特許 6471836 揚水発電制御システム、揚水発電システム及び揚水発電の制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6471836

(24)【登録日】2019年2月1日

(45)【発行日】2019年2月20日

(54)【発明の名称】揚水発電制御システム、揚水発電システム及び揚水発電の制御方法

(51)【国際特許分類】

   F03B 15/04 20060101AFI20190207BHJP

【ＦＩ】

   F03B15/04 F

   F03B15/04 G

【請求項の数】6

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2018-539166(P2018-539166)

(86)(22)【出願日】2018年3月8日

(86)【国際出願番号】JP2018009106

【審査請求日】2018年7月26日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000211307

【氏名又は名称】中国電力株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】益永 喜則

【審査官】 田谷 宗隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６３−１２４８７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−１２９４７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−０８７６７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０３Ｂ １５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力を消費して水を揚げる揚水運転を行う複数の揚水部と、流下する水により発電する発電運転を行う発電部と、を有する揚水発電設備を制御する揚水発電制御システムであって、
前記揚水部及び前記発電部の動作を制御することで、前記揚水運転での消費電力量と前記発電運転での発電量との合計値を制御する電力制御部を有し、
前記電力制御部は、
前記合計値を予め定めた所定範囲内で変動させる際には、前記揚水部が揚水する弁の開度を所定開度とする定格運転で前記揚水運転を行わせつつ、前記発電部が水を流下させる弁の開度を変化させて前記発電運転を行わせることで、前記発電量を変化させる揚水定格制御を実行し、
前記合計値を前記所定範囲外まで変動させる際には、前記揚水部を作動開始又は停止させることで、前記消費電力量を変化させる揚水台数制御を実行し、
前記合計値を時間経過と共に直線状に低下させる際に、
前記揚水定格制御によって、前記発電部の弁の開度を小さくすることで前記発電量を直線状に低下させて、前記合計値を前記所定範囲の下限値まで直線状に低下させ、
前記合計値が前記下限値に到達したら、前記揚水台数制御によって、作動していない前記揚水部の弁の開度を徐々に大きくして作動開始させることで、前記消費電力量を時間経過と共に曲線状に上昇させ、かつ、前記揚水部の弁の開度を徐々に大きくする際に、前記発電部の弁の開度を大きくして前記発電量を曲線状に上昇させることで、前記合計値を直線状に低下させる、揚水発電制御システム。

【請求項2】

前記電力制御部は、前記揚水台数制御において、一部の前記揚水部に前記定格運転を行わせつつ、他の前記揚水部を作動開始又は停止させる、請求項１に記載の揚水発電制御システム。

【請求項3】

前記電力制御部は、前記合計値を時間経過と共に直線状に上昇させる際に、
前記揚水定格制御において、前記発電部の弁の開度を大きくすることで前記発電量を直線状に上昇させて、前記合計値を前記所定範囲の上限値まで直線状に上昇させ、
前記合計値が前記上限値に到達したら、前記揚水台数制御において、前記揚水部の弁の開度を徐々に小さくして停止させることで前記消費電力量を時間経過と共に曲線状に低下させ、かつ、前記揚水部の弁の開度を徐々に小さくする際に、前記発電部の弁の開度を小さくして前記発電量を曲線状に低下させることで、前記合計値を直線状に上昇させる、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の揚水発電制御システム。

【請求項4】

前記所定開度は、最も揚水効率が高い開度である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の、揚水発電制御システム。

【請求項5】

請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の揚水発電制御システムを有し、前記揚水発電制御システムの制御に基づき、発電を行う揚水発電システム。

【請求項6】

電力を消費して水を揚げる揚水運転を行う複数の揚水部と、流下する水により発電する発電運転を行う発電部と、を有する揚水発電設備を制御する揚水発電の制御方法であって、
前記揚水部及び前記発電部の動作を制御することで、前記揚水運転での消費電力量と前記発電運転での発電量との合計値を制御する電力制御ステップを有し、
前記電力制御ステップにおいて、
前記合計値を予め定めた所定範囲内で変動させる際には、前記揚水部が揚水する弁の開度を所定開度とする定格運転で前記揚水運転を行わせつつ、前記発電部が水を流下させる弁の開度を変化させて前記発電運転を行わせることで、前記発電量を変化させる揚水定格制御を実行し、
前記合計値を前記所定範囲外まで変動させる際には、前記揚水部を作動開始又は停止させることで、前記消費電力量を変化させる揚水台数制御を実行し、
前記合計値を時間経過と共に直線状に低下させる際に、
前記揚水定格制御によって、前記発電部の弁の開度を小さくすることで前記発電量を直線状に低下させて、前記合計値を前記所定範囲の下限値まで直線状に低下させ、
前記合計値が前記下限値に到達したら、前記揚水台数制御によって、作動していない前記揚水部の弁の開度を徐々に大きくして作動開始させることで、前記消費電力量を時間経過と共に曲線状に上昇させ、かつ、前記揚水部の弁の開度を徐々に大きくする際に、前記発電部の弁の開度を大きくして前記発電量を曲線状に上昇させることで、前記合計値を直線状に低下させる、揚水発電の制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、揚水発電制御システム、揚水発電システム及び揚水発電の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

発電を行う際には、電力系統の需要電力に一致する量の電力を供給するよう、発電量が調整される。従って、需要電力に変動が生じた場合は、供給電力もそれに合わせて調整する必要がある。この供給電力の調整には、揚水発電が用いられる場合がある。揚水発電は、ポンプ運転により下ダムに貯留した水を上ダムに揚げる揚水運転を行いつつ、上ダムに揚げた水を下ダムに落とす発電運転を行うことで発電する発電方法である。揚水発電は、下ダムに落とす水の量を調整することにより、供給電力の調整を柔軟に行うことができる。

【0003】

さらに近年、太陽光発電や風力発電などの分散型電源が電力系統に連系されており、従来の需要電力の変動に加え、供給電力の変動量も増加してきており、さらに柔軟な調整が求められ、揚水発電のニーズは高くなってきている。例えば特許文献１には、揚水発電設備を停止させずに揚水運転と発電運転とを切り替えるために、出力電力量が目標値となるように、揚水入力と発電出力との少なくとも一方を制御する旨が記載されている。そして、特許文献１では、揚水用のガイドベーンの開度を調整することで、揚水入力を連続的に変化させる旨が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７−１６３７４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、揚水は、電力を消費して行われる。この場合、揚水のための電力効率は、ガイドベーンの開度に応じて変化する。従って、特許文献１の技術では、揚水用のガイドベーンの開度を調整して電力量を制御した場合、揚水時の電力効率が低下するおそれがある。

【0006】

本発明は、上記課題を解決するために、揚水時の電力効率の低下を抑制しつつ、供給電力を柔軟に調整可能な揚水発電制御システム、揚水発電システム及び揚水発電の制御方法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】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の揚水発電制御システムは、電力を消費して水を揚げる揚水運転を行う複数の揚水部と、流下する水により発電する発電運転を行う発電部と、を有する揚水発電設備を制御する揚水発電制御システムであって、前記揚水部及び前記発電部の動作を制御することで、前記揚水運転での消費電力量と前記発電運転での発電量との合計値を制御する電力制御部を有し、前記電力制御部は、前記合計値を予め定めた所定範囲内で変動させる際には、前記揚水部が揚水する弁の開度を所定開度とする定格運転で前記揚水運転を行わせつつ、前記発電部が水を流下させる弁の開度を変化させて前記発電運転を行わせることで、前記発電量を変化させる揚水定格制御を実行し、前記合計値を前記所定範囲外まで変動させる際には、前記揚水部を作動開始又は停止させることで、前記消費電力量を変化させる揚水台数制御を実行する。

【0008】

前記電力制御部は、前記揚水台数制御において、一部の前記揚水部に前記定格運転を行わせつつ、他の前記揚水部を作動開始又は停止させることが好ましい。

【0009】

前記電力制御部は、前記合計値を低下させる際に、前記揚水定格制御において、前記発電部が水を流下させる弁の開度を小さくすることで前記発電量を低下させて、前記合計値を前記所定範囲の下限値まで低下させ、前記合計値が前記下限値に到達したら、前記揚水台数制御において、前記揚水部を作動開始させることで前記消費電力量を上昇させて、前記合計値をさらに低下させることが好ましい。

【0010】

前記電力制御部は、前記揚水台数制御において、前記揚水部を作動開始させる際に、前記発電部が水を流下させる弁の開度を大きくすることで前記発電量を上昇させることが好ましい。

【0011】

前記電力制御部は、前記合計値を上昇させる際に、前記揚水定格制御において、前記発電部が水を流下させる弁の開度を大きくすることで前記発電量を上昇させて、前記合計値を前記所定範囲の上限値まで上昇させ、前記合計値が前記上限値に到達したら、前記揚水台数制御において、前記揚水部を停止させることで前記消費電力量を上昇させて、前記合計値をさらに上昇させることが好ましい。

【0012】

前記電力制御部は、前記揚水台数制御において、前記揚水部を停止させる際に、前記発電部が水を流下させる弁の開度を小さくすることで前記発電量を低下させることが好ましい。

【0013】

前記所定開度は、最も揚水効率が高い開度であることが好ましい。

【0014】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の揚水発電システムは、揚水発電制御システムを有し、前記揚水発電制御システムの制御に基づき、発電を行う。

【0015】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の揚水発電の制御方法は、電力を消費して水を揚げる揚水運転を行う複数の揚水部と、流下する水により発電する発電運転を行う発電部と、を有する揚水発電設備を制御する揚水発電の制御方法であって、前記揚水部及び前記発電部の動作を制御することで、前記揚水運転での消費電力量と前記発電運転での発電量との合計値を制御する電力制御ステップを有し、前記電力制御ステップにおいて、前記合計値を予め定めた所定範囲内で変動させる際には、前記揚水部が揚水する弁の開度を所定開度とする定格運転で前記揚水運転を行わせつつ、前記発電部が水を流下させる弁の開度を変化させて前記発電運転を行わせることで、前記発電量を変化させる揚水定格制御を実行し、前記合計値を前記所定範囲外まで変動させる際には、前記揚水部を作動開始又は停止させることで、前記消費電力量を変化させる揚水台数制御を実行する。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、揚水時の電力効率の低下を抑制しつつ、供給電力を柔軟に調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、本実施形態に係る揚水発電システムの模式図である。

【図2】図２は、需要電力と供給電力とのバランスを示すグラフである。

【図3】図３は、本実施形態に係る揚水発電システムの模式図である。

【図4】図４は、本実施形態に係る制御装置のブロック図である。

【図5】図５は、合計値を低下させる場合の制御を説明するグラフである。

【図6】図６は、合計値を増加させる場合の制御を説明するグラフである。

【図7】図７は、本実施形態の他の制御例について説明する図である。

【図8】図８は、本実施形態の他の制御例について説明する図である。

【図9】図９は、本実施形態の他の制御例について説明する図である。

【図10】図１０は、本実施形態の他の制御例について説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。

【0019】

図１は、本実施形態に係る揚水発電システムの模式図である。図１に示すように、本実施形態に係る揚水発電システム１（揚水発電設備）は、上ダム１０と、下ダム１２と、発電システム１３と、揚水発電制御システム４０とを有する。上ダム１０は、水Ｗを貯留するダムであり、下ダム１２は、上ダム１０よりも鉛直方向下方に設けられて、水Ｗを貯留するダムである。揚水発電システム１は、揚水発電制御システム４０により発電システム１３を制御することで、揚水運転及び発電運転を行う。揚水運転は、電力を消費して後述する揚水発電部２６を作動させることで、下ダム１２の水Ｗを上ダム１０に向けて揚げる運転である。また、発電運転は、上ダム１０の水Ｗを下ダム１２に向けて流下させることで後述する揚水発電部２６を動作させて、発電を行う運転である。また、揚水発電システム１は、系統Ｔに電気的に接続されており、電力を消費する際には、系統Ｔから受電して、発電する際には、系統Ｔに配電する。

【0020】

図２は、需要電力と供給電力とのバランスを示すグラフである。揚水発電は、例えば揚水量や流下水量をコントロールすることで、発生又は消費させる電力を、柔軟に調整することができる。従って、図２に示すように、揚水発電は、需要電力と供給電力とのバランスを取るために用いられる。

【0021】

図２に示すように、系統からの需要電力Ｐ_Ｄは、逐次変化する。供給電力は、その需要電力Ｐ_Ｄに合わせて系統に供給される必要がある。通常、供給電力は、互いに異なる種類の発電設備からの電力を積み上げて調整される。図２の例では、供給電力Ｐ_Ｓ１、Ｐ_Ｓ２、Ｐ_Ｓ３、Ｐ_Ｓ４が積み上げられている。供給電力Ｐ_Ｓ１は、例えば原子力発電、水力発電、太陽光発電などによる電力であり、供給電力Ｐ_Ｓ２は、例えば石炭火力発電による電力であり、供給電力Ｐ_Ｓ３は、例えばＬＮＧ（液化天然ガス）火力発電による電力であり、供給電力Ｐ_Ｓ４は、例えば石油火力発電による電力である。しかし、これらの供給電力だけでは、供給電力の変動に追従できない場合があり、その場合に揚水発電が用いられる。すなわち、供給電力Ｐ_Ｓ１、Ｐ_Ｓ２、Ｐ_Ｓ３、Ｐ_Ｓ４を積み上げた供給電力と需要電力Ｐ_Ｄとの差分の電力を差分電力ΔＰとすると、揚水発電は、この差分電力ΔＰを系統Ｔに供給又は消費可能である。図２に示すように、積み上げた供給電力が需要電力Ｐ_Ｄより低い場合は、差分電力ΔＰは正の値となり、揚水発電の発電運転により、差分電力ΔＰ分の電力を系統Ｔに供給する。一方、積み上げた供給電力が需要電力Ｐ_Ｄより高い場合は、差分電力ΔＰは負の値となり、揚水発電の揚水運転により、差分電力ΔＰ分の電力を系統Ｔから受電して、消費する。

【0022】

このように、揚水発電は、差分電力ΔＰ分の調整、いわゆるΔｋＷ市場に用いられる。ただし、本実施形態に係る揚水発電システム１は、このような差分電力ΔＰ分の調整に用いられることに限られない。

【0023】

以下、揚水発電システム１についてより詳細に説明する。図３は、本実施形態に係る揚水発電システムの模式図である。図３に示すように、発電システム１３は、導水路１４Ａ、１４Ｂと、導水路１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄと、導水路１８Ａ、１８Ｂと、サージタンク２２、２４と、揚水発電部２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄとを有する。導水路１４Ａ及び導水路１４Ｂは、上ダム１０に接続される水路であり、互いに接続されず並列の水路となっている。導水路１６Ａは、導水路１４Ａに接続される水路であり、導水路１４Ａとの接続箇所から鉛直方向下方に延在する。導水路１６Ａには、揚水発電部２６Ａが設けられている。導水路１６Ｂは、導水路１４Ａに接続される水路であり、導水路１４Ａとの接続箇所から鉛直方向下方に延在する。導水路１６Ｂには、揚水発電部２６Ｂが設けられている。導水路１６Ａと導水路１６Ｂとは、導水路１４Ａから分岐されて並列に延在する水路である。導水路１８Ａは、導水路１６Ａ、１６Ｂの鉛直方向下方側の端部に接続される水路である。導水路１８Ａは、導水路１６Ａ及び導水路１６Ｂの接続箇所と反対側の端部が、下ダム１２に接続されている。すなわち、導水路１６Ａと導水路１６Ｂとは、導水路１８Ａとの接続箇所で合流して、一本の水路である導水路１８Ａとなる。

【0024】

導水路１６Ｃは、導水路１４Ｂに接続される水路であり、導水路１４Ｂとの接続箇所から鉛直方向下方に延在する。導水路１６Ｃには、揚水発電部２６Ｃが設けられている。導水路１６Ｄは、導水路１４Ｂに接続される水路であり、導水路１４Ｂとの接続箇所から鉛直方向下方に延在する。導水路１６Ｄには、揚水発電部２６Ｄが設けられている。導水路１６Ｃと導水路１６Ｄとは、導水路１４Ｂから分岐されて並列に延在する水路である。導水路１８Ｂは、導水路１６Ｃ、１６Ｄの鉛直方向下方側の端部に接続される水路である。導水路１８Ｂは、導水路１６Ｃ及び導水路１６Ｄの接続箇所と反対側の端部が、下ダム１２に接続されている。すなわち、導水路１６Ｃと導水路１６Ｄとは、導水路１８Ｂとの接続箇所で合流して、一本の水路である導水路１８Ｂとなる。

【0025】

このように、導水路１６Ａ、１６Ｂは、導水路１４Ａで分岐しており、導水路１６Ｃ、１６Ｄは、導水路１４Ｂから分岐している。ただし、導水路１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄは、それぞれ揚水発電部２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄが設けられた別の水路であればよく、上記で説明した分岐する構成でなくてもよい。以下、導水路１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄを互いに区別しない場合は、導水路１６と記載する。また、揚水発電部２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、２６Ｄを互いに区別しない場合は、揚水発電部２６と記載する。本実施形態では、導水路１６は、４つ設けられているが、揚水発電部２６がそれぞれ設けられていれば、その数は任意である。すなわち、揚水発電部２６は、複数設けられていればその数は任意である。また、以下、導水路１４Ａ、１４Ｂを互いに区別しない場合は、導水路１４と記載し、導水路１８Ａ、１８Ｂを互いに区別しない場合は、導水路１８と記載する。

【0026】

サージタンク２２は、導水路１４に設けられるタンクである。サージタンク２２は、導水路１４を流れる水Ｗの一部を貯留することで、サージングを抑制する。また、サージタンク２４は、導水路１８に設けられるタンクであり、導水路１８を流れる水Ｗの一部を貯留することで、サージングを抑制する。

【0027】

揚水発電部２６は、導水路１６に設けられる装置である。揚水発電部２６は、揚水運転の際に、下ダム１２の水Ｗを、導水路１６を通して上ダム１０（導水路１４）に向けて揚げる。また、揚水発電部２６は、発電運転の際に、上ダム１０の水を、導水路１６を通して下ダム１２（導水路１８）に向けて流下させる。このように、揚水発電部２６は、揚水運転と発電運転の双方を実施可能であり、揚水部と発電部とを構成する。言い換えれば、揚水運転を行っている揚水発電部２６が、揚水部に該当し、発電運転を行っている揚水発電部２６が、発電部に該当する。ただし、揚水発電部２６は、揚水運転と発電運転とのいずれかのみを実施可能な装置であってよい。この場合、複数の揚水発電部２６のうち一部が、揚水運転の可能な揚水部であり、他の一部が、発電運転の可能な発電部となる。

【0028】

揚水発電部２６は、揚水発電ユニット３０と、弁３２とを有する。揚水発電ユニット３０は、揚水運転時には、揚水発電制御システム４０の制御により、系統Ｔから電力が供給されることで作動（回転）して、導水路１６内の水Ｗを上ダム１０に向けて揚げる。また、揚水発電ユニット３０は、発電運転時には、揚水発電制御システム４０の制御により、導水路１６内を下ダム１２に向けて流下する水Ｗにより作動（回転）することで、発電する。本実施形態では、揚水発電ユニット３０は、図示しないポンプ水車と発電電動機とを有する。揚水発電ユニット３０は、揚水発電時には、発電電動機が系統Ｔより受電してポンプ水車を回転させることで、揚水を行う。また、揚水発電ユニット３０は、発電運転時には、流下された水Ｗによりポンプ水車が逆回転することで発電電動機を動かし、発電電動機が発電する。弁３２は、例えばガイドベーンなど、揚水発電制御システム４０の制御により開閉可能な弁である。弁３２は、開度を調整することで、導水路１６を流れる水量を調整することができる。

【0029】

揚水発電制御システム４０は、以上説明した発電システム１３を制御するシステムであり、制御装置４２と、検出部４６とを有する。検出部４６は、揚水発電部２６毎に設けられている。検出部４６は、揚水発電部２６の発電量及び消費電力量を検出する。すなわち、検出部４６は、揚水発電部２６が揚水運転を行う場合は、揚水発電部２６の消費電力量を検出し、揚水発電部２６が発電運転を行う場合は、揚水発電部２６の発電量を検出する。なお、検出部４６は、導水路１６を流れる水Ｗの量（水量）を検出してもよい。揚水発電部２６の消費電力及び発電量は、導水路１６を流れる水量に依存する。従って、検出部４６は、導水路１６を流れる水量を検出することでも、揚水発電部２６の消費電力及び発電量を検出することが可能である。

【0030】

図４は、本実施形態に係る制御装置のブロック図である。制御装置４２は、発電システム１３、より詳しくは揚水発電部２６を制御する制御装置である。制御装置４２は、本実施形態ではコンピュータであり、図４に示すように、入力部５０と、出力部５２と、記憶部５４と、制御部５６とを有する。入力部５０は、操作者からの情報が入力可能な装置であり、例えばマウス、キーボード、又はタッチパネル等である。出力部５２は、制御部５６の制御結果や操作者からの入力内容などを表示する装置であり、本実施形態では、ディスプレイやタッチパネルである。記憶部５４は、制御部５６の演算内容やプログラムの情報などを記憶するメモリであり、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ（Ｆｌａｓｈ Ｍｅｍｏｒｙ）などである。制御部５６は、演算装置、すなわちＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。

【0031】

図４に示すように、制御部５６は、検出値取得部６０と、要求電力量取得部６２と、電力制御部６４とを有する。検出値取得部６０と、要求電力量取得部６２と、電力制御部６４とは、記憶部５４に記憶されたソフトウェア（プログラム）であるが、それぞれ専用のハードウェア（制御装置）であってもよい。

【0032】

検出値取得部６０は、検出部４６が検出した、それぞれの揚水発電部２６の電力量の検出値を取得する。要求電力量取得部６２は、発電システム１３に要求される電力量である要求電力量を取得する。要求電力量とは、発電システム１３が要求された、発電する電力量又は消費する電力量であり、図２で説明した差分電力ΔＰに相当する。要求電力量取得部６２は、例えば外部設備との通信により、要求電力量を逐次取得してもよいし、記憶部５４に予め記憶された時間毎の要求電力量を読み出してもよい。すなわち、要求電力量は、発電システム１３に要求される電力量として、設定された値である。

【0033】

電力制御部６４は、現在の発電システム１３が発電する電力量又は消費する電力量を検出し、その検出結果に基づき、発電システム１３が発電する電力量又は消費する電力量が、要求電力量となるように、それぞれの揚水発電部２６を制御する。以下、電力制御部６４の制御について説明する。

【0034】

発電システム１３は、複数の揚水発電部２６を有している。従って、発電システム１３の発電量又は消費電力量は、それぞれの揚水発電部２６の発電量又は消費電力量の合計値となる。電力制御部６４は、この合計値が要求電力量となるように、それぞれの揚水発電部２６を制御する。以下、揚水発電部２６が揚水運転を行っており、揚水運転の際に消費する消費電力量を、入力電力Ｐ１とする。また、揚水発電部２６が発電運転を行っており、発電運転の際に発電する電力を、出力電力Ｐ２とする。そして、全ての揚水発電部２６の入力電力Ｐ１及び出力電力Ｐ２の合計値を、合計値Ｐとする。

【0035】

電力制御部６４は、合計値Ｐを変動させる場合には、入力電力Ｐ１及び出力電力Ｐ２の少なくとも一方を変動させる必要がある。電力制御部６４は、入力電力Ｐ１を変動させる際には、揚水運転する揚水発電部２６の弁３２の開度を一定（定格）に保ったまま、揚水運転する揚水発電部２６の台数を変える。一方、電力制御部６４は、出力電力Ｐ２を変動させる際には、発電運転する揚水発電部２６の弁３２の開度を変化させる。以下、具体的に説明する。

【0036】

図５は、合計値を低下させる場合の制御を説明するグラフである。図５は、合計値Ｐを時間経過に従い減少させる場合の、入力電力Ｐ１及び出力電力Ｐ２の調整の経過を示している。図５の横軸は時間であり、縦軸は電力量である。縦軸の０より大きい側（図５の上側）は、電力量がプラス側を示しているため、発電、すなわち出力している状態を示す。一方、縦軸の０より小さい側（図５の下側）は、電力量がマイナス側を示しているため、電力消費、すなわち入力している状態を示す。

【0037】

図５では、合計値Ｐが、タイミングｔ_ａ０で電力値Ｐ_ｍａｘであり、時間経過と共に直線状に減少して、タイミングｔ_ａ１１で電力値Ｐ_ｍｉｎとなる例を示している。また、図５の例では、発電運転を行う揚水発電部２６が２台であり、揚水運転を行う揚水発電部２６が無い状態から、合計値Ｐの減少に伴い、発電運転を行う揚水発電部２６を１台とし、揚水運転を行う揚水発電部２６を２台とする例を示している。ただし、図５の揚水発電部２６の稼働台数は一例であり、合計値Ｐが減少する場合の制御は、稼動台数に関わらず図５と同じ傾向となる。

【0038】

図５に示すように、タイミングｔ_ａ０では、２台の揚水発電部２６が、それぞれ最大出力で発電を行っている。例えば、これら２台の揚水発電部２６を、揚水発電部２６Ａ、２６Ｃとする。この場合、電力制御部６４は、タイミングｔ_ａ０において、揚水発電部２６Ａ、２６Ｃの弁３２を最大開度とすることで、導水路１６Ａ、１６Ｃを流下する水量を最大とする。これにより、揚水発電部２６Ａ、２６Ｃは、最大出力で発電を行い、揚水発電部２６Ａ、２６Ｃの発電量、すなわち出力電力Ｐ２の合計は、電力値Ｐ２_ｍａｘとなる。一方、タイミングｔ_ａ０では、揚水運転を行っている揚水発電部２６は０台であり、揚水運転による電力消費は無い。従って、タイミングｔ_ａ０での合計値Ｐである電力値Ｐ_ｍａｘは、電力値Ｐ２_ｍａｘと同じ値となっている。

【0039】

電力制御部６４は、タイミングｔ_ａ０からタイミングｔ_ａ１までにおいて、揚水運転を行っている揚水発電部２６の台数を変化させないため、入力電力Ｐ１が一定（ここではゼロ）となっている。そして、電力制御部６４は、タイミングｔ_ａ０からタイミングｔ_ａ１までにおいて、揚水発電部２６Ａ、２６Ｃの弁３２の開度を徐々に小さくして、導水路１６Ａ、１６Ｃを流下する水量を徐々に減らす。これにより、電力制御部６４は、揚水発電部２６Ａ、２６Ｃの出力電力Ｐ２を徐々に減少させ、タイミングｔ_ａ１において、出力電力Ｐ２を電力値Ｐ２_ａ１とする。また、タイミングｔ_ａ０からタイミングｔ_ａ１までにおける合計値Ｐは、出力電力Ｐ２の電力値と一致する。

【0040】

すなわち、電力制御部６４は、電力値Ｐ２_ｍａｘから電力値Ｐ２_ａ１の範囲内（所定範囲内）で合計値Ｐを変動させる場合には、揚水定格制御を行っているといえる。揚水定格制御とは、揚水運転を行っている揚水発電部２６の台数及びその弁３２の開度を一定にしつつ、発電運転している揚水発電部２６の弁の開度を変化させることで出力電力Ｐ２を変化させる制御である。すなわち、電力制御部６４は、合計値Ｐを上記の所定範囲内で変動させる場合には、揚水定格制御を実行することで出力電力Ｐ２を変化させて、合計値Ｐを制御している。

【0041】

電力制御部６４は、合計値Ｐが電力値Ｐ２_ａ１に到達したタイミングｔ_ａ１から、揚水台数制御を開始する。揚水台数制御とは、合計値Ｐを所定範囲（ここでは電力値Ｐ２_ｍａｘから電力値Ｐ２_ａ１までの範囲）外まで変動させる際に、揚水運転を行う揚水発電部２６を作動開始又は停止させることで、入力電力Ｐ１を変化させる制御である。具体的には、電力制御部６４は、タイミングｔ_ａ１において、１台の揚水発電部２６の揚水運転の準備を開始させて、揚水運転を行う揚水発電部２６を、１台とする。すなわち、電力制御部６４は、タイミングｔ_ａ１において、１台の揚水発電部２６を始動開始し，定格回転速度に達した段階で並入して、揚水運転が可能な状態とする。例えば、揚水運転の準備を開始させる揚水発電部２６を、揚水発電部２６Ｂとする。この場合、電力制御部６４は、タイミングｔ_ａ１において、揚水発電部２６Ｂのポンプ水車の回転を開始させ、タイミングｔ_ａ１からタイミングｔ_ａ２まで、徐々に揚水発電部２６Ｂのポンプ水車の回転数を上げて、定格回転数まで到達させる。揚水発電部２６Ｂは、タイミングｔ_ａ２において、揚水運転が可能な状態となる。なお、このときまで弁３２は全閉状態にある。

【0042】

電力制御部６４は、タイミングｔ_ａ１において、揚水運転を行う揚水発電部２６Ｂの弁３２の開度を開け始め、最も揚水効率の高い開度となる所定開度とし、以後の揚水運転中は、所定開度を維持する。すなわち、電力制御部６４は、揚水運転を行っている揚水発電部２６Ｂの弁３２の開度を、揚水運転中は常に所定開度に保っている。この所定開度は、本実施形態では、最も揚水効率が高くなる開度であり、揚程に応じて６０％以上９０％以下の範囲で一義的に決まる値である。ただし、所定開度は、最も揚水効率が高くなる開度であることに限られず、任意に設定してもよく、例えば揚水量が最も多くなる開度であってもよい。

【0043】

このように、電力制御部６４は、タイミングｔ_ａ１からタイミングｔ_ａ２までにおいて、揚水発電部２６Ｂを揚水準備状態に移行している。そのため、入力電力Ｐ１、すなわち揚水発電部２６Ｂの消費電力量は、直線状に若干増加する（図５では下側に動く）。そして、電力制御部６４は、揚水発電部２６Ｂが揚水可能な状態となったら、タイミングｔ_ａ２から、揚水発電部２６Ｂのポンプ水車の弁３２の開度を徐々に大きくして、タイミングｔ_ａ４において、開度を所定開度に到達させる。揚水発電部２６Ｂは、所定開度までの開度増加に伴い揚水量が増加する。従って、入力電力Ｐ１は、タイミングｔ_ａ２から曲線状に増加し、定格に到達したタイミングｔ_ａ４において、電力値Ｐ_１ａ４となる。なお、所定開度とは、予め定めた開度であり、最も揚水効率が高くなる開度であることが好ましい。ただし、所定開度は、最も高効率な開度であることに限られず、任意に設定してもよく、例えば揚水量が最も多くなる開度であってもよい。

【0044】

電力制御部６４は、タイミングｔ_ａ１からタイミングｔ_ａ４までにおいて、入力電力Ｐ１と出力電力Ｐ２との合計が合計値Ｐとなるように、出力電力Ｐ２を調整する。タイミングｔ_ａ１からタイミングｔ_ａ４までにおいては、入力電力Ｐ１が増加する。電力制御部６４は、この入力電力Ｐ１の増加に対応して、揚水発電部２６Ａ、２６Ｃの弁３２の開度を大きくすることで、出力電力Ｐ２を増加させる。電力制御部６４は、入力電力Ｐ１と出力電力Ｐ２との合計が、タイミングｔ_ａ１からタイミングｔ_ａ４までにおける合計値Ｐの減少に追従するように、出力電力Ｐ２を増加させる。なお、タイミングｔ_ａ１からタイミングｔ_ａ４までにおいては、合計値Ｐが減少しているので、電力制御部６４は、出力電力Ｐ２の増加量を、入力電力Ｐ１の増加量より少なくする。

【0045】

具体的には、電力制御部６４は、タイミングｔ_ａ１からタイミングｔ_ａ２までにおいては、入力電力Ｐ１の直線状の増加に対応させて、出力電力Ｐ２を直線的に増加させる。また、電力制御部６４は、タイミングｔ_ａ２からタイミングｔ_ａ３までにおいて、出力電力Ｐ２を曲線状に増加させる。出力電力Ｐ２は、タイミングｔ_ａ３で、電力値Ｐ２_ａ３となる。そして、電力制御部６４は、タイミングｔ_ａ３からタイミングｔ_ａ４までにおいて、出力電力Ｐ２を曲線状に減少させる。出力電力Ｐ２は、タイミングｔ_ａ４で、電力値Ｐ２_ａ４となる。電力値Ｐ２_ａ３は、電力値Ｐ２_ａ１及び電力値Ｐ２_ａ４よりも値が大きい極大値である。また、電力値Ｐ２_ａ３は、電力値Ｐ２_ａ１より値が大きい。

【0046】

このように、電力制御部６４は、合計値Ｐを境界値である電力値Ｐ２_ａ１からさらに変動（ここでは減少）させる場合には、合計値Ｐが電力値Ｐ２_ａ１に到達したタイミングから、１つの揚水発電部２６Ｂを作動開始させることで、入力電力Ｐ１を変化（ここでは増加）させる揚水台数制御を開始する。また、揚水発電部２６Ｂを作動開始させた場合、入力電力Ｐ１が急に変動することで、合計値Ｐが急に変動するおそれがある。それに対し、電力制御部６４は、揚水発電部２６Ｂを作動開始させる際に、発電運転している揚水発電部２６の弁３２の開度を大きくすることで、出力電力Ｐ２を増加させる。より詳しくは、電力制御部６４は、揚水発電部２６Ｂの揚水運転準備を始めてから定格運転に達するまでの間の少なくとも一部の期間で（ここではタイミングｔ_ａ１からタイミングｔ_ａ３）、出力電力Ｐ２を増加させる。これにより、出力電力Ｐ２の増加で入力電力Ｐ１の急な増加を吸収することができ、合計値Ｐの急な変動を抑制することができる。

【0047】

電力制御部６４は、揚水発電部２６Ｂが定格運転に達したタイミングｔ_ａ４から、再度、揚水定格制御を開始する。すなわち、電力制御部６４は、タイミングｔ_ａ４からタイミングｔ_ａ７までにおいて、揚水発電部２６Ｂの弁３２の開度を所定開度に保ちつつ、回転数も定格運転に保つ定格運転を行わせ続ける。従って、入力電力Ｐ２は、タイミングｔ_ａ４からタイミングｔ_ａ７まで、電力値Ｐ_１ａ４のままとなる。

【0048】

一方、電力制御部６４は、タイミングｔ_ａ４からタイミングｔ_ａ７までにおいて、揚水発電部２６Ａ、２６Ｃの弁３２の開度を徐々に小さくして、揚水発電部２６Ａ、２６Ｃの出力電力Ｐ２を徐々に減少させる。さらに、電力制御部６４は、タイミングｔ_ａ５からタイミングｔ_ａ６の間の期間に、発電運転する揚水発電部２６の台数を１台減らす。電力制御部６４は、タイミングｔ_ａ５で、揚水発電部２６Ａ、２６Ｃの合計の出力電力Ｐ２が電力値Ｐ２_ａ５に到達したら、一方の揚水発電部２６（例えば揚水発電部２６Ａ）の弁３２の開度は一定にしたまま、他方の揚水発電部２６（例えば揚水発電部２６Ｃ）の弁３２の開度を小さくする速度を高くする。これにより、電力制御部６４は、出力電力Ｐ２の減少度合いが、タイミングｔ_ａ５までに対して変動することを抑制する。そして、電力制御部６４は、タイミングｔ_ａ６で、揚水発電部２６Ｃの弁３２を全閉にして、揚水発電部２６Ｃの発電運転を停止させる。そして、電力制御部６４は、タイミングｔ_ａ６から、揚水発電部２６Ａの弁３２の開度を小さくする制御を再開して、タイミングｔ_ａ７で、出力電力Ｐ２を電力値Ｐ_２ａ７とする。この場合の弁３２の開度を小さくする速度も、タイミングｔ_ａ５までよりも高くする。なお、電力値Ｐ２_ａ５は、本制御における出力電力Ｐ２の最大値である電力値Ｐ２_ｍａｘと最小値である電力値Ｐ２_ｍｉｎとの中間値であることが好ましい。すなわち、電力制御部６４は、揚水発電部２６Ｂが定格運転に達した後のタイミングであって、出力電力Ｐ２が、電力値Ｐ２_ｍａｘと電力値Ｐ２_ｍｉｎとの中央値となるタイミングまでに、発電運転する揚水発電部２６の台数を切り替えることが好ましい。

【0049】

電力制御部６４は、合計値Ｐが電力値Ｐ_ａ７に到達したタイミングｔ_ａ７から、揚水台数制御を開始する。すなわち、電力値Ｐ_ａ７は、揚水定格制御を行う所定範囲の、境界値である。図５の例では、電力制御部６４は、タイミングｔ_ａ７において、１台の揚水発電部２６（ここでは揚水発電部２６Ｄ）の揚水運転の準備を開始させ、揚水運転を行う揚水発電部２６を、２台とする。揚水発電部２６Ｄの揚水運転の準備は、タイミングｔ_ａ１における揚水発電部２６Ｂの揚水準備と同じである。従って、揚水発電部２６Ｄは、タイミングｔ_ａ７からタイミングｔ_ａ８までにおいて、入力電力Ｐ１が直線状に増加し、タイミングｔ_ａ８において、揚水運転が可能な状態となる。電力制御部６４は、タイミングｔ_ａ８から、揚水発電部２６Ｄのポンプ水車の弁３２の開度を徐々に大きくして、タイミングｔ_ａ１０において、開度を所定開度に到達させる。入力電力Ｐ１は、電力値Ｐ１_ａ４から、揚水発電部２６Ｄの消費電力の増加に伴い増加して、タイミングｔ_ａ１０において、電力値Ｐ１_ａ１０に到達する。

【0050】

電力制御部６４は、タイミングｔ_ａ７からタイミングｔ_ａ１０までにおいて、タイミングｔ_ａ１からタイミングｔ_ａ５までと同様に、出力電力Ｐ２を制御する。すなわち、電力制御部６４は、タイミングｔ_ａ７からタイミングｔ_ａ８までにおいては、出力電力Ｐ２を直線的に増加させ、タイミングｔ_ａ８からタイミングｔ_ａ９までにおいては、出力電力Ｐ２を曲線状に増加させ、タイミングｔ_ａ９からタイミングｔ_ａ１０までにおいて、出力電力Ｐ２を曲線状に減少させる。出力電力Ｐ２は、タイミングｔ_ａ１０において、電力値Ｐ２_ａ１０となる。

【0051】

電力制御部６４は、揚水発電部２６Ｄが定格運転に達したタイミングｔ_ａ１０からは、再度、揚水定格制御を開始する。電力制御部６４は、タイミングｔ_ａ１０から、揚水発電部２６Ｂ、２６Ｄの弁３２の開度を一定に保ちつつ、回転数も定格運転に保つ定格運転を行わせ続け、入力電力Ｐ１を、電力値Ｐ１_ａ１０に保つ。電力制御部６４は、タイミングｔ_ａ１０から、揚水発電部２６Ａの弁３２の開度を徐々に小さくして、タイミングｔ_ａ１１において、出力電力Ｐ２を、電力値Ｐ２_ｍｉｎに到達させる。合計値Ｐは、タイミングｔ_ａ１１において、電力値Ｐ_ｍｉｎに到達し、この制御は終了する。

【0052】

このように、電力制御部６４は、タイミングｔ_ａ０からタイミングｔ_ａ１までと、タイミングｔ_ａ４からタイミングｔ_ａ７までと、タイミングｔ_ａ１０以降とにおいて、揚水定格制御を実施する。また、電力制御部６４は、タイミングｔ_ａ１からタイミングｔ_ａ４までと、タイミングｔ_ａ７からタイミングｔ_ａ１０までとにおいて、揚水台数制御を実施する。すなわち、電力制御部６４は、合計値Ｐを、所定範囲内で変動させる場合は、揚水定格制御を実施する。そして、電力制御部６４は、合計値Ｐを、所定の範囲の境界値からさらに変動させる場合は、揚水台数制御を実施する。ここでの所定の範囲とは、図５の例では、電力値Ｐ２_ｍａｘから電力値Ｐ２_ａ１までの範囲と、電力値Ｐ_ａ５から電力値Ｐ_ａ７までの範囲と、電力値Ｐ_ａ１０から電力値Ｐ_ｍｉｎまでの範囲であり、複数の範囲が設定される。ただし、この所定の範囲は、これらの範囲に限られず、適宜設定できる。

【0053】

以上が、合計値Ｐを徐々に低下させる場合の電力制御部６４の制御となる。なお、電力制御部６４は、タイミングｔ_ａ１、ｔ_ａ７において、揚水発電部２６を停止状態から、作動可能な状態としていた。ただし、電力制御部６４は、揚水発電部２６を常に揚水可能な状態に保っていてもよい。この場合、電力制御部６４は、揚水運転を予定している揚水発電部２６を、常に揚水運転可能な状態、例えば弁３２を全閉した状態で定格回転数の運転を保っている。この場合、タイミングｔ_ａ１からタイミングｔ_ａ２や、タイミングｔ_ａ７からタイミングｔ_ａ８のような、入力電力Ｐ１の直線的な変動が起こらなくなり、より円滑な制御が可能となる。

【0054】

図６は、合計値を増加させる場合の制御を説明するグラフである。図６は、合計値Ｐを時間経過に従い増加させる場合の、入力電力Ｐ１及び出力電力Ｐ２の調整の経過を示している。図６では、合計値Ｐが、タイミングｔ_ｂ０で電力値Ｐ_ｍｉｎであり、時間経過と共に直線状に増加して、タイミングｔ_ｂ９で電力値Ｐ_ｍａｘとなる例を示している。また、図６の例では、発電運転を行う揚水発電部２６が１台であり、揚水運転を行う揚水発電部２６が２台の状態から、合計値Ｐの増加に伴い、発電運転を行う揚水発電部２６を２台とし、揚水運転を行う揚水発電部２６を０台とする例を示している。ただし、図６の揚水発電部２６の稼働台数は一例であり、合計値Ｐが増加する場合の制御は、稼動台数に関わらず図６と同じ傾向となる。

【0055】

図６に示すように、タイミングｔ_ｂ０では、１台の揚水発電部２６（例えば揚水発電部２６Ａ）が、最低出力で発電を行っている。電力制御部６４は、タイミングｔ_ｂ０において、揚水発電部２６Ａの弁３２を所定の開度とすることで、導水路１６Ａを流下する水量を所定量とする。これにより、揚水発電部２６Ａは、最低出力で発電を行い、揚水発電部２６Ａの発電量、すなわち出力電力Ｐ２は、電力値Ｐ２_ｍｉｎとなる。一方、タイミングｔ_ｂ０では、２台の揚水発電部２６（例えば揚水発電部２６Ｂ、２６Ｃ）が、揚水運転を行っている。揚水発電部２６Ｂ、２６Ｃは、定格運転で揚水発電を行っており、タイミングｔ_ｂ０での入力電力Ｐ１は、電力値Ｐ１_ｂ０となる。従って、タイミングｔ_ａ０での合計値Ｐである電力値Ｐ_ｍｉｎは、電力値Ｐ２_ｍｉｎと電力値Ｐ１_ｂ０との合計となる。

【0056】

電力制御部６４は、タイミングｔ_ｂ０からタイミングｔ_ｂ１までにおいて、揚水定格制御を行っている。具体的には、電力制御部６４は、タイミングｔ_ｂ０からタイミングｔ_ｂ１までにおいて、揚水運転を行っている揚水発電部２６の台数を一定とし、かつ、揚水運転を行っている揚水発電部２６の弁３２の開度と回転数とを一定とした定格運転を行っている。従って、入力電力Ｐ１は、タイミングｔ_ｂ０からタイミングｔ_ｂ１までにおいて、一定の値となっている。なお、揚水運転を行っている揚水発電部２６の開度は、図５の説明と同様に、一定に保たれている。

【0057】

一方、電力制御部６４は、タイミングｔ_ｂ０からタイミングｔ_ｂ１までにおいて、揚水発電部２６Ａの弁３２の開度を徐々に大きくして、出力電力Ｐ２を徐々に増加させる。出力電力Ｐ２は、タイミングｔ_ｂ１において、電力値Ｐ_ｂ１となる。

【0058】

電力制御部６４は、合計値Ｐが電力値Ｐ_ｂ１に到達したタイミングｔ_ｂ１から、揚水台数制御を開始する。具体的には、電力制御部６４は、タイミングｔ_ｂ１において、揚水運転している揚水発電部２６のうち１台の作動停止の準備を行う。すなわち、電力制御部６４は、タイミングｔ_ｂ１から、揚水運転している揚水発電部２６（例えば揚水発電部２６Ｂ）のポンプ水車の弁３２の開度を所定開度から徐々に小さくして、タイミングｔ_ｂ３において、全閉まで到達させて、回転を停止させる。これにより、電力制御部６４は、揚水発電部２６Ｂを解列し、揚水発電部２６Ｂの揚水運転を終了する。入力電力Ｐ１は、タイミングｔ_ｂ１から、ポンプ水車の弁３２の開度の縮小に伴い、曲線状に減少して、タイミングｔ_ｂ３において、電力値Ｐ１_ｂ３ａに到達し、さらに電力値Ｐ１_ｂ３まで減少する。

【0059】

電力制御部６４は、タイミングｔ_ｂ１からタイミングｔ_ｂ３までにおいて、入力電力Ｐ１と出力電力Ｐ２との合計が合計値Ｐとなるように、出力電力Ｐ２を調整する。タイミングｔ_ｂ１からタイミングｔ_ｂ３までにおいては、入力電力Ｐ１が減少する（図６では上側に動く）。電力制御部６４は、この入力電力Ｐ１の減少に対応して、揚水発電部２６Ａの弁３２の開度を小さくすることで、出力電力Ｐ２を減少させる。電力制御部６４は、入力電力Ｐ１と出力電力Ｐ２との合計が、タイミングｔ_ｂ１からタイミングｔ_ｂ３までにおける合計値Ｐの増加に追従するように、出力電力Ｐ２を調整する。具体的には、電力制御部６４は、タイミングｔ_ｂ１からタイミングｔ_ｂ２までにおいて、出力電力Ｐ２を曲線状に増加させる。出力電力Ｐ２は、タイミングｔ_ｂ２で、電力値Ｐ２_ｂ２となる。そして、電力制御部６４は、タイミングｔ_ｂ２からタイミングｔ_ｂ３までにおいて、出力電力Ｐ２を曲線状に減少させる。出力電力Ｐ２は、タイミングｔ_ｂ３で、電力値Ｐ２_ｂ３となる。電力値Ｐ２_ｂ２は、電力値Ｐ２_ｂ１及び電力値Ｐ２_ｂ３よりも値が大きい極大値である。また、電力値Ｐ２_ｂ３は、電力値Ｐ２_ｂ１より値が小さい。

【0060】

このように、電力制御部６４は、合計値Ｐを境界値である電力値Ｐ_ｂ１からさらに変動（ここでは増加）させる場合には、合計値Ｐが電力値Ｐ_ｂ１に到達したタイミングから、１つの揚水発電部２６Ｂを作動停止させることで、入力電力Ｐ１を変化（ここでは減少）させる揚水台数制御を開始する。また、揚水発電部２６Ｂを作動停止させた場合、入力電力Ｐが急に変動することで、合計値Ｐが急に変動するおそれがある。それに対し、電力制御部６４は、揚水発電部２６Ｂを作動停止させる際に、発電運転している揚水発電部２６の弁３２の開度を小さくすることで、出力電力Ｐ２を減少させる。より詳しくは、電力制御部６４は、揚水発電部２６Ａの停止準備を始めてから停止するまでの間の少なくとも一部の期間（ここではタイミングｔ_ｂ２からタイミングｔ_ｂ３）で、出力電力Ｐ２を減少させる。これにより、出力電力Ｐ２の減少で入力電力Ｐ１の急な現象を吸収することができ、合計値Ｐの急な変動を抑制することができる。

【0061】

電力制御部６４は、揚水発電部２６Ｂが作動停止したタイミングｔ_ｂ３から、再度、揚水定格制御を開始する。すなわち、電力制御部６４は、タイミングｔ_ｂ３からタイミングｔ_ｂ６までにおいて、揚水運転している揚水発電部２６Ｃの弁３２の開度を所定開度に保ちつつ、回転数も定格運転に保つ定格運転を行わせ続ける。従って、入力電力Ｐ２は、タイミングｔ_ｂ３からタイミングｔ_ｂ６まで、電力値Ｐ１_ｂ３のままとなる。

【0062】

一方、電力制御部６４は、タイミングｔ_ｂ３からタイミングｔ_ｂ６までにおいて、発電運転している揚水発電部２６Ａの弁３２の開度を徐々に大きくして、揚水発電部２６Ａの出力電力Ｐ２を徐々に増加させる。さらに、電力制御部６４は、タイミングｔ_ｂ４からタイミングｔ_ｂ５の間の期間に、発電運転する揚水発電部２６の台数を１台増やす。電力制御部６４は、タイミングｔ_ｂ４で、揚水発電部２６Ａの出力電力Ｐ２が電力値Ｐ２_ｂ４に到達したら、揚水発電部２６Ａの弁３２の開度を一定に保ったまま、他の揚水発電部２６（例えば揚水発電部２６Ｄ）の弁３２を開き、揚水発電部２６Ｄの発電運転を開始する。電力制御部６４は、タイミングｔ_ｂ４からタイミングｔ_ｂ５までで、徐々に揚水発電部２６Ｄの弁３２の開度を大きくしてゆき、タイミングｔ_ｂ５から、揚水発電部２６Ａ、２６Ｄの両方の弁３２の開度を大きくする制御に移行する。なお、電力値Ｐ２_ｂ４は、電力値Ｐ２_ｍａｘと電力値Ｐ２_ｍｉｎとの中間値であることが好ましい。すなわち、電力制御部６４は、揚水発電部２６Ｂを作動停止した後のタイミングであって、出力電力Ｐ２が、電力値Ｐ２_ｍａｘと電力値Ｐ２_ｍｉｎとの中央値となるタイミングまでに、発電運転する揚水発電部２６の台数を切り替えることが好ましい。

【0063】

電力制御部６４は、合計値Ｐが電力値Ｐ_ｂ６に到達したタイミングｔ_ｂ６から、揚水台数制御を開始する。すなわち、電力値Ｐ_ｂ６は、揚水定格制御を行う所定範囲の、境界値である。図６の例では、電力制御部６４は、タイミングｔ_ｂ６において、揚水運転している揚水発電部２６（ここでは揚水発電部２６Ｃ）の作動停止の準備を始め、揚水運転している揚水発電部２６を０台とする。揚水発電部２６Ｃの作動停止の制御は、タイミングｔ_ｂ１における揚水発電部２６Ｂの揚水準備と同じである。入力電力Ｐ１は、電力値Ｐ１_ｂ３から曲線状に減少して、タイミングｔ_ｂ８において、電力値Ｐ１_ｂ８に到達し、さらに０まで減少する。

【0064】

電力制御部６４は、タイミングｔ_ｂ６からタイミングｔ_ｂ８までにおいて、タイミングｔ_ｂ１からタイミングｔ_ｂ３までと同様に、出力電力Ｐ２を制御する。すなわち、電力制御部６４は、タイミングｔ_ｂ６からタイミングｔ_ｂ７までにおいては、出力電力Ｐ２を曲線状に増加させ、タイミングｔ_ｂ７からタイミングｔ_ｂ８までにおいて、出力電力Ｐ２を曲線状に減少させる。出力電力Ｐ２は、タイミングｔ_ｂ８において、電力値Ｐ２_ｂ８となる。

【0065】

電力制御部６４は、揚水発電部２６Ｃの作動停止が完了したタイミングｔ_ｂ８からは、再度、揚水定格制御を開始する。電力制御部６４は、タイミングｔ_ｂ８から、発電運転している揚水発電部２６Ａ，２６Ｄの弁３２の開度を徐々に大きくして、タイミングｔ_ｂ９において、出力電力Ｐ２を、電力値Ｐ２_ｍａｘに到達させる。合計値Ｐは、タイミングｔ_ｂ９において、電力値Ｐ_ｍａｘに到達し、この制御は終了する。

【0066】

このように、電力制御部６４は、タイミングｔ_ｂ０からタイミングｔ_ｂ１までと、タイミングｔ_ｂ３からタイミングｔ_ｂ６までと、タイミングｔ_ｂ８以降とにおいて、揚水定格制御を実施する。また、電力制御部６４は、タイミングｔ_ｂ１からタイミングｔ_ｂ３までと、タイミングｔ_ｂ６からタイミングｔ_ｂ８までとにおいて、揚水台数制御を実施する。

【0067】

以上が、合計値Ｐを徐々に増加させる場合の電力制御部６４の制御となる。なお、電力制御部６４は、タイミングｔ_ｂ３、ｔ_ｂ８において、揚水運転している揚水発電部２６を停止させていた。ただし、電力制御部６４は、揚水発電部２６を常に揚水可能な状態に保っていてもよい。この場合、電力制御部６４は、揚水運転を停止しようとした揚水発電部２６を、定格ではないが揚水運転可能な状態、例えば弁３２を全閉した状態の運転を保たせればよい。この場合、タイミングｔ_ｂ３、ｔ_ｂ８のような、入力電力Ｐ１の直線的な変動が起こらなくなり、より円滑な制御が可能となる。

【0068】

以上説明したように、本実施形態に係る揚水発電制御システム４０は、電力を消費して水Ｗを揚げる揚水運転を行う複数の揚水部（揚水発電部２６）と、流下する水Ｗにより発電する発電運転を行う複数の発電部（揚水発電部２６）と、を有する揚水発電設備を制御するものであり、揚水部及び発電部の動作を制御することで、消費電力量（入力電力Ｐ１）と発電量（出力電力Ｐ２）との合計値Ｐを制御する電力制御部６４を有する。電力制御部６４は、合計値Ｐを予め定めた所定範囲内で変動させる際には、揚水定格制御を実行する。揚水定格制御とは、揚水部が揚水する弁３２の開度を所定開度とする定格運転で揚水運転を行わせつつ、発電部が水を流下させる弁３２の開度を変化させて発電運転を行わせることで、発電量を変化させる制御である。また、電力制御部６４は、合計値Ｐを所定範囲外まで変動させる際には、揚水台数制御を実行する。揚水台数制御は、合計値Ｐが所定範囲の境界値まで到達したら、１つの揚水部を作動開始又は停止させることで、消費電力量を変化させる制御である。

【0069】

ここで、揚水発電において、合計値Ｐ、すなわち供給電力又は消費電力を調整するためには、発電運転による出力電力Ｐ２と、揚水運転による入力電力Ｐ１とを調整する。揚水発電部２６の揚水時の電力効率、すなわち単位揚水量当たりの消費電力量は、弁３２の開度に依存する。従って、弁３２の開度を変化させて入力電力Ｐ１を調整すると、揚水時の電力効率の低下を招くおそれがある。それに対し、本実施形態に係る揚水発電制御システム４０は、合計値Ｐを所定範囲内で制御する場合には、揚水定格制御を実行することで、揚水運転する揚水発電部２６の弁３２の開度を所定開度に保ったまま、発電運転する揚水発電部２６の出力制御を行う。従って、合計値Ｐを所定範囲内で制御する際に、揚水発電部２６を高効率で運転させることができる。また、合計値Ｐが所定範囲内を超えたために入力電力Ｐ１を調整する必要が生じた際には、揚水台数制御を実行して、揚水運転する揚水発電部２６を作動開始又は停止させる。このように台数制御を行うことで、揚水運転する揚水発電部２６の弁３２の開度変化を抑制して、揚水時の電力効率の低下を抑制している。このように、本実施形態に係る揚水発電制御システム４０は、揚水定格制御及び揚水台数制御を実行することで、揚水時の電力効率の低下を抑制しつつ、供給電力を柔軟に調整可能となる。また、発電運転においては、弁３２の開度が発電効率に与える影響は、揚水運転の場合よりも少ない。従って、本実施形態においては、揚水定格制御における発電効率の低下も抑制することができる。

【0070】

また、電力制御部６４は、揚水台数制御において、一部の揚水部に定格運転を行わせつつ、他の揚水部を作動開始又は停止させる。この電力制御部６４は、揚水台数制御において、１つの揚水部を定格に保ったまま、他の揚水部を作動開始又は停止させているため、定格に保った揚水部の電力効率の低下を抑制している。従って、揚水発電制御システム４０は、揚水時の電力効率の低下を好適に抑制できる。

【0071】

また、電力制御部６４は、合計値Ｐを低下させる際に、揚水定格制御において、発電部が水を流下させる弁３２の開度を小さくすることで発電量を低下させて、合計値Ｐを所定範囲の下限値まで低下させる。電力制御部６４は、合計値Ｐが下限値に到達したら、揚水台数制御において、１つの揚水部を作動開始させることで消費電力量を上昇させて、合計値Ｐをさらに低下させる。この揚水発電制御システム４０は、合計値Ｐが所定の下限値に到達したら揚水部を作動開始させることで、供給電力を柔軟に調整可能となる。

【0072】

また、電力制御部６４は、合計値Ｐを低下させる際の揚水台数制御において、揚水部を作動開始させる際に、発電部が水を流下させる弁３２の開度を大きくすることで、発電量を上昇させる。揚水台数制御を行った場合、弁３２の開度の変化を抑えているため、揚水運転による消費電力が急変するおそれがある。それに対し、電力制御部６４は、揚水部を作動開始させる際に発電量を上昇させるため、消費電力の急変を抑制する。従って、この揚水発電制御システム４０は、揚水時の電力効率の低下を抑制しつつ、供給電力を柔軟に調整することができる。

【0073】

また、電力制御部６４は、合計値Ｐを上昇させる際に、揚水定格制御において、発電部が水を流下させる弁３２の開度を大きくすることで発電量を上昇させて、合計値Ｐを所定範囲の上限値まで上昇させる。電力制御部６４は、合計値Ｐが上限値に到達したら、揚水台数制御において、揚水部を停止させることで消費電力量を上昇させて、合計値Ｐをさらに上昇させる。この揚水発電制御システム４０は、合計値Ｐが所定の上限値に到達したら揚水部を作動開始させることで、供給電力を柔軟に調整可能となる。

【0074】

また、電力制御部６４は、揚水台数制御において、揚水部を停止させる際に、発電部が水を流下させる弁３２の開度を小さくすることで発電量を低下させる。この揚水発電制御システム４０は、発電量を低下させることで消費電力の急変を吸収することができるため、揚水時の電力効率の低下を抑制しつつ、供給電力を柔軟に調整することができる。

【0075】

なお、上記の説明では、合計値Ｐを変化させる場合の制御について説明したが、電力制御部６４は、他の制御も可能である。図７から図１０は、本実施形態の他の制御例について説明する図である。図７から図１０においても、電力制御部６４は、揚水運転する揚水発電部２６の弁３２の開度を一定に保って、効率の低下を抑制することが可能である。

【0076】

図７は、ダム水位を一定とする制御の例について説明している。図７に示すように、例えば、電力制御部６４は、揚水発電部２６Ａの揚水量と揚水発電部２６Ｂでの流下水量とを同じとすることにより、上ダム１０と下ダム１２との水位を一定に保っている。この場合、揚水発電部２６Ａの入力電力Ｐ１Ａと揚水発電部２６Ｂの出力電力Ｐ２Ｂとは、一定の値となる。また、水量が同じ場合、入力電力Ｐ１Ａの電力量の方が、出力電力Ｐ２Ｂの電力量より高くなる。従って、この運転を行う場合、入力電力Ｐ１Ａと出力電力Ｐ２Ｂとの差分の電力が、電力ＰＴとして、系統Ｔより供給されることとなる。従って、この運転を続けると、電力ＰＴの値を一定とし続けることができ、常に一定の電力負荷を持った設備とすることができる。また、この場合は、水位が変化しないため、電力ＰＴの供給によりこの運転を永続的に続けることができる。

【0077】

図８は、合計値Ｐをゼロとする制御の例について説明している。この場合、例えば、電力制御部６４は、揚水発電部２６Ａに揚水運転させ、揚水発電部２６Ｂ、２６Ｃに発電運転させる。そして、電力制御部６４は、揚水発電部２６Ｂの出力電力Ｐ２Ｂと揚水発電部２６Ｃの出力電力Ｐ２Ｃとの合計が、揚水発電部２６Ａの入力電力Ｐ１Ａの値と一致するように、揚水発電部２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃを制御する。これにより、出力電力と入力電力とが均衡して合計値Ｐをゼロとなる。このように、電力制御部６４は、電力負荷がゼロとなる運転も可能である。

【0078】

図９は、上ダム１０の水位を上げる制御の例について説明している。この場合、例えば、電力制御部６４は、揚水発電部２６Ａ、２６Ｃに揚水運転させ、揚水発電部２６Ｂに発電運転させる。そして、電力制御部６４は、揚水発電部２６Ａ、２６Ｃによる揚水量の合計が、揚水発電部２６Ｂでの流下水量より大きくなるように制御する。従って、上ダム１０の水位が徐々に上昇する。この場合、揚水発電部２６Ａの入力電力Ｐ１Ａと揚水発電部２６Ｃの入力電力Ｐ１Ｃとの合計が、揚水発電部２６Ｂの出力電力Ｐ２Ｂより大きくなる。従って、揚水発電部２６Ａ、２６Ｃは、系統Ｔから供給された、その差分に相当する電力ＰＴを用いて揚水する。このように、電力制御部６４は、上ダム１０の水位を上げる際にも安定した制御が可能となる。

【0079】

図１０は、下ダム１２の水位を上げる制御について説明している。この場合、例えば、電力制御部６４は、揚水発電部２６Ａ、２６Ｃに揚水運転させ、揚水発電部２６Ｂ、２６Ｄに発電運転させる。そして、電力制御部６４は、揚水発電部２６Ａ、２６Ｃによる揚水量の合計が、揚水発電部２６Ｂ、２６Ｄでの流下水量の合計より少なくなるように制御する。従って、下ダム１２の水位が徐々に上昇する。この場合、揚水発電部２６Ａの入力電力Ｐ１Ａと揚水発電部２６Ｃの入力電力Ｐ１Ｃとの合計が、揚水発電部２６Ｂの出力電力Ｐ２Ｂと揚水発電部２６Ｄの出力電力Ｐ２Ｄとの合計より大きくなる。従って、揚水発電部２６Ａ、２６Ｃは、系統Ｔから供給された、その差分に相当する電力ＰＴを用いて揚水する。このように、電力制御部６４は、下ダム１２の水位を上げる際にも安定した制御が可能となる。

【0080】

以上、本発明の実施形態について説明したが、これら実施形態の内容によりこの発明が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

【符号の説明】

【0081】

１ 揚水発電システム（揚水発電設備）
１０ 上ダム
１２ 下ダム
１３ 発電システム
２６ 揚水発電部（揚水部、発電部）
３２ 弁（ガイドベーン等）
４０ 揚水発電制御システム
４２ 制御装置
６４ 電力制御部
Ｐ 合計値
Ｐ１ 入力電力
Ｐ２ 出力電力

【要約】

揚水時の電力効率の低下を抑制しつつ、供給電力を柔軟に調整する。揚水発電制御システムは、揚水運転を行う複数の揚水部と、発電運転を行う発電部と、を有する揚水発電設備を制御し、揚水部及び発電部の動作を制御することで、揚水運転での消費電力量と発電運転での発電量との合計値Ｐを制御する電力制御部を有する。電力制御部は、合計値Ｐを予め定めた所定範囲内で変動させる際には、揚水部が揚水する弁の開度を所定開度とする定格運転で揚水運転を行わせつつ、発電部が水を流下させる弁の開度を変化させて発電運転を行わせることで、発電量を変化させる揚水定格制御を実行する。電力制御部は、合計値Ｐを所定範囲外まで変動させる際には、揚水部を作動開始又は停止させることで、消費電力量を変化させる揚水台数制御を実行する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】