特許ウォッチ

公開番号2025077318
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-19
出願番号2023189407
出願日2023-11-06
発明の名称ペルトン水車制御装置およびペルトン水車制御方法
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人弁理士法人サクラ国際特許事務所
主分類F03B 15/20 20060101AFI20250512BHJP(液体用機械または機関;風力原動機,ばね原動機,重力原動機;他類に属さない機械動力または反動推進力を発生するもの)
要約【課題】ペルトン水車において運転時に使用するノズルの本数を変更する切替動作をスムーズに実行する。
【解決手段】実施形態のペルトン水車制御装置は、第1のノズルから水を射出することによって第1の水車運転と、第1のノズル、および、第1のノズルと異なる第2のノズルから水を射出する第2の水車運転とを実行する。ペルトン水車制御装置は、第1の水車運転から第2の水車運転へ切り替える第1切替動作を行う際には、第1切替動作を行う最中に、発電機が出力する電力が減少したときには、発電機が出力する電力の減少前よりもデフレクタ開度を増加させた状態で、第1のノズルのニードル開度を減少させる割合を、発電機が出力する電力の減少前よりも減少させ、かつ、第2のノズルのニードル開度を増加させる割合を、発電機が出力する電力の減少前よりも増加させる。
【選択図】図5A
特許請求の範囲【請求項１】
複数のバケットが回転方向に配置されているランナと、
前記複数のバケットに水を射出するように構成されており、ニードル開度に応じて前記複数のバケットに射出する水の流量を調整する、複数のノズルと、
前記複数のノズルのそれぞれに設置されており、デフレクタ開度に応じて前記ノズルから前記複数のバケットに作用する水の流量を調整する、複数のデフレクタと
を備え、前記ランナの回転によって発電機を駆動させるように構成されているペルトン水車の動作を制御するためのペルトン水車制御装置であって、
前記複数のノズルのうち、第１のノズルから前記複数のバケットに水を射出することによって前記ランナを回転させる第１の水車運転と、前記複数のノズルのうち、前記第１のノズル、および、前記第１のノズルと異なる第２のノズルから前記複数のバケットに水を射出することによって前記ランナを回転させる第２の水車運転とを少なくとも実行するように構成されており、
前記第１の水車運転から前記第２の水車運転へ切り替える第１切替動作を行う際には、前記第１切替動作を行う前よりもデフレクタ開度を減少させた状態で、前記第１のノズルのニードル開度と前記第２のノズルのニードル開度とが同じ状態になるまで、前記第１のノズルのニードル開度を一定の割合で減少させると供に、前記第２のノズルのニードル開度を一定の割合で増加させ、
前記第１切替動作を行う最中に、前記発電機が出力する電力が減少したときには、前記発電機が出力する電力の減少前よりもデフレクタ開度を増加させた状態で、前記第１のノズルのニードル開度を減少させる割合を、前記発電機が出力する電力の減少前よりも減少させ、かつ、前記第２のノズルのニードル開度を増加させる割合を、前記発電機が出力する電力の減少前よりも増加させ、
前記第１切替動作を行う最中に、前記発電機が出力する電力が増加したときには、前記発電機が出力する電力の増加前よりもデフレクタ開度を減少させた状態で、前記第１のノズルのニードル開度を減少させる割合を、前記発電機が出力する電力の増加前よりも増加させ、かつ、前記第２のノズルのニードル開度を増加させる割合を、前記発電機が出力する電力の増加前よりも減少させる、
ペルトン水車制御装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記第２の水車運転から前記第１の水車運転へ切り替える第２切替動作を行う際には、前記第２切替動作を行う前よりもデフレクタ開度を増加させた状態で、前記第１のノズルのニードル開度と前記第２のノズルのニードル開度とが同じ状態から、前記第１のノズルのニードル開度を一定の割合で増加させると供に、前記第２のノズルのニードル開度を一定の割合で減少させ、
前記第２切替動作を行う際に、前記発電機が出力する電力が減少したときには、前記発電機が出力する電力の減少前よりもデフレクタ開度を増加させた状態で、前記第１のノズルのニードル開度を増加させる割合を、前記発電機が出力する電力の減少前よりも、増加させ、かつ、前記第２のノズルのニードル開度を減少させる割合を、前記発電機が出力する電力の減少前よりも、減少させ、
前記第２切替動作を行う際に、前記発電機が出力する電力が増加したときには、前記発電機が出力する電力の増加前よりもデフレクタ開度を減少させた状態で、前記第１のノズルのニードル開度を増加させる割合を、前記発電機が出力する電力の増加前よりも、減少させ、かつ、前記第２のノズルのニードル開度を減少させる割合を、前記発電機が出力する電力の増加前よりも、増加させる、
請求項１に記載のペルトン水車制御装置。
【請求項３】
複数のバケットが回転方向に配置されているランナと、
前記複数のバケットに水を射出するように構成されており、前記複数のバケットに射出する水の流量がニードル開度を変動させることによって調整される、複数のノズルと、
前記複数のノズルのそれぞれに設置されており、前記ノズルから前記複数のバケットに作用する水の流量を、デフレクタ開度が変動させることによって調整する、複数のデフレクタと
を備え、前記ランナの回転によって発電機を駆動させるように構成されているペルトン水車の動作を制御するためのペルトン水車制御方法であって、
前記複数のノズルのうち第１のノズルから前記複数のバケットに水を射出することによって前記ランナを回転させる第１の水車運転を、前記複数のノズルのうち前記第１のノズルおよび前記第１のノズルと異なる第２のノズルから前記複数のバケットに水を射出することによって前記ランナを回転させる第２の水車運転へ切り替える第１切替動作を行う際には、前記第１切替動作を行う前よりもデフレクタ開度を減少させた状態で、前記第１のノズルのニードル開度と前記第２のノズルのニードル開度とが同じ状態になるまで、前記第１のノズルのニードル開度を一定の割合で減少させると供に、前記第２のノズルのニードル開度を一定の割合で増加させ、
前記第１切替動作を行う最中に、前記発電機が出力する電力が減少したときには、前記発電機が出力する電力の減少前よりもデフレクタ開度を増加させた状態で、前記第１のノズルのニードル開度を減少させる割合を、前記発電機が出力する電力の減少前よりも減少させ、かつ、前記第２のノズルのニードル開度を増加させる割合を、前記発電機が出力する電力の減少前よりも増加させ、
前記第１切替動作を行う最中に、前記発電機が出力する電力が増加したときには、前記発電機が出力する電力の増加前よりもデフレクタ開度を減少させた状態で、前記第１のノズルのニードル開度を減少させる割合を、前記発電機が出力する電力の増加前よりも増加させ、かつ、前記第２のノズルのニードル開度を増加させる割合を、前記発電機が出力する電力の増加前よりも減少させる、
ペルトン水車制御方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ペルトン水車制御装置およびペルトン水車制御方法に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
水力発電所等に設置されているペルトン水車は、ノズルがランナに水を射出し、ランナを回転させることによって、発電機を駆動させるように構成されている。
【０００３】
ペルトン水車において、ランナは、複数のバケットが回転方向に配置されている。ノズルは、ニードル弁によりニードル開度が変動することによって、複数のバケットに射出される水の流量を調整するように構成されている。また、ペルトン水車は、デフレクタを備えており、デフレクタのデフレクタ開度が変動させることによって、ノズルから複数のバケットに作用する水の流れが変わるように構成されている。
【０００４】
ノズルおよびデフレクタは、複数であって、一のノズルに対応して一のデフレクタが設置されている。ペルトン水車は、発電機の出力に応じて、ランナを回転させるために水を射出するノズルの本数を切り替えて、運転を行う。
【０００５】
ペルトン水車において、ノズルは、例えば、４本であり、４本のノズルのうち２本のノズルから水を射出することによってランナを回転させる２Ｎ運転と、４本のノズルから水を射出することによってランナを回転させる４Ｎ運転とを実行する。ペルトン水車では、発電機の出力を大きくするときに、２Ｎ運転から４Ｎ運転に切り替える切替動作が実行される。また、発電機の出力を小さくするときに、４Ｎ運転から２Ｎ運転に切り替える切替動作が実行される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特許第４３５１７８７号
特開平５－１８０１３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図７は、関連技術のペルトン水車において、２Ｎ運転から４Ｎ運転に切り替える切替動作を示す図である。図８は、関連技術のペルトン水車において、４Ｎ運転から２Ｎ運転に切り替える切替動作を示す図である。図７および図８では、デフレクタ開度指令ＤＦＲの推移およびニードル開度指令ＮＶＲの推移を時系列で示している。
【０００８】
図７および図８において、デフレクタ開度指令ＤＦＲは、２Ｎ運転および４Ｎ運転を行う際に用いる４本のデフレクタのデフレクタ開度を示している。
【０００９】
また、図７および図８では、ニードル開度指令ＮＶＲとして、ニードル開度指令ＮＶＲ１とニードル開度指令ＮＶＲ４とを示している。ニードル開度指令ＮＶＲ１は、４本のノズルＮ１～Ｎ４のうち、２Ｎ運転および４Ｎ運転においてランナを回転させるために水を射出する２本のノズルＮ１，Ｎ２（第１のノズル）のニードル開度である。ニードル開度指令ＮＶＲ４は、４本のノズルＮ１～Ｎ４のうち、２Ｎ運転では水を射出せずに、４Ｎ運転においてランナを回転させるために水を射出する、他の２本のノズルＮ３，Ｎ４（第２のノズル）のニードル開度である。
【００１０】
［１］２Ｎ運転から４Ｎ運転に切り替える切替動作（第１切替動作）
図７に示すように、２Ｎ運転から４Ｎ運転に切り替える切替動作を行う際には、この切替動作を行う前（２Ｎ運転の実行時）よりもデフレクタ開度指令ＤＦＲを減少させる。例えば、デフレクタ開度指令ＤＦＲは、切替動作を開始する時点ｔ１において、１００％から、ＤＦＲａ（％）（ＤＦＲａ＜１００）に減少させる。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許