(57)【要約】【課題】  水車や発電機などが故障した場合に、当直員などの労力を軽減して、迅速かつ適正に各設備を制御する。【解決手段】  発電装置１０１の状態を監視する発電機監視制御装置２と、逆調整池式ダム１１１の水位を監視する水位計４２と、発電機監視制御装置２によって発電装置１０１の故障が検知された場合に、入口弁１０４を閉じるとともに、水位計４２による逆調整池式ダム１１１の水位が所定値よりも低い場合には、取水口ゲート１１２を閉じる中央監視制御装置５と、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
逆調整池式ダムの水が取水口ゲートを介して水槽に流入し、前記水槽内の水が入口弁を介して発電装置に流入するとともに、前記水槽から溢れた水が余水管を介して放水路に放水される流れ込み式発電において、前記取水口ゲートや前記入口弁などの各設備を制御する流れ込み式発電制御システムであって、
前記発電装置の状態を監視する発電監視手段と、
前記逆調整池式ダムの水位を監視する水位監視手段と、
前記発電監視手段によって前記発電装置の故障が検知された場合に、前記入口弁を閉じるとともに、前記水位監視手段による前記逆調整池式ダムの水位が所定値よりも低い場合には、前記取水口ゲートを閉じる制御手段と、
を備えることを特徴とする流れ込み式発電制御システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記逆調整池式ダムからの溢流を抑制するように、前記逆調整池式ダムよりも上流側の発電装置の運転を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の流れ込み式発電制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、流れ込み式発電において水車や発電機などが故障した場合に取水口ゲートなどを制御する、流れ込み式発電制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
川の水をそのまま引き込んで発電する流れ込み（自流）式発電において、水車や発電機などの発電装置が故障した場合、発電装置を自動停止させて、水槽の余水管から水を放流させている。また、故障からの復旧までに長時間を要する場合には、当直員の知識や経験などに基づいて、上流側の逆調整池式ダムの取水口ゲートを開閉調整したり、さらに必要に応じて、上流側の発電機出力を調整したりすることで、逆調整池式ダムからの無効越流が生じないようにしている。さらには、水系によっては、逆調整池式ダムの水位が高い場合には、上流域の発電機の運転を調整・制限したり、逆調整池式ダムからの越流（放流）を開始したりしなければならない。
【０００３】
一方、流入量を予想し、この予想により発電計画スケジュールを立て、既に登録、運用されている発電運用スケジュールと比較し、許容偏差以上の開きがある場合に、発電計画スケジュールを発電運用スケジュールとして登録することで、調整池の溢水を防ぐ、という技術が知られている（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】特開平１０−０３０５４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような取水口ゲートの開閉調整や上流側の発電機出力の調整などは、複雑・煩雑な判断を要するにもかかわらず、当直員の経験などに基づいて行われていたため、調整・制御にバラツキが生じるばかりでなく、多大な労力と時間とを要していた。一方、水車や発電機などの故障時においても、発電用水の有効利用を図り、また、規定された水の流量（維持流量：舟運、漁業、景観、動植物の保護など河川の様々な機能保全に必要な流量）を確保する必要がある。これに対して特許文献１の技術では、発電機などの故障時には、余水管から水を放流させることになり、故障復旧に長時間を要する場合には、大量の発電用水が無駄になってしまう。
【０００６】
そこでこの発明は、水車や発電機などが故障した場合に、当直員などの労力を軽減して、迅速かつ適正に各設備を制御することが可能な流れ込み式発電制御システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、請求項１の発明は、逆調整池式ダムの水が取水口ゲートを介して水槽に流入し、前記水槽内の水が入口弁を介して発電装置に流入するとともに、前記水槽から溢れた水が余水管を介して放水路に放水される流れ込み式発電において、前記取水口ゲートや前記入口弁などの各設備を制御する流れ込み式発電制御システムであって、前記発電装置の状態を監視する発電監視手段と、前記逆調整池式ダムの水位を監視する水位監視手段と、前記発電監視手段によって前記発電装置の故障が検知された場合に、前記入口弁を閉じるとともに、前記水位監視手段による前記逆調整池式ダムの水位が所定値よりも低い場合には、前記取水口ゲートを閉じる制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この発明によれば、発電監視手段によって発電装置の状態が監視され、水位監視手段によって逆調整池式ダムの水位が監視される。そして、発電監視手段によって発電装置の故障が検知されると、制御手段によって入口弁が閉じられ、これにより、発電装置による発電が停止される。また、逆調整池式ダムの水位が所定値よりも低い場合、つまり逆調整池式ダムに余力がある場合には、制御手段によって取水口ゲートを閉じられ、逆調整池式ダムから水槽への水流が停止される。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載の流れ込み式発電制御システムにおいて、前記制御手段は、前記逆調整池式ダムからの溢流を抑制するように、前記逆調整池式ダムよりも上流側の発電装置の運転を制御する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１の発明によれば、発電装置が故障すると、入口弁が閉じられるとともに、逆調整池式ダムに余力がある場合には、逆調整池式ダムから水槽への水流が停止される。このため、水槽から余水管を介して放水される水量が低減され、発電用水を有効に利用することが可能となるとともに、余水管の劣化を抑制して延命化・高寿命化させることが可能となる。しかも、発電装置の状態と逆調整池式ダムの水位とを、発電監視手段と水位監視手段とで監視し、その監視結果に基づいて制御手段で自動制御が行われるため、当直員などの労力が軽減されるとともに、迅速かつ適正に各設備を制御することが可能となる。
【００１１】
請求項２の発明によれば、逆調整池式ダムからの溢流を抑制するように、上流側の発電装置の運転（起動、停止、出力調整）が制御されるため、逆調整池式ダムから水槽への水流が抑制され、余水管を介して放水される水量も低減される。この結果、発電用水をより有効に利用可能になるとともに、余水管の延命化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態に係る流れ込み式発電制御システムの適用例を示す概略構成図である。
【図２】図１の続きを示す図である。
【図３】水系統の一例を示す概要図である。
【図４】図１のシステムの作用などを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
【００１４】
図１、２は、この発明の実施の形態に係る流れ込み式発電制御システム１の適用例を示す概略構成図であり、第１の逆調整池式ダム１１１を境にして（重複図示して）２図に分けて図示している。ここでまず、このシステム１が適用される流れ込み式発電設備、水系統について説明する。
【００１５】
図３は、水系統の一例を示す概要図であり、図中上側が上流側で、図中下側が下流側であり、水路上に複数のダムＤ１〜Ｄ５が設けられ、各ダムＤ１〜Ｄ５に対応して発電所Ｇ１〜Ｇ５が設けられている。そして、この水系統では、第２のダムＤ２からの水が第１のダムＤ１に流れて第３のダムＤ３に至るとともに、第５のダムＤ５からの水が第４のダムＤ４に流れて第３のダムＤ３に至る。また、第２のダムＤ２と第１のダムＤ１との間には第２の河川Ｒ２が流れ、第１のダムＤ１と第３のダムＤ３との間には第１の河川Ｒ１が流れ、第３のダムＤ３からは第３の河川Ｒ３が流れているものとする。また、各ダムＤ１〜Ｄ５とも維持流量として、ダム直下（排砂ゲートなど）に放流し河川を通じて下流のダムに流れ込む仕組みとなっている。ここで、この実施の形態では、図中破線で示す水系について、主として説明する。
【００１６】
図１中符号１０１は、第１の発電所Ｇ１に設置された第１の発電装置であり、水車や発電機などから構成されている。この第１の発電装置１０１は、上流側の水槽１０２と鉄管１０３を介して接続され、水槽１０２内の水が、鉄管１０３および第１の入口弁１０４を介して第１の発電装置１０１に流入することで発電され、第１の放水路１０５に流出されるようになっている。また、水槽１０２は、余水管１０６を介して第１の放水路１０５と接続され、水槽１０２から溢れた水が余水管１０６を介して、第１の放水路１０５に放水されるようになっている。
【００１７】
この水槽１０２の上流側には第１の逆調整池式ダム１１１（Ｄ１）が設けられ、ダム１１１内の水が取水口ゲート１１２および第１の水路１２１を介して水槽１０２に流入するようになっている。さらに、第１の逆調整池式ダム１１１のえん堤１１３の上縁からは、第１の逆調整池式ダム１１１から溢れた水が第１の河川Ｒ１に流れるようになっている。また、取水口ゲート１１２は、第１のモータ１１４によって開閉自在となっている。
【００１８】
この第１の逆調整池式ダム１１１の上流側の第２の発電所Ｇ２には、第２の発電装置１３１が設置されている。この第２の発電装置１３１は、上流側の第２の逆調整池式ダム１４１（Ｄ２）と接続され、第２の逆調整池式ダム１４１からの水が第２の入口弁１３２を介して流入し、第２の放水路１３３から第１の逆調整池式ダム１１１側に流れるようになっている。
【００１９】
また、第２の逆調整池式ダム１４１は、第１の逆調整池式ダム１１１と同様に、そのえん堤１４２の上縁から溢れた水が第２の河川Ｒ２に流れるようになっており、取水口ゲート１４３は、第２のモータ１４４によって開閉自在となっている。
【００２０】
このような流れ込み式発電設備、水系統に、第１の発電装置１０１が故障した時に各設備・装置を制御する流れ込み式発電制御システム１が設けられている。このシステム１は、主として、発電機監視制御装置（発電監視手段）２、３と、水位計（水位監視手段）４１、４２と、中央監視制御装置（制御手段）５とを備えている。
【００２１】
第１の発電機監視制御装置２は、第１の発電装置１０１の状態を監視するともに、第１の発電装置１０１を制御する装置であり、中央監視制御装置５と通信可能に接続されている。具体的には、水車や発電機などの故障を検知すると、その検知結果を中央監視制御装置５に送信し、中央監視制御装置５からの指令に基づいて、第２の入口弁１３２を閉じて第２の発電装置１３１を停止させる。また、第２の発電機監視制御装置３は、第２の発電装置１３１を監視、制御する装置であり、第１の発電機監視制御装置２と同等の構成となっている。ここで、他の発電所にも同様の発電機監視制御装置が設置され、中央監視制御装置５で各発電装置を監視、制御できるようになっている。
【００２２】
第１の水位計４１は、水槽１０２の水位を測定・監視する計器であり、その測定結果がリアルタイムに中央監視制御装置５に送信されるようになっている。同様に、第２の水位計４２は、第１の逆調整池式ダム１１１の水位を測定・監視する計器であり、その測定結果がリアルタイムに中央監視制御装置５に送信されるようになっている。ここで、第２の逆調整池式ダム１４１を含む他のダム・水槽にも、同様の水位計が配設され、各ダムの水位がリアルタイムに中央監視制御装置５で監視できるようになっている。
【００２３】
また、第１の水路１２１や第２の放水路１３３などの水路には、流量計（図示せず）が配設され、各流量計による計量結果がリアルタイムに中央監視制御装置５に送信されるようになっている。
【００２４】
中央監視制御装置５は、大規模制御所に設定され、最下流の第３のダムＤ３からの発電用水を利用した発電所Ｇ５の放水口で決められた流量を維持するために、水系発電機の使用水量・ダムのゲート放流により調整・維持している。このため、発電機が事故等で運転できない場合は、発電使用水量と河川流量・到達時間を水系総合運用により、効率的かつ迅速的に制御・監視するものである。具体的には、各発電機監視制御装置２、３による監視結果や各水位計４１、４２による測定結果などに基づいて、各発電装置１０１、１３１や取水口ゲート１１２などを制御する装置である。ここで、第１のモータ１１４と第２のモータ１４４とは、中央監視制御装置５に通信可能に接続され、中央監視制御装置５で制御されることで、取水口ゲート１１２、１４３が開閉されるようになっており、第１の発電装置１０１が故障した場合について、主として説明する。
【００２５】
すなわち、第１の発電機監視制御装置２によって第１の発電装置１０１の故障が検知された場合に、第１の入口弁１０４を閉じるとともに、第１の逆調整池式ダム１１１の水位が所定値よりも低い場合には、第１の取水口ゲート１１２を閉じる。また、第１の逆調整池式ダム１１１からの溢流、つまり水槽１０２からの溢流を抑制するように、第１の逆調整池式ダム１１１よりも上流側の第２の発電装置１３１などの運転（起動、停止、出力調整）を制御する。さらに、第１の河川Ｒ１や第２の河川Ｒ２に所定流量（維持流量・責任放流量）の水が流れるように、第２の発電装置１３１などの運転を制御する。具体的な制御・処理内容については、次の作用などとともに説明する。
【００２６】
次に、このような構成の流れ込み式発電制御システム１の作用などについて、図４に基づいて説明する。ここで、図４中一重線のチャート記号（枠）は、中央監視制御装置５による制御・処理内容を示し、図４中二重線のチャート記号は、各設備の動きや人員による作業などを示す。
【００２７】
まず、各発電機監視制御装置２、３によって各発電装置１０１、１３１の状態が監視され、水位計４１、４２によって水槽１０２および第１の逆調整池式ダム１１１の水位が監視される。そして、第１の発電機監視制御装置２によって第１の発電装置１０１の故障が検知されると、その検知結果が中央監視制御装置５に送信され、第１の発電機監視制御装置２により、第１の入口弁１０４を閉じる旨の指令が送信される（ステップＳ１）。これにより、第１の入口弁１０４が全閉して、第１の発電装置１０１が停止されるとともに、水槽１０２の水位が所定値以上になると、水槽１０２から溢れた水が余水管１０６を介して第１の放水路１０５に放水される（ステップＳ２）。
【００２８】
次に、第１の逆調整池式ダム１１１に余力があるか否かが判断される（ステップＳ３）。すなわち、第２の水位計４２による第１の逆調整池式ダム１１１の水位が所定値よりも低く、貯水する容積が残されているか否かが判断され、余力がある場合には、第１の取水口ゲート１１２を全閉するように、第１のモータ１１４が中央監視制御装置５によって遠隔制御される（ステップＳ４）。これにより、第１の取水口ゲート１１２を介しての第１の逆調整池式ダム１１１から水槽１０２への水流が遮断され、第２の発電所Ｇ２側（上流側）からの水が第１の逆調整池式ダム１１１に貯えられる。
【００２９】
続いて、第１の逆調整池式ダム１１１のえん堤１１３からの溢水がない状態（ステップＳ５で「無」の場合）では、第２の発電機監視制御装置３を介して中央監視制御装置５によって、第２の発電装置１３１の出力が低減制御される（ステップＳ６）。すなわち、第１の逆調整池式ダム１１１からの溢流が防止、低減され、かつ、第１の河川Ｒ１や第２の河川Ｒ２に所定流量（維持流量・責任放流量）の水が流れるように、第２の発電装置１３１の出力が低減制御される。
【００３０】
一方、第１の逆調整池式ダム１１１のえん堤１１３からの溢水がある状態（ステップＳ５で「有」の場合）では、まず、第２の発電機監視制御装置３を介して中央監視制御装置５によって、第２の発電装置１３１を含む上流側の発電装置が運転制御される（ステップＳ８）。例えば、第２の発電装置１３１の第２の入口弁１３２が閉弁され、第２の発電装置１３１の運転が停止される。次に、巡回警告（ステップＳ９）が行われた後に、えん堤１１３からの溢水が開始し（ステップＳ１０）、第２の発電装置１３１を含む上流側の発電装置が運転制御される（ステップＳ１１）。このとき、各流量計による計量結果に基づいて、第１の河川Ｒ１や第２の河川Ｒ２に所定流量（維持流量・責任放流量）の水が流れ、かつ、第１の逆調整池式ダム１１１（水槽１０２）からの溢流をできるだけ抑制・低減できるように、上流側の発電装置の出力が低減制御されたり、停止、再起動されたりする。
【００３１】
そして、ステップＳ６およびステップＳ１１の後に、故障した第１の発電装置１０１に対する復旧措置が行われ（ステップＳ７）、必要に応じて上流側の発電装置などが運転制御される。すなわち、各水路において維持流量が確保され、かつ、水槽１０２からの溢水をできるだけ抑制・低減できるように、第２の発電装置１３１（第２の入口弁１３２）などの発電装置が運転制御されるとともに、必要に応じて取水口ゲート１１２、１４３などの取水口ゲートが開閉制御される。
【００３２】
ここで、ステップＳ６、Ｓ８、Ｓ１１においても、必要に応じて（維持流量を確保し、かつ、水槽１０２からの溢水を抑制するために）取水口ゲート１１２、１４３などの取水口ゲートが開閉制御される。また、維持流量を確保し、かつ、水槽１０２からの溢水を抑制するために、水系や各逆調整池式ダムの容量、水位、あるいは各水路の流量などによっては、最も近い上流側の第２の発電装置１３１を停止し、他の水路・ルートからの水流により発電所Ｇ５の放水路での所定流量（維持流量・責任放流量）を確保したりする。すなわち、水系全体における各水路の流量、各逆調整池式ダムの水位、各発電装置の運転状態に基づいて、維持流量が確保され、かつ、水槽１０２からの溢水（無効越流）が抑制されるように、各発電装置や取水口ゲートなどを制御するものである。
【００３３】
以上のように、この流れ込み式発電制御システム１によれば、第１の発電装置１０１が故障すると、第１の逆調整池式ダム１１１に余力がある場合には、第１の逆調整池式ダム１１１から水槽１０２への水流が遮断される。このため、水槽１０２から余水管１０６を介して放水される水量が削減され、発電用水を有効に利用することが可能となる。つまり、第２の発電所Ｇ２側からの水が第１の逆調整池式ダム１１１に貯えられるため、第１の発電装置１０１が再起動した際に、第１の逆調整池式ダム１１１の水を有効に利用することが可能となる。また、余水管１０６を流れる水が削減されるため、余水管１０６の劣化を抑制して延命化・高寿命化させることが可能となる。
【００３４】
一方、第１の河川Ｒ１や第２の河川Ｒ２で所定流量（維持流量・責任放流量）が確保され、かつ、水槽１０２からの溢流が抑制されるように、上流側の第２の発電装置１３１や取水口ゲート１１２、１４３などが制御される。この結果、維持流量を確保した上で、発電用水をより有効に利用可能になるとともに、余水管１０６のより延命化が可能となる。
【００３５】
しかも、各発電装置１０１、１３１の状態や各逆調整池式ダム１１１、１４１の水位、各水路の流量などを自動的にリアルタイムに監視し、その監視結果に基づいて上記のような自動制御が行われる。このため、当直員などの労力が軽減されるとともに、人の判断によらない適正かつ迅速な制御が可能となる。また、発電機監視制御装置２、３や水位計４１、４２などが既に設置されている発電設備においては、中央監視制御装置５に上記のような制御内容・プログラムを追加するだけで、本システム１を構築することができる。
【００３６】
ところで、通常、最上流には圧力式ダム（ハイダム）の場合が殆どであり、大容量の貯水能力のダムと圧力隧道ならびに鉄管により構成され発電用水を発電機に導いている。この場合の取水口ゲートは常時全開とした運用であり、発電機故障時の調整・制御は入口弁により行われるため、直接的には無効放流には繋がらない。
【００３７】
一方、この実施の形態における流れ込み式ダムおよび逆調整式ダムは，圧力式ダムから下流に設置してあり、小容量の貯水能力しかなく数時間で溢流してしまい無効放流となる。
【００３８】
水系によっては、図３のように左右２系統からなる場合、維持流量を監視しているのは最下流の発電所Ｇ５の放水路であるため、途中域の発電機故障対応時に本流れ込み式発電制御システム１で制御することで、水系を一時的に切替えるなどして、迅速かつ効率的な運用ができるものとなる。
【００３９】
なお、河川を通じて維持流量を確保する場合は、一般河川を介して下流域のダムに到着するまでの時間を考慮する必要があることから、水系を変更し短時間での発電機の増発による維持流量の確保が有効である。
【００４０】
以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、第１の水路１２１には第１の逆調整池式ダム１１１からの水のみが流れる水系となっているが、複数の逆調整池式ダムからの水が流れる水系においても、同様に適用することができ、その場合も、各逆調整池式ダムの水位や各水路の流量などに基づいて制御する。
【符号の説明】
【００４１】
１          流れ込み式発電制御システム
２、３      発電機監視制御装置（発電監視手段）
４１、４２  水位計（水位監視手段）
５          中央監視制御装置（制御手段）
１０１      第１の発電装置（発電装置）
１０２      水槽
１０３      鉄管
１０４      第１の入口弁（入口弁）
１０５      第１の放水路（放水路）
１０６      余水管
１１１      第１の逆調整池式ダム（逆調整池式ダム）
１１２      第１の取水口ゲート（取水口ゲート）
１３１      第２の発電装置（上流側の発電装置）
１４１      第２の逆調整池式ダム
【図１】
2013151891.tif 000003
【図２】
2013151891.tif 000004
【図３】
2013151891.tif 000005
【図４】
2013151891.tif 000006