JP6380722B1 - Hydroelectric power generation control system and control method - Google Patents
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Abstract
水力発電制御システムは、水力発電機の負荷遮断が行われる場合、ガイドベーンの開度を負荷遮断前の開度よりも小さくする第1工程と、第1工程よりも所定時間あたりのガイドベーンの開度の変化量を小さくしてガイドベーンの開度を第1工程の完了時よりも小さくする第2工程と、を実施してガイドベーンの開度を小さくし、第1工程で、水車の回転速度が負荷遮断開始後の最大回転速度以下であり、かつ、水圧変化条件が満たされた場合、第2工程に移行し、水圧変化条件は、1秒以下の時間内に、管及びケーシングの少なくとも一方の内側の水圧の変化率が所定の閾値以上になることである。 The hydraulic power generation control system includes a first step of reducing the opening degree of the guide vane below the opening degree before the load interruption when the load interruption of the hydroelectric generator is performed, and the guide vane per predetermined time than the first step. The second step of reducing the amount of change in the opening to make the opening of the guide vane smaller than that at the completion of the first step is performed to reduce the opening of the guide vane. When the rotational speed is equal to or lower than the maximum rotational speed after the start of load shedding and the water pressure change condition is satisfied, the process proceeds to the second step, and the water pressure change condition is determined within 1 second or less. That is, the rate of change of the water pressure inside at least one is equal to or greater than a predetermined threshold.
Description
本発明は、水力発電制御システム及び制御方法に関する。 The present invention relates to a hydroelectric power generation control system and a control method.
水力発電において、稼働していた発電機を電力系統から遮断する所謂負荷遮断を行うことが知られている(例えば、特許文献1)。 In hydroelectric power generation, it is known to perform so-called load shut-off that shuts off a generator that has been operating from a power system (for example, Patent Document 1).
負荷遮断では、負荷遮断後の水車の回転速度及び水車に供給される水の管路における水圧を制御するため、ガイドベーンの開度制御が行われる。従来の負荷遮断では、事前の実験棟による計測、シミュレーション等に基づいて負荷遮断開始後のガイドベーンの開度制御パターンが予め定められていた。しかしながら、従来のように予め定められたガイドベーンの開度制御パターンでは、負荷遮断後に、水車に供給される水の管路において意図しない水圧の急変等が生じた場合に当該急変を抑制するためのガイドベーンの開度制御を行うことが困難であった。 In load shedding, guide vane opening control is performed in order to control the rotational speed of the water wheel after load shedding and the water pressure in the pipe of water supplied to the water wheel. In the conventional load interruption, the opening control pattern of the guide vane after the start of the load interruption is determined in advance based on measurement, simulation, and the like by a prior experimental building. However, in the conventional guide vane opening degree control pattern as in the prior art, in order to suppress the sudden change when an unintended sudden change in water pressure or the like occurs in the water pipe supplied to the turbine after the load is interrupted. It was difficult to control the opening degree of the guide vane.
本発明では、水車に供給される水の管路における水圧の急変に対応することができる水力発電制御システム及び制御方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a hydroelectric power generation control system and a control method that can cope with a sudden change in water pressure in a pipe of water supplied to a water turbine.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の水力発電制御システムは、発電機と連結された水車と、前記水車が収められて内部に水が流されるケーシングと、前記ケーシング内に供給する水を流す管と、前記ケーシング内に設けられて前記管と前記水車との間で水路を開閉するガイドベーンと、前記水車の回転速度を検知する第1検知部と、前記管及び前記ケーシングの少なくとも一方の内側の水圧を検知する第2検知部と、前記ガイドベーンの開度を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、発電機の負荷遮断が行われる場合、前記ガイドベーンの開度を負荷遮断前の開度よりも小さくする第1工程と、前記第1工程よりも所定時間あたりの前記ガイドベーンの開度の変化量を小さくして前記ガイドベーンの開度を前記第1工程の完了時よりも小さくする第2工程と、を実施して前記ガイドベーンの開度を小さくし、前記第1工程で、前記水車の回転速度が負荷遮断開始後の最大回転速度以下であり、かつ、水圧変化条件が満たされた場合、前記第2工程に移行し、前記第2検知部は、1秒以下の周期で水圧の検知を繰り返し、前記水圧変化条件は、1秒以下の時間内に、前記管及び前記ケーシングの少なくとも一方の内側の水圧の上昇の変化率が所定の閾値以上になることである。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a hydroelectric power generation control system according to the present invention includes a water turbine connected to a generator, a casing in which the water turbine is housed and water is allowed to flow, and the inside of the casing. A pipe for flowing water to be supplied to the casing, a guide vane that is provided in the casing and opens and closes a water channel between the pipe and the turbine, a first detection unit that detects a rotation speed of the turbine, the pipe and A second detection unit that detects a water pressure inside at least one of the casings, and a control device that controls an opening degree of the guide vane. A first step in which the opening degree of the guide vane is made smaller than the opening degree before the load is shut off; and the opening degree of the guide vane by making the amount of change in the opening degree of the guide vane per predetermined time smaller than in the first step. The above A second step of reducing the opening of the guide vane by performing a second step that is smaller than that at the completion of one step, and in the first step, the rotational speed of the water turbine is less than or equal to the maximum rotational speed after the start of load shedding And when the water pressure change condition is satisfied, the process proceeds to the second step, and the second detector repeats the detection of the water pressure at a cycle of 1 second or less, and the water pressure change condition is 1 second or less. Within a period of time, the rate of change of the increase in water pressure inside at least one of the pipe and the casing is equal to or greater than a predetermined threshold value.
本発明の望ましい態様として、前記制御装置と、前記第1検知部及び前記第2検知部のうち少なくとも一方との間の信号伝送経路は、無線による信号伝送経路を含む。 As a desirable aspect of the present invention, a signal transmission path between the control device and at least one of the first detection unit and the second detection unit includes a wireless signal transmission path.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の制御方法は、水力で発電する発電機の負荷遮断が行われる場合、前記発電機と連結された水車の回転速度と、前記水車が収められているケーシング内に供給される水を流す管及び前記ケーシングの少なくとも一方の内側の水圧と、に基づいて、前記ケーシング内に設けられて前記管と前記水車との間で水路を開閉するガイドベーンの開度を制御する制御方法であって、前記ガイドベーンの開度を負荷遮断前の開度よりも小さくする第1工程と、前記第1工程よりも所定時間あたりの前記ガイドベーンの開度の変化量を小さくして前記ガイドベーンの開度を前記第1工程の完了時よりも小さくする第2工程と、を含み、前記第1工程で、前記水車の回転速度が負荷遮断開始後の最大回転速度以下であり、かつ、水圧変化条件が満たされた場合、前記第2工程に移行し、前記水圧変化条件は、1秒以下の時間内に、前記管及び前記ケーシングの少なくとも一方の内側の水圧の上昇の変化率が所定の閾値以上になることである。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the control method of the present invention provides a rotational speed of a turbine connected to the generator and a turbine when the load is interrupted by a generator that generates electricity by hydropower. Based on a pipe for flowing water supplied into the casing in which the water is stored and a water pressure inside at least one of the casing, the water path is opened and closed between the pipe and the water turbine. A control method for controlling the opening degree of the guide vane, the first step of making the opening degree of the guide vane smaller than the opening degree before the load is interrupted, and the guide vane per predetermined time than the first step And a second step of reducing the amount of change in the opening of the guide vane so that the opening of the guide vane is smaller than that at the completion of the first step. Maximum rotation after start When the water pressure change condition is satisfied, the process proceeds to the second step, and the water pressure change condition is a water pressure inside at least one of the pipe and the casing within a time of 1 second or less. That is, the rate of change in the increase of the value becomes equal to or greater than a predetermined threshold.
本発明の望ましい態様として、前記ガイドベーンの開度を制御する制御装置と、前記水車の回転速度を検知する第1検知部及び前記管及び前記ケーシングの少なくとも一方の内側の水圧を検知する第2検知部のうち少なくとも一方との間の信号伝送経路は、無線による信号伝送経路を含む。 As a desirable mode of the present invention, a control device that controls the opening degree of the guide vane, a first detection unit that detects the rotational speed of the water turbine, and a second that detects water pressure inside at least one of the pipe and the casing. The signal transmission path between at least one of the detection units includes a wireless signal transmission path.
本発明によれば、水車に供給される水の管路における水圧の急変に対応することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can respond to the sudden change of the water pressure in the pipe line of the water supplied to a water turbine.
次に、実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図1は、実施形態が適用される水力発電施設1の主要構成例を示す図である。水力発電施設1は、水車10、ケーシング20、管30、ガイドベーン60、第1検知部40、第2検知部50、制御装置70等を備える。
Next, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a main configuration example of a hydroelectric power generation facility 1 to which the embodiment is applied. The hydroelectric power generation facility 1 includes a
水車10は、例えばフランシス水車、カプラン水車等、水力発電で採用されうる形態の水車である。水車10は、発電機11と連結されている。水車10が回転することで、発電機11による発電が行われる。発電機11は、電力系統12と接続されることで、発電により生じた電力を供給する対象(負荷)と電気的に接続されている。発電機11と電力系統12との電気的接続は、遮断可能に設けられている。具体的には、例えば発電機11と電力系統12とは、同期遮断器13を介して電気的に接続されている。同期遮断器13は、発電機11と電力系統12との間の電気的な接続と非接続とを切替可能に設けられている。
The
ケーシング20は、その内側に水車10及びガイドベーン60を収めている。ケーシング20は、内側に水Wを流すことができるよう設けられている。ケーシング20は、水車10を回転させるための水Wの流れを水車10に導くよう形成されている。以下、ケーシング20内の水Wの位置を基準として、ケーシング20内に供給される水Wが流れている位置を上流側の位置と記載することがある。
The
管30は、ケーシング20内に供給する水Wを流す。具体的には、管30は、ケーシング20に対して上流側に設けられ、ケーシング20と連続する水路を形成する。水Wは、例えば河川等の水源から貯留部31に貯留される。貯留部31に貯留された水Wは、管30を経由してケーシング20内に供給され、水車10を回転させる。
The
ケーシング20、管30及びドラフト21等、水Wが流れる流路を形成する構成は、水圧に耐えるための剛性が得られる材料(例えば、鋼鉄等)を用いてつくられている。ドラフト21は、ガイドベーン60を通過してハウジングから水車10に供給された水Wが放流される流路を形成する管である。
The structure which forms the flow path through which the water W flows, such as the
図2、図3は、ガイドベーン60の模式図である。ガイドベーン60は、管30と水車10との間で水路を開閉する。具体的には、例えば図2、図3に示すように、ガイドベーン60は、水車10を取り巻くよう配置された複数の羽根状部材61を有する。複数の羽根状部材61の各々は、回動可能に設けられる。ガイドベーン60は、複数の羽根状部材61の回動によって隣接する羽根状部材61同士の間の隙間の開閉及び開き具合を調節可能に設けられている。図2に示すようにガイドベーン60が開いている場合、羽根状部材61同士の間の隙間に、水車10に供給される水Wが流れる。図2では、水車10に供給される水Wを矢印で模式的に図示している。また、図3に示すようにガイドベーン60が閉じている場合、羽根状部材61同士の間は閉じられて隙間がなく、水Wが流れない。
2 and 3 are schematic views of the
第1検知部40は、水車10の回転速度を検知する。具体的には、第1検知部40は、例えばSSG(Signal Speed Generator)である。SSGは、例えば、水車10の回転と連動して回転する歯車、当該歯車の近傍に設けられるピックアップセンサ等を有する。SSGは、回転する歯車の歯とピックアップセンサとの距離の変化に応じてピックアップセンサから出力される電気的パルスの周波数に基づいて水車10の回転速度を検知する。第1検知部40は、SSGに限られるものでない。例えば、発電機11に設けられたタコジェネレータ(TG:Tacho Generator)によって水車10の回転速度を検知するようにしてもよいし、永久磁石発電機(PMG:Permanent Magnet Generator)を利用してもよいし、他の方式によってもよい。
The
第2検知部50は、管30及びケーシング20の少なくとも一方の内側の水圧を検知する。第2検知部50は、例えばブルドン式圧力計、ダイアフラム式圧力計等の圧力計を有していてもよいし、超音波流速分布計測法等の方法によって管30、ケーシング20等の内部における水Wの流速を測定するための超音波振動子等を有していてもよい。内部における水Wの流速の分布を測定することができれば、その流速で流れている水Wからもたらされる水圧を測定することができる。
The
本実施形態では、例えば図1に示すように、第2検知部50が管30に設けられているが、これは一例であってこれに限られるものでない。第2検知部50は、ケーシング20に設けられていてもよい。また、第2検知部50は、管30及びケーシング20の両方に設けられていてもよい。また、第2検知部50と同様に水圧を検知する検知部を、ドラフト21に設けてもよい。
In the present embodiment, for example, as illustrated in FIG. 1, the
本実施形態では、制御装置70と、第1検知部40及び第2検知部50のうち少なくとも一方との間の信号伝送経路は、無線による信号伝送経路を含む。具体的には、本実施形態の第1検知部40は、第1無線通信部40aと接続されている。第1無線通信部40aは、第1検知部40が検知した水車10の回転速度を示す情報を含むデータを制御装置70に送信する。また、本実施形態の第2検知部50は、第2無線通信部50aと接続されている。第2無線通信部50aは、第2検知部50が検知した水圧を示す情報を含むデータを制御装置70に送信する。より具体的には、第1無線通信部40a及び第2無線通信部50aは、例えばLTE(Long Term Evolution)等の移動通信システムによる無線通信を行うためのモジュールを有しており、当該モジュールを動作させることで無線通信を行う。
In the present embodiment, the signal transmission path between the
図4は、制御装置70の主要構成を示す図である。制御装置70は、ガイドベーン60の開度を制御する。具体的には、制御装置70は、例えば、サーボモータ71、サーボモータ制御部72、情報処理装置80等を備える。
FIG. 4 is a diagram illustrating a main configuration of the
サーボモータ71は、動作によりガイドベーン60が有する複数の羽根状部材61を回動させる。すなわち、サーボモータ71の出力軸の回動角度の変化に応じて、複数の羽根状部材61の回動角度が変化する。サーボモータ制御部72は、情報処理装置80の制御下でサーボモータ71の動作を制御する。すなわち、サーボモータ制御部72は、サーボモータ71の出力軸の回動角度を制御する。
The servo motor 71 rotates a plurality of blade-
情報処理装置80は、例えば、演算部81、記憶部82、通信部83等を有するコンピュータである。演算部81は、CPU(Central Processing Unit)等の演算装置を有する。演算部81は、記憶部82からソフトウェア・プログラムを読み出して実行することで、当該ソフトウェア・プログラムに応じた処理を行う。演算部81は、当該処理に際して、記憶部82に記憶されているデータ、通信部83を介して伝送されたデータ等を取得して参照することがある。
The information processing device 80 is, for example, a computer having a calculation unit 81, a
記憶部82は、例えば、RAM(Random access memory)等の一次記憶装置と、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ等の二次記憶装置とを有する。演算部81が行う処理に際して一時的に生じるパラメータ等は、一次記憶装置によって保持される。ソフトウェア・プログラムは、二次記憶装置に記憶されて保持されている。ソフトウェア・プログラムは、ROM(Read Only memory)のように、書き換え不能な記憶装置又は媒体に記録されていてもよい。
The
通信部83は、例えば所定規格での通信を行うネットワークインタフェースコントローラ(NIC:Network Interface Controller)を有している。所定規格として、例えばTCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)プロトコル・スイートを含む所謂インターネット・プロトコル・スイートが挙げられるが、これはあくまで制御装置70が利用する通信回線Nに合わせて採用される規格の一例であってこれに限られるものでない。所定規格の具体的内容は、適宜変更可能である。通信部83と、第1無線通信部40a及び第2無線通信部50aとは、例えば公共の通信回線Nを介して通信可能に接続される。
The communication unit 83 includes, for example, a network interface controller (NIC) that performs communication according to a predetermined standard. As the predetermined standard, for example, a so-called Internet protocol suite including a TCP / IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) protocol suite can be cited, which is adopted according to the communication line N used by the
本実施形態の記憶部82は、例えば水力発電制御プログラム82aを記憶している。水力発電制御プログラム82aは、同期遮断器13による発電機11と電力系統12との電気的な接続の有無の切替、ガイドベーン60の開度の制御に基づいた水車10の回転制御等、水力発電施設1を制御するための各種の処理に関するソフトウェア・プログラムである。水力発電制御プログラム82aは、負荷遮断制御プログラム82bを含む。負荷遮断制御プログラム82bは、発電機11と電力系統12との電気的な接続を遮断する負荷遮断が実施された場合におけるガイドベーン60の開度制御を行うためのソフトウェア・プログラムである。
The
情報処理装置80は、演算部81が水力発電制御プログラム82aを読み出して実行することで、水力発電施設1を制御するための各種の処理を行う。また、情報処理装置80は、負荷遮断に対応するために負荷遮断制御プログラム82bを読み出して実行し、ガイドベーン60の開度制御を行う。具体的には、負荷遮断が実施された場合、情報処理装置80は、第一閉鎖、第二閉鎖及び緩衝閉鎖を順次実施してガイドベーン60の開度を小さくする。第一閉鎖は、ガイドベーン60の開度を負荷遮断前の開度よりも小さくする工程である。第二閉鎖は、第一閉鎖よりも所定時間あたりのガイドベーン60の開度の変化量を小さくしてガイドベーン60の開度を第一閉鎖の完了時よりも小さくする工程である。緩衝閉鎖は、第二閉鎖よりも所定時間あたりのガイドベーン60の開度の変化量を小さくしてガイドベーン60の開度を第二閉鎖の完了時よりも小さくする工程である。なお、所定時間とは、各工程(例えば、第一閉鎖、第二閉鎖、緩衝閉鎖)の同一時間内におけるガイドベーン60の開度の変化量を比較するための時間である。所定時間は、例えば1[秒]であってもよいし、1[秒]を超える時間であってもよいし、0[秒]を超える時間であって1[秒]未満である時間であってもよい。
The information processing apparatus 80 performs various processes for controlling the hydroelectric power generation facility 1 by the calculation unit 81 reading and executing the hydroelectric power
図5は、負荷遮断が実施された後におけるサーボモータ71のストロークの変化例を示すグラフである。図5では、負荷遮断の実施タイミングT0の後に実施される第一閉鎖の実施時間(第一閉鎖時間T1)、第二閉鎖の実施時間(第二閉鎖時間T2)、緩衝閉鎖の実施時間(緩衝閉鎖時間T3)を例示している。情報処理装置80は、負荷遮断後、ガイドベーン60の開度を小さくするために第一閉鎖、第二閉鎖、緩衝閉鎖を実施し、各工程に応じてサーボモータ71の動作を制御する。負荷遮断が実施された後、サーボモータ71は、負荷遮断前のガイドベーン60の開度に対応するストロークBから負荷遮断完了後のガイドベーン60の開度に対応するストロークAに移行するよう制御される。サーボモータ71のストロークがストロークAである場合のガイドベーン60の開度は、サーボモータ71のストロークがストロークBである場合のガイドベーン60の開度よりも小さい。
FIG. 5 is a graph showing an example of a change in the stroke of the servo motor 71 after the load is cut off. In FIG. 5, the first closing time (first closing time T1), the second closing time (second closing time T2), and the buffer closing time (buffer) performed after the load cutoff timing T0. The closing time T3) is illustrated. The information processing device 80 performs first closing, second closing, and buffer closing in order to reduce the opening degree of the
図6は、負荷遮断が実施された場合におけるサーボモータ71のストロークと、発電機11の電圧と、第2検知部50が検知する水圧と、水車10の回転速度との関係の一例を示すグラフである。図6で例示するように、負荷遮断が実施された後、水車10の回転速度はいったん速くなる。これは、負荷遮断前に発電機11から水車10に働いていた負荷(回転を抑制するよう働く力)が、発電機11と負荷との電気的な接続が無くなることに伴って働かなくなることによる。また、サーボモータ71のストロークがストロークBからストロークAに向かうよう制御されることでガイドベーン60の開度が小さくなると、第2検知部50が検知する水圧がいったん高まる。これは、ガイドベーン60の開度が小さくなることでガイドベーン60を通過することができる水Wの流量が減少することによる。これに伴い、負荷遮断前に比して管30及びケーシング20内に水Wを留め置く力がより強く働くようになり、管30及びケーシング20内の水圧が高まる。
FIG. 6 is a graph showing an example of the relationship among the stroke of the servo motor 71, the voltage of the
第一閉鎖のガイドベーン60の所定時間あたりの開度の変化量を決める等価閉鎖時間Teは、機械的な強度等、水力発電施設1の設計に基づく。例えば、等価閉鎖時間Teが長すぎると、負荷遮断後の水車10の回転速度が上昇しすぎてしまうことがある。等価閉鎖時間Teが短すぎると、負荷遮断後の管30及びケーシング20内の水圧が高くなりすぎてしまうことがある。従って、等価閉鎖時間Teは、水車10の回転速度と管30及びケーシング20内の水圧とのバランスに基づいて決定される。当該バランスが取れる範囲内で等価閉鎖時間Teをより短くすることで、負荷遮断後のガイドベーン60の閉鎖速度をより速めることができ、負荷遮断後に発電に用いられず放出される水量を低減することができる。また、第二閉鎖時間T2を設定することで、等価閉鎖時間Te(第一閉鎖時間T1)中よりも所定時間あたりのガイドベーン60の開度の変化量を小さくすることで、所定時間あたりの管30及びケーシング20内の水圧の変動を和らげることができる。
The equivalent closing time Te that determines the amount of change of the opening degree of the first
負荷遮断後の水車10の回転速度は、第二閉鎖時間T2中に最高速Nに達し、通常、その後に遅くなる。また、第2検知部50が検知する水圧は、水車10の回転速度が最高速Nに達した後に最高圧Pに達し、通常、その後に低下する。
The rotational speed of the
なお、負荷遮断後の水車10の回転速度は、最終的には負荷遮断前の回転速度(定格値)とほぼ同じ回転速度に収束する。また、負荷遮断後のガイドベーン60の開度は、完全に閉鎖されるのではなく、負荷遮断後の水車10の回転速度を維持可能な水流が得られる程度の開度で維持される。
Note that the rotational speed of the
水車10の回転速度の最高速N及び水圧の最高圧Pは、機械的な強度等、水力発電施設1の設計に基づく。第二閉鎖時間T2は、負荷遮断後に上昇する水車10の回転速度が飽和して最高の回転速度になり、その後、設計上想定された回転速度の保証値に基づいた値の範囲内で当該最高の回転速度よりも低い値で水車10の回転速度が推移する時間となるよう想定されている。最高速Nは、当該最高の回転速度以下の回転速度である。また、第二閉鎖時間T2は、負荷遮断後に高まる水圧が飽和して設計上想定された最高の水圧になり、その後、設計上想定された水圧の保証値に基づいた値の範囲内で当該最高の水圧よりも低い値で水圧が推移する時間となるよう想定されている。最高圧Pは、当該最高の水圧以下の水圧である。
The maximum speed N of the rotation speed of the
図6に示すように、第二閉鎖時間T2に第2検知部50が検知する水圧は、最高圧Pに達した後に低下と低下後の再上昇とを含む変動を生じる。また、水車10の回転速度についても、最高速Nから単純に低下するのみではなく、再上昇を伴うことがある。緩衝閉鎖時間T3は、このような水圧の変動及び水車10の回転速度の再上昇を設計上想定された水圧の保証値及び回転速度に基づいた値の範囲内でより確実に収束させるよう設定される。言い換えれば、第二閉鎖から緩衝閉鎖への遷移は、第二閉鎖の開始後、最高圧Pを経た後の水圧の変動及び最高速Nを経た水車10の回転速度の再上昇をより確実に収束させられるタイミングでの実施が望ましい。以下、水圧の保証値に基づいた値の範囲を範囲PAと記載することがある。
As shown in FIG. 6, the water pressure detected by the
従来、第一閉鎖、第二閉鎖、緩衝閉鎖を経る負荷遮断後の各工程の遷移タイミングは、負荷遮断が実施されたタイミングを起点として予め定められたタイミングであった。しかしながら、従来の仕組みでは、第二閉鎖から緩衝閉鎖への遷移タイミングTAを望ましいタイミングとすることができないことがあった。 Conventionally, the transition timing of each process after the load shut-off through the first closing, the second closing, and the buffer closing has been a predetermined timing starting from the timing at which the load shut-off is performed. However, in the conventional mechanism, the transition timing TA from the second closing to the buffer closing may not be a desirable timing.
図7は、設計上想定された保証値を逸脱した水圧の上昇が生じた場合の一例を示すグラフである。図7の変動パターンPRで例示するように、第二閉鎖時間T2中に、水圧の変動計画値PIが有する水圧の変動の高低差よりも大きい高低差で水圧が変動することがある。水圧の変動計画値とは、範囲PA内で想定された水圧の推移を示す値である。 FIG. 7 is a graph showing an example of a case where the water pressure rises that deviates from the guaranteed value designed in the design. As exemplified by the fluctuation pattern PR in FIG. 7, during the second closing time T2, the water pressure may fluctuate with a height difference that is greater than the water pressure fluctuation height difference that the water pressure fluctuation planned value PI has. The water pressure fluctuation plan value is a value indicating the transition of the water pressure assumed within the range PA.
変動パターンPRが生じる場合の事象の一例として、第二閉鎖時間T2中に生じることがある「水流の分断」がある。例えば、水圧が最高圧Pに達した後に低下する過程で、ガイドベーン60を通過して水車10に供給される水Wの量が減少する。このため、回転速度を低下させながらも回転し続ける水車10が水Wを流しきってしまって水Wが無い状態(水Wを吐かなくなる状態)になり、水流に連続性がなくなることで「水流の分断」が生じることがある。「水流の分断」を含む水Wの流れは、連続性がある水Wの流れに比して水圧の変動幅が大きくなる。また、水圧が最高圧Pに達した後に低下することによる圧力差で水車10からドラフト21に流れた水Wが逆流する現象(逆サージ)によって水圧の変動幅が大きくなることもある。
As an example of the event when the fluctuation pattern PR occurs, there is “water flow breakup” that may occur during the second closing time T2. For example, in the process in which the water pressure decreases after reaching the maximum pressure P, the amount of water W that passes through the
図8は、所定単位時間における水圧の上昇の変化率P/Δtが閾値Th以上になる場合の例を示すグラフである。以下、単に変化率P/Δtと記載した場合、所定単位時間における管30及びケーシング20の少なくとも一方の内側の変化率P/Δtをさす。図8に示す例では、第二閉鎖中の経過時間tにおけるタイミングtp以後、変化率P/Δtが閾値Th以上になっている例を示している。このような変化率P/Δtが閾値Th以上になる現象が生じる場合、変動パターンPRのような範囲PAを逸脱する水圧の変動が起こり得る。
FIG. 8 is a graph showing an example when the rate of change P / Δt of the increase in water pressure in a predetermined unit time is equal to or greater than the threshold Th. Hereinafter, when the rate of change P / Δt is simply described, it indicates the rate of change P / Δt inside at least one of the
第二閉鎖時間T2中、すなわち、第二閉鎖中に変化率P/Δtが閾値Th以上になった場合、迅速に緩衝閉鎖を開始することで水圧の変動の高低差をより小さく収めることができる。しかしながら、従来のように予め定められたタイミングで第二閉鎖から緩衝閉鎖への遷移タイミングTAを決定する仕組みでは、このような変動パターンPRが生じた場合の水圧の変動に対応することができなかった。 When the rate of change P / Δt becomes equal to or greater than the threshold value Th during the second closing time T2, that is, during the second closing, the difference in water pressure fluctuation can be reduced by quickly starting the buffer closing. . However, the mechanism for determining the transition timing TA from the second closing to the buffer closing at a predetermined timing as in the prior art cannot cope with the fluctuation of the water pressure when such a fluctuation pattern PR occurs. It was.
そこで、本実施形態では、第2検知部50が検知する水圧に基づいて情報処理装置80が変動パターンPRの発生を検知し、第二閉鎖から緩衝閉鎖への遷移タイミングTAを制御する。具体的には、第1条件が満たされ、かつ、第2条件が満たされた場合、緩衝閉鎖に移行する。第1条件は、第二閉鎖で、水車10の回転速度が負荷遮断開始後の最高速N以下であることである。第2条件は、第二閉鎖で、変化率P/Δtが所定の閾値(例えば、閾値Th)以上になることである。すなわち、本実施形態では、第二閉鎖が「第1工程」に相当し、緩衝閉鎖が「第2工程」に相当する。
Therefore, in the present embodiment, the information processing device 80 detects the occurrence of the variation pattern PR based on the water pressure detected by the
すなわち、本実施形態では、第二閉鎖で水車10の回転速度が負荷遮断開始後の最高速N以下であるという第1条件が満たされているならば、水圧の変動及び水車10の回転速度の再上昇を設計上想定された水圧の保証値及び回転速度に基づいた値の範囲内で収束させる時間帯になっているものと扱う。また、第1条件が満たされているにも関わらず、変化率P/Δtが所定の閾値(例えば、閾値Th)以上になるということは、設計上想定された水圧の保証値を逸脱する可能性のある水圧の急変が生じているものとして扱う。第1条件及び第2条件が満たされた場合、第二閉鎖から緩衝閉鎖に移行することで、水圧の変動の高低差をより小さく収めることができる。
That is, in this embodiment, if the first condition that the rotational speed of the
所定単位時間は、例えば0.5[秒]である。すなわち、本実施形態の第1検知部40及び第2検知部50は、1秒以下の所定単位時間周期で検知を繰り返す。所定単位時間は、0.5秒に限られるものでなく、適宜変更可能である。
The predetermined unit time is, for example, 0.5 [seconds]. That is, the
図9は、第二閉鎖から緩衝閉鎖への移行に関する条件判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。第二閉鎖が開始されると(ステップS1)、演算部81は、第1条件判定処理(ステップS2)及び第2条件判定処理(ステップS3)を行う。図9では、ステップS2の処理の後にステップS3の処理が記載されているが、ステップS2の処理とステップS3の処理は並行で行われる。第1条件が成立しており(ステップS4;Yes)、かつ、第2条件が成立している場合(ステップS5;Yes)、演算部81は、負荷遮断におけるガイドベーン60の開度制御の工程を第二閉鎖から緩衝閉鎖に移行させ、緩衝閉鎖を開始させる(ステップS6)。具体的には、演算部81は、サーボモータ71のストロークの所定時間あたりの変化量を第二閉鎖時の変化量から緩衝閉鎖時の変化量に変更するようサーボモータ制御部72に命令を出力する。サーボモータ制御部72は、情報処理装置80の制御下でサーボモータ71のストロークを制御する。
FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of a condition determination process regarding the transition from the second closing to the buffer closing. When the second closing is started (step S1), the calculation unit 81 performs a first condition determination process (step S2) and a second condition determination process (step S3). In FIG. 9, the process of step S3 is described after the process of step S2, but the process of step S2 and the process of step S3 are performed in parallel. When the first condition is satisfied (step S4; Yes) and the second condition is satisfied (step S5; Yes), the calculation unit 81 performs the opening degree control process of the
一方、第1条件が成立していない場合(ステップS4;No)又は第1条件が成立していても第2条件が成立していない場合(ステップS5;No)、演算部81は、現状維持又は待機し(ステップS7)、所定単位時間を経てステップS2の処理に移行する。現状維持とは、例えばサーボモータ71のストロークの所定時間あたりの変化量を第二閉鎖時の変化量で維持することをさす。また、待機とは、サーボモータ71のストロークの変更を停止して、緩衝閉鎖への遷移タイミングが訪れるまでガイドベーン60の開度を変更しないことをさす。待機は、例えば第二閉鎖が行われることで、ガイドベーン60の開度が予め定められた「第二閉鎖時の最小の開度」になった場合に適用される。それ以外の場合には、現状維持が適用される。
On the other hand, when the first condition is not satisfied (step S4; No) or when the first condition is satisfied but the second condition is not satisfied (step S5; No), the calculation unit 81 maintains the current state. Or it waits (step S7) and transfers to the process of step S2 after predetermined unit time. Maintaining the current state means, for example, maintaining the change amount per predetermined time of the stroke of the servo motor 71 at the change amount at the time of the second closing. The standby means that the change in the stroke of the servo motor 71 is stopped and the opening degree of the
図10は、第1条件判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。演算部81は、第1検知部40が検知した水車10の回転速度を示す情報を含むデータを取得する(ステップS11)。演算部81は、ステップS11の処理で取得されたデータに含まれる情報が示す水車10の回転速度が、負荷遮断後の最高回転速度(例えば、最高速N)以下であるか判定する(ステップS12)。具体的には、情報処理装置80は、負荷遮断開始後に行われる1回以上のステップS11の処理で取得されたデータに含まれる情報が示す水車10の回転速度のうち最も高速な回転速度について、当該負荷遮断が完了するまで最高速Nとして記憶部82に情報を保持する。演算部81は、ステップS12において、最近のステップS11の処理で取得された水車10の回転速度と最高速Nとを比較し、負荷遮断後の最高速N以下であるか判定する。負荷遮断後の最高速N以下であると判定された場合(ステップS12;Yes)、演算部81は、第1条件が成立したと判定する(ステップS13)。一方、ステップS12の処理で負荷遮断後の最高速N以下でないと判定された場合(ステップS12;No)、すなわち、負荷遮断開始後の最高回転速度が取得された場合、演算部81は、第1条件が成立していないと判定する(ステップS14)。
FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of the flow of the first condition determination process. The calculation unit 81 acquires data including information indicating the rotation speed of the
図11は、第2条件判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。演算部81は、第2検知部50が検知した水圧を示す情報を含むデータを取得する(ステップS21)。演算部81は、ステップS21の処理で取得されたデータに含まれる情報が示す水圧が、急変の発生を示しているか判定する(ステップS22)。 FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of the flow of the second condition determination process. The calculation unit 81 acquires data including information indicating the water pressure detected by the second detection unit 50 (step S21). The calculation unit 81 determines whether the water pressure indicated by the information included in the data acquired in the process of step S21 indicates the occurrence of a sudden change (step S22).
水圧の急変が発生したと判定される水圧変化条件は、例えば、1秒以下の時間(例えば、所定単位時間)内に、水圧の変化率(例えば、変化率P/Δt)が所定の閾値(例えば、閾値Th)以上になることである。具体的には、情報処理装置80は、負荷遮断開始後に行われる複数回のステップS21の処理で取得されたデータに含まれる情報が示す水圧のうち、少なくとも最近の2回分の処理で取得された水圧について、当該負荷遮断が完了するまで記憶部82に情報を保持する。すなわち、情報処理装置80は、少なくとも、最近のステップS21の処理で取得された水圧と、その直前のステップS21の処理で取得された水圧とを取り扱うことが可能となるよう設けられている。
The water pressure change condition for determining that a sudden change in water pressure has occurred is, for example, that the rate of change in water pressure (for example, the rate of change P / Δt) is within a predetermined threshold (for example, within a predetermined unit time). For example, the threshold value Th) or more. Specifically, the information processing device 80 has been acquired by at least the latest two processes among the water pressures indicated by the information included in the data acquired by the process of step S21 that is performed a plurality of times after the start of load shedding. Information on the water pressure is stored in the
所定の閾値(例えば、閾値Th)は、過去の負荷遮断時における水圧の測定結果、負荷遮断時の水圧のシミュレーション等に基づいて導出される。すなわち、第二閉鎖開始後に水車10の回転速度が負荷遮断後の最高回転速度(例えば、最高速N)を経た後に生じる変化率P/Δtのうち、設計上想定された水圧の保証値を逸脱する可能性を生じさせる変化率P/Δtが予め導出されている。記憶部82は、負荷遮断制御プログラム82bの実行時に参照されるデータとして、この導出された設計上想定された水圧の保証値を逸脱する可能性を生じさせる変化率P/Δtを示すデータを記憶している。演算部81は、最近のステップS21の処理で取得された水圧と、その直前のステップS21の処理で取得された水圧との差を、変化率P/Δtとして扱う。演算部81は、変化率P/Δtが、記憶部82に記憶されている設計上想定された水圧の保証値を逸脱する可能性を生じさせる変化率P/Δt以上であるか判定することで、ステップS22の処理における「急変が発生したかの判定」を行う。
The predetermined threshold value (for example, threshold value Th) is derived based on the measurement result of water pressure at the time of past load interruption, simulation of water pressure at the time of load interruption, and the like. That is, out of the rate of change P / Δt that occurs after the rotation speed of the
急変が発生したと判定された場合(ステップS22;Yes)、演算部81は、第2条件が成立したと判定する(ステップS23)。一方、ステップS22の処理で急変が発生していないと判定された場合(ステップS22;No)、演算部81は、第2条件が成立していないと判定する(ステップS24)。 When it is determined that a sudden change has occurred (step S22; Yes), the calculation unit 81 determines that the second condition is satisfied (step S23). On the other hand, when it is determined in step S22 that no sudden change has occurred (step S22; No), the calculation unit 81 determines that the second condition is not satisfied (step S24).
なお、水車10の回転速度及び水圧の検知頻度や第1条件及び第2条件の成立の判定に際して行われる演算内容については適宜変更可能である。例えば、第1検知部40及び第2検知部50は、0.1[秒]周期で検知を繰り返し行ってもよい。情報処理装置80は、過去1秒間分の検知結果を示すデータを記憶部82に記憶させてもよい。そのうえで、演算部81は、過去1秒間における水車10の回転速度及び水圧の変化の平均値(移動平均値)を0.1秒間隔で算出し、0.5秒前の値と最近の値との差に基づいて判定を行うようにしてもよい。
In addition, about the detection frequency of the rotational speed and water pressure of the
管30又はケーシング20のいずれかに第2検知部50が設けられている場合、演算部81は、当該第2検知部50が検知した水圧に基づいて判定する。管30及びケーシング20の両方に第2検知部50が設けられている場合、演算部81は、両方の第2検知部50が検知した水圧に基づいて判定する。すなわち、少なくともいずれか一方の第2検知部50が検知した水圧の変化が急変に該当する変化であった場合、第2条件が成立する。
When the
以上、実施形態によれば、第二閉鎖後に水車10の回転速度が最高回転速度(例えば、最高速N)以下になり、かつ、水圧の急変が生じた場合に緩衝閉鎖を実施することができる。これによって、水圧の変動の高低差をより小さく収めることができる。従って、水車10に供給される水Wの管路における水圧の急変に対応することができる。
As described above, according to the embodiment, when the rotational speed of the
また、1秒以下の時間内に変化率P/Δtが所定の閾値(例えば、閾値Th)以上になった場合に緩衝閉鎖を実施することで、水圧の変動の高低差をより確実により小さく収めることができる。従って、水車10に供給される水Wの管路における水圧の急変に対応することができる。
In addition, when the rate of change P / Δt becomes equal to or higher than a predetermined threshold value (for example, threshold value Th) within a time of 1 second or less, the height difference of the fluctuation of water pressure is more reliably reduced by performing buffer closing. be able to. Therefore, it is possible to cope with a sudden change in the water pressure in the pipe of the water W supplied to the
また、制御装置70と、第1検知部40及び第2検知部50のうち少なくとも一方との間の信号伝送経路が、無線による信号伝送経路を含むようにすることで、全てを有線にする場合に比して制御装置70と第1検知部40及び第2検知部50との間の伝送経路の設計要求を緩和することができる。
Further, when the signal transmission path between the
なお、上記の実施形態はあくまで一例であり、本発明の技術的特徴を逸脱しない範囲内において適宜変更可能である。例えば、制御装置70と、第1検知部40及び第2検知部50の伝送経路は、有線の経路であってもよい。
The above-described embodiment is merely an example, and can be changed as appropriate without departing from the technical features of the present invention. For example, the transmission path of the
また、第二閉鎖は必須でない。すなわち、第一閉鎖後に緩衝閉鎖に移行してもよい。この場合、第一閉鎖が第1工程に相当する。 Second closure is not essential. That is, you may transfer to buffer closure after the first closure. In this case, the first closing corresponds to the first step.
1 水力発電施設
10 水車
11 発電機
12 電力系統
13 同期遮断器
20 ケーシング
21 ドラフト
30 管
31 貯留部
40 第1検知部
40a 第1無線通信部
50 第2検知部
50a 第2無線通信部
60 ガイドベーン
70 制御装置
71 サーボモータ
72 サーボモータ制御部
80 情報処理装置
81 演算部
82 記憶部
82a 水力発電制御プログラム
82b 負荷遮断制御プログラム
83 通信部
N 通信回線
W 水DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hydroelectric
Claims (4)
前記水車が収められて内部に水が流されるケーシングと、
前記ケーシング内に供給する水を流す管と、
前記ケーシング内に設けられて前記管と前記水車との間で水路を開閉するガイドベーンと、
前記水車の回転速度を検知する第1検知部と、
前記管及び前記ケーシングの少なくとも一方の内側の水圧を検知する第2検知部と、
前記ガイドベーンの開度を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、発電機の負荷遮断が行われる場合、前記ガイドベーンの開度を負荷遮断前の開度よりも小さくする第1工程と、前記第1工程よりも所定時間あたりの前記ガイドベーンの開度の変化量を小さくして前記ガイドベーンの開度を前記第1工程の完了時よりも小さくする第2工程と、を実施して前記ガイドベーンの開度を小さくし、前記第1工程で、前記水車の回転速度が負荷遮断開始後の最大回転速度以下であり、かつ、水圧変化条件が満たされた場合、前記第2工程に移行し、
前記第2検知部は、1秒以下の周期で水圧の検知を繰り返し、
前記水圧変化条件は、1秒以下の時間内に、前記管及び前記ケーシングの少なくとも一方の内側の水圧の上昇の変化率が所定の閾値以上になることである
水力発電制御システム。A turbine connected to a generator,
A casing in which the water wheel is housed and water is allowed to flow;
A pipe for flowing water to be supplied into the casing;
A guide vane provided in the casing and opening and closing a water channel between the pipe and the water wheel;
A first detector for detecting the rotational speed of the water wheel;
A second detector for detecting a water pressure inside at least one of the pipe and the casing;
A control device for controlling the opening of the guide vane,
The control device includes a first step of reducing the opening degree of the guide vane below the opening degree before the load interruption when the load interruption of the generator is performed, and the guide vane per predetermined time than the first step. A second step of reducing the amount of change in the opening of the guide vane to make the opening of the guide vane smaller than that at the completion of the first step to reduce the opening of the guide vane, In the step, when the rotational speed of the water wheel is equal to or lower than the maximum rotational speed after the start of load shedding and the water pressure change condition is satisfied, the process proceeds to the second step,
The second detector repeats the detection of water pressure with a period of 1 second or less,
The water pressure change condition is a hydraulic power generation control system in which a rate of change of water pressure inside at least one of the pipe and the casing becomes a predetermined threshold or more within a time of 1 second or less.
請求項1に記載の水力発電制御システム。The hydraulic power generation control system according to claim 1, wherein a signal transmission path between the control device and at least one of the first detection unit and the second detection unit includes a wireless signal transmission path.
前記ガイドベーンの開度を負荷遮断前の開度よりも小さくする第1工程と、
前記第1工程よりも所定時間あたりの前記ガイドベーンの開度の変化量を小さくして前記ガイドベーンの開度を前記第1工程の完了時よりも小さくする第2工程と、を含み、
前記第1工程で、前記水車の回転速度が負荷遮断開始後の最大回転速度以下であり、かつ、水圧変化条件が満たされた場合、前記第2工程に移行し、
前記水圧変化条件は、1秒以下の時間内に、前記管及び前記ケーシングの少なくとも一方の内側の水圧の上昇の変化率が所定の閾値以上になることである
制御方法。When load interruption of a generator that generates electricity by hydropower is performed, at least one of a rotation speed of a water turbine connected to the generator, a pipe for flowing water supplied in a casing in which the water wheel is stored, and the casing A control method for controlling the opening of a guide vane that is provided in the casing and opens and closes a water channel between the pipe and the water wheel, based on the water pressure inside
A first step of making the opening degree of the guide vane smaller than the opening degree before load interruption;
A second step of making the amount of change in the opening degree of the guide vane per predetermined time smaller than that in the first step to make the opening degree of the guide vane smaller than when the first step is completed,
In the first step, when the rotational speed of the water wheel is equal to or lower than the maximum rotational speed after the start of load shedding and the water pressure change condition is satisfied, the process proceeds to the second step,
The water pressure change condition is that the rate of change of the increase in water pressure inside at least one of the pipe and the casing becomes a predetermined threshold value or more within a time of 1 second or less.
請求項3に記載の制御方法。At least one of a control device that controls the opening degree of the guide vane, a first detection unit that detects a rotation speed of the water turbine, and a second detection unit that detects a water pressure inside at least one of the pipe and the casing; The control method according to claim 3, wherein the signal transmission path between the two includes a wireless signal transmission path.
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