(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機を含む発電設備からの入力信号に基づいて前記発電設備を制御する発電所の自動制御装置とともに用いられる積算制御装置であって、
所定の積算周期ごとに前記発電機の発電電力の瞬時値を積算して、現在の積算周期における現時点までの積算値を積算電力量として求める電力量積算部と、
前記積算電力量の目標値である第１の積算目標値を算出する第１の目標値算出部と、
前記発電電力の瞬時値から、前記発電電力の瞬時値の所定の目標値である第１の瞬時目標値を減算して第１の差分を求める第１の減算部と、
前記積算電力量から前記第１の積算目標値を減算して第２の差分を求める第２の減算部と、
前記第１および第２の差分に基づいて、現在の積算周期の最後において前記積算電力量が前記第１の積算目標値と一致するように前記発電設備を制御するための制御信号を出力する第１の判定部と、
を有し、
前記第１の目標値算出部は、
現在の積算周期の最後において前記第２の差分が０以下の場合には、現在の積算周期における第１の積算目標値を次の積算周期における第１の積算目標値として算出し、
現在の積算周期の最後において前記第２の差分が正の場合には、現在の積算周期の最後において第１の積算目標値から前記第２の差分以上の値を減算した値が次の積算周期の最後における第１の積算目標値となるように、次の積算周期の第１の積算目標値を算出することを特徴とする発電所の積算制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発電所の積算制御装置であって、
前記第１の判定部は、前記第１の差分が所定の正の第１閾値以上となった場合に、現在の積算周期の最後において前記積算電力量が前記第１の積算目標値と一致するように、前記発電電力を減少させる制御信号を出力することを特徴とする発電所の積算制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の発電所の積算制御装置であって、
前記第１の判定部は、
現時点における第２の差分に基づいて、現在の積算周期の最後における第２の差分の予測値である第１の予測差分値を算出し、
前記第１の予測差分値が正となった場合には、前記自動制御装置による前記発電設備の制御を停止させるためのロック信号を出力するとともに、現在の積算周期の最後において前記積算電力量が前記第１の積算目標値と一致するように、前記発電電力を減少させる制御信号を出力することを特徴とする発電所の積算制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の発電所の積算制御装置であって、
前記第１の判定部は、
前記第１の予測差分値が所定の負の第２閾値以下となった場合には、現在の積算周期の最後において前記積算電力量が前記第１の積算目標値と一致するように、前記発電電力を増加させる制御信号を出力することを特徴とする発電所の積算制御装置。
【請求項５】
前記発電所が水力発電所である請求項１ないし請求項４の何れかに記載の積算制御装置であって、
前記所定の積算周期ごとに前記水力発電所の取水量の瞬時値を積算して、現在の積算周期における現時点までの積算値を積算取水量として求める取水量積算部と、
前記積算取水量の目標値である第２の積算目標値を算出する第２の目標値算出部と、
前記取水量の瞬時値から、前記取水量の瞬時値の所定の目標値である第２の瞬時目標値を減算して第３の差分を求める第３の減算部と、
前記積算取水量から前記第２の積算目標値を減算して第４の差分を求める第４の減算部と、
前記第３および第４の差分に基づいて、現在の積算周期の最後において前記積算取水量が前記第２の積算目標値と一致するように前記発電設備を制御するための制御信号を出力する第２の判定部と、
をさらに有し、
前記第２の目標値算出部は、
現在の積算周期の最後において前記第４の差分が０以下の場合には、現在の積算周期における第２の積算目標値を次の積算周期における第２の積算目標値として算出し、
現在の積算周期の最後において前記第４の差分が正の場合には、現在の積算周期の最後において第２の積算目標値から前記第４の差分以上の値を減算した値が次の積算周期の最後における第２の積算目標値となるように、次の積算周期の第２の積算目標値を算出することを特徴とする発電所の積算制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の発電所の積算制御装置であって、
前記第２の判定部は、前記第３の差分が所定の正の第３閾値以上となった場合に、現在の積算周期の最後において前記積算取水量が前記第２の積算目標値と一致するように、前記取水量を減少させる制御信号を出力することを特徴とする発電所の積算制御装置。
【請求項７】
請求項５または請求項６に記載の発電所の積算制御装置であって、
前記第２の判定部は、
現時点における第４の差分に基づいて、現在の積算周期の最後における第４の差分の予測値である第２の予測差分値を算出し、
前記第２の予測差分値が正となった場合には、前記自動制御装置による前記発電設備の制御を停止させるためのロック信号を出力するとともに、現在の積算周期の最後において前記積算取水量が前記第２の積算目標値と一致するように、前記取水量を減少させる制御信号を出力することを特徴とする発電所の積算制御装置。
【請求項８】
請求項７に記載の発電所の積算制御装置であって、
前記第２の判定部は、
前記第２の予測差分値が所定の負の第４閾値以下となった場合には、現在の積算周期の最後において前記積算取水量が前記第２の積算目標値と一致するように、前記取水量を増加させる制御信号を出力することを特徴とする発電所の積算制御装置。
【請求項９】
請求項５ないし請求項８の何れかに記載の積算制御装置であって、
前記取水量積算部は、前記発電電力の瞬時値に基づいて前記取水量の瞬時値を算出して積算することを特徴とする発電所の積算制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電所の積算制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電所においては、発電機やその他の発電設備からの入力信号に基づいて、発電電力などを制御する自動制御装置が用いられている。また、特に水力発電所においては、例えば図１４に示すように、発電電力Ｐだけでなく取水量Ｑも計測され、自動制御装置５は、これらに基づいて発電設備を制御するための制御信号Ｓ５を出力している。  
例えば、特許文献１では、起動停止時にのみ必要とする入力信号／制御信号のための入／出力部をそれぞれ一基分の共用入／出力部とすることによって、コンパクトで経済性が向上した水力発電所の自動制御装置が開示されている。また、例えば、特許文献２では、流量計を用いて取水量を計測するのではなく、静落差をパラメータとして発電電力と取水量（使用水量）との関係を示すＰＱカーブを用いて取水量を算出して、制御を行う水力発電所自動運転制御装置が開示されている。  
このようにして、発電電力や取水量などの入力信号に基づいて発電設備の自動制御を行うことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−９３９９４号公報
【特許文献２】特開昭６１−１８２４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような自動制御装置では、最大出力や許可取水量を超過しないよう、装置の不感帯を考慮して、これらの上限値から例えば５％ないし１０％をカットした目標値での運用を行っている。しかしながら、このような運用は非効率であり、特に水力発電所においては、溢水（事故）電力の割合が増加することとなる。  
また、自動制御装置は、発電電力や取水量の瞬時値を用いて制御を行っているため、装置の不感帯などの要因によって、発電電力（取水量）の１時間平均値や１日平均値が最大出力（許可取水量）を若干超過してしまう可能性がある。しかしながら、より厳格に上限値以下に制御するために目標値をさらにカットすれば、発電所の運用効率がさらに低下することとなる。そのため、自動制御装置を備えた発電所の制御システムにおいて、厳格な上限値の管理と運用効率の向上とはトレードオフの関係となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前述した課題を解決する主たる本発明は、発電機を含む発電設備からの入力信号に基づいて前記発電設備を制御する発電所の自動制御装置とともに用いられる積算制御装置であって、所定の積算周期ごとに前記発電機の発電電力の瞬時値を積算して、現在の積算周期における現時点までの積算値を積算電力量として求める電力量積算部と、前記積算電力量の目標値である第１の積算目標値を算出する第１の目標値算出部と、前記発電電力の瞬時値から、前記発電電力の瞬時値の所定の目標値である第１の瞬時目標値を減算して第１の差分を求める第１の減算部と、前記積算電力量から前記第１の積算目標値を減算して第２の差分を求める第２の減算部と、前記第１および第２の差分に基づいて、現在の積算周期の最後において前記積算電力量が前記第１の積算目標値と一致するように前記発電設備を制御するための制御信号を出力する第１の判定部と、を有し、前記第１の目標値算出部は、現在の積算周期の最後において前記第２の差分が０以下の場合には、現在の積算周期における第１の積算目標値を次の積算周期における第１の積算目標値として算出し、現在の積算周期の最後において前記第２の差分が正の場合には、現在の積算周期の最後において第１の積算目標値から前記第２の差分以上の値を減算した値が次の積算周期の最後における第１の積算目標値となるように、次の積算周期の第１の積算目標値を算出することを特徴とする発電所の積算制御装置である。
【０００６】
本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、発電所における最大出力などの上限値をより厳格に管理しつつ、運用効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態における積算制御装置のうち、電力量ブロックの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態における積算制御装置を備えた水力発電所の制御システム全体の構成の概略を示すブロック図である。
【図３】現在の積算周期の最後における差分ΔＰＩ（Ｔｎ）が０以下の場合の目標値算出部１２の動作を説明する図である。
【図４】現在の積算周期の最後における差分ΔＰＩ（Ｔｎ）が正の場合の目標値算出部１２の動作を説明する図である。
【図５】差分ΔＰが閾値Ｐｔｈ（＞０）以上となった場合の判定部１５の動作を説明する図である。
【図６】予測差分値ΔＰＩｐｒが正となった場合の判定部１５の動作を説明する図である。
【図７】予測差分値ΔＰＩｐｒが閾値ＰＩｔｈ（＜０）以下となった場合の判定部１５の動作を説明する図である。
【図８】本発明の一実施形態における積算制御装置のうち、取水量ブロックの構成を示すブロック図である。
【図９】現在の積算周期の最後における差分ΔＱＩ（Ｔｎ）が０以下の場合の目標値算出部２２の動作を説明する図である。
【図１０】現在の積算周期の最後における差分ΔＱＩ（Ｔｎ）が正の場合の目標値算出部２２の動作を説明する図である。
【図１１】差分ΔＱが閾値Ｑｔｈ（＞０）以上となった場合の判定部２５の動作を説明する図である。
【図１２】予測差分値ΔＱＩｐｒが正となった場合の判定部２５の動作を説明する図である。
【図１３】予測差分値ΔＱＩｐｒが閾値ＱＩｔｈ（＜０）以下となった場合の判定部２５の動作を説明する図である。
【図１４】自動制御装置を備えた一般的な水力発電所の制御システムの構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
【００１０】
＝＝＝発電所の制御システム全体の構成の概略＝＝＝
以下、図２を参照して、本発明の一実施形態における積算制御装置を備えた発電所の制御システム全体の構成の概略について説明する。本実施形態においては、特に水力発電所の制御システムについて説明する。  
図２に示されている制御システムは、（水車）発電機９、その制御機構９１、送電線９２、電力計９３、および流量計９４などを含む発電設備を制御するためのシステムであり、自動制御装置５とともに積算制御装置１を含んで構成されている。当該制御システムは、図１４に示した一般的な水力発電所の制御システムにおける既設の設備に対して、積算制御装置１が追加されている。
【００１１】
電力計９３は、発電機９の発電電力の瞬時値Ｐを計測するように、発電機９に接続された送電線９２に設置されている。また、流量計９４は、取水口における河川からの取水量や発電に使用する使用水量（以下、取水量と総称する）の瞬時値Ｑを計測するように設置されている。
【００１２】
発電電力（瞬時値）Ｐおよび取水量（瞬時値）Ｑは、いずれも自動制御装置５および積算制御装置１に入力されている。また、自動制御装置５から出力される制御信号Ｓ５、および積算制御装置１から出力される制御信号Ｓ１は、いずれも発電機９の制御機構９１に入力されている。さらに、自動制御装置５から積算制御装置１には、流入量Ｑｉが入力され、積算制御装置１から自動制御装置５には、ロック信号ＬＫが入力されている。
【００１３】
積算制御装置１は、電力量ブロック１０および取水量ブロック２０と、これらのブロック共用の時計部３０および出力部４０とを含んで構成されている。なお、電力量ブロック１０および取水量ブロック２０の構成についての詳細な説明は後述する。
【００１４】
＝＝＝発電所の制御システム全体の動作の概略＝＝＝
以下、発電所の制御システム全体の動作の概略について説明する。  
電力計９３は、発電電力（瞬時値）Ｐを計測して出力する。また、流量計９４は、取水量（瞬時値）Ｑを計測して出力する。  
自動制御装置５は、発電電力（瞬時値）Ｐおよび取水量（瞬時値）Ｑに基づいて制御信号Ｓ５を出力する。また、積算制御装置１は、発電電力（瞬時値）Ｐ、取水量（瞬時値）Ｑ、および流入量Ｑｉに基づいて制御信号Ｓ１およびロック信号ＬＫを出力する。そして、発電機９の制御機構９１は、制御信号Ｓ５およびＳ１に応じて制御される。したがって、自動制御装置５および積算制御装置１は、協働して発電機９の制御機構９１を制御し、その結果、発電電力（瞬時値）Ｐおよび取水量（瞬時値）Ｑなどが制御される。なお、積算制御装置１から自動制御装置５にロック信号ＬＫが入力されている間は、自動制御装置１による制御が停止し、発電機９の制御機構９１は、積算制御装置１のみによって制御される。
【００１５】
＝＝＝電力量ブロックの構成＝＝＝
以下、図１を参照して、本発明の一実施形態における積算制御装置のうち、電力量ブロックの構成について説明する。  
電力量ブロック１０は、電力量積算部１１、目標値算出部１２、減算部１３、１４、および判定部１５を含んで構成されている。また、時計部３０から電力量ブロック１０には、現在時刻ＣＴが入力されており、当該現在時刻ＣＴは、電力量積算部１１、目標値算出部１２、および判定部１５で用いられる。
【００１６】
電力量積算部１１には、発電電力（瞬時値）Ｐが入力され、電力量積算部１１からは、発電電力（瞬時値）Ｐおよび積算電力量ＰＩ（ｔ）が出力されている。また、（第１の）減算部１３には、発電電力（瞬時値）Ｐおよび（第１の）瞬時目標値Ｐｔｇが入力され、減算部１３からは、（第１の）差分ΔＰが出力されている。
【００１７】
（第１の）目標値算出部１２には、（第１の）積算目標値ＰＩｔｇ（ｔ）の初期値ＰＩ０（ｔ）および（第２の）差分ΔＰＩ（ｔ）が入力され、目標値算出部１２からは、積算目標値ＰＩｔｇ（ｔ）が出力されている。また、（第２の）減算部１４には、積算電力量ＰＩ（ｔ）および積算目標値ＰＩｔｇ（ｔ）が入力され、減算部１４からは、差分ΔＰＩ（ｔ）が出力されている。
【００１８】
（第１の）判定部１５には、積算電力量ＰＩ（ｔ）、流入量Ｑｉ、および差分ΔＰ、ΔＰＩ（ｔ）が入力され、判定部１５からは、制御信号Ｓ１ｐおよびロック信号ＬＫｐが出力されている。これらの信号は、取水量ブロック２０から出力される制御信号Ｓ１ｑおよびロック信号ＬＫｑとともに出力部４０に入力され、出力部４０からは、制御信号Ｓ１およびロック信号ＬＫが出力されている。
【００１９】
＝＝＝電力量ブロックの動作＝＝＝
以下、図３ないし図７を適宜参照して、本実施形態における積算制御装置の電力量ブロックの動作について説明する。なお、以下の説明においては、一例として、所定の積算周期を毎時０分（毎正時）からの１時間（６０分）とし、当該積算周期内のある時点をｔ（０≦ｔ≦Ｔ＝６０）と表すこととする。また、当該積算周期の第ｎ周期の最後の時点をｔ＝Ｔｎと表すこととする。
【００２０】
電力量積算部１１は、所定の積算周期（１時間）ごとに発電電力（瞬時値）Ｐを積算して、現在の積算周期における現時点ｔまでの積算値を積算電力量ＰＩ（ｔ）として求める。したがって、積算電力量ＰＩ（ｔ）は、毎時０分（ｔ＝０）にリセットされ、その積算周期の最後（ｔ＝Ｔ）まで積算される。また、減算部１３は、発電電力（瞬時値）Ｐから、その所定の目標値である瞬時目標値Ｐｔｇを減算して、差分ΔＰ＝Ｐ−Ｐｔｇを求める。
【００２１】
なお、電力量積算部１１は、電力計９３から入力される発電電力（瞬時値）Ｐを適宜変換する。例えば、電力計９３の出力が２進化１０進数（ＢＣＤ：Binary-Coded Decimal）である場合には、必要に応じて２進数に変換して出力する。また、電力量積算部１１は、電力量計のパルス出力をカウントすることによって積算電力量ＰＩ（ｔ）を求める構成としてもよい。
【００２２】
目標値算出部１２は、積算電力量ＰＩ（ｔ）の目標値である積算目標値ＰＩｔｇ（ｔ）を算出する。また、減算部１４は、積算電力量ＰＩ（ｔ）から積算目標値ＰＩｔｇ（ｔ）を減算して、差分ΔＰＩ（ｔ）＝ＰＩ（ｔ）−ＰＩｔｇ（ｔ）を求める。そして、目標値算出部１２は、差分ΔＰＩ（ｔ）に基づいて、積算周期ごとに（毎時０分に）積算目標値ＰＩｔｇ（ｔ）を更新する。なお、最初の積算周期においては、初期値ＰＩ０（ｔ）が積算目標値ＰＩｔｇ（ｔ）として用いられる。
【００２３】
ここで、図３および図４を参照して、積算目標値ＰＩｔｇ（ｔ）の算出（更新）方法について説明する。なお、図３および図４においては、現在の積算周期を第ｎ周期とし、次の積算周期を第（ｎ＋１）周期としている。
【００２４】
図３は、ｔ＝Ｔｎの時点（現在の積算周期の最後）において、実線で示される積算電力量ＰＩ（ｔ）が長破線で示される積算目標値ＰＩｔｇ（ｔ）以下となった場合、すなわち、ΔＰＩ（Ｔｎ）＝ＰＩ（Ｔｎ）−ＰＩｔｇ（Ｔｎ）≦０の場合を示している。この場合、目標値算出部１２は、積算目標値ＰＩｔｇ（ｔ）を更新せず、現在の積算周期における積算目標値ＰＩｔｇ（ｔ）をそのまま次の積算周期における積算目標値ＰＩｔｇ（ｔ）として算出する。したがって、ｔ＝Ｔｎ＋１の時点（次の積算周期の最後）における積算目標値ＰＩｔｇ（Ｔｎ＋１）は、ｔ＝Ｔｎの時点における積算目標値ＰＩｔｇ（Ｔｎ）に等しく、次の積算周期における積算目標値ＰＩｔｇ（ｔ）は、
ＰＩｔｇ（ｔ）＝ＰＩｔｇ（Ｔｎ＋１）×（ｔ／Ｔ）
＝ＰＩｔｇ（Ｔｎ）×（ｔ／Ｔ）
となる。
【００２５】
一方、図４は、ｔ＝Ｔｎの時点において、積算電力量ＰＩ（ｔ）が積算目標値ＰＩｔｇ（ｔ）を超えた場合、すなわち、ΔＰＩ（Ｔｎ）＞０の場合を示している。この場合、目標値算出部１２は、まず、ｔ＝Ｔｎの時点において積算目標値ＰＩｔｇ（ｔ）から差分ΔＰＩ（ｔ）を減算した値、すなわち、ＰＩｔｇ（Ｔｎ）−ΔＰＩ（Ｔｎ）をｔ＝Ｔｎ＋１の時点における積算目標値ＰＩｔｇ（Ｔｎ＋１）として算出する。そして、次の積算周期における積算目標値ＰＩｔｇ（ｔ）は、
ＰＩｔｇ（ｔ）＝［ＰＩｔｇ（Ｔｎ）−ΔＰＩ（Ｔｎ）]×（ｔ／Ｔ）
と算出することができる。
【００２６】
このようにして、目標値算出部１２は、現在の積算周期における１時間分の積算電力量ＰＩ（Ｔｎ）がその積算目標値ＰＩｔｇ（Ｔｎ）を超えた場合に、当該超過分だけ次の積算周期における１時間分の積算電力量ＰＩ（Ｔｎ＋１）を減少させる。したがって、積算制御装置１（電力量ブロック１０）は、例えば発電電力の１日平均値が最大出力以下となるように積算目標値ＰＩｔｇ（ｔ）を自動的に調整することができる。そのため、自動制御装置５において一律に目標値をカットする必要がなく、最大出力をより厳格に管理しつつ、効率的な運用を行うことができる。なお、次の積算周期における１時間分の積算電力量ＰＩ（Ｔｎ＋１）を超過分以上に減少させることによって、より最大出力を超過しない安全サイドに補正してもよい。
【００２７】
判定部１５は、差分ΔＰおよびΔＰＩ（ｔ）に基づいて、現在の積算周期の最後において積算電力量ＰＩ（ｔ）が積算目標値ＰＩｔｇ（ｔ）と一致するように、制御信号Ｓ１ｐおよびロック信号ＬＫｐを出力する。そして、当該制御信号Ｓ１ｐおよびロック信号ＬＫｐは、出力部４０からそれぞれ制御信号Ｓ１およびロック信号ＬＫとして出力され、発電機９の制御機構９１が制御される。
【００２８】
ここで、図５ないし図７を参照して、判定部１５のより具体的な動作の一例について説明する。  
図５は、ｔ＝ｔ１の時点において、発電電力（瞬時値）Ｐが瞬時目標値Ｐｔｇと所定の正の（第１）閾値Ｐｔｈとの和以上となった場合、すなわち、ΔＰ＝Ｐ−Ｐｔｇ≧Ｐｔｈの場合を示している。この場合、判定部１５は、ｔ＝Ｔの時点（現在の積算周期の最後）において積算電力量ＰＩ（ｔ）が積算目標値ＰＩｔｇ（ｔ）と一致するように、すなわち、ＰＩ（Ｔ）＝ＰＩｔｇ（Ｔ）となるように、制御信号Ｓ１ｐとして、発電機９の発電電力を減少させる下げ指令を出力する。図５においては、
ＰＩ（ｔ２）＋Ｐ×（Ｔ−ｔ２）＝ＰＩｔｇ（Ｔ）
となるｔ＝ｔ２の時点まで下げ指令が出力されている。
【００２９】
図６は、ｔ＝ｔ３の時点において、ｔ＝Ｔの時点における差分ΔＰＩ（Ｔ）の予測値である（第１の）予測差分値ΔＰＩｐｒが正となった場合を示している。ここで、予測差分値ΔＰＩｐｒは、ｔ＝ｔ３の時点における差分ΔＰＩ（ｔ３）に基づいて、
ΔＰＩｐｒ＝ΔＰＩ（ｔ３）×（Ｔ／ｔ３）
と算出することができる。この場合、判定部１５は、ロック信号ＬＫｐを出力して自動制御装置１による制御を停止させるとともに、図５の場合と同様に、ＰＩ（Ｔ）＝ＰＩｔｇ（Ｔ）となるように下げ指令を出力する。したがって、発電機９は、ｔ＝ｔ３の時点以降、次の積算周期まで出力一定運転となる。
【００３０】
一方、図７は、ｔ＝ｔ３の時点において、予測差分値ΔＰＩｐｒが所定の負の（第２）閾値ＰＩｔｈ以下となった場合を示している。この場合、判定部１５は、ＰＩ（Ｔ）＝ＰＩｔｇ（Ｔ）となるように、制御信号Ｓ１ｐとして、発電機９の発電電力を増加させる上げ指令を出力する。なお、上げ指令を出力する場合、判定部１５は、取水が可能な範囲で、すなわち、流入量Ｑｉが上げ指令による取水量を上回る範囲で上げ指令を出力することとなる。
【００３１】
このようにして、判定部１５は、現在の積算周期における１時間分の積算電力量ＰＩ（Ｔ）がその積算目標値ＰＩｔｇ（Ｔ）と一致するように、制御信号Ｓ１ｐおよびロック信号ＬＫｐを出力して発電機９の発電電力を増減させる。したがって、積算制御装置１（電力量ブロック１０）は、例えば発電電力の１時間平均値が最大出力以下となるように発電機９の制御機構９１を制御することができる。そのため、自動制御装置５と協働して、またはロック信号ＬＫｐを出力して単独で、最大出力をより厳格に管理しつつ、効率的な運用を行うことができる。なお、水力系の応答遅れを考慮して、各制御周期において所定のｔ＝Ｔｔｈの時点を超えた場合には、図６および図７に示したような差分ΔＰＩ（ｔ）に基づく制御を行わない構成としてもよい。
【００３２】
＝＝＝取水量ブロックの構成＝＝＝
以下、図８を参照して、本発明の一実施形態における積算制御装置のうち、取水量ブロックの構成について説明する。  
取水量ブロック２０は、取水量積算部２１、目標値算出部２２、減算部２３、２４、および判定部２５を含んで構成されている。また、時計部３０から取水量ブロック２０には、現在時刻ＣＴが入力されており、当該現在時刻ＣＴは、取水量積算部２１、目標値算出部２２、および判定部２５で用いられる。
【００３３】
取水量積算部２１には、取水量（瞬時値）Ｑが入力され、取水量積算部２１からは、取水量（瞬時値）Ｑおよび積算取水量ＱＩ（ｔ）が出力されている。また、（第３の）減算部２３には、取水量（瞬時値）Ｑおよび（第２の）瞬時目標値Ｑｔｇが入力され、減算部２３からは、（第３の）差分ΔＱが出力されている。
【００３４】
（第２の）目標値算出部２２には、（第２の）積算目標値ＱＩｔｇ（ｔ）の初期値ＱＩ０（ｔ）および（第４の）差分ΔＱＩ（ｔ）が入力され、目標値算出部２２からは、積算目標値ＱＩｔｇ（ｔ）が出力されている。また、（第４の）減算部２４には、積算取水量ＱＩ（ｔ）および積算目標値ＱＩｔｇ（ｔ）が入力され、減算部２４からは、差分ΔＱＩ（ｔ）が出力されている。
【００３５】
（第２の）判定部２５には、積算取水量ＱＩ（ｔ）、流入量Ｑｉ、および差分ΔＱ、ΔＱＩ（ｔ）が入力され、判定部２５からは、制御信号Ｓ１ｑおよびロック信号ＬＫｑが出力されている。これらの信号は、電力量ブロック１０から出力される制御信号Ｓ１ｐおよびロック信号ＬＫｐとともに出力部４０に入力され、出力部４０からは、制御信号Ｓ１およびロック信号ＬＫが出力されている。
【００３６】
＝＝＝取水量ブロックの動作＝＝＝
以下、図９ないし図１３を適宜参照して、本実施形態における積算制御装置の取水量ブロックの動作について説明する。  
取水量積算部２１は、所定の積算周期（１時間）ごとに取水量（瞬時値）Ｑを積算して、現在の積算周期における現時点ｔまでの積算値を積算取水量ＱＩ（ｔ）として求める。したがって、積算取水量ＱＩ（ｔ）は、積算電力量ＰＩ（ｔ）と同様に、毎時０分（ｔ＝０）にリセットされ、その積算周期の最後（ｔ＝Ｔ）まで積算される。また、減算部２３は、取水量（瞬時値）Ｑから、その所定の目標値である瞬時目標値Ｑｔｇを減算して、差分ΔＱ＝Ｑ−Ｑｔｇを求める。
【００３７】
なお、取水量積算部２１は、流量計９３から入力される取水量（瞬時値）Ｑを適宜変換する。また、取水量積算部２１は、特許文献２の水力発電所自動運転制御装置と同様に、静落差をパラメータとして発電電力と取水量との関係を示すＰＱカーブを用いて取水量を算出し、算出した取水量を積算して積算取水量ＱＩ（ｔ）を求める構成としてもよい。さらに、流量計９４に代えて流速計を用いて取水量を計測してもよく、水位計によって計測された水路水位を取水量に換算して使用してもよい。
【００３８】
目標値算出部２２は、積算取水量ＱＩ（ｔ）の目標値である積算目標値ＱＩｔｇ（ｔ）を算出する。また、減算部２４は、積算取水量ＱＩ（ｔ）から積算目標値ＱＩｔｇ（ｔ）を減算して、差分ΔＱＩ（ｔ）＝ＱＩ（ｔ）−ＱＩｔｇ（ｔ）を求める。そして、目標値算出部２２は、差分ΔＱＩ（ｔ）に基づいて、積算周期ごとに（毎時０分に）積算目標値ＱＩｔｇ（ｔ）を更新する。なお、最初の積算周期においては、初期値ＱＩ０（ｔ）が積算目標値ＱＩｔｇ（ｔ）として用いられる。
【００３９】
ここで、図９および図１０を参照して、積算目標値ＱＩｔｇ（ｔ）の算出（更新）方法について説明する。なお、図９および図１０においては、図３および図４と同様に、現在の積算周期を第ｎ周期とし、次の積算周期を第（ｎ＋１）周期としている。
【００４０】
図９は、ｔ＝Ｔｎの時点（現在の積算周期の最後）において、実線で示される積算取水量ＱＩ（ｔ）が長破線で示される積算目標値ＱＩｔｇ（ｔ）以下となった場合、すなわち、ΔＱＩ（Ｔｎ）＝ＱＩ（Ｔｎ）−ＱＩｔｇ（Ｔｎ）≦０の場合を示している。この場合、目標値算出部２２は、積算目標値ＱＩｔｇ（ｔ）を更新せず、現在の積算周期における積算目標値ＱＩｔｇ（ｔ）をそのまま次の積算周期における積算目標値ＱＩｔｇ（ｔ）として算出する。したがって、ｔ＝Ｔｎ＋１の時点（次の積算周期の最後）における積算目標値ＱＩｔｇ（Ｔｎ＋１）は、ｔ＝Ｔｎの時点における積算目標値ＱＩｔｇ（Ｔｎ）に等しく、次の積算周期における積算目標値ＱＩｔｇ（ｔ）は、
ＱＩｔｇ（ｔ）＝ＱＩｔｇ（Ｔｎ＋１）×（ｔ／Ｔ）
＝ＱＩｔｇ（Ｔｎ）×（ｔ／Ｔ）
となる。
【００４１】
一方、図１０は、ｔ＝Ｔｎの時点において、積算取水量ＱＩ（ｔ）が積算目標値ＱＩｔｇ（ｔ）を超えた場合、すなわち、ΔＱＩ（Ｔｎ）＞０の場合を示している。この場合、目標値算出部２２は、まず、ｔ＝Ｔｎの時点において積算目標値ＱＩｔｇ（ｔ）から差分ΔＱＩ（ｔ）を減算した値、すなわち、ＱＩｔｇ（Ｔｎ）−ΔＱＩ（Ｔｎ）をｔ＝Ｔｎ＋１の時点における積算目標値ＱＩｔｇ（Ｔｎ＋１）として算出する。そして、次の積算周期における積算目標値ＱＩｔｇ（ｔ）は、
ＱＩｔｇ（ｔ）＝［ＱＩｔｇ（Ｔｎ）−ΔＱＩ（Ｔｎ）]×（ｔ／Ｔ）
と算出することができる。
【００４２】
このようにして、目標値算出部２２は、現在の積算周期における１時間分の積算取水量ＱＩ（Ｔｎ）がその積算目標値ＱＩｔｇ（Ｔｎ）を超えた場合に、当該超過分だけ次の積算周期における１時間分の積算取水量ＱＩ（Ｔｎ＋１）を減少させる。したがって、積算制御装置１（取水量ブロック２０）は、例えば取水量の１日平均値が許可取水量以下となるように積算目標値ＱＩｔｇ（ｔ）を自動的に調整することができる。そのため、自動制御装置５において一律に目標値をカットする必要がなく、許可取水量をより厳格に管理しつつ、効率的な運用を行うことができる。なお、次の積算周期における１時間分の積算取水量ＱＩ（Ｔｎ＋１）を超過分以上に減少させることによって、より許可取水量を超過しない安全サイドに補正してもよい。
【００４３】
判定部２５は、差分ΔＱおよびΔＱＩ（ｔ）に基づいて、現在の積算周期の最後において積算取水量ＱＩ（ｔ）が積算目標値ＱＩｔｇ（ｔ）と一致するように、制御信号Ｓ１ｑおよびロック信号ＬＫｑを出力する。そして、当該制御信号Ｓ１ｑおよびロック信号ＬＫｑは、出力部４０からそれぞれ制御信号Ｓ１およびロック信号ＬＫとして出力され、発電機９の制御機構９１が制御される。
【００４４】
ここで、図１１ないし図１３を参照して、判定部２５のより具体的な動作の一例について説明する。  
図１１は、ｔ＝ｔ１の時点において、取水量（瞬時値）Ｑが瞬時目標値Ｑｔｇと所定の正の（第３）閾値Ｑｔｈとの和以上となった場合、すなわち、ΔＱ＝Ｑ−Ｑｔｇ≧Ｑｔｈの場合を示している。この場合、判定部２５は、ｔ＝Ｔの時点（現在の積算周期の最後）において積算取水量ＱＩ（ｔ）が積算目標値ＱＩｔｇ（ｔ）と一致するように、すなわち、ＱＩ（Ｔ）＝ＱＩｔｇ（Ｔ）となるように、制御信号Ｓ１ｑとして、当該水力発電所の取水量を減少させる下げ指令を出力する。図１１においては、
ＱＩ（ｔ２）＋Ｑ×（Ｔ−ｔ２）＝ＱＩｔｇ（Ｔ）
となるｔ＝ｔ２の時点まで下げ指令が出力されている。
【００４５】
図１２は、ｔ＝ｔ３の時点において、ｔ＝Ｔの時点における差分ΔＱＩ（Ｔ）の予測値である（第２の）予測差分値ΔＱＩｐｒが正となった場合を示している。ここで、予測差分値ΔＱＩｐｒは、ｔ＝ｔ３の時点における差分ΔＱＩ（ｔ３）に基づいて、
ΔＱＩｐｒ＝ΔＱＩ（ｔ３）×（Ｔ／ｔ３）
と算出することができる。この場合、判定部２５は、ロック信号ＬＫｑを出力して自動制御装置１による制御を停止させるとともに、図１１の場合と同様に、ＱＩ（Ｔ）＝ＱＩｔｇ（Ｔ）となるように下げ指令を出力する。したがって、発電機９は、ｔ＝ｔ３の時点以降、次の積算周期まで出力一定運転となる。
【００４６】
一方、図１３は、ｔ＝ｔ３の時点において、予測差分値ΔＱＩｐｒが所定の負の（第４）閾値ＱＩｔｈ以下となった場合を示している。この場合、判定部２５は、ＱＩ（Ｔ）＝ＱＩｔｇ（Ｔ）となるように、制御信号Ｓ１ｑとして、当該水力発電所の取水量を増加させる上げ指令を出力する。なお、上げ指令を出力する場合、判定部２５は、取水が可能な範囲で、すなわち、流入量Ｑｉが上げ指令による取水量を上回る範囲で上げ指令を出力することとなる。
【００４７】
このようにして、判定部２５は、現在の積算周期における１時間分の積算取水量ＱＩ（Ｔ）がその積算目標値ＱＩｔｇ（Ｔ）と一致するように、制御信号Ｓ１ｑおよびロック信号ＬＫｑを出力して当該水力発電所の取水量を増減させる。したがって、積算制御装置１（取水量ブロック２０）は、例えば取水量の１時間平均値が許可取水量以下となるように発電機９の制御機構９１を制御することができる。そのため、自動制御装置５と協働して、またはロック信号ＬＫｑを出力して単独で、許可取水量をより厳格に管理しつつ、効率的な運用を行うことができる。なお、水力系の応答遅れを考慮して、各制御周期において所定のｔ＝Ｔｔｈの時点を超えた場合には、図１２および図１３に示したような差分ΔＱＩ（ｔ）に基づく制御を行わない構成としてもよい。
【００４８】
前述したように、自動制御装置５とともに用いられる発電所の積算制御装置１（電力量ブロック１０）において、積算電力量ＰＩ（ｔ）から（第１の）積算目標値ＰＩｔｇ（ｔ）を減算して（第２の）差分ΔＰＩ（ｔ）を求め、現在の積算周期の最後（ｔ＝Ｔｎ）における差分ΔＰＩ（Ｔｎ）≦０の場合には、積算目標値ＰＩｔｇ（ｔ）を更新せず、差分ΔＰＩ（Ｔｎ）＞０の場合には、積算目標値ＰＩｔｇ（Ｔｎ）から少なくとも差分ΔＰＩ（Ｔｎ）以上の値を減算した値を次の積算周期の最後（ｔ＝Ｔｎ＋１）における積算目標値ＰＩｔｇ（Ｔｎ＋１）として算出することによって、現在の積算周期における１周期（例えば１時間）分の積算電力量ＰＩ（Ｔｎ）がその積算目標値ＰＩｔｇ（Ｔｎ）を超えた場合に、当該超過分だけ次の積算周期における１周期分の積算電力量ＰＩ（Ｔｎ＋１）を減少させることができる。そのため、自動制御装置５において一律に目標値をカットする必要がなく、発電所における最大出力をより厳格に管理しつつ、運用効率を向上させることができる。
【００４９】
また、発電電力（瞬時値）Ｐから（第１の）瞬時目標値Ｐｔｇを減算して（第１の）差分ΔＰを求め、差分ΔＰが（第１）閾値Ｐｔｈ（＞０）以上となった場合に、下げ指令を出力することによって、発電電力を減少させて現在の積算周期における１周期分の積算電力量ＰＩ（Ｔ）＝ＰＩｔｇ（Ｔ）となるように、発電機９の制御機構９１を制御することができる。
【００５０】
また、差分ΔＰＩ（ｔ）に基づいて（第１の）予測差分値ΔＰＩｐｒを算出し、予測差分値ΔＰＩｐｒが正となった場合に、ロック信号ＬＫｐとともに下げ指令を出力することによって、発電電力を減少させてＰＩ（Ｔ）＝ＰＩｔｇ（Ｔ）となるように、自動制御装置１による制御を停止させて出力一定運転で、発電機９の制御機構９１を制御することができる。
【００５１】
また、予測差分値ΔＰＩｐｒが（第２）閾値ＰＩｔｈ（＜０）以下となった場合に、上げ指令を出力することによって、発電電力を増加させてＰＩ（Ｔ）＝ＰＩｔｇ（Ｔ）となるように、発電機９の制御機構９１を制御することができる。
【００５２】
また、特に水力発電所の積算制御装置１（取水量ブロック２０）において、積算取水量ＱＩ（ｔ）から（第２の）積算目標値ＱＩｔｇ（ｔ）を減算して（第４の）差分ΔＱＩ（ｔ）を求め、現在の積算周期の最後（ｔ＝Ｔｎ）における差分ΔＱＩ（Ｔｎ）≦０の場合には、積算目標値ＱＩｔｇ（ｔ）を更新せず、差分ΔＱＩ（Ｔｎ）＞０の場合には、積算目標値ＱＩｔｇ（Ｔｎ）から少なくとも差分ΔＱＩ（Ｔｎ）以上の値を減算した値を次の積算周期の最後（ｔ＝Ｔｎ＋１）における積算目標値ＱＩｔｇ（Ｔｎ＋１）として算出することによって、現在の積算周期における１周期（例えば１時間）分の積算取水量ＱＩ（Ｔｎ）がその積算目標値ＱＩｔｇ（Ｔｎ）を超えた場合に、当該超過分だけ次の積算周期における１周期分の積算取水量ＱＩ（Ｔｎ＋１）を減少させることができる。そのため、自動制御装置５において一律に目標値をカットする必要がなく、水力発電所における許可取水量をより厳格に管理しつつ、運用効率を向上させることができる。
【００５３】
また、取水量（瞬時値）Ｑから（第２の）瞬時目標値Ｑｔｇを減算して（第３の）差分ΔＱを求め、差分ΔＱが（第３）閾値Ｑｔｈ（＞０）以上となった場合に、下げ指令を出力することによって、取水量を減少させて現在の積算周期における１周期分の積算取水量ＱＩ（Ｔ）＝ＱＩｔｇ（Ｔ）となるように、発電機９の制御機構９１を制御することができる。
【００５４】
また、差分ΔＱＩ（ｔ）に基づいて（第２の）予測差分値ΔＱＩｐｒを算出し、予測差分値ΔＱＩｐｒが正となった場合に、ロック信号ＬＫｑとともに下げ指令を出力することによって、取水量を減少させてＱＩ（Ｔ）＝ＱＩｔｇ（Ｔ）となるように、自動制御装置１による制御を停止させて出力一定運転で、発電機９の制御機構９１を制御することができる。
【００５５】
また、予測差分値ΔＱＩｐｒが（第４）閾値ＱＩｔｈ（＜０）以下となった場合に、上げ指令を出力することによって、取水量を増加させてＱＩ（Ｔ）＝ＱＩｔｇ（Ｔ）となるように、発電機９の制御機構９１を制御することができる。
【００５６】
また、静落差をパラメータとして発電電力と取水量との関係を示すＰＱカーブを用いて取水量を算出することによって、流量計、流速計、水位計などを設置しなくても、算出した取水量を積算して積算取水量ＱＩ（ｔ）を求めることができる。
【００５７】
なお、上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。
【００５８】
上記実施形態では、特に水力発電所の制御システムについて説明したが、これに限定されるものではない。積算制御装置１は、水力発電所以外の発電所にも用いることができ、その場合には、取水量ブロック２０を備えなくてもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１          積算制御装置
５          自動制御装置
９          （水車）発電機
１０        電力量ブロック
１１        電力量積算部
１２        目標値算出部
１３、１４  減算部
１５        判定部
２０        取水量ブロック
２１        取水量積算部
２２        目標値算出部
２３、２４  減算部
２５        判定部
３０        時計部
４０        出力部
９１        制御機構
９２        送電線
９３        電力計
９４        流量計
【図１】
0005358642.tif 000002
【図２】
0005358642.tif 000003
【図３】
0005358642.tif 000004
【図４】
0005358642.tif 000005
【図５】
0005358642.tif 000006
【図６】
0005358642.tif 000007
【図７】
0005358642.tif 000008
【図８】
0005358642.tif 000009
【図９】
0005358642.tif 000010
【図１０】
0005358642.tif 000011
【図１１】
0005358642.tif 000012
【図１２】
0005358642.tif 000013
【図１３】
0005358642.tif 000014
【図１４】
0005358642.tif 000015