(57)【要約】【課題】ガイドベーン開度とポンプ入力の関係がポンプの特性上直線的ではないため、一定速度で直線的にガイドベーン開度を制御してもポンプ入力は直線的に変化せず、全閉位置近傍では急峻に変化し、全開位置近傍では緩やかに変化する。この結果、発電電動機を接続する電力系統の容量が小さい場合、このポンプ入力の急峻な変化が電力系統を動揺させる惧れがある。【解決手段】実機運転時または模型試験時に収集した時間軸に対するガイドベーン開度データおよびポンプ入力データに基づいて、ポンプの揚水始動時のガイドベーン締切入力から全揚水入力までの範囲および停止操作時の全揚水入力から全閉または開列開度までの範囲でポンプ入力がほぼ直線的に変化するように、ポンプのガイドベーン開度を演算によって求め、この演算結果をガイドベーン開度信号として採用する。【選択図】　図１
2004076597.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動形ガイドベーンを備えたポンプまたはポンプ水車と、このポンプ又はポンプ水車に軸結合された発電電動機とを有する揚水式発電所の揚水始動方法および揚水停止方法において、
前記ポンプまたはポンプ水車の揚水始動時の締切水圧確立から前記ガイドベーンが全揚水開度となるまでのガイドベーン開口過程中および停止操作時に前記ガイドベーンが全揚水開度から全閉または解列開度となるまでのガイドベーン閉口過程中、ポンプ入力が時間軸に対してほぼ直線的に変化するようにポンプまたはポンプ水車のガイドベーン開度を制御するようにしたことを特徴とする揚水式発電所の揚水始動および停止方法。
【請求項２】
予め実機運転時または模型試験時に収集したガイドベーン開度とポンプ入力との関係に基づいて、ガイドベーン開口過程中およびガイドベーン閉口過程中にポンプ入力をほぼ直線的に変化せしめるガイドベーン開口パターンおよびガイドベーン閉口パターンを時間の関数として決定し、当該ガイドベーン開口パターンおよびガイドベーン閉口パターンによってポンプ入力が時間軸に対してほぼ直線的に変化するようにガイドベーン開度を制御するようにしたことを特徴とする請求項１記載の揚水式発電所の揚水始動および停止方法。
【請求項３】
可動形ガイドベーンを備えたポンプまたはポンプ水車を前記ポンプまたはポンプ水車に軸結合された発電電動機を回転させて揚水運転させる揚水式発電所の揚水運転制御装置において、
揚水開始時に動作し、前記発電電動機への入力を時間に対して直線状に増加せしめるようなガイドベーン開度を時々刻々出力する揚水開始時ガイドベーン開度信号発生器と、
揚水停止時に動作し、前記発電電動機への入力を時間に対して直線状に減少せしめるようなガイドベーン開度を時々刻々出力する揚水停止時ガイドベーン開度信号発生器を備えることを特徴とする揚水運転制御装置。
【請求項４】
可動形ガイドベーンを備えたポンプまたはポンプ水車と、このポンプまたはポンプ水車に軸結合された発電電動機と、揚水運転指令に基づいて選択されてガイドベーン開度信号を出力する揚水運転時ガイドベーン開度設定器と、揚水運転時に落差信号に基づく適正なガイドベーン開度信号を出力する適正ガイドベーン開度信号発生器と、前記揚水運転時ガイドベーン開度設定器の出力信号あるいは適正ガイドベーン開度信号発生器の出力信号のうち、いずれか低値の信号を選択出力する低値優先回路とを備え、前記低値優先回路の出力に基づいてポンプまたはポンプ水車のガイドベーン開度を制御するようにした揚水式発電所の揚水運転制御装置において、
揚水運転開始時の落差信号に基づいて、前記発電電動機へのポンプ入力が時間に対してほぼ直線状に増加するようなガイドベーン開度信号を、前記ポンプまたはポンプ水車の締切水圧確立後に時々刻々出力する揚水開始時ガイドベーン開度信号発生器と、
揚水運転停止時の落差信号に基づいて、前記発電電動機へのポンプ入力が時間に対してほぼ直線状に減少するようなガイドベーン開度信号を、前記ポンプまたはポンプ水車への揚水停止指令が出力された後に時々刻々出力する揚水停止時ガイドベーン開度信号発生器と、
発電電動機の運転モードに対応して前記揚水開始時ガイドベーン開度信号発生器、前記適正ガイドベーン開度信号発生器、あるいは前記揚水停止時ガイドベーン開度信号発生器のうちいずれか一つの信号発生器の出力信号を選択して前記低値優先回路に向けて出力する運転モード切換スイッチとを備えることを特徴とする揚水運転制御装置。
【請求項５】
揚水開始時ガイドベーン開度信号発生器は、予め実機運転時または模型試験時に収集したガイドベーン開度とポンプ入力との関係に基づいて、ガイドベーン開口過程中にポンプ入力をほぼ直線的に変化せしめるガイドベーン開口パターンを時間の関数を格納し、
揚水停止時ガイドベーン開度信号発生器は、予め実機運転時または模型試験時に収集したガイドベーン開度とポンプ入力との関係に基づいて、ガイドベーン閉口過程中にポンプ入力をほぼ直線的に変化せしめるガイドベーン閉口パターンを時間の関数を格納してなることを特徴とする請求項３もしくは請求項４のいずれか１項に記載の揚水運転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプまたはポンプ水車とそれに直結した発電電動機の揚水始動方法、揚水停止方法および揚水運転制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
揚水式発電所では、揚水始動時にガイドベーンを全閉したのち、ランナ室に圧縮空気を供給してランナ室内の水面を押し下げ、この状態で発電電動機を始動するようにしている。そして発電電動機を加速し、電力系統に並入の後、圧縮空気を徐々に排気して水中でランナを回転させ、ランナ室内圧力がポンプ締切水圧確立後、ガイドベーンを開口制御して揚水を開始するようにしている。
【０００３】
特に、ポンプ締切水圧確立後の揚水開始時におけるガイドベーン開口制御は、ガイドベーン開度ＧＶＯを全閉状態から全揚水開度（または適正開度という：ＯＧＶＯ）まで一定の速度で行うようにしている。また、揚水停止時についても、全揚水開度ＯＧＶＯから解列開度（または全閉）まで一定速度でガイドベーンの閉口制御を行うようにしている。
【０００４】
この様子を図４のタイムチャートを参照して説明する。なお、図４の左半分は揚水始動時、右半分は停止時のガイドベーン開度とポンプ入力の関係をそれぞれ示す。図中、区間（Ｉ）は、図示しない揚水式発電所の主機制御装置から揚水始動指令が出力され、ガイドベーンを全閉にし、ランナ室に圧縮空気を供給して水面を押し下げた状態でランナを空転起動し、加速し更に電力系統との同期が取れた時点で発電電動機を系統と並列するまでの過程を表す。続く区間（ＩＩ）はランナ室の圧縮空気を徐々に排気してランナを水中で回転させ、最終的に締切水圧が確立され、揚水開始の条件が整うまでの過程を表す。
【０００５】
つぎの区間（ＩＩＩ）はガイドベーン開度ＧＶＯを適正開度ＯＧＶＯまで直線的に開口制御する、揚水開始時の開口モード過程を表す。この区間（ＩＩＩ）では、揚水を開始するが、ポンプ入力Ｐｐは図４の如くガイドベーン開口直後に急峻に増加し、その変化率ΔＰｐ／ΔＴは最大となる。またポンプ入力Ｐｐは適正開度ＯＧＶＯに近づくにつれ緩やかに増加し、その変化率ΔＰｐ／ΔＴは適正開度ＯＧＶＯ近傍で最小となる。つぎの区間（ＩＶ）は、適正開度ＯＧＶＯによる全揚水運転中の状態を表す。
【０００６】
この全揚水運転中（区間ＩＶ）に揚水停止指令を受けると、次の区間（Ｖ）でガイドベーン閉口モードとなり、ガイドベーン開度ＧＶＯは適正開度ＯＧＶＯから全閉（または開列開度）に向けて直線的に閉口動作する。
【０００７】
この間ポンプ入力Ｐｐはポンプ自体の特性によって徐々に低減するが、ガイドベーン閉口開始直後は緩やかに変化するものの、ガイドベーン全閉位置に近づくにつれ急峻な変化となり、ガイドベーン全閉位置近傍でポンプ入力Ｐｐの変化率ΔＰｐ／ΔＴが最大となる。
その後ガイドベーン全閉（または解列開度）をもって発電電動機は系統から解列され、ポンプ水車、発電電動機は減速、停止区間（ＶＩ）に到る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の揚水開始および揚水停止時のガイドベーン開閉操作は、ガイドベーン開度とポンプ入力の関係がポンプの特性上直線的ではないため、一定速度で直線的にガイドベーン開度を制御してもポンプ入力は直線的に変化しない。すなわち、ポンプ入力はガイドベーンの全閉位置近傍では急峻な変化となり、全開位置近傍では緩やかな変化となる。
【０００９】
ポンプは発電電動機によって駆動されるため、ポンプ入力の変化は発電電動機の入力変化になる。この発電電動機を接続する電力系統が極めて大きい場合は電力系統が動揺することはないが、電力系統の容量が小さい場合、このポンプ入力の急峻な変化が電力系統を動揺させる惧れがある。
【００１０】
もっとも、ガイドベーンの開口モード過程（ＩＩＩ）および閉口モード過程（Ｖ）に要する時間を長く設定すれば、たとえポンプ入力が非直線的に変化するとしても発電電動機の入力変化は小さく、電力系統に影響を与える惧れは少ない。しかしながら、この過程はポンプの特性上、水圧脈動および機器振動を伴う不安定な運転となり、極力短時間の内に通過する必要がある。従ってガイドベーンの開口過程（ＩＩＩ）および閉口過程（Ｖ）を長くする方策は実用に適さない。
【００１１】
本発明はこれらの事情に鑑みてなされたものであり、揚水運転の開始時もしくは停止時に、ガイドベーン開閉に要する時間を長くしなくとも、電力系統に対する電力動揺を最小限に抑えることのできる方法とそのための揚水運転制御装置を提供することをその目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、可動形ガイドベーンを備えたポンプまたはポンプ水車と、このポンプ又はポンプ水車に軸結合された発電電動機とを有する揚水式発電所の揚水始動方法および揚水停止方法において、前記ポンプまたはポンプ水車の揚水始動時の締切水圧確立から前記ガイドベーンが全揚水開度となるまでのガイドベーン開口過程中および停止操作時に前記ガイドベーンが全揚水開度から全閉または解列開度となるまでのガイドベーン閉口過程中、ポンプ入力が時間軸に対してほぼ直線的に変化するようにポンプまたはポンプ水車のガイドベーン開度を制御するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の揚水式発電所の揚水始動および停止方法において、予め実機運転時または模型試験時に収集したガイドベーン開度とポンプ入力との関係に基づいて、ガイドベーン開口過程中およびガイドベーン閉口過程中にポンプ入力をほぼ直線的に変化せしめるガイドベーン開口パターンおよびガイドベーン閉口パターンを時間の関数として決定し、当該ガイドベーン開口パターンおよびガイドベーン閉口パターンによってポンプ入力が時間軸に対してほぼ直線的に変化するようにガイドベーン開度を制御するようにしたことを特徴とする。
【００１４】
これら請求項１および２に係る揚水式発電所の揚水始動および停止方法の発明によれば、揚水始動時にガイドベーンを全閉から全揚水開度とするガイドベーン開口過程中、もしくは揚水停止時にガイドベーンを全揚水開度から全閉とするガイドベーン閉口過程中で、発電電動機へのポンプ入力の時間に対する変化率が一定となるようにガイドベーンを開口制御ならびに閉口制御するようにしたので、ポンプ入力の部分的に急峻な変化を回避することができ、電力系統への電力動揺を最小限に抑えることができる。
【００１５】
更に、請求項３に係る発明は、可動形ガイドベーンを備えたポンプまたはポンプ水車を前記ポンプまたはポンプ水車に軸結合された発電電動機を回転させて揚水運転させる揚水式発電所の揚水運転制御装置において、揚水開始時に動作し、前記発電電動機への入力を時間に対して直線状に増加せしめるようなガイドベーン開度を時々刻々出力する揚水開始時ガイドベーン開度信号発生器と、揚水停止時に動作し、前記発電電動機への入力を時間に対して直線状に減少せしめるようなガイドベーン開度を時々刻々出力する揚水停止時ガイドベーン開度信号発生器を備えることを特徴とする。
【００１６】
また更に、請求項５記載の発明は、請求項３記載の揚水運転制御装置において、揚水開始時ガイドベーン開度信号発生器は、予め実機運転時または模型試験時に収集したガイドベーン開度とポンプ入力との関係に基づいて、ガイドベーン開口過程中にポンプ入力をほぼ直線的に変化せしめるガイドベーン開口パターンを時間の関数を格納し、揚水停止時ガイドベーン開度信号発生器は、予め実機運転時または模型試験時に収集したガイドベーン開度とポンプ入力との関係に基づいて、ガイドベーン閉口過程中にポンプ入力をほぼ直線的に変化せしめるガイドベーン閉口パターンを時間の関数を格納してなることを特徴とする。
【００１７】
これらの揚水運転制御装置によれば、揚水開始時に時々刻々のガイドベーン開度信号を発生する揚水開始時ガイドベーン開度信号発生器と、揚水停止時に時々刻々のガイドベーン開度信号を発生する揚水停止時ガイドベーン信号発生器を新たに設け、これら信号発生器から、ガイドベーンを全閉から全揚水開度とするガイドベーン開口過程中もしくは全揚水開度から全閉とするガイドベーン閉口過程中に、発電電動機へのポンプ入力の時間に対する変化率が一定となるようなガイドベーン開度信号を時々刻々出力するようにしたので、ポンプ入力の部分的に急峻な変化を回避することができ、電力系統への電力動揺を最小限に抑えることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
図１は、本発明による揚水運転制御装置のシステム構成図である。この揚水運転制御装置は発電電動機ＧＭ、可動ガイドベーンを有するポンプＰ、ガイドベーンサーボモータＳＶＭ、速度信号発信機ＳＳＧおよび調速機のアクチュエータＡ、レギュレータＲから構成されている。
【００１９】
なお、揚水運転時は、ポンプ水車もポンプとして機能することから以下の説明では、ポンプまたはポンプ水車を単にポンプとして説明する。
前記調速機アクチュエータＡの主な構成要素は次のとおりである。すなわち、後述する調速機のレギュレータＲから出力された電気信号を機械的な変位量に変換する主配圧弁制御弁（コンバータという）Ａ１と、このコンバータＡ１の出力により前記ガイドベーンサーボモータＳＶＭに送る圧油の向きと流量を制御する主配圧弁Ａ２とから構成されている。そして前記主配圧弁Ａ２のピストンの位置信号は差動トランスＡ３により、またガイドベーンサーボモータＳＶＭの位置信号は差動トランスＡ４によりそれぞれ電気信号で調速機レギュレータＲ側にフィードバックされるように構成されている。
【００２０】
一方、調速機レギュレータＲの構成要素は次の２つの系統に大別される。一つは速度信号によるガイドベーン開度演算系Ｒ１であり、発電運転時や全揚水運転時といった通常運転時に主に作用する。そして、もう一つは落差信号によるガイドベーン開度演算系Ｒ２であり、通常運転時に落差に基づいて適正なガイドベーン開度の制限値を与えるとともに、揚水運転の開始時と停止時に作用する。
【００２１】
まず、速度信号によるガイドベーン開度演算系Ｒ１から説明する。Ｒ１１は発電電動機ＧＭが発電運転を行う場合に発電電動機ＧＭとこれに機械的に直結されたポンプＰといった主機の回転速度を設定するための速度設定器である。なおここで、発電電動機ＧＭとして同期発電電動機を用いる場合、速度設定値は同期速度となる。速度設定器Ｒ１１からの信号と、速度信号発信器ＳＳＧおよび速度検出回路Ｒ１２によって得られた発電電動機ＧＭおよびポンプＰの実回転速度を示す速度信号は比較器Ｒ１３にて比較されて速度偏差が演算される。比較器Ｒ１３にて得られた速度偏差は、発電運転時ガイドベーン開度演算器（ＰＩＤ演算回路と略称する）Ｒ１４に入力され、ＰＩＤ演算回路１４内で比例、積分および微分の各演算を行い発電運転時のガイドベーン開度目標値の信号がガイドベーンストローク信号として出力される。一方、Ｒ１５は揚水運転時に１００％開度よりも大きな開度に相当するガイドベーンストローク信号を出力する揚水運転開度設定器である。Ｒ１６は前記ＰＩＤ演算回路Ｒ１４と揚水運転開度設定器Ｒ１５とのいずれか一方を選択し、低値優先回路Ｒ３に出力する揚水−発電切換えスイッチである。
【００２２】
次に、落差信号によるガイドベーン開度演算系Ｒ２について説明する。Ｒ２１は異なる落差に対してのガイドベーン開口パターンをそれぞれ時間の関数として予め備え、揚水開始時の落差信号に対応したガイドベーン開口パターンの関数を用い、締切水圧が確立して揚水開始の条件が整った後の揚水開始時にガイドベーン開度信号を時々刻々出力する揚水開始時ガイドベーン開度信号発生器であり、Ｒ２２は発電運転時、および揚水運転時それぞれの落差に対する適正なガイドベーン開度を予め定めた関数として備え、通常運転時に落差信号に対応したガイドベーン開度信号を開度制限値として出力する適正ガイドベーン開度信号発生器であり、さらにＲ２３は異なる落差に対してのガイドベーン閉口パターンをそれぞれ時間の関数として予め備え、揚水停止時の落差信号に対応したガイドベーン開口パターンの関数を用い、揚水停止指令が出力された後の揚水停止時にガイドベーン開度信号を時々刻々出力する揚水停止時ガイドベーン開度信号発生器である。
【００２３】
Ｒ２４は発電電動機ＧＭおよびポンプＰといった主機の運転モードに応じてこれらのガイドベーン開度信号発生器Ｒ２１〜Ｒ２３のいずれか一つを選択する運転モード選択スイッチである。Ｒ２５はこの運転モード選択スイッチＲ２４から出力されたガイドベーン開度信号を入力してガイドベーン開度の制限値をガイドベーンストローク信号として設定するための負荷制限器である。
【００２４】
低値優先回路Ｒ３はこの負荷制限器Ｒ２５の出力と、前記揚水−発電切換えスイッチＲ１６の出力とを入力し、両入力のうちいずれか低値のガイドベーンストローク信号を優先選択して出力する。この低値優先回路Ｒ３の出力信号は比較器Ｒ４において、ガイドベーンサーボモータＳＶＭのストロークを検出する差動トランスＡ４からのガイドベーンストローク信号と比較され、さらにその偏差信号は比較器Ｒ５で差動トランスＡ３からの主配圧弁Ａ２の開度位置検出信号と比較された後、主配圧弁Ａ２の開度を制御する前記コンバータＡ１に制御信号として入力されるように構成される。
【００２５】
次に、前記揚水開始時ガイドベーン開度信号発生器Ｒ２１および揚水停止時ガイドベーン開度信号発生器Ｒ２３について説明する。
本実施の形態の揚水開始時ガイドベーン開度信号発生器Ｒ２１には、ポンプ入力を直線的に増加させることができるガイドベーン開口パターンが時間の関数として格納されている。この揚水開始時ガイドベーン開度信号発生器Ｒ２１は揚水開始時、すなわち締切水圧が確立し揚水運転を開始する時点で作動し、前記ガイドベーン開口パターンの関数を用いて、ガイドベーン開口過程中での発電電動機ＧＭへのポンプ入力を直線的に増加させるようなガイドベーン開度信号をその後の経過時間によって時々刻々負荷制限器Ｒ２５に対して出力する。
【００２６】
同様に、本実施の形態の揚水停止時ガイドベーン開度信号発生器Ｒ２３には、ポンプ入力を直線的に減少させることができるガイドベーン閉口パターンが時間の関数として格納されている。この揚水停止時ガイドベーン開度信号発生器Ｒ２３は、揚水停止指令が入力されると動作を開始し、前記ガイドベーン閉口パターンの関数を用いて、ガイドベーン閉口過程中での発電電動機ＧＭへのポンプ入力を直線的に減少させるようなガイドベーン開度信号をその後の時間経過によって時々刻々負荷制限機Ｒ２５に対して出力する。
【００２７】
これらのガイドベーン開度信号発生器Ｒ２１，Ｒ２３に格納されているガイドベーン開口パターンおよびガイドベーン閉口パターンの関数は、締切水圧確立時や揚水停止指令時の落差によって数種類が予め定められているが、これらの関数の決定方法を以下に説明する。
【００２８】
これらの関数は、図２に示すような実機もしくは模型による試験の結果から決定する。すなわち、揚水開始時のガイドベーン開口パターンの関数を決定する場合、まず、実機による揚水開始時または模型による揚水始動試験時に、ある落差に対応する締切水圧確立時点から全揚水入力到達時点に亘ってガイドベーン開度ＧＶＯと発電電動機ＧＭへのポンプ入力Ｐｐとの関係を求める。これは例えば、締切水圧確立時点を原点とする時間軸Ｔ上で直線的にガイドベーン開度ＧＶＯを増加させ、対応するポンプ入力Ｐｐを時々刻々求めるとよい。この様子は図２に示したとおりであり、締切水圧確立時点を時刻Ｔ＝０とし、その後ガイドベーン開度ＧＶＯを直線的に増大させながら、まず時刻Ｔ＝ｔ１１に対するガイドベーン開度ＧＶＯ１１およびポンプ入力Ｐｐ１１を収集する。以下同様にして、時刻Ｔ＝ｔ１２，ｔ１３，…，ｔ１ｎ，…，ｔ１ｚに対するガイドベーン開度ＧＶＯ１２，ＧＶＯ１３，…，ＧＶＯ１ｎ，…，ＧＶＯ１ｚおよびポンプ入力Ｐｐ１２，Ｐｐ１３，…，Ｐｐ１ｎ，…，Ｐｐ１ｚをそれぞれ求める。なおこのとき、全揚水入力到達までの時間は、実機の揚水開始時の時間と等しくすることでより正確なデータを得ることが可能となる。
【００２９】
このようにして求めた時刻Ｔ，ガイドベーン開度ＧＶＯ，およびポンプ入力Ｐｐのデータは締切水圧確立時点のある落差に対応するガイドベーン開度ＧＶＯデータとポンプ入力Ｐｐとの関係を規定するものであるため、これらのデータを用いればポンプ入力Ｐｐをほぼ直線的に増加させうるガイドベーン開度ＧＶＯを時刻Ｔの関数として求めることができ、これを揚水開始時のある落差に対応するガイドベーン開口パターンの関数として決定する。そして、同様なガイドベーン開口パターンの関数を揚水開始時の複数の落差に対して求め、これらを揚水開始時ガイドベーン開度信号発生器Ｒ２１内に格納する。なお、これらの関数は揚水開始時の落差については離散的になっているが、揚水開始時ガイドベーン開度信号発生器Ｒ２１に入力された落差信号に対応するガイドベーン開口パターンの関数が格納されていない場合には、入力された落差信号の近傍の落差に対応するガイドベーン開口パターンの関数から内挿や外挿を行うなどすればほぼ直線的にポンプ入力Ｐｐを増加せしめるガイドベーン開口パターンを求めることが可能である。
【００３０】
揚水停止時のガイドベーン閉口パターンの関数についても同様にして求めることができる。すなわち、揚水停止時のガイドベーン閉口パターンの関数を決定する場合、まず、実機の揚水停止時または模型による揚水停止試験時に、ある落差に対する揚水停止指令時点から発電電動機ＧＭの解列時点に亘ってガイドベーン開度ＧＶＯと発電電動機ＧＭへのポンプ入力Ｐｐとの関係を求める。これについても揚水開始時のガイドベーン開口パターンの関数決定と同様に例えば、揚水停止指令時点を時刻Ｔ＝０とし、その後ガイドベーン開度ＧＶＯを直線的に減少させながら、まずＴ＝ｔ２１に対するガイドベーン開度ＧＶＯ２１およびポンプ入力Ｐｐ２１を収集する。以下同様にして、時刻Ｔ＝ｔ２２，ｔ２３，…，ｔ２ｎ，…，ｔ２ｚに対するガイドベーン開度ＧＶＯ２２，ＧＶＯ２３，…，ＧＶＯ２ｎ，…，ＧＶＯ２ｚおよびポンプ入力Ｐｐ２２，Ｐｐ２３，…，Ｐｎ２ｎ，…，Ｐｐ２ｚをそれぞれ求める。
【００３１】
このようにして求めた時刻Ｔ，ガイドベーン開度ＧＶＯ，およびポンプ入力Ｐｐのデータは揚水停止指令時点のある落差に対応するガイドベーン開度ＧＶＯ，およびポンプ入力Ｐｐとの関係を規定するものであるため、これらのデータを用いればポンプ入力Ｐｐをほぼ直線的に減少させうるガイドベーン開度ＧＶＯを時刻Ｔの関数として求めることができ、これを揚水停止時のある落差に対応するガイドベーン閉口パターンの関数として決定する。そして、同様なガイドベーン閉口パターンの関数を揚水停止時の複数の落差に対して求め、これらを揚水停止時ガイドベーン開度信号発生器Ｒ２３内に格納する。なお、これらの関数は揚水停止時の落差については離散的になっているが、揚水停止時ガイドベーン開度信号発生器Ｒ２３に入力された落差信号に対応するガイドベーン閉口パターンの関数が格納されていない場合には、入力された落差信号の近傍の落差に対応するガイドベーン閉口パターンの関数から内挿や外挿を行うなどすればほぼ直線的にポンプ入力Ｐｐを減少せしめるガイドベーン閉口パターンを求めることが可能である。
【００３２】
本実施の形態は以上のような構成からなり、本実施の形態による揚水開始時ならびに揚水停止時の運転方法を図１および図３を参照して以下に説明する。
図３は本実施の形態によって揚水運転を行う際のガイドベーン開度ＧＶＯとポンプ入力Ｐｐとの関係を示すタイムチャートである。
【００３３】
まず、揚水始動時には、図示しない揚水式発電所の主機制御装置から揚水始動指令が出力されると、調速機レギュレータＲ内の発電−揚水切換スイッチＲ１６は「揚水」側に選択され、低値優先回路Ｒ３に揚水運転開度設定器Ｒ１５から常時１００％開度以上に相当するガイドベーンストローク信号が入力される。なお、このとき前述の図示しない主機制御装置からガイドベーン全閉指令が出力され、低値優先回路Ｒ３にはガイドベーンを全閉とするようなガイドベーンストローク信号が入力される。これにより、ガイドベーンは全閉状態に維持される。
【００３４】
一方、揚水始動指令に基づくポンプランナ室の水面押下げが完了すると、図示しない始動装置（例えばサイリスタ始動装置）により発電電動機ＧＭを駆動し、ポンプを空転起動する（図３中の区間Ｉ）。そして発電電動機ＧＭは徐々に加速され、並入条件が揃った状態で系統に並入される。
【００３５】
その後、ポンプランナ室の圧縮空気を徐々に排気し、ポンプランナ室の水面を上げてランナを水中回転させながらポンプの締切水圧が確立されるまで発電電動機の入力を制御する（図３中の区間ＩＩ）。
【００３６】
そして、ポンプの締切水圧が確立されると、前述の主機制御装置からのガイドベーン全閉指令が解除され、これと同時に運転モード切換スイッチＲ２４の「揚水開始」側が選択される。
【００３７】
これにより揚水開始時ガイドベーン開度信号発生器Ｒ２１が動作を開始し、この時点で入力されている落差信号に対応するガイドベーン開口パターンの関数を参照し、ガイドベーンが全開となるまでの間、すなわちガイドベーン開口過程中の時々刻々のガイドベーン開度信号を負荷制限器Ｒ２５に対して出力する。負荷制限器Ｒ２５は揚水開始時ガイドベーン開度信号発生器Ｒ２１からのガイドベーン開度信号をガイドベーンストローク信号として設定し、低値優先回路Ｒ３へと出力する。
【００３８】
低値優先回路Ｒ３は揚水運転開度設定器Ｒ１５にて設定されたガイドベーンストローク信号の出力と、負荷制限器Ｒ２５からのガイドベーンストローク信号とを比較し、低い値のガイドベーンストローク信号を出力する。このため、ガイドベーン開度ＧＶＯが揚水運転の通常運転状態である全揚水開度となるまでの間、すなわちガイドベーン開口過程中は、揚水開始時ガイドベーン開度信号発生器Ｒ２１からのガイドベーン開度信号によってガイドベーンＧＶが開口される。
【００３９】
揚水開始時ガイドベーン開度信号発生器Ｒ２１は、時間Ｔの経過とともに図３の左半分に示したように時間軸に対して非直線的に増加するガイドベーン開度信号を時々刻々出力する。この非直線的なガイドベーン開度信号は負荷制限器Ｒ２５にてガイドベーンストローク信号に変換された後、コンバータＡ１で電気信号から機械的な変位に変換され、主配圧弁Ａ２、ガイドベーンサーボモータＳＶＭを動作させてポンプＰのガイドベーン開度ＧＶＯをガイドベーン開度信号と一致するように制御する。
【００４０】
このガイドベーン開度信号は前述したように実機又は模型試験のデータから決定されたガイドベーン開口パターンの関数に基づくため、ポンプ入力Ｐｐは時間Ｔの経過とともに直線的に増大する。
【００４１】
そしてガイドベーン開度ＧＶＯが適正開度すなわち全揚水運転開度に到達すると、図示しない主機制御装置より運転モード切換スイッチＲ２４が「揚水開始」側から「運転」側に切換る。
【００４２】
以降ポンプＰはガイドベーンＧＶを適正ガイドベーン開度発生器Ｒ２３の指令値によりそのときの落差に見合った適正開度に維持した状態で全揚水運転を続ける。
【００４３】
この揚水始動操作において、揚水開始時すなわちガイドベーン開口過程（ＩＩＩ）に要する時間を従来技術と同じに設定すれば、この期間における最大入力変化率ΔＰｐ／ΔＴは従来技術よりも格段に小さくなり、発電電動機ＧＭが小さな電力系統に接続される場合でも系統に電力動揺等を与える惧れは少ない。
【００４４】
次に、揚水運転中のポンプＰを停止させる場合について説明する。
揚水運転中のポンプＰが主機制御装置から揚水停止指令を受けると、運転モード切換スイッチＲ２４は「運転」側から「揚水停止」側に切換る。
【００４５】
これにより揚水停止時ガイドベーン開度信号発生器Ｒ２３が動作を開始し、この時点で入力されている落差信号に対応するガイドベーンの閉口パターンの関数を参照し、ガイドベーンが全閉となるまでの間、すなわちガイドベーン閉口過程中の時々刻々のガイドベーン開度信号を負荷制限器Ｒ２５に対して出力する。負荷制限器Ｒ２５は揚水停止時ガイドベーン開度信号発生器Ｒ２３からのガイドベーン開度信号をガイドベーンストローク信号として設定し、低値優先回路Ｒ３へと出力する。このガイドベーンストローク信号は、揚水運転開度設定器Ｒ１５からのガイドベーンストローク信号よりも小さいので低値優先回路Ｒ３で優先選択される。
【００４６】
揚水停止時ガイドベーン開度信号発生器Ｒ２３は、時間Ｔの経過とともに図３の右半分に示したように時間軸に対して非直線的に減少するガイドベーン開度信号を時々刻々出力する。この非直線的なガイドベーン開度信号は負荷制限器Ｒ２５にてが緯度ベーンストローク信号に変換された後、コンバータＡ１で電気信号から機械的な変位に変換され、主配圧弁Ａ２、ガイドベーンサーボモータＳＶＭを動作させてポンプＰのガイドベーン開度ＧＶＯをガイドベーン開度信号と一致するように制御する。
【００４７】
この場合もガイドベーン開度信号は前述したとおり実機又は模型試験のデータから決定されたガイドベーン閉口パターンの関数に基づくため、ポンプ入力Ｐｐは時間Ｔの経過とともに直線的に減少する。そして、ガイドベーンＧＶが全閉（または解列開度）となると発電電動機ＧＭを系統から解列し、減速、停止する。
【００４８】
そして、この揚水停止過程すなわち閉口過程（Ｖ）に要する時間を従来技術と同じに設定すれば、この期間における最大入力変化率ΔＰｐ／ΔＴは従来技術よりも本実施の形態のほうがはるかに小さくなり、発電電動機ＧＭが小さな電力系統に接続される場合でも系統に電力動揺等を与える惧れは少ない。
【００４９】
この結果、本実施の形態によれば、従来技術では系統に許されなかったより大きな単機容量を持つポンプＰ、発電電動機ＧＭの採用が可能となり、スケールメリットによる揚水発電機器の経済性を向上させることができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば揚水開始時ならびに揚水停止時にポンプ入力が直線的に増加あるいは減少するようにガイドベーン開度を制御するようにしたので、電力系統に対する電力動揺を最小限に抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る揚水運転制御装置の実施の形態を示すシステム構成図。
【図２】本発明による揚水運転時のガイドベーン開度の求めるためのデータ収集の一例を示すタイムチャート。
【図３】本発明による揚水運転時のガイドベーン開度とポンプ入力の関係を示すタイムチャート。
【図４】従来技術による揚水運転時のガイドベーン開度とポンプ入力の関係を示すタイムチャート。
【符号の説明】
ＧＭ…発電電動機、Ｐ…ポンプ、ＳＶＭ…ガイドベーンサーボモータ、ＳＳＧ…速度信号発信器、Ａ…調速機のアクチュエータ、Ａ１…主配圧弁制御弁（コンバータ）、Ａ２…主配圧弁、Ａ３…差動トランス、Ａ４…差動トランス、Ｒ…調速機のレギュレータ、Ｒ１…速度信号によるガイドベーン開度演算系、Ｒ１１…速度設定器、Ｒ１２…速度検出回路、Ｒ１３…加算器、Ｒ１４…発電運転時ガイドベーン開度演算器（ＰＩＤ演算回路）、Ｒ１５…揚水運転開度設定器、Ｒ１６…発電−揚水切換えスイッチ、Ｒ２…落差信号によるガイドベーン開度演算系、Ｒ２１…ガイドベーン開口レート信号発生器、Ｒ２２…適正ガイドベーン開度発生器、Ｒ２３…ガイドベーン閉口レート信号発生器、Ｒ２４…運転モード切換えスイッチ、Ｒ２５…負荷（ガイドベーン開度）制限器、Ｒ３…低値優先回路、Ｒ４…加算器、Ｒ５…加算器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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