(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上池と下池とが共用管路と非共用管路とで連通され、前記共用管路の途中または前記共用管路と前記非共用管路の境界部である分岐点に上サージタンクと下サージタンクを有する水路系に設けられた可変速揚水発電装置であって、
前記非共用管路のそれぞれに設けられた可変速度で運転される複数のポンプ水車と、前記ポンプ水車のそれぞれに連結された複数の可変速発電電動機と、前記ポンプ水車の回転速度を制御する制御装置とを有する可変速揚水発電装置において、
前記制御装置は、揚水モード時、前記複数のポンプ水車の一方のポンプ水車に係る電力指令信号と、前記複数のポンプ水車の他方のポンプ水車に係る電力指令信号と、前記上サージタンクと前記下サージタンクの水位差を示す静落差信号とを入力して、前記一方のポンプ水車に係る全揚程を演算により求め、前記全揚程の信号と前記一方のポンプ水車に係る前記電力指令信号とに基づいて適正回転速度を求め、前記適正回転速度により前記一方のポンプ水車の回転速度を制御することを特徴とする可変速揚水発電装置。
【請求項２】
上池と下池とが共用管路と非共用管路とで連通され、前記共用管路の途中または前記共用管路と前記非共用管路の境界部である分岐点に上サージタンクと下サージタンクを有する水路系に設けられた可変速揚水発電装置であって、
前記非共用管路のそれぞれに設けられた可変速度で運転される複数のポンプ水車と、前記ポンプ水車のそれぞれに連結された複数の可変速発電電動機と、前記ポンプ水車の回転速度及び案内羽根開度を制御する制御装置とを有する可変速揚水発電装置において、
前記制御装置は、揚水モード時、前記複数のポンプ水車の一方のポンプ水車に係る電力指令信号と、前記複数のポンプ水車の他方のポンプ水車に係る電力指令信号と、前記上サージタンクと前記下サージタンクの水位差を示す静落差信号とを入力して、前記一方のポンプ水車に係る全揚程を演算により求め、前記全揚程の信号と前記一方のポンプ水車に係る前記電力指令信号とに基づいて適正回転速度と適正案内羽根開度を求め、前記適正回転速度により前記一方のポンプ水車の回転速度を制御するとともに前記適正案内羽根開度により前記一方のポンプ水車の案内羽根開度を制御することを特徴とする可変速揚水発電装置。
【請求項３】
上池と下池とが共用管路と非共用管路とで連通され、前記共用管路の途中または前記共用管路と前記非共用管路の境界部である分岐点に上サージタンクと下サージタンクを有する水路系に設けられた可変速揚水発電装置であって、
前記非共用管路のそれぞれに設けられた可変速度で運転される複数のポンプ水車と、前記ポンプ水車のそれぞれに連結された複数の可変速発電電動機と、前記ポンプ水車の回転速度を制御する制御装置とを有する可変速揚水発電装置において、
前記制御装置は、発電モード時、前記複数のポンプ水車の一方のポンプ水車に係る電力指令信号と、前記複数のポンプ水車の他方のポンプ水車に係る電力指令信号と、前記上サージタンクと前記下サージタンクの水位差を示す静落差信号とを入力して、前記一方のポンプ水車に係る有効落差を演算により求め、前記有効落差の信号と前記一方のポンプ水車に係る前記電力指令信号とに基づいて適正回転速度を求め、前記適正回転速度により前記一方のポンプ水車の回転速度を制御することを特徴とする可変速揚水発電装置。
【請求項４】
上池と下池とが共用管路と非共用管路とで連通され、前記共用管路の途中または前記共用管路と前記非共用管路の境界部である分岐点に上サージタンクを有する水路系に設けられた可変速揚水発電装置であって、
前記非共用管路のそれぞれに設けられた可変速度で運転される複数のポンプ水車と、前記ポンプ水車のそれぞれに連結された複数の可変速発電電動機と、前記ポンプ水車の回転速度を制御する制御装置とを有する可変速揚水発電装置において、
前記制御装置は、揚水モード時、前記複数のポンプ水車の一方のポンプ水車に係る電力指令信号と、前記複数のポンプ水車の他方のポンプ水車に係る電力指令信号と、前記上サージタンクと前記下池の水位差を示す静落差信号とを入力して、前記一方のポンプ水車に係る全揚程を演算により求め、前記全揚程の信号と前記一方のポンプ水車に係る前記電力指令信号とに基づいて適正回転速度を求め、前記適正回転速度により前記一方のポンプ水車の回転速度を制御することを特徴とする可変速揚水発電装置。
【請求項５】
上池と下池とが共用管路と非共用管路とで連通され、前記共用管路の途中または前記共用管路と前記非共用管路の境界部である分岐点に上サージタンクを有する水路系に設けられた可変速揚水発電装置であって、
前記非共用管路のそれぞれに設けられた可変速度で運転される複数のポンプ水車と、前記ポンプ水車のそれぞれに連結された複数の可変速発電電動機と、前記ポンプ水車の回転速度及び案内羽根開度を制御する制御装置とを有する可変速揚水発電装置において、
前記制御装置は、揚水モード時、前記複数のポンプ水車の一方のポンプ水車に係る電力指令信号と、前記複数のポンプ水車の他方のポンプ水車に係る電力指令信号と、前記上サージタンクと前記下池の水位差を示す静落差信号とを入力して、前記一方のポンプ水車に係る全揚程を演算により求め、前記全揚程の信号と前記一方のポンプ水車に係る前記電力指令信号とに基づいて適正回転速度と適正案内羽根開度を求め、前記適正回転速度により前記一方のポンプ水車の回転速度を制御するとともに前記適正案内羽根開度により前記一方のポンプ水車の案内羽根開度を制御することを特徴とする可変速揚水発電装置。
【請求項６】
上池と下池とが共用管路と非共用管路とで連通され、前記共用管路の途中または前記共用管路と前記非共用管路の境界部である分岐点に上サージタンクを有する水路系に設けられた可変速揚水発電装置であって、
前記非共用管路のそれぞれに設けられた可変速度で運転される複数のポンプ水車と、前記ポンプ水車のそれぞれに連結された複数の可変速発電電動機と、前記ポンプ水車の回転速度を制御する制御装置とを有する可変速揚水発電装置において、
前記制御装置は、発電モード時、前記複数のポンプ水車の一方のポンプ水車に係る電力指令信号と、前記複数のポンプ水車の他方のポンプ水車に係る電力指令信号と、前記上サージタンクと前記下池の水位差を示す静落差信号とを入力して、前記一方のポンプ水車に係る有効落差を演算により求め、前記有効落差の信号と前記一方のポンプ水車に係る前記電力指令信号とに基づいて適正回転速度を求め、前記適正回転速度により前記一方のポンプ水車の回転速度を制御することを特徴とする可変速揚水発電装置。
【請求項７】
上池と下池とが共用管路と非共用管路とで連通され、前記共用管路の途中または前記共用管路と前記非共用管路の境界部である分岐点に下サージタンクを有する水路系に設けられた可変速揚水発電装置であって、
前記非共用管路のそれぞれに設けられた可変速度で運転される複数のポンプ水車と、前記ポンプ水車のそれぞれに連結された複数の可変速発電電動機と、前記ポンプ水車の回転速度を制御する制御装置とを有する可変速揚水発電装置において、
前記制御装置は、揚水モード時、前記複数のポンプ水車の一方のポンプ水車に係る電力指令信号と、前記複数のポンプ水車の他方のポンプ水車に係る電力指令信号と、前記下サージタンクと前記上池の水位差を示す静落差信号とを入力して、前記一方のポンプ水車に係る全揚程を演算により求め、前記全揚程の信号と前記一方のポンプ水車に係る前記電力指令信号とに基づいて適正回転速度を求め、前記適正回転速度により前記一方のポンプ水車の回転速度を制御することを特徴とする可変速揚水発電装置。
【請求項８】
上池と下池とが共用管路と非共用管路とで連通され、前記共用管路の途中または前記共用管路と前記非共用管路の境界部である分岐点に下サージタンクを有する水路系に設けられた可変速揚水発電装置であって、
前記非共用管路のそれぞれに設けられた可変速度で運転される複数のポンプ水車と、前記ポンプ水車のそれぞれに連結された複数の可変速発電電動機と、前記ポンプ水車の回転速度及び案内羽根開度を制御する制御装置とを有する可変速揚水発電装置において、
前記制御装置は、揚水モード時、前記複数のポンプ水車の一方のポンプ水車に係る電力指令信号と、前記複数のポンプ水車の他方のポンプ水車に係る電力指令信号と、前記下サージタンクと前記上池の水位差を示す静落差信号とを入力して、前記一方のポンプ水車に係る全揚程を演算により求め、前記全揚程の信号と前記一方のポンプ水車に係る前記電力指令信号とに基づいて適正回転速度と適正案内羽根開度を求め、前記適正回転速度により前記一方のポンプ水車の回転速度を制御するとともに前記適正案内羽根開度により前記一方のポンプ水車の案内羽根開度を制御することを特徴とする可変速揚水発電装置。
【請求項９】
上池と下池とが共用管路と非共用管路とで連通され、前記共用管路の途中または前記共用管路と前記非共用管路の境界部である分岐点に下サージタンクを有する水路系に設けられた可変速揚水発電装置であって、
前記非共用管路のそれぞれに設けられた可変速度で運転される複数のポンプ水車と、前記ポンプ水車のそれぞれに連結された複数の可変速発電電動機と、前記ポンプ水車の回転速度を制御する制御装置とを有する可変速揚水発電装置において、
前記制御装置は、発電モード時、前記複数のポンプ水車の一方のポンプ水車に係る電力指令信号と、前記複数のポンプ水車の他方のポンプ水車に係る電力指令信号と、前記下サージタンクと前記上池の水位差を示す静落差信号とを入力して、前記一方のポンプ水車に係る有効落差を演算により求め、前記有効落差の信号と前記一方のポンプ水車に係る前記電力指令信号とに基づいて適正回転速度を求め、前記適正回転速度により前記一方のポンプ水車の回転速度を制御することを特徴とする可変速揚水発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変速揚水発電装置に係り、特に電力指令または相当信号と水位差信号に応じて高効率で運転する可変速揚水発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
可変速揚水発電装置を効率よく運転するために、電力指令または相当信号と水位信号によって決まる可変速ポンプ水車の最適回転速度と最適案内羽根開度を発信する関数発信器が制御装置に組み込まれる場合が多い。例えば、揚水モードについては特許文献２に、発電モードについては特許文献３にそのような制御装置が記載されている。水位信号としては、揚水モードにおいては全揚程、発電モードにおいては有効落差が用いられる。
【０００３】
特許文献１には、複数台の可変速ポンプ水車が管路を共有する水路系における可変速ポンプ水車の制御装置において、水位信号として、制御系が発振する原因となる全揚程または有効落差の検出値を用いずに、それらと同等な精度を有する、計算によって求めた全揚程または有効落差を用いて可変速ポンプ水車を制御することが記載されており、この制御方法によって、有害な制御ループが形成されず、安定した可変速制御が可能となり、また、他号機の影響も反映した高精度な可変速制御が可能となると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第3516113号公報
【特許文献２】特公平6-103023号公報
【特許文献３】特公平8-34717号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１においては、全揚程または有効落差を計算で求めるために、上池と下池の水位差を示す静落差を用いている。即ち、揚水モードにおいては、上下池水位差から算出した静落差と電力指令または相当信号から揚水量信号を発生させて模擬全揚程信号（計算で求めた全揚程を模擬全揚程と称する。）を演算し、発電モードにおいては、同様に上下池水位差から算出した静落差と電力指令または相当信号から流量信号を発生させて模擬有効落差信号（計算で求めた有効落差を模擬有効落差と称する。）を演算している。
【０００６】
一方、長い導水路および/または鉄管路および/または放水路を共有しサージタンクを有する水路系に設けられた複数の水車を有する水力発電所を可変速揚水発電システムに改造することが考えられる。
【０００７】
このような水路系における可変速ポンプ水車に、特許文献１に記載の制御方法を適用した場合、数分周期のサージタンクの水位変動により、ポンプ水車の鉄管側とドラフト側に作用する水圧が時々刻々変動するため、制御上の模擬全揚程または模擬有効落差と実際の全揚程または有効落差とに大きな差が発生する。これにより、有効落差による水車の上限出力、キャビテーション発生等から決められた下限出力、およびポンプ運転特性から定められた上下限入力範囲から逸脱して運転され、回転速度が可変速範囲から逸脱しやすくなり可変速範囲逸脱防止制御が頻繁に動作することや、キャビテーション発生領域での運転によりランナにキャビテーション壊食が発生することや、算出した適正回転速度と適正案内羽根開度の精度が悪化することによる適正回転速度と適正案内羽根開度からの逸脱運転が発生する可能性がある。
【０００８】
本発明の目的は、導水路および/または鉄管路および/または放水路を共有しサージタンクを有する水路系における可変速ポンプ水車の制御において、起動停止、入出力変化または可変速制御などによる水路系を流れる流量の変化によりサージタンクに発生する水位変動の影響で制御上の模擬全揚程または模擬有効落差と実際の全揚程または有効落差とに大きな差が発生することによる影響を低減可能な可変速揚水発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するため、上下サージタンク（又は上サージタンクと下池、上池と下サージタンク）の水位差信号を用いて、模擬全揚程または模擬有効落差を求めるようにしたものである。
【００１０】
具体的には、本発明は、例えば、揚水モードにおいては、上下サージタンクの水位差信号から算出した静落差と電力指令または相当信号から揚水量信号を発生させて模擬全揚程信号を演算し、発電モードにおいては、上下サージタンクの水位差信号から算出した静落差と電力指令または相当信号から流量信号を発生させて模擬有効落差信号を演算し、これらの模擬全揚程信号または模擬有効落差信号に基づいて、可変速ポンプ水車の適正回転速度または適正案内羽根開度を演算するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、上下サージタンク（又は上サージタンクと下池、上池と下サージタンク）の水位差信号を用いることでサージタンクの水位変動により時々刻々変化する実際の全揚程または有効落差に対応した模擬全揚程または模擬有効落差を精度よくかつ安定に算出可能とすることができるので、例えば、上下限入出力範囲からの逸脱運転や適正回転速度と適正案内羽根開度からの逸脱運転を防止できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例に係る可変速揚水発電装置における揚水モードの可変速制御装置の具体的構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施例に係る可変速揚水発電装置における発電モードの可変速制御装置の具体的構成を示すブロック図である。
【図３】本発明が適用される可変速揚水発電装置の水路系の一例を示すもので、２台の可変速ポンプ水車が共有水路を有し、かつ導水路側に上サージタンクと放水路側に下サージタンクを有する水路系の構成を示す説明図である。
【図４】本発明の実施例に係る可変速揚水発電装置における揚水モードの水位信号計算装置の一例を示すもので、図３に示す水路系を有する可変速揚水発電装置における揚水モードの水位信号計算装置の具体的構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施例に係る可変速揚水発電装置における発電モードの水位信号計算装置の一例を示すもので、図３に示す水路系を有する可変速揚水発電装置における発電モードの水位信号計算装置の具体的構成を示すブロック図である。
【図６】本発明が適用される可変速揚水発電装置の水路系の他の一例を示すもので、２台の可変速ポンプ水車が共有水路を有し、かつ導水路側に上サージタンクを有する水路系の構成を示す説明図である。
【図７】本発明が適用される可変速揚水発電装置の水路系の他の一例を示すもので、２台の可変速ポンプ水車が共有水路を有し、かつ放水路側に下サージタンクを有する水路系の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１４】
図３に、本発明の実施例１が適用される可変速揚水発電装置の水路系の構成を示す。上池９と下池１０の間には上サージタンク１３と下サージタンク１４が設けられている。上サージタンク１３は導水路の途中に設けられ、下サージタンク１４は放水路側の分岐点に設けられている。上サージタンク１３と下サージタンク１４の間に２台の可変速ポンプ水車１１，１２が設けられ、２台の可変速ポンプ水車１１，１２は管路Ｂ（上サージタンク１３から分岐点まで鉄管路）を共有している。即ち、上池と下池とが共用管路（管路Ｂ，Ｄ）と非共用管路（管路Ａ，Ｃ）とで連通され、上池側の共用管路の途中、下池側の共用管路と非共用管路の境界部である分岐点に、上サージタンク、下サージタンクがそれぞれ設けられ、非共用管路（管路Ａ，Ｃ）に可変速ポンプ水車がそれぞれ設けられている。また、図示省略しているが、可変速ポンプ水車には周波数変換器を備えた可変速発電電動機が連結されており、可変速ポンプ水車の回転速度や案内羽根開度を制御する制御装置が備えられている。以下、このように上下サージタンク間の管路において２台の可変速ポンプ水車が管路を共有する水路系における可変速ポンプ水車の制御装置について説明する。
【００１５】
図１は、本実施例に係る揚水モードにおける制御装置の構成を示す。同図において水位信号計算装置１、適正回転速度発信器３、適正案内羽根開度発信器４、可変速制御システム７は可変速ポンプ水車１１の制御装置の構成要素であり、水位信号計算装置２、適正回転速度発信器５、適正案内羽根開度発信器６、可変速制御システム８は可変速ポンプ水車１２の制御装置の構成要素である。基本的な構成要素は、特許文献１に記載されたものと同じであり、水位信号計算装置１および水位信号計算装置２への水位信号入力が、図３に示す上下池水位差信号Ｈ０ではなく、上下サージタンクの水位差信号Ｈ１となっている点が特許文献１と異なる。即ち、本実施例では、サージタンクの水位変動により時々刻々変化する実際の全揚程に対応した模擬全揚程を精度よくかつ安定に算出可能とするように、基準落差信号として、特許文献１で示された上下池水位差信号に代えて、時々刻々変化する上下サージタンクの水位差信号を用いることを最も主要な特徴とする。各構成要素の働きは特許文献１(特許第3516113号公報)に詳述されているが、構成要素の働きについて簡単に説明する。
【００１６】
水位信号計算装置１は、可変速ポンプ水車１１に入力される電力指令または相当信号Ｐ１と、可変速ポンプ水車１２に入力される電力指令または相当信号Ｐ２と、上下サージタンクの水位差信号Ｈ１によって決まる全揚程相当水位信号（模擬全揚程信号）Ｈｅｆｆｐ１を発信する。尚、電力指令の相当信号とは例えば電力指令信号に簡単な演算を施した信号が含まれる（以下、同じ。）。
【００１７】
適正回転速度発信器３は、電力指令または相当信号Ｐ１と、全揚程相当水位信号Ｈｅｆｆｐ１とによって決まる最適な揚水運転ができる回転速度Ｎを発信する関数発信器である。
【００１８】
適正案内羽根開度発信器４は、電力指令または相当信号Ｐ１と、全揚程相当水位信号Ｈｅｆｆｐ１とによって決まる最適な揚水運転ができる案内羽根開度Ｙを発信する関数発信器である。
【００１９】
可変速制御システム７は、例えば、特許文献２(特公平6-103023号公報)にてその制御内容の詳細が述べられている。
【００２０】
可変速ポンプ水車１２についての水位信号計算装置２、適正回転速度発信器５、適正案内羽根開度発信器６および可変速制御システム８についても上述と同様の機能を持つ。
【００２１】
このような構成にすれば、可変速ポンプ水車１１に入力される電力指令または相当信号と、可変速ポンプ水車１２に入力される電力指令または相当信号と、上下サージタンクの水位変動による落差変化を反映した水位差信号とによって決まる模擬全揚程信号で制御できるため、有害なループを構成することなく制御可能であり、かつ、全揚程が変動しても適正回転速度と適正案内羽根開度の精度が悪化することがなく適正回転速度と適正案内羽根開度からの逸脱運転を防止して制御可能である。
【００２２】
水位信号計算装置１及び２の詳細を図４に示す。図１における水位信号計算装置１は揚水量発信器３０，３１、加算器３８、乗算器３２，３３、比例要素３５，３６、加算器３９，４１から構成され、図１における水位信号計算装置２は揚水量発信器３０，３１、加算器３８、乗算器３３，３４、比例要素３６，３７、加算器４０，４２から構成されている。水位信号計算装置の基本的な構成要素も特許文献１に記載されたものと同じである。水位信号入力が上下池水位差信号Ｈ０では無く上下サージタンクの水位差信号Ｈ１となっている点が特許文献１と異なる。
【００２３】
水位信号計算装置の機能について説明する。特許文献１には、水位信号計算装置として、上下池水位差信号を静落差として用い、上下池間の全ての管路での損失を揚水量の２乗に損失係数を乗じて求めて模擬全揚程を求める方法が詳細に示されている。本実施例では、上下サージタンクの水位差信号を静落差として用いて、上下サージタンク間の共用および非共用の管路での損失を揚水量の２乗に損失係数を乗じて求めて、その求めた管路での損失を上下サージタンクの水位差信号に加算することで模擬全揚程を求めるものである。
【００２４】
即ち、図３において、可変速ポンプ水車１１、１２は共に揚水運転中であり、可変速ポンプ水車１１が汲み上げる揚水量をＱ１、可変速ポンプ水車１２が汲み上げる揚水量をＱ２とする。図中の管路に流れる揚水量は、管路ＡではＱ１，管路ＢではＱ１＋Ｑ２、管路ＣではＱ２となる。管路損失＝（揚水量の２乗）×損失係数であるので、管路の損失係数を管路ＡではＫａ，管路ＢではＫｂ、管路ＣではＫｃとすれば、この時の可変速ポンプ水車１１に係る管路損失は［（Ｑ１の２乗）×Ｋａ＋（（Ｑ１＋Ｑ２）の２乗）×Ｋｂ］で求めることができ、可変速ポンプ水車１２に係る管路損失は［（Ｑ２の２乗）×Ｋｃ＋（（Ｑ１＋Ｑ２）の２乗）×Ｋｂ］で求めることができる。
【００２５】
可変速ポンプ水車１１が汲み上げる揚水量をＱ１からＱ３に変化させ、可変速ポンプ水車１２の運転状態は変化させない場合、可変速ポンプ水車１１に係る管路損失は、［（Ｑ３の２乗）×Ｋａ＋（（Ｑ３＋Ｑ２）の２乗）×Ｋｂ］となる。一方、可変速ポンプ水車１２に係る管路損失は［（Ｑ２の２乗）×Ｋｃ＋（（Ｑ３＋Ｑ２）の２乗）×Ｋｂ］となり、運転状態を変化させていないにもかかわらず、管路を共有する他号機の影響により全揚程が変化してしまう。
【００２６】
全揚程＝上下サージタンクの水位差信号による静落差＋上下サージタンク間の管路損失でもあるので、本実施例の水位信号計算装置では、上述のそれぞれの可変速ポンプ水車に係る管路損失を計算により求めて、上下サージタンクの水位差信号Ｈ１による静落差に加算することにより、それぞれの可変速ポンプ水車の全揚程相当水位信号Ｈｅｆｆｐ１，Ｈｅｆｆｐ２を算出している。このようにすれば他号機の起動停止や揚水量変化の影響ばかりでなく自号機の揚水量変化の影響によるサージタンクの水位変動の影響も考慮にいれた全揚程相当水位信号を求めることができる。尚、管路Ｄ（上池９から上サージタンク１３までの導水路及び下サージタンク１４から下池１０までの放水路）における管路損失については、上下サージタンクの水位差信号から得られる静落差と計算により求められた管路損失を加算することにより全揚程相当水位信号Ｈｅｆｆｐ１，Ｈｅｆｆｐ２を算出する本実施例の方法においては、考慮する必要はない。
【００２７】
次に、上述の機能を実現する水位信号計算装置１及び２の各構成要素について説明する。各構成要素の働きは特許文献１にも詳述されている。
【００２８】
揚水量発信器３０は、可変速ポンプ水車１１に関して、電力指令または相当信号Ｐ１と、上下サージタンクの水位差信号Ｈ１によって決まる揚水量を発信する関数発信器である。
【００２９】
揚水量発信器３１は、可変速ポンプ水車１２に関して、電力指令または相当信号Ｐ２と、上下サージタンクの水位差信号Ｈ１によって決まる揚水量を発信する関数発信器である。
【００３０】
乗算器３２〜３４は、管路損失＝（揚水量の２乗）×損失係数における（揚水量の２乗）を求めるため、上下サージタンク間の共用および非共用の管路に対して、図４に示すように設置されている。そして図３の管路Ａの損失係数が比例要素３５に設定され、また管路Ｃの損失係数が比例要素３７に設定されている。更に共有管Ｂの管路損失＝［（可変速ポンプ水車１１が汲み上げる揚水量＋可変速ポンプ水車１２が汲み上げる揚水量）の２乗］×損失係数と考え、損失係数が比例要素３６に設定されている。即ち、比例要素３５の値をＫａ、比例要素３６の値をＫｂ、比例要素３７の値をＫｃとおくことにより、管路Ａを乗算器３２と比例要素３５、管路Ｂを乗算器３３と比例要素３６、管路Ｃを乗算器３４と比例要素３７で模擬している。
【００３１】
可変速ポンプ水車１１がＰ１、Ｈ１で運転していれば揚水量Ｑ１、可変速ポンプ水車１２がＰ２、Ｈ１で運転していれば揚水量Ｑ２であるので、同信号が入力されれば、揚水量発信器３０の出力はＱ１、揚水量発信器３１の出力はＱ２となる。この時、乗算器３２、比例要素３５に出力される揚水量の信号はＱ１、乗算器３４、比例要素３７に出力される揚水量の信号はＱ２、乗算器３３、比例要素３６に出力される揚水量の信号は加算器３８で加算されるのでＱ１＋Ｑ２となる。
【００３２】
このようにして管路Ａ、Ｂ、Ｃにおける揚水量から管路損失が計算される。可変速ポンプ水車１１に係る上下サージタンク間の管路損失は、管路Ａの損失＋管路Ｂの損失であるので、比例要素３５、３６の出力信号が加算器３９で加算され計算される。同様に可変速ポンプ水車１２に係る上下サージタンク間の管路損失は、管路Ｃの損失＋管路Ｂの損失であるので、比例要素３６、３７の出力信号が加算器４０で加算され計算される。全揚程は、上下サージタンクの水位差信号による静落差＋上下サージタンク間の管路損失で求められるので、最終的に可変速ポンプ水車１１の全揚程相当水位信号（模擬全揚程信号）Ｈｅｆｆｐ１は、上下サージタンクの水位差信号による静落差Ｈ１と管路損失信号である加算器３９の出力信号が加算器４１で加算されることにより計算される。
【００３３】
同様に可変速ポンプ水車１２の全揚程相当水位信号（模擬全揚程信号）Ｈｅｆｆｐ２は、上下サージタンクの水位差信号からの静落差Ｈ１と管路損失信号である加算器４０の出力信号が加算器４２で加算されることにより計算される。
【００３４】
可変速ポンプ水車１１の電力指令をＰ１からＰ３に操作すれば、揚水発信器３０から出力から出力される揚水量の信号はＱ１からＱ３に変化する。この時乗算器３２、比例要素３５に出力される揚水量の信号はＱ３、乗算器３４、比例要素３７に出力される揚水量の信号はＱ２、乗算器３３、比例要素３６に出力される揚水量の信号は加算器３８で加算されるのでＱ３＋Ｑ２となる。以降、電力指令がＰ１のときと同様に計算され、可変速ポンプ水車１１の電力指令をＰ１からＰ３に操作したときの可変速ポンプ水車１１の全揚程相当水位信号（模擬全揚程信号）Ｈｅｆｆｐ１と、可変速ポンプ水車１１の運転変化による影響を反映した可変速ポンプ水車１２の全揚程相当水位信号（模擬全揚程信号）Ｈｅｆｆｐ２が求められる。
【００３５】
このようにして、管路を共有する他号機の影響もうまく模擬しており、可変速ポンプ水車１２は運転状態が一定であったにもかかわらず、全揚程が他号機の影響に応じて変化するのである。同様に他号機の起動停止や揚水量変化の影響ばかりでなく自号機の揚水量変化の影響によるサージタンクの水位変動の影響による全揚程変化の影響も考慮した全揚程相当水位信号を求めて、可変速ポンプ水車の制御に反映できる。
【実施例２】
【００３６】
次に、図３に示す水路系を有する可変速揚水発電装置の発電モードに本発明を適用した実施例について説明する。図２は本実施例に係る発電モードにおける制御装置の構成を示す。同図において水位信号計算装置１５、適正回転速度発信器１７、可変速制御システム１９は可変速ポンプ水車１１の制御装置の構成要素であり、水位信号計算装置１６、適正回転速度発信器１８、可変速制御システム２０は可変速ポンプ水車１２の制御装置の構成要素である。基本的な構成は、揚水モードの制御装置と同様に、特許文献１に記載されたものと同じであり、水位信号計算装置１５および水位信号計算装置１６への水位信号入力が、図３に示す上下池水位差信号Ｈ０ではなく、上下サージタンクの水位差信号Ｈ１となっている点が特許文献１と異なる。即ち、本実施例では、サージタンクの水位変動により時々刻々変化する実際の有効落差に対応した模擬有効落差を精度よくかつ安定に算出可能とするように、基準落差信号として、特許文献１で示された上下池水位差信号に代えて、時々刻々変化する上下サージタンクの水位差信号を用いることを最も主要な特徴とする。各構成要素の働きは特許文献１に詳述されているが、構成要素の働きについて簡単に説明する。
【００３７】
水位信号計算装置１５は、可変速ポンプ水車１１に入力される電力指令または相当信号Ｐ１と、可変速ポンプ水車１２に入力される電力指令または相当信号Ｐ２と、上下サージタンクの水位差信号Ｈ１によって決まる有効落差相当水位信号（模擬有効落差信号）Ｈｅｆｆｇ1を発信する。
【００３８】
適正回転速度発信器１７は、電力指令または相当信号Ｐ１と、有効落差相当水位信号Ｈｅｆｆｇ１とによって決まる最適な水車運転ができる回転速度Ｎを発信する関数発信器である。
【００３９】
可変速制御システム１９は、例えば、特許文献３(特公平8-34717号公報)にてその制御内容の詳細が述べられている。
【００４０】
可変速ポンプ水車１２についての水位信号計算装置１６、適正回転速度発信器１８、可変速制御システム２０についても上述と同様の機能を持つ。
【００４１】
次に水位信号計算装置１５及び１６の詳細を図５に示す。図２における水位信号計算装置１５は流量発信器４３，４４、加算器５１、乗算器４５，４６、比例要素４８，４９、加算器５２，５４から構成され、図２における水位信号計算装置１６は流量発信器４３，４４、加算器５１、乗算器４６，４７、比例要素４９，５０、加算器５３，５５から構成されている。水位信号計算装置の基本的な構成要素も特許文献１に記載されたものと同じである。水位信号入力が上下池水位差信号Ｈ０では無く上下サージタンクの水位差信号Ｈ１となっている点が特許文献１と異なる。即ち、本実施例では、上下サージタンクの水位差信号を静落差として用いて、上下サージタンク間の共用および非共用の管路での損失を流量の２乗に損失係数を乗じて求めて、その求めた管路での損失を上下サージタンクの水位差信号から減算することで模擬有効落差を求めている。
【００４２】
流量発信器４３は、可変速ポンプ水車１１に関して、電力指令または相当信号Ｐ１と、上下サージタンクの水位差信号Ｈ１によって決まる流量を発信する関数発信器である。
【００４３】
流量発信器４４は、可変速ポンプ水車１２に関して、電力指令または相当信号Ｐ２と、上下サージタンクの水位差信号Ｈ１によって決まる流量を発信する関数発信器である。管路損失＝（流量の２乗）×損失係数であるので、上下サージタンク間の共用および非共用の管路に対して乗算器４５〜４７を図５のように設置する。そして図３の管路Ａの損失係数を比例要素４８に設定する。また管路Ｃの損失係数を比例要素５０に設定する。更に共有管Ｂの管路損失＝［（可変速ポンプ水車１１に流れ込む流量＋可変速ポンプ水車１２に流れ込む流量）の２乗］×損失係数と考え、損失係数を比例要素４９に設定する。有効落差＝上下サージタンクの水位差信号による静落差−上下サージタンク間の管路損失であるので、上下サージタンクの水位差信号による静落差から計算により求められたそれぞれの可変速ポンプ水車の管路損失を減算することにより、それぞれの可変速ポンプ水車の有効落差相当水位信号Ｈｅｆｆｇ1，Ｈｅｆｆｇ2を算出する。このようにすれば他号機の起動停止や流量変化の影響ばかりでなく自号機の流量変化の影響によるサージタンクの水位変動の影響も考慮にいれた有効落差相当水位信号を求めることができる。
【００４４】
本実施例によれば、揚水モードと同様に、可変速ポンプ水車１１に入力される電力指令または相当信号と、可変速ポンプ水車１２に入力される電力指令または相当信号と、上下サージタンクの水位変動による落差変化を反映した水位差信号とによって決まる模擬有効落差信号で制御できるため有害なループを構成することなく制御可能であり、かつ、有効落差が変動しても適正回転速度の精度が悪化することがなく適正回転速度からの逸脱運転を防止し、また、上下限出力制限からの逸脱運転を防止して制御可能である。
【実施例３】
【００４５】
上述の実施例１および２における可変速ポンプ水車の動作は、他の水路系、例えば図６に示す水路系の可変速揚水発電装置おいても同様である。図６は、本発明が適用される可変速揚水発電装置の水路系の他の例を示すもので、導水路の途中に上サージタンク１３を有し、２台の可変速ポンプ水車１１，１２が管路Ｂ（上サージタンク１３から分岐点までの鉄管路と放水路側の分岐点から下池１０までの放水路）を共有する水路系の構成を示す。即ち、上池と下池とが共用管路（管路Ｂ，Ｄ）と非共用管路（管路Ａ，Ｃ）とで連通され、上池側の共用管路の途中に上サージタンクが設けられ、非共用管路（管路Ａ，Ｃ）に可変速ポンプ水車がそれぞれ設けられている。
【００４６】
可変速制御装置の基本的な構成要素は、図１及び図２に示す実施例１及び２の制御装置と同じであり、水位信号計算装置１および水位信号計算装置２への水位信号入力が、図３に示す上下サージタンクの水位差信号Ｈ１ではなく、図６に示す上サージタンク１３と下池１０との水位差信号Ｈ２となる点が実施例１と異なる。即ち、本実施例では、サージタンクの水位変動により時々刻々変化する実際の全揚程または有効落差に対応した模擬全揚程または模擬有効落差を精度よくかつ安定に算出可能とするように、基準落差信号として、特許文献１で示された上下池水位差信号に代えて、時々刻々変化する上サージタンクと下池との水位差信号を用いている。
【００４７】
また、揚水モードおよび発電モードでの水位信号計算装置のブロック図も図４および図５と同じであり、図４において、揚水量発信器３０，３１および加算器４１，４２に入力される水位差信号、並びに図５において、流量発信器４３，４４および加算器５４，５５に入力される水位差信号が、図６に示す上サージタンク１３と下池１０との水位差信号Ｈ２となる。
【００４８】
尚、本実施例では、上サージタンクと下池の水位差信号から得られる静落差と計算により求められた管路損失を加減算することにより全揚程相当水位信号Ｈｅｆｆｐ１，Ｈｅｆｆｐ２およびを有効落差相当水位信号Ｈｅｆｆｇ1，Ｈｅｆｆｇ2算出するので、管路Ｄ（上池９から上サージタンク１３までの導水路）における管路損失については考慮する必要はない。
【実施例４】
【００４９】
上述の実施例１および２における可変速ポンプ水車の動作は、他の水路系、例えば図７に示す水路系の可変速揚水発電装置おいても同様である。図７は、本発明が適用される可変速揚水発電装置の水路系の他の例を示すもので、放水路側の分岐点に下サージタンク１４を有し、２台の可変速ポンプ水車１１，１２が管路Ｂ（上池９から分岐点までの導水路）を共有する水路系の構成を示す。即ち、上池と下池とが共用管路（管路Ｂ，Ｄ）と非共用管路（管路Ａ，Ｃ）とで連通され、下池側の共用管路と非共用管路の境界部である分岐点に下サージタンクが設けられ、非共用管路（管路Ａ，Ｃ）に可変速ポンプ水車がそれぞれ設けられている。
【００５０】
可変速制御装置の基本的な構成要素は、図１及び図２に示す実施例１及び２の制御装置と同じであり、水位信号計算装置１および水位信号計算装置２への水位信号入力が、図３に示す上下サージタンクの水位差信号Ｈ１ではなく、図７に示す上池９と下サージタンク１４との水位差信号Ｈ３となる点が実施例１と異なる。即ち、本実施例では、サージタンクの水位変動により時々刻々変化する実際の全揚程または有効落差に対応した模擬全揚程または模擬有効落差を精度よくかつ安定に算出可能とするように、基準落差信号として、特許文献１で示された上下池水位差信号に代えて、時々刻々変化する上池と下サージタンクとの水位差信号を用いている。
【００５１】
また、揚水モードおよび発電モードでの水位信号計算装置のブロック図も図４および図５と同じであり、図４において、揚水量発信器３０，３１および加算器４１，４２に入力される水位差信号、並びに図５において、流量発信器４３，４４および加算器５４，５５に入力される水位差信号が、図７に示す上池９と下サージタンク１４との水位差信号Ｈ３となる。
【００５２】
尚、本実施例では、上池と下サージタンクの水位差信号から得られる静落差と計算により求められた管路損失を加減算することにより全揚程相当水位信号Ｈｅｆｆｐ１，Ｈｅｆｆｐ２および有効落差相当水位信号Ｈｅｆｆｇ1，Ｈｅｆｆｇ2を算出するので、管路Ｄ（下サージタンク１４から下池１０までの放水路）における管路損失については考慮する必要はない。
【００５３】
上述の各実施例によれば、上下サージタンク（又は上サージタンクと下池、上池と下サージタンク）の水位差信号を用いることでサージタンクの水位変動により時々刻々変化する実際の全揚程または有効落差に対応した模擬全揚程または模擬有効落差を精度よくかつ安定に算出可能とすることが出来るので、上下限入出力範囲からの逸脱運転や適正回転速度と適正案内羽根開度からの逸脱運転を防止できるという利点がある。
【００５４】
また、上述の各実施例ではポンプ水車が２台であるが、特許文献１に記載のように、３台以上が管路の一部を共有する場合や、３台のうち２台がさらに管路の一部を共有する場合にも同様に本発明を適用できる。
【符号の説明】
【００５５】
１，２，１５，１６ … 水位信号計算装置、３，５，１７，１８ … 適正回転速度発信器、４，６ … 適正案内羽根開度発信器、７，８，１９，２０ … 可変速制御システム、９ … 上池、１０ … 下池、１１，１２ … 可変速ポンプ水車、１３ … 上サージタンク、１４ … 下サージタンク。
【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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