制御システムおよび水力発電所
【課題】 取水する水の濁度が高い場合であっても、逆洗の効果を十分に得られる制御システムおよび水力発電所を提供する。
【解決手段】 流れ込み式の水力発電所に設置され、導水路内で発電機よりも上流に取水位置を有する逆洗可能なストレーナの逆洗を制御する制御システムであって、ストレーナの取水位置の上流に設置される、水の濁度を検知する検知器と、検知器により検知される水の濁度に応じて、ストレーナの逆洗頻度を設定する制御部とを備える。
【解決手段】 流れ込み式の水力発電所に設置され、導水路内で発電機よりも上流に取水位置を有する逆洗可能なストレーナの逆洗を制御する制御システムであって、ストレーナの取水位置の上流に設置される、水の濁度を検知する検知器と、検知器により検知される水の濁度に応じて、ストレーナの逆洗頻度を設定する制御部とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御システムおよび水力発電所に関し、より詳しくは、流れ込み式の水力発電所に設置され、導水路内で発電機よりも上流に取水位置を有する逆洗可能なストレーナの逆洗を制御する制御システムおよび水力発電所に関する。
【背景技術】
【０００２】
流れ込み式の水力発電所は、河川の水を利用することで発電をしている。河川の水は、水力発電所の上流に設けられる取水ダム堤堰に貯水される。貯水される水の一部は、導水路を通じて発電機に導かれる。導水路に導かれた水は、発電機の水車を回転させて、発電機に発電させる。
【０００３】
ストレーナは、発電機に提供される冷却水を精製するべく、導水路内で発電機の設置された位置の上流から取水される水を濾過するために設けられる。濾過された水は、冷却水として給水管を通して発電機に提供される。たとえば、発電機が水中軸受の潤滑システムを採用している場合、ストレーナで濾過された水は、発電機の水中軸受を冷却している。
【０００４】
ストレーナによる水の濾過は、取水した水をフィルタに通すことで実現されている。水の濾過に応じてフィルタに付着するゴミや土砂などの異物は、フィルタを逆洗することで除去される。フィルタの逆洗は、間歇タイマ等を利用して、予め設定されたタイミングで実行される（たとえば、特許文献１）。
【０００５】
河川上流域への豪雨などにより、貯水の濁度が高くなる場合、すなわち、貯水への土砂の混入が多い場合には、ストレーナへの土砂の混入を防止する処置がとられている。たとえば、流れ込み式水力発電所の取水口への土砂の流入頻度および流入土砂の粒子重量を検出して、取水ダム堤堰、沈砂池、および水槽部の排砂ゲートを開放している（たとえば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２３０２９８号公報
【特許文献２】特開平１０−６８１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、貯水の濁度がより高い場合に、特許文献１に記載のストレーナでは、逆洗によるフィルタからの異物の除去が間に合わない場合がある。フィルタからの異物の除去が間に合わない場合、フィルタについた異物を除去する逆洗の効果が低下してしまう。
【０００８】
本発明は、斯かる事情に鑑み、取水する水の濁度が高い場合であっても、逆洗の効果を十分に得られる制御システムおよび水力発電所を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る制御システムは、流れ込み式の水力発電所に設置され、導水路内で発電機よりも上流に取水位置を有する逆洗可能なストレーナの逆洗を制御する制御システムであって、ストレーナの取水位置の上流に設置される、水の濁度を検知する検知器と、検知器により検知される水の濁度に応じて、ストレーナの逆洗頻度を設定する制御部とを備える。
【００１０】
斯かる構成によれば、制御部は、検知された水の濁度に応じて、ストレーナの逆洗頻度を設定できるので、水の濁度が高い場合に、逆洗の効果を十分に得られる。
【００１１】
また、請求項２に係る制御システムは、制御部は、検知器よりも上流の降水量を降水量情報として受信する降水量情報受信部を有し、降水量情報および検知器により検知された水の濁度に応じて、ストレーナの逆洗頻度を設定する。
【００１２】
斯かる構成によれば、制御部は、降水量情報および検知器により検知された水の濁度に応じてストレーナの逆洗頻度を設定するので、降雨により予測される水の濁度を検知器で確認しつつ、ストレーナの逆洗頻度を適切に変更できる。
【００１３】
また、請求項３に係る制御システムは、検知器はストレーナの取水位置の上流に一定間隔を置いて複数設けられ、複数の検知器のそれぞれにおいて検知された水の濁度に応じて、ストレーナの逆洗頻度を制御する。
【００１４】
斯かる構成によれば、制御部は、複数の検知のそれぞれにおいて検知された水の濁度に応じてストレーナの逆洗頻度を制御するので、水の濁度の程度をそれぞれの検知器において適切に把握でき、ストレーナへの濁水の到着をより適切に予想できる。
【００１５】
また、上記制御システムは、発電機およびストレーナを備える水力発電所に備えられる。
【発明の効果】
【００１６】
以上の如く、本発明に係る制御システムおよび水力発電所によれば、取水する水の濁度が高い場合であっても、逆洗の効果を十分に得られるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る水力発電所の全体図を示す。
【図２】ストレーナの上方断面図を示し、図２（ａ）は、ストレーナの通常運転時の上方断面図、図２（ｂ）から図２（ｄ）は、ストレーナの逆洗運転時の上方断面図を示す。
【図３】同実施形態に係る制御部のブロック図を示す。
【図４】同実施形態に係る同実施形態に係る検知データ蓄積部に蓄積される濁度情報のデータ構造を示す。
【図５】同実施形態に係る蓄積データ判定部の判定結果と間歇タイマの時限切替との関係を示す。
【図６】本発明の第２実施形態に係る取水ダム堤堰上流における降水の影響範囲のイメージ図を示す。
【図７】同実施形態に係る制御部のブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る制御システムおよび水力発電所における第１の実施形態について、図１から図５を参酌して説明する。
【００１９】
図１は、本発明の第１実施形態に係る水力発電所１００の全体図を示す。図２は、ストレーナ１４０の上方断面図を示し、図２（ａ）は、ストレーナ１４０の通常運転時の上方断面図、図２（ｂ）から図２（ｄ）は、ストレーナ１４０の逆洗運転時の上方断面図を示す。本実施形態の水力発電所１００として、流れ込み式の水力発電所を示す。水力発電所１００は、発電機１１０と、発電機１１０に水を供給する水経路１２０と、発電機１１０に冷却水を送るべく水経路１２０から取水する水を濾過するストレーナ１４０と、ストレーナ１４０を制御する制御システム１５０とを備える。
【００２０】
水経路１２０は、河川上流１２２および河川下流１２４の間に設けられる取水ダム堤堰１２６と、導水路１２８と、水槽１３０と、放水路１３２とを有する。取水ダム堤堰１２６は、河川の流れを堰き止めて、発電機１１０に供給する水を貯水する。導水路１２８は、貯水された水を発電機１１０まで導くべく、取水ダム堤堰１２６から水を取り込む。導水路１２８の途中、発電機１１０の上流には水槽１３０が設けられる。水槽１３０は、大きな落差（数１０ｍ程度）を利用して、発電用の水を発電機１１０に供給する。発電に利用された水は、放水路１３２を利用して、河川下流１２４に戻される。
【００２１】
ストレーナ１４０は、取水された水を濾過して、発電機１１０の冷却水を提供する。ストレーナ１４０は、逆洗運転の間でも、発電機１１０に冷却水を供給できる構造を有している。ストレーナ１４０は、逆洗運転をすることで、取水された水の濾過で蓄積されるストレーナ１４０内部の異物を除去する。
【００２２】
具体的な構成として、図２に示すように、ストレーナ１４０は、取水位置である取水口１４２と、発電機１１０に冷却水を提供する給水口１４４と、ストレーナ本体２００と、排水出口２０５と、円筒形状を有するこし筒２１０と、回転軸２１５と、通水部２２０と、遮蔽部２５５と、図示しないモータとを有する。
【００２３】
取水口１４２は、導水路１２８内で発電機１１０よりも上流に設けられ、導水路１２８内に流れる水を取水する。給水口１４４は、発電機１１０に精製された冷却水を随時供給する。ストレーナ本体２００は、取水口１４２および給水口１４４に接続される。
【００２４】
排水出口２０５は、排水の出水を制御する電磁弁２６０を含む。排水出口２０５は、ストレーナ本体２００の底部であり、こし筒２１０の円筒形状内側に位置する部分に接続されている。電磁弁２６０は、制御部１５６に接続されており、制御部１５６の逆洗の制御に応じて開閉する。
【００２５】
こし筒２１０は、円筒形状を有するストレーナ本体２００内部に収納するように設けられる。こし筒２１０は、ストレーナ本体２００の内壁と隙間を空けて設けられる。また、こし筒２１０は、排水出口２０５のストレーナ本体２００への開口部分を覆う位置に設けられる。こし筒２１０の円筒部分は、円筒内部に供給される水を濾過して、円筒外部に供給するフィルタ状になっている。
【００２６】
こし筒２１０は、第１濾過部２２５、第２濾過部２３０、第３濾過部２３５、第４濾過部２４０、第５濾過部２４５、および第６濾過部２５０を含む。第１濾過部２２５から第６濾過部２５０は、こし筒２１０の円筒形状の内部を垂直方向に仕切ることで設けられる。たとえば、第１濾過部２２５から第６濾過部２５０は、こし筒２１０の円筒形状の内部を垂直に６等分するようにして設けられる。第１濾過部２２５から第６濾過部２５０のそれぞれは、排水出口２０５のストレーナ本体２００への開口部分よりも広い上方断面を有する。
【００２７】
こし筒２１０は、取水口１４２のストレーナ本体２００への接続位置の鉛直下方側に設けられる。取水口１４２から供給される水は、こし筒２１０の鉛直上方から、こし筒２１０の内側に供給される。給水口１４４は、こし筒２１０の設置される位置の側方であり、ストレーナ本体２００の任意の位置に接続される。
【００２８】
回転軸２１５は、モータおよびこし筒２１０に接続されている。回転軸２１５は、こし筒２１０の上方中心に接続され、回転軸２１５を中心としてこし筒２１０を回動可能に支持している。モータは、回転軸２１５の鉛直上方側に接続されており、回転軸２１５を介して、その回転力をこし筒２１０に伝達する。また、モータは、制御部１５６に接続されており、制御部１５６からの逆洗の制御に応じて回転する。
【００２９】
通水部２２０は、こし筒２１０とストレーナ本体２００の内壁との隙間に設けられる。通水部２２０は、こし筒２１０で濾過される水を給水口１４４へ導く。なお、通水部２２０と取水口１４２との間には、取水口１４２からの水が通水部２２０へと浸入しないように防浸部（図示しない）が設けられる。
【００３０】
遮蔽部２５５は、第１濾過部２２５から第６濾過部２５０のうちの一つの上方を覆うことが可能なように設けられる。遮蔽部２５５は、第１濾過部２２５から第６濾過部２５０のうち、その上方を完全に覆っている一つに、取水口１４２からの水が供給されないように構成される。たとえば、遮蔽部２５５に第６濾過部２５０の上方が完全に覆われる場合、遮蔽部２５５は、取水口１４２から供給される水の第６濾過部２５０への流入を遮蔽する。
【００３１】
ストレーナ１４０の構成は以上の通りであり、次にストレーナ１４０の逆洗方法を示す。ストレーナ１４０は、逆洗をせずに発電機１１０に冷却水を提供する通常運転状態と、逆洗をしながら発電機１１０に冷却水を提供する逆洗運転状態との２つの運転状態を有する。ストレーナ１４０の通常運転状態において、モータは回転駆動されず、こし筒２１０も回転しない。また、排水出口２０５の電磁弁２６０が閉じているので、取水口１４２から供給される水は、全て冷却水として発電機１１０に供給される。
【００３２】
図２（ａ）は、通常運転状態にあるストレーナ１４０を示す。図２（ａ）に示すように、取水口１４２から取り入れられる水は、こし筒２１０の第１濾過部２２５から第５濾過部２４５に供給される。なお、第６濾過部２５０の鉛直上方には遮蔽部２５５が存在するので、取水口１４２から取り入れられる水は、第６濾過部２５０の鉛直上方から第６濾過部２５０へ供給されない。こし筒２１０は、取水口１４２から供給された水を通水部２２０へフィルタを通すことで濾過する。通水部２２０に通された水は、こし筒２１０の側方に設けられる給水口１４４を通じて発電機１１０に供給される。
【００３３】
図２（ｂ）は、逆洗運転状態になった直後のストレーナ１４０を示す。制御部１５６からストレーナ１４０を逆洗運転する制御があると、図２（ｂ）のように、モータは回転を開始して、回転軸２１５およびこし筒２１０を回転させる。たとえば、モータは、回転軸２１５およびこし筒２１０を時計方向に回転させる。また、電磁弁２６０が開状態になり、排水出口２０５は、ストレーナ本体２００内の水を排出する。
【００３４】
第１濾過部２２５から第５濾過部２４５に供給され、通水部２２０に通されている水は、通水部２２０から給水口１４４に供給されると共に、第６濾過部２５０にも供給される。第１濾過部２２５から第５濾過部２４５で濾過される水が通水部２２０側から第６濾過部２５０側へと供給されるので、第６濾過部２５０の通水部２２０側の内壁に付着している異物は、通水部２２０からの水流で流されて、排水出口２０５を通って排出される。
【００３５】
図２（ｃ）は、逆洗運転状態であり、逆洗運転過程にあるストレーナ１４０を示す。また、図２（ｄ）は、逆洗運転状態であり、こし筒２１０の回転が終了した直後のストレーナ１４０を示す。図２（ｃ）および図２（ｄ）のように、こし筒２１０の回動が進み、第６濾過部２５０に隣接する第１濾過部２２５の範囲に排水出口２０５の開口が覆われると、取水口１４２から供給される水は、第１濾過部２２５へと供給されなくなる。したがって、第１濾過部２２５へ供給される水は、通水部２２０側から第１濾過部２２５側に流入する水だけとなる。第１濾過部２２５へ供給される水は、第１濾過部２２５の通水部２２０側内壁に付着している異物を押し流して、排水出口２０５へと排出する。第２濾過部２３０から第６濾過部２５０が濾過する水は、給水口１４４および第１濾過部２２５に供給されるので、給水口１４４への給水を止めずに、第１濾過部２２５の逆洗ができる。第１濾過部２２５の逆洗が終了すると、電磁弁２６０が閉じて、ストレーナ１４０は再度通常運転状態になる。そして、次に制御部１５６から逆洗運転の制御があると、ストレーナ１４０は、再度電磁弁２６０を開くと共にこし筒２１０を回転させて、第２濾過部２３０の逆洗をする。
【００３６】
制御システム１５０は、水経路１２０における水の濁度を検知して、ストレーナ１４０の逆洗頻度を制御するべく設けられる。制御システム１５０は、導水路１２８内の任意の場所に設けられる第１検知器１５２および第２検知器１５４と、制御部１５６と、制御所１５８とを有する。第１検知器１５２および第２検知器１５４は、共に導水路１２８内でストレーナ１４０よりも上流に設置されている。本実施形態において、第１検知器１５２は、導水路１２８内で、取水ダム堤堰１２６と水槽１３０との間に設けられ、第２検知器１５４は、水槽１３０内に設けられる。
【００３７】
制御部１５６は、有線または無線で第１検知器１５２、第２検知器１５４、およびストレーナ１４０と通信可能な位置に設けられるコンピュータ端末であってよい。制御所１５８は、制御部１５６に通信可能な位置に設けられ、作業者からの入力を受け付ける入力部（図示しない）を有する。
【００３８】
第１検知器１５２および第２検知器１５４は、それぞれの設置されている位置の水の濁度を検知して、濁度情報として制御部１５６に送信するべく設けられる。また、制御所１５８は、作業者から入力部に直接入力される濁度情報を、制御部１５６に送信するべく設けられる。制御部１５６は、第１検知器１５２、第２検知器１５４、または制御所１５８から送信された濁度情報に応じて、ストレーナ１４０の逆洗を制御するべく設けられる。
【００３９】
図３は、同実施形態に係る制御部１５６のブロック図を示す。制御部１５６は、検知データ蓄積部３１０と、時刻補正部３２０と、蓄積データ判定部３３０と、ストレーナ運転制御部３４０と、間歇タイマ３５０とを含む。
【００４０】
検知データ蓄積部３１０は、第１検知器１５２および第２検知器１５４のそれぞれから送信される水の濁度情報を蓄積するべく設けられる。図４は、同実施形態に係る検知データ蓄積部３１０に蓄積される濁度情報のデータ構造を示す。検知データ蓄積部３１０は、第１検知器１５２および第２検知器１５４のそれぞれから受信した時刻ごとに、濁度情報を蓄積している。ここで、第１検知器１５２および第２検知器１５４のそれぞれが設置されている位置Ａおよび位置Ｂのそれぞれは、第１検知器１５２および第２検知器１５４を識別する識別情報として蓄積されている。また、第１検知器１５２および第２検知器１５４のそれぞれは、予め設定された時間として、５分ごとに設置されている位置の濁度を検知して制御部１５６に送信している。
【００４１】
なお、濁度は１０段階で示されており、数値が高いほど濁度が高いことを示している。たとえば、濁度７から１０を濁度高、３から６を濁度中、０から２を濁度低であることを示している。
【００４２】
時刻補正部３２０は、蓄積された濁度情報に含まれる、第１検知部１５２および第２検知部１５４で濁度の検知された時刻を補正するべく設けられる。たとえば、時刻補正部３２０は、第１検知部１５２および第２検知部１５４の設置されている設置位置に応じて、濁度情報に含まれる時刻を取水口１４２に濁水が到達する時刻に補正するべく設けられる。
【００４３】
蓄積データ判定部３３０は、時刻の補正された濁度情報から、ストレーナ１４０の逆洗運転の頻度を判定するべく設けられる。また、蓄積データ判定部３３０は、制御所１５８から送信される濁度情報に基づいて、取水口１４２における水の濁度を判定するべく設けられる。
【００４４】
ストレーナ運転制御部３４０は、判定された水の濁度に基づいて、ストレーナ１４０を逆洗運転させるタイミングを決定するためのものである。また、ストレーナ運転制御部３４０は、決定したタイミングに基づいて、間歇タイマ３５０の設定を変更する。
【００４５】
間歇タイマ３５０は、変更された設定でストレーナ１４０を逆洗運転させるべく、ストレーナ１４０のモータおよび電磁弁２６０に接続されている。
【００４６】
図５は、同実施形態に係る蓄積データ判定部３３０の判定結果とストレーナ運転制御部３４０による時限切替の決定との関係を示す。なお、判定結果における濁度の高さを、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３で示す。たとえば、濁度が１０段階で表される場合に、濁度の高さが７から１０の場合をＤ１で示し、濁度の高さが３から６の場合をＤ２で示し、濁度の高さが０から２の場合をＤ３で示す。蓄積データ判定部３３０が水の濁度をＤ１と判断する場合、ストレーナ運転制御部３４０は、間歇タイマ３５０を整定値から連続時限運転へと切替える。蓄積データ判定部３３０が水の濁度をＤ２と判断する場合、ストレーナ運転制御部３４０は、間歇タイマ３５０を整定値から短縮時限運転へ切替える。蓄積データ判定部３３０が水の濁度をＤ３と判断する場合、ストレーナ運転制御部３４０は、間歇タイマ３５０を整定値の時限運転へ切替える。間歇タイマ３５０は、切替えられて設定される値に応じた間隔で、ストレーナ１４０に逆洗運転させる。
【００４７】
ここで、整定値とは、取水口１４２における水の濁度が低いと判断される場合に、間歇タイマ３５０に通常設定されている値を示す。たとえば、整定値とは、間歇タイマ３５０が一日一回起動する値であって良い。また、連続時限運転とは、取水口１４２における水の濁度が高いと判断される場合に、間歇タイマ３５０に設定される値を示す。たとえば、連続時限運転とは、間歇タイマ３５０が３０分おきに起動する値であって良い。そして、短縮時限運転とは、取水口１４２における水の濁度が中程度と判断される場合に、間歇タイマ３５０に設定される値を示す。たとえば、短縮時限運転とは、間歇タイマ３５０が半日ごとに起動する値であって良い。
【００４８】
なお、蓄積データ判定部３３０が水の濁度をＤ１と判断する場合であって、間歇タイマ３５０に設定されている値が短縮時限運転である場合には、ストレーナ運転制御部３４０は、短縮時限運転から連続時限運転へ切替える動作をしても良い。また、蓄積データ判定部３３０が水の濁度をＤ２と判断する場合であって、間歇タイマ３５０に設定されている値が連続時限運転である場合には、ストレーナ運転制御部３４０は、連続時限運転から短縮時限運転へ切替える動作をしても良い。
【００４９】
本実施形態に係る制御システムおよび水力発電所の構成については以上の通りであり、次に、本実施形態に係る制御システムおよび水力発電所の動作について説明する。
【００５０】
第１検知器１５２および第２検知器１５４のそれぞれは、予め設定されている時間ごとに、設置されている位置における水の濁度を検知する。より詳しくは、第１検知器１５２および第２検知器１５４のそれぞれは、水の濁度の変化を検知するのに適当な時間ごとに水の濁度を検知する。
【００５１】
第１検知器１５２および第２検知器１５４は、取得した濁度情報を、制御部１５６に対して送信する。第１検知器１５２および第２検知器１５４のそれぞれは、濁度情報として、第１検知器１５２および第２検知器１５４のそれぞれを識別する識別情報、水の濁度を検知した検知時間、および検知された水の濁度を濁度情報として制御部１５６に送信する。制御部１５６の検知データ蓄積部３１０は、第１検知器１５２および第２検知器１５４のそれぞれから送信される濁度情報を、受信した時間ごとに蓄積する。なお、簡便のため、導水路１２８内で、取水ダム堤堰１２６と水槽１３０との間に設けられる第１検知部１５２の位置をＡとして説明する。また、水槽１３０内に設けられる第２検知部１５４の位置をＢとして説明する。
【００５２】
時刻補正部３２０は、第１検知器１５２および第２検知器１５４から送信された濁度情報について、第１検知器１５２および第２検知器１５４のそれぞれから取水口１４２への距離に基づいて、蓄積された濁度情報の時刻を補正する。より詳しくは、時刻補正部３２０は、第１検知器１５２および第２検知器１５４のそれぞれから取水口１４２への距離および導水路１２８を流れる水の速度とから、蓄積された濁度情報の時刻を、取水口１４２から濁水が取水されるであろう、取水口１４２への濁水の到達時刻に補正する。
【００５３】
なお、本実施形態において、第１検知器１５２および第２検知器１５４の二つの検知器を有する例を示すが、検知器は、一つまたは取水口１４２の取水位置の上流に一定間隔を置いて複数設けられていても良い。検知器が取水口１４２の取水位置の上流に一定間隔を置いて複数設けられている場合、時刻補正部３２０は、複数の検知器のそれぞれの濁度情報から、取水口１４２への濁水の到達時刻を設定してもよい。たとえば、制御システム１５０がさらに位置Ａおよび位置Ｂの中間で、位置Ａおよび位置Ｂからの距離の等しい位置Ｃに検知器をさらに有する場合、時刻補正部３２０は、濁水が位置Ａ、位置Ｃ、および位置Ｂに設置されている検知器それぞれを通過した時刻と、位置Ａ、位置Ｃ、および位置Ｂのそれぞれの距離とから、濁水の流速を計算して、取水口１４２への濁水の到達時刻を設定しても良い。
【００５４】
蓄積データ判定部３３０は、時刻の補正された濁度情報から、取水口１４２から取水される水の濁度を判定する。たとえば、蓄積データ判定部３３０は、所定の時間ごと（たとえば、３０分ごと）に蓄積された濁度情報に含まれる濁度の平均値を算出して、取水口１４２から取水される水の濁度を判定しても良い。また、蓄積データ判定部３３０は、制御所１５８から濁度情報を受信することで水の濁度を判定する。具体的には、作業員から濁度情報が制御所１５８の入力部（図示しない）に入力され、制御所１５８から濁度情報が送信されると、蓄積データ判定部３３０は、送信された濁度情報から水の濁度を判定する。たとえば、蓄積データ判定部３３０は、制御所１５８から水の濁度が高いことを示す濁度情報を受信して、取水口１４２から取水される水の濁度を高であると判定する。
【００５５】
ストレーナ運転制御部３４０は、蓄積データ判定部３３０の判定結果に応じて、ストレーナ１４０の逆洗頻度を決定する。すなわち、ストレーナ運転制御部３４０は、蓄積データ判定部３３０の判定結果に応じて、補正された時間において間歇タイマ３５０の時限切替をすることを決定する。たとえば、蓄積データ判定部３３０の判定結果が濁度高である場合、ストレーナ運転制御部３４０は、補正された時刻になると間歇タイマ３５０の連続時限運転への切替えをすることを決定して、間歇タイマ３５０を連続時限運転に切替える。間歇タイマ３５０は、切替えられた連続時限運転で設定されている時刻ごとに、ストレーナ１４０に逆洗をさせるべく、ストレーナ１４０のモータ（図示しない）および電磁弁２６０に指令を送る。
【００５６】
以上より、本実施形態に係る制御システム１５０および水力発電所１００は、第１検知器１５２および第２検知器１５４において検知される水の濁度から、取水口１４２における水の濁度を想定できるので、ストレーナ１４０がトリップすることを防止することができる。ストレーナ１４０がトリップすることを防止できるので、発電機１１０は、効率的に発電することができる。また、取水口１４２における水の濁度を予想してストレーナ１４０の逆洗頻度を変更することができるので、制御システム１５０および水力発電所１００は、適切な時限でストレーナ１４０の逆洗運転を制御でき、十分な逆洗効果を得ることができる。ストレーナ１４０の逆洗運転が適切な時限で制御されるので、ストレーナ１４０は、発電機１１０に適切な量の冷却水を提供でき、発電機１１０は効率的な発電をすることができる。
【００５７】
さらには、検知器が、取水口１４２の取水位置の上流に一定間隔を置いて複数設けられることで、より多くの濁度情報を適切な時間に得ることができるので、取水口１４２への濁水の到着をより適切に予想することができる。したがって、ストレーナ１４０の逆洗頻度を適切に変更できるので、発電機１１０に適切な量の冷却水を提供でき、発電機１１０は効率的な発電をすることができる。
【００５８】
次に、本発明に係る制御システムおよび水力発電所における第２の実施形態について、図１から図７を参酌して説明する。なお、図６および図７において、図１から図５の符号と同一の符号を付した部分は、第１の実施形態と同一の構成または要素を表す。なお、本実施形態においては、水力発電所１００の構成は第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。また、ストレーナ１４０の構成も第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００５９】
図６は、本実施形態に係る取水ダム堤堰１２６における降水の影響範囲のイメージ図を示す。取水ダム堤堰１２６の河川上流１２２流域は、東西南北で１ｋｍごとにメッシュ化され、それぞれのメッシュは１ｋｍ2を示す。それぞれのメッシュのうち、降雨が河川上流１２２に到達する位置にあるメッシュを重要監視域６１０として太線で囲っている。また、それぞれのメッシュのうち、降雨がより遅く河川上流１２２に到達する位置にあるメッシュを準重要監視域６２０として囲っている。
【００６０】
図７は、同実施形態に係る制御部１５６のブロック図を示す。制御部１５６は、第１実施形態における制御部１５６の構成に加えて、降水量情報受信部７２０、降雨時刻補正部７３０、および降水量情報予測部７４０を有する。
【００６１】
降水量情報受信部７２０は、河川上流１２２への降水量を降水量情報として制御部１５６の外部から受信するべく設けられる。降雨時刻補正部７３０は、降雨情報受信部７２０の降水量情報を受信した時刻から、降雨に影響される濁水の取水口１４２への到達時刻を予測して、降水量情報を受信した時刻を到達時刻に補正するべく設けられる。降水量情報予測部７４０は、降水量情報から、導水路１２８を流れる水の濁度を予測するべく設けられる。
【００６２】
本実施形態に係る制御システム１５０および水力発電所１００の構成については以上の通りであり、次に、本実施形態に係る制御システム１５０および水力発電所１００の作用について説明する。
【００６３】
降水量情報受信部７２０は、外部に設置されている気象サーバ７１０から、定期的に準重要監視域６２０における降水量情報を受信する。降水量情報は、降水量情報受信部７２０の降水量情報を受信した時刻における、準重要監視域６２０に含まれるメッシュごとの降水量の情報を有する。所定の時刻とは、準重要監視域６２０に降雨が予想される場合や、準重要監視域６２０に実際に降雨がある場合に、より短い間隔で設定される時刻であってよい。
【００６４】
降雨時刻補正部７３０は、受信した降水量情報の時刻を、降雨が取水口１４２に到達する時刻に補正する。たとえば、取水ダム堤堰１２６付近に降雨があることを想定して、降雨時刻補正部７３０は、受信した降水量情報の時刻を取水ダム堤堰１２６から取水口１４２に濁水が到達する時刻に変更する。
【００６５】
降水量情報予測部７４０は、時刻の補正された降水量情報から、水の濁度を予測する。すなわち、降水量情報予測部７４０は、重要監視域６１０への降水量および準重要監視域６２０への降水量から、水の濁度を予測する。たとえば、降水量情報予測部７４０は、重要監視域６１０に含まれるメッシュごとの降水量と、重要監視域６１０の全体に含まれるメッシュの個数とから、水の濁度を予測する。また、降水量情報予測部７４０は、準重要監視域６２０に含まれるメッシュごとの降水量と、準重要監視域６２０に含まれるメッシュの個数とから、水の濁度を予測する。
【００６６】
より具体的には、降水量情報予測部７４０は、重要監視域６１０に含まれるメッシュにおいて、４から１１ｍｍの降水量を有するメッシュ数が半分を超える場合、１２から２３ｍｍの降水量を有するメッシュ数が１／３を超える場合、および２４ｍｍ以上の降水量を有するメッシュが１つ以上ある場合に、水の濁度を高と予測する。また、降水量情報予測部７４０は、準重要監視域６２０に含まれるメッシュにおいて、１２から２３ｍｍの降水量を有するメッシュが１／４を超える場合に、水の濁度を高と予測する。
【００６７】
ストレーナ運転制御部３４０は、降水量情報と、第１検知器１５２および第２検知器１５４により検知された水の濁度に応じて、ストレーナ１４０の逆洗頻度を設定する。すなわち、ストレーナ運転制御部３４０は、蓄積データ判定部３３０で判定された水の濁度に加え、降水量情報予測部７４０に予測された水の濁度に基づいて、ストレーナ１４０を逆洗運転させるタイミングを決定する。具体的には、ストレーナ運転制御部３４０は、蓄積データ判定部３３０によって判定された水の濁度および降水量情報予測部７４０に予測された水の濁度のいずれか一方の濁度のうち、より高い濁度に基づいて、ストレーナ１４０を逆洗運転させるタイミングを決定する。
【００６８】
以上より、本実施形態に係る制御システム１５０および水力発電所１００は、河川上流１２２の降雨状況から、取水口１４２における水の濁度を想定できるので、ストレーナ１４０がトリップすることを防止することができる。ストレーナ１４０がトリップすることを防止できるので、発電機１１０は、効率的に発電することができる。また、取水口１４２における水の濁度を予想してストレーナ１４０の逆洗の頻度を変更することができるので、制御システム１５０および水力発電所１００は、適切な時限でストレーナ１４０の逆洗運転を制御でき、ストレーナ１４０の十分な逆洗効果を得ることができる。ストレーナ１４０の逆洗運転が適切な時限で制御されるので、ストレーナ１４０は、発電機１１０に適切な量の冷却水を提供でき、発電機１１０は効率的な発電をすることができる。
【００６９】
さらには、第１検知器１５２および第２検知器１５４と降水量情報とを連携させてストレーナ１４０の逆洗頻度を切替えることができるので、よりストレーナ１４０の逆洗運転を適切な時限で制御でき、発電機１１０は効率的な発電をすることができる。
【００７０】
なお、本発明に係る制御システム１５０および水力発電所１００は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。また、上記した複数の実施形態の構成や方法等を任意に採用して組み合わせてもよく（１つの実施形態に係る構成や方法等を他の実施形態に係る構成や方法等に適用してもよく）、さらに、下記する各種の変更例に係る構成や方法等を任意に選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用しても良いことは勿論である。
【００７１】
例えば、本発明に係る制御システム１５０および水力発電所１００においては、第１検知器１５２および第２検知器１５４のうち、いずれか一方で高い濁度が検知された場合に、ストレーナ運転制御部３４０は、高い濁度を検知した第１検知器１５２または第２検知器１５４の濁度に基づいて間歇タイマ３５０の時限切替を設定しても良い。これにより、取水口１４２で取水される水の濁度が少しでも高くなる可能性がある場合に、ストレーナ１４０の逆洗頻度を変更することができる。したがって、ストレーナ１４０のトリップを確実に防止でき、発電機１１０は効率的に発電できる。
【００７２】
また、上記実施形態に係る制御システム１５０および水力発電所１００においては、第１検知器１５２および第２検知器１５４の両方で検知される水の濁度が低い場合に、ストレーナ運転制御部３４０は、間歇タイマ３５０の時限切替を整定値に設定しても良い。これにより、取水口１４２から濁水が取水される恐れが無い場合には、発電機１１０に効率的に発電させることができる。
【００７３】
また、上記実施形態に係る制御システム１５０および水力発電所１００においては、降水量情報受信部７２０が気象サーバ７１０から降水量無しの降水量情報を受信した場合に、ストレーナ運転制御部３４０は、一定時間後に、間歇タイマ３５０の時限運転を整定値に切替えても良い。たとえば、ストレーナ運転制御部３４０は、３時間経過後に間歇タイマ３５０の時限運転を整定値に切替えても良い。これにより、第１検知器１５２および第２検知器１５４が濁水を検知していたとしても、今後濁水が解消されると判断される状況において、ストレーナ１４０の逆洗頻度を整定値にすることができ、ストレーナ１４０は、発電機１１０に供給する水の量を増やすことができる。したがって、水力発電所１００は効率的な発電をすることができる。
【符号の説明】
【００７４】
１００ 水力発電所
１１０ 発電機
１２０ 水経路
１２２ 河川上流
１２４ 河川下流
１２６ 取水ダム堤堰
１２８ 導水路
１３０ 水槽
１３２ 放水路
１４０ ストレーナ
１４２ 取水口
１４４ 給水口
１５０ 制御システム
１５２ 第１検知器
１５４ 第２検知器
１５６ 制御部
１５８ 制御所
２００ ストレーナ本体
２０５ 排水出口
２１０ こし筒
２１５ 回転軸
２２０ 通水部
２２５ 第１濾過部
２３０ 第２濾過部
２３５ 第３濾過部
２４０ 第４濾過部
２４５ 第５濾過部
２５０ 第６濾過部
２５５ 遮蔽部
２６０ 電磁弁
３１０ 検知データ蓄積部
３２０ 時刻補正部
３３０ 蓄積データ判定部
３４０ ストレーナ運転制御部
３５０ 間歇タイマ
６１０ 重要監視域
６２０ 準重要監視域
７１０ 気象サーバ
７２０ 降水量情報受信部
７３０ 降雨時刻補正部
７４０ 降水量情報予測部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御システムおよび水力発電所に関し、より詳しくは、流れ込み式の水力発電所に設置され、導水路内で発電機よりも上流に取水位置を有する逆洗可能なストレーナの逆洗を制御する制御システムおよび水力発電所に関する。
【背景技術】
【０００２】
流れ込み式の水力発電所は、河川の水を利用することで発電をしている。河川の水は、水力発電所の上流に設けられる取水ダム堤堰に貯水される。貯水される水の一部は、導水路を通じて発電機に導かれる。導水路に導かれた水は、発電機の水車を回転させて、発電機に発電させる。
【０００３】
ストレーナは、発電機に提供される冷却水を精製するべく、導水路内で発電機の設置された位置の上流から取水される水を濾過するために設けられる。濾過された水は、冷却水として給水管を通して発電機に提供される。たとえば、発電機が水中軸受の潤滑システムを採用している場合、ストレーナで濾過された水は、発電機の水中軸受を冷却している。
【０００４】
ストレーナによる水の濾過は、取水した水をフィルタに通すことで実現されている。水の濾過に応じてフィルタに付着するゴミや土砂などの異物は、フィルタを逆洗することで除去される。フィルタの逆洗は、間歇タイマ等を利用して、予め設定されたタイミングで実行される（たとえば、特許文献１）。
【０００５】
河川上流域への豪雨などにより、貯水の濁度が高くなる場合、すなわち、貯水への土砂の混入が多い場合には、ストレーナへの土砂の混入を防止する処置がとられている。たとえば、流れ込み式水力発電所の取水口への土砂の流入頻度および流入土砂の粒子重量を検出して、取水ダム堤堰、沈砂池、および水槽部の排砂ゲートを開放している（たとえば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２３０２９８号公報
【特許文献２】特開平１０−６８１１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、貯水の濁度がより高い場合に、特許文献１に記載のストレーナでは、逆洗によるフィルタからの異物の除去が間に合わない場合がある。フィルタからの異物の除去が間に合わない場合、フィルタについた異物を除去する逆洗の効果が低下してしまう。
【０００８】
本発明は、斯かる事情に鑑み、取水する水の濁度が高い場合であっても、逆洗の効果を十分に得られる制御システムおよび水力発電所を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る制御システムは、流れ込み式の水力発電所に設置され、導水路内で発電機よりも上流に取水位置を有する逆洗可能なストレーナの逆洗を制御する制御システムであって、ストレーナの取水位置の上流に設置される、水の濁度を検知する検知器と、検知器により検知される水の濁度に応じて、ストレーナの逆洗頻度を設定する制御部とを備える。
【００１０】
斯かる構成によれば、制御部は、検知された水の濁度に応じて、ストレーナの逆洗頻度を設定できるので、水の濁度が高い場合に、逆洗の効果を十分に得られる。
【００１１】
また、請求項２に係る制御システムは、制御部は、検知器よりも上流の降水量を降水量情報として受信する降水量情報受信部を有し、降水量情報および検知器により検知された水の濁度に応じて、ストレーナの逆洗頻度を設定する。
【００１２】
斯かる構成によれば、制御部は、降水量情報および検知器により検知された水の濁度に応じてストレーナの逆洗頻度を設定するので、降雨により予測される水の濁度を検知器で確認しつつ、ストレーナの逆洗頻度を適切に変更できる。
【００１３】
また、請求項３に係る制御システムは、検知器はストレーナの取水位置の上流に一定間隔を置いて複数設けられ、複数の検知器のそれぞれにおいて検知された水の濁度に応じて、ストレーナの逆洗頻度を制御する。
【００１４】
斯かる構成によれば、制御部は、複数の検知のそれぞれにおいて検知された水の濁度に応じてストレーナの逆洗頻度を制御するので、水の濁度の程度をそれぞれの検知器において適切に把握でき、ストレーナへの濁水の到着をより適切に予想できる。
【００１５】
また、上記制御システムは、発電機およびストレーナを備える水力発電所に備えられる。
【発明の効果】
【００１６】
以上の如く、本発明に係る制御システムおよび水力発電所によれば、取水する水の濁度が高い場合であっても、逆洗の効果を十分に得られるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る水力発電所の全体図を示す。
【図２】ストレーナの上方断面図を示し、図２（ａ）は、ストレーナの通常運転時の上方断面図、図２（ｂ）から図２（ｄ）は、ストレーナの逆洗運転時の上方断面図を示す。
【図３】同実施形態に係る制御部のブロック図を示す。
【図４】同実施形態に係る同実施形態に係る検知データ蓄積部に蓄積される濁度情報のデータ構造を示す。
【図５】同実施形態に係る蓄積データ判定部の判定結果と間歇タイマの時限切替との関係を示す。
【図６】本発明の第２実施形態に係る取水ダム堤堰上流における降水の影響範囲のイメージ図を示す。
【図７】同実施形態に係る制御部のブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る制御システムおよび水力発電所における第１の実施形態について、図１から図５を参酌して説明する。
【００１９】
図１は、本発明の第１実施形態に係る水力発電所１００の全体図を示す。図２は、ストレーナ１４０の上方断面図を示し、図２（ａ）は、ストレーナ１４０の通常運転時の上方断面図、図２（ｂ）から図２（ｄ）は、ストレーナ１４０の逆洗運転時の上方断面図を示す。本実施形態の水力発電所１００として、流れ込み式の水力発電所を示す。水力発電所１００は、発電機１１０と、発電機１１０に水を供給する水経路１２０と、発電機１１０に冷却水を送るべく水経路１２０から取水する水を濾過するストレーナ１４０と、ストレーナ１４０を制御する制御システム１５０とを備える。
【００２０】
水経路１２０は、河川上流１２２および河川下流１２４の間に設けられる取水ダム堤堰１２６と、導水路１２８と、水槽１３０と、放水路１３２とを有する。取水ダム堤堰１２６は、河川の流れを堰き止めて、発電機１１０に供給する水を貯水する。導水路１２８は、貯水された水を発電機１１０まで導くべく、取水ダム堤堰１２６から水を取り込む。導水路１２８の途中、発電機１１０の上流には水槽１３０が設けられる。水槽１３０は、大きな落差（数１０ｍ程度）を利用して、発電用の水を発電機１１０に供給する。発電に利用された水は、放水路１３２を利用して、河川下流１２４に戻される。
【００２１】
ストレーナ１４０は、取水された水を濾過して、発電機１１０の冷却水を提供する。ストレーナ１４０は、逆洗運転の間でも、発電機１１０に冷却水を供給できる構造を有している。ストレーナ１４０は、逆洗運転をすることで、取水された水の濾過で蓄積されるストレーナ１４０内部の異物を除去する。
【００２２】
具体的な構成として、図２に示すように、ストレーナ１４０は、取水位置である取水口１４２と、発電機１１０に冷却水を提供する給水口１４４と、ストレーナ本体２００と、排水出口２０５と、円筒形状を有するこし筒２１０と、回転軸２１５と、通水部２２０と、遮蔽部２５５と、図示しないモータとを有する。
【００２３】
取水口１４２は、導水路１２８内で発電機１１０よりも上流に設けられ、導水路１２８内に流れる水を取水する。給水口１４４は、発電機１１０に精製された冷却水を随時供給する。ストレーナ本体２００は、取水口１４２および給水口１４４に接続される。
【００２４】
排水出口２０５は、排水の出水を制御する電磁弁２６０を含む。排水出口２０５は、ストレーナ本体２００の底部であり、こし筒２１０の円筒形状内側に位置する部分に接続されている。電磁弁２６０は、制御部１５６に接続されており、制御部１５６の逆洗の制御に応じて開閉する。
【００２５】
こし筒２１０は、円筒形状を有するストレーナ本体２００内部に収納するように設けられる。こし筒２１０は、ストレーナ本体２００の内壁と隙間を空けて設けられる。また、こし筒２１０は、排水出口２０５のストレーナ本体２００への開口部分を覆う位置に設けられる。こし筒２１０の円筒部分は、円筒内部に供給される水を濾過して、円筒外部に供給するフィルタ状になっている。
【００２６】
こし筒２１０は、第１濾過部２２５、第２濾過部２３０、第３濾過部２３５、第４濾過部２４０、第５濾過部２４５、および第６濾過部２５０を含む。第１濾過部２２５から第６濾過部２５０は、こし筒２１０の円筒形状の内部を垂直方向に仕切ることで設けられる。たとえば、第１濾過部２２５から第６濾過部２５０は、こし筒２１０の円筒形状の内部を垂直に６等分するようにして設けられる。第１濾過部２２５から第６濾過部２５０のそれぞれは、排水出口２０５のストレーナ本体２００への開口部分よりも広い上方断面を有する。
【００２７】
こし筒２１０は、取水口１４２のストレーナ本体２００への接続位置の鉛直下方側に設けられる。取水口１４２から供給される水は、こし筒２１０の鉛直上方から、こし筒２１０の内側に供給される。給水口１４４は、こし筒２１０の設置される位置の側方であり、ストレーナ本体２００の任意の位置に接続される。
【００２８】
回転軸２１５は、モータおよびこし筒２１０に接続されている。回転軸２１５は、こし筒２１０の上方中心に接続され、回転軸２１５を中心としてこし筒２１０を回動可能に支持している。モータは、回転軸２１５の鉛直上方側に接続されており、回転軸２１５を介して、その回転力をこし筒２１０に伝達する。また、モータは、制御部１５６に接続されており、制御部１５６からの逆洗の制御に応じて回転する。
【００２９】
通水部２２０は、こし筒２１０とストレーナ本体２００の内壁との隙間に設けられる。通水部２２０は、こし筒２１０で濾過される水を給水口１４４へ導く。なお、通水部２２０と取水口１４２との間には、取水口１４２からの水が通水部２２０へと浸入しないように防浸部（図示しない）が設けられる。
【００３０】
遮蔽部２５５は、第１濾過部２２５から第６濾過部２５０のうちの一つの上方を覆うことが可能なように設けられる。遮蔽部２５５は、第１濾過部２２５から第６濾過部２５０のうち、その上方を完全に覆っている一つに、取水口１４２からの水が供給されないように構成される。たとえば、遮蔽部２５５に第６濾過部２５０の上方が完全に覆われる場合、遮蔽部２５５は、取水口１４２から供給される水の第６濾過部２５０への流入を遮蔽する。
【００３１】
ストレーナ１４０の構成は以上の通りであり、次にストレーナ１４０の逆洗方法を示す。ストレーナ１４０は、逆洗をせずに発電機１１０に冷却水を提供する通常運転状態と、逆洗をしながら発電機１１０に冷却水を提供する逆洗運転状態との２つの運転状態を有する。ストレーナ１４０の通常運転状態において、モータは回転駆動されず、こし筒２１０も回転しない。また、排水出口２０５の電磁弁２６０が閉じているので、取水口１４２から供給される水は、全て冷却水として発電機１１０に供給される。
【００３２】
図２（ａ）は、通常運転状態にあるストレーナ１４０を示す。図２（ａ）に示すように、取水口１４２から取り入れられる水は、こし筒２１０の第１濾過部２２５から第５濾過部２４５に供給される。なお、第６濾過部２５０の鉛直上方には遮蔽部２５５が存在するので、取水口１４２から取り入れられる水は、第６濾過部２５０の鉛直上方から第６濾過部２５０へ供給されない。こし筒２１０は、取水口１４２から供給された水を通水部２２０へフィルタを通すことで濾過する。通水部２２０に通された水は、こし筒２１０の側方に設けられる給水口１４４を通じて発電機１１０に供給される。
【００３３】
図２（ｂ）は、逆洗運転状態になった直後のストレーナ１４０を示す。制御部１５６からストレーナ１４０を逆洗運転する制御があると、図２（ｂ）のように、モータは回転を開始して、回転軸２１５およびこし筒２１０を回転させる。たとえば、モータは、回転軸２１５およびこし筒２１０を時計方向に回転させる。また、電磁弁２６０が開状態になり、排水出口２０５は、ストレーナ本体２００内の水を排出する。
【００３４】
第１濾過部２２５から第５濾過部２４５に供給され、通水部２２０に通されている水は、通水部２２０から給水口１４４に供給されると共に、第６濾過部２５０にも供給される。第１濾過部２２５から第５濾過部２４５で濾過される水が通水部２２０側から第６濾過部２５０側へと供給されるので、第６濾過部２５０の通水部２２０側の内壁に付着している異物は、通水部２２０からの水流で流されて、排水出口２０５を通って排出される。
【００３５】
図２（ｃ）は、逆洗運転状態であり、逆洗運転過程にあるストレーナ１４０を示す。また、図２（ｄ）は、逆洗運転状態であり、こし筒２１０の回転が終了した直後のストレーナ１４０を示す。図２（ｃ）および図２（ｄ）のように、こし筒２１０の回動が進み、第６濾過部２５０に隣接する第１濾過部２２５の範囲に排水出口２０５の開口が覆われると、取水口１４２から供給される水は、第１濾過部２２５へと供給されなくなる。したがって、第１濾過部２２５へ供給される水は、通水部２２０側から第１濾過部２２５側に流入する水だけとなる。第１濾過部２２５へ供給される水は、第１濾過部２２５の通水部２２０側内壁に付着している異物を押し流して、排水出口２０５へと排出する。第２濾過部２３０から第６濾過部２５０が濾過する水は、給水口１４４および第１濾過部２２５に供給されるので、給水口１４４への給水を止めずに、第１濾過部２２５の逆洗ができる。第１濾過部２２５の逆洗が終了すると、電磁弁２６０が閉じて、ストレーナ１４０は再度通常運転状態になる。そして、次に制御部１５６から逆洗運転の制御があると、ストレーナ１４０は、再度電磁弁２６０を開くと共にこし筒２１０を回転させて、第２濾過部２３０の逆洗をする。
【００３６】
制御システム１５０は、水経路１２０における水の濁度を検知して、ストレーナ１４０の逆洗頻度を制御するべく設けられる。制御システム１５０は、導水路１２８内の任意の場所に設けられる第１検知器１５２および第２検知器１５４と、制御部１５６と、制御所１５８とを有する。第１検知器１５２および第２検知器１５４は、共に導水路１２８内でストレーナ１４０よりも上流に設置されている。本実施形態において、第１検知器１５２は、導水路１２８内で、取水ダム堤堰１２６と水槽１３０との間に設けられ、第２検知器１５４は、水槽１３０内に設けられる。
【００３７】
制御部１５６は、有線または無線で第１検知器１５２、第２検知器１５４、およびストレーナ１４０と通信可能な位置に設けられるコンピュータ端末であってよい。制御所１５８は、制御部１５６に通信可能な位置に設けられ、作業者からの入力を受け付ける入力部（図示しない）を有する。
【００３８】
第１検知器１５２および第２検知器１５４は、それぞれの設置されている位置の水の濁度を検知して、濁度情報として制御部１５６に送信するべく設けられる。また、制御所１５８は、作業者から入力部に直接入力される濁度情報を、制御部１５６に送信するべく設けられる。制御部１５６は、第１検知器１５２、第２検知器１５４、または制御所１５８から送信された濁度情報に応じて、ストレーナ１４０の逆洗を制御するべく設けられる。
【００３９】
図３は、同実施形態に係る制御部１５６のブロック図を示す。制御部１５６は、検知データ蓄積部３１０と、時刻補正部３２０と、蓄積データ判定部３３０と、ストレーナ運転制御部３４０と、間歇タイマ３５０とを含む。
【００４０】
検知データ蓄積部３１０は、第１検知器１５２および第２検知器１５４のそれぞれから送信される水の濁度情報を蓄積するべく設けられる。図４は、同実施形態に係る検知データ蓄積部３１０に蓄積される濁度情報のデータ構造を示す。検知データ蓄積部３１０は、第１検知器１５２および第２検知器１５４のそれぞれから受信した時刻ごとに、濁度情報を蓄積している。ここで、第１検知器１５２および第２検知器１５４のそれぞれが設置されている位置Ａおよび位置Ｂのそれぞれは、第１検知器１５２および第２検知器１５４を識別する識別情報として蓄積されている。また、第１検知器１５２および第２検知器１５４のそれぞれは、予め設定された時間として、５分ごとに設置されている位置の濁度を検知して制御部１５６に送信している。
【００４１】
なお、濁度は１０段階で示されており、数値が高いほど濁度が高いことを示している。たとえば、濁度７から１０を濁度高、３から６を濁度中、０から２を濁度低であることを示している。
【００４２】
時刻補正部３２０は、蓄積された濁度情報に含まれる、第１検知部１５２および第２検知部１５４で濁度の検知された時刻を補正するべく設けられる。たとえば、時刻補正部３２０は、第１検知部１５２および第２検知部１５４の設置されている設置位置に応じて、濁度情報に含まれる時刻を取水口１４２に濁水が到達する時刻に補正するべく設けられる。
【００４３】
蓄積データ判定部３３０は、時刻の補正された濁度情報から、ストレーナ１４０の逆洗運転の頻度を判定するべく設けられる。また、蓄積データ判定部３３０は、制御所１５８から送信される濁度情報に基づいて、取水口１４２における水の濁度を判定するべく設けられる。
【００４４】
ストレーナ運転制御部３４０は、判定された水の濁度に基づいて、ストレーナ１４０を逆洗運転させるタイミングを決定するためのものである。また、ストレーナ運転制御部３４０は、決定したタイミングに基づいて、間歇タイマ３５０の設定を変更する。
【００４５】
間歇タイマ３５０は、変更された設定でストレーナ１４０を逆洗運転させるべく、ストレーナ１４０のモータおよび電磁弁２６０に接続されている。
【００４６】
図５は、同実施形態に係る蓄積データ判定部３３０の判定結果とストレーナ運転制御部３４０による時限切替の決定との関係を示す。なお、判定結果における濁度の高さを、Ｄ１＞Ｄ２＞Ｄ３で示す。たとえば、濁度が１０段階で表される場合に、濁度の高さが７から１０の場合をＤ１で示し、濁度の高さが３から６の場合をＤ２で示し、濁度の高さが０から２の場合をＤ３で示す。蓄積データ判定部３３０が水の濁度をＤ１と判断する場合、ストレーナ運転制御部３４０は、間歇タイマ３５０を整定値から連続時限運転へと切替える。蓄積データ判定部３３０が水の濁度をＤ２と判断する場合、ストレーナ運転制御部３４０は、間歇タイマ３５０を整定値から短縮時限運転へ切替える。蓄積データ判定部３３０が水の濁度をＤ３と判断する場合、ストレーナ運転制御部３４０は、間歇タイマ３５０を整定値の時限運転へ切替える。間歇タイマ３５０は、切替えられて設定される値に応じた間隔で、ストレーナ１４０に逆洗運転させる。
【００４７】
ここで、整定値とは、取水口１４２における水の濁度が低いと判断される場合に、間歇タイマ３５０に通常設定されている値を示す。たとえば、整定値とは、間歇タイマ３５０が一日一回起動する値であって良い。また、連続時限運転とは、取水口１４２における水の濁度が高いと判断される場合に、間歇タイマ３５０に設定される値を示す。たとえば、連続時限運転とは、間歇タイマ３５０が３０分おきに起動する値であって良い。そして、短縮時限運転とは、取水口１４２における水の濁度が中程度と判断される場合に、間歇タイマ３５０に設定される値を示す。たとえば、短縮時限運転とは、間歇タイマ３５０が半日ごとに起動する値であって良い。
【００４８】
なお、蓄積データ判定部３３０が水の濁度をＤ１と判断する場合であって、間歇タイマ３５０に設定されている値が短縮時限運転である場合には、ストレーナ運転制御部３４０は、短縮時限運転から連続時限運転へ切替える動作をしても良い。また、蓄積データ判定部３３０が水の濁度をＤ２と判断する場合であって、間歇タイマ３５０に設定されている値が連続時限運転である場合には、ストレーナ運転制御部３４０は、連続時限運転から短縮時限運転へ切替える動作をしても良い。
【００４９】
本実施形態に係る制御システムおよび水力発電所の構成については以上の通りであり、次に、本実施形態に係る制御システムおよび水力発電所の動作について説明する。
【００５０】
第１検知器１５２および第２検知器１５４のそれぞれは、予め設定されている時間ごとに、設置されている位置における水の濁度を検知する。より詳しくは、第１検知器１５２および第２検知器１５４のそれぞれは、水の濁度の変化を検知するのに適当な時間ごとに水の濁度を検知する。
【００５１】
第１検知器１５２および第２検知器１５４は、取得した濁度情報を、制御部１５６に対して送信する。第１検知器１５２および第２検知器１５４のそれぞれは、濁度情報として、第１検知器１５２および第２検知器１５４のそれぞれを識別する識別情報、水の濁度を検知した検知時間、および検知された水の濁度を濁度情報として制御部１５６に送信する。制御部１５６の検知データ蓄積部３１０は、第１検知器１５２および第２検知器１５４のそれぞれから送信される濁度情報を、受信した時間ごとに蓄積する。なお、簡便のため、導水路１２８内で、取水ダム堤堰１２６と水槽１３０との間に設けられる第１検知部１５２の位置をＡとして説明する。また、水槽１３０内に設けられる第２検知部１５４の位置をＢとして説明する。
【００５２】
時刻補正部３２０は、第１検知器１５２および第２検知器１５４から送信された濁度情報について、第１検知器１５２および第２検知器１５４のそれぞれから取水口１４２への距離に基づいて、蓄積された濁度情報の時刻を補正する。より詳しくは、時刻補正部３２０は、第１検知器１５２および第２検知器１５４のそれぞれから取水口１４２への距離および導水路１２８を流れる水の速度とから、蓄積された濁度情報の時刻を、取水口１４２から濁水が取水されるであろう、取水口１４２への濁水の到達時刻に補正する。
【００５３】
なお、本実施形態において、第１検知器１５２および第２検知器１５４の二つの検知器を有する例を示すが、検知器は、一つまたは取水口１４２の取水位置の上流に一定間隔を置いて複数設けられていても良い。検知器が取水口１４２の取水位置の上流に一定間隔を置いて複数設けられている場合、時刻補正部３２０は、複数の検知器のそれぞれの濁度情報から、取水口１４２への濁水の到達時刻を設定してもよい。たとえば、制御システム１５０がさらに位置Ａおよび位置Ｂの中間で、位置Ａおよび位置Ｂからの距離の等しい位置Ｃに検知器をさらに有する場合、時刻補正部３２０は、濁水が位置Ａ、位置Ｃ、および位置Ｂに設置されている検知器それぞれを通過した時刻と、位置Ａ、位置Ｃ、および位置Ｂのそれぞれの距離とから、濁水の流速を計算して、取水口１４２への濁水の到達時刻を設定しても良い。
【００５４】
蓄積データ判定部３３０は、時刻の補正された濁度情報から、取水口１４２から取水される水の濁度を判定する。たとえば、蓄積データ判定部３３０は、所定の時間ごと（たとえば、３０分ごと）に蓄積された濁度情報に含まれる濁度の平均値を算出して、取水口１４２から取水される水の濁度を判定しても良い。また、蓄積データ判定部３３０は、制御所１５８から濁度情報を受信することで水の濁度を判定する。具体的には、作業員から濁度情報が制御所１５８の入力部（図示しない）に入力され、制御所１５８から濁度情報が送信されると、蓄積データ判定部３３０は、送信された濁度情報から水の濁度を判定する。たとえば、蓄積データ判定部３３０は、制御所１５８から水の濁度が高いことを示す濁度情報を受信して、取水口１４２から取水される水の濁度を高であると判定する。
【００５５】
ストレーナ運転制御部３４０は、蓄積データ判定部３３０の判定結果に応じて、ストレーナ１４０の逆洗頻度を決定する。すなわち、ストレーナ運転制御部３４０は、蓄積データ判定部３３０の判定結果に応じて、補正された時間において間歇タイマ３５０の時限切替をすることを決定する。たとえば、蓄積データ判定部３３０の判定結果が濁度高である場合、ストレーナ運転制御部３４０は、補正された時刻になると間歇タイマ３５０の連続時限運転への切替えをすることを決定して、間歇タイマ３５０を連続時限運転に切替える。間歇タイマ３５０は、切替えられた連続時限運転で設定されている時刻ごとに、ストレーナ１４０に逆洗をさせるべく、ストレーナ１４０のモータ（図示しない）および電磁弁２６０に指令を送る。
【００５６】
以上より、本実施形態に係る制御システム１５０および水力発電所１００は、第１検知器１５２および第２検知器１５４において検知される水の濁度から、取水口１４２における水の濁度を想定できるので、ストレーナ１４０がトリップすることを防止することができる。ストレーナ１４０がトリップすることを防止できるので、発電機１１０は、効率的に発電することができる。また、取水口１４２における水の濁度を予想してストレーナ１４０の逆洗頻度を変更することができるので、制御システム１５０および水力発電所１００は、適切な時限でストレーナ１４０の逆洗運転を制御でき、十分な逆洗効果を得ることができる。ストレーナ１４０の逆洗運転が適切な時限で制御されるので、ストレーナ１４０は、発電機１１０に適切な量の冷却水を提供でき、発電機１１０は効率的な発電をすることができる。
【００５７】
さらには、検知器が、取水口１４２の取水位置の上流に一定間隔を置いて複数設けられることで、より多くの濁度情報を適切な時間に得ることができるので、取水口１４２への濁水の到着をより適切に予想することができる。したがって、ストレーナ１４０の逆洗頻度を適切に変更できるので、発電機１１０に適切な量の冷却水を提供でき、発電機１１０は効率的な発電をすることができる。
【００５８】
次に、本発明に係る制御システムおよび水力発電所における第２の実施形態について、図１から図７を参酌して説明する。なお、図６および図７において、図１から図５の符号と同一の符号を付した部分は、第１の実施形態と同一の構成または要素を表す。なお、本実施形態においては、水力発電所１００の構成は第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。また、ストレーナ１４０の構成も第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００５９】
図６は、本実施形態に係る取水ダム堤堰１２６における降水の影響範囲のイメージ図を示す。取水ダム堤堰１２６の河川上流１２２流域は、東西南北で１ｋｍごとにメッシュ化され、それぞれのメッシュは１ｋｍ2を示す。それぞれのメッシュのうち、降雨が河川上流１２２に到達する位置にあるメッシュを重要監視域６１０として太線で囲っている。また、それぞれのメッシュのうち、降雨がより遅く河川上流１２２に到達する位置にあるメッシュを準重要監視域６２０として囲っている。
【００６０】
図７は、同実施形態に係る制御部１５６のブロック図を示す。制御部１５６は、第１実施形態における制御部１５６の構成に加えて、降水量情報受信部７２０、降雨時刻補正部７３０、および降水量情報予測部７４０を有する。
【００６１】
降水量情報受信部７２０は、河川上流１２２への降水量を降水量情報として制御部１５６の外部から受信するべく設けられる。降雨時刻補正部７３０は、降雨情報受信部７２０の降水量情報を受信した時刻から、降雨に影響される濁水の取水口１４２への到達時刻を予測して、降水量情報を受信した時刻を到達時刻に補正するべく設けられる。降水量情報予測部７４０は、降水量情報から、導水路１２８を流れる水の濁度を予測するべく設けられる。
【００６２】
本実施形態に係る制御システム１５０および水力発電所１００の構成については以上の通りであり、次に、本実施形態に係る制御システム１５０および水力発電所１００の作用について説明する。
【００６３】
降水量情報受信部７２０は、外部に設置されている気象サーバ７１０から、定期的に準重要監視域６２０における降水量情報を受信する。降水量情報は、降水量情報受信部７２０の降水量情報を受信した時刻における、準重要監視域６２０に含まれるメッシュごとの降水量の情報を有する。所定の時刻とは、準重要監視域６２０に降雨が予想される場合や、準重要監視域６２０に実際に降雨がある場合に、より短い間隔で設定される時刻であってよい。
【００６４】
降雨時刻補正部７３０は、受信した降水量情報の時刻を、降雨が取水口１４２に到達する時刻に補正する。たとえば、取水ダム堤堰１２６付近に降雨があることを想定して、降雨時刻補正部７３０は、受信した降水量情報の時刻を取水ダム堤堰１２６から取水口１４２に濁水が到達する時刻に変更する。
【００６５】
降水量情報予測部７４０は、時刻の補正された降水量情報から、水の濁度を予測する。すなわち、降水量情報予測部７４０は、重要監視域６１０への降水量および準重要監視域６２０への降水量から、水の濁度を予測する。たとえば、降水量情報予測部７４０は、重要監視域６１０に含まれるメッシュごとの降水量と、重要監視域６１０の全体に含まれるメッシュの個数とから、水の濁度を予測する。また、降水量情報予測部７４０は、準重要監視域６２０に含まれるメッシュごとの降水量と、準重要監視域６２０に含まれるメッシュの個数とから、水の濁度を予測する。
【００６６】
より具体的には、降水量情報予測部７４０は、重要監視域６１０に含まれるメッシュにおいて、４から１１ｍｍの降水量を有するメッシュ数が半分を超える場合、１２から２３ｍｍの降水量を有するメッシュ数が１／３を超える場合、および２４ｍｍ以上の降水量を有するメッシュが１つ以上ある場合に、水の濁度を高と予測する。また、降水量情報予測部７４０は、準重要監視域６２０に含まれるメッシュにおいて、１２から２３ｍｍの降水量を有するメッシュが１／４を超える場合に、水の濁度を高と予測する。
【００６７】
ストレーナ運転制御部３４０は、降水量情報と、第１検知器１５２および第２検知器１５４により検知された水の濁度に応じて、ストレーナ１４０の逆洗頻度を設定する。すなわち、ストレーナ運転制御部３４０は、蓄積データ判定部３３０で判定された水の濁度に加え、降水量情報予測部７４０に予測された水の濁度に基づいて、ストレーナ１４０を逆洗運転させるタイミングを決定する。具体的には、ストレーナ運転制御部３４０は、蓄積データ判定部３３０によって判定された水の濁度および降水量情報予測部７４０に予測された水の濁度のいずれか一方の濁度のうち、より高い濁度に基づいて、ストレーナ１４０を逆洗運転させるタイミングを決定する。
【００６８】
以上より、本実施形態に係る制御システム１５０および水力発電所１００は、河川上流１２２の降雨状況から、取水口１４２における水の濁度を想定できるので、ストレーナ１４０がトリップすることを防止することができる。ストレーナ１４０がトリップすることを防止できるので、発電機１１０は、効率的に発電することができる。また、取水口１４２における水の濁度を予想してストレーナ１４０の逆洗の頻度を変更することができるので、制御システム１５０および水力発電所１００は、適切な時限でストレーナ１４０の逆洗運転を制御でき、ストレーナ１４０の十分な逆洗効果を得ることができる。ストレーナ１４０の逆洗運転が適切な時限で制御されるので、ストレーナ１４０は、発電機１１０に適切な量の冷却水を提供でき、発電機１１０は効率的な発電をすることができる。
【００６９】
さらには、第１検知器１５２および第２検知器１５４と降水量情報とを連携させてストレーナ１４０の逆洗頻度を切替えることができるので、よりストレーナ１４０の逆洗運転を適切な時限で制御でき、発電機１１０は効率的な発電をすることができる。
【００７０】
なお、本発明に係る制御システム１５０および水力発電所１００は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。また、上記した複数の実施形態の構成や方法等を任意に採用して組み合わせてもよく（１つの実施形態に係る構成や方法等を他の実施形態に係る構成や方法等に適用してもよく）、さらに、下記する各種の変更例に係る構成や方法等を任意に選択して、上記した実施形態に係る構成や方法等に採用しても良いことは勿論である。
【００７１】
例えば、本発明に係る制御システム１５０および水力発電所１００においては、第１検知器１５２および第２検知器１５４のうち、いずれか一方で高い濁度が検知された場合に、ストレーナ運転制御部３４０は、高い濁度を検知した第１検知器１５２または第２検知器１５４の濁度に基づいて間歇タイマ３５０の時限切替を設定しても良い。これにより、取水口１４２で取水される水の濁度が少しでも高くなる可能性がある場合に、ストレーナ１４０の逆洗頻度を変更することができる。したがって、ストレーナ１４０のトリップを確実に防止でき、発電機１１０は効率的に発電できる。
【００７２】
また、上記実施形態に係る制御システム１５０および水力発電所１００においては、第１検知器１５２および第２検知器１５４の両方で検知される水の濁度が低い場合に、ストレーナ運転制御部３４０は、間歇タイマ３５０の時限切替を整定値に設定しても良い。これにより、取水口１４２から濁水が取水される恐れが無い場合には、発電機１１０に効率的に発電させることができる。
【００７３】
また、上記実施形態に係る制御システム１５０および水力発電所１００においては、降水量情報受信部７２０が気象サーバ７１０から降水量無しの降水量情報を受信した場合に、ストレーナ運転制御部３４０は、一定時間後に、間歇タイマ３５０の時限運転を整定値に切替えても良い。たとえば、ストレーナ運転制御部３４０は、３時間経過後に間歇タイマ３５０の時限運転を整定値に切替えても良い。これにより、第１検知器１５２および第２検知器１５４が濁水を検知していたとしても、今後濁水が解消されると判断される状況において、ストレーナ１４０の逆洗頻度を整定値にすることができ、ストレーナ１４０は、発電機１１０に供給する水の量を増やすことができる。したがって、水力発電所１００は効率的な発電をすることができる。
【符号の説明】
【００７４】
１００ 水力発電所
１１０ 発電機
１２０ 水経路
１２２ 河川上流
１２４ 河川下流
１２６ 取水ダム堤堰
１２８ 導水路
１３０ 水槽
１３２ 放水路
１４０ ストレーナ
１４２ 取水口
１４４ 給水口
１５０ 制御システム
１５２ 第１検知器
１５４ 第２検知器
１５６ 制御部
１５８ 制御所
２００ ストレーナ本体
２０５ 排水出口
２１０ こし筒
２１５ 回転軸
２２０ 通水部
２２５ 第１濾過部
２３０ 第２濾過部
２３５ 第３濾過部
２４０ 第４濾過部
２４５ 第５濾過部
２５０ 第６濾過部
２５５ 遮蔽部
２６０ 電磁弁
３１０ 検知データ蓄積部
３２０ 時刻補正部
３３０ 蓄積データ判定部
３４０ ストレーナ運転制御部
３５０ 間歇タイマ
６１０ 重要監視域
６２０ 準重要監視域
７１０ 気象サーバ
７２０ 降水量情報受信部
７３０ 降雨時刻補正部
７４０ 降水量情報予測部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流れ込み式の水力発電所に設置され、導水路内で発電機よりも上流に取水位置を有する逆洗可能なストレーナの逆洗を制御する制御システムであって、
前記ストレーナの取水位置の上流に設置される、水の濁度を検知する検知器と、
前記検知器により検知される水の濁度に応じて、前記ストレーナの逆洗頻度を設定する制御部と
を備えることを特徴とする制御システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記検知器よりも上流の降水量を降水量情報として受信する降水量情報受信部を有し、前記降水量情報および前記検知器により検知された水の濁度に応じて、前記ストレーナの逆洗頻度を設定することを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記検知器は、前記ストレーナの取水位置の上流に一定間隔を置いて複数設けられ、複数の検知器のそれぞれにおいて検知された水の濁度に応じて、前記ストレーナの逆洗頻度を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の制御システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の制御システムと、前記発電機と、前記ストレーナとを備えることを特徴とする水力発電所。
【請求項１】
流れ込み式の水力発電所に設置され、導水路内で発電機よりも上流に取水位置を有する逆洗可能なストレーナの逆洗を制御する制御システムであって、
前記ストレーナの取水位置の上流に設置される、水の濁度を検知する検知器と、
前記検知器により検知される水の濁度に応じて、前記ストレーナの逆洗頻度を設定する制御部と
を備えることを特徴とする制御システム。
【請求項２】
前記制御部は、前記検知器よりも上流の降水量を降水量情報として受信する降水量情報受信部を有し、前記降水量情報および前記検知器により検知された水の濁度に応じて、前記ストレーナの逆洗頻度を設定することを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記検知器は、前記ストレーナの取水位置の上流に一定間隔を置いて複数設けられ、複数の検知器のそれぞれにおいて検知された水の濁度に応じて、前記ストレーナの逆洗頻度を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の制御システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の制御システムと、前記発電機と、前記ストレーナとを備えることを特徴とする水力発電所。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−５７３２５（Ｐ２０１２−５７３２５Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１９９７８９（Ｐ２０１０−１９９７８９）
【出願日】平成２２年９月７日（２０１０．９．７）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月７日（２０１０．９．７）
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【Ｆターム（参考）】
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