(57)【要約】【課題】上下水道プラントにおいて負荷の大きい装置を起動するときの影響を適切に抑制する。【解決手段】ポンプ２０４ａは、起動時に電圧降下する。ＬＲＴ１０２は、負荷をかけた状態で、出力電力を切り替えられ、出力側に前記負荷装置を接続する。監視制御装置１０２は、ＬＲＴ１０２およびポンプ２０４ａを制御する。監視制御装置１０２は、ポンプ２０４ａを起動する際、ＬＲＴ１０２に、出力電圧を上昇させる第１の指示信号を送信し、ＬＲＴ１０２から、出力電圧の上昇が完了した旨の完了信号を受信すると、ポンプ２０４ａに、起動信号を送信する。さらに監視制御装置１０２は、ポンプ２０４ａから、起動が完了した旨の完了信号を受信すると、変圧器に、出力電圧を上昇させる前の電圧に戻す第２の指示信号を送信する。【選択図】図３
2011188722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下水道プラントに用いられる受変電システムであって、
起動時に電圧降下する負荷装置と、
負荷をかけた状態で、出力電力を切り替えられ、出力側に前記負荷装置を接続した変圧器と、
前記変圧器および前記負荷装置を制御する監視制御装置を備え、
前記監視制御装置は、
前記負荷装置を起動する際、前記変圧器に、前記出力電圧を上昇させる第１の指示信号を送信し、
前記変圧器から、前記出力電圧の上昇が完了した旨の完了信号を受信すると、前記負荷装置に、起動信号を送信するとともに、
前記負荷装置から、起動が完了した旨の完了信号を受信すると、前記変圧器に、前記出力電圧を上昇させる前の電圧に戻す第２の指示信号を送信する
ことを特徴とする受変電システム。
【請求項２】
上下水道プラントに用いられる受変電システムに用いられる電圧制御方法であって、
前記受変電システムは、
起動時に電圧降下する負荷装置と、
負荷をかけた状態で、出力電力を切り替えられ、出力側に前記負荷装置を接続した変圧器と、
前記変圧器および前記負荷装置を制御する監視制御装置を備え、
前記負荷装置を起動する際、前記監視制御装置が、前記変圧器に、前記出力電圧を上昇させる第１の指示信号を送信するステップと、
前記監視制御装置が、前記変圧器から、前記出力電圧の上昇が完了した旨の完了信号を受信すると、前記負荷装置に、起動信号を送信するステップと、
前記監視制御装置が、前記負荷装置から、起動が完了した旨の完了信号を受信すると、前記変圧器に、前記出力電圧を上昇させる前の電圧に戻す第２の指示信号を送信するステップ
を備えることを特徴とする電圧制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上下水道プラントに用いられる受変電システムおよびこの受変電システムに用いられる電圧制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上下水道プラントは広い地域で上下水道を整備するため、これに用いられている設備は、大規模なものが多い。上下水道プラントのような特別高圧需要家系統において、大型の電動機などの、大容量負荷を起動すると、過渡的にきわめて大きな電圧降下が発生する場合がある。
【０００３】
一般的に、船舶用発電システムの負荷を起動する際に、電圧設定器の設定値を定格電圧値より若干大きく設定して、発電機の出力電圧を上昇させた後、負荷を起動し、その後、電圧設定器の設定値を定格値に戻す方法がある（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に記載の方法は、段落番号［００１２］に記載されるように、負荷を起動した後、一定時間経過後に、負荷を起動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３３１９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上下水道プラントなどのインフラシステムは、ライフラインを安定して提供することが求められている。上下水道プラントにおいては、水道の使用状況や降雨状況によって、ポンプなどの設備を起動させたり、停止させたりする運用が行われている。従って、ポンプの起動または停止の度に、電圧降下が生じると、インフラシステムという特徴を考慮すると、広範囲で影響が発生する場合が考えられる。
【０００６】
そこで、上下水道プラントなどのシステムにおいて、負荷の大きい装置を起動するときの電圧降下などの影響を、適切に抑制する必要性が求められる。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、上下水道プラントにおいて負荷の大きい装置を起動するときの影響を適切に抑制する受変電システムおよび電圧制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の第１の特徴は、上下水道プラントに用いられる受変電システムに関する。本発明の第１の特徴に係る受変電システムは、起動時に電圧降下する負荷装置と、負荷をかけた状態で、出力電力を切り替えられ、出力側に負荷装置を接続した変圧器と、変圧器および負荷装置を制御する監視制御装置を備える。ここで監視制御装置は、負荷装置を起動する際、変圧器に、出力電圧を上昇させる第１の指示信号を送信し、変圧器から、出力電圧の上昇が完了した旨の完了信号を受信すると、負荷装置に、起動信号を送信する。さらに監視制御装置は、負荷装置から、起動が完了した旨の完了信号を受信すると、変圧器に、出力電圧を上昇させる前の電圧に戻す第２の指示信号を送信する。
【０００９】
本発明の第２の特徴は、上下水道プラントに用いられる受変電システムに用いられる電圧制御方法に関する。本発明の第２の特徴に係る受変電システムは、起動時に電圧降下する負荷装置と、負荷をかけた状態で、出力電力を切り替えられ、出力側に負荷装置を接続した変圧器と、変圧器および負荷装置を制御する監視制御装置を備える。本発明の第２の特徴に係る電圧制御方法は、負荷装置を起動する際、監視制御装置が、変圧器に、出力電圧を上昇させる第１の指示信号を送信するステップと、監視制御装置が、変圧器から、出力電圧の上昇が完了した旨の完了信号を受信すると、負荷装置に、起動信号を送信するステップと、監視制御装置が、負荷装置から、起動が完了した旨の完了信号を受信すると、変圧器に、出力電圧を上昇させる前の電圧に戻す第２の指示信号を送信するステップを備える。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、上下水道プラントにおいて負荷の大きい装置を起動するときの影響を適切に抑制する受変電システムおよび電圧制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る受変電システムが用いられる上下水道プラントを説明する図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る上水道プラントの一部を説明する図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る受変電システムを説明する図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る電圧制御方法の処理を説明するフローチャート図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に係る受変電システムにおいて、ポンプを起動する際の、ＬＲＴおよび大容量負荷の電圧の変化を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。
【００１３】
本発明の実施の形態に係る受変電システム１０は、上下水道プラント１における設備に用いられる。まず図１を参照して、上下水道プラント１の概要を説明する。上下水道プラント１は、主に、上水道プラント２と下水道プラント３を備える。
【００１４】
上水道プラント２は、飲料その他に用いる上水を、各家庭や各建物に供給するためのプラントである。上水道プラント２は、取水場２１、浄水場２２、ポンプ場２４、配水池２５および上水管路網２６を備える。上水管路網２６は、配水池２５の上水を、各家庭、各建物等に供給するための配管である。取水場２１は、河川４から水をくみ上げ、上水道プラント２に供給する。上水道プラント２において、浄水場２２が、河川４からくみ上げられた水を、殺菌および消毒により浄化する。浄水場２２において浄化された上水は、ポンプ場２４に設置されたポンプによって、配水池２５に供給され蓄積される。配水池２５に蓄積された上水は、上水管路網２６を介して各家庭や各建物に供給される。
【００１５】
下水道プラント３は、住宅の台所・風呂場や、工場などから流れ出る汚水を浄化して、河川４に流したり、降雨や積雪などの雨水を集めて河川４に流すプラントである。下水処理場３１、ポンプ場３２および下水管路網３３を備える。下水管路網３３は、各家庭や各建物で発生した汚水や雨水を、下水処理場３１に集めるための配管である。下水管路網３３は、汚水を流す管路網と、雨水を流す管路網とに別れている場合もあるし、一緒になっている場合もある。ポンプ場３２のポンプによって、汚水や雨水を下水処理場３１に集める場合もある。
【００１６】
次に図２を参照して、本発明の実施の形態に係る上水道プラント２の一部を詳述する。浄水場２２は沈殿池２０１、ろ過池２０２、浄水池２０３およびポンプ２０４を備える。沈殿池２０１には、河川４からくみ上げられた水にポリ塩化アルミニウムなどの薬品と反応させた水が、貯められる。この反応により、河川４からくみ上げられた水に含まれる濁質などの不純物は、フロックに凝集される。フロックは、数ミリ程度の大きさである。この大きさは、沈殿池２０１において沈殿しやすい大きさである。沈殿池２０１において、投入された薬品やフロックの大部分が沈降し、汚泥として回収される。その後、ろ過池２０２において、沈殿池２０１で除去できなかった不純物を砂でろ過する。このとき、ろ過池２０２において、漂白効果や殺菌効果のある薬品や、殺菌効果のある紫外線ランプ等により、水中の殺菌を死滅させて、浄水池２０３に供給する。浄水池２０３に蓄えられた水は、ポンプ２０４を介して、配水池２５に供給され、配水池２５からさらに各家庭や各建物に供給される。
【００１７】
ここで、図２に示すように、浄水場２２において、沈殿池２０１およびろ過池２０２は複数備え、複数の系統で水を浄化し、浄水池２０３に供給しても良い。また、上水システム２は、複数の配水池２５を備えても良い。例えば、配水池２５ａから配水池２５ｂおよび配水池２５ｃに、ポンプ２４ａを用いて、浄水を供給しても良い。
【００１８】
このように、上下水道プラント１は、様々な設備を備える。これらの各設備を駆動させるために、発電機や、電動機などが設けられている。
【００１９】
本発明の実施の形態に係る受変電システム１０は、このような上下水道プラント１が備える様々な設備に供給される電力を制御する。図３を参照して、受変電システム１０を説明する。
【００２０】
本発明の実施の形態に係る受変電システム１０は、監視制御装置１０１および負荷時タップ切替変圧器（ＬＲＴ）１０２を備える。
【００２１】
監視制御装置１０１とＬＲＴ１０２とは、ＬＲＴ制御線１０３で接続されている。ＬＲＴ制御線１０３は、監視制御装置１０１から、ＬＲＴ１０２の出力電圧を指定する信号をＬＲＴ１０２に送信する。さらにＬＲＴ制御線１０３は、ＬＲＴ１０２から、指定された出力電圧に切替が完了した旨の信号を、監視制御装置１０１に送信する。
【００２２】
図３に示す例では、受変電システム１０は、ポンプ２０４ａ、２０４ｂ、２４ａおよび２４ｂの電力の供給を制御する。ＬＲＴ１０２の出力側には、ポンプ２０４ａ、２０４ｂ、２４ａおよび２４ｂが接続されている。ポンプ２０４ａおよび２０４ｂは、図２に示すように、浄水場２０３から配水池２５に水を供給するためのポンプである。ポンプ２０４ａ、２０４ｂ、２４ａおよび２４ｂは、それぞれ、起動時に負荷がかかることにより、大きな電圧降下が予想される大容量負荷の装置の一例である。
【００２３】
監視制御装置１０１と各ポンプとは、ポンプ制御線１０４で接続されている。ポンプ制御線１０４は、監視制御装置１０１から、ポンプ２０４ａ、２０４ｂ、２４ａまたは２４ｂの起動または停止を指示する信号を、対象のポンプに送信する。さらにポンプ制御線１０４は、ポンプ２０４ａ、２０４ｂ、２４ａまたは２４ｂから、ポンプの起動が完了した旨の信号を、監視制御装置１０１に送信する。
【００２４】
ＬＲＴ１０２は、出力側にポンプ２０４ａ、２０４ｂ、２４ａおよび２４ｂを接続している。ＬＲＴ１０２は、負荷をかけた状態で出力電圧を切り替えられる変圧器である。ＬＲＴ１０２は、タップを切り替えて、一次側の巻数と二次側の巻数の巻数比を変えることにより、停電させることなく出力電圧を切り替えることができる。本発明の実施の形態に係るＬＲＴ１０２は、ポンプ２０４ａ、２０４ｂ、２４ａおよび２４ｂのそれぞれの入力電圧を制御することができるものとする。
【００２５】
ＬＲＴ１０２は、ＬＲＴ制御線１０３を介して監視制御装置１０１からの指示信号を受信し、その指示信号に基づいて、ポンプ２０４ａ、２０４ｂ、２４ａおよび２４ｂのそれぞれの電圧を制御する。ＬＲＴ１０２は、監視制御装置１０１からの指示信号に基づいて電圧の制御が完了すると、ＬＲＴ制御線１０３を介して、完了信号を監視制御装置１０１に送信する。
【００２６】
ポンプ２０４ａは、ポンプ制御線１０４を介して、監視制御装置１０１からポンプ２０４ａを起動する旨の起動信号を受信し、その起動信号に基づいて起動する。ポンプ２０４ａは、起動信号に基づいて起動が完了すると、ポンプ制御線１０４を介して、完了信号を監視制御装置１０１に送信する。ポンプ２０４ｂ、２４ａおよび２４ｂも、ポンプ２０４ａと同様に動作する。
【００２７】
監視制御装置１０１は、上下水道プラントのオペレータや運用システム等の指示を受けて、ポンプ２０４ａ、２０４ｂ、２４ａおよび２４ｂの起動を指示したり、これらの設備への電圧供給を制御する。また、監視制御装置１０１は、ＬＲＴ１０２に出力側の電圧を指示することにより、ポンプ２０４ａ、２０４ｂ、２４ａおよび２４ｂに入力される電圧を制御することができる。
【００２８】
監視制御装置１０１は、上下水道プラント１のオペレータや運用支援装置などから、利用状況および天候状況などに伴って、ポンプの起動信号を受信すると、そのポンプを起動するために、ＬＲＴ１０２およびポンプを制御する。また、監視制御装置１０１自身が、利用状況および天候状況などから、ポンプの起動を判定しても良い。
【００２９】
監視制御装置１０１は、負荷装置として、例えば、ポンプ２０４ａなどの負荷装置を起動する際、ＬＲＴ１０２に、出力電圧を上昇させる指示信号を送信する。ここで上昇される電圧は、ポンプ２０４ａの起動により低下する電圧に相当する。
【００３０】
ＬＲＴ１０２から、出力電圧の上昇が完了した旨の完了信号を受信すると、監視制御装置１０１は、ポンプ２０４ａに、起動信号を送信する。また、ポンプ２０４ａから、起動が完了した旨の完了信号を受信すると、監視制御装置１０１は、ＬＲＴ１０２に、出力電圧を上昇させる前の定格電圧に戻す指示信号を送信する。
【００３１】
図４および図５を参照して、本発明の実施の形態に係る電圧制御方法を説明する。予め、ＬＲＴ１０２の二次側電圧が定格値で出力されているときに、監視制御装置１０１から大容量負荷を起動する場合のタップ切替処理を説明する。このとき、図５の（１）に示すように、ＬＲＴ１０２の二次側電圧と大容量負荷の電圧は、定格値を示している。ここで、大容量負荷とは、図３に示すように、例えばポンプ２０４ａである。
【００３２】
ステップＳ１０１において、監視制御装置１０１において、大容量負荷への起動命令が確認されると、本発明の実施の形態に係る電圧制御方法が実施される。
【００３３】
ステップＳ１０２において、監視制御装置１０１は、ＬＲＴ１０２に、タップ切替指令を送信する。このタップ切替指令は、出力電圧を上昇させる指示信号である。このとき、監視制御装置１０１は、大容量負荷の起動により生じると予想される電圧降下に応じた電圧分、ＬＲＴ１０２の出力電圧を上昇させる指示を送信する。ステップＳ１０３においてＬＲＴ１０２は、監視制御装置１０１からの指示を受信し、大容量負荷へ入力する電圧を上昇させる。このとき、図５の（２）に示すように、ＬＲＴ１０２は、監視制御装置１０１からの指示信号に伴って、二次側電圧を定格値から上昇させる。これに伴って、大容量負荷の電圧も上昇する。
【００３４】
ステップＳ１０４において、ＬＲＴ１０２は、電圧の上昇を完了すると、その旨を、監視制御装置１０１に送信する。このとき、図５の（３）に示したように、ＬＲＴ１０２の二次側電圧の上昇が完了するのに伴い、大容量負荷の電圧の上昇も停止する。
【００３５】
監視制御装置１０１は、ステップＳ１０２で送信した信号に対して、完了した旨の信号を受信すると、ステップＳ１０５において、大容量負荷に、その大容量負荷を起動する信号を送信する。このとき、図５の（４）に示すように、大容量負荷の起動に伴い、大容量負荷の電圧降下が開始される。
【００３６】
大容量負荷は、監視制御装置１０１からの指示に基づいて、起動を開始する。ステップＳ１０６において起動が完了すると、大容量負荷は、監視制御装置１０１に、起動が完了した旨を通知する。このとき、図５の（５）に示すように、大容量負荷の電圧の下降は停止している。この電圧の降下は一時的なものであるため、大容量負荷の電圧は、起動前の電圧に戻る。
【００３７】
監視制御装置１０１は、大容量負荷の起動が完了した旨の通知を受信すると、ステップＳ１０７において、ＬＲＴ１０２に、ステップＳ１０２の指示前のタップ位置に戻す指示を送信する。ステップＳ１０８においてＬＲＴ１０２は、この指示を受信すると、タップ位置を戻す。このとき、図５の（６）に示すように、ＬＲＴ１０２の二次側電圧を定格値まで戻すよう下降させる。これにより、大容量負荷の電圧も、定格電圧まで戻る。
【００３８】
図５の（７）に示すようにＬＲＴ１０２の電圧が定格電圧に戻ると、ステップＳ１０９においてＬＲＴ１０２は、定格値に電圧を戻した旨の完了信号を、監視制御装置１０１に送信し、処理を終了する。
【００３９】
このように、本発明の実施の形態に係る監視制御装置１０１は、ＬＲＴ１０２および大容量負荷からに指示信号を送信し、また完了信号を受信することにより、ＬＲＴ１０２のタップ切替を自動制御する。従って、従来大容量負荷を起動時に電圧降下することにより、その系統に影響が生じる場合があったところ、本発明の実施の形態によれば、ＬＲＴ１０２のタップ電圧を予め上昇させてから大容量負荷を起動させるため、上昇させた電圧だけ、母線の電圧の低下を抑えることができる。また、負荷起動の完了後に、ＬＲＴ１０２のタップを元に戻すため、その後の運用にも影響しない。
【００４０】
本発明の実施の形態においては、負荷の投入による電圧降下が発生する前に、電圧降下分に応じた電圧を予め上昇させておくことにより、瞬時的な母線電圧の低下を発生させることなく、負荷を起動することができる。
【００４１】
本発明の実施の形態に係る監視制御システムは、特に上下水道プラントのように、水の利用や降雨の状況等に応じて、起動させるポンプ等の数を動的に変更させる必要があり、かつ、安定した運用が求められるプラントに好適である。本発明の実施の形態に係る監視制御システムにより、ポンプ等の大容量負荷を起動させても、他の系統の電圧に影響を与えることなく運用できるので、様々な状況に応じて、随時ポンプの起動および停止を制御し、迅速な対応を取ることができる上下水道プラントを提供することができる。
【００４２】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなる。
【００４３】
例えば、既存の受変電システムに、本発明の実施の形態に係る電圧制御方法を適用しても良い。
【００４４】
本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００４５】
１  上下水道プラント
２  上水道プラント
３  下水道プラント
４  河川
２１  取水場
２２  浄水場
２４  ポンプ場
２５  配水池
２６  上水管路網
３１  下水処理場
３２  ポンプ場
３３  下水管路網
１０１  監視制御装置
１０２  ＬＲＴ
１０３  ＬＲＴ制御線
１０４  ポンプ制御線
２０１  沈殿池
２０２  ろ過池
２０３  浄水池
２０４  ポンプ
【図１】
2011188722.tif 000003
【図２】
2011188722.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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