(57)【要約】【課題】サージタンクの容量増加を抑制可能な水力プラントの水力機械を得ること。【解決手段】本発明は、可動の流量制御手段および流量制御手段を制御するガバナと、上流または下流管路に設けられたサージタンクとを備えた水力プラントに設置される水力機械であって、ガバナが、水車出力とサージタンク水位に基づいた制限値とにより流量制御を行う操作抑制装置１０１を具備している。【選択図】図１
2019124196.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動の流量制御手段および前記流量制御手段を制御するガバナと、上流または下流管路に設けられたサージタンクとを備えた水力プラントに設置される水力機械であって、
前記ガバナが、水車出力とサージタンク水位に基づいた制限値とにより流量制御を行う制御装置を具備することを特徴とする水力プラントの水力機械。
【請求項２】
過大なサージングまたはその前兆現象を検出するセンサを備え、前記センサによる検出結果に基づいて前記ガバナおよび前記制御装置が前記制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の水力プラントの水力機械。
【請求項３】
可動の流量制御手段および前記流量制御手段を制御するガバナと、上流または下流管路に設けられたサージタンクと、過大なサージングまたはその前兆現象を検出するセンサとを備えた水力プラントに設置される水力機械であって、
前記ガバナが、サージタンク水位を制限値として流量制御を行う制御装置を具備することを特徴とする水力プラントの水力機械。
【請求項４】
可動の流量制御手段および前記流量制御手段を制御するガバナと、上流または下流管路に設けられたサージタンクと、過大なサージングまたはその前兆現象を検出するセンサとを備えた水力プラントに設置される水力機械であって、
前記ガバナが、サージタンク水位を所定の制限値として流量制御を行う制御装置を具備することを特徴とする水力プラントの水力機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上流または下流側にサージタンクを備えた水力プラントに設置され、水量制御手段と水量制御手段を制御するガバナを備えた水力機械に係わり、特に当該サージタンクの容量合理化を図るに好適な水力機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来電力系統に接続される水力発電機械においては、系統に連繋されて運転されている時は系統から強力な回転速度安定化作用が期待できるので、回転速度を制御するガバナの設定値は安定性より即応性を重視して比較的高いゲインに設定される。一方、系統から分離された時や系統から事実上分離され系統側から回転速度安定化作用があまり期待できない場合には即応性より回転速度の安定性を重視して比較的低いゲインに設定される。そこで、従来は、ガバナのゲインは連繋運転中で考えられる最高のゲインを想定し、かつ、水量制御手段を考えられる最大振幅で、しかも、サージタンク固有振動相当周期で、考えられる最多回数開閉するような信号がガバナに与えられたと仮定して、それでも上下流のサージタンクはオーバーフローしないよう十分な容量に設計していた。
【０００３】
更には、電力系統に対して昨今求められ始めているアンシラリーサービス向上を検討すると、現状考えている遠方からの出力指令に対しての応答性は遅く、系統制御という関連では水力発電プラントの貢献度は低いものとなっていた。
【０００４】
特許文献１に記載の水力プラントの水力機械では、サージタンク水位変動周波数を検出し、その周波数に応じて、ガバナのゲインを変化させることでガバナをインテリジェント化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−０４１１４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の水力機械は、サージタンク容量を低減することには配慮されておらず、サージタンク容量増加は地下発電所の場合であれば岩盤の掘削ボリュームの増大を意味し、土木コストの上昇は大きな負担になっている。例えば、サージタンクの高さを僅か１ｍ上げるにしても、サージタンクの横断面積が各水車の水路断面積の何十倍にもなるため掘削ボリュームでは膨大になるためである。
【０００７】
そのため、遠方からの出力指令に対しての応答を早めるために問題視されるひとつである、サージタンクのオーバーフローに対して、サージタンク水位を監視しながら、かつ応答性を高めることを可能とする制御方法を確立することにより、今までサージタンク水位オーバーフローが懸念されることより、ＡＦＣ運転範囲を制限していた発電所や、対応していなかった発電所においても、ＡＦＣ運転範囲の拡大や、ＡＦＣ運転に対応可能とすることができ、それによりアンシラリーサービスに貢献できる発電所への移行が可能となると考える。
【０００８】
更には、過大なサージングを自動的に抑制する回路を設けることによって、安価な対策でサージタンクの設計合理化という大きな経済効果を達成し、水力プラントの建設コスト低減に貢献できるサージタンクを備えた水力プラントの水力機械を提供することが可能となると考える。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、サージタンクの容量増加を抑制可能な水力プラントの水力機械を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明にかかる水力プラントの水力機械は、可動の流量制御手段と前記流量制御手段を制御する回路を具備したガバナと、上流または下流管路にサージタンクを備えた水力プラントに設置される水力機械であって、遠方からの出力指令に対しての応答を早めるために問題視されるひとつである、サージタンクのオーバーフローに対して、サージタンク水位を監視しながら、かつ応答性を高めることを可能とする制御方法を確立するものである。
【００１１】
具体的には現状の出力でのガイドベーン開度に対する安定状態でのサージタンク水位を事前に把握しておき、常にサージタンク水位を取り込み、ガイドベーン開度から算出されるサージタンク水位上限値と比較し、運転中は故障停止、負荷遮断等のような鉄管水圧、サージタンク水位が急激に変化する場合においてもサージタンクをオーバーフローさせないような抑制制御回路を、遠方からの出力指令とガバナの間に設けることにより、遠方からの出力指令にたいして、サージタンク水位を抑制しながら、かつ応答を継続することが可能となる。
【００１２】
または、常にサージタンク水位を取り込み、サージタンク水位上限値と比較し、運転中は故障停止、負荷遮断等のような鉄管水圧、サージタンク水位が急激に変化する場合においてもサージタンクをオーバーフローさせないような抑制制御回路を、遠方からの出力指令とガバナの間に設けることにより、遠方からの出力指令にたいして、サージタンク水位を抑制しながらかつ応答を継続することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明にかかる水力プラントの水力機械は、サージタンクの容量増加を抑制することができる、という効果を奏する。
【００１４】
また、本発明にかかる水力プラントの水力機械によれば、遠方からの出力指令に対して、サージタンク水位を抑制しながらかつ応答を継続することが可能となる。
【００１５】
また、本発明にかかる水力プラントの水力機械によれば、これまでサージタンク水位オーバーフローが懸念されることより、ＡＦＣ運転範囲を制限していた発電所において、ＡＦＣ運転範囲の拡大を可能とすることができ、それによりアンシラリーサービスに貢献できる発電所への移行が可能となる。
【００１６】
また、本発明にかかる水力プラントの水力機械によれば、これまでサージタンク水位オーバーフローが懸念されることより、ＡＦＣ運転に対応していなかった発電所においても、ＡＦＣ運転に対応可能とすることができ、それによりアンシラリーサービスに貢献できる発電所への移行が可能となる。
【００１７】
また、本発明にかかる水力プラントの水力機械によれば、これまでサージタンク水位オーバーフローが懸念されることより、ＡＦＣ運転に対応させることを目的に計画する発電所において、サージタンク寸法を抑えることが可能となり、建設費用の低減策が検討可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明にかかる水力プラントの水力機械を構成する操作抑制装置の回路構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、本発明にかかる水力プラントの水力機械を構成する操作抑制装置の回路構成の他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明にかかる水力プラントの水力機械の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００２０】
図１は、本発明にかかる水力プラントの水力機械を構成する操作抑制装置の回路構成の一例を示す図である。図１に示した操作抑制装置１０１は、サージタンク水位とガイドベーン開度から算出されるサージタンク水位制限値とを比較し、比較結果に基づいてサージタンクに流れ込む水の量を制御する制御装置である。
【００２１】
操作抑制装置１０１は、水位上限算出部１０２と、水位比較部１０３と、ＡＮＤ回路１０４と、水位下限算出部１０５と、水位比較部１０６と、ＡＮＤ回路１０７と、指令制限部１０８とを備える。水位上限算出部１０２、水位比較部１０３、水位下限算出部１０５、水位比較部１０６および指令制限部１０８は、それぞれ演算器により実現される。
【００２２】
水位上限算出部１０２は、ガイドベーン開度（ＧＶ開度）からサージタンク水位上限値を算出する。ガイドベーン開度は図示を省略した上位側制御装置から入力されるかまたは直接ガイドベーン開度信号検出装置より入力される。水位比較部１０３は、サージタンク水位と水位上限算出部１０２により算出されたサージタンク水位上限値とを比較する。ＡＮＤ回路１０４は、上位側制御装置から入力される負荷調整６５Ｐ（下げ指令）の出力を水位比較部１０３における比較結果に基づいて制御する。「負荷調整６５Ｐ（下げ指令）」は負荷を下げる指令を示す負荷調整信号である。ＡＮＤ回路１０４は、具体的には、水位比較部１０３における比較結果が、負荷調整６５Ｐ（下げ指令）の出力を許可する内容の場合、負荷調整６５Ｐ（下げ指令）を出力する。例えば、負荷調整６５ＰのＨｉｇｈレベルが下げ指令を示すものとしたとき、水位比較部１０３は、サージタンク水位がサージタンク水位上限値以下の場合にＨｉｇｈレベルの信号を比較結果として出力し、サージタンク水位がサージタンク水位上限値を超えた場合にはＬｏｗレベルの信号を比較結果として出力する。これにより、ＡＮＤ回路１０４は、サージタンク水位がサージタンク水位上限値以下であれば負荷調整６５Ｐ（下げ指令）を出力し、サージタンク水位がサージタンク水位上限値を超えていれば負荷調整６５Ｐ（下げ指令）を出力しない。
【００２３】
水位下限算出部１０５は、ガイドベーン開度からサージタンク水位下限値を算出する。水位比較部１０６は、サージタンク水位と水位下限算出部１０５により算出されたサージタンク水位下限値とを比較する。ＡＮＤ回路１０７は、上位側制御装置から入力される負荷調整６５Ｐ（上げ指令）の出力を、水位比較部１０６における比較結果および指令制限部１０８からの入力信号に基づいて制御する。「負荷調整６５Ｐ（上げ指令）」は負荷を上げる指令を示す負荷調整信号である。ＡＮＤ回路１０７は、具体的には、水位比較部１０６における比較結果および指令制限部１０８からの入力信号の双方が、負荷調整６５Ｐ（上げ指令）の出力を許可する内容の場合、負荷調整６５Ｐ（上げ指令）を出力する。例えば、負荷調整６５ＰのＨｉｇｈレベルが上げ指令を示すものとしたとき、水位比較部１０６は、サージタンク水位がサージタンク水位下限値以上の場合にＨｉｇｈレベルの信号を比較結果として出力し、サージタンク水位がサージタンク水位下限値を超えた場合にはＬｏｗレベルの信号を比較結果として出力する。指令制限部１０８は、負荷調整６５Ｐ（上げ指令）の出力を許可する場合にＨｉｇｈレベルの信号を出力する。指令制限部１０８は、負荷が上限に達した状態のときに、さらに負荷調整６５Ｐ（上げ指令）を出力することがないように制限をかける回路である。すなわち、指令制限部１０８は、負荷が上限に達していない状態のときにＨｉｇｈレベルの信号を出力し、負荷の状態が上限に達している状態のときにはＬｏｗレベルの信号を出力する。負荷が上限に達している状態かどうかは、「６５Ｐ（状態値）」によって指令制限部１０８に通知される。これにより、ＡＮＤ回路１０７は、サージタンク水位がサージタンク水位下限値以上かつ指令制限部１０８の出力信号がＨｉｇｈレベルであれば負荷調整６５Ｐ（上げ指令）を出力し、サージタンク水位がサージタンク水位下限値を超えている、または、指令制限部１０８の出力信号がＬｏｗレベルであれば負荷調整６５Ｐ（上げ指令）を出力しない。
【００２４】
このように、操作抑制装置１０１は、水車発電機が発電運転中に、上位側制御装置より負荷調整６５Ｐ（下げ指令）を受けた場合、現状のガイドベーン開度より検出されるサージタンク水位上限値と現状のサージタンク水位を比較し、サージタンク水位が上限値を超えた場合には、負荷調整６５Ｐ（下げ指令）の出力を制限することで、サージタンク水位の上昇を抑えるように動作する。
【００２５】
上記の場合においては、操作抑制装置１０１は、サージタンク水位が下がる方向となる負荷調整６５Ｐ（上げ指令）については受け付ける。すなわち、操作抑制装置１０１は、サージタンク水位が上限値を超えている場合に入力された負荷調整６５Ｐ（上げ指令）については制限せずに出力する。
【００２６】
また、操作抑制装置１０１は、水車発電機が発電運転中に、上位側制御装置より負荷調整６５Ｐ（上げ指令）を受けた場合、現状のガイドベーン開度より検出されるサージタンク水位下限値と現状のサージタンク水位を比較し、サージタンク水位が下限値を超えた場合には、負荷調整６５Ｐ（上げ指令）の出力を制限することで、サージタンク水位の下降を抑えるように動作する。
【００２７】
上記の場合においては、操作抑制装置１０１は、サージタンク水位が上がる方向となる負荷調整６５Ｐ（下げ指令）については受け付ける。すなわち、操作抑制装置１０１は、サージタンク水位が下限値を超えている場合に入力された負荷調整６５Ｐ（下げ指令）については制限せずに出力する。
【００２８】
図１に示したような回路構成とすることで、上位制御装置からの負荷調整６５Ｐの指令に対して、サージタンク水位の異常上昇および異常下降を抑えながらも、指令による出力増減指令への追従にも対応することが可能となる。それにより、ＡＦＣ運転範囲の拡大やＡＦＣ運転に対応することが可能となる。
【実施例２】
【００２９】
図２は、本発明にかかる水力プラントの水力機械を構成する操作抑制装置の回路構成の他の例を示す図である。図２に示した操作抑制装置１１１は、サージタンク水位とサージタンク水位制限値とを比較し、比較結果に基づいてサージタンクに流れ込む水の量を制御する制御装置である。
【００３０】
操作抑制装置１１１は、水位上限算出部１１２と、水位比較部１１３と、ＡＮＤ回路１１４と、水位下限算出部１１５と、水位比較部１１６と、ＡＮＤ回路１１７と、指令制限部１１８とを備える。水位上限算出部１１２、水位比較部１１３、水位下限算出部１１５、水位比較部１１６および指令制限部１１８は、それぞれ演算器により実現される。
【００３１】
水位上限算出部１１２は、サージタンク水位上限値を算出する。水位比較部１１３は、サージタンク水位と水位上限算出部１１２により算出されたサージタンク水位上限値とを比較する。ＡＮＤ回路１１４は、上位側制御装置から入力される負荷調整６５Ｐ（下げ指令）の出力を水位比較部１１３における比較結果に基づいて制御する。ＡＮＤ回路１１４は、具体的には、水位比較部１１３における比較結果が、負荷調整６５Ｐ（下げ指令）の出力を許可する内容の場合、負荷調整６５Ｐ（下げ指令）を出力する。例えば、負荷調整６５ＰのＨｉｇｈレベルが下げ指令を示すものとしたとき、水位比較部１１３は、サージタンク水位がサージタンク水位上限値以下の場合にＨｉｇｈレベルの信号を比較結果として出力し、サージタンク水位がサージタンク水位上限値を超えた場合にはＬｏｗレベルの信号を比較結果として出力する。
【００３２】
水位下限算出部１１５は、サージタンク水位下限値を算出する。水位比較部１１６は、サージタンク水位と水位下限算出部１１５により算出されたサージタンク水位下限値とを比較する。ＡＮＤ回路１１７は、上位側制御装置から入力される負荷調整６５Ｐ（上げ指令）の出力を、水位比較部１１６における比較結果および指令制限部１１８からの入力信号に基づいて制御する。ＡＮＤ回路１１７は、具体的には、水位比較部１１６における比較結果および指令制限部１１８からの入力信号の双方が、負荷調整６５Ｐ（上げ指令）の出力を許可する内容の場合、負荷調整６５Ｐ（上げ指令）を出力する。例えば、負荷調整６５ＰのＨｉｇｈレベルが上げ指令を示すものとしたとき、水位比較部１１３は、サージタンク水位がサージタンク水位下限値以上の場合にＨｉｇｈレベルの信号を比較結果として出力し、サージタンク水位がサージタンク水位下限値を超えた場合にはＬｏｗレベルの信号を比較結果として出力する。指令制限部１１８は、負荷調整６５Ｐ（上げ指令）の出力を許可する場合にＨｉｇｈレベルの信号を出力する。これにより、ＡＮＤ回路１１７は、サージタンク水位がサージタンク水位下限値以上かつ指令制限部１１８の出力信号がＨｉｇｈレベルであれば負荷調整６５Ｐ（上げ指令）を出力し、サージタンク水位がサージタンク水位下限値を超えている、または、指令制限部１１８の出力信号がＬｏｗレベルであれば負荷調整６５Ｐ（上げ指令）を出力しない。
【００３３】
このように、操作抑制装置１１１は、水車発電機が発電運転中に、上位側制御装置より負荷調整６５Ｐ（下げ指令）を受けた場合、サージタンク水位上限値と現状のサージタンク水位を比較し、サージタンク水位が上限値を超えた場合には、負荷調整６５Ｐ（下げ指令）の出力を制限することで、サージタンク水位の上昇を抑えるように動作する。
【００３４】
上記の場合においては、操作抑制装置１１１は、サージタンク水位が下がる方向となる負荷調整６５Ｐ（上げ指令）については受け付ける。すなわち、操作抑制装置１１１は、サージタンク水位が上限値を超えている場合に入力された負荷調整６５Ｐ（上げ指令）については制限せずに出力する。
【００３５】
また、操作抑制装置１１１は、水車発電機が発電運転中に、上位側制御装置より負荷調整６５Ｐ（上げ指令）を受けた場合、サージタンク水位下限値と現状のサージタンク水位を比較し、サージタンク水位が下限値を超えた場合には、負荷調整６５Ｐ（上げ指令）の出力を制限することで、サージタンク水位の下降を抑えるように動作する。
【００３６】
上記の場合においては、操作抑制装置１１１は、サージタンク水位が上がる方向となる負荷調整６５Ｐ（下げ指令）については受け付ける。すなわち、操作抑制装置１１１は、サージタンク水位が下限値を超えている場合に入力された負荷調整６５Ｐ（下げ指令）については制限せずに出力する。
【００３７】
図２に示したような回路構成とすることで、上位制御装置からの負荷調整６５Ｐの指令に対して、サージタンク水位の異常上昇および異常下降を抑えながらも、指令による出力増加指令への追従にも対応することが可能となる。それにより、ＡＦＣ運転範囲の拡大やＡＦＣ運転に対応することが可能となる。
【符号の説明】
【００３８】
１０１，１１１  操作抑制装置
１０２，１１２  水位上限算出部
１０３，１０６，１１３，１１６  水位比較部
１０４，１０７，１１４，１１７  ＡＮＤ回路
１０５，１１５  水位下限算出部
１０８，１１８  指令制限部
【図１】
2019124196.tif 000003
【図２】
2019124196.tif 000004