土木コンサルタント技術

最大取水制御システムConsultant technology

発電取水の最適制御により
電力量を最大化

水力発電所で取水口ゲートの動作を最適に制御し、電力損失量を大幅に改善させる「新最大取水制御システム」を開発しました。
ダムと水路の水位変化に対し最適なゲート動作量を与え、
いっ水電力を最小限まで削減することで、水力発電所の効率的な運営に貢献します。

既存制御方式の問題点

水力発電取水量は認可最大値以下で運用しなければならず、取水口ゲートを調整して認可最大値に対応する水路水位(最大水位)を超えないようにして、取水量を調整している。既存の制御方法では、上限値と下限値に対応する水路水位の監視に基づいた一定制御を行っており、以下の問題が顕在化している。

1
ゲート動作量は一定で、ダム流入量の変化に対応するゲート動作量の変化を反映していないため、水路水位の制御精度が低い。
2
ダム流入量が上昇する場合は、ダム流入量の上昇による水路水位の上昇が抑えられず、水路水位を上限水位以下に制御できないことがある。
3
安定した運用を行うためには、上限水位と下限水位の幅および最大水位と上限水位の幅に余裕を持たせた設定となっており、余裕分を電力損失量として甘受してきた。
図1 既存制御方式の概要と問題点
既存制御方式の概要と問題点

新制御方式の特長

既存の一定動作量を与える方式から、以下に示す最適動作星を与える方式へ改良した。

1
理論と実測の関係式

ダム水位、水路水位、ゲート開度に関する関係を理論式および実測値により導き、必要なゲート 動作量を与える。

2
ダム水位の変化予測

ダム水位実測値(10分前および現在値)を用いて10分後のダム水位のトレンドを予測し、前述の関係を用いて、その変化に対応する動作量を与える。

3
1時間平均水位を制御するためのフィー ドバック機能

水路水位の偏差を逐次実測し、始時(00分)からの平均値を計算して、前半00分〜30分の平均値と目標水位の誤差を計算する(図2の誤差A)。その誤差を後半30分〜60分の動作時で補正する(図2の補正量B)ように目標水位を変更し、1時間平均水位が目標水位となるように 制御する。

以上の結果、1時間平均の水路水位は、目標水位に対して数mm程度の誤差で制御することが可能となる。目標水位は最大水位より誤差分のみ下げれば良いため、電力損失量の大幅な回復が可能となる。

図2 新制御方式の概要と特長
新制御方式の概要と特長

最大限の発電取水を行い、
電力量を回復します。

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