、本発明は取水口の水位変動にかかわらず水槽の水位を常に安定に保つことにより、不要な水力発電機の実出力の変動や水力発電機の起動・停止を防止し、安定な運転継続を確保する水力発電機の制御装置を提供することを目的とする。
【００４７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、制御所の計算機からの流量指令信号と予め記憶された取水口のゲート開度と流入量との関係を定める特性とに基づいて算出されたゲート開度目標値信号にゲート開度信号が追従するように取水口のゲート開度を制御する一方、このゲート開度制御された水が取水口から導水路を経て水槽へ流入し、この水槽から流出する水によってガイドーベンを介して水車に連結する水車発電機を回転させ発電出力させる水車発電機を制御する水車発電機の制御装置において、取水口に水位を検出する水位計の取水口水位検出信号とゲート開度信号と予め記憶された取水口水位検出信号に対応したゲート開度と流入量特性とから取水口流入量信号を算出し、この信号に無駄時間を施すと共に、予め記憶された流量と実出力との特性とから運転可能出力値信号を算出して出力する運転可能出力値生成部と、出力指令信号が増加方向のとき、運転可能出力値信号を上限制限値とすると共に、出力指令信号が減少方向のとき運転可能出力値信号を下限制限値として制限された出力指令信号を実使用指令値信号として出力する出力指令値制限処理部と、実出力信号が実使用指令値信号に追従するように制御信号をガバナへ出力する制御部とを設けるようにしたものである。
【００４８】
請求項２の発明は、請求項１記載の水力発電機の制御装置において、運転可能出力値生成部は、取水口水位検出信号とゲート開度信号と予め記憶された取水口水位検出信号に対応したゲート開度と流入量との特性とから取水口流入量信号を算出する流量特性算出手段と、取水口流入量信号に所定の無駄時間を施す処理をして水槽流入量信号を出力する無駄時間処理手段と、水槽流入量信号と予め記憶された流量と実出力との特性とから運転可能出力値信号を出力する出力特性処理手段を設け、出力指令値制限処理部は、増方向の出力指令信号を検出して増方向信号を出力する増方向検出手段と、減方向のとき減方向信号を出力する減方向検出手段と、増方向信号がＯＮのとき指令値増モード信号をＳＥＴし、減方向検出手段がＯＮのときＲＥＳＥＴするホールド手段と、出力指令信号を運転可能出力値信号以下に制限する上限リミッタ手段と出力指令信号を運転可能値以上に制限する下限リミッタ手段と、指令値増モード信号がＯＮのとき上限リミッタ手段からの信号を選択し、指令値増モード信号がＯＦＦのとき下限リミッタ手段の信号を選択するように切替え実使用指令値信号を出力する切替手段とを設け、制御部は、実出力信号と実使用指令値信号との偏差信号を算出する偏差算出手段と、偏差信号に対して所定巾の不感帯を設定する不感帯設定手段とこの不感帯設定手段からの信号に所定のゲインを施して得られる制御信号を出力するゲイン設定手段とを設けるようにしたものである。
【００４９】
請求項３の発明は、請求項２記載の水力発電機の制御装置において、水槽に配置される水位計からの水位検出信号を取り込み、水位検出信号の変化率に応じて流量補正値信号を算出して出力する着水時流量増特性処理手段と、流量補正値信号を水槽流入量信号に加算して出力特性処理手段への入力信号とする加算手段とを備えるようにしたものである。
【００５０】
請求項４の発明は、制御所の計算機からの流量指令信号と予め記憶された取水口のゲート開度と流入量との関係を定める特性とに基づいて算出されたゲート開度目標値信号にゲート開度信号が追従するように取水口のゲート開度を制御する一方、このゲート開度制御された水が取水口から導水路を経て水槽へ流入し、この水槽から流出する水によってガイドーベンを介して水車に連結する水車発電機を回転させ発電出力させる水車発電機を制御する水車発電機の制御装置において、取水口の水位を検出する水位計の取水口水位検出信号とゲート開度信号と予め記憶された取水口水位検出信号に対応したゲート開度と流入量特性とから取水口流入量信号を算出し、この信号に無駄時間を施して水槽流入量信号を出力する水槽流入量算出部と、流量指令値信号が増加方向のとき水槽流入量信号を上限制限値とすると共に、流量指令値信号が減少方向のとき、水槽流入量信号を下限制限値として制限された流量指令値信号を出力する流量指令値制限処理部と、この流量指令値制限処理部からの出力信号と予め記憶された流量と実出力との特性とから実使用指令値信号を算出する出力特性処理部と、実出力信号が前記実使用指令値信号に追従するように制御信号をガバナへ出力する制御部とを設けるようにしたものである。
【００５１】
請求項５の発明は、請求項４記載の水力発電機の制御装置において、水槽流入量算出部は、取水口水位検出信号とゲート開度信号と予め記憶された取水口水位検出信号に対応したゲート開度と流入量と特性とから取水口流入量信号を算出する流量特性算出手段と、取水口流入量信号に所定の無駄時間を施す処理をして水槽流入量信号を出力する無駄時間処理手段とを設け、流量指令値制限処理部は、増加方向の流量指令値信号を検出して増方向信号を出力する増方向検出手段と、減方向のとき減方向信号を出力する減方向検出手段と、増方向信号がＯＮのとき指令値増モード信号をＳＥＴし、減方向検出手段がＯＮのときＲＥＳＥＴするホールド手段と、流量指令値信号を水槽流入量信号以下に制限する上限リミッタ手段と、流量指令値信号を水槽流入量信号以上に制限する下限リミッタ手段と、指令値増モード信号がＯＮのとき上限リミッタ手段からの信号を選択し、指令値増モード信号がＯＦＦのとき下限リミッタ手段からの信号を選択するように切替えて出力する切替手段とを設け、制御部は、実出力信号と実使用指令値信号との偏差信号を算出する偏差算出手段と、偏差信号に対して所定巾の不感帯を設定する不感帯設定手段とこの不感帯設定手段からの信号に所定のゲインを施して得られる制御信号を出力するゲイン設定手段とを設けるようにしたものである。
【００５２】
請求項６の発明は、請求項４または請求項５記載の水力発電機の制御装置において、水槽に配置される水位計からの水位検出信号を取り込み、水位検出信号の変化率に応じて流量補正値信号を算出して出力する着水時流量増特性処理手段と、流量補正値信号を水槽流入量信号に加算して流量指令値制限処理部への入力信号とする加算手段とを備えるようにしたものである。
【００５４】
請求項７の発明は、制御所の計算機からの流量指令信号と予め記憶された取水口のゲート開度と流入量との関係を定める特性とに基づいて算出されたゲート開度目標値信号にゲート開度信号が追従するように取水口のゲート開度を制御する一方、このゲート開度制御された水が取水口から導水路を経て水槽へ流入し、この水槽からガイドーベンを介して流入する水量に応じて複数有する発電機の台数と発電出力を制御する水車発電機の制御装置において、ゲート開度信号と取水口の水位を検出する水位計の取水口水位検出信号と予め記憶された取水口水位検出信号に対応したゲート開度と流入量特性とから水槽流入量信号を算出して、この水槽流入量信号に基づいて運転すべき台数を決定する運転台数検出手段と、この運転台数検出手段によって決定された台数と予め記憶された運転順序と運転状態とに従って運転を起動または停止する発電機を決定して起動または停止指令信号を出力する運転号機選択手段からなる応水制御部と、この応水制御部によって算出された取水口流入量信号に無駄時間を施すと共に、予め記憶された流量と実出力との特性とから運転可能出力値信号を算出して出力する運転可能出力値生成部と、出力指令信号が増加方向のとき運転可能出力値信号を上限制限値とすると共に、出力指令信号が減少方向のとき運転可能出力値信号を下限制限値として制限された出力指令信号を実使用指令値信号として出力する出力指令値制限処理部と、実使用指令値信号とそれぞれの発電機の運転条件とに応じて、それぞれの発電機の出力指令値を定める出力配分処理部とからなる出力指令値作成部と、起動または停止指令信号に応じて各発電機を起動または停止させる制御をする各発電機に対応してそれぞれ設けられる自動制御部と、これら自動制御部に対応して設けられそれぞれ出力指令値作成部からのそれぞれの出力指令値に実出力信号が追従するようにガバナへ制御信号を出力する制御部とを設けるようにしたものである。
【００５５】
【作用】
請求項１の発明は、運転可能出力値生成部により取水口水位検出信号とゲート開度信号と予め記憶された取水口水位検出信号に対応したゲート開度と流入量特性とから取水口流入量信号が算出され、この信号に無駄時間が施される共に、予め記憶された流量と実出力との特性とから運転可能出力値信号が算出される。
【００５６】
出力指令値制限処理部では、出力指令信号が増加方向のとき、運転可能出力値信号を上限制限値とすると共に、出力指令信号が減少方向のとき運転可能出力値信号を下限値として制限された出力指令信号が実使用指令値信号として制御部へ出力され、実出力信号が実使用指令値信号に追従するように制御信号によってガバナが増減して制御される。
【００５７】
従って、取水口水位検出信号に対応した取水口流入量信号が算出され、これに基づいて運転可能出力値信号が算出されるために水槽への流入量と実際の出力指令信号とが対応したものとなり、水槽の流入量と水車の使用流量の差異が少なく、水槽の水位変動を招くことを回避することができる。
【００５８】
また、ゲートの制御が途中で渋滞したとき等の場合、ゲート開度信号に応じて水槽への実際の流量に対応する運転可能な運転可能出力値信号が増減され、出力指令信号が増減したときこの運転可能出力値信号に出力指令信号が上限または下限に制限される。
【００５９】
この結果、出力指令信号が急変しても運転可能出力値信号で制限された信号で制御されるために水槽への流量と水車への使用流量との差異が急激に生じることがなく水槽の水位の変動を抑制することができる。
【００６０】
請求項２の発明は、流量特性算出手段によって、取水口水位検出信号とゲート開度信号と予め記憶された取水口水位検出信号に対応したゲート開度と流入量との特性とから取水口流入量信号が算出される。
【００６１】
そして、取水口流入量信号に所定の無駄時間が無駄時間処理手段によって施され水槽流入量信号が出力され、出力特性処理手段によって水槽流入量信号と予め記憶された流量と実出力との特性とから運転可能出力値信号が出力される。
【００６２】
次に、出力指令信号が増方向のとき増方向信号が出力される一方、減方向のとき減方向信号が出力され、ホールド手段によって増方向信号がＯＮのとき指令値増モード信号がＳＥＴされ、減方向信号がＯＮのときＲＥＳＥＴされる。指令値増モード信号がＯＮになると、運転可能出力値信号を上限制限値とする上限リミッタ手段からの信号が選択され、指令値増モード信号がＯＦＦになると運転可能出力値信号を下限制限値とする下限リミッタ手段の信号が選択され実使用指令値信号が出力される。
【００６３】
さらに、実出力信号と実使用指令値信号との偏差信号が算出され、この偏差信号が所定巾の不感帯を通過し、この通過した信号に所定のゲインが施され得られる制御信号が出力される。
【００６４】
従って、取水口水位検出信号に対応した取水口流入量信号が算出され、これに基づいて運転可能出力値信号が算出されるために水槽への流量と出力指令信号とが対応したものとなる。
【００６５】
このため、水槽の流入量と水車の使用流量の差異が少なく、水槽の水位変動を招くことを回避することができ、安定した運転を継続することができる。
また、ゲートの制御が途中で渋滞したとき等の場合、ゲート開度信号に応じて水槽への実際の流量に対応する運転可能な運転可能出力値信号が増減され、出力指令信号が増減したときこの運転可能出力値信号に出力指令信号が上限または下限に制限される。この結果、出力指令信号が急変しても運転可能出力値信号で制限された信号で制御されるために水槽への流入量と水車への使用流量との差異が急激に生じることがなく水槽の水位の変動を抑制することができる。また、オペレータの煩雑な対応操作も不要となる。
【００６６】
請求項３の発明は、水槽の水位計からの水位検出信号の変化率に応じた流量補正値信号が算出され、この流量補正値信号が水槽流入量信号に加算され、これを基に運転可能出力値信号が算出される。
【００６７】
従って、取水口から水槽までの導水路の傾斜が急なために取水口からの水量が増加すると、先に、水槽へ流入した水に後から増加した水が加算され水槽の水位が急上昇しても、直ちに補正がされて実際の運転可能出力値信号を増加させることができ、ガイドベーンの制御信号も増加して使用流量が増加して結果的に水槽の水位を安定に運転することができる。
【００６８】
請求項４の発明は、水槽流入量算出部により取水口水位検出信号とゲート開度信号と予め記憶された取水口水位検出信号に対応したゲート開度と流入量特性とから取水口流入量信号が算出され、この信号に無駄時間が施された水槽流入量信号が算出される。
【００６９】
流量指令値制限処理部では、流量指令値信号が増加方向のとき、水槽流入量信号を上限制限値とすると共に、流量指令値信号が減少方向のとき水槽流入量信号を下限値として制限された流量指令値信号が出力され、出力特性処理部によって実使用指令値信号が算出される。そして、実出力信号が実使用指令値信号に追従するように制御信号によってガバナが増減して制御される。
【００７０】
従って、取水口水位検出信号に対応した取水口流入量信号が算出され、これに基づいて水槽流入量信号が算出されるために実際の水槽への流入量が出力指令信号と対応するものとなり、水槽の流入量と水車の使用流量の差異が少なく、水槽の水位変動を招くことを回避することができる。
【００７１】
また、ゲートの制御が途中で渋滞したとき等の場合、ゲート開度信号に応じて水槽への実際の流量に対応する水槽流入量信号が増減され、流量指令値信号が増減したとき水槽流入量信号に流量指令値信号が上限または下限に制限される。この結果、流量指令値信号が急変しても水槽流入量信号で制限された信号で制御されるために水槽への流量と水車への使用流量との差異が急激に生じることがなく水槽の水位の変動を抑制することができる。
【００７２】
請求項５の発明は、流量特性算出手段によって取水口水位検出信号とゲート開度信号と予め記憶された取水口水位検出信号に対応したゲート開度と流入量の特性とから取水口流入量信号が算出されこれに無駄時間が施され水槽流入量信号が出力される。
【００７３】
次に、流量指令値信号が増方向のとき、増方向信号が出力される一方、流量指令値信号が減方向のとき、減方向信号が出力されホールド手段によって増方向信号がＯＮのとき指令値増モード信号がＳＥＴされ、減方向信号がＯＮのときホールド手段がＲＥＳＥＴされる。指令値増モード信号がＯＮになると水槽流入量信号を上限制限値とする上限リミッタ手段からの信号が出力され、指令値増モード信号がＯＦＦになると、水槽流入量信号を下限制限値とする下限リミッタ手段の信号が選択され、出力特性処理部によって実使用指令値信号が算出される。そして、実出力信号が実使用指令値信号に追従するように制御信号によってガバナが増減して制御される。
【００７４】
従って、取水口水位検出信号に対応した取水口流入量信号が算出され、これに基づいて水槽流入量信号が算出されるために実際の水槽への流入量が出力指令信号と対応するものとなり、水槽の流入量と水車の使用流量の差異が少なく、水槽の水位変動を招くことを回避することができる。
【００７５】
また、ゲートの制御が途中で渋滞したとき等の場合、ゲート開度信号に応じて水槽への実際の流量に対応する水槽流入量信号が増減され、流量指令値信号が増減したとき水槽流入量信号に流量指令値信号が上限または下限に制限される。この結果、流量指令値信号が急変しても水槽流入量信号で制限された信号で制御されるために水槽への流量と水車への使用流量との差異が急激に生じることがなく水槽の水位の変動を抑制することができる。
【００７６】
請求項６の発明は、水槽の水位計からの水位検出信号の変化率に応じた流量補正値信号が算出され、この流量補正値信号が水槽流入量信号に加算され流量指令値制限処理部へ出力される。
【００７７】
従って、取水口から水槽までの導水路の傾斜が急なために取水口からの水量が増加すると、先に、水槽へ流入した水に後から増加した水が加算され水槽の水位が急上昇しても、直ちに補正がされて実際の実使用指令値信号を増加させることができ、ガイドベーンの制御信号も増加して使用流量が増加して結果的に水槽の水位を安定に運転することができる。
【００８０】
請求項７の発明は、ゲート開度信号と取水口水位検出信号と予め記憶されたゲート開度と流入量特性とから取水口流入が算出されて、この取水口流入量信号に基づいて運転台数検出手段によって運転すべき台数が決定される。決定された台数と予め記憶された運転順序と運転状態とに従って運転を起動または停止する発電機を決定して起動または停止指令信号が出力される。
【００８１】
一方、算出された取水口流入量信号は無駄時間が施こされると共に、予め記憶された流量と実出力との特性とから運転可能出力値信号が算出される。
次に、出力指令信号が増加方向のとき運転可能出力値信号が上限制限値とされると共に、出力指令信号が減少方向のとき運転可能出力値信号を下限制限値として制限された出力指令信号が実使用指令値信号として出力され、実使用指令値信号とそれぞれの発電機の運転条件とに応じて、それぞれの発電機の出力指令値が定められる。また、起動または停止信号に応じて発電機が起動または停止制御がされ、制御部によって出力指令値に実出力信号が追従するように実出力信号が出力される。
【００８２】
従って、取水口水位検出信号に対応したゲート開度と流量との特性に基づく、水槽への実際の流量に応じて運転台数が決定されるため従来のように取水口基準水位によって算出される流量に基づいて運転台数が決定されるのに比べて不要な起動や停止が削減できる。
【００８３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【００８４】
図１は、本発明の第１実施例を示す水力発電機の制御装置の系統図であり、図１は従来例を示す図１７の制御装置１５と構成を異にする制御装置６０を設け、この制御装置６０へ計算機１０からの出力指令信号１０５の他に取水口情報信号１４０を入力するようにしている。
【００８５】
制御装置６０は、図２に示すように、運転可能出力値生成部６１と出力指令値制限処理部６２と制御部６３とからなっている。
【００８６】
運転可能出力値生成部６１は、取水口水位検出信号１０３と前記ゲート開度信号１１３と予め記憶された取水口水位検出信号１０３に対応したゲート開度と流入量特性とから取水口流入量信号１６０を算出し、この信号に無駄時間を施すと共に、予め記憶された流量と実出力との特性とから運転可能出力値信号１６２を算出して出力するものである。
【００８７】
出力指令値制限処理部６２は、出力指令信号１０５が増方向のとき、前記運転可能出力値信号１６２を上限制限値とすると共に、前記出力指令信号１０５が減方向のとき前記運転可能出力値信号１６２を下限値として制限された前記出力指令信号１０５を実使用指令値信号１６５として出力するものである。
【００８８】
制御部６３は、実使用指令値信号１６５に実出力信号１０６が追従するように制御信号１０７を前記ガバナ１７へ出力するものである。
【００８９】
以下、図２の内部構成を示す図３の構成図を参照して詳細に第１実施例を説明する。運転可能出力値生成部６１は、図３に示すように、取水口情報信号１４０から取水口流入量信号１６０を算出する流量特性算出手段６４と、算出された取水口流入量信号１６０に無駄時間要素を施して水槽流入量信号１６１とする無駄時間処理手段６５と、水槽流入量信号１６１から運転可能出力値信号１６２を算出する出力特性処理手段６６とから構成されている。
【００９０】
また、出力指令値制限処理部６２は、図３に示すように、増方向の出力指令信号１０５を検出して増方向信号１６３ａを出力する増方向検出手段６７と、減方向のとき減方向信号１６３ｂを出力する減方向検出手段６８と、増方向信号１６３ａがＯＮのとき指令値増モード信号１６４をＳＥＴし、減方向検出手段６８がＯＮのときＲＥＳＥＴするホールド手段６９と、出力指令信号１０５を運転可能出力値信号１６２以下に制限する上限リミッタ手段７０と、出力指令信号１０５を運転可能値以上に制限する下限リミッタ手段７１と、指令値増モード信号１６４がＯＮのとき上限リミッタ手段７０からの信号を選択し、指令値増モード信号１６４がＯＦＦのとき下限リミッタ手段７１の信号を選択するように切替えて実使用指令値信号１６５を出力する切替手段７２とから構成されている。
【００９１】
制御部６３は、実出力信号１０６と実使用指令値信号１６５との偏差を算出する偏差算出手段７３と所定巾の不感帯を設定する不感帯設定手段７４と所定のゲインを施すゲイン設定手段７５とから構成されている。
【００９２】
以上の構成で、ゲート制御装置９へは図１７の従来例と同様に、計算機１０より流量指令値信号１０２が出力され、ゲート制御装置９によって、予め記憶したゲート開度−流量特性とにより、この流量指令値信号１０２に応じたゲート開度目標値が算出され、実際のゲート開度信号１０１がその目標値に追従させるまで駆動用モータ８へ開閉制御信号１０４が出力される。これにより、取水口１のゲート開度信号１０１が変化し取水口ゲート７を通過する流入量Ｑｉが流量指令値信号１０２に追従される。
【００９３】
この流入量Ｑｉは、導水路４を経由して所定の時間（流下時間）後に水槽５へ到着する。
【００９４】
制御所３の計算機１０では、発電所２に設けた制御装置６０へ出力指令信号１０５と取水口情報信号１４０を出力する。
【００９５】
制御装置６０では、図３に示すように、最初に流量特性算出手段６４によって制御所３からの取水口情報信号１４０である取水口水位検出信号１０３とゲート開度信号１１３とから現在の取水口１からの取水口流入量信号１６０が算出される。
【００９６】
ここでは、予め計測や理論式に基づいて取水口流入量信号１６０＝ｆ（取水口水位検出信号１０３，ゲート開度信号１１３）で示す関数が記憶され、この関数は取水口水位検出信号１０３に対応してゲート開度−流入量特性を近似式または折れ線近似関数等で実現して算出する。
【００９７】
例えば、図２３に示した取水口基準水位ＷＬｓｔｄ、取水口最高水位ＷＬｍａｘ、取水口最低水位ＷＬｍｉｎのそれぞれを基本とするゲート開度と取水口流入量との曲線を用いて、取水口最高水位ＷＬｍａｘと取水口基準水位ＷＬｓｔｄとの間の数カ所のゲート開度と取水口流入量との関係を実測し、この結果に基づいて補間法によって詳細な折線近似関数を作成して記憶させておく。
【００９８】
同様に、取水口基準水位ＷＬｓｔｄと取水口最低水位ＷＬｍｉｎとの間の数カ所のゲート開度と取水口流入量との関係を実測し、この結果に基づいて補間法によって詳細な折線近似関数を求めて記憶させておく。
【００９９】
また、図２４に示した取水口ゲート開度と取水口流入量との関係から中段に示す取水口最高水位ＷＬｍａｘと取水口基準水位ＷＬｓｔｄと取水口最低水位ＷＬｍｉｎとの各間に各水位毎の取水口水位曲線を近似して描き、この曲線と取水口ゲート（上段）との対応する交点から取水口流量を求め、予め取水口水位検出信号１０３毎のゲート開度信号１１３に対する取水口流入量信号１６０を記憶しておくようにすることもできる。
【０１００】
このようにして作成された近似関数は適宜実測された数カ所のデータによって修正したり、実証して確認する。
【０１０１】
続いて、無駄時間処理手段６５に現在の取水口流入量信号１６０が入力され無駄時間分だけ過去の取水口流入量が現在の水槽５への水槽流入量信号１６１として算出される。これにより、この水槽流入量信号１６１が現在実際に水槽５へ流入している流量とほぼ同様として算出され、水槽５の流入量と流出量（水車使用流量）の差が小さくなり、水位変動が発生することが防止される。
【０１０２】
次に、水槽流入量信号１６１から出力特性処理手段６６によって現在の運転可能出力値信号１６２が算出される。
【０１０３】
上記処理では、水槽流入量＝水車使用流量とした場合の実出力をその機器のＰ−Ｑ（出力−流量）特性、すなわち、［Ｐ＝ｇ（Ｑ）］を近似式または折れ線近似関数等で予め計測や理論式によって定め記憶して算出する。
【０１０４】
ここで、以上説明した作用を図４および図５を用いて説明すると、計算機１０から出力指令信号１０５に対応する流量指令値信号１０２（図示破線）がゲート制御装置９へ出力され、これに応じてゲート開度目標値が算出されゲート開度信号１０１が変化する。
【０１０５】
これに対して流量特性算出手段６４によって実流入量として取水口流入量信号１６０が出力され、これが無駄時間処理手段６５へ入力される。無駄時間処理手段６５では、取水口流入量信号１６０と水槽流入量信号１６１が図示矢印ａ，ｂに対応するように無駄時間だけ遅れた相似した曲線となり水槽流入量信号１６１が出力される。
【０１０６】
そして、出力特性処理手段６６によって図示ｃ矢印に示すように時間遅れがない運転可能出力値信号１６２が出力される。このとき、出力特性処理手段６６では、Ｐ−Ｑ（出力−流量）特性が予め図５に示すように記憶されており、これに基づいて水槽流入量信号１６１から運転可能出力値信号１６２が算出され出力される。
【０１０７】
一方、出力指令信号１０５が前回計測値値より大きくなった場合、増方向検出手段６７により増方向信号１６３ａが出力され、前回計測値より小さくなった場合、減方向検出手段６８により減方向信号１６３ｂがそれぞれ出力される。これらの信号が入力されるホールド手段６９は、増方向信号１６３ａがＯＮしているときに、指令値増モード信号１６４がＳＥＴされ、減方向信号１６３ｂがＯＮしているときに指令値増モード信号１６４がＲＥＳＥＴされる。
【０１０８】
指令値増モード信号１６４がＯＮすると、切替手段７２によって上限リミッタ手段７０側へ切替えられ、出力指令信号１０５が運転可能出力値信号１６２を上限リミッタ値とする上限リミッタ手段７０で制限された信号を実使用指令値信号１６５として選択され出力される。つまり、出力指令信号１０５が増加すると運転可能出力値信号１６２以下に出力指令信号１０５が制限され実使用指令値信号１６５とされるため出力指令信号１０５が急増加しても水槽５への流入量に即した運転可能出力値信号１６２と同じ値が実使用指令値信号１６５となる。
【０１０９】
また、指令値増モード信号１６４がＯＦＦになると、切替手段７２によって下限リミッタ手段７１側へ切替えられ、出力指令信号１０５が運転可能出力値信号１６２を下限リミッタ値とする下限リミッタ手段７１で制限された信号を実使用指令値信号１６５として選択される。つまり、出力指令信号１０５が減少すると運転可能出力値信号１６２以上に出力指令信号１０５が制限され実使用指令値信号１６５とされるため水槽５への流入量に即した運転可能出力値信号１６２と同じ値が実使用指令値信号１６５となる。
【０１１０】
この結果、制御所３からの出力指令信号１０５が何らかの原因によって増方向へ変化した場合、すぐに出力を増加させないように運転可能出力値信号１６２により上限が抑えられ、出力指令信号１０５が減方向の場合はすぐに出力を減少させないように運転可能出力値信号１６２により下限を抑えて運転がされる。すなわち、出力指令信号１０５が急変したとき、出力指令信号１０５が安定するまで運転可能出力値信号１６２を実使用指令値信号１６５として運転される。
【０１１１】
次に、実使用指令値信号１６５が制御部６３へ入力され、まず、偏差算出手段７３によって偏差信号が算出され、不感帯設定手段７４を介して偏差信号がゲイン設定手段７５によって所定ゲインが施され得られる制御信号１０７がガバナ１７へ出力される。
【０１１２】
ガバナ１７は、サーボ系１８を介して調速にしつつ、ガイドベーン１９を開閉し目標の実出力を確保する。実使用指令値信号１６５は取水口ゲート７が正常に動作すれば最終的には制御所３からの出力指令信号１０５とほぼ同じ値に収束する。
【０１１３】
これにより、図４に示したように流量指令値信号１０２に基づく取水口１から実際に水槽５へ流れ込む流入量と出力指令信号１０５に基づく実使用指令値信号１６５とが対応して水槽５へ流入量と水槽５からの流出量とがほぼ等しく水槽５の水位を安定にして安定した実出力で発電機２０が運転できる。
【０１１４】
また、取水口ゲート７の制御が故障等により途中で渋滞して流量指令値信号１０２に追従しない場合でも取水口情報信号１４０から算出した実際の水槽５へ流入量による制御が行えるため不安定な状態を直ちに収束方向としてオペレータの緊急な対応も不要となる。
【０１１５】
このように、取水口１の水位が変動しても、変動した水位に応じた運転可能出力値信号１６２が出力され、水槽５の水位が不安定となることがなく、出力指令信号１０５に実出力信号１０６が追従することができる。
【０１１６】
また、取水口ゲート７の制御が途中で渋滞して流量指令値信号１０２に水槽５への流入量が追従しないとき、この流入量に応じた運転可能出力値信号１６２によって制限された実使用指令値信号１６５が実出力信号１０６を制御するために安定して制御ができる。従って、従来のように水槽５の水位変動によって水力発電機の運転の継続が困難となったり、オペレータによる煩雑な対応操作を不要とすることができる。
【０１１７】
図６は、本発明の第２実施例を示す水力発電機の制御装置の系統図である。
【０１１８】
図６は従来例を示す図１７の制御装置１５と構成を異にする制御装置７６を設け、この制御装置７６へ水槽５に配置される水位計２９からの水位検出信号１１４と出力指令信号１０５と取水口情報信号１４０とを入力して制御するようにしている。
【０１１９】
制御装置７６は、図２または図３に示す第１実施例の制御装置６０に設ける運転可能出力値生成部６１に着水時流量増特性処理手段７７と加算手段７８とを追設したものである。
【０１２０】
すなわち、制御装置７６は、図７に示すように、運転可能出力値生成部６１と出力指令値制限処理部６２と制御部６３とに、さらに、着水時流量増特性処理手段７７と加算手段７８とを付加して構成している。
【０１２１】
ここで、運転可能出力値生成部６１は、取水口情報信号１４０から取水口流入量信号１６０を算出する流量特性算出手段６４と算出された流入量に無駄時間要素を施して水槽流入量信号１６１とする無駄時間処理手段６５と水槽流入量信号１６１から運転可能出力値を算出する出力特性処理手段６６とから構成されている。
【０１２２】
出力指令値制限処理部６２は、増方向の出力指令信号１０５を検出して増方向信号１６３ａを出力する増方向検出手段６７と、減方向のとき減方向信号１６３ｂを出力する減方向検出手段６８と、増方向信号１６３ａがＯＮのとき指令値増モード信号１６４をＳＥＴし、減方向検出手段６８がＯＮのときＲＥＳＥＴするホールド手段６９と、出力指令信号１０５を運転可能出力値信号１６２以下に制限する上限リミッタ手段７０と、出力指令信号１０５を運転可能出力値信号１６２以上に制限する下限リミッタ手段７１と、指令値増モード信号１６４がＯＮのとき上限リミッタ手段７０からの信号を選択し、指令値増モード信号１６４がＯＦＦのとき下限リミッタ手段７１の信号を選択するように切替え実使用指令値信号１６５を出力する切替手段７２とから構成されている。
【０１２３】
制御部６３は、実出力信号１０６と実使用指令値信号１６５との偏差を算出する偏差算出手段７３と、所定巾の不感帯を設定する不感帯設定手段７４と、所定のゲインを施すゲイン設定手段７５とから構成されている。
【０１２４】
着水時流量増特性処理手段７７は、水槽５に配置される水位計２９からの水位検出信号１１４を取り込み、水位検出信号１１４の変化率を算出し、その変化率に応じて算出される流量補正値信号１６６を出力する。
【０１２５】
加算手段７８は、流量補正値信号１６６と水槽流入量信号１６１とを加算し、出力特性処理手段６６へ出力する。
【０１２６】
以上の構成で、水槽５からの水位検出信号１１４が制御装置７６へ入力され、着水時流量増特性処理手段７７によって前回計測値と今回計測値との比較がされて水位の変化率が算出され、算出された変化率が一定値以上のときにその変化率に応じた流量補正値信号１６６が算出される。
【０１２７】
この算出にあたっては、水槽５の面積や変化率算出のサンプリング時間等を考慮して決定した定数Ｋを用いてこの流量補正値信号１６６は、次の式（１）により算出する。
【０１２８】
流量補正値信号１６６＝Ｋ・水位変化率−−−−（１）
【０１２９】
また、この他に折れ線近似関数等を用いて流量補正値信号１６６を算出することもできる。この流量補正値信号１６６は、水槽流入量信号１６１と加算手段７８によって加算されて運転可能出力値信号１６２が求められこの運転可能出力値信号１６２が出力特性処理手段６６へ入力される。
【０１３０】
これにより、導水路４が急なため取水口１を通過した流入量Ｑｉが水槽５に溜まって急に水位が上昇したとき、水位検出信号１１４の変化率に応じて流量補正値信号１６６が増加される。その結果、制御部６３から制御信号１０７が増減してガバナ１７へ出力され、ガイドベーン１９が開方向となって水槽５の水位上昇を回避させる。従って、導水路４の急な水力発電所においても水槽５の水位を安定にすることができる。
【０１３１】
図８は、本発明の第３実施例を示す水力発電機の制御装置の系統図である。
【０１３２】
図８において、従来例を示す図１７と異なる点は、制御装置１５の代わりに制御装置８０を設け、制御装置８０へ流量指令値信号１０２と取水口情報信号１４０とを入力している点であり、図２および図３に示す第１実施例と異なる主な点は、図２および図３の出力指令値制限処理部６２に入力する出力指令信号１０５の代わりに流量指令値信号１０２を入力するようにする一方、図３の運転可能出力値生成部６１に設ける出力特性処理手段６６を出力指令値制限処理部６２の出力側に出力特性処理部９１として設けるようにしたものである。
【０１３３】
すなわち、制御装置８０は、図９に示すように水槽流入量算出部８９と流量指令値制限処理部９０と出力特性処理部９１と制御部６３からなっている。
【０１３４】
水槽流入量算出部８９は、取水口水位検出信号１０３と前記ゲート開度信号１１３と予め記憶された取水口水位検出信号１０３に対応したゲート開度と流入量特性とから取水口流入量信号１６０を算出し、この信号に無駄時間を施して水槽流入量信号１６１を出力する。
【０１３５】
流量指令値制限処理部９０は、流量指令値信号１０２が増加方向のとき前記水槽流入量信号１６１を上限制限値とすると共に、前記流量指令値信号１０２が減少方向のとき、前記水槽流入量信号１６１を下限制限値として制限された前記流量指令値信号１０２を出力する。
【０１３６】
出力特性処理部９１は、この流量指令値制限処理部９０からの出力信号と予め記憶された流量と実出力との特性とから実使用指令値信号１６５を算出する出力する。
【０１３７】
制御部６３は、実使用指令値信号１６５に実出力信号１０６が追従するように制御信号１０７をガバナ１７へ出力する。
【０１３８】
制御装置８０では、図１０に示すように第１実施例の出力指令信号１０５の代わりに流量指令値信号１０２を用い、上限リミッタ手段７０、下限リミッタ手段７１で使用する制限値を図３に示す運転可能出力値信号１６２に代わりに水槽流入量信号１６１へ変更したものである。
【０１３９】
このようにすれば、出力指令信号１０５と流量指令値信号１０２とは予め対応関係が定められているから、一つの指令値（流量指令値）のみでよく、ゲート制御装置９用の流量指令値信号１０２と発電所用の出力指令信号１０５との双方を用いないため制御系が単純となる。
【０１４０】
なお、図１０に示す第３実施例は、図１１に示すように実施することができる。
【０１４１】
すなわち、図１０に着水時流量増特性処理手段７７と加算手段７８とを追設するようにすれば、第２実施例と同様に導水路４が急なため取水口１を通過した流入量Ｑｉが水槽５に溜まって急に水位が上昇したとき、水位検出信号１１４の変化率に応じて流量補正値信号１６６が増加される。その結果、制御部６３から制御信号１０７が増減してガバナ１７へ出力され、ガイドベーン１９が開方向となって水槽５の水位上昇を回避させる。従って、導水路４の急な水力発電所においても水槽５の水位を安定にすることができる。
【０１４２】
図１２は、本発明の第４実施例を示す水力発電機の制御装置の系統図であり、図１２において、従来例を示す図２０と異なる点は、制御装置３０と構成を異にし制御装置８２とし、制御装置８２は応水制御部８３と自動制御部３３と水調部３２とから構成される。
【０１４３】
応水制御部８３は、図１３に示すように運転台数検出手段８４と運転号機選択手段３５とからなり、運転台数検出手段８４は、ゲート開度信号１１３と取水口水位検出信号１０３と予め記憶されたゲート開度と流入量特性とから流入量を算出して、この流入量に基づいて運転すべき台数を決定する。運転号機選択手段３５は、この運転台数検出手段８４によって決定された台数と予め記憶された運転順序と運転状態とに従って運転を起動または停止する発電機を決定して起動または停止指令信号を出力する。
【０１４４】
自動制御部３３は、運転号機選択手段３５からの起動または停止指令信号に応じて各発電機を起動または停止させる制御をする。水調部３２は、これら自動制御部３３に対応して設けられそれぞれ水槽５の水位検出信号１１４が安定に維持されるように水調機能によって前記ガバナ１７へ制御信号１０７を出力する。
【０１４５】
以上の構成で、図１３および図１４に示す応水制御部８３の運転台数検出手段８４へ取水口１の取水口水位検出信号１０３とゲート開度信号１１３とが入力される。
【０１４６】
そして、運転台数検出手段８４に設ける図３と同様の処理をする流量特性算出手段６４では、取水口水位検出信号１０３に対応した取水口流入量信号１６０が算出される。
【０１４７】
次に、例えば、図２３に示すように取水口流入量信号１６０と１台目の主機を起動させて継続運転が可能な流量（１台目起動流量Ｑ１ｋ）、２台目の主機を起動させて２台運転継続運転が可能な流量（２台目起動流量Ｑ２ｋ）、３台目の主機を起動させて全台継続運転が可能な流量（３台目起動流量Ｑ３ｋ）とがそれぞれ比較される。この比較された取水口流入量信号１６０が各起動流量以上のとき、対応する比較器３６，３７，３８から出力信号１２０，１２１，１２２が出力される。
【０１４８】
また、１台の主機を停止させて２台継続運転まで可能な流量（１台停止流量Ｑ３ｔ）、２台の主機を停止させて１台継続運転まで可能な流量（２台停止流量Ｑ２ｔ）、全台の主機を停止させて継続運転が不可能な流量（全台停止流量Ｑ１ｔ）と取水口流入量信号１６０がそれぞれ比較され、各停止流量以下のときに対応する比較器３９，４０，４１から出力信号１２３，１２４，１２５が出力される。
【０１４９】
これにより、取水口水位を図２３に示す例で説明すると、最高水位ＷＬｍａｘの場合は各起動流量が確保できるゲート開度（Ｇ１ｋｘ，Ｇ２ｋｘ，Ｇ３ｋｘ）で起動が行われ、各停止流量となるゲート開度（Ｇ３ｔｘ，Ｇ２ｔｘ，Ｇ１ｔｘ）で停止が行われる。
【０１５０】
また、最低水位ＷＬｓｔｄの場合は各々ゲート開度（Ｇ１ｋｎ，Ｇ２ｋｎ，）で起動され、ゲート開度（Ｇ２ｔｎ，Ｇ１ｔｎ）で停止が行われる。また、これ以外の水位においても水位に応じた取水口流入量信号１６０によって適切なゲート開度で起動・停止を行うことができる。
【０１５１】
以上の構成により、取水口水位に影響されることなく実際の取水口からの流入量により主機の運転台数を決定するために従来のように取水口基準水位で決定したゲート開度のみで運転台数を決定していたのに比べて不要な起動や停止が減少し、確実な起動や停止がされ、各機器への寿命を短くすることを回避することができる。
【０１５２】
図１５は、本発明の第５実施例を示す水力発電機の制御装置の系統図であり、図１２は図２０に示す水調部３２の代わりに出力指令信号１０５に実出力信号１０６を追従させる制御部８７を適用したもので、制御装置８１は、応水制御部８３と出力指令値作成部８５と自動制御部３３と制御部８７とを設けている。
【０１５３】
応水制御部８３は、図１３と図１４に示すと同様の構成で、水位に応じた取水口流入量信号１６０によって運転台数検出手段８４が運転台数を決定し、予め記憶された運転順序と運転状態とに従って運転号機選択手段３５が運転を起動または停止する発電機を決定して起動または停止指令信号を出力する。
【０１５４】
出力指令値作成部８５は、図１６に示すように応水制御部８３によって算出された取水口流入量信号１６０に無駄時間を施すと共に、予め記憶された流量と実出力との特性とから運転可能出力値信号１６２を算出して出力する運転可能出力値生成部６１と、出力指令信号１０５が増加方向のとき運転可能出力値信号１６２を上限制限値として出力指令信号１０５を制限すると共に、出力指令信号１０５が減少方向のとき運転可能出力値信号１６２を下限制限値として出力指令信号１０５を制限して実使用指令値信号１６５を出力する出力指令値制限処理部６２と、前記実使用指令値信号１６５とそれぞれ発電機２０の運転条件１３４〜１３６とに応じて、それぞれの発電機２０の出力指令値１３１〜１３３を定める出力配分処理部８６とからなる。
【０１５５】
自動制御部３３は、起動または停止指令信号に応じて各発電機を起動または停止させる制御をする各発電機に対応してそれぞれ設けられる。
【０１５６】
制御部８７は、自動制御部３３に対応して設けられそれぞれ前記出力指令値作成部８５からのそれぞれの出力指令値１３１〜１３３に実出力信号１０６が追従するように前記ガバナ１７へ制御信号１０７を出力する。
【０１５７】
まず、応水制御部８３では、図１３と図１４で説明した第４実施例と同様の処理がされ、運転台数検出手段８４によって運転台数が決定される。次に、図１３に示す運転号機選択手段３５から各号機の起動・停止指令が自動制御部３３へ出力される。
【０１５８】
これにより、必要な運転台数が確保され、また、出力指令信号１０５が出力指令値作成部８５内へ取り込まれる。ここでは、図１３および図１４の応水制御部８３にて算出された取水口流入量信号１６０を用いて無駄時間処理手段６５によって水槽流入量信号１６１を得て出力特性処理手段６６によって運転可能出力値信号１６２が算出される。
【０１５９】
出力指令値制限処理部６２では、出力指令信号１０５が急増加したとき運転可能出力値信号１６２を上限値として出力指令信号１０５の急増を抑制する一方、出力指令信号１０５が急減少したとき運転可能出力値信号１６２を下限値として出力指令信号１０５の急減少を抑制する。
【０１６０】
次に、実使用指令値信号１６５が出力配分処理部８６で各号機用の出力指令値１３１，１３２，１３３へ分配される。この出力配分処理では、各号機の運転条件１３４，１３５，１３６より出力配分可能な号機を選択しその台数に応じて実使用指令値信号１６５を配分して出力する。
【０１６１】
配分された各号機の出力指令値は、各号機の制御部８７へ入力され、それぞれの出力指令値に実出力が追従するように制御信号１０７がガバナ１７へ出力される。
【０１６２】
ここで、各号機の制御部８７は各々の自動制御部３３と組み合わせる例を示したが、この他に制御部８７と応水制御部８３と出力制御（分配含む）を一体として一括実施することもできる。
【０１６３】
なお、本発明では、制御部と応水制御部に設ける流量特性算出手段６４を共用することにより効率的な構成が可能となり調整時間の短縮等が実現できる。
【０１６４】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明は、取水口水位検出信号に対応した取水口流入量信号を算出し、これに基づいて運転可能出力値信号が算出されるために実際の水槽への流量が出力指令信号に応じたものとなり、水槽の流量と水車の使用流量の差異が少なく、水槽の水位変動を招くことを回避することができる。また、出力指令信号が急に増減したとき運転可能出力値信号に出力指令信号が上限または下限に制限されるために水槽への流量と水車への使用流量との差異が急激に生じることがなく水槽の水位の変動を抑制し安定した運転をすることができる。
【０１６５】
請求項２の発明は、取水口水位検出信号に対応した取水口流入量信号が算出され、これに基づいて運転可能出力値信号が算出されるために実際の水槽への流量が出力指令信号に応じたものとなり、水槽の流量と水車の使用流量の差異が少なく、水槽の水位変動を招くことを回避することができ、安定した運転を継続することができる。また、ゲートの制御が途中で渋滞したとき等の場合、ゲート開度信号に応じて水槽への実際の流量に対応する運転可能な運転可能出力値信号が増減され、出力指令信号が増減したときこの運転可能出力値信号に出力指令信号が上限または下限に制限されるために水槽への流量と水車への使用流量との差異が急激に生じることがなく水槽の水位の変動を抑制することができる。また、オペレータの煩雑な対応操作も不要となる。
【０１６６】
請求項３の発明は、水槽の水位計からの水位検出信号の変化率に応じた流量補正値信号が水槽流入量信号に加算され、これを基に運転可能出力値信号が算出されるために取水口から水槽までの導水路の傾斜が急なために水槽の水位が急上昇しても、直ちに補正がされて実際の運転可能出力値信号を増加させることができ、結果的に水槽の水位を安定に運転することができる。
【０１６７】
請求項４の発明は、取水口水位検出信号に対応した水槽流入量信号が算出され、これに基づいて実使用指令値信号が算出されるために流量指令値信号が実際の水槽への流量に応じたものとなり、水槽の流量と水車の使用流量の差異が少なく、水槽の水位変動を招くことを回避することができ、また、流量指令値信号が急増減したとき水槽流入量信号に流量指令値信号が上限または下限に制限されるために水槽への流量と水車への使用流量との差異が急激に生じることがなく水槽の水位の変動を抑制して運転を継続することができる。
【０１６８】
請求項５の発明は、取水口水位検出信号に対応した水槽流入量信号が算出されるために実際の水槽への流量が流量指令信号に応じたものとなり、水槽の流量と水車の使用流量の差異が少なく、水槽の水位変動を招くことを回避することができる。また、流量指令値信号が急増減したとき水槽への実際の流量に対応する水槽流入量信号が増減され、流量指令値信号が増減したときこの水槽流入量信号に流量指令値信号が上限または下限に制限されるために水槽への流量と水車への使用流量との差異が急激に生じることがなく水槽の水位の変動を抑制することができる。
【０１６９】
請求項６の発明は、水槽の水位計からの水位検出信号の変化率に応じた流量補正値信号が水槽流入量信号に加算され、これを基に実使用指令値信号が算出されるために取水口から水槽までの導水路の傾斜が急なために水槽の水位が急上昇しても、直ちに補正がされて実使用指令値信号を増加させることができ、結果的に水槽の水位を安定に運転することができる。
【０１７１】
請求項７の発明は、取水口水位検出信号に対応したゲート開度と流量との特性に基づく実際に合致した流入量が算出され、水槽への実際の流量に応じて運転台数が決定されるため従来のように取水口基準水位によって算出される流量に基づいて運転台数が決定されるのに比べて不要な起動や停止が削減でき、安定した運転をすることができる。また、機器等の故障の原因を除去することができる。また、ゲートの制御が途中で渋滞したとき等の場合、ゲート開度信号に応じて水槽への実際の流量に対応する運転可能な運転可能出力値信号が増減され、出力指令信号が増減したときこの運転可能出力値信号に出力指令信号が上限または下限に制限されるために水槽への流量と水車への使用流量との差異が急激に生じることがなく水槽の水位の変動を抑制することができる。また、オペレータの煩雑な対応操作も不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す水力発電機の制御装置の系統図である。
【図２】図１の制御装置を示すブロック構成図である。
【図３】図１の制御装置の具体例を示す構成図である。
【図４】図１の制御装置の取水口流入量と水槽流入量と出力指令値の特性を示す説明図である。
【図５】出力値と流量との特性を示す説明図である。
【図６】本発明の第２実施例を示す水力発電機の制御装置の系統図である。
【図７】図６の制御装置の具体例を示す構成図である。
【図８】本発明の第３実施例を示す水力発電機の制御装置の系統図である。
【図９】図８の制御装置を示すブロック構成図である。
【図１０】図８の制御装置の具体例を示す構成図である。
【図１１】図８の他の制御装置の具体例を示す構成図である。
【図１２】本発明の第４実施例を示す水力発電機の制御装置の系統図である。
【図１３】図１２の応水制御部の構成図である。
【図１４】図１３の運転台数検出手段の具体例を示す構成図である。
【図１５】本発明の第５実施例を示す水力発電機の制御装置の系統図である。
【図１６】図１５の応水制御部と出力指令値作成部を示す構成図である。
【図１７】第１の従来例を示す水力発電機の制御装置の系統図である。
【図１８】図１７の制御装置のブロック構成図である。
【図１９】図１７の制御装置の作用を示す説明図である。
【図２０】第２の従来例を示す水力発電機の制御装置の系統図である。
【図２１】図２０の応水制御部を示す構成図である。
【図２２】図２１の運転台数検出手段を示す構成図である。
【図２３】取水口からの流入量とゲート開度との関係を示す特性図である。
【図２４】ゲート開度と取水口流入量と運転台数との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１    取水口
２    発電所
３    制御所
４    導水路
５    水槽
７    取水口ゲート
９    ゲート制御装置
１０    計算機
１１，２９    水位計
３０，６０，７６，８２    制御装置
３１，８３    応水制御部
３２    水調部
３３    自動制御部
３４，８４    運転台数検出手段
３５    運転号機選択手段
６１    運転可能出力値生成部
６２    出力指令値制限処理部
６３，８７    制御部
６４    流量特性算出手段
６５    無駄時間処理手段
６６    出力特性処理手段
６７    増方向検出手段
６８    減方向検出手段
６９    ホールド手段
７０    上限リミッタ手段
７１    下限リミッタ手段
７２    切替手段
７３    偏差算出手段
７４    不感帯設定手段
７５    ゲイン設定手段
７７    着水時流量増特性処理手段
７８    加算手段
８５    出力指令値作成部
８６    出力配分処理部
８９    水槽流入量算出部
９０    流量指令値制限処理部
９１    出力特性処理部
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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