(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水車と、前記水車に接続される誘導発電機と、前記誘導発電機の端子電圧周波数を制御する周波数変換器と、を備えた可変速水力発電システムに適用される可変速水力発電制御装置であって、
水位の落差を示す信号を取得する落差信号取得手段と、
水車の水量を指示する水量指令値を取得する水量指令値取得手段と、
前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量指令値取得手段により取得された水量指令値とから、前記周波数変換器に対する周波数指令値を演算する第一の周波数指令値演算手段と、
前記第一の周波数指令値演算手段の演算結果から得られる周波数指令値を前記周波数変換器に与える周波数指令値出力手段と、
前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量指令値取得手段により取得された水量指令値と、前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値とから、前記誘導発電機のすべりを演算するすべり演算手段と、
前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値と前記すべり演算手段により算出されたすべりとから、補正後の周波数指令値である補正周波数指令値を演算する補正周波数指令値演算手段と、
を具備することを特徴とする可変速水力発電制御装置。
【請求項２】
水車と、前記水車に接続される誘導発電機と、前記誘導発電機の端子電圧周波数を制御する周波数変換器と、前記水車の流量を調整する流量調整器と、を備えた可変速水力発電システムに適用される可変速水力発電制御装置であって、
水位の落差を示す信号を取得する落差信号取得手段と、
水車の水量を指示する水量指令値を取得する水量指令値取得手段と、
前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量指令値取得手段により取得された水量指令値とから、前記周波数変換器に対する周波数指令値を演算する第一の周波数指令値演算手段と、
前記第一の周波数指令値演算手段の演算結果から得られる周波数指令値を前記周波数変換器に与える周波数指令値出力手段と、
前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量指令値取得手段により取得された水量指令値と、前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値とから、前記誘導発電機のすべりを演算するすべり演算手段と、
前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値と前記すべり演算手段により算出されたすべりとから、補正後の周波数指令値である補正周波数指令値を演算する補正周波数指令値演算手段と、
前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量指令値取得手段により取得された水量指令値とから、前記流量調整器に対する開度指令値を演算する開度指令値演算手段と、
前記開度指令値演算手段の演算結果から得られる開度指令値を前記流量調整器に与える開度指令値出力手段と、
を具備することを特徴とする可変速水力発電制御装置。
【請求項３】
水車と、前記水車に接続される誘導発電機と、前記誘導発電機の端子電圧周波数を制御する周波数変換器と、を備えた可変速水力発電システムに適用される可変速水力発電制御装置であって、
水位の落差を示す信号を取得する落差信号取得手段と、
水車の水量を指示する水量指令値を取得する水量指令値取得手段と、
前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量指令値取得手段により取得された水量指令値とから、前記周波数変換器に対する周波数指令値を演算する第一の周波数指令値演算手段と、
前記第一の周波数指令値演算手段の演算結果から得られる周波数指令値を前記周波数変換器に与える周波数指令値出力手段と、
前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量指令値取得手段により取得された水量指令値と、前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値とから、前記誘導発電機のすべりを演算するすべり演算手段と、
前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値と前記すべり演算手段により算出されたすべりとから、補正後の周波数指令値である補正周波数指令値を演算する補正周波数指令値演算手段と、
を具備し、
前記すべり演算手段は、前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量指令値取得手段により取得された水量指令値と、前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値とから、水車を一定以上の効率で運転するための出力指令値を演算する出力高効率関数を有し、前記出力高効率関数により算出された出力指令値と前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値とから、トルクを求め、該トルクから前記誘導発電機のすべりを求めることを特徴とする可変速水力発電制御装置。
【請求項４】
水車と、前記水車に接続される誘導発電機と、前記誘導発電機の端子電圧周波数を制御する周波数変換器と、前記水車の流量を調整する流量調整器と、を備えた可変速水力発電システムに適用される可変速水力発電制御装置であって、
水位の落差を示す信号を取得する落差信号取得手段と、
水車の水量を指示する水量指令値を取得する水量指令値取得手段と、
前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量指令値取得手段により取得された水量指令値とから、前記周波数変換器に対する周波数指令値を演算する第一の周波数指令値演算手段と、
前記第一の周波数指令値演算手段の演算結果から得られる周波数指令値を前記周波数変換器に与える周波数指令値出力手段と、
前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量指令値取得手段により取得された水量指令値と、前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値とから、前記誘導発電機のすべりを演算するすべり演算手段と、
前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値と前記すべり演算手段により算出されたすべりとから、補正後の周波数指令値である補正周波数指令値を演算する補正周波数指令値演算手段と、
前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量指令値取得手段により取得された水量指令値とから、前記流量調整器に対する開度指令値を演算する開度指令値演算手段と、
前記開度指令値演算手段の演算結果から得られる開度指令値を前記流量調整器に与える開度指令値出力手段と、
を具備し、
前記すべり演算手段は、前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量指令値取得手段により取得された水量指令値と、前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値とから、水車を一定以上の効率で運転するための出力指令値を演算する出力高効率関数を有し、前記出力高効率関数により算出された出力指令値と前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値とから、トルクを求め、該トルクから前記誘導発電機のすべりを求めることを特徴とする可変速水力発電制御装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の可変速水力発電制御装置において、
前記第一の周波数指令値演算手段は、前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量指令値取得手段により取得された水量指令値とから、水車を一定以上の効率で運転するための周波数指令値を演算する周波数高効率関数を有することを特徴とする可変速水力発電制御装置。
【請求項６】
水車と、前記水車に接続される誘導発電機と、前記誘導発電機の端子電圧周波数を制御する周波数変換器と、を備えた可変速水力発電システムに適用される可変速水力発電制御装置であって、
水位の落差を示す信号を取得する落差信号取得手段と、
水車の水量を指示する水量指令値を取得する水量指令値取得手段と、
前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量指令値取得手段により取得された水量指令値とから、前記周波数変換器に対する周波数指令値を演算する第一の周波数指令値演算手段と、
前記第一の周波数指令値演算手段の演算結果から得られる周波数指令値を前記周波数変換器に与える周波数指令値出力手段と、
前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量指令値取得手段により取得された水量指令値と、前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値とから、前記誘導発電機のすべりを演算するすべり演算手段と、
前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値と前記すべり演算手段により算出されたすべりとから、補正後の周波数指令値である補正周波数指令値を演算する補正周波数指令値演算手段と、
前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量指令値取得手段により取得された水量指令値とから、前記水車に対する開度指令値を演算する開度指令値演算手段と、
を具備し、
前記すべり演算手段は、前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量指令値取得手段により取得された水量指令値と、前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値とから、水車を一定以上の効率で運転するための出力指令値を演算する出力高効率関数を有し、前記出力高効率関数により算出された出力指令値と前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値とから、トルクを求め、該トルクから前記誘導発電機のすべりを求め、
前記開度指令値演算手段は、前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量指令値取得手段により取得された水量指令値とから、水車を一定以上の効率で運転するための開度指令値を演算する開度高効率関数を有する
ことを特徴とする可変速水力発電制御装置。
【請求項７】
水車と、前記水車に接続される誘導発電機と、前記誘導発電機の端子電圧周波数を制御する周波数変換器と、を備えた可変速水力発電システムに適用される可変速水力発電制御装置であって、
水位の落差を示す信号を取得する落差信号取得手段と、
前記水車の出力を指示する出力指令値を取得する出力指令値取得手段と、
前記出力指令値取得手段により取得された出力指令値と、前記落差信号取得手段により取得された落差とから、水車の水量を指示する水量指令値を演算する水量出力指令値演算手段と、
前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量出力指令値演算手段により演算された水量指令値とから、前記周波数変換器に対する周波数指令値を演算する第一の周波数指令値演算手段と、
前記第一の周波数指令値演算手段の演算結果から得られる周波数指令値を前記周波数変換器に与える周波数指令値出力手段と、
前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量出力指令値演算手段により演算された水量指令値と、前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値とから、前記誘導発電機のすべりを演算するすべり演算手段と、
前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値と前記すべり演算手段により算出されたすべりとから、補正後の周波数指令値である補正周波数指令値を演算する補正周波数指令値演算手段と、
を具備することを特徴とする可変速水力発電制御装置。
【請求項８】
水車と、前記水車に接続される誘導発電機と、前記誘導発電機の端子電圧周波数を制御する周波数変換器と、前記水車の流量を調整する流量調整器と、を備えた可変速水力発電システムに適用される可変速水力発電制御装置であって、
水位の落差を示す信号を取得する落差信号取得手段と、
前記水車の出力を指示する出力指令値を取得する出力指令値取得手段と、
前記出力指令値取得手段により取得された出力指令値と、前記落差信号取得手段により取得された落差とから、水車の水量を指示する水量指令値を演算する水量出力指令値演算手段と、
前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量出力指令値演算手段により演算された水量指令値とから、前記周波数変換器に対する周波数指令値を演算する第一の周波数指令値演算手段と、
前記第一の周波数指令値演算手段の演算結果から得られる周波数指令値を前記周波数変換器に与える周波数指令値出力手段と、
前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量出力指令値演算手段により演算された水量指令値と、前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値とから、前記誘導発電機のすべりを演算するすべり演算手段と、
前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値と前記すべり演算手段により算出されたすべりとから、補正後の周波数指令値である補正周波数指令値を演算する補正周波数指令値演算手段と、
前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量出力指令値演算手段により演算された水量指令値とから、前記流量調整器に対する開度指令値を演算する開度指令値演算手段と、
前記開度指令値演算手段の演算結果から得られる開度指令値を前記流量調整器に与える開度指令値出力手段と、
を具備することを特徴とする可変速水力発電制御装置。
【請求項９】
水車と、前記水車に接続される誘導発電機と、前記誘導発電機の端子電圧周波数を制御する周波数変換器と、を備えた可変速水力発電システムに適用される可変速水力発電制御装置であって、
水位の落差を示す信号を取得する落差信号取得手段と、
前記水車の出力を指示する出力指令値を取得する出力指令値取得手段と、
前記出力指令値取得手段により取得された出力指令値と、前記落差信号取得手段により取得された落差とから、水車の水量を指示する水量指令値を演算する水量出力指令値演算手段と、
前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量出力指令値演算手段により演算された水量指令値とから、前記周波数変換器に対する周波数指令値を演算する第一の周波数指令値演算手段と、
前記第一の周波数指令値演算手段の演算結果から得られる周波数指令値を前記周波数変換器に与える周波数指令値出力手段と、
前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量出力指令値演算手段により演算された水量指令値と、前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値とから、前記誘導発電機のすべりを演算するすべり演算手段と、
前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値と前記すべり演算手段により算出されたすべりとから、補正後の周波数指令値である補正周波数指令値を演算する補正周波数指令値演算手段と、
を具備し、
前記すべり演算手段は、前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量出力指令値演算手段により演算された水量指令値と、前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値とから、水車を一定以上の効率で運転するための出力指令値を演算する出力高効率関数を有し、前記出力高効率関数により算出された出力指令値と前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値とから、トルクを求め、該トルクから前記誘導発電機のすべりを求めることを特徴とする可変速水力発電制御装置。
【請求項１０】
水車と、前記水車に接続される誘導発電機と、前記誘導発電機の端子電圧周波数を制御する周波数変換器と、前記水車の流量を調整する流量調整器と、を備えた可変速水力発電システムに適用される可変速水力発電制御装置であって、
水位の落差を示す信号を取得する落差信号取得手段と、
前記水車の出力を指示する出力指令値を取得する出力指令値取得手段と、
前記出力指令値取得手段により取得された出力指令値と、前記落差信号取得手段により取得された落差とから、水車の水量を指示する水量指令値を演算する水量出力指令値演算手段と、
前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量出力指令値演算手段により演算された水量指令値とから、前記周波数変換器に対する周波数指令値を演算する第一の周波数指令値演算手段と、
前記第一の周波数指令値演算手段の演算結果から得られる周波数指令値を前記周波数変換器に与える周波数指令値出力手段と、
前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量出力指令値演算手段により演算された水量指令値と、前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値とから、前記誘導発電機のすべりを演算するすべり演算手段と、
前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値と前記すべり演算手段により算出されたすべりとから、補正後の周波数指令値である補正周波数指令値を演算する補正周波数指令値演算手段と、
前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量出力指令値演算手段により演算された水量指令値とから、前記流量調整器に対する開度指令値を演算する開度指令値演算手段と、
前記開度指令値演算手段の演算結果から得られる開度指令値を前記流量調整器に与える開度指令値出力手段と、
を具備し、
前記すべり演算手段は、前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量出力指令値演算手段により演算された水量指令値と、前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値とから、水車を一定以上の効率で運転するための出力指令値を演算する出力高効率関数を有し、前記出力高効率関数により算出された出力指令値と前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値とから、トルクを求め、該トルクから前記誘導発電機のすべりを求めることを特徴とする可変速水力発電制御装置。
【請求項１１】
請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の可変速水力発電制御装置において、
前記第一の周波数指令値演算手段は、前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量出力指令値演算手段により演算された水量指令値とから、水車を一定以上の効率で運転するための周波数指令値を演算する周波数高効率関数を有することを特徴とする可変速水力発電制御装置。
【請求項１２】
水車と、前記水車に接続される誘導発電機と、前記誘導発電機の端子電圧周波数を制御する周波数変換器と、を備えた可変速水力発電システムに適用される可変速水力発電制御装置であって、
水位の落差を示す信号を取得する落差信号取得手段と、
前記水車の出力を指示する出力指令値を取得する出力指令値取得手段と、
前記出力指令値取得手段により取得された出力指令値と、前記落差信号取得手段により取得された落差とから、水車の水量を指示する水量指令値を演算する水量出力指令値演算手段と、
前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量出力指令値演算手段により演算された水量指令値とから、前記周波数変換器に対する周波数指令値を演算する第一の周波数指令値演算手段と、
前記第一の周波数指令値演算手段の演算結果から得られる周波数指令値を前記周波数変換器に与える周波数指令値出力手段と、
前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量出力指令値演算手段により演算された水量指令値と、前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値とから、前記誘導発電機のすべりを演算するすべり演算手段と、
前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値と前記すべり演算手段により算出されたすべりとから、補正後の周波数指令値である補正周波数指令値を演算する補正周波数指令値演算手段と、
前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量出力指令値演算手段により演算された水量指令値とから、前記水車に対する開度指令値を演算する開度指令値演算手段と、
を具備し、
前記すべり演算手段は、前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量出力指令値演算手段により演算された水量指令値と、前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値とから、水車を一定以上の効率で運転するための出力指令値を演算する出力高効率関数を有し、前記出力高効率関数により算出された出力指令値と前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値とから、トルクを求め、該トルクから前記誘導発電機のすべりを求め、
前記開度指令値演算手段は、前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量出力指令値演算手段により演算された水量指令値とから、水車を一定以上の効率で運転するための開度指令値を演算する開度高効率関数を有する
ことを特徴とする可変速水力発電制御装置。
【請求項１３】
水車と、前記水車に接続される誘導発電機と、前記誘導発電機の端子電圧周波数を制御する周波数変換器と、を備えた可変速水力発電システムに適用される可変速水力発電制御方法であって、
水位の落差を示す信号を取得する落差信号取得工程と、
水車の水量を指示する水量指令値を取得する水量指令値取得工程と、
前記落差信号取得工程により取得された落差と、前記水量指令値取得工程により取得された水量指令値とから、前記周波数変換器に対する周波数指令値を演算する第一の周波数指令値演算工程と、
前記第一の周波数指令値演算工程の演算結果から得られる周波数指令値を前記周波数変換器に与える周波数指令値出力工程と、
前記落差信号取得工程により取得された落差と、前記水量指令値取得工程により取得された水量指令値と、前記第一の周波数指令値演算工程により算出された周波数指令値とから、前記誘導発電機のすべりを演算するすべり演算工程と、
前記第一の周波数指令値演算工程により算出された周波数指令値と前記すべり演算工程により算出されたすべりとから、補正後の周波数指令値である補正周波数指令値を演算する補正周波数指令値演算工程と、
を含むことを特徴とする可変速水力発電制御方法。
【請求項１４】
水車と、前記水車に接続される誘導発電機と、前記誘導発電機の端子電圧周波数を制御する周波数変換器と、を備えた可変速水力発電システムに適用される可変速水力発電制御方法であって、
水位の落差を示す信号を取得する落差信号取得工程と、
前記水車の出力を指示する出力指令値を取得する出力指令値取得工程と、
前記出力指令値取得工程により取得された出力指令値と、前記落差信号取得工程により取得された落差とから、水車の水量を指示する水量指令値を演算する水量出力指令値演算工程と、
前記落差信号取得工程により取得された落差と、前記水量出力指令値演算工程により演算された水量指令値とから、前記周波数変換器に対する周波数指令値を演算する第一の周波数指令値演算工程と、
前記第一の周波数指令値演算工程の演算結果から得られる周波数指令値を前記周波数変換器に与える周波数指令値出力工程と、
前記落差信号取得工程により取得された落差と、前記水量出力指令値演算工程により演算された水量指令値と、前記第一の周波数指令値演算工程により算出された周波数指令値とから、前記誘導発電機のすべりを演算するすべり演算工程と、
前記第一の周波数指令値演算工程により算出された周波数指令値と前記すべり演算工程により算出されたすべりとから、補正後の周波数指令値である補正周波数指令値を演算する補正周波数指令値演算工程と、
を含むことを特徴とする可変速水力発電制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、可変速水力発電制御装置および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、水力発電所においては、系統へ出力する有効電力が目標値に合うように水車の回転数や流量を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−２２７７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、ダムの維持放流を利用した小水力発電を行うケースが増えつつある。しかし、維持放流は、落差および流量の変化が大きい。そのため、定速機では水車の運転範囲に対応できなかったり、運転がキャビテーション発生領域に入り、水車が摩耗しやすくなったりする。これにより、水車はダメージを受け、寿命が短くなる。
【０００５】
このようなことから、キャビテーション等による水車へのダメージを低減し、水車の高寿命化を図ることが望まれている。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、キャビテーション等による水車へのダメージを低減し、水車の高寿命化を図ることが可能な可変速水力発電制御装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の可変速水力発電制御装置は、水車と、前記水車に接続される誘導発電機と、前記誘導発電機の端子電圧周波数を制御する周波数変換器と、を備えた可変速水力発電システムに適用される可変速水力発電制御装置であって、水位の落差を示す信号を取得する落差信号取得手段と、水車の水量を指示する水量指令値を取得する水量指令値取得手段と、前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量指令値取得手段により取得された水量指令値とから、前記周波数変換器に対する周波数指令値を演算する第一の周波数指令値演算手段と、前記第一の周波数指令値演算手段の演算結果から得られる周波数指令値を前記周波数変換器に与える周波数指令値出力手段と、前記落差信号取得手段により取得された落差と、前記水量指令値取得手段により取得された水量指令値と、前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値とから、前記誘導発電機のすべりを演算するすべり演算手段と、前記第一の周波数指令値演算手段により算出された周波数指令値と前記すべり演算手段により算出されたすべりとから、補正後の周波数指令値である補正周波数指令値を演算する補正周波数指令値演算手段と、を具備する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、キャビテーション等による水車へのダメージを低減し、水車の高寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る可変速水力発電制御システムの概略構成を示す図。
【図２】図１中に示される周波数高効率関数７’の一例を説明するための図。
【図３】図１中に示される出力高効率関数８’の一例を説明するための図。
【図４】トルクτとすべりＳとの関係（誘導発電機２のすべり特性）を示す関数を説明するための図。
【図５】図１中に示される開度高効率関数９’の一例を説明するための図。
【図６】第２の実施形態に係る可変速水力発電制御システムの概略構成を示す図。
【図７】図６中に示される水量指令値演算手段１３Ｂが使用する関数の一例を説明するための図。
【図８】図６中に示される水量指令値演算手段１３Ｂが使用する関数の別の例を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１１】
（第１の実施形態）
最初に、第１の実施形態について説明する。
【００１２】
図１は、第１の実施形態に係る可変速水力発電制御システムの概略構成を示す図である。
【００１３】
可変速水力発電制御システムは、水車１と、水車１と物理的に接続されたかご形誘導発電機（以下、「誘導発電機」と称す）２と、誘導発電機２と電気的に接続され当該誘導発電機２の端子電圧周波数を制御する周波数変換器３と、水車１に流す水の流量を調整する流量調整器４とを備える。
【００１４】
この可変速水力発電制御システムには、更に、周波数変換器３に対する周波数指令値もしくは流量調整器４に対する開度指令値の供給を通じて当該システムの運転を制御する可変速水力発電制御装置１００が備えられる。
【００１５】
可変速水力発電制御装置１００は、周波数指令値出力手段５、補正周波数指令値演算手段６、第一の周波数指令値演算手段７、すべり演算手段８、開度指令値演算手段９、開度指令値出力手段１０、落差信号取得手段１１、および水量指令値取得手段１２を有する。
【００１６】
落差信号取得手段１１は、ダムによる水位の落差（落差Ｈ）を示す落差信号を外部から取得する。
【００１７】
水量指令値取得手段１２は、水車１の水量を指示する水量指令値（水量指令値Ｑ）を示す信号を外部から取得する。
【００１８】
第一の周波数指令値演算手段７は、落差信号取得手段１１により取得された落差Ｈと、水量指令値取得手段１２により取得された水量指令値Ｑとから、周波数変換器３に対する周波数指令値（周波数指令値Ｆ１）を演算する。
【００１９】
この周波数指令値演算手段７は、落差信号取得手段１１により取得された落差Ｈと、水量指令値取得手段１２により取得された水量指令値Ｑとから、水車１を一定以上の効率、例えば最高効率で運転するための周波数指令値（周波数指令値Ｆ１）を演算する周波数高効率関数７’を有する。
【００２０】
なお、水車１の効率とは、水力を機械エネルギーに変化するときの効率を意味し、水量、落差（水位）等の物理量によって変動する。最高効率とは、上記した水車１の効率が最高となるときの効率をいう。
【００２１】
すべり演算手段８は、落差信号取得手段１１により取得された落差Ｈと、水量指令値取得手段１２により取得された水量指令値Ｑと、第一の周波数指令値演算手段７により算出された周波数指令値Ｆ１とから、誘導発電機２のすべり（すべりＳ１）を演算する。
【００２２】
このすべり演算手段８は、落差信号取得手段１１により取得された落差Ｈと、水量指令値取得手段１２により取得された水量指令値Ｑと、第一の周波数指令値演算手段７により算出された周波数指令値Ｆ１とから、水車１を一定以上の効率、例えば最高効率で運転するための出力指令値を演算する出力高効率関数８’を有し、出力高効率関数８’により算出された出力指令値と第一の周波数指令値演算手段７により算出された周波数指令値Ｆ１とから、トルクを求め、該トルクから誘導発電機２のすべりＳ１を求める。
【００２３】
補正周波数指令値演算手段６は、第一の周波数指令値演算手段７により算出された周波数指令値とすべり演算手段８により算出されたすべりＳ１とから、補正後の周波数指令値（補正周波数指令値Ｆ３）を演算する。
【００２４】
周波数指令値出力手段５は、第一の周波数指令値演算手段７もしくは補正周波数指令値演算手段６の演算結果から得られる周波数指令値を周波数変換器３に与える。
【００２５】
開度指令値演算手段９は、落差信号取得手段１１により取得された落差Ｈと、水量指令値取得手段１２により取得された水量指令値Ｑとから、流量調整器４に対する開度指令値（開度指令値ＧＶ１）を演算する。
【００２６】
この開度指令値演算手段９は、落差信号取得手段１１により取得された落差Ｈと、水量指令値取得手段１２により取得された水量指令値Ｑとから、水車１を一定以上の効率、例えば最高効率で運転するための開度指令値（開度指令値ＧＶ１）を演算する開度高効率関数９’を有する。
【００２７】
開度指令値出力手段１０は、開度指令値演算手段９の演算結果から得られる開度指令値を流量調整器４に与える。
【００２８】
次に、各部における演算処理について詳細に説明する。
【００２９】
・「周波数指令値Ｆ１の算出」
第一の周波数指令値演算手段７は、周波数高効率関数７’として例えば図２に示すような関数（もしくは対応表）を用いて、落差Ｈと水量指令値Ｑとから、水車１が最高効率η１となる回転速度に対応する周波数指令値Ｆ１を求める。図２中の複数本の曲線は、想定される水量指令値Ｑ１，Ｑ２…毎に、落差Ｈに対して水車１が最高効率η１となる回転速度に対応する周波数ｆを示す関数である。例えば、水量指令値がＱ１である場合、Ｑ１に対応する関数を用いて、落差Ｈから、水車１が最高効率η１となる回転速度に対応する周波数ｆ、すなわち周波数指令値Ｆ１を求める。
【００３０】
・「すべりＳ１の算出」
次に、上述したすべり演算手段８における、すべりＳ１の算出方法について、詳細に説明する。
【００３１】
すべり演算手段８は、出力高効率関数８’として例えば図３に示すような関数（もしくは対応表）を用いて、落差Ｈと水量指令値Ｑとから、水車１が最高効率η１となる出力指令値Ｐ１を求める。図３に示される複数本の曲線は、想定される水量指令値Ｑ１，Ｑ２…毎に、落差Ｈに対して水車１が最高効率η１となる出力Ｐを示す関数である。例えば、水量指令値がＱ１である場合、Ｑ１に対応する関数を用いて、落差Ｈから、水車１が最高効率η１となる出力Ｐ、すなわち出力指令値Ｐ１を求める。
【００３２】
出力Ｐ１の演算式は、次の（１）式で表すことができる。
【００３３】
Ｐ１＝９．８×Ｑ×Ｈ×η１  ［ｋＷ］                      …（１）
次に、すべり演算手段８は、その出力指令値Ｐ１と、第一の周波数指令値演算手段７により算出された周波数指令値Ｆ１とから、次の（２）式を用いて、トルクτ１を求める。
【００３４】
τ＝Ｋ×（Ｐ１／Ｆ１）                                    …（２）
更に、すべり演算手段８は、例えば図４に示すようなトルクτとすべりＳとの関係（誘導発電機２のすべり特性）を示す関数（もしくは対応表）を用いて、トルクτ１からすべりＳ１を求める。すべりＳ１の演算式は、次の（３）式で表すことができる。
【００３５】
Ｓ１＝ｇ（τ）                                            …（３）
なお、図４に示されるすべりＳは、次のように定義される。
【００３６】
Ｓ＝（Ｎ０−Ｎ）／Ｎ０ 
（但し、Ｎ０：誘導発電機の同期速度，Ｎ：水車の回転速度）
・補正周波数指令値Ｆ３の算出
補正周波数指令値演算手段６は、第一の周波数指令値演算手段７により算出された第一の周波数演算結果Ｆ１と、すべり演算手段８により算出されたすべりＳ１とから、誘導発電機のすべりＳ１を考慮した補正周波数指令値Ｆ３を算出する。補正周波数指令値Ｆ３の演算式は、次の（４）式で表すことができる。
【００３７】
Ｆ３＝Ｆ１／（１−Ｓ）  ［Ｈｚ］                          …（４）
補正周波数指令値演算手段６により算出された補正周波数指令値Ｆ３は、周波数指令値出力手段５へ送られ、周波数指令値出力手段５により、周波数変換器３に対する周波数指令値として周波数変換器３へ与えられる。これにより、周波数変換器３は、与えられた周波数指令値で誘導発電機２を励磁すると共に、誘導発電機２および水車１を最適回転速度で運転する。
【００３８】
例えば、第一の周波数指令値演算手段７により算出された周波数指令値Ｆ１が４５Ｈｚで、すべり演算手段８により算出されたすべりＳ１が−０．０２であった場合、（４）式より、補正周波数指令値Ｆ３は以下の通りとなる。
【００３９】
Ｆ３＝４５／１．０２＝４４．１  ［Ｈｚ］
この場合、周波数指令値Ｆ１の４５Ｈｚで水車１を運転するために、周波数変換器３は４４・１Ｈｚの周波数指令値で誘導発電機２を励磁することとなる。
【００４０】
・「開度指令値ＧＶ１の算出」
開度指令値演算手段９は、開度高効率関数９’として例えば図５に示すような関数（もしくは対応表）を用いて、落差Ｈと水量指令値Ｑとから、水車１が最高効率η１となる開度ＧＶ１を求める。図５中の複数本の曲線は、想定される水量指令値Ｑ１，Ｑ２…毎に、落差Ｈに対して水車１が最高効率η１となる開度ＧＶを示す関数である。例えば、水量指令値がＱ１である場合、Ｑ１に対応する関数を用いて、落差Ｈから、水車１が最高効率η１となる開度ＧＶ、すなわち開度ＧＶ１を求める。
【００４１】
開度指令値演算手段９により算出された開度ＧＶ１は、開度指令値出力手段１０へ送られ、開度指令値出力手段１０により流量調整器４に対する開度指令値として流量調整器４に与えられる。これにより、流量調整器４は、与えられた開度指令値で水車１に流れる水量を調整する。
【００４２】
このように、第１の実施形態によれば、外部から可変速水力発電制御装置１００に供給される落差信号および水量指令値を用いて、周波数変換器３に与える周波数指令値もしくは流量調整器４に与える開度指令値を調整して可変速制御を行うことができ、落差および流量の変化が大きい維持放流にも対応でき、水車を高効率に運転でき、キャビテーション等による水車へのダメージを低減し、水車の高寿命化を図ることが可能となる。
【００４３】
なお、第１の実施形態では、可変速水力発電制御装置１００の構成の一例を図１に例示したが、これは一例に過ぎず、適宜変更して実施することができる。
【００４４】
例えば、図１に示される可変速水力発電制御装置１００の構成から、周波数変換器３の周波数制御に関わる機能（周波数指令値出力手段５、補正周波数指令値演算手段６、第一の周波数指令値演算手段７、およびすべり演算手段８）を削除してもよい。
【００４５】
あるいは、図１に示される可変速水力発電制御装置１００の構成から、流量調整器４の開度制御に関わる機能（開度指令値演算手段９および開度指令値出力手段１０）を削除してもよい。更には、周波数指令値の補正に関わる機能（補正周波数指令値演算手段６およびすべり演算手段８）を削除してもよい。この場合、第一の周波数指令値演算手段７により算出された周波数指令値Ｆ１がそのまま周波数指令値出力手段５に送られることになる。
【００４６】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。
【００４７】
以下では、第１の実施形態と共通する部分の説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。
【００４８】
図６は、第２の実施形態に係る可変速水力発電制御システムの概略構成を示す図である。なお、前述の第１の実施形態と共通する要素には同一の符号を付している。
【００４９】
前述の第１の実施形態（図１）では、可変速水力発電制御装置１００が外部から水量指令値を入力する場合の構成例を示したが、この第２の実施形態（図６）では、水量指令値ではなく、出力指令値を入力する場合の構成例を示す。
【００５０】
この第２の実施形態（図６）においては、可変速水力発電制御装置１００は、前述した水量指令値取得手段１２の代わりに、出力指令値取得手段１３Ａおよび水量指令値演算手段１３Ｂを備えている。
【００５１】
出力指令値取得手段１３Ａは、外部から供給される水車１の出力を指示する出力指令値（出力指令値Ｐ）を取得する。
【００５２】
水量指令値演算手段１３Ｂは、出力指令値取得手段１３Ａにより取得された出力指令値Ｐと、落差信号取得手段１１により取得された落差Ｈとから、水量指令値Ｑを演算する。
【００５３】
次に、水量指令値演算手段１３Ｂにおける演算処理について詳細に説明する。
【００５４】
・「水量指令値Ｑの算出」
水量指令値演算手段１３Ｂは、例えば図７に示すような関数（もしくは対応表）を用いて、出力指令値Ｐと落差Ｈとから、水量指令値Ｑを求める。図７に示される複数本の曲線は、想定される落差Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３…毎に、出力指令値Ｐに対応する水量指令値Ｑを示す関数である。例えば、落差がＨ１で、出力指令値Ｐが８０％である場合、Ｈ１に対応する関数を用いて、出力指令値Ｐ（＝８０％）から水量指令値Ｑ（＝７０％）を求める。
【００５５】
また、別の算出方法として、水量指令値演算手段１３Ｂは、例えば図８に示すような関数（もしくは対応表）を用いて、出力指令値Ｐと落差Ｈとから、まず水車１の効率ηを求め、その後に、出力指令値Ｐと効率ηとから、次の（５）式を用いて水量指令値Ｑを求めるようにしてもよい。
【００５６】
Ｑ＝Ｐ／（９．８×Ｈ×η）                                …（５）
図８に示される複数本の曲線は、想定される落差Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３…毎に、出力指令値Ｐに対応する水車１の効率ηを示す関数である。例えば、落差がＨ１で、出力指令値Ｐが８０％である場合、Ｈ１に対応する関数を用いて、出力指令値Ｐ（＝８０％）から効率η（＝８５％）を求める。更に、（５）式を用いて、出力指令値Ｐ（＝８０％）と効率η（＝８５％）とから水量指令値Ｑ（＝７０％）を求める。
【００５７】
このように、第２の実施形態によれば、外部から可変速水力発電制御装置１００に供給される落差信号および出力指令値を用いる場合においても、第１の実施形態の場合と同様に、周波数変換器３に与える周波数指令値もしくは流量調整器４に与える開度指令値を調整して可変速制御を行うことができ、落差および流量の変化が大きい維持放流にも対応でき、水車を高効率に運転でき、キャビテーション等による水車へのダメージを低減し、水車の高寿命化を図ることが可能となる。
【００５８】
以上詳述したように、各実施形態によれば、キャビテーション等による水車へのダメージを低減し、水車の高寿命化を図ることができる。
【００５９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６０】
１…水車、２…誘導発電機、３…周波数変換器、４…流量調整器、５…周波数指令値出力手段、６…補正周波数指令値演算手段、７…第一の周波数指令値演算手段、７’…周波数高効率関数、８…すべり演算手段、８’…出力高効率関数、９…開度指令値演算手段、９’…開度高効率関数、１０…開度指令値出力手段、１１…落差信号取得手段、１２…水量指令値取得手段、１３Ａ…出力指令値取得手段、１３Ｂ…水量指令値演算手段、１００…可変速水力発電制御装置。
【図１】
0006400402.tif 000002
【図２】
0006400402.tif 000003
【図３】
0006400402.tif 000004
【図４】
0006400402.tif 000005
【図５】
0006400402.tif 000006
【図６】
0006400402.tif 000007
【図７】
0006400402.tif 000008
【図８】
0006400402.tif 000009