(57)【要約】【課題】許可水量を超える運転の抑制。【解決手段】出力抑制制御装置は、現在のダム水位と記憶部に記憶された相関関係データとに基づいて発電上限出力を算出する（ステップＳ２）。そして、現在の発電機出力が、算出した発電上限出力を超える場合に（ステップＳ４：ＹＥＳ）、出力抑制制御を発動する（ステップＳ６）。出力抑制制御とは、出力増加抑止信号を調速部に出力することである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水力発電所における所与の出力指令値に従った出力制御を抑制させる出力抑制制御装置であって、
規定された許可水量に基づくダム水位と発電上限出力との相関関係に基づいて、現在のダム水位から現在の発電上限出力を算出する上限出力算出手段と、
所与の出力指令値が前記算出された発電上限出力を超える場合に、当該出力指令値に従った出力制御を抑制させる所定の抑制制御を行う出力抑制制御手段と、
を備えた出力抑制制御装置。
【請求項２】
現在の発電機出力が所与の出力指令値となるように出力増加制御又は出力低減制御を行って出力一定運転を行う水力発電所の制御システムであって、
請求項１に記載の出力抑制制御装置を具備し、
前記出力抑制制御手段が、当該制御システムに入力される出力指令値が前記算出された発電上限出力を超える場合に前記出力増加制御を抑止することで前記抑制制御を行う、
制御システム。
【請求項３】
現在の発電機出力が所与の出力指令値となるように出力増加制御又は出力低減制御を行って出力一定運転を行う水力発電所の制御システムであって、
請求項１に記載の出力抑制制御装置を具備し、
前記出力抑制制御手段が、当該制御システムに入力される出力指令値が前記算出された発電上限出力を超える場合に当該出力指令値を当該発電上限出力以下に補正することで前記抑制制御を行う、
制御システム。
【請求項４】
所与の総合出力指令値に基づいて各水力発電所の出力指令値を決定する出力指令値決定装置であって、
水力発電所毎に規定された当該水力発電所に係る許可水量に基づくダム水位と発電上限出力との相関関係データを記憶する記憶手段と、
所与の総合出力指令値を所与の配分パターンに基づいて配分した場合の各水力発電所への仮出力指令値を算出する仮出力指令値算出手段と、
各水力発電所から当該水力発電所のダム水位を取得するダム水位取得手段と、
各水力発電所について、前記記憶手段に記憶された相関関係データに基づき、前記取得されたダム水位から当該水力発電所の発電上限出力を算出する上限出力算出手段と、
前記仮出力指令値算出手段により算出された仮出力指令値が、前記上限出力算出手段により算出された発電上限出力を超える水力発電所がある場合に、各水力発電所の仮出力指令値を補正する仮出力指令値補正手段と、
を備え、前記補正された仮出力指令値に基づいて各水力発電所への出力指令値を決定する出力指令値決定装置。
【請求項５】
水力発電所において所与の出力指令値に従った運転を行うための出力制御方法であって、
規定された許可水量に基づくダム水位と発電上限出力との相関関係に基づいて、現在のダム水位から現在の発電上限出力を算出する上限出力算出ステップと、
所与の出力指令値が前記算出された発電上限出力を超える場合に、当該出力指令値に従った出力制御を抑制させる出力抑制制御ステップと、
を含む出力制御方法。
【請求項６】
水力発電所毎に規定された当該水力発電所に係る許可水量に基づくダム水位と発電上限出力との相関関係データを記憶する記憶部を備えた装置が、所与の総合出力指令値に基づいて各水力発電所の出力指令値を決定するための出力指令値決定方法であって、
所与の総合出力指令値を所与の配分パターンに基づいて配分した場合の各水力発電所への仮出力指令値を算出する仮出力指令値算出ステップと、
各水力発電所から当該水力発電所のダム水位を取得するダム水位取得ステップと、
各水力発電所について、前記記憶部に記憶された相関関係データに基づき、前記取得されたダム水位から当該水力発電所の発電上限出力を算出する上限出力算出ステップと、
前記仮出力指令値算出手段により算出された仮出力指令値が、前記上限出力算出ステップで算出された発電上限出力を超える水力発電所がある場合に、各水力発電所の仮出力指令値を補正して、各水力発電所への出力指令値を決定する指令値決定ステップと、
を含む出力指令値決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水力発電所において所与の出力指令値に従った運転を行うための出力制御方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ダム式或いはダム水路式の水力発電所では、当該水力発電所を含む地域を管理する制御所や給電所（以下包括して「給電制御所」という。）から送られてくる出力指令値となるように発電機出力を追従させる出力一定運転が行われる。
【０００３】
出力一定運転として、自動負荷調整装置（ＡＬＲ：Automatic Load dispatching Regulator）が出力指令値と現在の発電機出力とを比較し、発電機出力が低い場合に水口開度（例えばガイドベーン開度やニードル弁開度）を開方向に制御する出力増加制御を、発電機出力が高い場合に水口開度を閉方向に制御する出力低減制御を行う方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２５０２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ダム式或いはダム水路式の水力発電所は、ダム水位によって落差を稼いで水力発電を行う。そのため、出力一定運転下においては、ダム水位の変動、すなわち落差の変動によって使用水量が変化することになる。
【０００６】
最大出力に対して出力指令値が十分に低かったり、出力に対して十分な河川流量が見込まれる場合に問題となることはないが、例えば出力指令値が最大出力付近のときに出力一定運転を継続すると問題が生じる場合がある。具体的には、最大出力付近で出力一定運転を継続すると、ダム水位が徐々に下がり落差が低下するため、使用水量を徐々に増加させる制御が行われる。この結果、使用水量が、その水力発電所に規定された許可水量を超えてしまうおそれがあるという問題である。
また、出力一定運転の継続中でなくとも、ダム水位が低いときに出力指令値に従った出力制御を行う場合には、同様の問題が生じ得る。
【０００７】
本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、許可水量を超える運転を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するための第１の形態は、水力発電所における所与の出力指令値に従った出力制御を抑制させる出力抑制制御装置（例えば図１の出力抑制制御装置１０）であって、
規定された許可水量に基づくダム水位と発電上限出力との相関関係に基づいて、現在のダム水位から現在の発電上限出力を算出する上限出力算出手段（例えば図２のＳ２）と、
所与の出力指令値が前記算出された発電上限出力を超える場合に、当該出力指令値に従った出力制御を抑制させる所定の抑制制御を行う出力抑制制御手段（例えば図２のＳ６）と、
を備えた出力抑制制御装置である。
【０００９】
また、他の形態として、水力発電所において所与の出力指令値に従った運転を行うための出力制御方法であって、
規定された許可水量に基づくダム水位と発電上限出力との相関関係に基づいて、現在のダム水位から現在の発電上限出力を算出する上限出力算出ステップ（例えば図２のＳ２）と、
所与の出力指令値が前記算出された発電上限出力を超える場合に、当該出力指令値に従った出力制御を抑制させる出力抑制制御ステップ（例えば図２のＳ６）と、
を含む出力制御方法を構成することとしてもよい。
【００１０】
この第１の形態等によれば、規定された許可水量に基づくダム水位と発電上限出力との相関関係に基づいて、現在のダム水位から現在の発電上限出力が算出される。そして、所与の出力指令値が、算出された発電上限出力を超える場合に、当該出力指令値に従った出力制御が抑制される。従って、使用水量が許可水量を超える運転が抑制される。
【００１１】
また、第２の形態は、現在の発電機出力が所与の出力指令値となるように出力増加制御又は出力低減制御を行って出力一定運転を行う水力発電所の制御システム（例えば図１の制御システム１）であって、
第１の形態の出力抑制制御装置を具備し、
前記出力抑制制御手段が、当該制御システムに入力される出力指令値が前記算出された発電上限出力を超える場合に前記出力増加制御を抑止することで前記抑制制御を行う、
制御システムである。
【００１２】
この第２の形態によれば、水力発電所の制御システムに入力される出力指令値が、規定された許可水量に基づくダム水位と発電上限出力との相関関係に基づいて算出された発電上限出力を超える場合に、当該制御システムが行う出力一定運転での出力増加制御が抑止される。これにより、使用水量が許可水量を超える運転が抑制される。
【００１３】
また、第３の形態は、現在の発電機出力が所与の出力指令値となるように出力増加制御又は出力低減制御を行って出力一定運転を行う水力発電所の制御システム（例えば図４の制御システム２）であって、
第１の形態の出力抑制制御装置を具備し、
前記出力抑制制御手段が、当該制御システムに入力される出力指令値が前記算出された発電上限出力を超える場合に当該出力指令値を当該発電上限出力以下に補正することで前記抑制制御を行う、
制御システム。
【００１４】
この第３の形態によれば、水力発電所の制御システムに入力される出力指令値が、規定された許可水量に基づくダム水位と発電上限出力との相関関係に基づいて算出された発電上限出力を超える場合に、当該出力指令値が当該発電上限出力以下に補正される。これにより、使用水量が許可水量を超える運転が抑制される。
【００１５】
また、第４の形態は、所与の総合出力指令値に基づいて各水力発電所の出力指令値を決定する出力指令値決定装置（例えば図５の給電制御装置２００）であって、
水力発電所毎に規定された当該水力発電所に係る許可水量に基づくダム水位と発電上限出力との相関関係データを記憶する記憶手段（例えば図５の記憶部２２０）と、
所与の総合出力指令値を所与の配分パターンに基づいて配分した場合の各水力発電所への仮出力指令値を算出する仮出力指令値算出手段（例えば図８のＳ１４）と、
各水力発電所から当該水力発電所のダム水位を取得するダム水位取得手段と、
各水力発電所について、前記記憶手段に記憶された相関関係データに基づき、前記取得されたダム水位から当該水力発電所の発電上限出力を算出する上限出力算出手段（例えば図８のＳ１６）と、
前記仮出力指令値算出手段により算出された仮出力指令値が、前記上限出力算出手段により算出された発電上限出力を超える水力発電所がある場合に、各水力発電所の仮出力指令値を補正する仮出力指令値補正手段（例えば図８のＳ２０）と、
を備え、前記補正された仮出力指令値に基づいて各水力発電所への出力指令値を決定する出力指令値決定装置である。
【００１６】
また、他の形態として、水力発電所毎に規定された当該水力発電所に係る許可水量に基づくダム水位と発電上限出力との相関関係データを記憶する記憶部（例えば図５の記憶部２２０）を備えた装置が、所与の総合出力指令値に基づいて各水力発電所の出力指令値を決定するための出力指令値決定方法であって、
所与の総合出力指令値を所与の配分パターンに基づいて配分した場合の各水力発電所への仮出力指令値を算出する仮出力指令値算出ステップ（例えば図８のＳ１４）と、
各水力発電所から当該水力発電所のダム水位を取得するダム水位取得ステップと、
各水力発電所について、前記記憶部に記憶された相関関係データに基づき、前記取得されたダム水位から当該水力発電所の発電上限出力を算出する上限出力算出ステップ（例えば図８のＳ１６）と、
前記仮出力指令値算出手段により算出された仮出力指令値が、前記上限出力算出ステップで算出された発電上限出力を超える水力発電所がある場合に、各水力発電所の仮出力指令値を補正して、各水力発電所への出力指令値を決定する指令値決定ステップ（例えば図８のＳ２０〜Ｓ２２）と、
を含む出力指令値決定方法を構成することとしてもよい。
【００１７】
この第４の形態等によれば、所与の総合出力指令値を所与の配分パターンに基づいて配分した場合の各水力発電所への仮出力指令値が算出される。一方、各水力発電所について、当該水力発電所に係る許可水量に基づくダム水位と発電上限出力との相関関係データに基づき、当該水力発電所のダム水位から当該水力発電所の発電上限出力が算出される。そして、算出された発電上限出力を超える仮出力指令値となった水力発電所がある場合に、各水力発電所の仮出力指令値が補正されて、各水力発電所への出力指令値が決定される。
したがって、使用水量が許可水量を超える水力発電所がないように各水力発電所の出力指令値を決定することができ、各水力発電所における許可水量を超える運転を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係る水力発電所の制御システムの概略構成を示す図。
【図２】出力抑制制御処理の流れを示すフローチャート。
【図３】相関関係データの内容を説明するための図。
【図４】制御システムの変形例を示す図。
【図５】電力系統全体の概要を示す図。
【図６】給電制御装置が有する相関関係データを示す図。
【図７】配分パターンデータのデータ構成の例を示す図。
【図８】出力指令値決定処理の流れを示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明を適用した一実施形態を説明する。
図１は、本実施形態に係る水力発電所の制御システム１の概略構成を示す図である。本実施形態の水力発電所はダム式或いはダム水路式であり、本実施形態においては給電所或いは制御所（以下包括して「給電制御所」という。）から送信される出力指令値に従った出力一定運転が行われることとして説明する。
【００２０】
制御システム１は、主な機能部として自動負荷調整部２０と、調速部３０と、出力抑制制御装置１０とを備え、シーケンサ等を用いたディジタル式の制御装置として構成される。また、図示を省略しているが、制御システム１は、給電制御所と通信を行う不図示の通信部や表示部、操作入力部等を備える。
自動負荷調整部２０及び調速部３０は、それぞれ別個独立した装置として構成することとしてもよいが、ここでは制御システム１の一機能部として図示・説明する。また、出力抑制制御装置１０は別個独立した装置として図示・説明するが、制御システム１の一機能部として制御システム１と一体に構成されることとしてもよい。その場合、制御システム１を一体の筐体からなる装置として実現することとしてもよいことは勿論である。
【００２１】
自動負荷調整部２０は、いわゆるＡＬＲ（Automatic Load dispatching Regulator）としての機能部であり、現在の発電機出力を給電制御所から送られてくる出力指令値に追従させるための出力制御信号を生成して調速部３０に出力する。具体的には、発電機出力が出力指令値より低い場合には出力増加制御信号を、高い場合には出力低減制御信号を調速部３０に出力して、発電機出力が出力指令値となるように制御する。
【００２２】
調速部３０は、自動負荷調整部２０から入力された制御信号に基づいて水車の回転数を調整する水量調整を行う機能部であり、制御信号が出力増加制御信号であれば水車の水口開度（ガイドベーン開度或いはニードル弁開度）を開方向に、出力低減制御信号であれば閉方向に制御する。具体的には、水口がガイドベーンであれば、サーボモータ等でなるガイドベーン駆動部に駆動信号を出力してガイドベーン開度を制御する。
また、調速部３０は、事故等による負荷遮断時においては水車の水口を閉鎖させ、水車の異常回転数上昇を防止する。
【００２３】
また、調速部３０は、後述する出力増加抑止信号を出力抑制制御装置１０から入力した場合には、自動負荷調整部２０からの制御信号が出力増加制御信号であったとしても、水口開度の開方向への制御を抑止する。
【００２４】
出力抑制制御装置１０は、水力発電所の使用水量が、規定された許可水量を超えることを防止する装置であり、許可水量を超えそうな場合に出力増加抑止信号を調速部３０に出力する。
【００２５】
具体的に出力抑制制御装置１０が実行する出力抑制制御の流れについて説明する。
図２は、出力抑制制御装置１０が実行する出力抑制制御処理の流れを示すフローチャートである。出力抑制制御処理は、制御システム１が出力一定運転を行っている間継続して実行される処理である。
【００２６】
先ず、出力抑制制御装置１０は、現在のダム水位と記憶部１２に記憶された相関関係データとに基づいて発電上限出力を算出する（ステップＳ２）。そして、現在の発電機出力が、算出した発電上限出力を超える場合に（ステップＳ４：ＹＥＳ）、出力抑制制御を発動する（ステップＳ６）。本実施形態において出力抑制制御とは、出力増加抑止信号を調速部３０に出力することである。
【００２７】
使用水量が許可水量を超えそうか否かの判定は、相関関係データを参照して現在のダム水位から発電上限出力を算出することで行う。
図３は、相関関係データの内容を説明するための図であり、ダム水位と上限電水比との関係を表している。上限電水比とは、許可水量に基づき定めた上限の使用水量における電水位のことであり、使用水量をこれ以上増加させることのできない上限の電水比のことである。この上限電水比は、発電所の仕様或いは実績値である、複数のダム水位それぞれに応じた発電電力と使用水量との関係から求められ、使用水量を上限水量としたときの発電電力から定められる。
【００２８】
図３に示す通り、ダム水位と上限電水比とは比例の関係にあり、現在のダム水位が分かれば上限電水比が求められる。この上限電水比に上限水量を乗じることで発電上限出力を算出することができる。上限水量は許可水量に基づき定められた一定値である。従って、図３に示したダム水位と上限電水比との関係は、ダム水位と発電上限出力との関係と言える。相関関係データとしては、図３に示すようなダム水位と上限電水比との関係データ及び上限水量のデータとしてもよいし、ダム水位と発電上限出力との関係データとしてもよい。何れも、ダム水位と発電上限出力との相関関係を示していることになる。
【００２９】
以上の通り、本実施形態では、出力抑制制御装置１０が、規定された許可水量に基づくダム水位と発電上限出力との相関関係に基づいて、現在のダム水位から現在の発電上限出力を算出する。そして、給電制御所から送られてくる出力指令値が、算出された発電上限出力を超える場合に出力増加抑止信号を調速部３０に出力して、出力増加を抑制させる。これにより、使用水量が許可水量を超える運転を抑制することができる。
【００３０】
以上、本発明を適用した一実施形態について説明したが、本発明が適用可能な実施形態は上述した実施形態に限られるものではない。
例えば、出力指令値は給電制御所から送信されるものとして説明したが、水力発電所内で生成することとしてもよい。一例を挙げると、水力発電所内に主機（発電機）が複数ある場合に、図１に示した制御システムが主機ごとに設けられるため、各制御システムに対する出力指令値を水力発電所内の統括制御装置が生成し、各制御システムに出力することとしてもよい。
【００３１】
また、出力抑制制御装置１０が行う出力抑制制御を、出力増加抑止信号を調速部３０に出力することとして説明したが、出力指令値を補正することとしてもよい。図４は、この場合の制御システム２の構成例を示す図である。制御システム２の出力抑制制御装置４０は、図２に示した出力抑制制御処理と同じ処理を行う。ただし、ステップＳ６において行う出力抑制制御は、給電制御所等から入力された所与の出力指令値を補正して自動負荷調整部２０に出力する制御である。具体的には、出力指令値を、ステップＳ２で算出した発電上限出力で更新して自動負荷調整部２０に出力する。こうすることで、使用水量が許可水量を超えるような運転が抑制される。なお、ステップＳ４において、現在の発電機出力が発電上限出力を超えないと判定された場合には（ステップＳ４：ＮＯ）、入力された所与の出力指令値を補正せずにそのまま自動負荷調整部２０に出力する。
【００３２】
また、出力指令値を生成する元のシステムが、許容水量を超えることのない出力指令値を生成することとしてもよい。図５〜８を参照してこの場合の実施形態を説明する。図５は、電力系統全体の概要を示す図である。中央給電司令所には中央給電制御装置１００が設置されており、各給電制御所に対して総合出力指令値を出力する。各給電制御所では、当該給電制御所に送られてきた総合出力指令値に基づいて、給電制御装置２００が、当該給電制御所の管轄区域内の水力発電所それぞれに対する出力指令値を配分・決定する。このとき、給電制御装置２００は、各水力発電所に規定されている許容水量を超えないように、各水力発電所への出力指令値を決定する。
【００３３】
具体的には、給電制御装置２００は、図６に示すように、上述した出力抑制制御装置１０が有する相関関係データと同じ相関関係データ２２１（２２１−１，２２１−２，・・・）を水力発電所毎に記憶部２２０に記憶している。また、総合出力指令値の配分パターンを定めた配分パターンデータ２２３を記憶部２２０に記憶する。図７は、配分パターンデータ２２３のデータ構成例を示す図であり、複数の配分パターンが選択条件と対応づけて定められている。選択条件には、例えば総合出力指令値が取り得る出力範囲の条件が定められ、配分パターンには、例えば各水力発電所毎の配分比率が定められている。配分パターンは、各水力発電所の効率や貯水量等に基づいて定められる。
【００３４】
図８は、給電制御装置２００が実行する出力指令値決定処理の流れを示すフローチャートである。給電制御装置２００は、先ず、配分パターンデータ２２３の中から、中央給電司令所から送られてきた総合出力指令値に合致する選択条件を判定することで、総合出力指令値に対応する配分パターンを選択する（ステップＳ１２）。そして、選択した配分パターンに従って、総合出力指令値を配分することで、各水力発電所に対する仮出力指令値を算出する（ステップＳ１４）。
【００３５】
次いで、給電制御装置２００は、各水力発電所について、当該水力発電所のダム水位計３６０が測定し、当該水力発電所から送信された現在のダム水位と、当該水力発電所の相関関係データ２２１とを用いて、発電上限出力を算出する（ステップＳ１６）。ステップＳ１４で算出した仮出力指令値が、ステップＳ１６で算出した発電上限出力を超える水力発電所がなければ（ステップＳ１８：ＮＯ）、仮出力指令値を出力指令値として決定する（ステップＳ２２）。
【００３６】
一方、仮出力指令値が発電上限出力を超える水力発電所がある場合には（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、仮出力指令値を補正して（ステップＳ２０）、出力指令値を決定する（ステップＳ２２）。例えば、仮出力指令値が発電上限出力を超える水力発電所については、発電上限出力を出力指令値とする。そして、発電上限出力を上回った分の出力を総計し、仮出力指令値が発電上限出力を超えなかった水力発電所に、発電所効率の高い順に、発電上限出力以下となるように配分していくことで、出力指令値を決定する。
【００３７】
以上のようにして出力指令値を決定することで、使用水量が許可水量を超える水力発電所がないように各水力発電所の出力指令値を決定することで、各水力発電所における許可水量を超える運転が抑制される。
【符号の説明】
【００３８】
１，２    制御システム
１０，４０    出力抑制制御装置
１２    記憶部
２００    給電制御装置
２２０    記憶部
【図１】
2012202370.tif 000003
【図２】
2012202370.tif 000004
【図３】
2012202370.tif 000005
【図４】
2012202370.tif 000006
【図５】
2012202370.tif 000007
【図６】
2012202370.tif 000008
【図７】
2012202370.tif 000009
【図８】
2012202370.tif 000010